Bronkhorst
Applikationsbericht

Dichtheitsprüfung von Brennstoffzellen

Verwendung einer Kombination aus Durchflussregler und Druckmesser für die Qualitätskontrolle

Bronkhorsts Vertriebspartner - Wagner Mess- und Regeltechnik - unterstützte einen Automobilhersteller mit einer Qualitätskontrolle durch eine Durchflussregler-Druckmesser-Kombination.

Die eigentliche Funktion der Brennstoffzellen besteht darin, Wasserstoff und Sauerstoff nicht direkt miteinander reagieren zu lassen, sondern indirekt und kontrolliert und so die bei der Reaktion frei werden Energie nutzbar zu machen. Diese Reaktionspartner werden getrennten Teilen der Brennstoffzelle zugeführt. Sie reagieren innerhalb der Brennstoffzelle zu Wasser als Reaktionsprodukt und einem elektrischen Strom als Ergebnis, der einem Elektromotor eines Fahrzeugs zugeführt werden kann.
 
Um zu verhindern, dass eine vorzeitige direkte Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu einer geringeren Leistung der Brennstoffzelle führt, darf es keine Kurzschlusslecks zwischen der Wasserstoff- und der Sauerstoffseite geben. Darüber hinaus darf keine der Seiten blockiert werden.
 
Für Automobilhersteller ist es wichtig, mit qualitativ hochwertigen Brennstoffzellen-Stacks zu arbeiten. Als Stacks bezeichnet man mehrere in Reihe geschalteten Brennstoffzellen, damit wird eine höhere Spannung erreicht. Während der Montage könnten unerwünschte Partikel in die Dichtungen zwischen den Platten geraten sein. Dies will man verhindern.

Brennstoffzelle für die Automobilindustrie

Anwendungsanforderungen

Teil des Qualitätsprozesses unseres Kunden ist es, die Qualität der Brennstoffzelle zu überprüfen. Es muss ein Wert für ein optimales Strömungswiderstandsfenster definiert werden. Durch Zufüren eines genau definierten Gas Durchflusses und der Messung des darauffolgenden Druckanstiegs oder -abfalls kann der Strömungswiderstand quantifiziert werden. Ein zu geringer Strömungswiderstand ist ein Indiz für ein Leck und ein zu hoher Strömungswiderstand ist ein Hinweis für eine teilweise blockierte Brennstoffzelle. Diese Tests müssen sowohl auf der Wasserstoff- als auch auf der Sauerstoffseite der Brennstoffzelle durchgeführt werden.

Empfohlene Instrumente

Wichtige Aspekte

  • Qualitätskontrolle – Wareneingangskontrolle von Brennstoffzellen Stacks
  • Reproduzierbarkeit
  • Reinheit der Gase
  • Durchfluss-Druck Regelung
  • Flexibilität


Prozesslösung

Die Bronkhorst-Lösung besteht aus zwei Durchfluss-Druck-Kombinationen. Der Anwender kann während der Tests bestimmen, ob er den Druck regeln und den Durchfluss messen oder den Durchfluss regeln und den Druck messen will. Beide Optionen sind möglich.
 
Jede der Durchfluss-Druck-Kombinationen besteht aus einem EL-FLOW Select Gas Massendurchflussregler für Luft oder Stickstoff und einem EL-PRESS Druckmesser. Eine Kombination ist mit der Sauerstoff - Kathoden - Seite der Brennstoffzelle verbunden und die andere Kombination mit der Wasserstoff - Anoden - Seite, sodass die Kathoden- und Anodenseite getrennt gemessen werden.

Filter werden vor dem Eintritt des Gases in das Strömungs-/Drucksystem eingesetzt, um eventuell im Gas Durchfluss enthaltene Feststoffpartikel zu entfernen. Beide Tests werden parallel durchgeführt, einmal vorwärts und einmal rückwärts.
 
Je nach Art und Größe der Brennstoffzelle definiert der Anwender ein Druck-/Durchflussfenster. Wenn die Messergebnisse innerhalb dieses Fensters liegen, ist die Brennstoffzelle zugelassen. Als Teil der Qualitätskontrollanforderungen zur Genehmigung oder Ablehnung einer Brennstoffzelle ist die Reproduzierbarkeit der Testergebnisse wichtig.
 

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Polymer electrolyte membrane fuel cell PEMFC

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