本发明专利技术涉及一种微流量阀及直接液体燃料电池燃料供给系统，包括燃料入口阀体、燃料出口阀座，在燃料入口阀体与燃料出口阀座间的燃料流经通路上设置有微孔膜；即在微孔膜放置在阀体和阀座的接口处，其通过微孔膜将溶液流量限制在直接液体燃料电池系统所需流量级别。利用其构建的直接液体燃料电池燃料供给系统通过循环泵与之相配合，以电堆电流、电堆温度为参数，程序化控制燃料泵的供电电压，可以实现对直接液体燃料电池阳极溶液浓度的调控。减少了一般液体燃料电池系统中所用液体浓度传感器、微型泵、电磁阀等部件，提高了系统集成度和可靠性，降低了系统的寄生功耗和制作成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种液体微流量阀及利用其构建的直接液体燃料电池阳极燃料供给 系统。微流量阀限制了阳极燃料的最大供应量，保证了直接液体燃料电池系统的安全；基于 该阀的燃料供给系统，其减少了传统直接液体燃料电池阳极燃料供给系统中所用的燃料浓 度传感器、微型泵、微型电磁阀等部件，提高了系统的集成度和可靠性。
技术介绍
直接液体燃料电池是将液体燃料中的化学能直接转化为电能的一种电化学反应 装置。液体燃料(包括醇类燃料及甲酸和乙酸等)的比能量密度高，在便携式移动电源领 域具有广阔的应用前景。为提高系统的燃料利用率，增加系统的集成度，在直接液体燃料电池系统中，其阳 极的燃料溶液是循环利用的。但由于直接液体燃料电池存在燃料渗透以及催化剂毒化等问 题，系统运行时，阳极的溶液需要维持在一定的浓度范围内，系统才能安全可靠的工作。因 此，随系统运行时间的增长，溶液中的燃料不断被消耗，需要适时的向系统阳极补充高浓度 燃料或者是纯燃料，系统才能连续稳定运行。在直接液体燃料电池系统中，一般阳极燃料的供给都是通过浓度传感器、微型燃 料泵、微型电磁阀等器件构成的燃料调节系统或类似系统来完成。目前，直接醇类燃料电池 系统的运行寿命一般可达数千小时，在系统全寿命中微型燃料泵、微型电磁阀的动作将达 到数百万次。这对微型燃料泵、微型电磁阀的可靠性提出了严峻的挑战。目前，仍很少有厂 家能够保证微型燃料泵、微型电磁阀这一数量级的动作寿命。此外，微型燃料泵、微型电磁 阀大部分是基于MEMS技术制造，尚在发展之中，成本昂贵。而在线液体燃料浓度传感器尚 没有成熟的产品，已研究开发的浓度传感器大多是基于电化学原理，由于该类型传感器需 要采用贵金属催化剂，成本很难降低，可靠性也需要进一步考察。
技术实现思路
本专利技术针对以上现有技术的不足，开发一种液体微流量阀及基于该微流量阀构建 的直接液体(甲醇、乙醇、乙二醇、甲酸、乙酸等)燃料电池阳极燃料供给系统；液体微流量 阀将燃料流量限制在很低的数量级(如mL/min-uL/min)，并且针对额定输出功率的直接液 体燃料电池系统限制了阳极燃料的最大供应量；阳极燃料供给系统利用该微流量阀和阳极 溶液循环泵配合实现燃料自动补充。本专利技术采用的具体技术方案包括以下内容一种液体微流量阀，包括燃料入口阀体、燃料出口阀座，在燃料入口阀体与燃料出 口阀座间的燃料流经通路上设置有微孔膜；即在微孔膜放置在阀体和阀座的接口处。在微孔膜与燃料入口阀体和/或燃料出口阀座间设置有密封环，微孔膜与燃料入 口阀体或燃料出口阀座之间通过密封环密封。所述燃料入口阀体和/或燃料出口阀座通过螺钉固接成一体。所述微孔膜为具有非亲水性膜，孔径介于Ium 5um ；阀座和阀体都是由耐溶剂析 出的高分子聚合物或耐腐蚀的金属制造而成。所述微孔膜为聚偏氟乙烯PVDF膜或聚四氟乙烯PTFE膜；阀座和阀体都是由PEI、 PEFE、PP、不锈钢、钛或钛合金制造而成。所述阀座的下方设有与外界流体相连通的主管道，主管道上设有外界流体的入口 和出口，阀座的燃料出口与主管道相连通，在主管道的入口端设置有喉管；主管道直径D介 于3 12mm，喉管的长度介于5 10mm，喉管的直径d与主管道直径D的比值为1/2 1/20。