[发明专利]可视化测量装置及其方法

说明书

本申请涉及一种可视化测量装置，包括装配体、流体回路和控制系统。装配体包括极板、第一侧板、第二侧板和加热组件，第一侧板与第二侧板分别位于极板的两侧以合围形成封闭的流场，加热组件设置于极板与第二侧板之间；流体回路包括驱动泵和温度传感器，驱动泵分别连接进液件和出液件，温度传感器用于检测流体温度；控制系统包括电连接于加热组件，电源和监测模块电源能够驱动加热组件加热，监测模块能够监测加热组件的电阻和温度。上述可视化测量装置，通过电源控制加热组件的温度，利用过热度越大沸腾气泡越小的原理，控制整个流体回路的过热度并使加热组件表面产生的沸腾气泡尺寸小于流道的截面尺寸，从而更为真实地反映流体在流道内的流动状态。

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种可视化测量装置及其方法。

背景技术

随着电池技术的发展，出现了质子交换膜燃料电池，其通过空气电极吸附氢气和氧气并且使用催化剂将其转化为离子态，在电解质溶液中生成水同时释放能量。在燃料电池中，双极板的结构直接影响气体和液体的流场，从而影响燃料电池的性能，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装置主要是通过透明玻璃板与双极板组成可视化装置，透过透明双极板或者透明玻璃板观察气液混合流体在双极板上的流动及分布状态。

然而，在实际操作中，首先气体的体积随着液体流速的增加而减小，其次气泡会在流动过程中消散或者合并，因此需要装置离流道足够近来防止气泡的溃散或者合并。最后，对于多通道的双极板而言，这种在主流道形成的气液两相流在实际的流动分配时气泡会在分配区域形成栓塞，从而阻碍或者改变流场使得所得流场不能够反应真实状况。

发明内容

基于此，有必要针对多通道极板模拟的流场容易形成栓塞的问题，提供一种可视化测量装置及其方法。

一种可视化测量装置，包括装配体、流体回路和控制系统。所述装配体包括极板、第一侧板、第二侧板和加热组件，所述第一侧板与所述第二侧板分别位于所述极板的两侧以合围形成封闭的流场，所述第一侧板为透明材料且其上设置有进液件和出液件，所述加热组件设置于所述极板与所述第二侧板之间；所述流体回路包括驱动泵和温度传感器，所述驱动泵通过流体管道分别连接所述进液件和出液件，所述温度传感器设置于所述管道上以检测流体温度；所述控制系统包括电源和监测模块，所述电源和所述监测模块电连接于所述加热组件，所述电源能够驱动所述加热组件产生热量，所述监测模块能够监测所述加热组件的电阻和温度。

上述可视化测量装置，通过电源控制加热组件的温度，利用过热度越大沸腾气泡越小的原理，控制整个流体回路的过热度并使加热组件表面产生的沸腾气泡尺寸小于流道的截面尺寸，从而更为真实地反映流体在流道内的流动状态。

在其中一个实施例中，述流体回路还包括流量计和调节阀门，所述流量计与所述调节阀门均设置于所述流体管道上。

在其中一个实施例中，所述可视化测量装置还包括压力控制组件，所述压力控制组件包括水箱、气瓶和减压阀，所述气瓶通过所述减压阀连接至所述水箱内，所述水箱与所述流体管道连通，以控制所述流体回路的系统压力。

在其中一个实施例中，所述加热组件包括热电偶和设置于所述热电偶两端的电极，所述电极穿设于所述第二侧板且部分外露于所述第二侧板，所述电源和所述检测模块通过疏水电极电连接于所述加热组件。

在其中一个实施例中，所述极板上设置有若干流道，所述流道连通所述进液件与所述出液件。

在其中一个实施例中，所述进液件与所述出液件的数量至少为三个，分别用于液体的流通、空气的流通和氢气的流通。

一种可视化测量方法，其特征在于，包括步骤：测量所述加热组件的初始电阻和电阻温度系数，打开摄像设备拍摄所述流道内的流体，调节所述电源的输出电压以使所述加热组件表面间歇性地出现微小气泡，分析所述气泡在所述流道内的移动轨迹和移动速度。