CN101135602A - 双极板流场流体可视化装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双极板流场流体可视化装置和方法，装置包括双极板、摄像机、极板上的流场、透明盖板、底板、气体供应装置和显色试纸；极板的流体进出口位置设有气体通道；在所述气体供应装置上装有各种流体测量仪表，并在底板的出口端也设有测量仪表。使用将双极板测试流场面朝上，固定在透明盖板和底板中间；进行预先空白试验确定供气压力、流量；将双极板测试流场面上覆盖湿润的显色试纸，再次固定在透明盖板和底板中间；打开摄像机，记录流体在流场中运动和分布的状况。该装置解决了测试方法中流体选用以及观察方法问题，所采用的流体和方法简单、实用，能更加准确、更加快速地观察到所需的结果，适于在极板检测上广泛推广。

Description

双极板流场流体可视化装置和方法

技术领域

本发明涉及一种检测流场流体运动规律的装置，尤其涉及一种双极板流场流体可视化装置和方法。

背景技术

燃料电池双极板分为阴极板、阳极板，冷却腔流场板。阴极板、阳极板上均有符合燃料电池输送、排放物质要求的通道，也叫流场，流场是由流场沟和流场脊组成，流场形状可以按照流体运动规律设计，设计的流场对燃料电池性能有重要影响。

流体的可视化在文献F.Barreras*，A.Lozano，L.Vali~no，C.Mar′1n，A.Pascau：Flow distribution in a bipolar plate of a proton exchange membrane fuel cell：experiments and numerical simulation studies，Journal of Power Sources 144(2005)54-66中有详细描述，该文献中采用的方法，流体是确定黏度的溶剂与可溶荧光染色剂混合物，确定黏度是指液体在管道中确定的流速时具有与氢气运动黏度相近的液体，文献中溶剂流体是甘油与水按一定比例配制的，可溶性荧光染色剂可以溶于溶剂流体，采用注射的方法引入溶剂流体通道，然后用荧光示踪激光摄像机对流体运动状态进行记录。也存在其它相似的方法进行观察。这些方法共同的缺点是对透明装置有很高的要求，因为应用了有机溶剂，所以不能使用橡塑材料，特别是对双极板密封用材料有溶胀作用，另外，荧光染色剂的溶解混合均匀性、速度无法把握和表征，另外荧光示踪噪声大，影响观察的准确性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，研制一种方便观察、记录流体在流场内运动的状态的双极板流场流体可视化装置和方法。本发明的技术实现手段如下：

一种双极板流场流体可视化装置，包括双极板、摄像机和极板上的流场；其特征在于还包括透明盖板、底板、气体供应装置和显色试纸；所述底板上双极板的流体进出口位置设有气体通道；在所述气体供应装置上装有各种流体测量仪表，并在底板的出口端也设有测量仪表；使用时将双极板测试流场面上覆盖湿润的显色试纸，后夹在透明盖板和底板中间通过紧固螺栓将其紧固，气体供应装置通过调节装置调解后，将气体注入双极板上的流场内，通过用摄像机进行记录。所述显色试纸根据注入流场内的气体的酸性或碱性，而相应的选用酸性或碱性试纸；所述透明盖板为透明玻璃砖。

所述调节装置包括减压阀、稳压阀和调节阀。

所述各种测量仪表包括温度仪表、流量仪表、压力仪表。

所述的双极板为单节双极板或叠加双极板。

一种应用双极板流场流体可视化装置的方法，其特征在于包括如下步骤：

a、将双极板测试流场面朝上，夹在透明盖板和底板中间用紧固螺栓将其紧固；

b、在底板上双极板的流体进口端接上气体供应装置，通过调整调节装置进行预先空白试验，确定供气压力和流量；

c、将双极板测试流场面上覆盖湿润的显色试纸，夹在透明盖板和底板中间用紧固螺栓将其紧固；

d、打开高速高分辨摄像机，摄出流体在流场中运动和分布的状况。

还包括按照电池堆放置的常见方式，改变该装置的放置方式进行分别测试观察的步骤。

还包括改变气体的压力、流量，后分别进行测试观察的步骤；所述的气体为氨气或二氧化碳，相应的显色试纸可以是酚酞试纸或石蕊试纸。

本发明主要解决了测试方法中流体选用以及观察方法问题，所采用的流体和方法简单、实用，能更加准确、更加快速地观察到所需的结果，适于双极板设计验证。由于其结构简单，不仅便于生产，而且成本非常低廉适于广泛推广。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图。

