本(ben)發(fa)明(ming)屬于燃料電池(chi)技(ji)術(shu)領域，具體涉及(ji)一種直接液體燃料電池(chi)系統。

背景技術：

燃料電(dian)池是(shi)一種通過(guo)電(dian)化(hua)學(xue)反應將化(hua)學(xue)能(neng)直(zhi)接轉化(hua)為(wei)電(dian)能(neng)的(de)發電(dian)裝(zhuang)置，具有能(neng)量轉化(hua)效(xiao)率高，環境友好(hao)等(deng)特點，被認為(wei)是(shi)21世紀首(shou)選的(de)潔凈、高效(xiao)的(de)發電(dian)技(ji)術(shu)。

直(zhi)接(jie)甲(jia)(jia)醇(chun)燃(ran)料(liao)(liao)(liao)電(dian)(dian)池是(shi)(shi)一種典(dian)型(xing)的直(zhi)接(jie)液體(ti)燃(ran)料(liao)(liao)(liao)電(dian)(dian)池系統(tong)(tong)，它使用的燃(ran)料(liao)(liao)(liao)為甲(jia)(jia)醇(chun)，系統(tong)(tong)工作時(shi)膜電(dian)(dian)極(ji)(ji)在(zai)陽極(ji)(ji)上消耗水(shui)，在(zai)陰極(ji)(ji)上生成水(shui)，同(tong)時(shi)質(zhi)子穿過質(zhi)子交換膜時(shi)也會攜帶水(shui)。為了滿足(zu)便攜式設(she)備對供電(dian)(dian)裝置的質(zhi)量與體(ti)積(ji)的要求，追求更高的體(ti)積(ji)比能量、體(ti)積(ji)比功率一直(zhi)是(shi)(shi)直(zhi)接(jie)甲(jia)(jia)醇(chun)燃(ran)料(liao)(liao)(liao)電(dian)(dian)池系統(tong)(tong)研發的目標(biao)。

直接甲醇燃料電(dian)(dian)池系(xi)(xi)(xi)統可以(yi)分為電(dian)(dian)堆(dui)模塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)、電(dian)(dian)控模塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)、氣液分離模塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)、供料模塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)、散熱(re)(re)模塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)這(zhe)五大模塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)。在系(xi)(xi)(xi)統運行(xing)過程中(zhong)，甲醇在電(dian)(dian)堆(dui)的陽極(ji)發生(sheng)氧化(hua)，生(sheng)成二氧化(hua)碳(tan)，為了使(shi)(shi)系(xi)(xi)(xi)統穩定工(gong)作，二氧化(hua)碳(tan)必須在水(shui)(shui)熱(re)(re)分離模塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)中(zhong)被分離排(pai)放除去。空氣在陰(yin)極(ji)氧化(hua)生(sheng)成水(shui)(shui)，質子穿過質子交換膜時(shi)攜(xie)帶的水(shui)(shui)，這(zhe)些(xie)水(shui)(shui)必須回(hui)收利用(yong)才能使(shi)(shi)系(xi)(xi)(xi)統正常工(gong)作。由于系(xi)(xi)(xi)統工(gong)作溫度(du)較高，為了充分的回(hui)收陰(yin)極(ji)的水(shui)(shui)，需要使(shi)(shi)用(yong)熱(re)(re)交換器(qi)對陰(yin)極(ji)排(pai)放物(wu)進行(xing)冷卻，從排(pai)放物(wu)中(zhong)回(hui)收水(shui)(shui)供系(xi)(xi)(xi)統循環使(shi)(shi)用(yong)，釋放沒(mei)有(you)完全反應的空氣。陽極(ji)和陰(yin)極(ji)都進行(xing)有(you)效(xiao)的氣液分離過程，系(xi)(xi)(xi)統才能正常穩定工(gong)作。

