[实用新型]一种用于直接液体燃料电池的气液分离器

说明书

本实用新型公开了一种用于直接液体燃料电池的气液分离器，包括上分离腔和下分离腔两个腔体，腔体之间由一隔板结构隔开，隔板结构上设有一下水管，连通上分离腔和下分离腔；上分离腔上端设有排气口和与电堆阴极冷凝器出口管路连接的阴极气液混合物进口，上分离腔和下分离腔内均设有若干折流板；隔板结构侧面上设有气体入口和与电堆阳极出口管路连接的阳极气液混合物进口；隔板结构上还设有用于将下分离腔分离出的气体排出的气体出口，气体出口与气体入口通过管路相连接，气体入口经隔板结构内部的通道与上分离腔连通。本实用新型通过折流板的设计，提高了分离效率，降低了设备高度。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种用于直接液体燃料电池的气液分离器。

背景技术

直接甲醇燃料电池DMFC的工作原理如图1。其阳极和阴极催化剂分别为Pt-Ru/C(或Pt-Ru黑)和Pt-C。其电极反应为

阳极：CH₃OH+H₂O→CO₂+6H++6e^-

阴极：1.5O₂+6e^-+6H⁺→3H₂O

电池的总反应为CH₃OH+1.5O₂→2H₂O+CO₂。

直接甲醇燃料电池DMFC在反应过程中，参与阳极循环的低浓度甲醇溶液；消耗1mol甲醇需要消耗1mol水，同时生成1molCO₂及6mol质子和6mol电子；当阳极消耗1mol甲醇的同时，相对应阴极会消耗3/2mol氧气，生成3mol H₂O。质子穿过交换膜H₃O⁺的形式穿过，之所以在阴极会有比较多的水产生。从原理图中可以看出，阳极需要将CO₂从甲醇水溶液中进行分离，为了满足水平衡，阴极需要对部分水回收，将剩余的N₂及O₂进行分离。直接甲醇燃料电池DMFC需要气液分离器对气体和液体进行分离，将气体以废气形式排出，对冷凝水回收继续参与系统循环。现有分液分离器大多基于重力分离法，重力分离法分离效率差，需要气流速度慢，致分离器尺寸效高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于用于解决上述技术问题，提供一种用于直接液体燃料电池的气液分离器，本实用新型通过折流板的设计，提高了分离效率，降低了设备高度。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案是：一种用于直接液体燃料电池的气液分离器，包括上分离腔和下分离腔两个腔体，腔体之间由一隔板结构隔开，隔板结构上设有一下水管，连通上分离腔和下分离腔；上分离腔上端设有排气口和与电堆阴极冷凝器出口管路连接的阴极气液混合物进口，上分离腔和下分离腔内均设有若干折流板；

隔板结构侧面上设有气体入口和与电堆阳极出口管路连接的阳极气液混合物进口；隔板结构上还设有用于将下分离腔分离出的气体排出的气体出口，气体出口与气体入口通过管路相连接，气体入口经隔板结构内部的通道与上分离腔连通；

下分离腔侧面上设置有与燃料罐相连接的燃料进料口和与电堆阳极入口管路连接的溶液出口。在DMFC系统中，质子是以H₃O⁺的形式穿过交换膜，并且阴极会生成水，故电堆阴极出口主要包含有液态水、水蒸汽、氧气、氮气。通过冷凝器后，大部分水蒸汽冷凝成水。根据当前DMFC系统需求，需要将水蒸汽进行分离回收才能满足水平衡的要求。在本方案的气液分离中，采用了重力分离和折流挡板相结合的方式。重力分离利用气液重力差，分离腔使气流速度降低，气流中细微的液滴下沉与气体分离。折流板使气流在折流板处速度发生突变，液滴与折流板撞击后聚集在折流板上，以此方式来分离。