專利名稱：雙極板流場流體可視化裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測流場流體運動規(guī)律的裝置，尤其涉及一種雙極板流場 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、陽極板，冷卻腔流場板。陰極板、陽極板上 均有符合燃料電池輸送、排放物質(zhì)要求的通道，也叫流場，流場是由流場溝和 流場脊組成，流場形狀可以按照流體運動規(guī)律設(shè)計，設(shè)計的流場對燃料電池性 能有重要影響。流體的可視化在文獻F. Barreras氺，A. Lozano, L. Val廣no, C. Mar'in， 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中有詳細描述，該文獻中采用的方法，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具有與氫氣運動黏 度相近的液體，文獻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 激光攝像機對流體運動狀態(tài)進行記錄。也存在其它相似的方法進行觀察。這些 方法共同的缺點是對透明裝置有很高的要求，因為應(yīng)用了有機溶劑，所以不能 使用橡塑材料，特別是對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、速度無法把握和表征，另外熒光示蹤噪聲大，影響觀察的準 確性。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，研制一種方便觀察、記錄流體在 流場內(nèi)運動的狀態(tài)的雙極板流場流體可視化裝置和方法。本發(fā)明的技術(shù)實現(xiàn)手 段如下-一種雙極板流場流體可視化裝置，其特征在于包括底板、氣體供應(yīng)裝置、 增濕罐、紅外攝像機和蓋板；在底板上，雙極板的進出口位置設(shè)有流體通道； 在所述氣體供應(yīng)裝置通入底板的管道上裝有各種流體測量儀表，并在底板的出
口端也設(shè)有測量儀表，所述蓋板上鑲有金屬絲，增濕罐上設(shè)有加熱裝置；使用 時將雙極板夾在蓋板和底板中間，通過緊固螺栓將其緊固，氣體供應(yīng)裝置通過 調(diào)節(jié)裝置調(diào)解后，將氣體通入增濕罐中進行加熱，后注入雙極板上的流場內(nèi)， 用紅外攝像機進行記錄。蓋板上鑲?cè)氩鄣闹睆缴源笥诮饘俳z直徑，金屬絲鑲?cè)霑r一面漏出， 一面用 環(huán)氧樹脂封裝固定，漏出端對著流場面，金屬絲沿流場溝槽結(jié)構(gòu)分布，分布間 距為等距離。所述的蓋板為玻璃布層壓板，金屬絲為銅絲。所述各種流體測量儀表為溫度儀表、流量儀表、壓力儀表；調(diào)節(jié)裝置為減 壓閥、穩(wěn)壓閥和調(diào)節(jié)閥。氣體供應(yīng)裝置管道具有良好保溫。 所述的雙極板為單節(jié)雙極板或疊加雙極板。一種使用雙極板流場流體可視化裝置的方法，其特征在于包括如下步驟a、 將雙極板夾在蓋板和底板中間，用緊固螺栓將其緊固；b、 加熱增濕罐溫度，最好增濕罐溫度達到沸騰；c、 打開紅外攝像機，對準雙極板流場測試位置；d、 打開氣體供應(yīng)裝置閥門，氣體通過增濕罐被加熱，熱氣流進入雙極板流場；e、 紅外攝像機記錄蓋板上各點金屬絲溫度分布。還包括按照電堆放置的常見方式，改變該裝置的放置方式進行分別測試觀 察的步驟。還包括改變氣體的壓力、流量，后分別進行測試觀察的步驟。本發(fā)明主要 解決了測試方法中流體選用以及觀察方法問題，所采用的流體和方法簡單、實 用，能更加準確、更加快速地觀察到所需的結(jié)果，適于雙極板設(shè)計驗證。由于 其結(jié)構(gòu)簡單，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、蓋板，2、底板，3、雙極板，4、流場 5、緊固螺栓，6、 紅外攝像機，7、出口，8、氣體供應(yīng)裝置，9、增濕罐，10、銅絲，11、調(diào)節(jié)裝置。
具體實施方式
如圖1所示雙極板流場流體可視化裝置，根據(jù)溫度作為測試對象，空氣熱氣流為測試氣流，其裝置包括底板2、氣體供應(yīng)裝置8、增濕罐9、紅外攝像機6和蓋板1;在底板2上，雙極板3的進出口位置設(shè)有流體通道；在氣體供應(yīng)裝置8通入底板2的管道上裝有溫度儀表、流量儀表、壓力儀表，并在底板2的 出口7端也設(shè)有溫度儀表，蓋板l為玻璃布層壓板，上面鑲有金屬絲IO，金屬 絲10為銅絲，調(diào)節(jié)裝置11為減壓閥、穩(wěn)壓閥和調(diào)節(jié)閥，增濕罐9上設(shè)有加熱 裝置。其中雙極板有效面積為300cra2 ，雙極板流場通道體積為7ml，流場4長 度為370mm，控制空氣壓力為0. 03MPa，流量為0. 4mVh，相應(yīng)的蓋板1上按照 雙極板流場圖樣鑲?cè)爰氥~絲，銅絲直徑為0.5mm，鑲?cè)肟字睆綖?.8mm，銅絲 上端部用環(huán)氧樹脂塑封，銅絲漏頭，與流場連通的部位不封，可以稍露出深入 流場，銅絲間距為5mm，每條流場上有80根銅絲。