图中：1、透明盖板，2、底板，3、双极板，4、流场，纸5、紧固螺栓，6、摄像机，7、出口，8、气体供应装置，9、调节装置，10、显色试纸。

具体实施方式

如图1所示该双极板流场流体可视化装置，包括双极板3、摄像机6和极板上的流场4透明盖板1、底板2、气体供应装置8和显色试纸10；底板2上双极板3的流体进出口位置设有气体通道；在气体供应装置8上装有各种流体测量仪表，在气体供应装置8出口设有调节装置9进行气体流量的控制，并在底板2的出口端也设有测量仪表；其中透明盖板1为透明玻璃砖，调节装置9包括减压阀、稳压阀和调节阀，各种测量仪表包括温度仪表、流量仪表、压力仪表，显色试纸10根据注入流场4内的气体的酸性或碱性，而相应的选用酸性或碱性试纸，这里气体选用氨气，显色试纸10选用酚酞试纸。在透明玻璃砖上加工有螺栓孔，与底板用螺栓固定，双极板具有流场和进出口通道，与底板上加工的道的进气道相连，也可以把底板加工成透明有机玻璃板，可以同时观察双极板另一侧流场，这里仅观察一侧流场；其中氨气通过减压阀、流量调节阀、压力计从底板2上的进口进入双极板3，出口7端可测量流量。

例如选用双极板3有效面积为300cm²、双极板流场通道体积为7ml的极板进行测试。首先将双极板3测试流场面朝上，夹在透明盖板1和底板2中间用紧固螺栓5将其紧固；后在底板2上双极板3的流体进口端接上气体供应装置8，通过调整调节装置9(即调节稳压阀和调节阀)，将压力和流量控制道预定位置，进行预先空白试验，确定供气压力和流量；这里控制氨气压力为0.03MPa、流量为0.4m³/h，然后关闭调节阀，将装置拆开，将与流场宽度和长度相等的滤纸从溶有酚酞的乙醇溶液中取出，并迅速摊开放在双极板3测试流场面上，夹在透明盖板1和底板2中间用紧固螺栓5将其紧固，打开摄像机，然后打开氨气调节阀，酚酞试纸遇氨气变红，颜色变化与氨气浓度有关系，氨气浓度与流场分配特性相关，通过摄像机高速摄像记录，将把流场上试纸变色范围和变色的深浅迅速记录，记录数据可以进行分析得出流场分配和流体运动特性。后根据电池堆放置的常见方式，改变该装置的放置方式按照前面的步骤进行分别测试观察；或根据气体的压力、流量，后分别进行测试观察，记录流体动态分布状况。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双极板流场流体可视化装置，包括双极板(3)、摄像机(6)和极板上的流场(4)；其特征在于还包括透明盖板(1)、底板(2)、气体供应装置(8)和显色试纸(10)；所述底板(2)上双极板(3)的流体进出口位置设有气体通道；在所述气体供应装置(8)上装有各种流体测量仪表，并在底板(2)的出口(7)端也设有测量仪表；使用时将双极板(3)测试流场(4)面上覆盖湿润的显色试纸(10)，后夹在透明盖板(1)和底板(2)中间通过紧固螺栓(5)将其紧固，气体供应装置(8)通过调节装置(9)调解后，将气体注入双极板(3)上的流场(4)内，通过用摄像机(6)进行记录。

2.根据权利要求1所述的双极板流场流体可视化装置，其特征在于所述显色试纸(10)根据注入流场(4)内的气体的酸性或碱性，而相应的选用酸性或碱性试纸。

3.根据权利要求1所述的双极板流场流体可视化装置，其特征在于所述透明盖板(1)为透明玻璃砖。

4.根据权利要求1所述的双极板流场流体可视化装置，其特征在于所述调节装置(9)包括减压阀、稳压阀和调节阀。

5.根据权利要求1所述的双极板流场流体可视化装置，其特征在于所述各种测量仪表包括温度仪表、流量仪表、压力仪表。

6.根据权利要求1所述的双极板流场流体可视化装置，其特征在于所述的双极板(3)为单节双极板或叠加双极板。

7.一种使用权利要求1所述的双极板流场流体可视化装置的方法，其特征在于包括如下步骤：

a、将双极板(3)测试流场面朝上，夹在透明盖板(1)和底板(2)中间用紧固螺栓(5)将其紧固；

b、在底板(2)上双极板(3)的流体进口端接上气体供应装置(8)，通过调整调节装置(9)，进行预先空白试验，确定供气压力和流量；

c、将双极板(3)测试流场面上覆盖湿润的显色试纸(10)，夹在透明盖板(1)和底板(2)中间用紧固螺栓(5)将其紧固；

d、打开高速高分辨摄像机(6)，摄出流体在流场中运动和分布的状况。

8.根据权利要求7所述的使用双极板流场流体可视化装置的方法，其特征在于还包括按照电池堆放置的常见方式，改变该装置的放置方式进行分别测试观察的步骤。

9.根据权利要求7所述的使用双极板流场流体可视化装置的方法，其特征在于还包括改变气体的压力、流量，后分别进行测试观察的步骤。

10.根据权利要求7所述的使用双极板流场流体可视化装置的方法，其特征在于所述的气体为氨气或二氧化碳，相应的显色试纸(10)可以是酚酞试纸或石蕊试纸。

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