專利名稱：用于直接甲醇燃料電池的再循環(huán)器及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種用于使用曱醇作燃料的直接曱醇燃料電池(DMFC)的再循環(huán)器和上述再循環(huán)器的操作方法，該再循環(huán)器使從層疊 組件和水中回收的未反應(yīng)的甲醇重新;故利用。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種通過化學(xué)反應(yīng)將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾姲l(fā)生 器。只要提供燃料燃料電池就不斷地產(chǎn)生電。燃料電池中的直接曱醇燃料 電池(DMFC)是一種用甲醇作燃料通過直接供給陽極的燃料和提供給 DMFC的陰極的氧氣之間的反應(yīng)產(chǎn)生電的裝置。在DMFC的陽極，通過下 面所示的化學(xué)反應(yīng)1產(chǎn)生電子，電子沿著移動(dòng)路徑移到陰極并通過如下所 示的化學(xué)反應(yīng)2產(chǎn)生H20。當(dāng)負(fù)載施加到移動(dòng)路徑，利用產(chǎn)生的電做功。化學(xué)反應(yīng)1CH3OH + H20 h C02 + 6H" + 6e-化學(xué)反應(yīng)23/2 02 + + 6e3H20通過泵送液態(tài)曱醇將曱醇供給陽極，這樣的DMFC ^^皮稱為主動(dòng)型 (active type) DMFC?；蛘?，當(dāng)曱醇在室溫蒸發(fā)時(shí)，蒸發(fā)的曱醇可流入陽 極，這樣的DMFC被稱為被動(dòng)型(passive type)DMFC。在此，將描述主動(dòng) 型DMFC。圖1是主動(dòng)型DMFC的結(jié)構(gòu)的功能模塊圖表。發(fā)生化學(xué)反應(yīng)1和2的 一個(gè)陽極和一個(gè)陰極的單一組件不能產(chǎn)生足夠的電壓，因此，利用由層疊 多個(gè)單個(gè)組件形成的層疊組件20。在層疊組件20中，層疊多個(gè)單元電池 使得在每個(gè)單元電池中，陽極和陰極分別形成于電解膜的相對(duì)兩側(cè)，從 而，通過每個(gè)單元電池產(chǎn)生的電的相加輸出大功率。主動(dòng)型DMFC包括作 為氧氣源將空氣供給陰極的氣泵60和儲(chǔ)存提供給陽極的曱醇的處理盒 30。在處理盒30中，高濃度的曱醇，例如，100%曱醇，被存儲(chǔ)。此外， 主動(dòng)型DMFC包括儲(chǔ)罐70，該儲(chǔ)罐用以儲(chǔ)存稀釋的具有0.5到2M濃度的 燃料，該燃料通過供給泵50提供給層疊組件20的陽極。通過經(jīng)燃料泵40 將水加到由處理盒30提供的高濃度曱醇中來獲得0.5到2M的濃度的稀釋 的曱醇。主動(dòng)型DMFC包括換熱器80,該換熱器降低從層疊組件20釋放出的 氣-液混合物溫度。即，換熱器80通過降低氣-液混合物的高溫濃縮從層疊 組件20釋放出的氣-液混合物中的蒸汽。此外，主動(dòng)型DMFC包括再循環(huán) 器10，該再循環(huán)器使產(chǎn)生電和作為電發(fā)生反應(yīng)的副產(chǎn)品的H20后從層疊 組件20中釋放的未反應(yīng)的曱醇再利用。由于再循環(huán)器10從層疊組件20 回收的氣-液混合物中分離未反應(yīng)的曱醇和水(副產(chǎn)品)，重新利用未反應(yīng) 的曱醇和水稀釋高濃度曱醇，再循環(huán)器10也被稱做氣-液分離器。而不包 括再循環(huán)器10，低濃度的曱醇會(huì)被儲(chǔ)存在處理盒30中。然而，在這種情 況，處理盒30的容量必須非常大。因此，如上所述，高濃度曱醇被儲(chǔ)存 在處理盒30中然后被逐步供給儲(chǔ)罐70被稀釋。圖2A和2B是用于圖1的主動(dòng)型DMFC的傳統(tǒng)再循環(huán)器10的結(jié)構(gòu)的 橫剖面圖。在圖2A的傳統(tǒng)再循環(huán)器10a中，氣體和液體靠重力分離； 即，氣體經(jīng)由殼體11的上端口 lla釋放出，比氣體稠密的液體經(jīng)由殼體 11的下端口 llb釋放出。液體包括在層疊組件20中沒有反應(yīng)的曱醇和作 為副產(chǎn)品生成的水，氣體包括作為氧氣源供給的空氣和在陽極從化學(xué)反應(yīng) 中生成的C02。被分離的液體適當(dāng)?shù)嘏c從處理盒30供給儲(chǔ)罐70的高濃度 曱醇混合，從而形成在層疊組件20中需要的適當(dāng)?shù)牡蜐舛葧醮加糜诋a(chǎn)生 電，并且如上所述，由供給泵50將混合物重新送給層疊組件。由于再循 環(huán)器10a利用重力工作，圖2A的再循環(huán)器10a的結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu) 點(diǎn)；然而，液體經(jīng)由其釋放的下端口 llb，必須設(shè)置在重力的方向。因 此，再循環(huán)器10a受限于重力的方向。