[实用新型]一种用于直接液体进料燃料电池的分离器

说明书

本实用新型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。本实用新型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。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，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。

背景技术

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CN 101997127 A，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。该发明虽然具有一定效果。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CN 106898801 A，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。