专利名称：兼具测试材料纵向和横向透气度的测试夹具和测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种仪器，是一种同一装置能兼测透气性材料的
横向(in-plane)和纵向(through-plane)气体透过能力的测试仪。
背景技术：
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种直接将化学能转变为电能 的发电装置。由于该发电过程不受卡诺循环限制而使其能量转化效率 高；又因对环境友好，完全可以做到零排放等优点，使得其发展越来 越受到全世界各国政府和科技工作者的关注。
膜电极(MEA)作为PEMFC的核心组件，在燃料电池系统中起着最主 要和关键的作用，其中气体扩散层(GDL)又是MEA的关键材料之一。气 体扩散层(GDL)在燃料电池中起着支撑、导气、导水、导热、导电等 作用。扩散层的透气性好坏直接影响到GDL的导气和导水的功能。气 体(氢气、空气和水蒸气)会在一定气压下从气体扩散层GDL的一面 渗透进入碳纸内部， 一部分气体会直接垂直穿透碳纸(即 through-plane)到达催化层或者排放，而另一部分气体会在碳纸内 部作横向流动(即in-plane)。而这两种气体流动方式直接影响到燃 料电池的气体补给情况；如果流动性好，则反应正常，燃料电池能正 常发电；如流动性差，则导致反应的不连续或反应程度不够，则燃料 电池不能按照所要求的那样正常为外界提供电能。透气性的好坏还关 系到阴极反应生成的水的排放情况，如果生成的水不能及时排放，会引起MEA严重的水淹后果，而导致电池的彻底损坏。因此在组装MEA 之前对气体扩散层(GDL)的透气性能的测试和评价就变得尤为重要。
当前市场上销售的透气性测试仪普遍价格昂贵，测试时间长， 误差比较大。最为普遍的测试仪器要数Gurley的系列产品，但该系列 产品误差比较大，受环境影响大，对透气性不是很好的材料进行测试 时，测试时间超长，且进气气体压力很难调整、改变或改变程度不大， 不能很好地模拟GDL在燃料电池中使用时的压力情形。
中国专利文献CN201072373Y、 CN101126695A公开的透气度测试 仪，其核心是采用两个夹具，两个夹具上设置凹面和对应的凸起，以 及位于凹面和凸起中心处的通孔，将待测的碳纸放于凹面内，利用凸 凹配合将碳纸定位和夹紧； 一个夹具接钢瓶和压力表， 一个接质量流 量计，通过测量单位时间内一定压力下气体流量来计算渗透系数，结 构简单、使用方便。但这种测试仪只能做到测试纵向(through-plane ) 的透气性情况。
实用新型内容
本实用新型的目的在于对上述专利文献中所述测试仪进行改进， 从而提供一种新型的透气度测试夹具，不但兼具测试纵向透气度和横 向透气度，而且结构简单、测试方便快捷。
本实用新型采用如下技术方案 一种兼具测试材料纵向和横向 透气度的测试夹具，包括上压板和下压板。所述上压板的侧面设有一 进气孔，上压板下表面有一平面且该平面中心设有一个与所述进气孔 相通的出气孔。在下压板上表面与上压板上的所述平面相对的位置同样有一平面，且该平面中心位置设有与上压板中心出气孔位置完全吻 合的进气孔，在该下压板侧面设有一个与前述下压板上的进气孔相通 的出气孔。上压板下表面与下压板上表面相对的平面构成待测材料的 夹持面，且在夹持有待测材料时上压板与下压板之间有与周围环境相 通的径向通道。在上压板与下压板之间围绕所述夹持面设有一个环形 密封圈，将待测材料放置区域从四周密封以切断所述径向通道，且该 密封圈与下压板上的进气孔成同圆心排列。
本实用新型还提供一种兼具测试材料纵向和横向透气度的测试 仪，包括高压气瓶，精密体积流量计，以及由上压板和下压板构成的 夹具；所述上压板的侧面设有一进气孔，它通过所述精密体积流量计 与所述高压气瓶相连，上压板下表面有一平面且该平面中心设有一个 与所述进气孔相通的出气孔。下压板上表面与上压板上的所述平面相 对的位置同样有一平面，且该平面正中心位置设有与上压板中心出气 孔位置完全吻合的进气孔，在下压板侧面设有一个与该下压板进气孔 相通的出气孔，出气孔安装有阀门或者三通快插接头，所述三通快插 接头剩余的两出气孔连有一塑料气管。上压板下表面与下压板上表面 相对的平面构成待测材料的夹持面，且在夹持有待测材料时上压板与 下压板之间有与周围环境相通的径向通道。在上压板与下压板之间围 绕所述夹持面设有一个环形密封圈，将待测材料放置区域从四周密 封，且该密封圈与下压板上的进气孔成同圆心排列。
