一种用于直接液体进料燃料电池的分离器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于直接液体进料燃料电池的分离器，特点是包括外壳体、内壳体；外壳体、内壳体由壁构成，外壳体和内壳体间设空腔；外壳体包括饱和蒸汽收集腔和气液分离腔；内壳体设于气液分离腔内部，内壳体壁面上设气体排出口/孔；内壳体壁面上设与气液分离腔上开口孔对齐的开口孔，包括气液混合物进口、燃料混合液出口、燃料进口；饱和蒸汽收集腔侧壁上开口孔与气液分离腔侧壁回收孔管路连接。本发明专利技术优点是将直接液体供料燃料电池系统中阴极侧空气/液态水分离与阳极侧CO2气体/燃料混合液的分离一体化，还将阴极水的回收利用与阳极燃料进料溶液的混合集成到分离器中，系统集成度高，缩小系统体积。

Separator for direct liquid fuel cell

The invention discloses a separator for a direct liquid feed fuel cell, which is characterized in that the shell body and the inner shell are composed of a wall and a cavity is arranged between the shell body and the inner shell; the shell body comprises a saturated steam collecting cavity and a gas-liquid separating cavity; the inner shell is arranged inside the gas-liquid separating cavity and the inner shell wall surface is arranged. A gas discharge port/hole is arranged on the upper part of the inner shell; an opening hole aligned with the opening hole on the gas-liquid separation chamber is arranged on the wall surface of the inner shell, including the inlet of the gas-liquid mixture, the outlet of the fuel mixture and the fuel inlet; and the opening hole on the side wall of the saturated steam collection chamber is connected with the pipeline of the recovery hole on the side wall of the gas-liquid separation chamber. The invention integrates the separation of air/liquid water on the cathode side and the separation of CO2 gas/fuel mixture on the anode side in the direct liquid feed fuel cell system, and also integrates the recovery and utilization of cathode water and the mixing of anode fuel feed solution into the separator. The system has high integration degree and reduces the volume of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种用于直接液体进料燃料电池的分离器
本专利技术属于燃料电池
，尤其涉及一种气液分离器，用于将电堆阴、阳极排出物中的气体和液体集于同一分离腔内，并使上述液体和气体分离，液态混合物与高浓度燃料适当混合后可用作电堆阳极的反应燃料。
技术介绍
