CN114813033A - 一种评估双极板排水能力的可视化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评估双极板排水能力的可视化装置，涉及燃料电池技术领域；为了能够直观的评价流场形状对于排水效果的影响；本装置具体包括底板，所述底板一侧外壁通过螺栓固定有透明板，底板和透明板一侧外壁分别开有导气通孔和导水通孔，导气通孔和导水通孔内壁分别插接有导气接头和输水接头，导气接头外壁设置有气体循环机构，输水接头外壁设置有水循环机构，底板一侧外壁设置有双极板流道，透明板一侧外壁开有卡槽。本发明通过水循环机构将水喷入进水槽，随后通过透明板观察多孔板表面，待有气泡生成时打开气体循环机构，待气体循环机构内部的流量稳定后通过透明板观察双极板流道的液态水的排水效果。

Description

一种评估双极板排水能力的可视化装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种评估双极板排水能力的可视化装置。

背景技术

燃料电池是实现碳中和、碳达峰的一个关键技术，对于清洁能源及环境保护起到了重要的意义。目前燃料电池技术已经具有了商业化应用的技术条件，不过还需要解决性能、耐久性以及成本等问题。其中燃料电池电堆的核心技术水热管理是影响燃料电池成本及寿命的关键因素，如何有效的检测和表征燃料电池内部水的传递就是提升水管理的重要步骤。

针对燃料电池电堆的核心组件，双极板是影响电堆内部水管理的关键部件，其流场形状的设计对于液态水能够顺利排出起到了重要的作用。目前对于流场排水作用的研究主要集中与仿真技术，而试验研究较少。直接在燃料电池上进行在线检测能够与实际情况最为接近，一般采用中子成像技术，但是其设备复杂，成本高昂，难以起到快速迭代开发的作用。而采用其他离线表征手段难以模拟膜电极生成水的过程。本发明采用具有特征孔径的多孔板，采用调节两侧的压差控制液态水的渗透速度，与膜电极液态水的生成较为相似。因此，本发明开发了一种简便易行的测试装置，能够直观的评价流场形状对于排水效果的影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种评估双极板排水能力的可视化装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种评估双极板排水能力的可视化装置，包括底板，所述底板一侧外壁通过螺栓固定有透明板，底板和透明板一侧外壁分别开有导气通孔和导水通孔，导气通孔和导水通孔内壁分别插接有导气接头和输水接头，导气接头外壁设置有气体循环机构，输水接头外壁设置有水循环机构，底板一侧外壁设置有双极板流道，透明板一侧外壁开有卡槽，卡槽一侧内壁开有进水槽，卡槽内壁卡接有多孔板。

优选的：所述气体循环机构包括导气接头、进气管、压力表、流量计、出气管和背压阀，导气接头插接于导气通孔的内壁上，进气管和出气管分别插接于导气接头的外壁上，压力表和流量计分别设置于进气管的外壁上，背压阀设置于出气管的外壁上。

进一步的：所述底板和透明板顶部和底部外壁分别设置有夹持推盘，夹持推盘一侧外壁固定有连接块，连接块一侧外壁分别转动连接有支撑柱和弹性伸缩杆，支撑柱底部外壁固定有安装板，弹性伸缩杆顶部外壁固定有支撑架。

进一步优选的：所述水循环机构包括输水接头、循环管、进水管、水泵、水箱和排气阀，水箱固定于安装板的顶部外壁上循环管插接于水箱的顶部外壁上，排气阀设置于循环管的一侧外壁上，输水接头插接于导水通孔的内壁上，水泵设置于水箱的一侧外壁上，进水管插接于水泵的输出口上，输水接头一侧外壁分别插接于循环管和进水管的外壁上。

作为本发明一种优选的：所述安装板顶部外壁固定有第一限位板和第二限位板，支撑架滑动连接于第一限位板和第二限位板的外壁上，支撑架顶部外壁固定有导向框，导向框顶部外壁固定有控制面板，压力表、流量计、水泵和排气阀分别与控制面板电性连接。

