[发明专利]一种PEM流场结构优化装置及使用方法

说明书

本发明涉及水电解制氢技术领域，特别涉及一种PEM流场结构优化装置及使用方法，该装置至少包括结构主体、第一流体分布器、第二流体分布器以及摄像装置；结构主体具有相对的第一端、第二端以及设置在第一端、第二端之间的主流道；第一流体分布器、第二流体分布器分别可拆卸设置在第一端、第二端；第一流体分布器、第二流体分布器均包括固定框以及若干阵列分布在固定框上的柱体，柱体可沿凸出于主流道方向升降运动；摄像装置用于监测并获取主流道中流体的流动分布表征信息。通过上述设置，使得流体分布器可组成任意组合的流场结构，并通过分析来获得不同工况条件下最优化的流场结构，从而快速改进流场流动的均匀性，提高电解效率和电解槽的使用寿命。

技术领域

本发明涉及水电解制氢技术领域，特别涉及一种PEM流场结构优化装置及使用方法。

背景技术

随着世界能源技术的不断发展，氢能凭借其高效率、低污染的优势被广泛应用于储能、生产、制造、氢医疗保健等领域。特别是质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)水电解制氢技术是目前绿色制氢的焦点技术。它的反应原理是以质子膜为电介质，水分子为反应物，在直流电作用下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽流场结构的PEM双极板析出。产生的氢气纯度高，压力调控范围大，氢气输出压力可达数兆帕，使用快速变化的可再生能源电力输入。

目前，PEM水电解制氢技术还存在很多技术难题，其中，流场结构设计是影响电解效率、双极板使用寿命的制约因素之一。而流场结构在不同工况条件下对流场流速分布均匀性差别较大，因此，如何根据不同工况条件来设计流场结构以保证流场流速分布均匀性是极其重要的环节。

现有的流场结构通常需要依赖设计师的设计经验，根据不同工况通过直接试验或仿真试验来获得较为优化的流场结构。然而，直接试验需要费时费力设计不同方案，再加工做出流场结构后进行试验，前期的各项成本投入较大。仿真试验(例如CFD仿真)则存在建模时间长，复杂结构设计容易发散，效果不一定准确等问题。综上，如何得到不同工况条件下的最优化流场结构的通用装置是本领域亟需解决的一大难题。

发明内容

为解决上述现有技术中没有能够解决不同工况条件下得到最优化流场结构的通用装置的不足，本发明提供一种PEM流场结构优化装置，至少包括结构主体、第一流体分布器、第二流体分布器以及摄像装置；

所述结构主体具有相对的第一端、第二端以及设置在所述第一端、所述第二端之间的主流道；所述结构主体的第一端开设有与所述结构主体的外部连通的流道入口，所述结构主体的第二端开设有与所述结构主体的外部连通的流道出口；

所述第一流体分布器可拆卸设置在所述第一端位置；所述第二流体分布器可拆卸设置在所述第二端位置；所述第一流体分布器和所述第二流体分布器均包括固定框以及若干阵列分布在所述固定框上的柱体，所述柱体可沿凸出于所述主流道方向升降运动；

所述摄像装置用于监测并获取所述主流道中流体的流动分布表征信息。

在一实施例中，还包括第一分隔闸和第二分隔闸，所述第一分隔闸设置在所述流道入口处，以用于控制流体从所述流道入口流进所述结构主体；所述第二分隔闸设置在所述流道出口处，以用于控制流体从所述流道出口流出所述结构主体。

在一实施例中，所述第一分隔闸和所述第二分隔闸均包括若干紧密排列的分隔板，所述流道入口和所述流道出口均设置有分隔槽，所述分隔板与所述分隔槽可插拔密封连接。

在一实施例中，所述主流道上方还设置有透视板以及密封件；所述透视板覆盖在所述结构主体上，以便于所述摄像装置通过所述透视板捕捉所述主流道中流体的流动分布表征信息；所述密封件设置在所述透视板与所述结构主体之间，所述密封件设置在所述主流道上方外围。

在一实施例中，所述柱体为棱柱体。

在一实施例中，还包括数据采集系统，所述数据采集系统与所述摄像装置通信连接，以用于接收并分析所述主流道中流体的流动分布表征信息。