一種用于被動式直接甲醇燃料電池的智能供料系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于被動式直接甲醇燃料電池的智能供料系統(tǒng)，包括有供料單元、單片機控制單元、溫控單元、蒸發(fā)單元，供料單元經(jīng)輸液聯(lián)管連接蒸發(fā)單元的噴霧噴嘴，蒸發(fā)單元設(shè)有沸騰強化板，該沸騰強化板由蒸發(fā)單元的加熱棒加熱升溫；單片機控制單元分別與蒸發(fā)單元的壓力傳感器和供料單元連接，該壓力傳感器檢測蒸發(fā)單元的內(nèi)部壓力，產(chǎn)生的電信號反饋至單片機控制單元；溫控單元分別與蒸發(fā)單元的加熱棒和熱電偶連接，該熱電偶檢測蒸發(fā)單元的溫度，產(chǎn)生的電信號反饋至溫控單元，該溫控單元根據(jù)反饋的電信號調(diào)節(jié)加熱棒的加熱溫度。本發(fā)明能夠根據(jù)實際需要為被動式直接甲醇燃料電池供料，靈活控制電池運行時間，加快電池的快速反應能力。
【專利說明】一種用于被動式直接甲醇燃料電池的智能供料系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種用于被動式直接甲醇燃料電池的智能供料系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell,以下簡稱DMFC)是直接利用甲醇水溶液作為燃料，氧或空氣作為氧化劑的一種燃料電池。
[0003]DMFC的半電池反應和總反應可表示如下:
[0004]陽極反應為CH30H+H20 — 6H++6e>C02
[0005]陰極反應為3/202+6H++6丨一3H20
[0006]電池總反應為 CH30H+3/202 — 2H20+C02
[0007]DMFC由于具有較高的能量密度，燃料易得，使用便利，設(shè)備簡單，綠色環(huán)保等優(yōu)點，被業(yè)內(nèi)認為是最有潛力率先實現(xiàn)市場化的一類燃料電池。現(xiàn)階段我國在DMFC研發(fā)方面雖然已經(jīng)取得一定的研究成果，但是都是利用液態(tài)甲醇溶液作為原料，這不可避免地會遇到以下問題:(1)甲醇穿透現(xiàn)象嚴重；(2)甲醇濃度低，到達陽極的甲醇被稀釋；(3)反應溫度低導致電池活性低；(4)電池兩極均存在兩相傳質(zhì)受阻現(xiàn)象。以上因素共同作用，大大限制了 DMFC的性能，使得人們不得不繼續(xù)探索采用蒸汽供給的形式為DMFC提供燃料。
[0008]以蒸汽形式為燃料電池供給燃料具有以下優(yōu)點:(1)能夠有效降低甲醇穿透；(2)有更高的工作溫度和壓力，提高電池反應速度；(3)可以實現(xiàn)純甲醇供料，具有更高的能量密度；(4)能夠有較高的傳質(zhì)速率，提高燃料供給速率。上述論述表明，采用蒸汽形式供給燃料的蒸汽供給被動式自呼吸直接甲醇燃料電池(Vapor-Fed Direct Methanol FuelCell,以下簡稱VDMFC)具有更加優(yōu)異的輸出性能，對于直接甲醇燃料電池的發(fā)展具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以提高電池發(fā)電效率的用于被動式直接甲醇燃料電池的智能供料系統(tǒng)。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種用于被動式直接甲醇燃料電池的智能供料系統(tǒng)，包括有供料單元、單片機控制單元、溫控單元、蒸發(fā)單元，其中，所述供料單元經(jīng)輸液聯(lián)管連接蒸發(fā)單元的噴霧噴嘴，使輸送至蒸發(fā)單元的液體燃料能以霧狀噴出，所述蒸發(fā)單元設(shè)有沸騰強化板，且該沸騰強化板由蒸發(fā)單元的加熱棒加熱升溫，能使霧狀燃料汽化成蒸汽燃料；單片機控制單元分別與蒸發(fā)單元的壓力傳感器和供料單元連接，該壓力傳感器檢測蒸發(fā)單元的內(nèi)部壓力，產(chǎn)生的電信號反饋至單片機控制單元，同時，該單片機控制單元通過其電磁繼電器控制供料單元的供電電路的接通與斷開；溫控單元分別與蒸發(fā)單元的加熱棒和熱電偶連接，該熱電偶檢測蒸發(fā)單元的溫度，產(chǎn)生的電信號反饋至溫控單元，該溫控單元根據(jù)反饋的電信號調(diào)節(jié)加熱棒的加熱溫度。