現(xian)有燃(ran)料電池系統(tong)氣(qi)液分離(li)方式(shi)一般為陽極排(pai)出物利用重(zhong)(zhong)力或膜分離(li)的(de)方法(fa)分離(li)出二氧化碳，陰(yin)極排(pai)出物先經過散熱器冷卻(que)后，利用重(zhong)(zhong)力、離(li)心分離(li)或膜分離(li)的(de)方式(shi)回收水，排(pai)放空氣(qi)。陰(yin)極與(yu)陽極的(de)分離(li)過程(cheng)分開進行，系統(tong)較為復(fu)雜，集成度不高(gao)，系統(tong)效率不高(gao)。

技術實現要素：

本發明的(de)(de)目的(de)(de)在于(yu)提供一種(zhong)直接液(ye)(ye)(ye)體燃料電(dian)池系(xi)(xi)統，該(gai)系(xi)(xi)統的(de)(de)氣液(ye)(ye)(ye)分離模(mo)塊使用(yong)新型氣液(ye)(ye)(ye)分離過(guo)程，采用(yong)該(gai)氣液(ye)(ye)(ye)分離模(mo)塊的(de)(de)系(xi)(xi)統具有(you)更高的(de)(de)燃料利(li)用(yong)率與穩定性。

一(yi)種直接液(ye)(ye)體燃(ran)料(liao)(liao)電(dian)(dian)池系(xi)統，包括燃(ran)料(liao)(liao)電(dian)(dian)池電(dian)(dian)堆、水(shui)(shui)熱(re)(re)管(guan)(guan)理單(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)、燃(ran)料(liao)(liao)供(gong)應單(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)和(he)氣(qi)體供(gong)應單(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)，所(suo)述(shu)燃(ran)料(liao)(liao)供(gong)應單(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)經(jing)管(guan)(guan)路(lu)與(yu)燃(ran)料(liao)(liao)電(dian)(dian)池電(dian)(dian)堆陽極(ji)入口(kou)相連(lian)，為燃(ran)料(liao)(liao)電(dian)(dian)池電(dian)(dian)堆供(gong)應反應燃(ran)料(liao)(liao)，所(suo)述(shu)氣(qi)體供(gong)應單(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)經(jing)管(guan)(guan)路(lu)與(yu)燃(ran)料(liao)(liao)電(dian)(dian)池電(dian)(dian)堆陰極(ji)入口(kou)相連(lian)，為燃(ran)料(liao)(liao)電(dian)(dian)池電(dian)(dian)堆供(gong)應空氣(qi)和(he)/或氧(yang)氣(qi)，所(suo)述(shu)水(shui)(shui)熱(re)(re)管(guan)(guan)理單(dan)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)包括第一(yi)氣(qi)液(ye)(ye)分(fen)離器(qi)、第二氣(qi)液(ye)(ye)分(fen)離器(qi)和(he)散熱(re)(re)裝置；

所(suo)述(shu)燃料電池(chi)電堆陽極(ji)氣(qi)液(ye)混合氣(qi)出(chu)(chu)(chu)口(kou)及陰極(ji)高(gao)溫(wen)氣(qi)體(ti)出(chu)(chu)(chu)口(kou)同時與所(suo)述(shu)第一(yi)氣(qi)液(ye)分(fen)(fen)離(li)器入(ru)(ru)口(kou)相連(lian)通(tong)；所(suo)述(shu)第一(yi)氣(qi)液(ye)分(fen)(fen)離(li)器氣(qi)體(ti)出(chu)(chu)(chu)口(kou)與所(suo)述(shu)散熱裝置待冷卻(que)(que)介質入(ru)(ru)口(kou)經(jing)管(guan)路相連(lian)；所(suo)述(shu)散熱裝置的被冷卻(que)(que)介質出(chu)(chu)(chu)口(kou)與所(suo)述(shu)第二氣(qi)液(ye)分(fen)(fen)離(li)器入(ru)(ru)口(kou)經(jing)管(guan)路相連(lian)通(tong)；第二氣(qi)液(ye)分(fen)(fen)離(li)器氣(qi)體(ti)出(chu)(chu)(chu)口(kou)放空；

