CN104203362B - 分离器 - Google Patents

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Abstract

本发明在一个方面涉及用于分离泡沫的气相和液相的分离器，并在另一方面涉及减泡设备。所述分离器包括第一侧和第二侧并在其中设置有用于允许泡沫或泡沫相从第一侧传送至第二侧的通流装置，所述分离器还包括至少一个具有低表面能的泡沫接触表面和用于从泡沫回收至少一种被分离的泡沫相的装置。所述减泡设备包括低表面能材料和用于在所述泡沫输入所述减泡设备时沿着所述低表面能材料的表面接触所述泡沫的装置。所述分离器和所述减泡设备可以独立使用或组合使用，以良好实现更高效地破裂泡沫，提供分离的气相和液相。

Description

分离器
技术领域
本发明总地涉及分离器装置以及分离气体和液体的方法，特别是，涉及分离器和用于分离泡沫的气相和液相的方法。本发明尤其用在燃料电池中，但也可以用于必需或期望分离泡沫的气相和液相的其它用途。
背景技术
泡沫的液相和气相的分离是一种深入研究和报道的研究领域。当气体在处理液体中溶解时，在工业过程中出现泡沫。通常，溶解的气体将表现为处理液体的一部分，但是，气体能够以小气泡形式从溶液逸出，例如，在存在压力释放时。这些气泡升至液体的表面并以泡沫形式被收集。
在处理液体中存在泡沫会导致在工业过程和其它应用中的大量效率和性能问题。例如，泡沫导致降低诸如泵的设备的效率、减小泵和存储罐的容积、降低流体的效力以及排放问题(仅略举几例)。
经常需要从工业过程中去除泡沫以避免上述问题。这通常涉及到将泡沫的气相与液相分离，理想地，这需要快速、高效且最低功耗地完成。
一种方法是使用机械分离装置，例如水回旋分离器(hydro-cyclones)和离心分离器。这些技术消耗大量的功率，在某些工业或应用中，例如便携或机动车应用中，会成为问题。另一种可能性是使用螺旋分离器技术，如在本申请人共同待审的专利申请GB1201246.4中描述的，该技术利用增强的重力来以低功率实现机械分离。但是，目前仍存在着在减小的功率下并在更小的物理容积内提高分离效率的需求。为了实现这个目的，不可能仅仅依赖于机械分离。
机械分离的节能替代方法是使用消泡剂。消泡剂在液体膜和气泡的破裂中的作用是公知的，并且可以得到利用。消泡剂在泡沫界面(即，气相和液相之间的界面)的破裂中的机制根据消泡剂的配方和形式而变化。但是，其大致可以由低表面能或疏水表面与液体膜的相互作用来描述。
通常，消泡剂采取具有低表面能或疏水表面的颗粒形式。这种低表面能表面能够通过由低表面能或疏水材料形成颗粒或者形成涂覆有该低表面能或疏水材料的颗粒来产生。形成或涂覆该颗粒的此类材料的实例包括聚四氟乙烯(PTFE)、卤代有机聚合物、硅酮聚合物以及烃聚合物，如聚乙烯和聚丙烯。虽然也可以使用其它合适的疏水材料，但是表面能为约20mJ/m2的PTFE是非常有效的疏水材料。
在含水泡沫膜的界面处的低表面能或疏水颗粒将静止，使得接触角满足杨氏方程，如图1所示并可以表示为：
γSL+γLGcos(θc)＝γSG 方程(1)
其中，γSL、γLG和γSG分别是固体和液体之间、液体和气体之间以及固体和气体之间的界面张力，且θc是接触角。
泡沫由大量气泡构成。每个气泡具有液体膜，该液体膜具有两个表面，每个表面是气体-液体界面，如图2A所示。图2B示出位于液体薄中的消泡剂颗粒。疏水性消泡剂与液体膜形成大于90度的接触角，如图2C所示。在膜的两个表面处与液体形成大于90度的接触角，如图2D所示。由于膜的疏水性，颗粒使膜去湿(de-wet)，并且形成孔，使薄膜破裂，并导致气泡爆裂。消泡剂颗粒然后在重力作用下下落到下一个界面处并且过程本身重复。这是消泡剂如何发挥作用的大体原理。
在泡沫是特定过程的期望或必需产品的工业过程中，例如，在充气或氧化过程中，通常不能使用上述消泡剂。在这样的过程中，泡沫是有用的，因为它们产生与气体接触的液体的大表面积，这辅助气体在液体中的吸收或溶解。消泡剂在此类过程中的存在会由于它将防止泡沫形成而是不期望的。但是，一旦完成涉及泡沫的特定过程，仍可期望在下一处理步骤之前去除泡沫。因此，需要去除的替代方法。
用于利用疏水分离表面从气体流中分离液滴或气溶胶形式的液体的装置是已知的。DE10323155A1公开了一种用于从气体流中去除液滴或气溶胶形式的液体的分离器，其包括位于分离区域的分离元件。所述元件由具有疏水和纳米结构特性的材料组成。但是，用于利用疏水表面分离泡沫的气相和液相的装置是未知的。