直接液体燃料电池是将液体燃料(如甲醇、乙醇、二甲醚等)中的化学能直接转化为电能的一种电化学反应装置。由于直接液体燃料电池系统避免了燃料重整及净化等复杂的结构，且燃料存储和携带方便，系统结构相对简单，在便携式移动电源领域具有广阔的应用前景。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，其工作原理如图1所示。在DMFC工作过程中，燃料(甲醇水溶液)沿阳极极板的流场通道，经扩散层进入催化层，在阳极电催化剂的作用下发生电化学氧化反应，生成CO2、质子和电子，质子通过电解质膜传递至阴极区，电子通过外电路做功进入阴极区，与到达阴极催化层的氧气在电催化剂的作用下发生电化学还原反应生成水。作为便携式移动电源的一种，DMFC系统应同时具有效率高、体积小、重量轻、集成度高、可操作性强等特点。为满足系统体积小、重量轻的特点，DMFC系统通常采用纯甲醇进料，但甲醇进料浓度过高会造成甲醇渗透严重，从而导致电池性能下降，不利于系统的稳定运行和系统效率的提高。为解决这一问题，一方面可以对DMFC阴极反应生成的水进行回收并用于稀释阳极的纯甲醇溶液，这就需要将DMFC阴极排出物中的液态水和空气(不包含消耗掉氧气)进行分离，同时将液态水引入甲醇进料罐中，另一方面要同时对阳极排出物中的液态混合物进行回收，使未参加反应的甲醇溶液能够循环利用，以满足系统在仅携带一定量纯甲醇的条件下尽可能长时间的稳定运行，这就需要将DMFC阳极排出物中的CO2气体从液态混合物中分离出去。通常，应用于直接液体供料燃料电池系统的气液分离器通常由与电堆阴极侧冷凝器相连接的水/空气分离器和与电堆阳极出口相连的CO2分离器两部分组成。其分离出来的液态混合物和水经连接管通入到燃料进料罐中，与加入的纯燃料或高浓度燃料混合均匀后作为燃料电池反应所需的燃料供给电堆阳极。这种结构的气液分离器在系统中占用的空间较大，集成度不高，需另外的容器作为燃料进料罐，不利于系统总效率的提高。中国专利申请，一种用于直接液体进料燃料电池系统的气液分离器，申请号为200910013296.X，申请公布号CN101997127A，申请公布日2011.03.30，将直接液体供料燃料电池系统中与电堆阴极冷凝器出口和电堆阳极出口分别相连的两个气液分离器集成为一体，并在空气/水分离腔设置有螺旋分离棒，试图通过旋转流动提高气液分离效率。该专利技术虽然具有一定效果。但是该设计使气液混合物经过旋转分离棒周围空间相对开放，难以使全部气液混合物通过旋转分离，气液分离效果增强有限。中国专利申请，一种用于直接液体进料燃料电池系统的气液分离器，申请号为201510960706.7，申请公布号CN106898801A，申请公布日2017.06.27，将空气/水分离、CO2、阴极水回收、阳极燃料混合液回收和纯燃料(高浓度燃料)补给等多项功能于一体，不仅可以将直接液体供料燃料电池系统中阴极侧空气(不包含消耗掉氧气)/液态水的分离和阳极侧CO2/燃料混合液的分离一体化，同时还可以将阴极水的回收利用与阳极燃料进料溶液的混合集成到上述气液分离器当中，增强了系统的集成度，缩小系统的体积，简化了系统的结构。上述两件现有技术将阴极和阳极排出物分开处理，其集成度和气液分离效率还有待进一步研究完善。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于直接液体进料燃料电池的分离器，该分离器将阳极侧未反应的燃料混合液、反应生成的CO2，以及阴极侧未反应的空气、反应生成的水回收到同一分离腔内，并使上述液体和气体分离；并且将回收的水与纯燃料或高浓度燃料混合并最终得到一定浓度的燃料混合液，使之适合于直接液体进料燃料电池系统的稳定运行，同时该分离器的正常运行并不依赖于放置方向。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于直接液体进料燃料电池的分离器，该分离器接收来自直接液体进料燃料电池系统产生的未反应空气/液态水和CO2/燃料混合液，并将所述液体和气体分离，其特点是包括外壳体、内壳体；所述外壳体、内壳体由气体或液体不能通过的壁构成，所述外壳体和内壳体间设置有空腔；所述外壳体包括饱和蒸汽收集腔和气液分离腔；所述饱和蒸汽收集腔内设有电容式液位传感器，内壁上设有亲水海绵体，水蒸气可以在海绵体内凝结，用于收集外壳体和内壳体间空腔中的液体；所述气液分离腔用于电堆阳极和电堆阴极回收的气液混合物中液体和气体的分离；所述内壳体设于外壳体的气液分离腔内部，所述内壳体壁面上设置有由憎水性膜/憎水性多孔材料覆盖/封堵的气体排出口/孔；所述气液分离腔的侧壁上设有与电堆阴极冷凝器出口管路相连的气液混合物进口、与电堆阳极出口管路相连的气液混合物进口、与电堆阳极进口管路相连接的燃料混合液出口、与纯燃料或高浓度燃料进料泵相连接的燃料进口和排放气体的开口；所述内壳体壁面上设置有与气液分离腔上开口孔对齐的开口孔，包括与电堆阴极冷凝器出口管路相连的气液混合物进口、与电堆阳极出口管路相连的气液混合物进口、与电堆阳极进口管路相连接的燃料混合液出口，该燃料混合液出口上连接一软管，该软管另一端上设置一重锤、与纯燃料或高浓度燃料进料泵相连接的燃料进口。所述饱和蒸汽收集腔在远离气液分离腔的侧壁上设有收集水并回收的开口孔；所述气液分离腔的侧壁上设有通入内壳体内部的水蒸气回收孔；所述收集水并回收的开口孔与水蒸气回收孔通过管路密封连接；进一步地，所述外壳体与内壳体壁之间的间隙为1mm以上。进一步地，所述饱和蒸汽收集腔与气液分离腔的体积比是1∶10～1∶5。