所(suo)述(shu)燃(ran)(ran)料(liao)(liao)供應單元包(bao)括燃(ran)(ran)料(liao)(liao)罐(guan)、燃(ran)(ran)料(liao)(liao)混合(he)罐(guan)、高(gao)(gao)濃(nong)度(du)燃(ran)(ran)料(liao)(liao)供給泵(beng)和稀濃(nong)度(du)燃(ran)(ran)料(liao)(liao)供給泵(beng)；所(suo)述(shu)燃(ran)(ran)料(liao)(liao)罐(guan)用于存儲純燃(ran)(ran)料(liao)(liao)或高(gao)(gao)濃(nong)度(du)燃(ran)(ran)料(liao)(liao)；

所述(shu)(shu)第一氣液(ye)分(fen)離(li)器液(ye)體出(chu)(chu)口、所述(shu)(shu)燃料(liao)罐(guan)(guan)出(chu)(chu)口及第二氣液(ye)分(fen)離(li)器液(ye)體出(chu)(chu)口同(tong)時連接(jie)至高濃度燃料(liao)供給(gei)泵后(hou)與燃料(liao)混合罐(guan)(guan)相連通；所述(shu)(shu)燃料(liao)混合罐(guan)(guan)出(chu)(chu)口通過稀燃料(liao)供給(gei)泵經過管路(lu)將燃料(liao)混合罐(guan)(guan)中的稀溶液(ye)供給(gei)到(dao)電堆陽極入(ru)口。

所(suo)述(shu)燃(ran)料罐(guan)(guan)(guan)與所(suo)述(shu)燃(ran)料混(hun)合(he)(he)罐(guan)(guan)(guan)經帶流量控制部件的管(guan)路相連；所(suo)述(shu)第(di)一氣液(ye)(ye)分(fen)離(li)(li)器液(ye)(ye)體(ti)出口和所(suo)述(shu)第(di)二(er)氣液(ye)(ye)分(fen)離(li)(li)器液(ye)(ye)體(ti)出口分(fen)別與所(suo)述(shu)燃(ran)料混(hun)合(he)(he)罐(guan)(guan)(guan)經管(guan)路相連通；所(suo)述(shu)燃(ran) 料混(hun)合(he)(he)罐(guan)(guan)(guan)用于(yu)回收第(di)一氣液(ye)(ye)分(fen)離(li)(li)器和第(di)二(er)氣液(ye)(ye)分(fen)離(li)(li)器所(suo)分(fen)離(li)(li)的液(ye)(ye)態物質，同(tong)時(shi)用于(yu)存儲供燃(ran)料電池電堆反應(ying)所(suo)需(xu)的稀釋燃(ran)料。

所述第(di)一(yi)氣(qi)液分(fen)離器(qi)或第(di)二氣(qi)液分(fen)離器(qi)為重力分(fen)離器(qi)、離心分(fen)離器(qi)和膜分(fen)離器(qi)中的一(yi)種。

所述(shu)第一分(fen)離器優選為(wei)重(zhong)力分(fen)離器，此時取消上述(shu)所述(shu)的燃(ran)料(liao)(liao)混(hun)合罐(guan)(guan)，采用第一分(fen)離器作(zuo)為(wei)燃(ran)料(liao)(liao)供給單元(yuan)中的燃(ran)料(liao)(liao)混(hun)合罐(guan)(guan)使(shi)用；

所述燃料罐(guan)出口及第(di)二氣(qi)(qi)液分離(li)(li)器(qi)液體出口同時經高濃度燃料供(gong)給(gei)泵與第(di)一(yi)氣(qi)(qi)液分離(li)(li)器(qi)底(di)部相連通(tong)；所述第(di)一(yi)氣(qi)(qi)液分離(li)(li)器(qi)液體出口通(tong)過(guo)稀(xi)燃料供(gong)給(gei)泵經過(guo)管路(lu)將燃料混合罐(guan)中(zhong)的(de)稀(xi)溶液供(gong)給(gei)到電堆陽極(ji)入(ru)口。

