專利名稱：雙極板流場(chǎng)流體可視化裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)流場(chǎng)流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的裝置，尤其涉及一種雙極板流場(chǎng) 流體可視化裝置和方法。
技術(shù)背景燃料電池雙極板分為陰極板、陽(yáng)極板，冷卻腔流場(chǎng)板。陰極板、陽(yáng)極板上 均有符合燃料電池輸送、排放物質(zhì)要求的通道，也叫流場(chǎng)，流場(chǎng)是由流場(chǎng)溝和 流場(chǎng)脊組成，流場(chǎng)形狀可以按照流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的流場(chǎng)對(duì)燃料電池性 能有重要影響。流體的可視化在文獻(xiàn)F. Barreras*, A. Lozano， L. Vali~no, C. Mar'm, 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中有詳細(xì)描述，該文獻(xiàn)中采用的方法，流體是確定黏度的溶劑與可溶熒 光染色劑混合物，確定黏度是指液體在管道中確定的流速時(shí)具有與氫氣運(yùn)動(dòng)黏 度相近的液體，文獻(xiàn)中溶劑流體是甘油與水按一定比例配制的，可溶性熒光染 色劑可以溶于溶劑流體，采用注射的方法引入溶劑流體通道，然后用熒光示蹤 激光攝像機(jī)對(duì)流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行記錄。也存在其它相似的方法進(jìn)行觀察。這些 方法共同的缺點(diǎn)是對(duì)透明裝置有很高的要求，因?yàn)閼?yīng)用了有機(jī)溶劑，所以不能 使用橡塑材料，特別是對(duì)雙極板密封用材料有溶脹作用，另外，熒光染色劑的 溶解混合均勻性、速度無(wú)法把握和表征，另外熒光示蹤噪聲大，影響觀察的準(zhǔn) 確性。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，研制一種方便觀察、記錄流體在 流場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)的雙極板流場(chǎng)流體可視化裝置和方法。本發(fā)明的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段如下一種雙極板流場(chǎng)流體可視化裝置，包括雙極板、攝像機(jī)和極板上的流場(chǎng)； 其特征在于還包括透明蓋板、底板和流體供應(yīng)裝置；所述底板上雙極板的進(jìn)出
口端位置設(shè)有流體通道，流體供應(yīng)裝置包括氣體供應(yīng)裝置和液體供應(yīng)裝置；在 輸送管道上裝設(shè)混合裝置三通閥將氣體和液體混合成流體通入雙極板流場(chǎng)進(jìn)口 端，所述液體供應(yīng)裝置上設(shè)有加熱裝置，在所述流體供應(yīng)裝置上裝有流體測(cè)試 和控制的儀器儀表，并在其出口端也設(shè)有測(cè)量?jī)x表；使用時(shí)將雙極板夾在透明蓋板和底板中間通過(guò)緊固螺栓將其緊固，流體供應(yīng)裝置向雙極板上的流場(chǎng)內(nèi)注 入流體，后用攝像機(jī)進(jìn)行記錄。所述的透明蓋板為透明玻璃磚。所述氣體供應(yīng)裝置為壓縮氣體儲(chǔ)藏裝置。 所述氣體供應(yīng)裝置由氣體壓縮機(jī)構(gòu)成。所述的雙極板為單節(jié)雙極板或疊加雙極 板。所述儀器包括控制液體、氣體的控制閥，所述儀表為溫度儀表、流量?jī)x表、 壓力儀表。一種使用權(quán)利要求1所述的雙極板流場(chǎng)流體可視化裝置的方法，其特征在于包括如下步驟a、 將雙極板夾在透明蓋板和底板中間用緊固螺栓將其緊固；b、 在底板上雙極板的流體進(jìn)口端位接上可調(diào)節(jié)流量的三通閥，三通閥的一 個(gè)通道接在氣體供應(yīng)裝置上，另一通道接在液體供應(yīng)裝置，先關(guān)閉液體通道通 入設(shè)定溫度、壓力和流量的氣體，在調(diào)節(jié)液體的壓力和流量，使得液體的壓力 稍大于氣體流量，并在流場(chǎng)上觀察到氣泡在液體中均勻分散；c、 打開高速高分辨攝像機(jī)，攝出流體在流場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)和分布的狀況。 