專利名稱：一種微生物燃料電池的控溫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微生物燃料電池的控溫裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)化的快速推進(jìn)和能源日益短缺，以及 環(huán)境惡化的矛盾也日趨明顯，水體污染已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)大問題，但是現(xiàn) 有水處理技術(shù)大多需要高額的運(yùn)行管理費(fèi)用，消耗大量電能。微生物燃料電池(MFC)不僅 能有效處理廢水而且還能產(chǎn)電，很好地解決能源的綜合利用和環(huán)境污染這兩大問題，經(jīng)成 為環(huán)境領(lǐng)域最熱門的研究課題之一。微生物燃料電池(MFC)是一種以微生物為陽極催化劑，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能 的裝置。利用微生物燃料電池不僅可以直接將水中或者污泥中的有機(jī)質(zhì)降解，同時(shí)可以將 有機(jī)物在微生物代謝過程中產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)化成電流，從而獲得電能。將其應(yīng)用在污水處理 領(lǐng)域，把廢水的處理和發(fā)電集于一體，具有十分誘人的應(yīng)用前景。它相對于蓄電池而言，能 量密度和功率密度高，不需要進(jìn)行充放電，可以廣泛用于電站、可移動(dòng)的電源。微生物燃料 電池相對于普通的燃料電池，對環(huán)境的要求較低，可以在較低的環(huán)境溫度下運(yùn)行，高效清 潔，不會(huì)產(chǎn)生對環(huán)境有害的污染物。但是微生物燃料電池與蓄電池相比功率輸出方面有一 定的差距，只能限于傳感器等低能耗的器械上，主要原因是MFC的產(chǎn)電功率較低，為提高其 產(chǎn)電性能，對微生物燃料電池運(yùn)行工藝條件進(jìn)行深入地研究。溫度是影響微生物燃料電池 產(chǎn)電效率的一個(gè)重要因素，溫度對陽極室內(nèi)產(chǎn)電微生物的新陳代謝產(chǎn)生重要的影響，適宜 的溫度可以提高產(chǎn)電微生物的代謝速度，從而提高電子的產(chǎn)生量，提高微生物燃料電池處 理廢水時(shí)的產(chǎn)電性能。目前，微生物燃料電池實(shí)驗(yàn)裝置的溫度控制都采用水浴鍋加熱的方法實(shí)現(xiàn)。但這 種方法不能確保微生物燃料電池裝置的各個(gè)部位的溫度一致，此外，水浴加熱只能升高反 應(yīng)溫度，而不能迅速降低反應(yīng)的溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提供一種微生物燃料電池的控溫裝置，該裝 置結(jié)構(gòu)簡單、易于操作，可以根據(jù)反應(yīng)溫度的需要實(shí)現(xiàn)溫度的上升和降低。本發(fā)明的的技術(shù)方案—種微生物燃料電池的控溫裝置，由水槽、擋板、鈦加熱管、熱電偶、循環(huán)水泵、半 導(dǎo)體制冷器和電器控制儀表構(gòu)成；水槽為長方形結(jié)構(gòu)并設(shè)有進(jìn)水口和出水口，水槽內(nèi)壁上 設(shè)有擋板插槽；擋板為長方形板并開有長方形水流孔；鈦加熱管和熱電偶固定在水槽內(nèi)； 循環(huán)水泵進(jìn)水口通過管道與水槽出水口相連，循環(huán)水泵出水口通過管道與半導(dǎo)體制冷器進(jìn) 水口相連，半導(dǎo)體制冷器出水口通過管道與水槽進(jìn)水口相連；鈦加熱管、熱電偶、循環(huán)水泵 和半導(dǎo)體制冷器分別通過導(dǎo)線與電器控制儀表連接。所述水槽和擋板的材料均采用聚乙烯材料。