[0011]所述蒸發(fā)單元包括有噴霧噴嘴、沸騰強化板、加熱棒、壓力傳感器、熱電偶、多孔金屬纖維板和蒸發(fā)器腔體，其中，所述沸騰強化板在蒸發(fā)器腔體內(nèi)上下分布，分有上沸騰強化板和下沸騰強化板；多孔金屬纖維板設(shè)在上沸騰強化板的頂部，并與其連為一體，蒸發(fā)器腔體內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽燃料經(jīng)該多孔金屬纖維板導流后與電池反應體接觸，產(chǎn)生電流；噴霧噴嘴裝于蒸發(fā)器腔體四周的內(nèi)側(cè)壁上，且位于上、下沸騰強化板之間；壓力傳感器裝于蒸發(fā)器腔體內(nèi)，加熱棒和熱電偶內(nèi)嵌于沸騰強化板。
[0012]所述供料單元包括有儲液器和注射泵，其中，所述儲液器與注射泵連接，該儲液器的出口處連接有三通閥，該三通閥通過輸液聯(lián)管連接蒸發(fā)單元，且該輸液聯(lián)管的各分路上均安裝有止回閥。
[0013]所述沸騰強化板由多塊交錯互通微溝槽翅化沸騰板堆疊而成，且多孔金屬纖維板與上沸騰強化板中的微溝槽翅結(jié)構(gòu)相互交錯滲透。
[0014]所述單片機控制單元采用型號為PIC16F877A的單片機。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果:
[0016](I)采用注射泵供料，可以根據(jù)實際需要為電池供料，打破傳統(tǒng)直接甲醇燃料電池燃料容量固定難以補充的限制，靈活控制電池運行時間；
[0017](2)采用沸騰強化板，可促進液體燃料汽化沸騰，加快電池的反應能力；
[0018](3)多孔金屬纖維板與上沸騰強化板采用熱壓燒結(jié)工藝無縫連接，金屬纖維與上沸騰強化板中的微溝槽翅結(jié)構(gòu)相互交錯滲透，提供傳質(zhì)阻力，實現(xiàn)均勻傳質(zhì)，提高了電池膜電極的利用效率；
[0019](4)噴霧噴嘴能夠霧化燃料，加快燃料吸熱蒸發(fā)的速率，并保證燃料更大范圍接觸沸騰強化板，充分發(fā)揮沸騰強化板的優(yōu)勢；
[0020](5)單片機控制單元根據(jù)壓力反饋實現(xiàn)智能自動化供料，減小了電池外圍設(shè)備的能量消化，提高了電池整體的輸出性能；
[0021](6)上、下沸騰強化板、多孔金屬纖維板和蒸發(fā)器腔體壁組合形成不透液空間，允許電池在空間內(nèi)任意放置并且保持正常工作，方便了電池安裝使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的應用裝配示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明中蒸發(fā)器腔體的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0025]參見圖1和圖2所示，本實施例所述的用于被動式直接甲醇燃料電池的智能供料系統(tǒng)，包括有供料單元1、單片機控制單元2、溫控單元3、蒸發(fā)單元4，其中，所述供料單元I經(jīng)輸液聯(lián)管101連接蒸發(fā)單元4的噴霧噴嘴401，使輸送至蒸發(fā)單元4的液體燃料能以霧狀噴出，所述蒸發(fā)單元4設(shè)有沸騰強化板402，且該沸騰強化板402由蒸發(fā)單元4的加熱棒403加熱升溫，能使霧狀燃料汽化成蒸汽燃料；單片機控制單元2分別與蒸發(fā)單元4的壓力傳感器404和供料單元I連接，該壓力傳感器404檢測蒸發(fā)單元4的內(nèi)部壓力，產(chǎn)生的電信號反饋至單片機控制單元2，同時，該單片機控制單元2通過其電磁繼電器201控制供料單元I的供電電路的接通與斷開，以維持蒸發(fā)單元4內(nèi)壓力的相對穩(wěn)定；溫控單元3分別與蒸發(fā)單元4的加熱棒403和熱電偶405連接，該熱電偶405檢測蒸發(fā)單元4的溫度，產(chǎn)生的電信號反饋至溫控單元3，該溫控單元3根據(jù)反饋的電信號調(diào)節(jié)加熱棒403的加熱溫度，以保持蒸發(fā)單元4內(nèi)的溫度恒定。
