一种燃料电池双极板流场流体分布的可视化装置及方法与流程

本发明涉及一种燃料电池双极板流场流体流动及分布状况的可视化装置及方法。

背景技术：

质子交换膜燃料电池以全氟磺酸型固体聚合物为电解质，铂/碳或铂-钌/碳为电催化剂，氢或其他物质为燃料，空气或纯氧为氧化剂，带有气体流通通道的石墨或表面改性的金属板为双极板，双极板是燃料电池关键部件之一，其流场结构直接影响到电极各部分能否获得均匀和充足的燃料，氧化剂以及反应产物能否及时排出电池体外，流场结构的设计可通过可视化方法研究。现有技术的燃料电池双极板可视化研究主要是通过透明玻璃板与双极板组成可视化装置，透过透明双极板观察流体在双极板上的流动及分布状态，如ZL200710012312.4，通过在透明端板的进出口给定一定流量、温度的汽液混合流体，摄像机记录流体在流场的流动情况，该技术存在的问题是透明端板和双极板直接组合在一起，未考虑双极板与MEA接触后流体流动与分布状态。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种质子交换膜燃料电池双极板流体流动及分布的可视化装置与方法。本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

1).设计具有特殊镂空结构的阳极板或阴极板，该阳极板或阴极板的材料为金属板或石墨板，根据双极板流场结构设计，且将流场结构的沟槽部分镂空，镂空的阳极板或阴极板与透明端板表面贴合在一起形成流场，透明端板上具有流体进出口，可将流体通入到流场内。透明端板与阳极板或阴极板，MEA，双极板，底板组装成电池。

2)透明端板上的流体进口与流体管路通道相连接，流体通道的进口端接上可调节流量的三通阀，三通阀的一个通道接在气体供应装置上，另一个通道接在液体供应装置上。流体输送管道上装设流体控制仪器包括气体流量控制器、液体流量计、气体稳压阀和压力测量仪表，；流体出口处设有可控制具有开闭功能的电磁阀。

3)先关闭液体通道阀，打开气体通道阀，气体通过减压阀、质量流量控制器，压力计进入三通阀，然后通过端板处流体进口进入双极板流场，打开液体通道，打开泵，调节液体的流量，气体与液体在流场内形成汽液两相流，打开出口阀，使流体在流场内流动，流体排放为常排或脉冲排气。

4)打开高速分辨摄像机，拍摄汽液两相流在流场中的分布及运动情况。

与现有技术相比，本发明方法主要是模拟燃料电池的真实状态，可视化过程观察的是流体在流场与MEA接触后的流体流动与分布情况，所采用的方法简单， 可以更准确，更迅速的观察到流体的流动与分布情况，为双极板的流场设计提供依据。

附图说明

本发明共有3张附图：

图1为镂空阳极板截面图；

图2为电池结构图；

1.透明端板2.镂空阳极板3.MEA 4.双极板5.底板6.紧固件7.端板进口8.端板出口9.流场10紧固螺栓；

图3为流体供应装置结构图；

11.风机12.稳压阀13.气体流量控制器14.压力计15.截止阀16两向三通阀17水箱18泵19压力调节阀20液体流量计21压力计22截止阀。

具体实施方式

结合附图进一步说明本发明的一种燃料电池双极板流场流体流动及分布状况的可视化装置及方法。

如图1，2，3所示：镂空的阳极板2的设计方案与正常阳极板的相同，将流场沟槽部分镂空，该镂空的阳极板2与透明端板1表面贴合在一起用形成流场9，阳极板2与透明端板1用紧固件6紧固在一起，透明端板1上具有流体进口7，流体出口8，流体可通过流体进口7入到流场9内，从流体出口8流出。透明端板1、阳极板2、MEA3、双极板4、底板5组装成电池，用紧固螺栓10紧固。

端板进口7处与流体管路通道相连接，流体通道的进口端接上可调节流量的三通阀16，三通阀16的一个通道接在气体供应装置上，另一个通道接在液体水供应装置上。先关闭液体水通道阀22，打开气体通道阀15，打开风机11，调节气体压力调节阀12，调节气体流量控制器13，控制气体流量，气体通过压力计14进入三通阀16，然后经透明流体进口处进入阳极板流场，打开液体水通道阀22，打开泵18，调节液体水压力调节阀19，调节液体水流量计20，控制液体水的流量，液体水通过压力计21进入三通阀16，然后经端板流体进口进入阳极板流场，气体与液体水在阳极板流场内形成汽液两相流，打开出口阀，使流体在阳极板流场内流动，流体排放方式为常排或脉冲排气。测量时阳极板的面积为350cm²，流场结构：流场沟槽、流场脊、流场槽深尺寸为1.5*1.5*0.5mm,控制空气的压力为0.01Mpa，流量为0.1m³/h,水流量为0.05m³/h，空气和水同时通入流场后，打开高速摄像机，高速摄像机记录该状态下流体的流动及分布状态，分别微调气体、液体水流量，用摄像机连续记录该状态下的流体的流动及分布状态。