主動(dòng)型DMFC更普遍地用于各種移 動(dòng)裝置中，由此，當(dāng)使用移動(dòng)裝置時(shí)傳統(tǒng)再循環(huán)器10a的下端口 llb可能 被移動(dòng)使得下端口 lib處于重力的反方向。在這種情況下，傳統(tǒng)再循環(huán)器 10a不能適當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)氣-液分離的功能。圖2B是另一種傳統(tǒng)再循環(huán)器10b的結(jié)構(gòu)，該再循環(huán)器為解決上述問 題而i殳計(jì)。即，如圖2B所示，傳統(tǒng)再循環(huán)器10b沒有利用重力作用，而 是，在殼體12的一個(gè)端口安裝疏水膜12a并在殼體12的另一個(gè)端口安裝
親水膜12b以便氣體能通過疏水膜12a排放，而液體能通過親水膜12b排 放。用這種方法，能夠不計(jì)重力的方向?qū)崿F(xiàn)氣-液分離，因此，主動(dòng)型 DMFC能用于移動(dòng)裝置。然而，隨著時(shí)間的推移，疏水膜和親水膜12a和 12b性能下降導(dǎo)致液體滲漏，因此，具有疏水膜和親水膜12a和12b的再 循環(huán)器10b難以使主動(dòng)型DMFC商業(yè)化。因此，有發(fā)展一種新再循環(huán)器結(jié)構(gòu)的必要，該再循環(huán)器能夠不考慮氣-液分離的方向不采用如性能隨著時(shí)間迅速下降的膜這樣的材料實(shí)現(xiàn)有效的 氣-液分離功能。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明各方面提供了一種具有能夠不計(jì)方位并能長期有效的保持性能 的再循環(huán)器的DMFC。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于直接曱醇燃料電池(DMFC) 的再循環(huán)器，所述再循環(huán)器包括容納從層疊組件中回收的氣-液混合物的 殼體、可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝于殼體中轉(zhuǎn)子和使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，其中，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)子時(shí)，發(fā)生相分離，使得氣-液混合物中的液體由于離心力主要處在殼體 的外部區(qū)域，氣體集中在殼體的中心區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述殼體可包括第一入口，所述氣-液混合 物通過該第一入口進(jìn)入；第二入口，高濃度曱醇通過該第二入口進(jìn)入將燃 料補(bǔ)充給層疊組件；氣體出口，該氣體出口用于排放在殼體中心區(qū)域收集 的氣體；和液體出口，該液體出口用于排放聚集在殼體外部區(qū)域的液體。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，連接到氣體出口的排放通道可包括彎曲部分 以改變氣體的方向。才艮據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，電機(jī)主體的一部分可部分地 裝在殼體中。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在殼體內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子外周之間可被形成為充分 狹小到0.2至1mm程度的間隙。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)殼體內(nèi)表面。所述轉(zhuǎn)子可包括 通過其延伸形成的多個(gè)孔。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述殼體可由金屬制成，可具有0.2到 0.5mm的厚度。才艮據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述殼體可包括殼體外部的翅片 和/或冷卻扇以提高冷卻效率。
根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)方面，再循環(huán)器還可包括測量殼體中液體水平面的 水平面?zhèn)鞲衅骱吞綔y殼體的重力方向的重力方向探測傳感器。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種用于DMFC的再循環(huán)器的操作方 法，包括準(zhǔn)備帶有殼體的再循環(huán)器，在該殼體中從層疊組件回收的氣-液 混合物由可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝于殼體中的轉(zhuǎn)子施加于氣-液混合物的離心力或重力 分離，且準(zhǔn)備重力方向探測傳感器以探測殼體的重力方向；用重力方向探 測傳感器探測液體出口的排放方向是否與重力方向成一直線，如果液體出 口的排放方向與重力方向不成一條直線，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子將離心力施于氣-液混合 物。