Обнаружение утечек. Биполярные пластины для топливных элементов.

Описание технической задачи

Стеки топливных элементов состоят из двух концевых пластин и нескольких биполярных пластин, разделенных мембранными электродными узлами (MEA). По факту, биполярные пластины это электропроводящие детали, соединяющие анод одного топливного элемента (ячейки) с катодом другого. Биполярные пластины содержат:

• две полости для технологических газов топливных элементов водород и кислород (воздух);
• внутренний контур для охлаждения жидкости (необходимо для поддержания оптимальной рабочей температуры стека).

Обе полости и внутренний контур должны проверяться на утечки. Водородная магистраль не должна пропускать газ в окружающую среду, так как он легко воспламеняется. Охлаждающая магистраль также не должна пропускать жидкость наружу утечка может вызвать перебои в электричестве и снижение охлаждающей способности. Еще один важный момент водород не должен попадать в охлаждающую магистраль, иначе возможно возникновение коррозии материала и проблем в функционировании охладительного канала насоса из-за появления пузырьков газа в жидкости.

Для различных случаев применяются различные критерии определения скорости утечки:

• Попадание водорода наружу или в охлаждающий канал должно быть ограничено скоростью протечки в диапазоне от 10"4 до 10'e мбар * л/с, чтобы ограничить количество выделяемого водорода до безопасного уровня.
• Жидкость из охлаждающего канала при течи должна ограничиваться скоростью от 10^ до 10'5 мбар * л/с, так как указанные масштабы будут блокировать охлаждающую жидкость и не позволят продолжить ей вытекать.

Решение компании INFICON

Тестирование на определение утечки охлаждающей жидкости

Для проверки контура охлаждающей жидкости на биполярных пластинах, его откачивают и заполняют гелием перед тем, как он будет окончательно замкнут. После этого биполярную пластину помещают в вакуумную камеру. После создания разрежения в вакуумной камере к ней подключается детектор утечек LDS3000 и при наличии обнаруживается протечка гелия из контура охлаждающей жидкости. После вентиляции вакуумной камеры гелий удаляется из контура.

Тестирование на утечку водорода в окружающую среду

Перед испытаниями на протечку водорода наружу водородная полость должна быть закрыта и изолирована. После этого начинается откачка объема и заполнение гелием до того момента, как впускной клапан полностью закроется. Биполярная пластина помещается в вакуумную камеру. Происходит откачка и подключается детектор утечки LDS3000. Он обнаруживает любой объем гелия, выделяемого из водородной полости. При обнаружении течи можно определить её местонахождение (выделение гелия наружу или в охлаждающий канал) на втором этапе тестирования.

Если утечка гелия не обнаружена, то протечек газов из водородной полости в окружающую среду или охладительную магистраль не существует. В конце исследования камера вентилируется, и гелий выводится из полости водорода.

Тестирование на утечку водорода в охлаждающий канал

Когда водородная полость заполнена гелием и замкнута, охлаждающий канал соединяется с вакуумным насосом. Происходит откачка до вакуумного давления. Детектор утечек LDS3000 подключается к охлаждающей магистрали. Он обнаруживает любые протечки гелия из полости водорода в контур охлаждения. После тестирования охлаждающий контур вентилируется и гелий выводится из полости водорода.

В случае если во время этого испытания утечка не обнаружена, но была обнаружена течь в предыдущем тестировании, то утечка водорода с выделением газа в окружающую среду.

Преимущества обнаружения утечек с помощью индикаторного газа

• Высокая надежность обнаружения течей;
• Процесс тестирования повторяемый и вновь воспроизводимый;
• Результаты в соответствии с техническими стандартами;
• Метод не подвержен влиянию температур и влажности;
• Определение источника течи.