CN115000463B - 一种燃料电池可移动式可视化测试装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池可移动式可视化测试装置及其使用方法，涉及燃料电池技术领域，包括测试装置本体，所述测试装置本体包括依次层叠的可视化端板、石墨流场板和底板，还包括加强条和限位框架，所述限位框架与可视化端板匹配，所述限位框架中部设有镂空的观测区域，所述加强条横贯所述观测区域并可活动设于限位框架与可视化端板之间。本发明提供的燃料电池可移动式可视化测试装置及其使用方法，通过设置可移动的加强条，在压紧可视化端板的同时，便于可视化反应中清楚观察到各流道设计下的水移动情况，有效消除测试盲区。可通过测试气路测试流场的排水能力。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池可移动式可视化测试装置及其使用方法。
背景技术
随着燃料电池商用车市场的蓬勃发展，对其性能及耐久性的需求也愈来愈高。燃料电池在特定操作条件下，反应生成的水以液态形式存在，如果生成的液态水不能及时排走，可能导致气体流道发生水淹现象，从而抑制氧气的扩散或导致氢气饥饿，使得燃料电池的稳定性降低，甚至会发生催化剂降解腐蚀，使电堆寿命急速衰减。
专利CN207834458U中，提出了一种可以观察流道内气体分布情况的可视化燃料电池装置，是通过在电堆中加装透明材料和重氨晒图纸的方法来观察流道内流体流量的分布情况，其未考虑液体特性，不适合应用到电池排水能力的探究中。专利CN210006823U中，提出一种可在线观察流场内生成水的情况的装置，通过透明的流场单元及在与沟槽相对位置开有镂空孔的压板来实现内部两相流的可视化，其测试结构未考虑商业应用燃料电池流场的复杂性，其结果基础理论方面作用更大，实际使用便利性差。专利CN107490769中，提出一种燃料电池水分布可视化在线检测系统，发明通过主控制器、图像采集模块和分析处理模块等电子部件及可视化燃料电池实现燃料电池的水分布的图像采集，从而分析燃料电池内的水生成情况并制定相应的排水策略，但其中如何实现核心装置——可视化燃料电池却无详细描述。在实验之初的可操性差。专利CN106887611A中，提出了一种燃料电池双极板流场流体分布的可视化装置及方法，是通过透明端板、阴阳极板MEA等部件及高速摄像机组成。其流场沟槽镂空并与透明端板相贴合，将流体经进口流入流场后，利用高速摄像机拍摄以获得流体在流场内部流道及分布的状态，提出装置中对流场进行了大幅度的简化且虽有基本发明装置的详细实验步骤，但对其中关键的水、气的量如何确定的却无说明，不能直接指导产品优化。专利CN100557872C中，提出了一种利用三通阀将气体和液体混合成流体通入双极板流道，并将双极板夹在透明盖板和底板中间通过紧固螺栓紧固后用摄像机记录流体分布的方法，通阀将气体和液体混合成流体更有利于观察流体的分布情况而非流场的排水能力，且此方法中最终液体凝聚的位置不定且可能存在多液滴同时凝聚的现象，基于此装置无法有效获悉流场的排水能力。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，本发明提供一种燃料电池可移动式可视化测试装置及其使用方法，通过设置可移动的加强条，在压紧可视化端板的同时，便于可视化反应中清楚观察到各流道设计下的水移动情况，有效消除测试盲区。可通过测试气路测试流场的排水能力。
本发明采用的技术方案如下：
一种燃料电池可移动式可视化测试装置，包括测试装置本体，所述测试装置本体包括依次层叠的可视化端板、石墨流场板和底板，还包括加强条和限位框架，所述限位框架与可视化端板匹配，所述限位框架中部设有镂空的观测区域，所述加强条横贯所述观测区域并可活动设于限位框架与可视化端板之间。
进一步地，所述加强条包括支撑部和设于支撑部两侧的活动部，所述限位框架上设有与活动部匹配的滑槽，所述活动部限制于滑槽内，并可沿滑槽移动。