進行測量時將雙極板3夾在 蓋板1和底板2中間，通過緊固螺栓5將其緊固；其中氣體壓力和流量控制是 通過空白試驗的方法實現(xiàn)的，將雙極板裝在裝置內(nèi)，氣體管道不通過增濕罐， 調(diào)節(jié)穩(wěn)壓閥和調(diào)節(jié)閥，將壓力和流量控制到預(yù)定位置，穩(wěn)壓閥不動，關(guān)閉調(diào)節(jié) 閥；加熱增濕罐溫度，等增濕罐溫度達到沸騰后，打開紅外攝像機，在打開空 氣調(diào)節(jié)閥，空氣經(jīng)過增濕罐加熱并增濕，熱氣從底板2上的進口進入雙極板3， 增濕罐溫度為水的沸騰溫度，出口端可測量溫度，在通氣之前打開紅外攝像機， 連續(xù)記錄通氣時流場上各點銅絲溫度分布狀況，并把流場上溫度變化范圍和溫 度高低分布迅速記錄，記錄數(shù)據(jù)可以進行分析得出流場分配和流體運動特性。后根據(jù)電池堆放置的常見方式，改變該裝置的放置方式按照前面的步驟進 行分別測試觀察；或根據(jù)氣體的壓力、流量，后分別進行測試觀察，記錄流體 動態(tài)分布狀況。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局 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 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種雙極板流場流體可視化裝置，其特征在于包括底板(2)、氣體供應(yīng)裝置(8)、增濕罐(9)、紅外攝像機(6)和蓋板(1)；在底板(2)上，雙極板(3)的進出口位置設(shè)有流體通道；在所述氣體供應(yīng)裝置(8)通入底板(2)的管道上裝有各種流體測量儀表，并在底板(2)的出口(7)端也設(shè)有測量儀表，所述蓋板(1)上鑲有金屬絲(10)，增濕罐(9)上設(shè)有加熱裝置；使用時將雙極板(3)夾在蓋板(1)和底板(2)中間，通過緊固螺栓(5)將其緊固，氣體供應(yīng)裝置(8)通過調(diào)節(jié)裝置(11)調(diào)解后，將氣體通入增濕罐(9)中進行加熱，后注入雙極板(3)上的流場(4)內(nèi)，用紅外攝像機(6)進行記錄。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極板流場流體可視化裝置，其特征在于蓋板(l) 上鑲?cè)氩鄣闹睆缴源笥诮饘俳z(10)直徑，金屬絲(10)鑲?cè)霑r一面漏出，一 面用環(huán)氧樹脂封裝固定，漏出端對著流場面，金屬絲(10)沿流場(4)溝槽結(jié) 構(gòu)分布，分布間距為等距離。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙極板流場流體可視化裝置，其特征在于所 述的蓋板(1)為玻璃布層壓板，金屬絲(10)為銅絲。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙極板流場流體可視化裝置，其特征在于所述各 種流體測量儀表為溫度儀表、流量儀表、壓力儀表；調(diào)節(jié)裝置(11)為減壓閥、 穩(wěn)壓閥和調(diào)節(jié)閥。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極板流場流體可視化裝置，其特征在于氣體供 應(yīng)裝置管道具有良好保溫。
6、 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極板流場流體可視化裝置，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。
7、 一種使用權(quán)利要求1所述的雙極板流場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)夾在蓋板(1)和底板(2)中間，用緊固螺栓(5)將其 緊固；b、 加熱增濕罐溫度，最好增濕罐溫度達到沸騰；c、 打開紅外攝像機，對準雙極板流場測試位置； d、 打開氣體供應(yīng)裝置閥門，氣體通過增濕罐被加熱，熱氣流進入雙極板流場；e、 紅外攝像機記錄蓋板上各點金屬絲(10)溫度分布。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用雙極板流場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，改變該裝置的放置方式進行分別測試觀 察的步驟。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用雙極板流場流體可視化裝置的方法，其特征 在于還包括改變氣體的壓力、流量，后分別進行測試觀察的歩驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙極板流場流體可視化裝置和方法，裝置包括底板、氣體供應(yīng)裝置、增濕罐、紅外攝像機和蓋板；底板上雙極板的進出口位置設(shè)有流體通道；氣體供應(yīng)裝置通入底板的管道上裝有各種流體測量儀表，并在底板的出口端也設(shè)有測量儀表，蓋板上鑲有金屬絲，增濕罐上設(shè)有加熱裝置；使用時將雙極板夾在蓋板和底板中間緊固；加熱增濕罐溫度，打開紅外攝像機，對準雙極板流場測試位置；后打開氣體供應(yīng)裝置閥門，氣體通過增濕罐被加熱，熱氣流進入雙極板流場；紅外攝像機記錄蓋板上各點金屬絲溫度分布。該裝置解決了測試方法中流體選用以及觀察方法問題，所采用的方法簡單、實用，能準確和快速地觀察到所需的結(jié)果，適于在極板檢測上廣泛推廣。
文檔編號G01R31/36GK101131337SQ200710157419
公開日2008年2月27日 申請日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日
發(fā)明者侯中軍, 傅云峰, 徐乃濤, 明平文 申請人:新源動力股份有限公司