專利名稱：一種直接甲醇燃料電池甲醇溶液濃度控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于清潔能源領(lǐng)域，特別涉及一種直接甲醇燃料電池甲醇溶液濃度控制實用 新型裝置。
背景技術(shù)：
直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell,簡稱DMFC)是PEMFC的一種，以直接 甲醇為陽極燃料，無需將甲醇重整為富氫氣體的甲醇重整器裝置，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積 能量密度高、燃料補(bǔ)充方便等特點，是最適合用于小型電源、車用電源等的燃料電池。它直 接用甲醇溶液作為"燃料"發(fā)電，反應(yīng)后的產(chǎn)物只有水，是一種綠色的環(huán)保電池。所以直接 甲醇燃料電池的研究具有十分重要的意義。限制直接甲醇燃料電池商業(yè)化的一個重要原因是沒有完全解決電池中的甲醇滲透問題。 甲醇滲透就是甲醇從直接甲醇燃料電池的陽極通過膜擴(kuò)散到陰極直接與氧氣發(fā)生反應(yīng)，甲醇 滲透與甲醇的濃度有直接的聯(lián)系， 一般甲醇濃度越高，滲透現(xiàn)象越嚴(yán)重，相反適當(dāng)?shù)慕档图?醇的濃度可以在一定程度上抑制甲醇的滲透。甲醇滲透不僅使甲醇的利用率降低，也使電堆 的電壓輸出不穩(wěn)定，同時滲透到陰極的甲醇在電堆的陰極產(chǎn)生了大量的熱量，使電堆的溫度 升高，縮短了電池的壽命?，F(xiàn)有的克服甲醇滲透問題的一個方法就是將較低濃度的甲醇溶液供給電堆使用，并將甲 醇溶液的濃度維持在一個定值(通常是0.5 2mol/L，濃度依電堆的不同而不同)。甲醇濃度 越大，電堆的發(fā)電能力越強(qiáng)，控制甲醇濃度在定值沒有完全考慮到提高甲醇的利用率，因為 例如負(fù)載消耗的功率是5-8W，由于濃度不可變，所以甲醇濃度要維持在至少可以使電堆提供 8W的值上。我們知道，在一點的濃度范圍內(nèi)，甲醇濃度越高輸出功率也會越高，但濃度高不 僅會使甲醇滲透現(xiàn)象加重，造成甲醇的浪費，而且也會使電堆過熱，導(dǎo)致電堆壽命縮短。那 么如果同一個電堆在其它條件都相同的條件下，輸出5W時電堆中的濃度一定比輸出8W時的 濃度要低，所以我們在負(fù)載低的時候調(diào)低甲醇濃度是一個很好的選擇，這樣不僅可以降低堆 溫，還可節(jié)省一定的甲醇?，F(xiàn)在一般調(diào)節(jié)直接甲醇燃料電池系統(tǒng)中輸入電堆的甲醇的濃度的方法是給電堆配備一個 混合罐，然后通過調(diào)節(jié)混合罐中的甲醇濃度來實現(xiàn)調(diào)節(jié)輸入電堆的甲醇濃度。輸入電堆的甲 醇在電堆中反應(yīng)濃度逐漸降低，同時為了充分利用甲醇以提高系統(tǒng)的甲醇使用效率，反應(yīng)后 的濃度較低的甲醇溶液又被輸入混合罐以供繼續(xù)使用，但是如果沒有向這個混合罐中注入純甲醇，那么混合罐中的甲醇濃度就會逐漸降低，所以必須用一個微型泵向混合罐輸入純甲醇 來控制混合罐中的甲醇濃度，由于電堆的消耗的甲醇速率很小(以東芝開發(fā)的一款筆記本用 的直接甲醇燃料電池為例，lOOmL的甲醇可以用IO小時，也就是說平均每分鐘的純甲醇消耗 量不足0.2mL)，所以所選用的微型泵的流量和精度必須很高，但是通常微型泵的最小流量和 精度越高，價格也就越貴，所以通常是使用一個最低流量不是很小的微型泵以時開時關(guān)的方 式向混合罐中輸入甲醇。但是以時開時斷的方式向混合罐補(bǔ)充甲醇的缺點是要求所使用的甲 醇混合罐體積要足夠的大，而且也不容易及時地跟據(jù)負(fù)載大小以及電堆的運行狀態(tài)調(diào)節(jié)輸入 電堆的甲醇的濃度，例如當(dāng)負(fù)載變小時，需要的甲醇濃度變低，那只能停止向混合罐中供應(yīng) 甲醇，但是由于混合罐的體積一般較大，甲醇的濃度不可能降的很快。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的提供一種直接甲醇燃料電池甲醇溶液濃度控制裝置。 本實用新型的特征在于上筒和下筒，兩者軸向平行且桶壁上下相互嵌接，在該嵌接處開有若干個細(xì)孔，在細(xì)孔 中填充聚四氟乙烯16，上筒的外筒壁15從導(dǎo)管14輸入純甲醇3，下筒的一端與外部的一個 液泵7相連；傳動機(jī)構(gòu)，含有齒輪20、 一端上方帶有齒條的傳動桿22、電機(jī)21和活塞17，其中，齒 輪20和傳動桿22嚙合，活塞17與所述傳動桿22中的另一端相連，電機(jī)21帶動齒輪20通 過傳動桿22引導(dǎo)活塞17在外筒內(nèi)沿桶壁作水平方向的往復(fù)運動，電機(jī)21的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)述與位 于甲醇流向上的甲醇傳感器9檢測到的甲醇濃度、電堆期望的輸入甲醇濃度兩者相比較的值 相關(guān)；固定套19,通過固定桿18固定在下桶的外筒壁24上，所述傳動桿22軸相地從固定套 19中滑動穿過。本實用新型的有益效果本發(fā)明利用物質(zhì)對不同液體具有不同吸收能力的特性，設(shè)計了 一種適合于直接醇類電池的可以及時的跟據(jù)負(fù)載大小和電堆運行狀態(tài)的濃度控制系統(tǒng)，該方 法具有不需要使用昂貴的高精度的液泵的特點，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，制造和維護(hù)成本低。