[0026]所述蒸發(fā)單元4包括有噴霧噴嘴401、沸騰強化板402、加熱棒403、壓力傳感器404、熱電偶405、多孔金屬纖維板406和蒸發(fā)器腔體407，其中，所述沸騰強化板402由多塊交錯互通微溝槽翅化沸騰板堆疊而成，該沸騰強化板402在蒸發(fā)器腔體407內(nèi)上下分布，分有上沸騰強化板和下沸騰強化板；多孔金屬纖維板406設(shè)在上沸騰強化板的頂部，并與該上沸騰強化板采用熱壓燒結(jié)工藝連為一體，同時，該多孔金屬纖維板406與上沸騰強化板中的微溝槽翅結(jié)構(gòu)相互交錯滲透，以提供傳質(zhì)阻力，實現(xiàn)均勻傳質(zhì)，提高了電池膜電極的利用效率，另外，所述多孔金屬纖維板406和上沸騰強化板連為一體后對應嵌入蒸發(fā)器腔體407的上端階梯槽407-1中，且其上端緊貼電池反應體5，蒸發(fā)器腔體407內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽燃料經(jīng)該多孔金屬纖維板406導流后與電池反應體5接觸，產(chǎn)生電流，所述下沸騰強化板通過過盈配合緊靠蒸發(fā)器腔體407的下端；噴霧噴頭401采用耐甲醇腐蝕且易于加工的材料制成，并用螺紋連接將其對稱固定在蒸發(fā)器腔體407四周的內(nèi)側(cè)壁上，且位于上、下沸騰強化板之間，所述噴霧噴頭401中噴孔的直徑由供料單元I的注射泵103的輸出速率決定，保證從噴霧噴頭401噴射出的燃料呈霧狀，從而加大燃料與沸騰強化板402的接觸面積，從而增加受熱面積，加快蒸發(fā)；壓力傳感器404安裝于蒸發(fā)器腔體407內(nèi)，加熱棒403和熱電偶405分別通過蒸發(fā)器腔體407的通孔407-2、407-3內(nèi)嵌于沸騰強化板402。
[0027]所述單片機控制單元2采用型號為PIC16F877A的單片機，該單片機控制單元2通過蒸發(fā)器腔體407側(cè)壁上的孔407-4連接壓力傳感器404，同時，該單片機控制單元2通過其電磁繼電器201與供料單元I的注射泵103連接。
[0028]所述供料單元I包括有儲液器102和注射泵103，其中，所述儲液器102與注射泵103連接，該儲液器102的出口處連接有三通閥104，該三通閥104通過輸液聯(lián)管101連接蒸發(fā)單元4的噴霧噴嘴401，且該輸液聯(lián)管101的各分路上均安裝有止回閥105，該止回閥105用于防止液體因為蒸發(fā)器腔體407內(nèi)壓力過大而產(chǎn)生回流現(xiàn)象。
[0029]以下為本實施例上述智能供料系統(tǒng)的具體工作原理:工作時，首先注射泵103通過壓力使儲液器102中的液體燃料通過輸液聯(lián)管101輸送到噴霧噴頭401，然后噴霧噴頭401將液態(tài)燃料以霧狀噴出，之后霧狀燃料充滿蒸發(fā)器腔體407，并與沸騰強化板402接觸，此時，沸騰強化板402通過加熱棒403加熱升溫，使霧狀燃料汽化成蒸汽燃料，之后蒸汽燃料經(jīng)多孔金屬纖維板406導流后與電池反應體5接觸，產(chǎn)生電流，同時，熱電偶405檢測蒸發(fā)器腔體407的溫度，通過導線反饋電信號至溫控單元3，之后該溫控單元3根據(jù)反饋的電信號調(diào)節(jié)加熱棒403的加熱溫度，以保持蒸發(fā)器腔體407內(nèi)的溫度恒定，同樣，壓力傳感器404檢測蒸發(fā)器腔體407的內(nèi)部壓力，產(chǎn)生的電信號反饋至單片機控制單元2，經(jīng)計算后，該單片機控制單元2通過控制其電磁繼電器201閉合與斷開，進而來控制供料單元I的供電電路的接通與斷開，從而維持蒸發(fā)器腔體407腔內(nèi)壓力的相對穩(wěn)定，如此可使得蒸汽燃料濃度相對高且穩(wěn)定，從而提高電池輸出性能的穩(wěn)定性。
[0030]在采用以上方案后，本發(fā)明可有效確保被動式直接甲醇燃料電池供料的準確、流暢及可靠，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有效率高、節(jié)能省耗、質(zhì)量可控制，能靈活控制電池運行時間、加快電池的快速反應能力、提高電池的輸出性能、打破電池使用時方位的限制、提高電池的便攜性等優(yōu)點，整體提高了產(chǎn)品的質(zhì)量水平，值得推廣。