由于采用了上述技术方案，通过设置可移动的加强条，在压紧可视化端板的同时，便于可视化反应中清楚观察到各流道设计下的水移动情况，通过调整加强条的位置来消除测试盲区。
进一步地，所述活动部的高度小于支撑部，所述支撑部与活动部之间形成阶梯状结构，所述活动部装配于滑槽时，所述支撑部的端部与限位框架抵接。
进一步地，还包括保温板，所述保温板设于石墨流场板与底板之间。
由于采用了上述技术方案，通过增设保温板使得测试装置本体在加热时其内的温度变化更加均衡，避免因局部温差过大而导致整体的加热温度与设定的预加热温度偏差较大，影响测试的准确性。
进一步地，所述石墨流场板与可视化端板之间、石墨流场板与保温板之间、保温板与底板之间均设有密封圈。
进一步地，还包括测试气路；所述测试气路包括气源、加湿器、第一气路开关和第二气路开关，所述气源经第一气路开关、加湿器与测试装置本体连通形成观测用加湿气路，所述气源经第二气路开关与测试装置本体连通形成排水用气路。
进一步地，所述测试气路还包括主气路开关和流量计，所述气源连接主气路开关和流量计形成进气主路，所述观测用加湿气路和排水用气路并联于进气主路。
进一步地，还包括冷却水路；所述冷却水路包括自水箱、水泵、进堆温度检测装置和出堆温度检测装置，所述水箱经水泵、进堆温度检测装置与测试装置本体连通形成进水路，所述水箱经出堆温度检测装置与测试装置本体连通形成出水路。
进一步地，还包括排水阀，所述排水阀与测试装置本体连通形成排水路。
相应地，本发明还公开了一种燃料电池可移动式可视化测试装置的使用方法，包括如下步骤：
温度调节步骤：先打开水泵向测试装置本体内泵入冷却水，冷却水依次经过进水路、测试装置本体、出水路回到水箱中，当进堆温度T1与出堆温度T2的差值在1℃以内时，视为测试装置本体已达到预设的试验温度值；
流体分布观测步骤：启动气源，打开主气路开关、第一气路开关，气体经过加湿器成为加湿气体进入测试装置本体，加湿气体在流场中形成液滴，在观测区域观察液滴在流场中的位置及长度分布，调整加强条的位置，使得流体分布情况得以被完整地观测到；
排水能力检测步骤：关闭水泵、气源、主气路开关和第一气路开关，将测试装置本体1拆下，基于流体分布观测步骤的结果，在液滴积聚位置预置与之长度匹配的水柱，调整加强条的位置，使得该预置水柱得以被观察到，再将测试装置本体装回，启动气源，打开主气路开关、第二气路开关、排水阀，气体进入测试装置本体后可使流场内的水排出，通过调整气体的流量来测试流场的排水能力。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明基于实际流道设计，测试结果真实、直接。
2、本发明通过设置可移动的加强条，在压紧可视化端板的同时，便于可视化反应中清楚观察到各流道设计下的水移动情况，有效消除测试盲区。
3、本发明可通过测试气路测试流场的排水能力。
4、本发明通过增设保温板使得测试装置本体在加热时其内的温度变化更加均衡，避免因局部温差过大而导致整体的加热温度与设定的预加热温度偏差较大，影响测试的准确性。
附图说明
图1是本发明测试装置本体的结构示意图；
图2是本发明测试装置本体的俯视图；
图3是本发明测试气路及冷却水路的结构示意图。
图中标记：1-测试装置本体，2-可视化端板，3-石墨流场板，4-底板，5-加强条，501-支撑部，502-活动部，6-限位框架，7-保温板，8-密封圈，9-气源，10-加湿器，11-第一气路开关，12-第二气路开关，13-主气路开关，14-流量计，15-水箱，16-水泵，17-进堆温度检测装置，18-出堆温度检测装置，19-排水阀。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种燃料电池可移动式可视化测试装置，如图1-2所示，包括测试装置本体1，所述测试装置本体1包括依次层叠的可视化端板2、石墨流场板3和底板4，还包括加强条5和限位框架6，所述限位框架6与可视化端板2匹配，所述限位框架6中部设有镂空的观测区域，所述加强条5横贯所述观测区域并可活动设于限位框架6与可视化端板2之间。