一种直接液体燃料电池燃料供给系统，包括直接液体燃料电池电堆、所述微流量 阀、气液分离器、单向阀、溶液循环泵、液体流量传感器、温度传感器、电流传感器、电路控制 单元构成；直接液体燃料电池电堆阳极出口的气液混合物通过管路直接进入气液分离器，气 液分离器物料出口与电堆的阳极入口通过管路连接，在它们的连接管路上依次设置有单向 阀和溶液循环泵，单向阀的入口和气液分离器的出口相连，溶液循环泵出口与电堆阳极入 口相连；所述微流量阀的主管道设置于单向阀和溶液循环泵之间的管道上，微流量阀的主 管道入口与单向阀的出口相连，微流量阀的主管道出口与溶液循环泵的入口相连；所述微流量阀的阀体燃料入口与燃料储罐管路连接，且它们的连接管路上设置有 液体流量传感器；温度传感器检测电堆温度，电流传感器检测电堆输出电流；温度传感器的温度信 号、电流传感器的电流信号、液体流量传感器的流量信号输入电路控制单元，电路控制单元 按照设定的程序调整施加给溶液循环泵的供电电压，调节溶液循环泵的消耗功率。溶液循环泵的消耗功率调整是以电堆温度和电堆电流为参数进行的；循环泵的供 电电压调节范围介于0. 5-1倍的V标称电压之间。电路控制单元由单片机或数字信号处理器、输出电压可调DC/DC、数字电位器或 DAC构成，温度传感器、电流传感器、液体流量传感器分通经A/D转换器与单片机或数字信 号处理器信号连接；单片机或数字信号处理器通过数字电位器或DAC与输出电压可调DC/ DC信号连接，输出电压可调DC/DC与溶液循环泵电连接。温度传感器应设置在电堆的阳极溶液入口附近或电堆空气出口附近；纯燃料是指 甲醇、乙醇、乙二醇等C4以下的醇燃料或甲酸。本专利技术具有以下优点本专利技术所述的液体微流量阀及以其为基础构建的直接液体燃料电池阳极燃料供 给系统，无需一般液体燃料电池系统中所用液体浓度传感器、微型泵、电磁阀等部件，使得 系统设计简化灵活，提高了系统集成度和可靠性，降低了系统的寄生功耗和制作成本，提高 了电池系统的效率。在特定的系统中，液体微流量阀的最大流量被限制在一定范围内，电池 系统中阳极循环溶液的浓度也就被限制在一定范围内，保证了系统的安全。附图说明图1微流量阀立体爆炸图；其中，11为螺钉；12为燃料入口阀体；13为密封环；14为微孔膜；15为燃料出口阀座。图2微流量阀轴向剖面图；其中，22为侧支口凹孔；23为燃料出口阀座法兰盘；对为燃料入口阀体凸起止口 ； 21为燃料出口阀座主管道；25为喉管J6燃料入口阀体接口 ；27燃料出口阀座主管道入口 端；观燃料出口阀座主管道出口端。图3直接液体燃料电池的燃料供给系统结构流程图；其中，31为直接液体燃料电池电堆；32为气液分离器；33为单向阀；34为液体微 流量阀；35为阳极溶液循环泵；36为液体流量传感器；37为燃料储罐；38为温度传感器，39 为电流传感器。40为电路控制单元；41为电堆阳极入口 ；42为电堆阳极出口 ；43为电堆阴 极空气入口 ；44为电堆阴极空气出口。图4燃料供给系统控制电路原理结构图；其中，45为温度传感器信号；46为电流传感器信号；47为流量传感器信号；48、 49,50为A/D转换器；51为单片机或数字信号处理器DSP ；52为数字电位器或模数转换器 DAC ；53为DC/DC ；54为DC/DC输出电压调节端口 ；55为DC/DC输出端。 图5循环泵电压控制程序流程图。图6实际直接甲醇燃料电池系统电堆温度和甲醇浓度随运行时间变化图。具体实施例方式实施例1一种液体微流量阀，其结构如图1和图2所示。其主要由燃料入口阀体12、密封环 13、微孔膜14、燃料出口阀座15四部分组成。微孔膜14置于阀座15的侧支口凹孔22底 部，燃料入口阀体12通过螺钉11扣压在阀座15的法兰盘23上，燃料入口阀体12凸起的 止口 M压迫密封环13，从而实现微孔膜与阀座和阀体止口之间的密封。阀座15的主管道 21与法兰盘23相通，主管道21的入口设置有一段喉管25，以增加入口的液本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种液体微流量阀，包括燃料入口阀体、燃料出口阀座，其特征在于：在燃料入口阀体与燃料出口阀座间的燃料流经通路上设置有微孔膜；即在微孔膜放置在阀体和阀座的接口处。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙公权，陈利康，孙海，赵钢，秦兵，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]
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