发明内容
因此，根据本发明的第一方面，提供了用于分离泡沫的气相和液相的分离器，所述分离器包括第一侧和第二侧，并在其中设置有用于允许泡沫或泡沫相从所述第一侧传送至所述第二侧的通流装置，所述分离器还包括至少一个具有低表面能的泡沫接触表面，以及用于从所述泡沫中回收至少一种被分离的泡沫相的装置。
应容易理解到，术语“泡沫”涵括泡(froth)并能够是精细的(具有小气泡)或粗糙的(具有较大气泡)或者是具有不同尺寸气泡的泡沫的组合。
优选地，所述分离器包括用于从泡沫中回收至少一种液体相的装置，更优选地，包括从泡沫中回收至少一种液相和气相的装置。
通常，本发明的分离器设置成产生包含至少一种可利用且可再利用组分的泡沫的工业单元的一部分或者与所述工业单元成协同关系，设置有用于将泡沫从工业单元供给至所述分离器的装置，以及用于回收所述至少一种可利用且可再利用组分并将其供给至所述工业单元或可供选择的工业单元的装置。
在本文中，在材料或表面方面，对低表面能的提及应表示疏水的，反之亦然。低表面能优选表示小于约40mJ/m2、更优选小于约30mJ/m2且甚至更优选小于约25mJ/m2的能量。
所述至少一个泡沫接触表面优选由一种或多种疏水聚合物材料形成。这种材料例如可以选自聚烯烃、聚苯乙烯、聚乙烯化合物(polyvinyls)、聚卤代乙烯、聚偏二卤代乙烯、多卤代烯烃、聚(甲基)丙烯酸酯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚氧化烯烃、聚酯和PEEK。
更优选地，所述一种或多种疏水聚合物材料可以选自：直链或支链聚乙烯-直链全同立构聚丙烯、聚异丁烯、聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚乙烯基甲苯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚三氟氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸叔丁酯、聚甲基丙烯酸己酯、聚环氧乙烷、聚四亚甲基氧化物、聚四氢呋喃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺-6,6、聚酰胺-12、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯和聚醚醚酮。特别地，所述一种或多种疏水聚合物材料可以选自表1，表1还列出疏水聚合物材料各自的表面能。
表1
聚合物 表面能[mJ/m2]
聚氨酯 39.3
聚氟乙烯(PVF) 38.6
尼龙12 38.2
聚乙酸乙烯酯(PVA) 37.7
聚丙烯酸乙酯(PEA) 37.0
聚甲基丙烯酸乙酯(PEMA) 35.9
聚乙烯(PE) 34.2
聚丙酸乙烯酯 34.0
聚异丁烯 33.6
聚四氢呋喃(PTHF) 31.9
聚四亚甲基氧化物 31.9
聚丁酸乙烯酯 31.1
聚十六烷酸乙烯酯 30.9
聚丙烯酸-2-乙基己酯 30.1
聚丙烯(PP) 30.1
聚甲基丙烯酸己酯 30.0
聚十二烷酸乙烯酯 29.1
聚癸酸乙烯酯 28.9
聚己酸乙烯酯 28.9
聚辛酸乙烯酯 28.7
聚三氟乙烯 27.5
聚丙烯腈(PAN) 27.4
聚乙烯醇缩丁醛 24.6
聚甲基丙烯腈 23.7
聚四氟乙烯(PTFE) 22.2
聚醚酰亚胺(PEI) 19.8
聚异戊二烯(PIP) 18.4
不使用诸如疏水颗粒的消泡剂，本发明的分离器单元包括低表面能或疏水泡沫接触表面，该泡沫接触表面利用上述泡沫破裂的相同机制，当泡沫从分离器的第一侧传送至第二侧时使泡沫的液体/气体界面破裂。泡沫接触表面可以由低表面能材料(例如PTFE)或用其涂覆，但如上所述，也可以使用任何低表面能或疏水材料。泡沫接触表面可以是基底或者板，泡沫或包含泡沫的液体在其上流动或者从其经过。可以提供多于一个的泡沫接触表面以增加与泡沫接触的表面积，由此增强泡沫破裂。泡沫接触表面或多个泡沫接触表面可以与泡沫或包含泡沫的液体的流动以平行或成角度的方式定向。泡沫接触表面或多个泡沫接触表面可以位于通流装置的区域内。
在本发明的分离器单元的一个优选实施方式中，泡沫接触表面和通流装置是同一个装置。在这样的实施方式中，泡沫接触表面具有从其穿过的孔，所述孔允许泡沫或其的相从分离器的第一侧传送至第二侧。所述孔增加了破裂界面的比表面积。如上所述，泡沫接触表面可以由低表面能或疏水材料形成或由其涂覆，并且可以提供多于一个的泡沫接触表面。