在上述夹具和测试仪中，构成夹持面的上压板与下压板上相对的 平面可以采用如中国专利文献CN201072373Y、 CN101126695A的方案，设置在凹面和凸起上，但这样需要在下压板上设置径向沟槽以形成径 向通道与该凹面相通，或者上压板以及下压板上的夹持面均为一个凸 起的顶面，以便在测横向透气性时使空气能够沿材料径向跑出。显然 这样会增加加工成本和难度。最理想的方式是上压板下表面以及下压 板上表面均采用平面，这样构成夹持面的平面是上压板下表面和上压 板上表面中心位置的一部分，当有待测材料被夹持在上压板与下压板 的夹持面之间时，上压板与下压板之间的环形间隙即构成一个径向排 气通道。这种方案结构最简单，且加工最方便。
为了便于密封圈的定位，在位于所述下压板的上表面的夹持面 周围可以设有一道与所述下压板上的进气孔同圆心的圆环形沟槽。
在所述的上压板的进气孔以及下压板的出气孔上均可以安装有 快插接头，以便于连接导管。
所述上压板与下压板可以采用液压机加压固定，这样其两者之 间对待测材料的压力可以方便地调节，在进行测试透气度时就能模拟 气体扩散层组装在电堆里所受的压力环境。
本实用新型可以测试气体透过待测材料纵向和横向(即径向)的 流量，从而能够兼具测试材料纵向和横向透气度的功能，而且该仪器 操作简单方便、节省时间、经济实惠。不仅能对燃料电池的关键组件
_气体扩散层(GDL)进行透气度的测试，还能对其他类型多孔透气
材料进行测试。


图1是本实用新型装配剖视图图2是本实用新型上压板剖面图 图3是本实用新型下压板剖面图具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述，以助于 理解本实用新型的内容。
如图l所示示意图，是本实用新型提供的一种兼具测试材料纵向 和横向透气度的测试仪的实施方式，包括由上压板1和下压板2构成的 夹具。同时参照图2和图3所示，上压板1的侧面设有一进气孔5，它通
过一个精密体积流量计(图中省略)与一个高压空气瓶(图中省略) 相连。上压板1下表面为一平面且该平面中心设有一个与进气孔5相通 的出气孔7。下压板2上表面与上压板上的平面相对的位置也为一平 面，且该平面正中心位置设有与上压板中心出气孔7位置完全吻合的 进气孔6。在该下压板侧面设有一个与前述进气孔6相通的出气孔8， 出气孔8安装有快插接头4和气管12，气管12接一个三通快插接头13， 三通快插接头13剩余的两个出气孔连有一塑料气管14。上压板下表面 与下压板上表面相对的平面构成待测材料的夹持面，在夹持有待测材 料时上压板1与下压板2之间有间隙，且在上压板1与下压板2之间围绕 所述夹持面设有一个环形密封圈9将待测材料放置区域从四周密封以 切断所述径向通道，避免气体在径向泄漏，且该密封圈9与下压板上 的进气孔6成同圆心排列。
参照图1和图3所示，为了便于密封圈9的定位，在下压板2的上 表面的夹持面周围，设有一道与下压板上的进气孔6同圆心的圆环形沟槽IO，用于放置密封圈9。
如图1所示，上压板1的进气孔5也安装有快插接头3，以便于连 接导管和精密气体流量计等。
上压板1的进气口与下压板2的出气口设置于侧面，使得上压板 上表面和下压板下表面为平面，没有其它部件，便于采用液压机加压 固定，这样利用液压机能模拟气体扩散层组装在电堆里所受的压力 环境，测试的透气度更接近于实用时的情形。
本使用新型可以选用氮气通过一定压力进入流量计后，通过上压 板的进气孔进入到碳纸内部，然后再经下压板的进气孔后从该压板的 侧面出气孔排放出来，或者从碳纸侧面排出。记录相同的气体压力下， 相同流量，不同气体扩散层GDL或同种气体扩散层GDL在不同液压机 压力下气体流过气体扩散层GDL的时间值。由于上下压板表面之间 有间隙，通过密封圈的使用和不使用，以及下压板上的出气口的打开 和关闭，可以分别控制气体是沿待测材料径向或横向流动，且精密气 体流量计是安装在上压板的进气口 ，在两种情况下均可测定气体流 量，从而保证了测定气体扩散层GDL的横向和径向透气度。
具体工作步骤如下
(1) 结合图1所示，将裁剪好的圆形气体扩散层GDL小片11 放置在下压板2进气中心通孔6上，将圆环形橡胶密封圈9放入圆环 形沟槽IO内。