所述加强条5包括支撑部501和设于支撑部501两侧的活动部502，所述限位框架6上设有与活动部502匹配的滑槽，所述活动部502限制于滑槽内，并可沿滑槽移动。具体地说，通过设置可移动的加强条5，在压紧可视化端板2的同时，便于可视化反应中清楚观察到各流道设计下的水移动情况，通过调整加强条5的位置来消除测试盲区。
所述活动部502的高度小于支撑部501，所述支撑部501与活动部502之间形成阶梯状结构，所述活动部502装配于滑槽时，所述支撑部501的端部与限位框架6抵接。
两个所述加强条5并排设置于观测区域内。
还包括保温板7，所述保温板7设于石墨流场板3与底板4之间。具体地说，通过增设保温板7使得测试装置本体1在加热时其内的温度变化更加均衡，避免因局部温差过大而导致整体的加热温度与设定的预加热温度偏差较大，影响测试的准确性。优选的，保温板7采用导热系数小于0.02w/(m.k)的保温材料制成。
所述石墨流场板3与可视化端板2之间、石墨流场板3与保温板7之间、保温板7与底板4之间均设有密封圈8。
所述测试装置本体1边部设有若干封装部件，所述封装部件装配于测试装置本体1，并将限位框架6、可视化端板2、石墨流场板3、底板4、密封圈8连接为一个整体。
实施例2
实施例2是对实施例1的进一步改进；一种燃料电池可移动式可视化测试装置，如图1-3所示，包括测试装置本体1，所述测试装置本体1包括依次层叠的可视化端板2、石墨流场板3和底板4，还包括加强条5和限位框架6，所述限位框架6与可视化端板2匹配，所述限位框架6中部设有镂空的观测区域，所述加强条5横贯所述观测区域并可活动设于限位框架6与可视化端板2之间。
所述加强条5包括支撑部501和设于支撑部501两侧的活动部502，所述限位框架6上设有与活动部502匹配的滑槽，所述活动部502限制于滑槽内，并可沿滑槽移动。
所述活动部502的高度小于支撑部501，所述支撑部501与活动部502之间形成阶梯状结构，所述活动部502装配于滑槽时，所述支撑部501的端部与限位框架6抵接。
所述加强条5的数量不做限制，可以为单个也可以为多个，在本实施例中，两个所述加强条5并排设置于观测区域内。
还包括保温板7，所述保温板7设于石墨流场板3与底板4之间。
所述石墨流场板3与可视化端板2之间、石墨流场板3与保温板7之间、保温板7与底板4之间均设有密封圈8。
还包括测试气路；所述测试气路包括气源9、加湿器10、第一气路开关11和第二气路开关12，所述气源9经第一气路开关11、加湿器10与测试装置本体1连通形成观测用加湿气路，所述气源9经第二气路开关12与测试装置本体1连通形成排水用气路。
所述测试气路还包括主气路开关13和流量计14，所述气源9连接主气路开关13和流量计14形成进气主路，所述观测用加湿气路和排水用气路并联于进气主路。所述测试气路与测试装置本体1的连接处设有用来检测进气温度的温度计、以及用来检测进气压力的压力计。
还包括冷却水路；所述冷却水路包括自水箱15、水泵16、进堆温度检测装置17和出堆温度检测装置18，所述水箱15经水泵16、进堆温度检测装置17与测试装置本体1连通形成进水路，所述水箱15经出堆温度检测装置18与测试装置本体1连通形成出水路。所述水箱15与水泵16之间设有用于检测出水温度的温度计，所述进水路与测试装置本体1的连接处设有用来检测进水压力的压力计，所述出水路与测试装置本体1的连接处设有用来检测出水压力的压力计。
还包括排水阀19，所述排水阀19与测试装置本体1连通形成排水路，所述排水路上设有用来检测排水温度的温度计、以及用来检测排水压力的压力计。
实施例3
一种燃料电池可移动式可视化测试装置的使用方法，如图1-3所示，包括如下步骤：
