一种气液分离器的制作方法

本发明涉及一种气液分离器，该气液分离器分离且排出从燃料电池排出的废气，留下液态水。

背景技术：

液体燃料电池尤其是以直接甲醇燃料电池具有高比能量的特性，在便携式移动电源领域具有无法比拟的优势。

液体燃料电池在工作时，需要从电堆排出的气、液混合物中分离出液态水，排出废气，这就是气液分离器的功能。便携式燃料电池的工作环境和移动式、固定式大不相同，其突出特点就是其姿态总是在变化当中，且变化幅度十分巨大。当排气孔方向固定，则在某些位置上会出现没入液位以下导致喷水的状况发生，无法满足任何姿态的正常使用。本发明提供了一种可以实现与竖直轴线成±90°空间任何姿态的正常使用。

技术实现要素：

本发明涉及一种气液分离器，该气液分离器分离且排出从燃料电池排出的废气，留下液态水。

一种气液分离器，包括密闭的储液腔，于储液腔侧壁上设有混合物入口和液体出口，位于储液腔内的液体出口一端与软管一端相连，于软管另一端设有重锤；

于储液腔上方固接有一密闭的分离腔，分离腔底部与储液腔上部相连通；

于分离腔内部设有一电机，于电机的输出轴上设有排气管，排气管为一弯管，一端为气体入口端，另一端为气体出口端；排气管的气体出口端与输出轴同轴设置；

于分离腔上方设有下端开口的密闭筒状排气腔，排气腔下开口端与分离腔上壁面密封连接，排气管的气体出口端穿过分离腔上壁面伸入至排气腔内；排气管的气体出口端与分离腔上壁面间设有可转动密封连接；于排气腔侧壁面上设有气体出口；

于储液腔侧壁面上设有三轴电子陀螺仪，三轴电子陀螺仪经处理器与电机驱动器信号连接，电机驱动器通过导线与电机相连。

排气管的气体入口端沿输出轴的径向设置。

通过三轴电子陀螺仪来感知气液分离器所处的姿态，进而通过电机来调整排气管气体入口端的方向，使排气管气体入口端总是朝向反地心方向的最高端附近，从而实现气液分离的方向自适应能力。

气体出口端与分离腔上壁面间设有密封圈，气体出口端穿套有挡圈。

于分离腔内部设有电机支架，电机固定于电机支架上，电机支架与分离腔内壁面固接。

电机为步进电机或伺服电机或其它可用信号进行位置控制的执行器；处理器为单片机或其它可用于数据处理的电路系统；电机驱动器为相对编码器步进电机驱动器、绝对编码器步进电机驱动器、相对编码器伺服电机驱动器或绝对编码器伺服电机驱动器。

本发明涉及便携式液体燃料电池用主动式方向适应性气液分离器。气液分离器包括方向自适应组件、重锤吸液组件、储液腔、分离腔、排气腔。方向自适应组件包括电机、电机支架、排气管、紧定螺钉、密封圈、挡圈等。重锤吸液组件由重锤、软管组成。方向自适应组件通过电路板上的三轴电子陀螺仪来感知气液分离器所处的姿态，进而通过电机来调整排气管角度，使排气管总是朝向反地心方向，从而实现气液分离的方向自适应能力。

附图说明

图1是气液分离器整体结构正视图的全剖视图。

图2是气液分离器在与竖直方向成-90°角度下的正视图的全剖视图。

图3是气液分离器在与竖直方向成+90°角度下的正视图的全剖视图。

图4是圆形分离腔及排气管俯视图的剖视图。

图5是方形分离腔及排气管俯视图的剖视图。

具体实施方式

如图1所示，气液分离器包括排气腔1、方向自适应组件8、分离腔9、重锤吸液组件12、储液腔14。电堆阴极出来的气、液混合物通过管路连接到混合物入口13，在分离腔9和储液腔14内通过重力分离将水分离出来。分离的废气通过排气管4排出到排气腔1，进而从气液分离器排出。

如图1所示，排气腔1与分离腔9通过密封连接到一起。分离腔9与储液腔14通过密封连接到一起，在两者接触面上开有连通孔。

如图1所示，方向自适应组件8包括挡圈2、密封圈3、排气管4、紧定螺钉5、电机6、电机支架7。电机6固定在电机支架7上，其输出轴端与排气管4一端的中心孔安装，并用紧定螺钉5固定。电机支架7放在分离腔9对应的定位槽内。排气管4另一端通过密封圈3与分离腔9密封活动连接，用挡圈2对其进行轴向限位。方向自适应组件8首先通过安装在气液分离器壁面的三轴电子陀螺仪16来获得位置信号，其次通过处理器17来计算气液分离器所处的姿态，最后通过向驱动器18发送信号来控制电机6调整排气管4角度，使排气管4总是朝向反地心方向，从而实现气液分离的方向自适应能力。这样的设计，保证了排气管4的废气入口不会没入水中而造成废气无法排出。

分离腔9的截面形状可以是圆形、方形或者其他形式的异形。排气管4可以选择工程塑料或者金属制作。排气管4在分离腔9内的周边空间如图4、图5所示。排气管4排气入口周边有充足的的空间用于气体流动，降低流动阻力。