所述循環(huán)水泵為磁力驅(qū)動(dòng)。所述水槽為長度50厘米-100厘米，寬為30厘米-60厘米，高度為20厘米-40厘 米，厚度為8毫米-15毫米；進(jìn)水口和出水口的直徑為10毫米-30毫米；擋板插槽寬度為3 毫米-6毫米，深度為3毫米-5毫米，間隔為1厘米；擋板長度和寬度與擋板插槽適配，厚度 為2毫米-4毫米，水流擋板一側(cè)開有長方形孔，孔的高度為15厘米-35厘米，孔的寬度為 1厘米_2厘米。本發(fā)明的工作機(jī)理在該控溫裝置的水槽內(nèi)放入微生物燃料電池裝置，通過將擋板插入擋板插槽內(nèi)來 固定微生物燃料電池裝置；將微生物燃料電池裝置浸沒在水槽水中；開啟循環(huán)水泵，水槽 內(nèi)的水流通過擋板上的方孔形成“S”型循環(huán)回路，使水槽內(nèi)的水流充分混勻以便其溫差減 到最??；在電器控制儀表上設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度；熱電偶感應(yīng)水槽內(nèi)水的溫度，當(dāng)水的溫度低于 設(shè)定溫度時(shí)，鈦加熱器運(yùn)行以升高水溫，當(dāng)水的溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，半導(dǎo)體制冷器運(yùn)行降 低水溫。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、易于操作；可以根據(jù)反應(yīng)溫度的需要實(shí)現(xiàn)溫度的上 升和降低，為微生物燃料電池運(yùn)行工藝條件的深入研究提供有力的實(shí)驗(yàn)條件。


圖1為該微生物燃料電池控溫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為不同溫度下微生物燃料電池的產(chǎn)電性能3為不同溫度下微生物燃料電池的對COD的去除率中1.水槽 2.循環(huán)水泵 3.半導(dǎo)體制冷器 4.電器控制儀表 5.鈦加熱 管6.熱電偶7.擋板8.導(dǎo)線9.水槽出水口 10.水槽進(jìn)水口 11.循環(huán)水泵進(jìn)水口 12.循環(huán)水泵出水口 13.半導(dǎo)體制冷器組件進(jìn)水口 14.半導(dǎo)體制冷器組件出水口 15.擋 板插槽
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種微生物燃料電池控溫裝置，由水槽1、擋板7、鈦加熱管5、熱電偶6、循環(huán)水泵 2、半導(dǎo)體制冷器3和電器控制儀表4構(gòu)成；水槽1為長方形結(jié)構(gòu)并設(shè)有水槽進(jìn)水口 10和水 槽出水口 9，水槽1內(nèi)壁上設(shè)有擋板插槽15 ；擋板7為長方形板并開有長方形水流孔；鈦加 熱管5和熱電偶6固定在水槽1內(nèi)；循環(huán)水泵進(jìn)水口 11通過管道與水槽出水口 9相連，循 環(huán)水泵出水口 12通過管道與半導(dǎo)體制冷器進(jìn)水口 13相連，半導(dǎo)體制冷器出水口 14通過管 道與水槽進(jìn)水口 10相連；鈦加熱管5、熱電偶6、循環(huán)水泵2和半導(dǎo)體制冷器3分別通過導(dǎo) 線與電器控制儀表4連接。該實(shí)施例中，水槽和水流擋板的材料均采用聚乙烯材料，水槽為長度50厘米，寬 為35厘米，高度為25厘米；進(jìn)水口和出水口的直徑為10毫米；插槽寬度為3毫米，深度為 3毫米，間隔為1厘米；擋板長度和寬度與擋板插槽適配，厚度為2毫米，擋板一側(cè)開有長方 形孔，孔的高度為15厘米，孔的寬度為1厘米；鈦加熱器的加熱功率為500瓦，安裝在水槽 一側(cè)，固定位置是距離水槽地面3厘米，通過導(dǎo)線與水槽外的電器控制儀表相連；熱電偶的直徑為0. 5厘米，長度為15厘米，溫度感應(yīng)范圍為10°C -80°C，安裝在加熱管的上方，固定 位置是距離水槽底面10厘米，通過導(dǎo)線與水槽外的電器控制儀表相連；水槽出水口與循環(huán) 水泵進(jìn)水口通過軟管相連，循環(huán)水泵出水口與半導(dǎo)體制冷器進(jìn)水口通過軟管相連，半導(dǎo)體 制冷器出水口與槽體的進(jìn)水口通過軟管相連，循環(huán)水泵和半導(dǎo)體制冷器通過導(dǎo)線與電器控 制儀表相連。