[0031]以上所述之實施例子只為本發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于被動式直接甲醇燃料電池的智能供料系統(tǒng)，其特征在于:包括有供料單元(I)、單片機控制單元(2)、溫控單元(3)、蒸發(fā)單元(4)，其中，所述供料單元(I)經(jīng)輸液聯(lián)管(101)連接蒸發(fā)單元(4)的噴霧噴嘴(401)，使輸送至蒸發(fā)單元(4)的液體燃料能以霧狀噴出，所述蒸發(fā)單元(4)設(shè)有沸騰強化板(402)，且該沸騰強化板(402)由蒸發(fā)單元(4)的加熱棒(403)加熱升溫，能使霧狀燃料汽化成蒸汽燃料；單片機控制單元(2)分別與蒸發(fā)單元(4)的壓力傳感器(404)和供料單元(I)連接，該壓力傳感器(404)檢測蒸發(fā)單元(4)的內(nèi)部壓力，產(chǎn)生的電信號反饋至單片機控制單元(2)，同時，該單片機控制單元(2)通過其電磁繼電器(201)控制供料單元(I)的供電電路的接通與斷開；溫控單元(3)分別與蒸發(fā)單元(4)的加熱棒(403)和熱電偶(405)連接，該熱電偶(405)檢測蒸發(fā)單元(4)的溫度，產(chǎn)生的電信號反饋至溫控單元(3 )，該溫控單元(3 )根據(jù)反饋的電信號調(diào)節(jié)加熱棒(403 )的加熱溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于被動式直接甲醇燃料電池的智能供料系統(tǒng)，其特征在于:所述蒸發(fā)單元(4)包括有噴霧噴嘴(401)、沸騰強化板(402)、加熱棒(403)、壓力傳感器(404)、熱電偶(405)、多孔金屬纖維板(406)和蒸發(fā)器腔體(407)，其中，所述沸騰強化板(402)在蒸發(fā)器腔體(407)內(nèi)上下分布，分有上沸騰強化板和下沸騰強化板；多孔金屬纖維板(406)設(shè)在上沸騰強化板的頂部，并與其連為一體，蒸發(fā)器腔體(407)內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽燃料經(jīng)該多孔金屬纖維板(406)導流后與電池反應體(5)接觸，產(chǎn)生電流；噴霧噴嘴(401)裝于蒸發(fā)器腔體(407)四周的內(nèi)側(cè)壁上，且位于上、下沸騰強化板之間；壓力傳感器(404)裝于蒸發(fā)器腔體(407)內(nèi)，加熱棒(403)和熱電偶(405)內(nèi)嵌于沸騰強化板(402)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于被動式直接甲醇燃料電池的智能供料系統(tǒng)，其特征在于:所述供料單元(I)包括有儲液器(102)和注射泵(103)，其中，所述儲液器(102)與注射泵(103)連接，該儲液器(102)的出口處連接有三通閥(104)，該三通閥(104)通過輸液聯(lián)管(101)連接蒸發(fā)單元(4)，且該輸液聯(lián)管(101)的各分路上均安裝有止回閥(105)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于被動式直接甲醇燃料電池的智能供料系統(tǒng)，其特征在于:所述沸騰強化板(402)由多塊交錯互通微溝槽翅化沸騰板堆疊而成，且多孔金屬纖維板(406)與上沸騰強化板中的微溝槽翅結(jié)構(gòu)相互交錯滲透。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于被動式直接甲醇燃料電池的智能供料系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機控制單元(2)采用型號為PIC16F877A的單片機。
【文檔編號】H01M8/04GK103427100SQ201310344234
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月8日
【發(fā)明者】袁偉, 張兆春, 湯勇, 李遠茂 申請人:華南理工大學