温度调节步骤：先打开水泵16向测试装置本体1内泵入冷却水，冷却水依次经过进水路、测试装置本体1、出水路回到水箱15中，当进堆温度T1与出堆温度T2的差值在1℃以内时，视为测试装置本体1已达到预设的试验温度值；流体分布观测步骤：启动气源9，打开主气路开关13、第一气路开关11，气体经过加湿器10成为加湿气体进入测试装置本体1，加湿气体在流场中形成液滴，在观测区域观察液滴在流场中的位置及长度分布，调整加强条5的位置，使得流体分布情况得以被完整地观测到；
排水能力检测步骤：关闭水泵16、气源9、主气路开关13和第一气路开关11，将测试装置本体11拆下，基于流体分布观测步骤的结果，在液滴积聚位置预置与之长度匹配的水柱，调整加强条5的位置，使得该预置水柱得以被观察到，再将测试装置本体1装回，启动气源9，打开主气路开关13、第二气路开关12、排水阀19，气体进入测试装置本体1后可使流场内的水排出，通过调整气体的流量来测试流场的排水能力。
本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
Claims (5)
1.一种燃料电池可移动式可视化测试装置的使用方法，应用于燃料电池可移动式可视化测试装置，所述燃料电池可移动式可视化测试装置包括测试装置本体，所述测试装置本体包括依次层叠的可视化端板、石墨流场板和底板，其特征在于，还包括加强条和限位框架，所述限位框架与可视化端板匹配，所述限位框架中部设有镂空的观测区域，所述加强条横贯所述观测区域并可活动设于限位框架与可视化端板之间，还包括保温板，所述保温板设于石墨流场板与底板之间；还包括测试气路；所述测试气路包括气源、加湿器、第一气路开关和第二气路开关，所述气源经第一气路开关、加湿器与测试装置本体连通形成观测用加湿气路，所述气源经第二气路开关与测试装置本体连通形成排水用气路；还包括冷却水路；所述冷却水路包括自水箱、水泵、进堆温度检测装置和出堆温度检测装置，所述水箱经水泵、进堆温度检测装置与测试装置本体连通形成进水路，所述水箱经出堆温度检测装置与测试装置本体连通形成出水路；还包括排水阀，所述排水阀与测试装置本体连通形成排水路；其特征在于，包括如下步骤：
温度调节步骤：先打开水泵向测试装置本体内泵入冷却水，冷却水依次经过进水路、测试装置本体、出水路回到水箱中，当进堆温度T1与出堆温度T2的差值在1℃以内时，视为测试装置本体已达到预设的试验温度值；
流体分布观测步骤：启动气源，打开主气路开关、第一气路开关，气体经过加湿器成为加湿气体进入测试装置本体，加湿气体在流场中形成液滴，在观测区域观察液滴在流场中的位置及长度分布，调整加强条的位置，使得流体分布情况得以被完整地观测到；
排水能力检测步骤：关闭水泵、气源、主气路开关和第一气路开关，将测试装置本体拆下，基于流体分布观测步骤的结果，在液滴积聚位置预置与之长度匹配的水柱，调整加强条的位置，使得该预置水柱得以被观察到，再将测试装置本体装回，启动气源，打开主气路开关、第二气路开关、排水阀，气体进入测试装置本体后可使流场内的水排出，通过调整气体的流量来测试流场的排水能力。
2.如权利要求1所述的燃料电池可移动式可视化测试装置的使用方法，其特征在于，所述加强条包括支撑部和设于支撑部两侧的活动部，所述限位框架上设有与活动部匹配的滑槽，所述活动部限制于滑槽内，并可沿滑槽移动。
3.如权利要求2所述的燃料电池可移动式可视化测试装置的使用方法，其特征在于，所述活动部的高度小于支撑部，所述支撑部与活动部之间形成阶梯状结构，所述活动部装配于滑槽时，所述支撑部的端部与限位框架抵接。
4.如权利要求1所述的燃料电池可移动式可视化测试装置的使用方法，其特征在于，所述石墨流场板与可视化端板之间、石墨流场板与保温板之间、保温板与底板之间均设有密封圈。
5.如权利要求1所述的燃料电池可移动式可视化测试装置的使用方法，其特征在于，所述测试气路还包括主气路开关和流量计，所述气源连接主气路开关和流量计形成进气主路，所述观测用加湿气路和排水用气路并联于进气主路。
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