一种燃料电池用膜分离式气液分离器的制作方法

本发明涉及燃料电池领域，具体地说是一种燃料电池用膜分离式气液分离器。适用于运行环境有方向变化的移动便携式燃料电池系统，可以实现±90°方向无障碍运行。

背景技术：

直接甲醇燃料电池(dmfc)是将甲醇中的化学能直接转化为电能的一种化学反应装置。dmfc具有结构简单、燃料不需要重整、反应产物主要为水和二氧化碳，是环境友好的绿色能源等优点，被认为是十分理想的小型化可移动电源之一，在交通、通讯、军事、航天等方面具有广阔的应用前景。

相较于大中型的固定式燃料电池系统来说，移动便携式燃料电池系统的运行方向可能时刻在发生变化，这对于采用液体供料的dmfc系统来说是致命的。由于液体有受重力向低洼处聚集的特性，传统单靠重力实现气液分离和供料的方式已经无法满足要求。

技术实现要素：

一种燃料电池用膜分离式气液分离器，包括气液分离器1和阴极膜分离组件2；

气液分离器1包括一密闭腔室，于腔室中部设有一隔板将腔室分割为上部的气体分离腔3和下部的储液腔4，隔板上设有通孔连接气体分离腔3和储液腔4，气体分离腔3前后左右四个方向的侧壁面上均开设有通孔，通孔内放置有阳极膜分离组件5，于气体分离腔3上部设有混合气回收口8；

于储液腔4上部侧壁面上设有阳极供料口9和阳极回料口10；于储液腔4内设有软管11，软管11一端与阳极供料口9密闭连通，另一端插入带通孔的重锤12的通孔内。

阴极膜分离组件2由底板13、防水透气膜7、支撑板14顺序层叠构成，于底板13面向防水透气膜7一侧表面设有蛇形混合气流场15，于蛇形混合气流场15两端的底板上设有二个通孔，分别为混合气入口16和混合气出口17；蛇形混合气流场15四周边缘的底板表面与防水透气膜7的四周边缘密闭连接，支撑板14的四周边缘与防水透气膜7的四周边缘密闭连接，支撑板14为栅板或筛板。

混合气回收口8与混合气出口17通过管路连接。

阳极膜分离组件5由支撑板6、防水透气膜7、支撑板6顺序层叠构成，支撑板6的四周边缘与防水透气膜7的四周边缘密闭连接，支撑板6为栅板或筛板，支撑板6的四周边缘与通孔的四周边缘密闭连接。

阳极供料口9用于连接电池或电堆阳极进口，阳极回料口10用于连接电池或电堆阳极出口。

所述混合气入口16用于连接燃料电池系统中的冷凝器。

从混合气入口16至混合气出口17构成蛇形混合气流场15的流道18垂直于流体流动方向的截面面积逐渐减小。

软管9由氟橡胶或硅胶材料制成；防水透气膜7由憎水性的ptfe、pvdf多孔膜制成。

如图1所示，膜分离式气液分离器由气液分离器和阴极膜分离组件组成，可以实现分离系统±90°内任意方位正常工作。

气液分离器由储液腔和气体分离腔组成。

储液腔内设有阳极供料口和阳极回料口。阳极供料口用于连接电堆阳极进口，阳极回料口用于连接电堆阳极出口。供料口管路的另一端连接有方向敏感软管和重锤。重锤中心开有小孔，用于将储液腔与阳极供料口连通。方向敏感软管与重锤的组合可以实现在±90°方向内连续对电堆阳极进行供料。重锤的重量与方向敏感软管的性能相匹配，保证在±90°方向内软管不会打死弯。方向敏感软管应选择氟橡胶、硅胶等耐甲醇材料。重锤应选择不锈钢等既能耐甲醇腐蚀又能提供所需重量的材料。

气体分离腔设有混合气回收口，用于连接阴极膜分离组件的混合气出口。

气体分离腔在四周的表面上设有阳极膜分离组件用于分离气体。这样设计可以保证系统±90°内任意方位均有一定有效面积来进行气体分离工作。阳极膜分离组件由防水透气膜支撑栅、防水透气膜和防水透气膜盖板组成。防水透气膜支撑栅和防水透气膜盖板对防水透气膜起支撑作用，两者对应位置设有长条孔，将防水透气膜两面分别与气体分离腔和大气接触。防水透气膜与两支撑之间用结构胶进行密封。