作为本发明进一步优选的：所述导向框内壁滑动连接有配重块，支撑架外壁固定有固定框，固定框固定于第一限位板和第二限位板的外壁上。

作为本发明再进一步的方案：所述底板和透明板一侧外壁设置有密封件，支撑架顶部外壁插接有限位筒，循环管滑动连接于限位筒的内壁上。

在前述方案的基础上：所述第二限位板一侧外壁固定有反光镜，第一限位板一侧外壁固定有LED灯板，LED灯板与控制面板电性连接。

本发明的有益效果为：

1.将设计双极板的空气侧流场加工在透明板一侧表面，将孔径5um的多孔板进行放入卡槽内部。随后将底板和透明板通过螺栓螺母进行紧固密封，并通过管路分别与气体循环机构和水循环机构连接，通过水循环机构将水喷入进水槽，随后通过透明板观察多孔板表面，待有气泡生成时打开气体循环机构，待气体循环机构内部的流量稳定后通过透明板观察双极板流道的液态水的排水效果，从而能够直观的评价该双极板流道对于双极板排水效果的影响。

2.工作人员首先打开排气阀将循环管和进水管内部的气体放出，随后打开水泵，水泵将水箱内部的水通过进水管送入进水槽内部，设置水泵转速为转，通过透明板观察多孔板表面，待有气泡生成时即可打开气体循环机构。

3.工作人员首先通过螺栓将底板和透明板固定在一起后，随后即可将底板和透明板放置到支撑柱顶部的夹持推盘内，随后推动支撑架整体向下移动，让支撑架底部通过弹性伸缩杆连接的夹持推盘对底板和透明板整体进行夹持固定，提高底板和透明板整体的稳定性，弹性伸缩杆可通过自身弹力推动夹持推盘对底板和透明板进行挤压。

4.工作人员在对透明板进行观察时，可通过控制面板打开LED灯板，此时LED灯板的灯光会从底板和透明板的一侧照入，并穿过透明板照在反光镜一侧，照在反光镜一侧的光会反射在底板和透明板的另一侧，从而让透明板内部能够被LED灯板照射的更加清晰明亮，提高工作人员对透明板一侧双极板流道的观测效果。

5.工作人员可以将配重块插入导向框，从而让配重块通过自身重力挤压支撑架整体向下移动，让底板和透明板两侧的夹持推盘能够更加牢固的进行夹持固定，同时支撑架向下移动到合适位置后，工作人员即可通过螺丝将固定框固定在第一限位板和第二限位板的外壁上。

附图说明

图1为本发明提出的一种评估双极板排水能力的可视化装置的主视结构示意图；

图2为本发明提出的一种评估双极板排水能力的可视化装置的侧视结构示意图；

图3为本发明提出的一种评估双极板排水能力的可视化装置的底板结构示意图；

图4为本发明提出的一种评估双极板排水能力的可视化装置的透明板结构示意图；

图5为本发明提出的一种评估双极板排水能力的可视化装置的爆炸结构示意图；

图6为本发明提出的一种评估双极板排水能力的可视化装置的爆炸结构侧视示意图；

图7为本发明提出的一种评估双极板排水能力的可视化装置的电路流程示意图。

图中：1底板、2水箱、3背压阀、4出气管、5安装板、6压力表、7进气管、8LED灯板、9固定框、10支撑架、11第一限位板、12配重块、13控制面板、14导向框、15排气阀、16第二限位板、17循环管、18限位筒、19反光镜、20透明板、21水泵、22进水管、23支撑柱、24夹持推盘、25连接块、26弹性伸缩杆、27导气接头、28输水接头、29双极板流道、30多孔板、31密封件、32导气通孔、33导水通孔、34进水槽、35卡槽、36流量计。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