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述方法還可包括通過打開設(shè)置在殼體中心 區(qū)域的氣體出口排放從氣-液混合物中分離的氣體和通過打開設(shè)置在殼體外 部區(qū)域的液體出口排放/人氣-液混合物中分離的液體。根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)方面，所述方法還可包括沿著至少彎曲 一次的排放 通道排放已從氣體出口釋放的氣體。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述方法還可包括在打開液體出口前用測量 殼體中液體的水平面的水平面?zhèn)鞲衅鱽泶_定殼體中液體的水平面是否適于正常操作。發(fā)明的其它方面和/或優(yōu)點(diǎn)將在下面的說明中部分地闡述，部分地，從 說明中顯而易見，或可通過發(fā)明的實(shí)踐領(lǐng)會(huì)到。
本發(fā)明上面的和/或其它特征和優(yōu)點(diǎn)將通過參考附圖對(duì)其實(shí)施例的詳細(xì) 描述變得更顯而易見其中圖1是傳統(tǒng)主動(dòng)型直接曱醇燃料電池(DMFC)的功能模塊結(jié)構(gòu)圖表；圖2A和2B是用于圖1的主動(dòng)型DMFC的傳統(tǒng)再循環(huán)器的橫剖面簡圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于直接曱醇燃料電池(DMFC)的再循 環(huán)器的結(jié)構(gòu)橫剖面筒圖；圖4A和4B分別是示出再循環(huán)器的各部件的分解透視圖和圖3的再循 環(huán)器的組裝狀態(tài)的透視圖；圖5是說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖3的再循環(huán)器的方法的流程圖；和 圖6示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖3的再循環(huán)器的氣體出口結(jié)構(gòu)透視圖。具體實(shí)施方法將詳細(xì)參照本發(fā)明的本實(shí)施例，在附圖中圖解其實(shí)例，其中相同的附 圖標(biāo)記始終標(biāo)識(shí)相同的元件。為了解釋本發(fā)明，通過參考附圖描述各實(shí)施例。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于直接甲醇燃料電池(DMFC)的再循 環(huán)器100的結(jié)構(gòu)橫剖面筒圖。圖4A和4B分別是示出再循環(huán)器100的各部 件的分解透視圖和圖3的再循環(huán)器100的組裝狀態(tài)的透視圖。參考圖3、 4A和4B，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于DMFC的再循環(huán)器100包括殼體 110、可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝于殼體110中并對(duì)應(yīng)于殼體110內(nèi)表面的轉(zhuǎn)子120和旋 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子120的電機(jī)130。即，再循環(huán)器100不靠重力或膜分離氣體和液體 而是代之以具有利用旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子120產(chǎn)生的離心力分離氣體和液體的結(jié)構(gòu)。 在此，電才幾130的一部分插入殼體110中以減小再循環(huán)器100的整體體 積，但再循環(huán)器100不限于此，電機(jī)130不必非插入殼體110中不可。此 外，再循環(huán)器100不限于用電機(jī)130旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子120,轉(zhuǎn)子可由其它機(jī)械裝 置或手工操作使其旋轉(zhuǎn)。如圖3所示，殼體110是大體圓柱體形狀，具有兩個(gè)大體平行的平 面，和連^l妄兩個(gè)平^f亍的平面的外周的側(cè)面，氣體出口 114在兩個(gè)平面之一 上在居中設(shè)置，而電機(jī)130在兩個(gè)平面的另一面上在居中設(shè)置。殼體110 包括第一入口 111，從層疊組件20 (參照?qǐng)D1)回收的氣-液混合物通過該 第一入口進(jìn)入；第二入口 112,由處理盒30(參照?qǐng)Dl)提供的高濃度曱 醇(例如100%曱醇)通過該第二入口進(jìn)入以補(bǔ)充送入層疊組件20的燃 料；液體出口 113,液體通過該液體出口排放；和氣體出口 114，氣體一旦 從氣-液混合物中分離即通過該氣體出口排放。