專利名稱：直接二甲醚燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，尤其是涉及一種可回收陽極尾氣中二甲醚、并重新利用的直接二甲醚燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
直接二甲醚燃料電池的研究主要集中在美國、日本等國家的一些大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)，國內(nèi)這方面的報(bào)道還只停留在對(duì)二甲醚基礎(chǔ)電化學(xué)的研究方面，主要包括，二甲醚的電化學(xué)氧化和電極吸附行為的研究。國外研究者對(duì)直接二甲醚燃料電池的研究，大都采用直接甲醇燃料電池測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行，采用氣相進(jìn)料方式，二甲醚需要增濕系統(tǒng)增濕，陽極尾氣直接排入空氣。缺陷是(1)由于陽極尾氣中含有大量未反應(yīng)的二甲醚，直接排空會(huì)造成二甲醚燃料的浪費(fèi)；(2)二甲醚，閃點(diǎn)較低(-5.5℃)，爆炸極限3.4％～18％，相對(duì)密度1.617(空氣為1)比空氣大，是一種易燃、易爆且不易在空氣中自動(dòng)擴(kuò)散、稀釋的氣體，因此上述尾氣的直接放空會(huì)造成極大的安全隱患；(3)二甲醚增濕系統(tǒng)的使用，增加系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能克服上述缺陷、可回收陽極尾氣中的二甲醚并重新利用、性能優(yōu)良的直接二甲醚燃料電池系統(tǒng)。其技術(shù)方案為包括直接二甲醚燃料電池、與燃料電池陰極入口連通的物料供應(yīng)裝置、與燃料電池陰極出口連通的帶有控制閥的排放管和與燃料電池陽極入口連通的二甲醚供料裝置，其特征在于二甲醚供料裝置包括二甲醚鋼瓶和盛有水的壓力罐，增設(shè)二甲醚回收循環(huán)利用系統(tǒng)，包括氣液分離罐、盛有NaOH溶液的凈化罐、冷卻罐和恒流泵，其中氣液分離罐和凈化罐均為壓力容器，二甲醚鋼瓶經(jīng)控制閥控制接通壓力罐，壓力罐經(jīng)設(shè)有恒流泵、流量計(jì)和控制閥的管道接通燃料電池的陽極進(jìn)口，冷卻罐的進(jìn)口接通燃料電池的陽極出口，其出口接位于氣液分離罐下端的進(jìn)口，氣液分離罐上端的出口接凈化罐，其下端的出口與凈化罐頂端的出口分別經(jīng)設(shè)有控制閥的管道接通壓力罐。
所述的直接二甲醚燃料電池系統(tǒng)，連通燃料電池的進(jìn)口、出口管道上均設(shè)有壓力表。
所述的直接二甲醚燃料電池系統(tǒng)，凈化罐中NaOH溶液的濃度為10％～40％。
所述的直接二甲醚燃料電池系統(tǒng)，壓力罐中水的含量占整個(gè)壓力罐容積的40％～60％。
所述的直接二甲醚燃料電池系統(tǒng)，物料供應(yīng)裝置采用氧氣瓶或者空氣瓶。
所述的直接二甲醚燃料電池系統(tǒng)，在與燃料電池陽極入口連通的管道上設(shè)有管道加熱裝置，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)二甲醚的氣相進(jìn)料。
其工作原理為二甲醚鋼瓶?jī)?nèi)的二甲醚進(jìn)入盛有水的壓力罐后，溶解于水生成二甲醚水溶液，二甲醚水溶液在恒流泵的推動(dòng)下經(jīng)控制閥與流量計(jì)進(jìn)入燃料電池的陽極參與反應(yīng)，反應(yīng)完成后，產(chǎn)物與剩余二甲醚溶液由陽極出口排出，經(jīng)管路流入冷卻罐，冷卻后的氣液混合相流入氣液分離罐，在氣液分離罐中氣液兩相分離，氣相經(jīng)管路流進(jìn)盛有NaOH溶液的凈化罐，并在凈化罐內(nèi)的高濃度氫氧化鈉溶液中將氣相中的二氧化碳除去，剩余純凈的二甲醚氣體回流到盛有水的壓力罐中循環(huán)利用，氣液分離罐中液相為低濃度的二甲醚溶液，也經(jīng)管路回流到壓力罐中循環(huán)利用；陰極一側(cè)，氧氣經(jīng)設(shè)有控制閥與流量計(jì)的管道進(jìn)入燃料電池的陰極參與反應(yīng)，反應(yīng)完成后產(chǎn)物與剩余氧氣經(jīng)控制閥控制直接排入空氣。由于壓力罐的各個(gè)進(jìn)、出口都安裝了控制閥，全部關(guān)閉時(shí)壓力被封閉于壓力罐內(nèi)，此時(shí)可進(jìn)行燃料電池的更換或其它部位的拆卸。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)提供了二甲醚回收循環(huán)利用系統(tǒng)。不僅提高了二甲醚的利用率，節(jié)省了燃料，而且消除了系統(tǒng)操作運(yùn)行的安全隱患，更有意義的是這一設(shè)計(jì)體現(xiàn)了環(huán)保理念，消除了二甲醚排放對(duì)環(huán)境造成的不利影響。
(2)氣相二甲醚進(jìn)入盛有水的壓力罐后，溶解于水生成二甲醚水溶液，二甲醚水溶液在恒流泵的推動(dòng)下經(jīng)控制閥與流量計(jì)進(jìn)入燃料電池的陽極參與反應(yīng)，無須單獨(dú)增設(shè)增濕系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理。
