[发明专利]一种直接液体燃料电池系统的气液分离器

说明书

本发明公开了一种直接液体燃料电池系统的气液分离器，其特点是从电堆阴极侧排出的气液混合物，沿内壁为圆柱面的分离腔的圆周切线方向进入，混合物中的液体由于比重大，在分离腔内受离心力和重力作用，沿分离腔内壁旋转向下螺旋流动；同时，混合物中的气体由于比重小，在分离腔内向上运动与液体分离。在分离腔内壁面与排气管之间设置隔离环，阻隔分流液体进入排气管。从电堆阳极侧排出的气液混合物，在储液腔内通过重力作用实现气液分离。储液腔设有数个电加热元件，通过外接电源加热腔内的液体，进而通过液泵将加热后的液体输送到电堆阳极，液体换热后回流至储液腔。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，适用于气泵流量大于6L/min及以上的直接液体燃料电池系统，高效率地将电堆排出物中的气、液体分离，并在低温(低于0℃)条件下启动运行提供热源。

背景技术

直接液体燃料电池(DLFC)是目前以液体燃料(如甲醇、乙醇、二甲醚等)进料的燃料电池，直接甲醇燃料电池(DMFC)为其中研究最为广泛的一种。DMFC具有结构紧凑、体积小、重量轻、比能量高的特点，十分适合作为移动电源。

DMFC工作时，液体燃料在电堆阳极侧催化剂作用下发生氧化反应，生成二氧化碳，电离出来的质子在电堆阴极侧发生还原反应生成水。由于反应过程中，阳极侧有大量的水通过中间的质子交换膜渗透到阴极，造成电堆阳极侧不断失水无法实现连续运行。为解决这一问题，需要将阴极侧的水汽通过冷凝器冷凝后再经过气液分离器与废气分离后重新输送回阳极侧。DMFC本身由于存在液体燃料渗透过质子交换膜在阴极放热的特点，可用于0℃以上启动后在低温运行的能力，但是如何在低温环境下直接启动却是一个国际难题。

因此，如何设计一种集成度高，占用空间少，气液分离效率高并可低温环境启动的气液分离器是直接液体燃料电池系统领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于直接液体燃料电池系统的气液分离方法和分离器，将系统水回收与低温加热启动一体设计，结构简单、集成度高、分离效率高，适用于较大气体流量的直接液体燃料电池系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种直接液体燃料电池系统的气液分离器，包括分离腔和储液腔；

分离腔和储液腔均分别为一密闭腔室，分离腔内部设有排气管，排气管一端穿过分离腔顶部与外界相连；于分离腔底部设有排液口，排液口经液体回流管与储液腔内部相连通，液体回流管下端伸入至储液腔内部，用于将分离腔冷却的液体收集到储液腔；

于分离腔侧壁面上设有阳极废气回口，储液腔上部设有阳极废气出口，阳极废气回口与阳极废气出口通过管道连通；

分离腔上部侧壁面上设有混合物入口，混合物入口与直接液体燃料电池系统中一冷凝器出口通过管道连通；分离腔的内壁面为一圆柱面，混合物入口与内壁面相切，形成一切向进料口；

于分离腔内部排气管外部套设有上下二端开口筒状隔离环，隔离环将混合物入口与排气管分隔开；

储液腔下部设有用于燃料进入气液分离器的燃料接口，储液腔底部用于阳极溶液抽出到电堆阳极入口的阳极出口；储液腔上部设有回液口。

储液腔由上部的下端开口上端密闭筒体和作为底腔的下端密闭上端开口筒体开口端密闭连接构成；底腔上设有用于燃料进入气液分离器的燃料接口，和用于阳极溶液抽出到电堆阳极入口的阳极出口；上部筒体上设有回液口和阳极废气出口。

阳极废气回口与阳极废气出口通过管道连通。

回液口与直接液体燃料电池电堆的阳极出口相连；燃料接口通过燃料泵与燃料储罐相连；阳极出口通过液体循环泵与电堆阳极入口相连。

于所述储液腔内设有用于液体加热的电加热元件；