进一步地，所述收集水并回收的开口孔与水蒸气回收孔连接的管路上设有微型液体泵，所述微型液体泵与饱和蒸汽收集腔上的电容式液位传感器电性连接，根据饱和蒸汽收集腔上的电容式液位传感器收集到的液位信息进行动作，将饱和蒸汽收集腔内的水注入到内壳体中。进一步地，所述由憎水性膜/憎水性多孔材料覆盖/封堵的气体排出口/孔设于内壳体至少三个面上，用于气液分离的与空气接触部分的憎水性膜/憎水性多孔材料的面积不小于2平方厘米，保证分离器360°任意方向放置均可使用。进一步地，所述气液分离腔的侧壁和内壳体侧壁上还设有通入内壳体内部的低浓度燃料的注入口与抽出口。进一步地，所述外壳体上还设有与气泵连接的气泵吹扫孔，其运行周期为5-300min，气泵运行气体吹扫进入空腔，吹扫的气体从气体排放口排出，提高分离器的效率和可靠性。进一步地，所述憎水性膜/憎水性多孔材料为憎水PTFE多孔薄膜、超憎水聚丙烯中空纤维膜、超憎水PTFE中空纤维膜、憎水处理的碳纸或憎水处理的碳布，其中憎水性膜/憎水性多孔材料的孔径采用梯次分布，靠近外壳体壁为大孔，远离外壳体壁为小孔。进一步地，所述憎水性膜/憎水性多孔材料为憎水PTFE多孔薄膜、超憎水聚丙烯中空纤维膜、超憎水PTFE中空纤维膜、憎水处理的碳纸或憎水处理的碳布，其中憎水性膜/憎水性多孔材料的孔径为0.1μm-50μm。进一步地，所述憎水性膜/憎水性多孔材料的远离外壳体壁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于直接液体进料燃料电池的分离器，其特征在于：包括外壳体(12)、内壳体(13)；所述外壳体(12)、内壳体(13)由气体或液体不能通过的壁构成，所述外壳体(12)和内壳体(13)间设置有空腔；所述外壳体(12)包括饱和蒸汽收集腔(14)和气液分离腔(15)；所述内壳体(13)设于外壳体(12)的气液分离腔(15)内部，所述内壳体(12)壁面上设置有由憎水性膜/憎水性多孔材料(16)覆盖/封堵的开口，或设置气体排出口/孔(17)，气体排出孔上覆盖憎水性膜(16)；所述气液分离腔(15)的侧壁上设有与电堆阴极冷凝器出口管路相连的气液混合物进口(18)、与电堆阳极出口管路相连的气液混合物进口(19)、与电堆阳极进口管路相连接的燃料混合液出口(20)、与纯燃料或高浓度燃料进料泵相连接的燃料进口(21)和气体排放口(22)；所述内壳体(13)壁面上设置有与气液分离腔(15)上开口孔对齐的开口孔，包括与电堆阴极冷凝器出口管路相连的气液混合物进口(18)、与电堆阳极出口管路相连的气液混合物进口(19)、与电堆阳极进口管路相连接的燃料混合液出口(20)，该燃料混合液出口上连接一软管，软管另一端上设置一重锤、与纯燃料或高浓度燃料进料泵相连接的燃料进口(21)；所述饱和蒸汽收集腔(14)在远离气液分离腔(15)的侧壁上设有收集水并回收的开口孔(23)；所述气液分离腔的侧壁上设有通入内壳体内部的水蒸气回收孔(24)；所述收集水并回收的开口孔(23)与水蒸气回收孔(24)通过管路密封连接。...

【技术特征摘要】
1.一种用于直接液体进料燃料电池的分离器，其特征在于：包括外壳体(12)、内壳体(13)；所述外壳体(12)、内壳体(13)由气体或液体不能通过的壁构成，所述外壳体(12)和内壳体(13)间设置有空腔；所述外壳体(12)包括饱和蒸汽收集腔(14)和气液分离腔(15)；所述内壳体(13)设于外壳体(12)的气液分离腔(15)内部，所述内壳体(12)壁面上设置有由憎水性膜/憎水性多孔材料(16)覆盖/封堵的开口，或设置气体排出口/孔(17)，气体排出孔上覆盖憎水性膜(16)；所述气液分离腔(15)的侧壁上设有与电堆阴极冷凝器出口管路相连的气液混合物进口(18)、与电堆阳极出口管路相连的气液混合物进口(19)、与电堆阳极进口管路相连接的燃料混合液出口(20)、与纯燃料或高浓度燃料进料泵相连接的燃料进口(21)和气体排放口(22)；所述内壳体(13)壁面上设置有与气液分离腔(15)上开口孔对齐的开口孔，包括与电堆阴极冷凝器出口管路相连的气液混合物进口(18)、与电堆阳极出口管路相连的气液混合物进口(19)、与电堆阳极进口管路相连接的燃料混合液出口(20)，该燃料混合液出口上连接一软管，软管另一端上设置一重锤、与纯燃料或高浓度燃料进料泵相连接的燃料进口(21)；所述饱和蒸汽收集腔(14)在远离气液分离腔(15)的侧壁上设有收集水并回收的开口孔(23)；所述气液分离腔的侧壁上设有通入内壳体内部的水蒸气回收孔(24)；所述收集水并回收的开口孔(23)与水蒸气回收孔(24)通过管路密封连接。2.根据权利要求1所述一种用于直接液体进料燃料电池的分离器，其特征在于：所述外壳体(12)与内壳体(13)壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洪法，李山，方金苗，杜慧平，
申请(专利权)人：中科军联张家港新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32