雙極板流場流體可視化裝置的製作方法

2023-05-23 13:03:11 2

專利名稱：雙極板流場流體可視化裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種檢測流場流體運動規律的裝置，尤其涉及一種雙極板 流場流體可視化裝置。
技術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律設計，設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*, 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中有詳細描述，該文獻中採用的方法，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製的，可溶性螢光染 色劑可以溶於溶劑流體，採用注射的方法引入溶劑流體通道，然後用螢光示蹤 雷射攝像機對流體運動狀態進行記錄。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，螢光染色劑的 溶解混合均勻性、速度無法把握和表徵，另外螢光示蹤噪聲大，影響觀察的準 確性。 發明內容本實用新型的目的在於針對現有技術的不足，研製一種方便觀察、記錄流 體在流場內運動的狀態的雙極板流場流體可視化裝置和方法。本實用新型的技術實現手段如下一種雙極板流場流體可視化裝置，其特徵在於包括底板、氣體供應裝置、 增溼罐、紅外攝像機和蓋板；在底板上，雙極板的進出口位置設有流體通道； 在所述氣體供應裝置通入底板的管道上裝有各種流體測量儀表，並在底板的出口端也設有測量儀表，所述蓋板上鑲有金屬絲，增溼罐上設有加熱裝置；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，氣體供應裝置通過 調節裝置調解後，將氣體通入增溼罐中進行加熱，後注入雙極板上的流場內， 用紅外攝像機進行記錄。蓋板上鑲入槽的直徑稍大於金屬絲直徑，金屬絲鑲入時一面漏出， 一面用 環氧樹脂封裝固定，漏出端對著流場面，金屬絲沿流場溝槽結構分布，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；調節裝置為減壓閥、穩壓閥和調節閥。氣體供應裝置管道具有良好保溫。 所述的雙極板為單節雙極板或疊加雙極板。使用雙極板流場流體可視化裝置的方法a、 將雙極板夾在蓋板和底板中間，用緊固螺栓將其緊固；b、 加熱增溼罐溫度，最好增溼罐溫度達到沸騰； C、打開紅外攝像機，對準雙極板流場測試位置；d、 打開氣體供應裝置閥門，氣體通過增溼罐被加熱，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，後分別進行測試觀察的步驟。本實用新型 主要解決了測試方法中流體選用以及觀察方法問題，所採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果，適於雙極板設計驗證。由 於其結構簡單，不僅便於生產，而且成本非常低廉適於廣泛推廣。