所述第二(er)分離器(qi)優選(xuan)為膜(mo)分離器(qi)。

所述(shu)流量(liang)控制部件為往復泵或回(hui)轉泵中的一種(zhong)。所述(shu)氣(qi)體供應單元為一氣(qi)泵或氧氣(qi)氣(qi)源。

所述散熱(re)裝置為翅片式(shi)或管帶式(shi)散熱(re)器中的一種(zhong)。

所(suo)述的(de)高濃(nong)度燃(ran)料(liao)供給泵出(chu)口(kou)安置在燃(ran)料(liao)混(hun)合罐出(chu)口(kou)附(fu)近；所(suo)述燃(ran)料(liao)為甲醇(chun)、乙醇(chun)、乙二醇(chun)、甲酸、二甲醚(mi)中的(de)一種。

本發明優(you)(you)化(hua)了(le)氣(qi)(qi)液(ye)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)過(guo)程，提(ti)高(gao)(gao)了(le)系(xi)統(tong)效(xiao)率(lv)與可(ke)(ke)靠(kao)性。第(di)一(yi)，陰極排(pai)出(chu)(chu)(chu)物(wu)為水(shui)(shui)、水(shui)(shui)蒸(zheng)氣(qi)(qi)、空氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫混(hun)(hun)合(he)物(wu)，傳(chuan)統(tong)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)液(ye)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)過(guo)程首先對(dui)陰極排(pai)出(chu)(chu)(chu)物(wu)進(jin)(jin)行(xing)冷(leng)卻，然(ran)后(hou)再對(dui)其進(jin)(jin)行(xing)氣(qi)(qi)液(ye)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)。水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)比熱容較(jiao)高(gao)(gao)，因此冷(leng)卻過(guo)程需要較(jiao)多的(de)(de)(de)(de)能(neng)耗(hao)。新(xin)型氣(qi)(qi)液(ye)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)過(guo)程先將陽極和陰極排(pai)出(chu)(chu)(chu)物(wu)混(hun)(hun)合(he)在一(yi)起(qi)，進(jin)(jin)行(xing)第(di)一(yi)次氣(qi)(qi)液(ye)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)器(qi)，隨后(hou)對(dui)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)出(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)體(ti)進(jin)(jin)行(xing)冷(leng)卻。此種(zhong)(zhong)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)方(fang)式避(bi)免(mian)了(le)對(dui)液(ye)態水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)冷(leng)卻過(guo)程，可(ke)(ke)以(yi)降(jiang)低系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)能(neng)耗(hao)。第(di)二(er)，如果氣(qi)(qi)液(ye)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)手段為膜(mo)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)時(shi)，此種(zhong)(zhong)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)方(fang)式可(ke)(ke)以(yi)減少膜(mo)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)過(guo)程中(zhong)混(hun)(hun)合(he)物(wu)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)含量，提(ti)高(gao)(gao)膜(mo)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)的(de)(de)(de)(de)效(xiao)率(lv)以(yi)及膜(mo)的(de)(de)(de)(de)耐久性，特別是第(di)一(yi)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)器(qi)優(you)(you)選為重力分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)器(qi)，所(suo)述(shu)第(di)二(er)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)器(qi)優(you)(you)選為膜(mo)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)器(qi)，此特點表現(xian)的(de)(de)(de)(de)更為突出(chu)(chu)(chu)；另外，此第(di)一(yi)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)器(qi)還可(ke)(ke)以(yi)作為燃(ran)(ran)料(liao)供(gong)給(gei)(gei)單元中(zhong)的(de)(de)(de)(de)燃(ran)(ran)料(liao)混(hun)(hun)合(he)罐(guan)使(shi)用，將兩個(ge)功能(neng)部(bu)件(jian)集成到(dao)(dao)(dao)一(yi)起(qi)可(ke)(ke)以(yi)有效(xiao)的(de)(de)(de)(de)降(jiang)低系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)體(ti)積。第(di)三，高(gao)(gao)濃(nong)度(du)(du)(du)燃(ran)(ran)料(liao)供(gong)給(gei)(gei)泵(beng)出(chu)(chu)(chu)口(kou)安置在燃(ran)(ran)料(liao)混(hun)(hun)合(he)罐(guan)出(chu)(chu)(chu)口(kou)附近時(shi)，加入(ru)(ru)的(de)(de)(de)(de)燃(ran)(ran)料(liao)可(ke)(ke)以(yi)快速的(de)(de)(de)(de)進(jin)(jin)入(ru)(ru)到(dao)(dao)(dao)電堆中(zhong)；高(gao)(gao)濃(nong)度(du)(du)(du)燃(ran)(ran)料(liao)經(jing)過(guo)與第(di)二(er)次氣(qi)(qi)液(ye)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)(li)后(hou)的(de)(de)(de)(de)液(ye)體(ti)混(hun)(hun)合(he)后(hou)再進(jin)(jin)入(ru)(ru)燃(ran)(ran)料(liao)混(hun)(hun)合(he)器(qi)，該(gai)過(guo)程可(ke)(ke)以(yi)對(dui)燃(ran)(ran)料(liao)進(jin)(jin)行(xing)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)稀釋，避(bi)免(mian)高(gao)(gao)濃(nong)度(du)(du)(du)燃(ran)(ran)料(liao)直(zhi)接(jie)進(jin)(jin)入(ru)(ru)電堆造(zao)成系(xi)統(tong)濃(nong)度(du)(du)(du)波動較(jiao)大；二(er)者相結(jie)合(he)可(ke)(ke)以(yi)有效(xiao)的(de)(de)(de)(de)提(ti)高(gao)(gao)供(gong)給(gei)(gei)到(dao)(dao)(dao)電堆中(zhong)的(de)(de)(de)(de)稀燃(ran)(ran)料(liao)濃(nong)度(du)(du)(du)控制的(de)(de)(de)(de)準確性與快速性。