第一入口 111、第二入口 112和液體出口通?？晌挥跉んw110的側(cè)面，^f旦這種位置不限于此。例 如，如圖3所示，第二入口 112位于殼體110的兩個(gè)大體平行的平面之一 的外周。此外，第一入口和液體出口 113可相對(duì)地位于殼體110側(cè)面但不 限于此。 如圖3所示，再循環(huán)器100也包括液體水平面?zhèn)鞲衅?40和重力方向 探測傳感器150,這些將結(jié)合圖4B更詳細(xì)地闡述。此外，供給泵50與圖 1中的類似，顯示出連接到液體出口 113。來自層疊組件20的氣-液混合物和來自處理盒30的高濃度曱醇分別 通過第一和第二入口 111和112進(jìn)入，由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)離心地分離的液體和氣 體分別通過液體出口 113和氣體出口 114排放。雖然從處理盒30供給再 循環(huán)器100高濃度的曱醇，但再循環(huán)器100不需要來自處理盒30的高濃 度曱醇，這樣類似于圖1所示，高濃度曱醇可與從液體出口 113排放的液 體在儲(chǔ)罐中混合。在所述轉(zhuǎn)子120和所述殼體110的內(nèi)壁之間形成大約0.2到lmm的十 分狹小的間隙d,轉(zhuǎn)子120具有與殼體110內(nèi)部形狀相似的形狀，使得轉(zhuǎn) 子包括面對(duì)殼體110上表面的一部分、面對(duì)殼體110側(cè)面的一部分和面對(duì) 殼體110下表面的一部分。狹小的間隙d防止液體流到氣體出口 114并有 助于離心力快速傳送到液體。即，形成狹小的間隙d是為了當(dāng)來自層疊組 件20的氣-液混合物被注入轉(zhuǎn)子120和殼體110之間的狹小間隙d時(shí)，將 由轉(zhuǎn)子120的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力有效地傳送到氣-液混合物的液體成分。通 過這種作用，氣-液混合物中的液體成分迅速從氣體中分離，并移到遠(yuǎn)離轉(zhuǎn) 子120的旋轉(zhuǎn)軸的外周方向，因此液體成分不會(huì)流入形成于殼體110中心 的氣體出口 114。轉(zhuǎn)子120具有不用考慮再循環(huán)器100的方位能實(shí)現(xiàn)均衡 的氣-液分離的形狀。即，不計(jì)再循環(huán)器100的方位，當(dāng)由于重力而液體接 觸到殼體110的內(nèi)壁時(shí)，轉(zhuǎn)子120同時(shí)將離心力施于液體，液體被移至轉(zhuǎn) 子120的向外方向。如圖4A所示，轉(zhuǎn)子120可是中空的，并且具有在轉(zhuǎn)子120的外周形 成許多孔的結(jié)構(gòu)。通過這種方法，增加了容納在殼體110中的液體的量。 此外，在圖4A中，再循環(huán)器200的殼體110是大體圓柱形。在內(nèi)部，殼 體容納相似形狀的轉(zhuǎn)子120以便可將適當(dāng)?shù)碾x心力施于進(jìn)入第一入口 111 的氣-液混合物上，以從氣體中分離液體。此外，圖4A所示的電機(jī)130至 少部分地設(shè)置在殼體110中以減少再循環(huán)器100的尺寸，但電機(jī)130不限 于此。電機(jī)130與轉(zhuǎn)子120連接并使其旋轉(zhuǎn)將離心力施于氣-液混合物上。 轉(zhuǎn)子120可具有許多形狀以充分地從氣體中分離液體，所示的是三維類蜘 蛛網(wǎng)狀或開口的大體圓柱體狀。轉(zhuǎn)子120的大體圓形平面對(duì)應(yīng)于設(shè)置有氣
體出口 114的殼體110的大體平面的內(nèi)表面。轉(zhuǎn)子120的大體圓形平面可 設(shè)置有多個(gè)孔。此外，轉(zhuǎn)子120具有對(duì)應(yīng)于殼體110的側(cè)壁的內(nèi)表面的側(cè) 面。轉(zhuǎn)子120的側(cè)面也可設(shè)置有多個(gè)孔。最后，轉(zhuǎn)子120具有另一個(gè)大體 圓形平面，對(duì)應(yīng)設(shè)置有電機(jī)的殼體110的另一個(gè)大體平面的內(nèi)表面。如圖 4A所示由于電機(jī)130至少部分地設(shè)置，轉(zhuǎn)子120的另一大體圓形平面包 括一個(gè)容納電機(jī)130的孔。當(dāng)電機(jī)130沒有如圖4A所示設(shè)置在殼體110 中時(shí)，轉(zhuǎn)子120的另一大體圓形平面不需要包括容納電機(jī)130的孔，可類 似于對(duì)應(yīng)于設(shè)置有氣體出口 114的殼體110大體平面的內(nèi)表面的轉(zhuǎn)子120 的大體圓形平面。因?yàn)閺膶盈B組件20進(jìn)入殼體110的氣-液混合物通常具有60-65 。C的 溫度，殼體110可由熱導(dǎo)性高的金屬制成；然而，當(dāng)氣-液混合物溫度高 時(shí)，液體能包含在氣體中，因此，增加了通過氣體出口 114與氣體一起排 放的液體的量。