[实用新型]一种直接甲醇燃料电池甲醇溶液浓度自动检测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于清洁能源领域，特别涉及一种直接甲醇燃料电池甲醇溶液浓度自动检测装置。

背景技术

燃料电池是一种直接将化学能转化为电能的装置，其发电过程不是燃料的直接燃烧，且不受卡诺循环限制，因此能量转换效率较高于普通内燃机，是集能源、化工、材料与自动化控制等技术为一体的，具有高效和清洁特色的新型电源，被认为是面向21世纪最具研究和发展潜力的绿色能源之一。

直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell，简称DMFC)是燃料电池的一种重要形式。DMFC直接使用液态甲醇作为燃料，所以燃料易存储和运输；同时DMFC具有系统结构简单、低噪音、无污染等优点。

甲醇浓度是影响DMFC性能的一个关键因素，然而目前应用于DMFC的甲醇浓度传感器面临严峻的问题：(1)性能差，如感应范围小，反应速度慢，不能长时间工作，可重复性差，受温度、二氧化碳和金属离子等影响较大；(2)体积大，为减小温度等因素的影响常需要附加设备，如液泵、恒温源等，使得系统结构复杂、难以小型化。(3)成本高。甲醇浓度传感器所面临的问题使得DMFC便携式应用发展受到很大的影响。

目前在甲醇浓度传感器检测技术不成熟的条件下，又要保证甲醇溶液浓度稳定在最佳浓度范围内，从而使得DMFC达到最佳输出效果，通常做法是采用体积较大的混合容器，根据电堆的运行状态时开时断的方式向混合容器里补充甲醇，以稳定甲醇溶液浓度。该方法虽然使得甲醇溶液浓度在短时间内变化不是很大，但是无形中却增加了系统的体积，而且具有严重的滞后性，不利于系统持续稳定工作。

发明内容

本实用新型的目的是针对DMFC甲醇浓度传感器所面临的问题而提出一种DMFC甲醇溶液浓度自动检测装置，该装置为在混合容器1内设置至少两根圆柱形网筒11，圆柱形网筒11内放置一个注入标准甲醇浓度溶液的浮球5，光敏二极管10通过平行支架9固定在距离圆柱形网筒11顶部半个浮球的位置，发光二极管3安装在靠近圆柱形网筒11、远离光敏二极管10一端的混合容器1外壁上，且浮球5、光敏二极管1O和光敏二极管10三者处于同一直线，光敏二极管10通过发光二极管3发出的光线4检测浮球5的位置，获得表示作为工作液的甲醇溶液浓度的位置信号，由此判断是否需要向混合容器内注入纯甲醇，从而调节混合容器1内甲醇溶液6的浓度，使甲醇溶液浓度稳定在所需范围内，即完成DMFC甲醇溶液浓度自动检测稳定程序。

本实用新型的有益效果：通过利用物质在不同密度中所受浮力不同的特性，设计了一种适合于直接醇类电池的自动检测装置，能够达到稳定甲醇溶液浓度的目的，该装置同时补偿了温度对甲醇溶液浓度的影响，具有系统结构简单、成本低、制造方便等特点。

附图说明

图1为甲醇溶液浓度检测装置示意图，其中A为甲醇溶液浓度检测装置示意图，B为光敏二极管与浮球相对位置示意图。

图2为甲醇溶液浓度检测装置示意图。

图3多浮球检测示意图。

图中：1.混合容器2.导管3.发光二极管4.光线5.浮球6.甲醇溶液7.带孔挡板8.光敏二极管引线9.平行支架10.光敏二极管11.圆柱形网筒12.浮球I13.浮球II14.浮球III。

具体实施方式

本实用新型提出了一种直接甲醇燃料电池甲醇溶液浓度自动检测装置。下面结合附图，例举具体实施方案对本实用新型予以说明。

图1所示为甲醇溶液浓度检测装置示意图，其中A为甲醇溶液浓度检测装置示意图，B为光敏二极管与浮球相对位置示意图。图中，在混合容器1内垂直安装带孔挡板7，将混合容器1分隔成两部分，在混合容器1一部分内设置至少两根圆柱形网筒11，圆柱形网筒11内放置一个注入标准浓度的甲醇溶液的浮球5(根据需求可注入不同标准)，根据阿基米德原理随着甲醇溶液浓度的变化，即浮球5浮到溶液顶层或沉到溶液底层的位置发生改变，浮球处于溶液顶层则表示混合容器中的甲醇溶液浓度低于标准甲醇浓度溶液，若处于溶液底层则反之。图1B所示为光敏二极管与浮球相对位置示意图，图中光敏二极管10通过平行支架9固定在距离圆柱形网筒11顶部半个浮球的位置。发光二极管3安装在靠近圆柱形网筒11、远离光敏二极管10一端的混合容器1外壁上，且浮球5、光敏二极管10和发光二极管3三者处于同一条直线(如图2所示)，光敏二极管10通过发光二极管3发出的光线4检测浮球5的位置，获得表示作为工作液的甲醇溶液浓度的位置信号，由此判断是否需要向混合容器1内注入纯甲醇，从而调节混合容器1内甲醇溶液浓度，使得混合容器内1工作甲醇溶液6稳定在所需范围内。工作时，根据甲醇溶液浓度的位置信号从导管2向混合容器1内注入纯甲醇，使甲醇溶液浓度稳定在1-1.3mol/L，实际上是分别向两个浮球注入标准甲醇浓度溶液，在浮球I 12内注入浓度为1mol/L甲醇溶液，在浮球II 13内注入浓度为1.3mol/L的甲醇溶液浓度，通过光敏二极管10感应浮球位置，判断混合容器中甲醇溶液浓度是否在浓度范围内，若浮球I与浮球II都浮在溶液顶层，则表示混合容器中甲醇溶液浓度低于1mol/L，若浮球I沉到溶液底层而浮球II在溶液顶层，则表示溶液浓度在1-1.3mol/L。若浮球I与浮球II都沉到溶液底层则表示溶液浓度高于1.3mol/L(如图3所示)。在溶液低于浓度范围时，向混合容器内注入纯甲醇，增加混合容器1中甲醇溶液6的浓度，降低溶液密度，同时检测浮球I是否下沉到溶液底层而浮球II仍在溶液顶层，否则重复以上过程继续注入纯甲醇，直到浓度到达所需范围为止，即完成甲醇燃料电池用甲醇溶液浓度自动检测稳定程序，实现自动检测稳定功能。