如图2所示，阴极膜分离组件由阴极膜分离底板、防水透气膜和阴极膜分离盖板组成。与阳极膜分离组件类似，阴极膜分离底板和阴极膜分离盖板对防水透气膜起支撑作用。阴极膜分离盖板在与阴极膜分离底板混合气流道对应位置设有长条排气孔，将防水透气膜两面分别与混合气和大气接触。防水透气膜与两支撑之间可以用密封线、密封片或者结构胶进行密封。

阴极膜分离组件的混合气入口上接冷凝器(散热器)出口，这样设计可以将电堆阴极出来的混合气中的水尽可能回收。混合气出口下接气体分离腔的混合气回收口。未被阴极膜分离组件分离的气体和电堆阳极的二氧化碳在气体分离腔的阳极膜分离组件进一步分离。

阴极膜分离组件的混合气流道的进出口之间应该有一定的压差，用于提高膜分离效率。在出口压力较大时可以采用等截面的蛇形流道。出口压力较小时可以采用截面积逐渐减小的蛇形流道，如图3所示。流道截面积和流道长度可根据整体结构强度、压差大小、接口位置进行设计。

阴极膜分离组件的阴极膜分离底板和盖板之间设有螺纹紧固孔，用于防水透气膜密封和整体装配。

本发明具有以下有益效果及优点

1.利用软管和重锤的简单组合，实现±90°方向的阳极供料；

2.阳极气液分离器与阴极气液分离器独立设计，在不增加结构复杂程度的情况下实现了±90°方向的气液分离与水回收目标；

3.本发明避免了纯重力气液分离带来的液体外喷的弊病。

附图说明

图1是本发明的气液分离器结构图；

图2是本发明的阴极膜分离组件结构图；

图3是本发明阴极膜分离组件流道结构图。

具体实施方式

为进一步说明本发明，列举以下实施例。

气液分离器和阴极膜分离组件主体由pc材料机加工制成。

气液分离器1包括一密闭腔室，于腔室中部设有一隔板将腔室分割为上部的气体分离腔3和下部的储液腔4，隔板上设有通孔连接气体分离腔3和储液腔4，气体分离腔3前后左右四个方向的侧壁面上均开设有通孔，通孔内放置有阳极膜分离组件5，于气体分离腔3上部设有混合气回收口8；

于储液腔4上部侧壁面上设有阳极供料口9和阳极回料口10；于储液腔4内设有软管11，软管11一端与阳极供料口9密闭连通，另一端插入带通孔的重锤12的通孔内。

阴极膜分离组件2由底板13、防水透气膜7、支撑板14顺序层叠构成，于底板13面向防水透气膜7一侧表面设有蛇形混合气流场15，于蛇形混合气流场15两端的底板上设有二个通孔，分别为混合气入口16和混合气出口17；蛇形混合气流场15四周边缘的底板表面与防水透气膜7的四周边缘密闭连接，支撑板14的四周边缘与防水透气膜7的四周边缘密闭连接，支撑板14为栅板。

混合气回收口8与混合气出口17通过管路连接。

阳极膜分离组件5由支撑板6、防水透气膜7、支撑板6顺序层叠构成，支撑板6的四周边缘与防水透气膜7的四周边缘密闭连接，支撑板6为栅板，支撑板6的四周边缘与通孔的四周边缘密闭连接。

阳极供料口9用于连接电堆阳极进口，阳极回料口10用于连接电堆阳极出口。

所述混合气入口16用于连接燃料电池系统中的冷凝器。

从混合气入口16至混合气出口17构成蛇形混合气流场15的流道18垂直于流体流动方向的截面面积逐渐减小。

重锤采用316l不锈钢，软管采用φ4×1mm硅胶管制成，防水透气膜采用ge公司商品1微米憎水ptfe多孔膜。

用硅胶管将阳极供料口与燃料电池系统内的阳极供料泵、电堆阳极进口连接，电堆阳极出口与阳极回料口连接，电堆阴极出口与冷凝器(散热器)、混合气入口连接，混合气出口与混合气回收口连接。开启燃料电池系统，重锤带动软管可实现±90°阳极供料，四面设置的阳极膜分离组件可实现±90°气液分离。

以上所述，仅是本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不仅限于以上内容。基于本发明所披露的技术的变化、替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。