[發(fā)明專利]一種微流量閥及直接液體燃料電池燃料供給系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2009-12-16
• 公開（公告）號: CN102104158A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發(fā)明（設計）人: 孫公權;陳利康;孫海;趙鋼;秦兵
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳;周秀梅

技術領域

本發(fā)明涉及一種液體微流量閥及利用其構建的直接液體燃料電池陽極燃料供給系統(tǒng)。微流量閥限制了陽極燃料的最大供應量，保證了直接液體燃料電池系統(tǒng)的安全；基于該閥的燃料供給系統(tǒng)，其減少了傳統(tǒng)直接液體燃料電池陽極燃料供給系統(tǒng)中所用的燃料濃度傳感器、微型泵、微型電磁閥等部件，提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性。

背景技術

直接液體燃料電池是將液體燃料中的化學能直接轉化為電能的一種電化學反應裝置。液體燃料(包括醇類燃料及甲酸和乙酸等)的比能量密度高，在便攜式移動電源領域具有廣闊的應用前景。

為提高系統(tǒng)的燃料利用率，增加系統(tǒng)的集成度，在直接液體燃料電池系統(tǒng)中，其陽極的燃料溶液是循環(huán)利用的。但由于直接液體燃料電池存在燃料滲透以及催化劑毒化等問題，系統(tǒng)運行時，陽極的溶液需要維持在一定的濃度范圍內，系統(tǒng)才能安全可靠的工作。因此，隨系統(tǒng)運行時間的增長，溶液中的燃料不斷被消耗，需要適時的向系統(tǒng)陽極補充高濃度燃料或者是純燃料，系統(tǒng)才能連續(xù)穩(wěn)定運行。

在直接液體燃料電池系統(tǒng)中，一般陽極燃料的供給都是通過濃度傳感器、微型燃料泵、微型電磁閥等器件構成的燃料調節(jié)系統(tǒng)或類似系統(tǒng)來完成。目前，直接醇類燃料電池系統(tǒng)的運行壽命一般可達數千小時，在系統(tǒng)全壽命中微型燃料泵、微型電磁閥的動作將達到數百萬次。這對微型燃料泵、微型電磁閥的可靠性提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。目前，仍很少有廠家能夠保證微型燃料泵、微型電磁閥這一數量級的動作壽命。此外，微型燃料泵、微型電磁閥大部分是基于MEMS技術制造，尚在發(fā)展之中，成本昂貴。而在線液體燃料濃度傳感器尚沒有成熟的產品，已研究開發(fā)的濃度傳感器大多是基于電化學原理，由于該類型傳感器需要采用貴金屬催化劑，成本很難降低，可靠性也需要進一步考察。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對以上現有技術的不足，開發(fā)一種液體微流量閥及基于該微流量閥構建的直接液體(甲醇、乙醇、乙二醇、甲酸、乙酸等)燃料電池陽極燃料供給系統(tǒng)；液體微流量閥將燃料流量限制在很低的數量級(如mL/min-uL/min)，并且針對額定輸出功率的直接液體燃料電池系統(tǒng)限制了陽極燃料的最大供應量；陽極燃料供給系統(tǒng)利用該微流量閥和陽極溶液循環(huán)泵配合實現燃料自動補充。

本發(fā)明采用的具體技術方案包括以下內容：

一種液體微流量閥，包括燃料入口閥體、燃料出口閥座，在燃料入口閥體與燃料出口閥座間的燃料流經通路上設置有微孔膜；即在微孔膜放置在閥體和閥座的接口處。

在微孔膜與燃料入口閥體和/或燃料出口閥座間設置有密封環(huán)，微孔膜與燃料入口閥體或燃料出口閥座之間通過密封環(huán)密封。

所述燃料入口閥體和/或燃料出口閥座通過螺釘固接成一體。

所述微孔膜為具有非親水性膜，孔徑介于1um～5um；閥座和閥體都是由耐溶劑析出的高分子聚合物或耐腐蝕的金屬制造而成。

所述微孔膜為聚偏氟乙烯PVDF膜或聚四氟乙烯PTFE膜；閥座和閥體都是由PEI、PEFE、PP、不銹鋼、鈦或鈦合金制造而成。

所述閥座的下方設有與外界流體相連通的主管道，主管道上設有外界流體的入口和出口，閥座的燃料出口與主管道相連通，在主管道的入口端設置有喉管；主管道直徑D介于3～12mm，喉管的長度介于5～10mm，喉管的直徑d與主管道直徑D的比值為1/2～1/20。

一種直接液體燃料電池燃料供給系統(tǒng)，包括直接液體燃料電池電堆、所述微流量閥、氣液分離器、單向閥、溶液循環(huán)泵、液體流量傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、電路控制單元構成；

直接液體燃料電池電堆陽極出口的氣液混合物通過管路直接進入氣液分離器，氣液分離器物料出口與電堆的陽極入口通過管路連接，在它們的連接管路上依次設置有單向閥和溶液循環(huán)泵，單向閥的入口和氣液分離器的出口相連，溶液循環(huán)泵出口與電堆陽極入口相連；

所述微流量閥的主管道設置于單向閥和溶液循環(huán)泵之間的管道上，微流量閥的主管道入口與單向閥的出口相連，微流量閥的主管道出口與溶液循環(huán)泵的入口相連；

所述微流量閥的閥體燃料入口與燃料儲罐管路連接，且它們的連接管路上設置有液體流量傳感器；

溫度傳感器檢測電堆溫度，電流傳感器檢測電堆輸出電流；溫度傳感器的溫度信號、電流傳感器的電流信號、液體流量傳感器的流量信號輸入電路控制單元，電路控制單元按照設定的程序調整施加給溶液循環(huán)泵的供電電壓，調節(jié)溶液循環(huán)泵的消耗功率。

溶液循環(huán)泵的消耗功率調整是以電堆溫度和電堆電流為參數進行的；循環(huán)泵的供電電壓調節(jié)范圍介于0.5-1倍的V標稱電壓之間。