[發(fā)明專利]一種燃料電池離線可視化拼裝式裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110632211.7
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113451605B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦彥周;李煜;李夢杰;張恩瑞;張夢飛;尹燕
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: H01M8/026
• 分類號: H01M8/026;H01M8/0276;H01M8/04298;H01M8/04828
• 代理公司: 北京恒和頓知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11014
• 代理人: 魏騫

本發(fā)明公開了一種燃料電池離線可視化拼裝式裝置，包括從上到下依次排列組裝的頂部端板、頂部墊片、流場板、內(nèi)嵌式墊片、擴(kuò)散層支撐板和供水供氣機(jī)構(gòu)，供水供氣機(jī)構(gòu)的一側(cè)可拆卸連接有拍攝端板。流場板抵接拍攝端板的一側(cè)開設(shè)有溝槽以形成流道。頂部端板和拍攝端板均采用透明材料,且均可設(shè)置高速攝像機(jī)，以實現(xiàn)流道頂部和側(cè)面的離線可視化拍攝。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實現(xiàn)了流道和氣體擴(kuò)散層表面的可視化，同時實現(xiàn)了流道頂部和側(cè)面的觀測，可以模擬研究流道內(nèi)液態(tài)水的傳輸行為，應(yīng)用于離線可視化實驗，并具有拆裝方便的優(yōu)點，通過調(diào)整內(nèi)嵌式墊片的數(shù)量，可調(diào)節(jié)流道高度，以適應(yīng)多種實驗工況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種燃料電池離線可視化拼裝式裝置。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換率高，零排放，工作溫度低等特點，在國內(nèi)外已經(jīng)引起了很大的關(guān)注，質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)已經(jīng)成為車載動力系統(tǒng)中重要的發(fā)展方向之一。在質(zhì)子交換膜燃料電池商業(yè)化的過程中，也面臨許多的技術(shù)挑戰(zhàn)，其中最重要的技術(shù)難點之一就是水管理，特別是在大電流密度工況下，大量的液態(tài)水在流道內(nèi)聚集，阻塞反應(yīng)物傳輸?shù)耐ǖ溃斐煞磻?yīng)物不能通過氣體擴(kuò)散層孔隙到達(dá)反應(yīng)的界面，影響電化學(xué)反應(yīng)的速度，從而嚴(yán)重影響電池的性能。所以，流道中的水傳輸會對電池的性能產(chǎn)生重要的影響。

正因為這些原因，使得燃料電池水管理成為科研的熱點。燃料電池可視化裝置是一種簡單的、低成本的可觀測液態(tài)水在流道內(nèi)，在擴(kuò)散層表面?zhèn)鬏敩F(xiàn)象的裝置。可充分研究流道內(nèi)液態(tài)水的流型變化，也可以采集氣體的分布狀態(tài)。因此可視化技術(shù)也是燃料電池實驗領(lǐng)域最重要的實驗手段之一。

直接可視化技術(shù)最為常用，是利用高速攝像機(jī)直接拍攝透明光學(xué)電池流道內(nèi)液態(tài)水傳輸過程的方法，利用直接可視化方法可以對流道內(nèi)的動態(tài)特性進(jìn)行在線和離線的研究，時間和空間分辨率較高，常用電池流道尺寸中液態(tài)水傳輸過程都能滿足拍攝要求，對于常規(guī)尺度液滴運動來說，電池改裝不會帶來較大影響。

對于在線可視化，優(yōu)點是能實時觀測流道內(nèi)液態(tài)水的流動，但是由于窗口起霧，不可定量調(diào)節(jié)，不能對液態(tài)水的脫離過程進(jìn)行定量的分析，受多種因素干擾，不能達(dá)到研究目的。由于在線可視化方法是在有電化學(xué)反應(yīng)參與時進(jìn)行的，對于流道內(nèi)生成的液態(tài)水大多進(jìn)行定性分析，不能深層次的對多種狀態(tài)過程中的液態(tài)水的動態(tài)行為和液滴的脫離狀態(tài)進(jìn)行定量分析，因此必須采用離線可視化的手段研究流道內(nèi)液態(tài)水的動態(tài)特性。即離線可視化的目的是將電化學(xué)過程分離出去，定量分析液態(tài)水透過擴(kuò)散層并在流道中的動態(tài)特性。

申請?zhí)枮椋?01510919434.6，發(fā)明名稱為一種燃料電池雙極板流場流體分布的可視化裝置及方法,以及申請?zhí)枮椋?00710012312.4，發(fā)明名稱為雙極板流場流體可視化裝置和方法的中國專利中均公開了燃料電池可視化技術(shù)方案,兩種技術(shù)方案的共同點都是將一塊鏤空的流道板與頂部端板結(jié)合形成頂部透明的燃料電池可視化裝置，利用高分辨率的高速攝像機(jī)拍攝流體的分布，這兩種裝置是最簡單的傳統(tǒng)的燃料電池可視化裝置的代表，其突出的問題在于只能涉及頂部的可視化，且鏤空流道板的重復(fù)性差，結(jié)構(gòu)特征固定，無法觀測流道側(cè)面。

申請?zhí)枮椋?01810186909.9，發(fā)明名稱為一種燃料電池裝置及其極板流道氣體分布的模擬方法的中國專利中，公開一種技術(shù)方案：將鏤空的流道與透明端板相結(jié)合，在鏤空流道底部放置一層重氨嗮圖紙，實驗過程中，氮氣中通入氨氣，當(dāng)氣體在流道中流動時。重氨嗮圖紙表面會產(chǎn)生紅色的印記，反映出氣體的分布，這種方案雖然能反映出氣體流動的分布情況，但是不能直接觀測液態(tài)水的分布，也不能利用高速攝影機(jī)拍攝流道內(nèi)側(cè)面信息。