[发明专利]一种燃料电池离线可视化拼装式装置

说明书

本发明公开了一种燃料电池离线可视化拼装式装置，包括从上到下依次排列组装的顶部端板、顶部垫片、流场板、内嵌式垫片、扩散层支撑板和供水供气机构，供水供气机构的一侧可拆卸连接有拍摄端板。流场板抵接拍摄端板的一侧开设有沟槽以形成流道。顶部端板和拍摄端板均采用透明材料,且均可设置高速摄像机，以实现流道顶部和侧面的离线可视化拍摄。相比于现有技术，本发明实现了流道和气体扩散层表面的可视化，同时实现了流道顶部和侧面的观测，可以模拟研究流道内液态水的传输行为，应用于离线可视化实验，并具有拆装方便的优点，通过调整内嵌式垫片的数量，可调节流道高度，以适应多种实验工况。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池离线可视化拼装式装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池具有能量转换率高，零排放，工作温度低等特点，在国内外已经引起了很大的关注，质子交换膜燃料电池技术已经成为车载动力系统中重要的发展方向之一。在质子交换膜燃料电池商业化的过程中，也面临许多的技术挑战，其中最重要的技术难点之一就是水管理，特别是在大电流密度工况下，大量的液态水在流道内聚集，阻塞反应物传输的通道，造成反应物不能通过气体扩散层孔隙到达反应的界面，影响电化学反应的速度，从而严重影响电池的性能。所以，流道中的水传输会对电池的性能产生重要的影响。

正因为这些原因，使得燃料电池水管理成为科研的热点。燃料电池可视化装置是一种简单的、低成本的可观测液态水在流道内，在扩散层表面传输现象的装置。可充分研究流道内液态水的流型变化，也可以采集气体的分布状态。因此可视化技术也是燃料电池实验领域最重要的实验手段之一。

直接可视化技术最为常用，是利用高速摄像机直接拍摄透明光学电池流道内液态水传输过程的方法，利用直接可视化方法可以对流道内的动态特性进行在线和离线的研究，时间和空间分辨率较高，常用电池流道尺寸中液态水传输过程都能满足拍摄要求，对于常规尺度液滴运动来说，电池改装不会带来较大影响。

对于在线可视化，优点是能实时观测流道内液态水的流动，但是由于窗口起雾，不可定量调节，不能对液态水的脱离过程进行定量的分析，受多种因素干扰，不能达到研究目的。由于在线可视化方法是在有电化学反应参与时进行的，对于流道内生成的液态水大多进行定性分析，不能深层次的对多种状态过程中的液态水的动态行为和液滴的脱离状态进行定量分析，因此必须采用离线可视化的手段研究流道内液态水的动态特性。即离线可视化的目的是将电化学过程分离出去，定量分析液态水透过扩散层并在流道中的动态特性。

申请号为：201510919434.6，发明名称为一种燃料电池双极板流场流体分布的可视化装置及方法,以及申请号为：200710012312.4，发明名称为双极板流场流体可视化装置和方法的中国专利中均公开了燃料电池可视化技术方案,两种技术方案的共同点都是将一块镂空的流道板与顶部端板结合形成顶部透明的燃料电池可视化装置，利用高分辨率的高速摄像机拍摄流体的分布，这两种装置是最简单的传统的燃料电池可视化装置的代表，其突出的问题在于只能涉及顶部的可视化，且镂空流道板的重复性差，结构特征固定，无法观测流道侧面。

申请号为：201810186909.9，发明名称为一种燃料电池装置及其极板流道气体分布的模拟方法的中国专利中，公开一种技术方案：将镂空的流道与透明端板相结合，在镂空流道底部放置一层重氨嗮图纸，实验过程中，氮气中通入氨气，当气体在流道中流动时。重氨嗮图纸表面会产生红色的印记，反映出气体的分布，这种方案虽然能反映出气体流动的分布情况，但是不能直接观测液态水的分布，也不能利用高速摄影机拍摄流道内侧面信息。