一种燃料电池用气液分离器制造技术

本发明专利技术为一种燃料电池用小型气液分离器，本发明专利技术的离心分离原理，水滴在蚊香盘管内做圆周运动，产生比重力沉降原理大400倍的沉降加速度，气液分离效果好。气液混合介质冷却气体经过蛇形腔室，在蛇形通道折返处撞击壁面，有效沉积，提高水回收效率。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池用气液分离器
本专利技术属于燃料电池部件的创新技术。确切的说，属于甲醇燃料电池气液分离器的创新技术。
技术介绍
目前，甲醇燃料电池以其能量转换效率高、无污染、低噪音等诸多优点成为新型能源研究热点。甲醇燃料电池因其可用于野外露营、车载电源和离网发电等功用，市场前景可观。体积最小化始终是燃料电池系统优化的目标，除有效利用空间外，系统内部部件的小型化是移动式燃料电池“瘦身”的根本解决途径。目前，百瓦级以上的甲醇燃料电池气液分离器体积大，原因在于其依靠重力分离原理，需要较长的液滴沉降距离。气液分离器是甲醇燃料电池水管理不可或缺的重要组成部分，但依靠重力分离原理的气液分离器体积优化潜力有限，阻碍了甲醇燃料电池移动电站进一步压缩体积。依靠重力分离原理的气液分离器是兼具了气液分离和水回收两种功能，本专利技术将两者分解，形成两个部分，前端采用离心气液分离原理，不仅比重力分离原理的气液分离器缩小了空间且强化了气液分离功能，与后端水回收部分形成一个整体，减小了系统集成体积，突破了系统体积比功率瓶颈。本专利技术在水回收盒底端设置加热底座，实现了燃料电池快速启动功能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种甲醇燃料电池用小型气液分离器，该分离器体积小，气液分离效果较好；安装于质子交换膜燃料电池，可以有效回收水，提高燃料电池水管理能力。本专利技术是通过下述方案加以实现的。分离器主体结构以聚醚酰亚胺或者其他耐甲醇腐蚀的工程塑料为原料，应用雕刻技术和粘接工艺实现，水回收盒上层为气液混合介质腔，内壁贴聚二甲基硅氧烷薄膜或者其他耐80度高温的疏水性材料。本专利技术结构如下：一种燃料电池用小型气液分离器，包括水回收盒，为一密闭腔室，于水回收盒内设有一横向隔板，横向隔板将水回收盒分别成上下二个密闭腔室，上部腔室为气液混合介质腔，下部腔室为溶液腔；于气液混合介质腔的侧壁面上设有气液混合介质腔进口和气体出口，于气液混合介质腔内进口和气体出口之间设有增加气液混合介质从进口到气体出口流道长度的竖向平板；于横向隔板上设有通孔，作为溶液腔的下行通道；于溶液腔上设有溶液排出口；溶液腔上部和气液混合介质腔上部通过管路连通。还包括一蚊香盘管，其是由一圆管按一圆心于同一平面内从内向外呈圆环状盘绕，或圆管沿一轴线从下向上呈螺旋状盘绕；气液混合介质腔进口与呈圆环状盘绕圆管靠近圆心处的圆管端口或呈螺旋状盘绕的圆管下端口相连。竖向平板为2个以上，竖向平板上端面与气液混合介质腔上壁面密闭贴接或连接，竖向平板下端面与横向隔板上表面密闭贴接或连接，竖向平板一个侧端面与气液混合介质腔侧壁面或另一竖向平板的一侧表面密闭贴接或连接，形成迷宫式蛇形通道。于溶液腔底部设有加热底座，加热底座内设有电加热元件。1.本专利技术蚊香盘管进口与燃料电池散热器出口相接，气液混合介质在蚊香盘管通道做旋转运动，水滴的沉降速度为而重力沉降速度为水滴的沉降加速度为重力沉降加速度为g，蚊香盘管内水滴的沉降速度比重力沉降速度大一个数量级，蚊香盘管内水滴的沉降加速度比重力沉降加速度大两个数量级，因此蚊香盘管的分离效率更高，所需沉降空间更小。2.蚊香盘管出口与后端的水回收盒上层为气液混合介质腔进口相接，进入到气液混合介质腔的水滴粒径较大，液滴碰撞迷宫式蛇形通道折返处，沿壁面滑落到通往溶液腔的下行通道，实现水的有效回收。3.水回收盒上层为气液混合介质腔内壁贴聚二甲基硅氧烷薄膜或者其他耐80度高温的疏水性材料，这有利于水滴沿壁面滑落，提高水回收效率。分离器主体结构以聚醚酰亚胺或者其他耐甲醇腐蚀的工程塑料为原料，保证分水器使用的耐久性和可靠性。4.电堆阳极出口的甲醇溶液通入下层溶液腔，入口方向平行于溶液腔平面，避免对于溶液液面的冲击，设置出口管路延伸到最低液位以下吸出溶液。5.