(3)管道上控制閥的作用為實(shí)現(xiàn)了二甲醚濃度準(zhǔn)確調(diào)解，通過壓力的改變獲得不同濃度的二甲醚溶液，并且連通壓力罐管道上的四個(gè)閥門同時(shí)關(guān)閉時(shí)，可將壓力封閉于A罐內(nèi)，不但方便了電池的更換和其它部位的拆卸，也避免了二甲醚的泄漏。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
1、物料供應(yīng)裝置 2、二甲醚鋼瓶 3、壓力罐 4、氣液分離罐 5、凈化罐 6、冷卻罐 7、流量計(jì) 8、控制閥 9、管道 1O、恒流泵 11、壓力表 12、燃料電池13、排放管 14、管道加熱裝置管路9采用直徑為6mm不銹鋼管，壓力罐3容積5L，其中加入蒸餾水約2L，氣液分離罐4、凈化罐5的容積均為2L，且凈化罐5內(nèi)裝有1.5L濃度為30％的NaOH溶液。二甲醚鋼瓶2經(jīng)控制閥8控制接通壓力罐3，壓力罐3經(jīng)設(shè)有恒流泵10、流量計(jì)7和控制閥8的管道9接通燃料電池12的陽極進(jìn)口為其供料，物料供應(yīng)裝置1采用氧氣瓶，氧氣瓶經(jīng)設(shè)有流量計(jì)7和控制閥8的管道9接通燃料電池12的陰極進(jìn)口，為其供料，冷卻罐6接通燃料電池12的陽極出口，其出口接通位于氣液分離罐4下端的進(jìn)口，氣液分離罐4上端的出口接凈化罐5，其下端的出口與凈化罐5頂端的出口分別經(jīng)設(shè)有控制閥8的管道9接通壓力罐3，燃料電池12的陰極出口設(shè)有帶控制閥8的排放管13，在連通燃料電池12的進(jìn)口、出口的管道9及排放管13上均設(shè)有壓力表11。在與燃料電池12陽極入口連通的管道9上設(shè)有管道加熱裝置14，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)二甲醚的氣相進(jìn)料。
權(quán)利要求
1.一種直接二甲醚燃料電池系統(tǒng)，包括直接二甲醚燃料電池(12)、與燃料電池(12)陰極入口連通的物料供應(yīng)裝置(1)、與燃料電池(12)陰極出口連通的帶有控制閥(8)的排放管(13)和與燃料電池(12)陽極入口連通的二甲醚供料裝置，其特征在于二甲醚供料裝置包括二甲醚鋼瓶(2)和盛有水的壓力罐(3)，增設(shè)二甲醚回收循環(huán)利用系統(tǒng)，包括氣液分離罐(4)、盛有NaOH溶液的凈化罐(5)、冷卻罐(6)和恒流泵(10)，其中氣液分離罐(4)和凈化罐(5)均為壓力容器，二甲醚鋼瓶(2)經(jīng)控制閥(8)控制接通壓力罐(3)，壓力罐(3)經(jīng)設(shè)有恒流泵(10)、流量計(jì)(7)和控制閥(8)的管道(9)接通燃料電池(12)的陽極進(jìn)口，冷卻罐(6)的進(jìn)口接通燃料電池(12)的陽極出口，其出口接位于氣液分離罐(4)下端的進(jìn)口，氣液分離罐(4)上端的出口接凈化罐(5)，其下端的出口與凈化罐(5)頂端的出口分別經(jīng)設(shè)有控制閥(8)的管道(9)接通壓力罐(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的直接二甲醚燃料電池系統(tǒng)，其特征在于連通燃料電池(12)的進(jìn)口、出口管道上均設(shè)有壓力表(11)。
3.如權(quán)利要求1所述的直接二甲醚燃料電池系統(tǒng)，其特征在于凈化罐(5)中NaOH溶液的濃度為10％～40％。
4.如權(quán)利要求1所述的直接二甲醚燃料電池系統(tǒng)，其特征在于壓力罐(3)中水的含量占整個(gè)壓力罐3容積的40％～60％。
5.如權(quán)利要求1所述的直接二甲醚燃料電池系統(tǒng)，其特征在于物料供應(yīng)裝置(1)采用氧氣瓶。
6.如權(quán)利要求1所述的直接二甲醚燃料電池系統(tǒng)，其特征在于物料供應(yīng)裝置(1)采用空氣瓶。
7.如權(quán)利要求1所述的直接二甲醚燃料電池系統(tǒng)，其特征在于在與燃料電池(12)陽極入口連通的管道(9)上設(shè)有管道加熱裝置(14)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種直接二甲醚燃料電池系統(tǒng)，包括直接二甲醚燃料電池、與燃料電池陰極入口連通的物料供應(yīng)裝置和二甲醚供料裝置，其特征在于二甲醚供料裝置包括二甲醚鋼瓶和盛有水的壓力罐，增設(shè)二甲醚回收循環(huán)利用系統(tǒng)，包括氣液分離罐、凈化罐、冷卻罐和恒流泵，其中二甲醚鋼瓶經(jīng)控制閥控制接通壓力罐，壓力罐經(jīng)設(shè)有恒流泵、流量計(jì)和控制閥的管道接通燃料電池的陽極進(jìn)口，冷卻罐的進(jìn)口接通燃料電池的陽極出口，其出口接氣液分離罐的進(jìn)口，氣液分離罐上端的出口接凈化罐，其下端的出口與凈化罐頂端的出口分別接通壓力罐。本發(fā)明提供的二甲醚回收循環(huán)利用系統(tǒng)，不僅提高了二甲醚的利用率，節(jié)省了燃料，并消除了系統(tǒng)操作運(yùn)行的安全隱患。
文檔編號(hào)H01M8/00GK101013755SQ20051010471
公開日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者李忠芳, 張騫, 于如軍, 王素文, 樊彩霞 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)