還包括按照電堆放置的常見方式，改變?cè)撗b置的放置方式進(jìn)行分別測(cè)試觀察的步驟；還包括改變氣體或液體的壓力、流量，后分進(jìn)行測(cè)試觀察的步驟； 所述的氣體為空氣或氮?dú)猓后w為水或添加顏料的水。本發(fā)明主要解決了測(cè)試方法中流體選用以及觀察方法問(wèn)題，所采用的流體 和方法簡(jiǎn)單、實(shí)用，能更加準(zhǔn)確、更加快速地觀察到所需的結(jié)果，適于雙極板 設(shè)計(jì)驗(yàn)證。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不僅便于生產(chǎn)，而且成本非常低廉適于廣泛推廣。


圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、透明蓋板，2、底板，3、雙極板，4、流場(chǎng)，5、緊固螺 栓，6、攝像機(jī)，7、出口， 8、流體供應(yīng)裝置，81、三通閥，82、氣 體供應(yīng)裝置，83、液體供應(yīng)裝置，84、加熱裝置。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示將雙極板3夾在透明蓋板1也就是透明玻璃磚和底板2中間， 用緊固螺栓5固定，其固定力用力矩扳手控制，這里氣體供應(yīng)裝置82用壓縮氮 氣儲(chǔ)藏裝置通過(guò)減壓閥、針閥、流量計(jì)、壓力計(jì)進(jìn)入三通閥81 (也可用空氣壓 縮機(jī)將空氣注入三通閥內(nèi))，通過(guò)可調(diào)流量的三通閥81進(jìn)入雙極板3進(jìn)口到達(dá) 流場(chǎng)4，水則通過(guò)泵打入管路中，管路上接入流量計(jì)、壓力計(jì)對(duì)水的流量壓力進(jìn) 行測(cè)量，液體供應(yīng)裝置83上帶有加熱裝置84，可以調(diào)節(jié)溫度進(jìn)入三通閥，水與 氮?dú)庑纬啥嗔鳎嗔黧w通往雙極板3的管道上設(shè)有壓力計(jì)和溫度計(jì)用來(lái)測(cè) 量壓力和溫度；并在出口端7測(cè)量流量和溫度，高速高分辨攝像機(jī)在雙極板上 方。測(cè)量時(shí)例如雙極板有效面積為300cm2，雙極板流場(chǎng)通道體積為7ml，控制 氮?dú)鈮毫?.03MPa，流量為0.4mVh,液體供應(yīng)裝置83溫度為60°C，調(diào)整三 通閥水流量，直到觀察到進(jìn)入雙極板3的流體為氣泡分布均勻的流體為止，打 開攝像機(jī)6，記錄該放置位置時(shí)的流體分布狀況，分別小幅度調(diào)整氣體、水流量， 用攝像機(jī)連續(xù)記錄該放置位置時(shí)的流體分布變化狀況；也可調(diào)整可視化裝置放 置位置，如立放或平放，同上方法觀察穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)流體分布狀況。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局 限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本 發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種雙極板流場(chǎng)流體可視化裝置，包括雙極板(3)、攝像機(jī)(6)和極板上的流場(chǎng)(4)；其特征在于還包括透明蓋板(1)、底板(2)和流體供應(yīng)裝置(8)；所述底板(2)上雙極板(3)的進(jìn)出口端位置設(shè)有流體通道，流體供應(yīng)裝置(8)包括氣體供應(yīng)裝置(82)和液體供應(yīng)裝置(83)；在輸送管道上裝設(shè)混合裝置三通閥(81)將氣體和液體混合成流體通入雙極板(3)流場(chǎng)進(jìn)口端，所述液體供應(yīng)裝置(83)上設(shè)有加熱裝置(84)，在所述流體供應(yīng)裝置上裝有流體測(cè)試和控制的儀器儀表，并在其出口端也設(shè)有測(cè)量?jī)x表；使用時(shí)將雙極板(3)夾在透明蓋板(1)和底板(2)中間通過(guò)緊固螺栓(5)將其緊固，流體供應(yīng)裝置(8)向雙極板上的流場(chǎng)(4)內(nèi)注入流體，后用攝像機(jī)(6)進(jìn)行記錄。