(2) 将上压板1 (通过GDL小片11)放置到下压板2上，保证 两压板位置重合。将下压板侧面出气通孔8外块插接头4上连接的三通快插头13上的塑料气管14拔下(或在采用阀门时将阀门打开)以 排气。再用手动液压机缓慢加压，直到所需的压力为止。
(3) 打开氮气阀门，调整到所需压力，同时开始用秒表计时， 记录一段时间内的气体流量值。
(4) 利用Am/nr2t (r为上下压板通孔半径，Am为t时间内 的气体流量)计算出气体扩散层GDL11的纵向(through-plane)透 气度。
(5) 如将下压板2上的圆环形沟槽10内的圆环形橡胶密封圈 9拿掉，将下压板2的出气孔的三通快插头13的塑料气管14插上(或 在采用阀门时将阀门关闭)，重复上述操作步骤，由于气体是沿GDLll 横向流动并通过上下压板之间的间隙排出，因此可以测试横向
(in-plane)透气度值。
权利要求1、一种兼具测试材料纵向和横向透气度的测试夹具，包括上压板和下压板，其特征在于所述上压板的侧面设有一进气孔，上压板下表面有一平面且该平面中心设有一个与所述进气孔相通的出气孔；在下压板上表面与上压板上的所述平面相对的位置同样有一平面，且该平面中心位置设有与上压板中心出气孔位置完全吻合的进气孔，在该下压板侧面设有一个与前述下压板上的进气孔相通的出气孔；上压板下表面与下压板上表面相对的平面构成待测材料的夹持面，且在夹持有待测材料时上压板与下压板之间有与周围环境相通的径向通道，在上压板与下压板之间围绕所述夹持面设有一个环形密封圈，将待测材料放置区域从四周密封以切断所述径向通道，且该密封圈与下压板上的进气孔成同圆心排列。
2、 如权利要求1所述的夹具，其特征在于所述上压板下表面 以及下压板上表面均采用平面。
3、 如权利要求1所述的夹具，其特征在于在位于所述下压板 的上表面的夹持面周围设有一道与所述下压板上的进气孔同圆心的 圆环形沟槽，用于放置所述密封圈。
4、 如权利要求1所述的夹具，其特征在于所述的上压板的进 气孔以及下压板的出气孔上均安装有快插接头。 」
5、 如权利要求1所述的夹具，其特征在于所述上压板与下压 板采用液压机加压固定。
6、 一种兼具测试材料纵向和横向透气度的测试仪，包括高压气瓶、精密体积流量计、以及由上压板和下压板构成的夹具，其特征在 于所述上压板的侧面设有一进气孔，它通过所述精密体积流量计与 所述高压气瓶相连，上压板下表面有一平面且该平面中心设有一个与 所述进气孔相通的出气孔；下压板上表面与上压板上的所述平面相对 的位置同样有一平面，且该平面正中心位置设有与上压板中心出气孔 位置完全吻合的进气孔，在下压板侧面设有一个与该下压板进气孔相 通的出气孔，出气孔安装有阀门或者三通快插接头，所述三通快插接 头剩余两出气孔连有一塑料气管；上压板下表面与下压板上表面相对 的平面构成待测材料的夹持面，且在夹持有待测材料时上压板与下压 板之间有与周围环境相通的径向通道，在上压板与下压板之间围绕所 述夹持面设有一个环形密封圈，将待测材料放置区域从四周密封，且 该密封圈与下压板上的进气孔成同圆心排列。
7、 如权利要求6所述的测试仪，其特征在于所述上压板下表 面以及下压板上表面均为平面。
8、 如权利要求6所述的测试仪，其特征在于在位于所述下压 板的上表面的夹持面周围设有一道与所述下压板上的进气孔同圆心 的圆环形沟槽，用于放置所述密封圈。
9、 如权利要求6所述的测试仪，其特征在于所述的上压板的 进气孔以及下压板的出气孔上均安装有快插接头，用于连接导管。
10、 如权利要求6所述的测试仪，其特征在于所述上压板与下 压板采用液压机加压固定。
专利摘要本实用新型公开了一种兼具测试材料纵向和横向透气度的测试仪和夹具，夹具包括上压板和下压板，所述上压板的侧面设有一进气孔，下表面有一平面且该平面中心设有一个与所述进气孔相通的出气孔；下压板上表面与上压板上的所述平面相对的位置同样有一平面，且该平面中心位置设有与上压板中心出气孔位置完全吻合的进气孔，在该下压板侧面设有一个与前述进气孔相通的出气孔；在夹持有待测材料时上压板与下压板之间有与周围环境相通的径向通道，在上压板与下压板之间围绕所述夹持面设有一个环形密封圈，且该密封圈与下压板上的进气孔成同圆心排列。这种测试仪和夹具，能够用于测量碳纸或其它材料的纵向和横向透气度，且结构简单、使用方便。
文档编号G01N15/08GK201425569SQ200920159898
公开日2010年3月17日 申请日期2009年6月19日 优先权日2009年6月19日
发明者齐志刚 申请人:武汉银泰科技燃料电池有限公司