实施例1：

一种评估双极板排水能力的可视化装置，如图1-7所示，包括底板1，所述底板1一侧外壁通过螺栓固定有透明板20，底板1和透明板20一侧外壁分别开有导气通孔32和导水通孔33，导气通孔32和导水通孔33内壁分别插接有导气接头27和输水接头28，导气接头27外壁设置有气体循环机构，输水接头28外壁设置有水循环机构，底板1一侧外壁设置有双极板流道29，透明板20一侧外壁开有卡槽35，卡槽35一侧内壁开有进水槽34，卡槽35内壁卡接有多孔板30。

将设计双极板的空气侧流场加工在透明板20一侧表面，将孔径5um的多孔板30进行放入卡槽35内部。随后将底板1和透明板20通过螺栓螺母进行紧固密封。并通过管路分别与气体循环机构和水循环机构连接。通过水循环机构将水喷入进水槽34，随后通过透明板20观察多孔板30表面，待有气泡生成时打开气体循环机构，待气体循环机构内部的流量稳定后通过透明板20观察双极板流道29的液态水的排水效果，从而能够直观的评价该双极板流道29对于双极板排水效果的影响。

如图1-4所示，所述气体循环机构包括导气接头27、进气管7、压力表6、流量计36、出气管4和背压阀3，导气接头27插接于导气通孔32的内壁上，进气管7和出气管4分别插接于导气接头27的外壁上，压力表6和流量计36分别设置于进气管7的外壁上，背压阀3设置于出气管4的外壁上；工作人员将出气管4和进气管7与外部气泵相连接，随后打开气泵，设定气泵流量为50L/min，压力为120kPa，通过进气管7将空气通入多孔板30和双极板流道29之间，随后通过出气管4排出，压力表6可对流经进气管7的气压进行检测，流量计36可对流经进气管7的气体流量进行检测。

如图1-2所示，所述底板1和透明板20顶部和底部外壁分别设置有夹持推盘24，夹持推盘24一侧外壁固定有连接块25，连接块25一侧外壁分别转动连接有支撑柱23和弹性伸缩杆26，支撑柱23底部外壁固定有安装板5，弹性伸缩杆26顶部外壁固定有支撑架10；支撑柱23通过夹持推盘24对固定在一起后的底板1和透明板20进行夹持固定，工作人员可通过支撑柱23方便的对底板1和透明板20进行转动，从而方便工作人员对透明板20一侧双极板流道29的情况进行观察。

如图1-2所示，所述水循环机构包括输水接头28、循环管17、进水管22、水泵21、水箱2和排气阀15，水箱2通过螺丝固定于安装板5的顶部外壁上循环管17插接于水箱2的顶部外壁上，排气阀15设置于循环管17的一侧外壁上，输水接头28插接于导水通孔33的内壁上，水泵21设置于水箱2的一侧外壁上，进水管22插接于水泵21的输出口上，输水接头28一侧外壁分别插接于循环管17和进水管22的外壁上；工作人员首先打开排气阀15将循环管17和进水管22内部的气体放出，随后打开水泵21，水泵21将水箱2内部的水通过进水管22送入进水槽34内部，设置水泵21转速为1000转，通过透明板20观察多孔板30表面，待有气泡生成时即可打开气体循环机构。

如图1-2所示，所述安装板5顶部外壁通过螺丝固定有第一限位板11和第二限位板16，支撑架10滑动连接于第一限位板11和第二限位板16的外壁上，支撑架10顶部外壁通过螺丝固定有导向框14，导向框14顶部外壁通过螺丝固定有控制面板13，压力表6、流量计36、水泵21和排气阀15分别与控制面板13电性连接；工作人员首先通过螺栓将底板1和透明板20固定在一起后，随后即可将底板1和透明板20放置到支撑柱23顶部的夹持推盘24内，随后推动支撑架10整体向下移动，让支撑架10底部通过弹性伸缩杆26连接的夹持推盘24对底板1和透明板20整体进行夹持固定，提高底板1和透明板20整体的稳定性，弹性伸缩杆26可通过自身弹力推动夹持推盘24对底板1和透明板20进行挤压。