附圖說明

圖1本發明提出的新型氣液分離(li)過程；

圖2現有技(ji)術(shu)的傳統的氣液分離過程。

具體實施方式

下面(mian)結合附圖及實施例進一步(bu)說明(ming)(ming)本(ben)發明(ming)(ming)提出的(de)直(zhi)接甲醇燃(ran)料電池系統(tong)

實施例1

一種直接液(ye)(ye)(ye)(ye)體燃料(liao)(liao)電池系(xi)(xi)(xi)統(tong)，該(gai)系(xi)(xi)(xi)統(tong)使(shi)用甲醇(chun)作為(wei)燃料(liao)(liao)，該(gai)系(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)液(ye)(ye)(ye)(ye)分(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)(li)模(mo)塊使(shi)用新(xin)型氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)液(ye)(ye)(ye)(ye)分(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)(li)過(guo)程，如圖(tu)1所示。該(gai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)液(ye)(ye)(ye)(ye)分(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)(li)流程為(wei)電堆陽(yang)極排(pai)出物和(he)(he)陰極排(pai)出物首(shou)先混合(he)在(zai)一起，利(li)(li)用重(zhong)力分(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)(li)方式分(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)(li)出包(bao)含二(er)氧化碳、水蒸氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)(he)空氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)高溫(wen)混合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)；將該(gai)高溫(wen)混合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)通(tong)入(ru)換熱器中進(jin)行冷卻(que)，冷卻(que)后的(de)(de)(de)(de)混合(he)物利(li)(li)用膜分(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)(li)方法進(jin)行第二(er)次氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)液(ye)(ye)(ye)(ye)分(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)(li)，回收液(ye)(ye)(ye)(ye)態水，排(pai)放空氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)與(yu)二(er)氧化碳，經過(guo)測試表(biao)明該(gai)系(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)燃料(liao)(liao)利(li)(li)用率(lv)可以達到26.5％。采用如圖(tu)2所示的(de)(de)(de)(de)傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)液(ye)(ye)(ye)(ye)分(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)(li)分(fen)(fen)離(li)(li)(li)(li)(li)過(guo)程，其他運行條件不變(bian)的(de)(de)(de)(de)情況下，系(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)效率(lv)為(wei)23.5％。