[发明专利]分离器

说明书

技术领域

本发明总地涉及分离器装置以及分离气体和液体的方法，特别是，涉及分离器和用于分离泡沫的气相和液相的方法。本发明尤其用在燃料电池中，但也可以用于必需或期望分离泡沫的气相和液相的其它用途。

背景技术

泡沫的液相和气相的分离是一种深入研究和报道的研究领域。当气体在处理液体中溶解时，在工业过程中出现泡沫。通常，溶解的气体将表现为处理液体的一部分，但是，气体能够以小气泡形式从溶液逸出，例如，在存在压力释放时。这些气泡升至液体的表面并以泡沫形式被收集。

在处理液体中存在泡沫会导致在工业过程和其它应用中的大量效率和性能问题。例如，泡沫导致降低诸如泵的设备的效率、减小泵和存储罐的容积、降低流体的效力以及排放问题(仅略举几例)。

经常需要从工业过程中去除泡沫以避免上述问题。这通常涉及到将泡沫的气相与液相分离，理想地，这需要快速、高效且最低功耗地完成。

一种方法是使用机械分离装置，例如水回旋分离器(hydro-cyclones)和离心分离器。这些技术消耗大量的功率，在某些工业或应用中，例如便携或机动车应用中，会成为问题。另一种可能性是使用螺旋分离器技术，如在本申请人共同待审的专利申请GB1201246.4中描述的，该技术利用增强的重力来以低功率实现机械分离。但是，目前仍存在着在减小的功率下并在更小的物理容积内提高分离效率的需求。为了实现这个目的，不可能仅仅依赖于机械分离。

机械分离的节能替代方法是使用消泡剂。消泡剂在液体膜和气泡的破裂中的作用是公知的，并且可以得到利用。消泡剂在泡沫界面(即，气相和液相之间的界面)的破裂中的机制根据消泡剂的配方和形式而变化。但是，其大致可以由低表面能或疏水表面与液体膜的相互作用来描述。

通常，消泡剂采取具有低表面能或疏水表面的颗粒形式。这种低表面能表面能够通过由低表面能或疏水材料形成颗粒或者形成涂覆有该低表面能或疏水材料的颗粒来产生。形成或涂覆该颗粒的此类材料的实例包括聚四氟乙烯(PTFE)、卤代有机聚合物、硅酮聚合物以及烃聚合物，如聚乙烯和聚丙烯。虽然也可以使用其它合适的疏水材料，但是表面能为约20mJ/m²的PTFE是非常有效的疏水材料。

在含水泡沫膜的界面处的低表面能或疏水颗粒将静止，使得接触角满足杨氏方程，如图1所示并可以表示为：

γ_SL+γ_LGcos(θ_c)＝γ_SG    方程(1)

其中，γ_SL、γ_LG和γ_SG分别是固体和液体之间、液体和气体之间以及固体和气体之间的界面张力，且θ_c是接触角。

泡沫由大量气泡构成。每个气泡具有液体膜，该液体膜具有两个表面，每个表面是气体-液体界面，如图2A所示。图2B示出位于液体薄中的消泡剂颗粒。疏水性消泡剂与液体膜形成大于90度的接触角，如图2C所示。在膜的两个表面处与液体形成大于90度的接触角，如图2D所示。由于膜的疏水性，颗粒使膜去湿(de-wet)，并且形成孔，使薄膜破裂，并导致气泡爆裂。消泡剂颗粒然后在重力作用下下落到下一个界面处并且过程本身重复。这是消泡剂如何发挥作用的大体原理。

在泡沫是特定过程的期望或必需产品的工业过程中，例如，在充气或氧化过程中，通常不能使用上述消泡剂。在这样的过程中，泡沫是有用的，因为它们产生与气体接触的液体的大表面积，这辅助气体在液体中的吸收或溶解。消泡剂在此类过程中的存在会由于它将防止泡沫形成而是不期望的。但是，一旦完成涉及泡沫的特定过程，仍可期望在下一处理步骤之前去除泡沫。因此，需要去除的替代方法。

用于利用疏水分离表面从气体流中分离液滴或气溶胶形式的液体的装置是已知的。DE10323155A1公开了一种用于从气体流中去除液滴或气溶胶形式的液体的分离器，其包括位于分离区域的分离元件。所述元件由具有疏水和纳米结构特性的材料组成。但是，用于利用疏水表面分离泡沫的气相和液相的装置是未知的。

发明内容

因此，根据本发明的第一方面，提供了用于分离泡沫的气相和液相的分离器，所述分离器包括第一侧和第二侧，并在其中设置有用于允许泡沫或泡沫相从所述第一侧传送至所述第二侧的通流装置，所述分离器还包括至少一个具有低表面能的泡沫接触表面，以及用于从所述泡沫中回收至少一种被分离的泡沫相的装置。