CN102054997A - 一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置及测试方法 - Google Patents

一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置及测试方法 Download PDF

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Abstract

一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置及测试方法，不锈钢板上设有单个的流场流道，不锈钢板夹在透明盖板和底板中间，密封紧固，盖板上设有进气孔和液滴注入孔，底板上设有出气口，进气孔与流道的前端连通，液滴注入孔与流道中间部位连通，，出气口与流道的后端连通，注射器的注射头与盖板上的液滴注入孔连接，进气孔和出气孔连接的管路上接有压力表和进气阀，控制系统控制注射器注入液滴。测试方法是，调节进气压力，微量注射泵控制系统控制液滴注入量，观察液滴在通道内运动状况，记录不同运动状态下盖板进气口的压力和底板出气口压力。采用本方法可以方便、精确的控制液滴注入流道中，可以实时观察液滴运动状态、测试流体特性。

Description

一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置及测试方法
技术领域
本发明涉及燃料电池测试方法领域，尤其涉及燃料电池双极板流场测试技术。
背景技术
流场是在双极板上加工各种形状的沟槽，为反应剂及反应产物提供进出通道，是燃料电池的关键，流场结构需按照流体运动规律设计。在质子交换膜燃料电池工作过程中，将有液态水产生，它们主要来自反应过程中产生的水以及气体带入的增湿水。如果液态水不能及时排出，将会在流场通道内部积累产生液滴，或者在通道表面形成一层水膜，极大地减小通道尺寸，增加气体经过通道的压差，严重影响电池性能。因此，流场通道几何尺寸以及通道的表面特性是流场设计中的关键因素。
流场排水的优劣取决于流场结构，因为流场结构决定着电池内部气体流动的速度和电池进出口压差。设计合理的流道可以使电极各处均能获得充足的反应气并及时排出生成的水，保证燃料电池具有较好的性能和稳定性。通过研究流场通道内流体的特性，充分掌握液态水在燃料电池流道内的行为规律，对流场通道的设计具有重要的指导意义。关于流道内液体流动规律的研究需要对流道内液体流动进行测试，现有技术中，CN101118970A提出了一种可视化装置和方法，用摄像机记录流体在流场中运动和分布状况。该方法的不足是不能精确控制注入的液体量，而且没有测试液体初始运动的规律。
发明内容
本发明目的是针对双极板流场通道现有测试手段不足的状况，提供一种精准注入、方便观察流场通道内液滴流动状态和测试液滴运动规律的装置及测试方法。
通过以下技术方案实现本发明的目的：一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置，包括盖板、底板、不锈钢板、支架和控制系统，其特征是所述盖板是透明平板，盖板上设有进气孔和液滴注入孔；所述底板是平板，底板上设有出气口，所述不锈钢板上设有单个流场流道，带有单个流场流道的不锈钢板夹在透明盖板和底板中间，用紧固螺栓密封紧固，盖板上的进气孔与不锈钢板(5)上的单个流场流道的前端连通，盖板上的液滴注入孔与不锈钢板上的单个流场流道中间部位连通，盖板进气孔端的连接管路上接有进气压力表和进气阀，底板上的出气孔与不锈钢板上的单个流场流道的后端连通，底板出气孔端的连接管路上接有出口压力表；所述控制系统是微量注射控制系统，微量注射控制系统包括注射器和微量注射控制器，所述注射器固定在支架上，注射头与盖板上的液滴注入孔连接，微量注射控制器和注射器的控制部分连接。
本发明所述一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置，其特征在于所述盖板上的液滴注入孔为1-5个，液滴注入孔沿不锈钢板上的流场流道均布，液滴注入孔的孔径为0.5-1mm，
本发明所述一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置，其特征在于所述进气压力表和出口压力表为精密压力表。
本发明所述一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置，其特征在于所述不锈钢板上的单个流场流道经过表面改性处理。
本发明所述一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置，其特征在于所述不锈钢板(5)上的流场流道沟深在0.4-0.5mm，沟宽在0.5-0.9mm。
本发明所述一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置的测试方法，其特征在于所述测试方法包括以下步骤：
a注射器内注满液体固定在支架上，注射头对准有盖板上注入孔；
b、将进气阀与外部气源连接，打开进气阀，调节进气压力，启动微量注射控制系统控制注射器向不锈钢板单个流场流道注射的液滴注入量；
c、通过透明盖板观察液滴在单个流场流道内运动状况，液滴刚刚开始运动时，停止注入，记录注入液滴的量值和盖板进气口的压力及底板出气口压力；
d、盖板进气口的压力和底板出气口压力差为推动该液滴的最小推动力；
e、改变进气压力和液体注射速率，重复以上步骤；
f、改变密封紧固的金属不锈钢板、透明盖板和底板的放置方向，重复以上步骤。
本发明所述一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置的测试方法，其特征在于所述的外部气源的气体为空气，所述注射器内注入的液体为去离子水。
本发明具有如下优点：
1、对不同设计尺寸和材料的流场通道进行试验，安装方便、操作方法简单，适用于流场通道的设计验证；
2、采用微机控制注射泵可以精确控制液体注射速率和液滴的大小，同时还可以控制不同位置液体注入量，使实验结果易于控制、数据更加精确。
3、直观、方便观察电堆不同放置方式时液滴运动规律，进而得到液滴大小与推动力关系。
附图说明
本发明有附图一幅，
图1为本发明装置结构示意图。
图中：1、进气阀，2、进气压力表，3、进气孔，4、液滴注入孔，5、带单个流场流道的不锈钢板，6、底板，7、盖板，8、紧固螺栓，9、出气孔，10、出口压力表，11、支架，12、注射器，13、微量注射控制器，14、微量注射控制系统，
具体实施方式
以一个实测为例，对本发明作进一步说明。
盖板7是透明有机玻璃平板，盖板7上设有进气孔3和三个液滴注入孔4；进气孔孔径为1mm，液滴注入孔孔径为0.8mm，底板6是平板，底板6上设有出气孔9，进气压力表2和出口压力表均为精密压力表，不锈钢板5上设有单个流场流道，单个流场流道的沟深为0.4mm，沟宽为0.54mm。将带单个流场流道的不锈钢板5夹在透明盖板7和底板6中间，用紧固螺栓8固定。注射器12注满去离子水后固定在支架11上。微量注射控制器12控制固定在支架11上注射器12注入单个流场流道内液滴的速率和流量。将盖板7上的进气孔3与高压气瓶连接，打开进气阀1，将进气压力表2示数调节到设定值2.5KPa后，启动微量注射控制系统，向单个流场流道内注入液滴。观察注入单个流场流道内液滴的运动状态，液滴刚刚开始运动时，停止注入，此时微量注射控制器13记录已注入的液体流量为3.189μL。进气压力表2和出口压力表10显示的压力示数分别为2.5KPa和0.5KPa，二者的压力差2Kpa为3.189μL液滴在通道内开始运动所需要的最小推动力。调节进气压力大小可以得到不同压力下液滴开始运动时的液滴量和压力差值，也可调整可视化盖板的放置方向，如立放和侧放，通过上述方法可以观察液滴运动状态，得到不同放置方向时的液滴量和推动力值。