鈦加熱器采用深圳市華冠工業(yè)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的U型鈦加熱器；熱電偶采 用無錫惠鑫熱工儀表有限公司生產(chǎn)的WROK系列鎧裝熱電偶；循環(huán)水泵采用溫州信西山實(shí) 業(yè)有限公司生產(chǎn)的MP-6R磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵；半導(dǎo)體制冷器為天津電源研究所生產(chǎn)；電器控 制儀表采用廈門宇光自動(dòng)化工程有限公司生產(chǎn)的AI-708型人工智能溫控儀表。該實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用情況1)將該微生物燃料電池控溫裝置用于研究溫度對微生物燃料電池的影響，步 驟如下用葡萄糖溶液啟動(dòng)微生物燃料電池，接種污泥取自廢水處理過程中的厭氧污泥， 營養(yǎng)液的組成為葡萄糖 IOOOmg · Γ1、10. 32g · Γ1 Na2HPO4 · 12Η20，3. 32g · Γ1 NaH2PO4, 0. Slg-L"1 NH4C1、0. 13g. L-1KCL及Ni、Ca、Mn、Fe微量元素，葡萄糖營養(yǎng)液的加入量為陽極反 應(yīng)室容量的95%，陰極溶液為pH = 7的鈉鹽緩沖液，陰極溶液的組成及含量為14. 365g/ LNaH2PO4 · 2H20，10g/LNaHC03。陰極室緩沖液的加入體積占陰極室總?cè)萘康?5%。外接 1000 Ω的電阻啟動(dòng)，陽極室內(nèi)先通20分鐘氮?dú)庖员ＷC陽極室內(nèi)嚴(yán)格厭氧，然后向陽極室加 入?yún)捬跷勰?，厭氧污泥量為有機(jī)生物燃料溶液的1/10，陰極室通過空氣泵不斷鼓入空氣。將微生物燃料電池放入本發(fā)明的微生物燃料電池控溫制裝置中，根據(jù)微生物燃料 電池裝置的大小調(diào)整水流擋板的位置，本實(shí)驗(yàn)在溫控裝置中同時(shí)放入4組微生物燃料電 池，根據(jù)厭氧微生物生長的最適溫度為30°C，溫度越低，微生物燃料電池的啟動(dòng)時(shí)間越長， 啟動(dòng)完成后輸出功率越低，因此，為保證微生物燃料電池運(yùn)行效果和縮短啟動(dòng)時(shí)間，啟動(dòng)過 程應(yīng)保證環(huán)境溫度在20°C 35°C。檢測該微生物燃料電池的產(chǎn)電性能和有機(jī)物的去除效率，即在設(shè)定的溫度下，微 生物燃料電池的輸出電壓下降至50毫伏時(shí)，即為一個(gè)周期，此時(shí)更換陽極溶液，開始下一 個(gè)周期的測試。MFC的輸出電壓由本實(shí)驗(yàn)室自制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集并輸出至計(jì)算機(jī)，采集頻 率為每分鐘一次，COD的采樣頻率每天一次，測定方法采用GBl 1914-89水質(zhì)-化學(xué)需氧量 測定-重鉻酸鉀法。使用本發(fā)明的微生物燃料電池控溫裝置同時(shí)啟動(dòng)4組微生物燃料電池，進(jìn)行溫度 對比試驗(yàn)，不同溫度下均運(yùn)行兩個(gè)周期。溫度分別設(shè)定為201、251、301和351。不同 溫度下微生物燃料電池的產(chǎn)電特性如圖2所示。由圖2可以看出，溫度為20°C時(shí)，微生物 燃料電池最高輸出電壓為325mV，最大輸出功率密度為117mW · m_2，運(yùn)行周期為2天；溫度 為25°C時(shí)，最高輸出電壓為390mV，最大輸出功率密度為169mW ·πΓ2，運(yùn)行周期為4天；當(dāng)溫 度為30°C時(shí)，最高輸出電壓為430mV，最大輸出功率密度為205mW · m2，運(yùn)行周期為4天；當(dāng) 溫度為35°C時(shí)，最高輸出電壓為442mV，最大輸出功率為217mW · πΓ2，運(yùn)行周期為5天。