所以，要是為了便于散熱，殼體110由金屬制成，能降低 氣-液混合物的溫度。從而，減少了包含于氣體中液體的量，相應(yīng)的，減少 了與氣體一起排放的燃料的量。此外，金屬不應(yīng)與曱醇起反應(yīng)。殼體110可具有0.2到0.5mm的厚度。殼體110的外部還可包括翅片和/或冷卻扇以 提高冷卻效率。以這種方式，通過降低再循環(huán)器100中氣-液混合物的溫度 能提高水回收效率，而且，不用附加換熱器80，再循環(huán)器100能夠?qū)崿F(xiàn) 氣-液分離功能和熱交換功能。如圖4B所示，再循環(huán)器300的殼體110同樣具有大體圓柱形內(nèi)部， 雖然外部可包括平面?zhèn)让娴皇潜匦璧?。氣體出口 114位于殼體110的其 中一個(gè)大體平面的中心位置，并且，雖然未示出，電機(jī)130位于殼體110 的另一個(gè)大體平面上。此外，第二入口 112和液體出口 113位于殼體110 的其中一個(gè)大體平面的外周，但兩者都不限于此。再循環(huán)器還可包括水平 面?zhèn)鞲衅?40以測量殼體110中液體的水平面。水平面?zhèn)鞲衅?40沒有i殳 置在重力方向；然而，水平面?zhèn)鞲衅?40設(shè)置在轉(zhuǎn)子120的徑向上。由于 電機(jī)130帶動(dòng)轉(zhuǎn)子120旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力液體填充殼體110 —側(cè)的內(nèi)表 面，并在那里建立一個(gè)外周深度，也就是，關(guān)于殼體110 —側(cè)的內(nèi)表面或 內(nèi)周的深度。因此，當(dāng)液體水平面低時(shí)，在水平面?zhèn)鞲衅?40的外側(cè)或外 周探測到液體，當(dāng)液體水平面高時(shí)，在水平面?zhèn)鞲衅鞯耐鈧?cè)和中心側(cè)都才罙 測到液體。
再循環(huán)器300還可包括重力方向探測傳感器150以探測重力方向。包 括重力方向探測傳感器150旨在節(jié)省能量，并且使用重力方向探測傳感器 150的方法將在后面詳細(xì)il明。當(dāng)具有上述結(jié)構(gòu)的再循環(huán)器300工作時(shí)，來自層疊組件20的氣-液混 合物和來自處理盒30的高濃度曱醇分別通過第一和第二入口 111和112 進(jìn)入殼體110。當(dāng)氣-液混合物進(jìn)入殼體110時(shí)，電機(jī)130帶動(dòng)轉(zhuǎn)子120開 始旋轉(zhuǎn)。然后氣-液混合物開始在轉(zhuǎn)子120的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)?？哭D(zhuǎn)子120的 旋轉(zhuǎn)，比氣體稠密的液體，流向殼體110的外部區(qū)域，氣體集中在殼體 110的中心。在這種狀態(tài)，當(dāng)供給泵50運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，液體與氣體分離，即，曱 醇與水適當(dāng)混合的低濃度曱醇通過液體出口 113送到層疊組件20，從液體 中分離的氣體通過氣體出口 114排到殼體的外部。然而，本發(fā)明不必限于 此，如果沒有高濃度曱醇供給再循環(huán)器300;含曱醇的液體在輸送到層疊 組件20前可通過液體出口 113傳送到儲(chǔ)罐(類似于圖1的儲(chǔ)罐70)與高 濃度的曱醇混合而得到適當(dāng)?shù)臅醮紳舛?。此外，可向再循環(huán)器中加水以調(diào) 節(jié)供給儲(chǔ)罐70或?qū)盈B組件20的曱醇的濃度。由于再循環(huán)器300中的這種 分離利用由轉(zhuǎn)子120的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，能夠在不考慮殼體110的方位 下持續(xù)進(jìn)行。在液體出口 113的排放方向與重力方向成一直線的情況下，即使轉(zhuǎn)子 120不工作，重力引起的自然相分離也會(huì)發(fā)生。當(dāng)液體出口 113與重力方 向成一直線時(shí)可停止轉(zhuǎn)子120以減少電機(jī)130能耗。從而節(jié)約能量。重力 方向探測傳感器150探測液體出口 113的排放方向是否與重力方向成一直 線。此外，再循環(huán)器300不限于此，盡管與重力方向不完全成一直線，依 靠重力再循環(huán)器300也可從氣-液混合物中分離液體，也就是，為停止轉(zhuǎn)子 120并節(jié)約能量，從氣-液混合物中分離液體，液體出口 113的排列不必與 重力方向完全成一直線。如根據(jù)本發(fā)明概念的再循環(huán)器操作方法流程圖所 示，重力方向探測傳感器150可被啟動(dòng)，來節(jié)約能量并依次動(dòng)作，如圖5 所示。圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例圖3的再循環(huán)器100的使用方法流程圖； 然而這種方法可應(yīng)用到本發(fā)明所有方面和實(shí)施例中。首先，如上所述，準(zhǔn) 備再循環(huán)器100 (Sl),該再循環(huán)器利用殼體110中的轉(zhuǎn)子120產(chǎn)生的離心 力進(jìn)行氣-液分離并包括重力方向探測傳感器150。如果當(dāng)殼體110中液體