圖1為直接甲醇燃料電池系統(tǒng)原理圖1.甲醇溶液導(dǎo)管2.純甲醇罐3.純甲醇4. 甲醇溶液流向 5.溶液罐6甲醇溶液7液泵，8.甲醇溶液濃度控制裝置9.甲醇濃度傳 感器10.氣泵11.電堆12.氣體導(dǎo)管13.氣體流向14.純甲醇導(dǎo)管。圖2為甲醇溶液濃度控制裝置示意圖。15.上筒筒壁16.聚四氟乙烯17.活塞18. 固定桿19.固定套20.齒輪21.齒輪轉(zhuǎn)動方向22.傳動桿23.傳動桿運動方向24.下筒筒壁。圖3為圖2中所示虛線處的截面圖具體實施方式
本發(fā)明提出一種直接甲醇燃料電池甲醇溶液濃度控制方法及裝置。
以下結(jié)合附圖，例舉 具體實施方案對本發(fā)明予以說明。聚四氟乙烯16是一種容易吸附甲醇但是不容易吸附水的材料.如圖-2所示在互相平行且連接的兩個圓筒中，在彼此的連接處打有若干個細(xì)孔，細(xì)孔中填充聚四氟乙烯16，所以 純甲醇3只能從上管道滲透到下管道，而下管道中的水不能滲透至上管道中的純甲醇中。上 管道內(nèi)充滿甲醇3且與圖-1中的純甲醇罐通過純甲醇導(dǎo)管-14相連通，上導(dǎo)管一端封閉，另 一端用活塞17封閉，活塞17通過一端上方帶有齒條的傳動桿22與齒輪20相連接，傳動桿 22被固定套19固定，同時固定套19通過焊接在下管道外壁上的固定桿18固定，使傳動桿 22只能在電機(jī)的帶動下沿上管道平行移動。下圓筒一端通過導(dǎo)管與圖一中的液泵7相連接， 并在液泵7的帶動下輸入甲醇溶液，另一端與連接至甲醇濃度傳感器的導(dǎo)管相連接。電機(jī)帶動齒輪20的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)可以帶動圖-3中活塞17向左或向右移動?；钊蜃笠?動使與純甲醇3接觸的小孔數(shù)量減少，而與純甲醇3接觸的小孔數(shù)量減少就意味著滲透速度 減慢，相反活塞向右移動使?jié)B透速度加快，通過甲醇濃度傳感器9檢測到的甲醇濃度值和電 堆期望的輸入甲醇濃度值確定電機(jī)的轉(zhuǎn)向就可以達(dá)到控制甲醇濃度的目的。
權(quán)利要求1. 直接甲醇燃料電池用甲醇溶液濃度控制裝置，其特征在于，含有上筒和下筒，兩者軸向平行且桶壁上下相互嵌接，在該嵌接處開有若干個細(xì)孔，在細(xì)孔中填充聚四氟乙烯(16)，上筒的外筒壁(15)從導(dǎo)管(14)輸入純甲醇(3)，下筒的一端與外部的一個液泵(7)相連；傳動機(jī)構(gòu)，含有齒輪(20)、一端上方帶有齒條的傳動桿(22)、電機(jī)(21)和活塞(17)，其中，齒輪(20)和傳動桿(22)嚙合，活塞(17)與所述傳動桿(22)中的另一端相連，電機(jī)(21)帶動齒輪(20)通過傳動桿(22)引導(dǎo)活塞(17)在外筒內(nèi)沿桶壁作水平方向的往復(fù)運動，電機(jī)(21)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)述與位于甲醇流向上的甲醇傳感器(9)檢測到的甲醇濃度、電堆期望的輸入甲醇濃度兩者相比較的值相關(guān)；固定套(19)，通過固定桿(18)固定在下桶的外筒壁(24)上，所述傳動桿(22)軸相地從固定套(19)中滑動穿過。
專利摘要直接甲醇燃料電池用的甲醇溶液濃度控制裝置屬于直接甲醇燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，利用開在相互軸向平行且筒壁上下相互嵌接的兩個圓筒的連接處的若干細(xì)孔中的聚四氟乙烯，使得上筒中的純甲醇在傳動機(jī)構(gòu)所控制的活塞的作用下，通過活塞在外筒內(nèi)沿筒壁作左、右方向的水平運動來實現(xiàn)上筒的純甲醇向下筒中的甲醇溶液的濃度實現(xiàn)控制，用一個甲醇濃度傳感器檢測到的下筒輸出的甲醇溶液濃度與設(shè)定值進(jìn)行比較，即可實現(xiàn)對輸入電堆的甲醇溶液的濃度進(jìn)行控制，本實用新型可跟據(jù)電堆負(fù)載大小實現(xiàn)對甲醇濃度的控制，具有結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便的優(yōu)點。
文檔編號H01M8/04GK201117725SQ200720170049
公開日2008年9月17日 申請日期2007年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月3日
發(fā)明者丁青青, 李春文, 王榮蓉, 謝曉峰 申請人:清華大學(xué)