如图1-2所示，所述导向框14内壁滑动连接有配重块12，支撑架10外壁固定有固定框9，固定框9通过螺丝固定于第一限位板11和第二限位板16的外壁上；工作人员可以将配重块12插入导向框14，从而让配重块12通过自身重力挤压支撑架10整体向下移动，让底板1和透明板20两侧的夹持推盘24能够更加牢固的进行夹持固定，同时支撑架10向下移动到合适位置后，工作人员即可通过螺丝将固定框9固定在第一限位板11和第二限位板16的外壁上。

如图2、图5和图6所示，所述底板1和透明板20一侧外壁设置有密封件31，支撑架10顶部外壁插接有限位筒18，循环管17滑动连接于限位筒18的内壁上；密封件31可提高底板1和透明板20之间连接部为的密封性能，其中流量计36可以是质量流量计和转子流量计中的一种，密封件31的材质可以为硅橡胶、氟橡胶和烯烃类橡胶中的一种，多孔板30是具有特征孔径的多孔板材，其特征孔径为1～100um，材质可以为金属、石墨和其他高分子材料，多孔板30通过密封胶固定在卡槽35内壁，透明板20的材质为有机玻璃。

本实施例在使用时，将设计双极板的空气侧流场加工在透明板20一侧表面，将孔径5um的多孔板30进行放入卡槽35内部。随后将底板1和透明板20通过螺栓螺母进行紧固密封。并通过管路分别与气体循环机构和水循环机构连接。通过水循环机构将水喷入进水槽34，随后通过透明板20观察多孔板30表面，待有气泡生成时打开气体循环机构，待气体循环机构内部的流量稳定后通过透明板20观察双极板流道29的液态水的排水效果，工作人员将出气管4和进气管7与外部气泵相连接，随后打开气泵，设定气泵流量为50L/min，压力为120kPa，通过进气管7将空气通入多孔板30和双极板流道29之间，随后通过出气管4排出，压力表6可对流经进气管7的气压进行检测，流量计36可对流经进气管7的气体流量进行检测。

支撑柱23通过夹持推盘24对固定在一起后的底板1和透明板20进行夹持固定，工作人员可通过支撑柱23方便的对底板1和透明板20进行转动，工作人员首先打开排气阀15将循环管17和进水管22内部的气体放出，随后打开水泵21，水泵21将水箱2内部的水通过进水管22送入进水槽34内部，设置水泵21转速为1000转，通过透明板20观察多孔板30表面，待有气泡生成时即可打开气体循环机构。

工作人员首先通过螺栓将底板1和透明板20固定在一起后，随后即可将底板1和透明板20放置到支撑柱23顶部的夹持推盘24内，随后推动支撑架10整体向下移动，让支撑架10底部通过弹性伸缩杆26连接的夹持推盘24对底板1和透明板20整体进行夹持固定。

实施例2：

一种评估双极板排水能力的可视化装置，如图1-2所示，本实施例在实施例1的基础上作出以下改进：所述第二限位板16一侧外壁固定有反光镜19，第一限位板11一侧外壁固定有LED灯板8，LED灯板8与控制面板13电性连接；工作人员在对透明板20进行观察时，可通过控制面板13打开LED灯板8，此时LED灯板8的灯光会从底板1和透明板20的一侧照入，并穿过透明板20照在反光镜19一侧，照在反光镜19一侧的光会反射在底板1和透明板20的另一侧，从而让透明板20内部能够被LED灯板8照射的更加清晰明亮，提高工作人员对透明板20一侧双极板流道29的观测效果。

本实施例在使用时，工作人员在对透明板20进行观察时，可通过控制面板13打开LED灯板8，此时LED灯板8的灯光会从底板1和透明板20的一侧照入，并穿过透明板20照在反光镜19一侧，照在反光镜19一侧的光会反射在底板1和透明板20的另一侧，从而让透明板20内部能够被LED灯板8照射的更加清晰明亮。