水平面很低時(shí)打開液體出口 113，足以不利地影響層疊組件20的大量的氣 體能夠通過液體出口 113進(jìn)入層疊組件20,所以為防止氣體進(jìn)入層疊組件 20,在實(shí)施氣-液分離前，轉(zhuǎn)子120旋轉(zhuǎn)的同時(shí)用水平面?zhèn)鞲衅?40測量殼 體110中液體水平面(S2)。因此，依據(jù)液體水平面是否達(dá)到正常工作標(biāo) 準(zhǔn)測量殼體110中的液體水平面(S3)。如果液體水平面沒有達(dá)到正常工 作標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)子120停止運(yùn)轉(zhuǎn)(S4)，報(bào)警燈被打開以顯示液體水平面不足 (S5)。然而，本發(fā)明概念不限于此，高濃度曱醇和/或水可供給再循環(huán)器 100以提高上述的液體水平面使系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行。另外，如果在步驟S3確定液體水平面在正常工作程度，在利用重力 方向探測傳感器150依據(jù)液體出口 113的排放方向與重力方向是否成一直 線方面，探測液體出口 113的排放方向(S6)。然而，本發(fā)明概念不限于 此，能夠在液體出口 113的排放方向和重力方向之間設(shè)置一個(gè)預(yù)定角度， 也就是，液體出口 113的排放方向不必直接或基本上與重力方向在一條直 線上。如果在步驟S6確定液體出口 113的排放方向與重力方向不在一條直 線，通過如上所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子120來進(jìn)行氣-液分離(S7)。此外，不論怎 樣，利用重力從氣體中分離液體液體出口 113的排放方向不必直接或基本 上與重力方向在一條直線上。否則，如果在步驟S6確定液體出口 113的 排放方向與重力方向在一條直線上，不用旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子120利用重力實(shí)現(xiàn)自然 相分離，因此，用再循環(huán)器IOO降低了能耗。在移動(dòng)裝置情況下，有時(shí)會(huì)改變殼體110的方向，因此，通過不斷測 量重力方向來確定是否旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子120。當(dāng)如上所述不旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子120而利用重力進(jìn)行自然相分離時(shí)，如果殼體 110的方位突然改變，在重力方向探測傳感器150探測殼體110方位的突 然改變并開始轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子120所需的時(shí)間期間存在一定量的液體流入氣體出 口 114的風(fēng)險(xiǎn)。為了去除這種風(fēng)險(xiǎn)，如圖6所述，連^l妄到氣體出口 114的 排放通道115可繞殼體110彎曲，這樣排放通道115的排放方向至少彎曲 一次。即，如果排放通道115的排放方向以一定角度彎曲，也就是，排放 通道115不是直的排》文通道，即^f吏殼體110的方位突然改變，也可以防止 突然流入氣體出口 114的大量液體通過排放通道115流動(dòng)。由于不管 DMFC是否在工作，使用者能使DMFC處于各種方向，如圖6所示，彎曲的排放通道115,防止大量液體進(jìn)入氣體出口 114并完全流過排放通道115 的風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)于圖6的細(xì)節(jié)，再循化器400的排放通道115從氣體出口 114圍繞 或關(guān)于殼體110彎曲。雖然所述的排放通道115圖解為關(guān)于殼體110有多 個(gè)90。彎曲，來自氣體出口的排放通道115不必限于此， 一個(gè)彎曲足以防 止一定量的液體通過排;改通道115 /人氣體出口 114流動(dòng)。如圖6所示，氣 體出口 114位于大體圓柱形殼體110的平面的中心。排;改通道115彎曲并 從氣體出口 114徑向延伸。排放通道115關(guān)于大體圓柱形殼體110的平面 的外周彎曲以沿著其側(cè)面向下延伸。排放通道115再一次彎曲，以沿著與 設(shè)置有氣體出口 114的大體平面相對(duì)的另一大體平面延伸。然后排放通道 115在該另一大體平面的外周彎曲，以沿著大體圓柱形殼體110的側(cè)面朝 著設(shè)置有氣體出口 114的大體平面延伸。然后排放通道朝向氣體出口 114 彎曲，以從設(shè)置有氣體出口 114的大體平面的外周向中心區(qū)域延伸。