一种氢燃料电池极板流场可视化实验装置

1.本实用新型涉及氢燃料电池领域，具体地说是一种氢燃料电池极板流场可视化实验装置。

背景技术：

2.近年来，新能源汽车技术快速发展，电池的性能要求也逐渐提高，氢燃料质子交换膜燃料电池(pemfc)备受各国青睐。而目前“气液两相管理”是影响pemfc工作稳定性和能量转换效率的重要问题之一。对流场中水的产生过程和分布以及排水排气过程的了解有利于电池排水排气、改进流场以及优化电池操作模式，对于燃料电池技术的进步有着里程碑式的作用。
3.可视化实验装置能够直观、真实地反映所研究现象的变化过程，因此可以应用于氢燃料电池，用于进一步观测并研究流道内部的情况。目前，许多学者已经利用可视化方法对燃料电池流场内部的水管理进行了研究，然而关于燃料电池流场的两相流研究还相对较少。中国专利cn215731814u公开了一种双极板流场气体压强分布可视化装置及系统，但是该系统并没有针对排水排气过程进行相关可视化研究。

技术实现要素：

4.针对现有技术中提及的问题，本实用新型提供一种氢燃料电池极板流场可视化实验装置，可以避免上述问题的发生。
5.本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：
6.一种氢燃料电池极板流场可视化实验装置，包括气液两相供给系统、流道内部观测系统、透明流场以及计算机，所述透明流场连接有气液两相供给系统和流道内部观测系统，所述流道内部观测系统连接有计算机。
7.进一步的，所述气液两相供给系统包括气体提供组件，所述气体提供组件连接有第一流量控制阀，所述第一流量控制阀连接有三通阀，所述三通阀连接有第二流量控制阀和透明流场，所述第二流量控制阀连接有示踪剂。
8.进一步的，所述气体提供组件为氢气罐。
9.进一步的，所述流道内部观测系统包括高速相机、凸透镜和激光器，所述高速相机与激光器分别处于透明流场两侧，所述透明流场与激光器之间设有凸透镜，所述计算机连接高速相机和激光器。
10.其中激光器放置在凸透镜前，点光源位于焦点处，则经过凸透镜后形成的是平行光束，该平行光速照射至透明流场上。
11.进一步的，所述透明流场包括金属板、前端板与后端板，所述金属板两侧分别设有前端板与后端板，所述前端板与后端板均由透明材料制成，所述金属板上设有内测流道，所述内测流道的两端各连通有一圆柱形接口管。
12.进一步的，所述金属板的尺寸大小为50mm
×
70mm厚度为3mm；所述前端板与后端板
尺寸大小为50mm
×
70mm厚度为4mm；所述内测流道的截面为1mm
×
1mm的矩形截面。
13.进一步的，所述内测流道贯穿金属板两侧，前端板与后端板封闭内测流道两侧形成一封闭腔。
14.进一步的，所述圆柱形接口管内设有矩形通孔。其中圆柱形接口管的直径优选为4mm，长度为20mm的圆柱形接口，矩形通孔尺寸为2mm
×
2mm。所述矩形通孔与内测流道的矩形截面相配合。
15.进一步的，所述内测流道为平行流道、蛇形流道、插指型流道中的一种，优选为蛇形流道。
16.进一步的，所述透明流场固定连接在一底座上，所述底座中部设有与所述透明流场相配合的插接槽，所述底座上设有前夹板与后夹板，前夹板与后夹板之间夹持有透明流场并通过螺栓螺母固定连接。
17.本实用新型的有益效果是：本实用新型能够充分展示燃料电池流场内的气液两相流动，可辅助设计出更好性能的水管理和气管理系统，以提高燃料电池的性能和加速燃料电池的商业化进程。
附图说明
18.图1为本实用新型的原理示意图
19.图2为透明流场的结构示意图；
20.图3为透明流场安装有固定机构时的结构示意图；
21.图4为平行流道的流体域模型图；
22.图5为蛇形流道的流体域模型图；
23.图6为插指型流道的流体域模型图；
24.图中：11气体提供组件，12第一流量控制阀，13三通阀，14第二流量控制阀，15示踪剂，2透明流场，21内测流道，22前端板，23金属板，24后端板，25后夹板，26前夹板与，27圆柱形接口管，28底座，31计算机，32激光器，33凸透镜，34高速相机。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
27.如图1至图3所示，一种氢燃料电池极板流场可视化实验装置，包括气液两相供给系统、流道内部观测系统、透明流场2以及计算机31，所述透明流场连接有气液两相供给系统和流道内部观测系统，所述流道内部观测系统连接有计算机。
28.至少一个实施例中，所述气液两相供给系统包括气体提供组件11，所述气体提供组件连接有第一流量控制阀12，所述第一流量控制阀连接有三通阀13，所述三通阀连接有第二流量控制阀14和透明流场2，所述第二流量控制阀连接有示踪剂15。其中两个流量控制阀、三通阀来调节气体的流量及压力，并加入示踪剂，实现对氢气流量的控制和追踪。
29.进一步的，所述气体提供组件可为氢气罐。
30.至少一个实施例中，所述流道内部观测系统包括高速相机34、凸透镜33和激光器32，所述高速相机与激光器分别处于透明流场两侧，所述透明流场与激光器之间设有凸透镜。通过高速相机拍摄的图片来进一步观测流道内部的情况，凸透镜的作用是用来分散激光器的光束，使其能够均匀的照射在流场的玻璃端板上，使得高速相机捕捉到的画面更加清晰。
31.所述计算机连接高速相机和激光器，并可对其进行统一控制，最终相机拍摄的图像传输到计算机上实现对内部的观测。
32.至少一个实施例中，所述透明流场包括金属板23、前端板22与后端板24，所述金属板两侧分别设有前端板与后端板，所述前端板与后端板均由透明材料制成，该透明材料可为石英玻璃，所述金属板上设有内测流道21，所述内测流道的两端各连通有一圆柱形接口管27，所述接口管穿过前端板后延伸至外界。
33.方案细化，所述金属板23的尺寸大小为50mm
×
70mm厚度为3mm；所述前端板22与后端板24尺寸大小为50mm
×
70mm厚度为4mm；所述内测流道的截面为1mm
×
1mm的矩形截面。
34.进一步的，所述内测流道贯穿金属板两侧，前端板与后端板可封闭内测流道两侧形成一封闭腔，因内测流道的两端连通有圆柱形接口管，气体可由内测流道一侧的圆柱型接口管流入穿过内测流道后从另一圆柱形接口管流出。
35.进一步的，所述圆柱形接口管内设有矩形通孔。其中圆柱形接口管的直径优选为4mm，长度为20mm的圆柱形接口，矩形通孔尺寸为2mm
×
2mm。
36.进一步的，所述内测流道为平行流道、蛇形流道、插指型流道中的一种，优选为蛇形流道，如图4至图6所示。蛇形和插指型流道结构表现出比平行流道和点状流场更好的性能，而插指形流道对于实际燃料要求过高，不利于实验数据的准确性，所以选择蛇形流道最佳；本实施例中内测流道选择蛇形流道，并且为了便于观察，采用单流道布置，各个流道间留有充足空间。
37.进一步的，所述透明流场固定连接在一底座28上，所述底座中部设有与所述透明流场相配合的插接槽，所述底座上设有前夹板26与后夹板25，前夹板与后夹板之间夹持有透明流场并通过螺栓螺母固定连接。
38.工作方式，当人们需要进行氢燃料电池可视化试验时，氢气罐在释放氢气后，经过两个流量控制阀和三通阀对气体的流量和压力进行调节，并加入示踪剂，进入透明流场。激光器向流场照射激光，凸透镜分散激光器的光束，使其能够均匀的照射在透明流场的玻璃端板上，也使高速相机在捕捉画面时更加清晰。所述计算机连接高速相机和激光器，并可对其进行统一控制，最终相机拍摄的图像传输到计算机上实现对内部的观测。
39.除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