重锤吸液组件12由软管10和重锤11组成。气液分离器通过阳极出口15与电堆阳极入口连接。如图2和图3所示，在处于与竖直方向成±90°角度时，软管10在重锤11的作用下，偏向重力方向弯曲，保证了与液位面同方向的变化，满足与竖直方向成±90°阳极供料。

气液分离器按照中心对称布置，保证气液分离器水平放置时液面不超过水平放置时储液腔14内腔高度的2/3为设计原则。储液腔14的结构和标称液面高度要综合考虑进行设计。

1、使用在直接甲醇燃料电池系统内。排气腔、分离腔、储液腔、电机支架、排气管等由pc材料机加工制成。重锤采用黄铜h96机加工后镀金处理制成，尺寸为直径φ10mm，高度12mm。紧定螺钉采用316不锈钢材质gb/t73-1985，m3×3mm开槽平端紧定螺钉，挡圈采用316不锈钢材质gb/t896-1986，m5mme型开口挡圈。电机密封圈采用内径φ4×1mmo型密封圈。软管采用4×1mm硅胶软管，长度为55mm。电机及驱动器分别采用faulhaberpa2-50微型直流伺服电机及其配套的驱动器。三轴电子陀螺仪选用yunhui公司的mpu9250。处理器采用tqfp64封装的atmega128。采用排气腔外径φ16mm，壁厚1mm，高度9mm；分离腔直径φ50mm，壁厚1mm，高度40mm；储液腔为φ70mm，高度80mm，壁厚1mm。

2、将储液腔内加入水至液面高度为50mm，燃料电池电堆的阴极出口通过软管与储液腔混合物入口相连接。储液腔阳极出口与系统液泵连接，开设甲醇入口与系统甲醇泵相连接。开启燃料电池系统，气液分离器可实现水平面上±90°角度内的气液分离。

技术特征：

1.一种气液分离器，包括密闭的储液腔[14]，于储液腔[14]侧壁上设有混合物入口[13]和液体出口，位于储液腔[14]内的液体出口一端与软管[10]一端相连，于软管[10]另一端设有重锤[11]；

于储液腔[14]上方固接有一密闭的分离腔[9]，分离腔[9]底部与储液腔[14]上部相连通；

于分离腔[9]内部设有一电机[6]，于电机的输出轴上设有排气管[4]，排气管[4]为一弯管，一端为气体入口端，另一端为气体出口端；排气管[4]的气体出口端与输出轴同轴设置；

于分离腔[9]上方设有下端开口的密闭筒状排气腔[1]，排气腔[1]下开口端与分离腔[9]上壁面密封连接，排气管[4]的气体出口端穿过分离腔[9]上壁面伸入至排气腔[1]内；排气管[4]的气体出口端与分离腔[9]上壁面间设有可转动密封连接；于排气腔[1]侧壁面上设有气体出口；

于储液腔[14]侧壁面上设有三轴电子陀螺仪[16]，三轴电子陀螺仪[16]经处理器[17]与电机驱动器[18]信号连接，电机驱动器[18]通过导线与电机[6]相连。

2.按照权利要求1所述气液分离器，其特征在于：

排气管[4]的气体入口端沿输出轴的径向设置。

3.按照权利要求1或2所述气液分离器，其特征在于：通过三轴电子陀螺仪[16]来感知气液分离器所处的姿态，进而通过电机[6]来调整排气管[4]气体入口端的方向，使排气管[4]气体入口端总是朝向反地心方向的最高端附近，从而实现气液分离的方向自适应能力。

4.按照权利要求1所述气液分离器，其特征在于：

气体出口端与分离腔[9]上壁面间设有密封圈[3]，气体出口端穿套有挡圈[2]。

5.按照权利要求1所述气液分离器，其特征在于：

于分离腔[9]内部设有电机支架[7]，电机[6]固定于电机支架[7]上，电机支架[7]与分离腔[9]内壁面固接。

6.按照权利要求1所述气液分离器，其特征在于：电机[6]为步进电机或伺服电机或其它可用信号进行位置控制的执行器；处理器[17]为单片机或其它可用于数据处理的电路系统；电机驱动器[18]为相对编码器步进电机驱动器、绝对编码器步进电机驱动器、相对编码器伺服电机驱动器或绝对编码器伺服电机驱动器。

技术总结
本发明涉及便携式液体燃料电池用主动式方向适应性气液分离器。气液分离器包括方向自适应组件、重锤吸液组件、储液腔、分离腔、排气腔。方向自适应组件包括电机、电机支架、排气管、紧定螺钉、密封圈、挡圈等。重锤吸液组件由重锤、软管组成。方向自适应组件通过电路板上的三轴电子陀螺仪来感知气液分离器所处的姿态，进而通过电机来调整排气管角度，使排气管总是朝向反地心方向，从而实现气液分离的方向自适应能力。

技术研发人员：孙海;麻胜南;秦兵;孙公权
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：2018.12.06
技术公布日：2020.06.16