在中 心區(qū)域附近，排放通道115再次朝向外周彎曲，在大體平面的外周處沿大 體圓柱形殼體110的側(cè)面彎曲。沿所述另一大體平面彎曲以在其上橫過延 伸，在所述另一大體平面的外周再彎曲以沿殼體110的側(cè)面延伸，朝中心 區(qū)域彎曲，并最后與氣體出口 114的出口大體在一條直線上。如圖6所示 每個(gè)彎曲大約為90°;然而本發(fā)明概念不限于此，排放通道115中的彎曲 可大于或小于90°,僅需當(dāng)殼體110的方位改變時(shí)足以防止液體沿排放通 道115流動(dòng)。如上所述，可以實(shí)現(xiàn)這樣一種DMFC，其具有不計(jì)重力方向使用并能 在一定時(shí)間內(nèi)保持高性能的再循環(huán)器。根據(jù)本發(fā)明各方面的再循環(huán)器有以下和/或其它優(yōu)點(diǎn)首先，由于氣-液分離因轉(zhuǎn)子的被動(dòng)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力實(shí)現(xiàn)，液體出口不需要與重力方向 成一直線，因此，再循環(huán)器能夠不考慮其方位有效地用于移動(dòng)裝置中。其 次，由于沒有使用隨時(shí)間性能迅速下降的膜，再循化器能具有有效的長的 使用壽命。第三，由于如上所述連接到氣體出口的排放通道被彎曲，能防 止意外的液體滲漏到氣體出口。第四，通過包括重力方向探測傳感器探 測，當(dāng)殼體的液體出口與重力方向一致時(shí),即使轉(zhuǎn)子不運(yùn)轉(zhuǎn)再循化器也能利 用重力進(jìn)行氣-液分離。第五，由于再循環(huán)器的殼體自身作為儲(chǔ)存空間，不 需要包括附加的儲(chǔ)存從氣-液混合物分離的液體的儲(chǔ)存空間，因此，能減小
DMFC的體積，實(shí)現(xiàn)簡單的DMFC結(jié)構(gòu)。第六，由于在再循環(huán)器中從處理 盒接收的高濃度曱醇因?yàn)檗D(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能快速的與水混合，具有均衡濃度的 甲醇能被供給層疊組件。雖然已經(jīng)圖示和描述了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背 離本發(fā)明的原理和精神下可以對(duì)這些實(shí)施例作出各種改進(jìn)，本發(fā)明的范圍 由權(quán)利要求書及其等價(jià)物限定。
權(quán)利要求
1. 一種用于直接甲醇燃料電池(DMFC)的再循環(huán)器，該再循環(huán)器包括殼體，從層疊組件回收的氣-液混合物容納在該殼體中；轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在殼體中；和電機(jī)，該電機(jī)旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子，其中，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)生相分離，使得氣-液混合物中的液體由于離心力主要收集在殼體外部區(qū)域，而氣體被收集在殼體的中心區(qū)域。
2. 如權(quán)利要求1所述的再循環(huán)器，其中所述殼體包括 第一入口 ，氣-液混合物通過該第一入口進(jìn)入；第二入口，高濃度曱醇通過該第二入口進(jìn)入，以提高從氣-液混合物中 分離的液體的曱醇濃度；和氣體出口，被收集在殼體中心區(qū)域的氣體通過該氣體出口排放；和 液體出口 ，聚集在殼體的外部區(qū)域的液體通過該液體出口排^l。
3. 如權(quán)利要求2所述的再循環(huán)器，還包括排放通道，該排放通道連接 到氣體出口以改變從氣體出口排放的氣體方向，防止從氣-液混合物中分離 的液體隨著從氣-液混合物中分離的氣體排出。
4. 如權(quán)利要求3所述的再循環(huán)器，其中所述排放通道圍繞殼體至少彎 曲一次。
5. 如權(quán)利要求1所述的再循環(huán)器，其中電機(jī)主體的一部分安裝在殼體中。
6. 如權(quán)利要求1所述的再循環(huán)器，其中在殼體內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子的外周之間 的間隙是0.2到lmm。
7. 如權(quán)利要求1所述的再循環(huán)器，其中轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)于殼體內(nèi)表面。
8. 如權(quán)利要求1所述的再循環(huán)器，其中轉(zhuǎn)子包括通過其延伸的多個(gè)孔。
9. 如權(quán)利要求1所述的再循環(huán)器，其中殼體由金屬制成。
10. 如權(quán)利要求1所述的再循環(huán)器，其中殼體具有0.2到0.5mm的厚度。
11. 如權(quán)利要求1所述的再循環(huán)器，還包括測量殼體中液體水平面的 水平面?zhèn)鞲衅鳌?br>