技术特征：

1.一种氢燃料电池极板流场可视化实验装置，其特征在于，包括气液两相供给系统、流道内部观测系统、透明流场以及计算机，所述透明流场连接有气液两相供给系统和流道内部观测系统，所述流道内部观测系统连接有计算机。2.根据权利要求1所述的氢燃料电池极板流场可视化实验装置，其特征在于，所述气液两相供给系统包括气体提供组件，所述气体提供组件连接有第一流量控制阀，所述第一流量控制阀连接有三通阀，所述三通阀连接有第二流量控制阀和透明流场，所述第二流量控制阀连接有示踪剂。3.根据权利要求1或2所述的氢燃料电池极板流场可视化实验装置，其特征在于，所述流道内部观测系统包括高速相机、凸透镜和激光器，所述高速相机与激光器分别处于透明流场两侧，所述透明流场与激光器之间设有凸透镜，所述计算机连接高速相机和激光器。4.根据权利要求3所述的氢燃料电池极板流场可视化实验装置，其特征在于，所述透明流场包括金属板、前端板与后端板，所述金属板两侧分别设有前端板与后端板，所述前端板与后端板均由透明材料制成，所述金属板上设有内测流道，所述内测流道的两端各连通有一圆柱形接口管。5.根据权利要求4所述的氢燃料电池极板流场可视化实验装置，其特征在于，所述内测流道贯穿金属板两侧，前端板与后端板封闭内测流道两侧形成一封闭腔。6.根据权利要求4所述的氢燃料电池极板流场可视化实验装置，其特征在于，所述圆柱形接口管内设有矩形通孔。7.根据权利要求4所述的氢燃料电池极板流场可视化实验装置，其特征在于，所述内测流道为蛇形流道。8.根据权利要求1所述的氢燃料电池极板流场可视化实验装置，其特征在于，所述透明流场固定连接在一底座上，所述底座中部设有与所述透明流场相配合的插接槽，所述底座上设有前夹板与后夹板，前夹板与后夹板之间夹持有透明流场并通过螺栓螺母固定连接。9.根据权利要求2所述的氢燃料电池极板流场可视化实验装置，其特征在于，所述气体提供组件为氢气罐。

技术总结

一种氢燃料电池极板流场可视化实验装置，涉及氢燃料电池领域，包括气液两相供给系统、流道内部观测系统、透明流场以及计算机，所述透明流场连接有气液两相供给系统和流道内部观测系统，所述流道内部观测系统连接有计算机。本实用新型能够充分展示燃料电池流场内的气液两相流动，可辅助设计出更好性能的水管理和气管理系统，以提高燃料电池的性能和加速燃料电池的商业化进程。料电池的商业化进程。料电池的商业化进程。