圖1為本實用新型的裝置結構示意圖。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、氣體供應裝置，9、增溼罐，10、銅絲，11、 調節裝置。
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、氣體供應裝置8、增溼罐9、紅外攝像機6和蓋板1;在底板2上，雙極板3的進出口位置設有流體通道；在氣體供應裝置8通入底板2的管道上裝有溫度儀表、流量儀表、壓力儀表，並在底板2的 出口 7端也設有溫度儀表，蓋板1為玻璃布層壓板，上面鑲有金屬絲10，金屬 絲10為銅絲，調節裝置ll為減壓閥、穩壓閥和調節閥，增溼罐9上設有加熱 裝置。其中雙極板有效面積為300cm2，雙極板流場通道體積為7ml，流場4長 度為370腿，控制空氣壓力為0.03MPa，流量為0. 4mVh，相應的蓋板1上按照 雙極板流場圖樣鑲入細銅絲，銅絲直徑為0.5mm，鑲入孔直徑為0.8mm，銅絲 上端部用環氧樹脂塑封，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的，將雙極板裝在裝置內，氣體管道不通過增溼罐， 調節穩壓閥和調節閥，將壓力和流量控制到預定位置，穩壓閥不動，關閉調節 閥；加熱增溼罐溫度，等增溼罐溫度達到沸騰後，打開紅外攝像機，在打開空 氣調節閥，空氣經過增溼罐加熱並增溼，熱氣從底板2上的進口進入雙極板3， 增溼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， 連續記錄通氣時流場上各點銅絲溫度分布狀況，並把流場上溫度變化範圍和溫 度高低分布迅速記錄，記錄數據可以進行分析得出流場分配和流體運動特性。後根據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；或根據氣體的壓力、流量，後分別進行測試觀察，記錄流體 動態分布狀況。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護範 圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範 圍內，根據本實用新型的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵 蓋在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1、一種雙極板流場流體可視化裝置，其特徵在於包括底板(2)、氣體供應裝置(8)、增溼罐(9)、紅外攝像機(6)和蓋板(1)；在底板(2)上，雙極板(3)的進出口位置設有流體通道；在所述氣體供應裝置(8)通入底板(2)的管道上裝有各種流體測量儀表，並在底板(2)的出口(7)端也設有測量儀表，所述蓋板(1)上鑲有金屬絲(10)，增溼罐(9)上設有加熱裝置；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，氣體供應裝置(8)通過調節裝置(11)調解後，將氣體通入增溼罐(9)中進行加熱，後注入雙極板(3)上的流場(4)內，用紅外攝像機(6)進行記錄。
1、 一種雙極板流場流體可視化裝置，其特徵在於包括底板(2)、氣體供應 裝置(8)、增溼罐(9)、紅外攝像機(6)和蓋板(1);在底板(2)上，雙極 板(3)的進出口位置設有流體通道；在所述氣體供應裝置(8)通入底板(2) 的管道上裝有各種流體測量儀表，並在底板(2)的出口 (7)端也設有測量儀 表，所述蓋板(1)上鑲有金屬絲(10)，增溼罐(9)上設有加熱裝置；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， 氣體供應裝置(8)通過調節裝置(11)調解後，將氣體通入增溼罐(9)中進 行加熱，後注入雙極板(3)上的流場(4)內，用紅外攝像機(6)進行記錄。
2、 根據權利要求1所述的雙極板流場流體可視化裝置，其特徵在於蓋板(l) 上鑲入槽的直徑稍大於金屬絲(10)直徑，金屬絲(10)鑲入時一面漏出，一 面用環氧樹脂封裝固定，漏出端對著流場面，金屬絲(10)沿流場(4)溝槽結 構分布，分布間距為等距離。
3、 根據權利要求1或2所述的雙極板流場流體可視化裝置，其特徵在於所 述的蓋板(1)為玻璃布層壓板，金屬絲(10)為銅絲。
4、 根據權利要求1所述的雙極板流場流體可視化裝置，其特徵在於所述各 種流體測量儀表為溫度儀表、流量儀表、壓力儀表；調節裝置(11)為減壓閥、 穩壓閥和調節閥。
5、 根據權利要求1所述的雙極板流場流體可視化裝置，其特徵在於氣體供 應裝置管道具有良好保溫。
6、 根據權利要求1所述的雙極板流場流體可視化裝置，其特徵在於所述 的雙極板(3)為單節雙極板或疊加雙極板。專利摘要本實用新型公開了一種雙極板流場流體可視化裝置，包括底板、氣體供應裝置、增溼罐、紅外攝像機和蓋板；底板上雙極板的進出口位置設有流體通道；氣體供應裝置通入底板的管道上裝有各種流體測量儀表，並在底板的出口端也設有測量儀表，蓋板上鑲有金屬絲，增溼罐上設有加熱裝置；使用時將雙極板夾在蓋板和底板中間緊固；加熱增溼罐溫度，打開紅外攝像機，對準雙極板流場測試位置；後打開氣體供應裝置閥門，氣體通過增溼罐被加熱，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問題，採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果，適於在極板檢測上廣泛推廣。
文檔編號G01M10/00GK201083600SQ200720015258
公開日2008年7月9日 申請日期2007年10月11日 優先權日2007年10月11日
發明者侯中軍, 傅雲峰, 徐乃濤, 明平文 申請人:新源動力股份有限公司