溫 度為20°C時(shí)微生物的活性低，導(dǎo)致微生物燃料電池的輸出電壓降低，運(yùn)行周期縮短，溫度 為35°C時(shí)微生物燃料電池的最大輸出功率密度僅比溫度為30°C時(shí)的最大輸出功率密度提 高5. 5%。不同溫度下微生物燃料電池對COD的去除率如圖3所示，由圖3可以看出，溫度 為20°C時(shí)COD的去除率較低，經(jīng)過一個(gè)周期去除率為62% ；溫度為25°C時(shí)COD的去除率為 89% ；溫度為30°C時(shí)COD的去除率為91. 3% ；溫度為35°C時(shí)COD的去除率為93%。
權(quán)利要求
一種微生物燃料電池控溫裝置，其特征在于由水槽、擋板、鈦加熱管、熱電偶、循環(huán)水泵、半導(dǎo)體制冷器和電器控制儀表構(gòu)成；水槽為長方形結(jié)構(gòu)并設(shè)有進(jìn)水口和出水口，水槽內(nèi)壁上設(shè)有擋板插槽；擋板為長方形板并開有長方形水流孔；鈦加熱管和熱電偶固定在水槽內(nèi)；循環(huán)水泵進(jìn)水口通過管道與水槽出水口相連，循環(huán)水泵出水口通過管道與半導(dǎo)體制冷器進(jìn)水口相連，半導(dǎo)體制冷器出水口通過管道與水槽進(jìn)水口相連；鈦加熱管、熱電偶、循環(huán)水泵和半導(dǎo)體制冷器分別通過導(dǎo)線與電器控制儀表連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述微生物燃料電池控溫裝置，其特征在于所述水槽和擋板的材 料均采用聚乙烯材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述微生物燃料電池控溫裝置，其特征在于所述循環(huán)水泵為磁力驅(qū)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述微生物燃料電池控溫裝置，其特征在于所述水槽為長度50厘 米-100厘米，寬為30厘米-60厘米，高度為20厘米-40厘米，厚度為8毫米-15毫米；進(jìn) 水口和出水口的直徑為10毫米-30毫米；擋板插槽寬度為3毫米-6毫米，深度為3毫米-5 毫米，間隔為1厘米；擋板長度和寬度與擋板插槽適配，厚度為2毫米-4毫米，水流擋板一 側(cè)開有長方形孔，孔的高度為15厘米-35厘米，孔的寬度為1厘米_2厘米。
全文摘要
一種微生物燃料電池控溫裝置，由水槽、擋板、鈦加熱管、熱電偶、循環(huán)水泵、半導(dǎo)體制冷器和電器控制儀表構(gòu)成；水槽為長方形結(jié)構(gòu)并設(shè)有進(jìn)水口和出水口，水槽內(nèi)壁上設(shè)有擋板插槽；擋板為長方形板并開有長方形水流孔；鈦加熱管和熱電偶固定在水槽內(nèi)；循環(huán)水泵進(jìn)水口通過管道與水槽出水口相連，循環(huán)水泵出水口通過管道與半導(dǎo)體制冷器進(jìn)水口相連，半導(dǎo)體制冷器出水口通過管道與水槽進(jìn)水口相連；鈦加熱管、熱電偶、循環(huán)水泵和半導(dǎo)體制冷器分別通過導(dǎo)線與電器控制儀表連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、易于操作；可以根據(jù)反應(yīng)溫度的需要實(shí)現(xiàn)溫度的上升和降低，為微生物燃料電池運(yùn)行工藝條件的深入研究提供有力的實(shí)驗(yàn)條件。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101916871SQ201010257788
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者葉建山, 張偉德, 張嘉琪, 張旭宏, 武晨, 池強(qiáng)龍, 王曉麗, 鄭嗣華 申請人:天津理工大學(xué)