气液混合介质腔高度不宜过低，否则截面积过小会使气体流速过快，不利于液滴的沉降；甲醇溶液腔高度不宜过低，否则甲醇溶液腔气压波动易造成甲醇溶液溢于气液混合介质腔。6.气液混合介质腔和溶液腔设置气压联通接口，用于平衡压力。气液混合介质腔和溶液腔压力不平衡会造成溶液溢于气液混合介质腔。7.在水回收盒底端设置加热底座，用于加热甲醇溶液，加热功能在燃料电池开机时使用，实现了燃料电池快速启动功能。本专利技术的有益效果如下：1.本专利技术的分离效果经过了计算流体力学方法的仿真分析验证，水滴在蚊香盘管内做圆周运动，产生比重力沉降原理大400倍的沉降加速度，模拟结果如图4所示，液态水由于离心力的作用在管路的外径区域流动，气液分离效果好。2.本专利技术的水回收盒气液混合介质的运动状态经过了计算流体力学方法的仿真分析验证，如图5，气液混合介质冷却气体经过蛇形腔室，在蛇形通道折返处撞击壁面，速度降低，水滴沿壁面进入下行通道，并延长了水滴在水回收盒的停留时间，提高水回收效率。3.在水回收盒底端设置加热底座，实现了燃料电池快速启动功能，经试验10分钟之内，完成燃料电池的启动过程。附图说明图1.分水器整体图图2.分水器侧视剖面图图3.分水器气液混合介质腔俯视剖面图图4.蚊香盘管内液相分布图图5.气液混合介质腔速度分布图图1、2和3中的附图标记为：1.蚊香盘管；2.水回收盒；3.气液混合介质腔；4.溶液腔；5.迷宫式蛇形通道；6.溶液腔的下行通道；7.气液混合介质腔进口；8.加热底座。具体实施方式实施例1.分离器主体结构以聚醚酰亚胺为原料，应用雕刻技术和粘接工艺完成，水回收盒上层为气液混合介质腔内壁贴聚二甲基硅氧烷薄膜，水回收盒底端加热底座用不锈钢316L材料。2.分离器结构分两部分，气液混合介质在前端经过离心蚊香盘管(1)通道，在后端经过水回收盒(2)；蚊香盘管(1)最外环延伸口为进口，与燃料电池散热器出口相接，最内环延伸口为出口与后端的水回收盒(2)进口相接，管径设置5mm，环绕5周；水回收盒(2)分上下两层腔室，上层为气液混合介质腔(3)，下层为溶液腔(4)；气液混合介质腔设置迷宫式蛇形通道(5)，布置4个隔板，在蛇形通道折返处设置通入溶液腔的下行通道(6)，气液混合介质腔进口(7)方向平行于气液混合介质腔(3)平面；电堆阳极出口的甲醇溶液通入下层溶液腔(4)，溶液腔入口方向平行于溶液腔(4)平面，溶液腔出口方向垂直于溶液腔平面，设置出口管路，在低液位处吸出溶液；气液混合介质腔(3)和溶液腔(4)设置气压联通接口，用于平衡压力。在水回收盒底端设置加热底座(8)，底座用不锈钢316L制作，设置5个加热棒用管道。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池用气液分离器，其特征在于：包括水回收盒，为一密闭腔室，于水回收盒内设有一横向隔板，横向隔板将水回收盒分别成上下二个密闭腔室，上部腔室为气液混合介质腔，下部腔室为溶液腔；于气液混合介质腔的侧壁面上设有气液混合介质腔进口和气体出口，于气液混合介质腔内进口和气体出口之间设有增加气液混合介质从进口到气体出口流道长度的竖向平板；于横向隔板上设有通孔，作为溶液腔的下行通道；于溶液腔上设有溶液排出口；溶液腔上部和气液混合介质腔上部通过管路连通。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用气液分离器，其特征在于：包括水回收盒，为一密闭腔室，于水回收盒内设有一横向隔板，横向隔板将水回收盒分别成上下二个密闭腔室，上部腔室为气液混合介质腔，下部腔室为溶液腔；于气液混合介质腔的侧壁面上设有气液混合介质腔进口和气体出口，于气液混合介质腔内进口和气体出口之间设有增加气液混合介质从进口到气体出口流道长度的竖向平板；于横向隔板上设有通孔，作为溶液腔的下行通道；于溶液腔上设有溶液排出口；溶液腔上部和气液混合介质腔上部通过管路连通。2.按照权利要求1所述气液分离器，其特征在于：还包括一蚊香盘管，其是由一圆管按...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海，张盟，孙公权，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21