[发明专利]一种气液分离器

说明书

本发明涉及一种用于便携式燃料电池系统的气液分离器，该气液分离器由气液分离器腔体、吸液软管、配重物、燃料入口、燃料出口、气液混合物入口、气体出口、气体出口管、散热器、液位传感器、挡板等部件组成、具有对称结构。吸液管由能弯曲且具有一定强度的柔性硅橡胶管制成，在配重物的作用下自然下垂。燃料入口、燃料出口、混合物料入口，气体出口管均设置在气液分离器腔体的中心线上。燃料电池的气液混合产物进入气液分离器腔体后在由挡板构成的气路中通过，产物中的水被分离出来。和现有的技术相比，本发明结构简单，回收水的过程不需要额外的电能，而且可以在±90°倾角范围内正常使用。

技术领域

本发明涉及一种用于便携式燃料电池系统的气液分离器，尤其适用于分离与回收便携式燃料电池系统阴极生成的水的气液分离器。

背景技术

燃料电池系统是将储存于燃料中的化学能直接转化为电能的一种电化学反应装置，其中以液体燃料进料的燃料电池是将储存于燃料(甲醇、乙醇等)中的化学能直接转化为电能的一种电化学反应装置。与气体燃料相比，小分子液体燃料易于储备和运输，具有较高的能量转换效率，氧化反应产物主要为水和二氧化碳，是环境友好的绿色能源。

直接甲醇燃料电池(DMFC)是目前以液体燃料进料的燃料电池中研究最为广泛的一种。DMFC具有结构简单、燃料不需要重整等优点，被认为是十分理想的小型化可移动电源之一，在便携式电源领域有广阔的应用前景。

在DMFC工作过程中，燃料在阳极电催化剂的作用下发生氧化反应，生成二氧化碳、质子、电子，质子通过电解质膜传递到阴极，电子通过外电路到达阴极，与到达阴极的氧气在阴极电催化剂的作用下发生还原反应，生成水。为满足便携式电源体积小、重量轻等方面的要求，DMFC系统通常采用纯甲醇进料，回收未反应的甲醇溶液以及阴极生成的水，对系统内的燃料浓度进行管理。这就需要一方面对阳极排出的混有二氧化碳的甲醇溶液进行分离，去除二氧化碳，循环利用未反应的燃料；另一方面对阴极产物进行分离，同时将分离出来的水返回到进入阳极的燃料中。便携式电源在使用或运输过程中会发生放置状态的改变，比如倾斜一个角度，或者由立式状态变成卧式状态，这就要求分离器不能有很强的方向敏感性，否则就会影响系统的正常运行。二氧化碳的分离可以通过气液分离膜等多孔材料进行分离，以消除或降低方向敏感性。虽然采用离心分离、重力分离等技术可以实现水的分离，但是在较大倾角范围内而且不消耗额外的电能的前提下实现水的分离与回收具有一定的难度。

[中国专利200710080128.3]介绍了一种气液分离器及其燃料电池系统，气液分离器主要由表面具有一个或多个开口的燃料导管、设置于燃料管开口部分的气液分离膜组成。这种气液分离器通过气液分离膜来去除未反应燃料中的二氧化碳，虽然没有方向敏感性，不适合用于阴极产物的分离。

[中国专利200910013296.X]介绍了一种用于直接液体进料燃料电池系统的气液分离器。这种分离器主要由水分离腔、中间腔和二氧化碳分离腔组成，水分离腔内设有螺旋型分离棒；二氧化碳分离腔为双层结构，内腔由正方体削去顶角并覆盖憎水性膜或憎水性多孔材料组成；中间腔与水分离腔相连的部位设有憎水性膜或憎水性多孔材料，中间腔通过单向阀或微型泵与二氧化碳分离腔的外腔连通。这种分离器依靠分布在二氧化碳分离腔内腔顶角处的憎水性膜或憎水性多孔材料来分离二氧化碳，在水蒸汽的影响下憎水性膜或憎水性多孔材料的憎水性会随着系统运行时间的延长而降低，加上多孔材料的面积有限，分离效果也会随之变差。如果这种分离器水平放置，水分离腔的水要依靠微型泵才能输送到二氧化碳分离腔的内腔中，而且这种分离器结构比较复杂，不容易加工。

[中国专利201210563139.8]介绍了一种气液分离器及其应用，这种分离器有一个密闭的外壳体，内部设有固定气体分离膜的内框架，内框架由两层带孔的塑料板热压合而成，气体分离膜夹在两层塑料板中间，依靠气体分离膜来分离二氧化碳。内框架内部为储液腔，存储甲醇溶液。液体排出管在内框架里面的端口处于内框架的几何中心或者靠近几何中心的区域。气体分离膜的强度有限，如果储液腔内压力较高，或者受到冲击等异常情况，容易损坏气体分离膜，进而造成分离功能失效或者液体泄漏。这种气液分离器不适合用于阴极产物的分离。