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極板流場(chǎng)流體可視化裝置，其特征在于所述的 透明蓋板(1)為透明玻璃磚。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極板流場(chǎng)流體可視化裝置，其特征在于所述氣 體供應(yīng)裝置(82)為壓縮氣體儲(chǔ)藏裝置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極板流場(chǎng)流體可視化裝置，其特征在于所述氣 體供應(yīng)裝置(82)由氣體壓縮機(jī)構(gòu)成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極板流場(chǎng)流體可視化裝置，其特征在于所述的 雙極板(3)為單節(jié)雙極板或疊加雙極板。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極板流場(chǎng)流體可視化裝置，其特征在于所述儀 器包括控制液體、氣體的控制閥，所述儀表為溫度儀表、流量?jī)x表、壓力儀表。
7、 一種使用權(quán)利要求1所述的雙極板流場(chǎng)流體可視化裝置的方法，其特征 在于包括如下步驟a、 將雙極板(3)夾在透明蓋板(1)和底板(2)中間用緊固螺栓(5)將 其緊固；b、 在底板(2)上雙極板(3 )的流體進(jìn)口端位接上可調(diào)節(jié)流量的三通閥(81)， 三通閥(81)的一個(gè)通道接在氣體供應(yīng)裝置(82)上，另一通道接在液體供應(yīng) 裝置(83)，先關(guān)閉液體通道通入設(shè)定溫度、壓力和流量的氣體，在調(diào)節(jié)液體的 壓力和流量，使得液體的壓力稍大于氣體流量，并在流場(chǎng)(4)上觀察到氣泡在 液體中均勻分散； C、打開高速高分辨攝像機(jī)，攝出流體在流場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)和分布的狀況。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用雙極板流場(chǎng)流體可視化裝置的方法，其特征在于還包括按照電堆放置的常見方式，改變?cè)撗b置的放置方式進(jìn)行分別測(cè)試觀 察的步驟。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用雙極板流場(chǎng)流體可視化裝置的方法，其特征 在于還包括改變氣體或液體的壓力、流量，后分進(jìn)行測(cè)試觀察的步驟。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用雙極板流場(chǎng)流體可視化裝置的方法，其特 征在于所述的氣體為空氣或氮?dú)?，液體為水或添加顏料的水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙極板流場(chǎng)流體可視化裝置和方法，裝置包括雙極板、攝像機(jī)和極板上的流場(chǎng)、透明蓋板、底板和流體供應(yīng)裝置；所述底板上雙極板的進(jìn)出口端位置設(shè)有流體通道，流體供應(yīng)裝置包括氣體供應(yīng)裝置和液體供應(yīng)裝置；在輸送管道上裝設(shè)混合裝置三通閥將氣體和液體混合成流體通入雙極板流場(chǎng)進(jìn)口端，使用時(shí)將雙極板夾在透明蓋板和底板中間通過(guò)緊固螺栓將其緊固，流體供應(yīng)裝置向雙極板上的流場(chǎng)內(nèi)注入流體，后用攝像機(jī)進(jìn)行記錄。該裝置解決了測(cè)試方法中流體選用以及觀察方法問(wèn)題，所采用的流體和方法簡(jiǎn)單、實(shí)用，能更加準(zhǔn)確、更加快速地觀察到所需的結(jié)果，適于在極板檢測(cè)上廣泛推廣。
文檔編號(hào)H01M4/86GK101118970SQ20071001231
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者侯中軍, 傅云峰, 徐乃濤, 明平文 申請(qǐng)人:新源動(dòng)力股份有限公司