Claims (7)

1.一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置，包括盖板(7)、底板(6)、不锈钢板(5)、支架(11)和控制系统(14)，其特征是所述盖板(7)是透明平板，盖板(7)上设有进气孔(3)和液滴注入孔(4)；所述底板(6)是平板，底板(6)上设有出气孔(9)，所述不锈钢板(5)上设有单个流场流道，带有单个流场流道的不锈钢板(5)夹在透明盖板(7)和底板(6)中间，用紧固螺栓(8)密封紧固，盖板(7)上的进气孔(3)与不锈钢板(5)上的单个流场流道的前端连通，盖板(7)上的液滴注入孔(4)与不锈钢板(5)上的流场流道中间部位连通，盖板(7)进气孔端的连接管路上接有进气压力表(2)和进气阀(1)，底板(6)上的出气孔(9)与不锈钢板(5)上的单个流场流道的后端连通，底板(6)出气孔端的连接管路上接有出口压力表(10)；所述控制系统(14)是微量注射控制系统，微量注射控制系统包括注射器(12)和微量注射控制器(13)，所述注射器(12)固定在支架(11)上，注射头与盖板(7)上的液滴注入孔(4)连接，微量注射控制器(13)和注射器(12)的控制部分连接。
2.根据权利要求1所述一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置，其特征在于所述盖板(7)上的液滴注入孔(4)为1-5个，液滴注入孔沿不锈钢板上的流场流道均布，液滴注入孔的孔径为0.5-1mm。
3.根据权利要求1所述一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置，其特征在于所述进气压力表(2)和出口压力表(10)为精密压力表。
4.根据权利要求1所述一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置，其特征在于所述不锈钢板(5)上的单个流场流道经过表面改性处理。
5.根据权利要求1所述一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置，其特征在于所述不锈钢板(5)上的流场流道沟深在0.4-0.5mm，沟宽在0.5-0.9mm。
6.权利要求1所述一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置的测试方法，其特征在于所述测试方法包括以下步骤：
a注射器(12)内注满液体固定在支架(11)上，注射头对准盖板上的液滴注入孔(4)；
b、将进气阀(1)与外部气源连接，打开进气阀(1)，调节进气压力，启动微量注射控制系统(14)控制注射器(12)向不锈钢板(5)上单个流场流道注射的液滴注入量；
c、通过透明盖板(7)观察液滴在单个流场流道内的运动状况，在液滴刚刚开始运动时，停止注入，记录注入的液滴的量值和和盖板进气口的压力和底板出气口压力；
d、盖板进气口的压力和底板出气口压力差为推动该液滴的最小推动力；
e、改变进气压力和液体注射速率，重复以上步骤；
f、改变密封紧固的金属不锈钢板、透明盖板和底板的放置方向，重复以上步骤。
7.根据权利要求6所述一种燃料电池双极板流场单通道流体测试装置的测试方法，其特征在于所述的外部气源的气体为空气，所述注射器内注入的液体为去离子水。
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