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 (8)

1.一种评估双极板排水能力的可视化装置，包括底板(1)，其特征在于，所述底板(1)一侧外壁通过螺栓固定有透明板(20)，底板(1)和透明板(20)一侧外壁分别开有导气通孔(32)和导水通孔(33)，导气通孔(32)和导水通孔(33)内壁分别插接有导气接头(27)和输水接头(28)，导气接头(27)外壁设置有气体循环机构，输水接头(28)外壁设置有水循环机构，底板(1)一侧外壁设置有双极板流道(29)，透明板(20)一侧外壁开有卡槽(35)，卡槽(35)一侧内壁开有进水槽(34)，卡槽(35)内壁卡接有多孔板(30)。

2.根据权利要求1所述的一种评估双极板排水能力的可视化装置，其特征在于，所述气体循环机构包括导气接头(27)、进气管(7)、压力表(6)、流量计(36)、出气管(4)和背压阀(3)，导气接头(27)插接于导气通孔(32)的内壁上，进气管(7)和出气管(4)分别插接于导气接头(27)的外壁上，压力表(6)和流量计(36)分别设置于进气管(7)的外壁上，背压阀(3)设置于出气管(4)的外壁上。

3.根据权利要求1所述的一种评估双极板排水能力的可视化装置，其特征在于，所述底板(1)和透明板(20)顶部和底部外壁分别设置有夹持推盘(24)，夹持推盘(24)一侧外壁固定有连接块(25)，连接块(25)一侧外壁分别转动连接有支撑柱(23)和弹性伸缩杆(26)，支撑柱(23)底部外壁固定有安装板(5)，弹性伸缩杆(26)顶部外壁固定有支撑架(10)。

4.根据权利要求1所述的一种评估双极板排水能力的可视化装置，其特征在于，所述水循环机构包括输水接头(28)、循环管(17)、进水管(22)、水泵(21)、水箱(2)和排气阀(15)，水箱(2)固定于安装板(5)的顶部外壁上循环管(17)插接于水箱(2)的顶部外壁上，排气阀(15)设置于循环管(17)的一侧外壁上，输水接头(28)插接于导水通孔(33)的内壁上，水泵(21)设置于水箱(2)的一侧外壁上，进水管(22)插接于水泵(21)的输出口上，输水接头(28)一侧外壁分别插接于循环管(17)和进水管(22)的外壁上。

5.根据权利要求4所述的一种评估双极板排水能力的可视化装置，其特征在于，所述安装板(5)顶部外壁固定有第一限位板(11)和第二限位板(16)，支撑架(10)滑动连接于第一限位板(11)和第二限位板(16)的外壁上，支撑架(10)顶部外壁固定有导向框(14)，导向框(14)顶部外壁固定有控制面板(13)，压力表(6)、流量计(36)、水泵(21)和排气阀(15)分别与控制面板(13)电性连接。

6.根据权利要求5所述的一种评估双极板排水能力的可视化装置，其特征在于，所述导向框(14)内壁滑动连接有配重块(12)，支撑架(10)外壁固定有固定框(9)，固定框(9)固定于第一限位板(11)和第二限位板(16)的外壁上。

7.根据权利要求3所述的一种评估双极板排水能力的可视化装置，其特征在于，所述底板(1)和透明板(20)一侧外壁设置有密封件(31)，支撑架(10)顶部外壁插接有限位筒(18)，循环管(17)滑动连接于限位筒(18)的内壁上。

8.根据权利要求6所述的一种评估双极板排水能力的可视化装置，其特征在于，所述第二限位板(16)一侧外壁固定有反光镜(19)，第一限位板(11)一侧外壁固定有LED灯板(8)，LED灯板(8)与控制面板(13)电性连接。

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