12. 如權(quán)利要求1所述的再循環(huán)器，還包括探測殼體的重力方向的重 力方向探測傳感器。
13. 如權(quán)利要求12所述的再循環(huán)器，其中如果所述重力方向探測傳感 器確定液體出口與重力方向充分成一直線，則轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)，利用重力從氣-液混合物中分離液體。
14. 如權(quán)利要求1所述的再循環(huán)器，還包括設(shè)置在殼體外部的冷卻翅片。
15. —種用于DMFC的再循壞器的操作方法，包括 準(zhǔn)備包括殼體的再循環(huán)器，從層疊組件回收的氣-液混合物在該殼體中憑借被施于該氣-液混合物上的離心力或重力被分離；探測液體出口的排放方向是否與重力方向成一直線；和如果液體出口的排放方向與重力方向不成一直線而足以利用重力分離氣-液混合物，則 一夸離心力施于該氣-液混合物上。
16. 如權(quán)利要求15所述的操作方法，還包括打開設(shè)置在殼體中心區(qū)域的氣體出口 ，以排放從氣-液混合物中分離的 氣體；和打開設(shè)置在殼體外部區(qū)域的液體出口 ，以排放從氣-液混合物中分離的液體。
17. 如權(quán)利要求16所述的操作方法，還包括沿著至少彎曲一次的排放 通道通過氣體出口4非i文氣體。
18. 如權(quán)利要求17所述的操作方法，其中，所述排放通道圍繞殼體彎 曲幾次。
19. 如權(quán)利要求16所述的操作方法，還包括在打開液體出口前4笨測殼 體中液體的水平面，以確定該液體水平面是否適于正常操作。
20. 如權(quán)利要求15所述的操作方法，還包括如果液體出口與探測的重 力方向充分成一直線，則利用重力從氣-液混合物中分離液體和氣體。
21. 如權(quán)利要求15所述的操作方法，還包括測量殼體中的液體水平 面，以確定液體水平面是否足以進(jìn)行正常4喿作。
22. 如權(quán)利要求21所述的操作方法，還包括如果確定液體水平面不 足，則不施加離心力于氣-液混合物上。
23. 如權(quán)利要求21所述的操作方法，還包括如果確定液體水平面不 足，則發(fā)出警報(bào)。
24. 如權(quán)利要求15所述的操作方法，其中，轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在殼體 中，以將離心力施于氣-液混合物上。
25. —種直接曱醇燃料電池(DMFC)系統(tǒng)，包括 從曱醇和氧氣產(chǎn)生電的燃料電池層疊組件；儲(chǔ)罐，該儲(chǔ)罐儲(chǔ)存曱醇并且甲醇在該儲(chǔ)罐中甲醇被混合到適當(dāng)?shù)臐舛龋怨┙o到燃料電池層疊組件；處理盒，該處理盒儲(chǔ)存高濃度曱醇，以在儲(chǔ)罐中進(jìn)行混合；和 分離由層疊組件提供的氣-液混合物的再循環(huán)器，所述再循環(huán)器包括 殼體，由層疊組件提供的氣-液混合物在該殼體中通過施于氣-液混合物上的離心力4皮分離；轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在殼體中，以將離心力施于氣-液混合物；和電才幾，該電初^走轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，其中，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子時(shí)，發(fā)生相分離，使得氣-液混合物中的液體由 于離心力而主要被收集在殼體的外部區(qū)域，并且氣體被收集在殼體的中心 區(qū)域，其中在再循環(huán)器中從氣-液混合物中分離的液體被提供給儲(chǔ)罐。
全文摘要
一種用于用甲醇作為直接供給燃料的直接甲醇燃料電池(DMFC)的再循環(huán)器，該再循環(huán)器包括殼體，從層疊組件回收的氣-液混合物容納其中；轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在殼體中；和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的電機(jī)，其中，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子時(shí)，產(chǎn)生相分離，由于離心力使得氣-液混合物中的液體主要被收集在殼體的外部區(qū)域，而氣體被收集在殼體的中心區(qū)域。從而，由于殼體的液體出口與重力方向不必在一條直線上，該再循環(huán)器可以用在方位偶爾改變的移動(dòng)裝置中。此外，該再循環(huán)器不使用性能隨時(shí)間迅速下降的膜，以便能保持長期使用的有效性能。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101399348SQ20081016179
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者丁英洙, 趙慧貞 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社