具有从其穿过的孔的优选泡沫接触表面可以是筛网或穿孔板。这种筛网或板可以由低表面能或疏水基底或介质形成或由其涂覆。优选地，这种筛网将由低表面能或疏水聚合物细丝形成，或者该筛网可以由其它材料的细丝形成并涂覆有低表面能或疏水材料。筛网或穿孔板的孔尺寸可以在直径0.1mm至10mm内变化，且聚合物细丝在存在时厚度为50μm至1mm。当表面材料具有低表面能以及在泡沫液体膜厚度的长度尺度上的微丝或粗糙光洁度时，破裂界面现象得以增强。
筛网或穿孔板根据需要可以布置成各种构型并且与泡沫的流动成多种定向。可以以垂直于所述流动、平行于所述流动或者与所述流动成角度的形式提供一个或多个层。可替代地，可以提供随机装填(packed)构型。另外，可以以平行于所述流动或者与所述流动成角度的形式提供皱褶盘形折叠布置。此外，可以提供环状扇形折叠构型，并且组合流在环形空间内部或外部流动。
当泡沫在低表面能表面上传送或者传送通过低表面能筛网时，泡沫的气体-液体界面破裂并且气体和液体分离成致密的液相和气相。这个现象也能够提高机械分离装置中的分离，如上提及的水回旋分离器、离心分离器或者申请人的螺旋分离器技术。为了实现这种情况，与此类装置中的泡沫相接触的表面由具有低表面能和/或泡沫液体膜厚度的长度尺度上的微丝或粗糙光洁度的材料形成。另外，在机械分离装置的上游或下游包括低表面能筛网增强了气相和液相的分离。
根据本发明的另一方面，还提供了用于分离泡沫的气相和液相的方法，该方法包括：提供本发明的分离器单元；将泡沫供给至分离器的第一侧；使泡沫通过通流装置传送向分离器的第二侧；以及在分离器的第二侧处或分离器的第二侧的下游，回收泡沫的被分离的液相和泡沫的被分离的气相中的至少一种。
泡沫可以由工业单元产生并且泡沫的至少一个被分离的相可以被回收并供给至所述工业单元或可供选择的工业单元。
所述工业单元可以是燃料电池或电解电池。
可替代地，工业单元可以是生物化学发酵单元或泡沫浮选单元。
根据本发明的另一方面，提供了减泡设备，该设备包括低表面能材料和用于当所述泡沫被输入所述减泡设备时沿着所述低表面能材料的表面接触泡沫的装置。
所述低表面能材料的表面的至少一部分可以是凸形的或尖锐的，从而其突出以远离该表面的其它部分。
所述低表面能材料的该表面的此类部分可以由表面上的多个凸形区域形成。
所述部分由筛网结构的细长的线形成。
所述表面或多个表面可以定向为至少部分平行于经过所述表面的流体的流动方向。
所述表面或每个表面可以包括柔性材料，并且可以保持在其上游端处或上游端附近，从而阻止其上游端的运动，同时允许远离其上游端的一部分表面横向运动。
所述表面可以包括多个表面，所述多个表面保持在彼此邻近的位置，使它们至少部分彼此平行并且至少部分平行于在它们各自上游端处的流体流的主方向。
所述多个表面可以保持在适当位置以使它们在与所述流体流的主方向成横向的方向上彼此隔开。
所述多个表面可以沿着至少部分平行于所述流体流的主方向的轴线彼此连接，并且保持在适当位置以使它们从所述轴线径向向外延伸。
可以提供气体-液体分离设备，该气体-液体分离设备包括本发明第一方面的分离器以及本发明其它方面的减泡设备。
包括本文所述的分离器和/或减泡设备的燃料电池系统可以用于热电联产、向车辆提供动力、或在电子设备中产生功率，或者可以提供两种或更多种此类用途的任意组合。
虽然此前描述的用于分离泡沫的气相和液相的分离器具有多种应用，但是特别有效的应用例如是分离器在阴极电解质再生系统中用于氧化还原燃料电池的用途。
在间接或氧化还原燃料电池中，氧化剂(和/或在一些情况下为燃料)并不直接在电极处反应，而是与氧化还原偶对的还原形式(对于燃料为氧化形式)反应以将其氧化，并且这种经氧化的物质被供给至阴极。
在氧化该氧化还原偶对的这个步骤上存在很多限制。氧化还原偶对的氧化应尽可能快地发生，因为通过阴极的阴极电解质的流量的减少将减小能量产生的速率。如果氧化还原偶的氧化对没有尽可能地完成，即，如果相当大比例的氧化还原偶对保持未氧化，则能量产生的速率也会减小。提供快速且完全氧化阴极电解液溶液中存在的氧化还原偶对的设备由于要确保进行氧化步骤时所消耗的能量相对低(否则燃料电池的总体发电性能将降低)而受到挑战。另外，用于氧化所述氧化还原偶对的设备应尽可能紧凑，尤其当在燃料电池意欲用于便携或机动车应用时。
平衡这些相矛盾的需求的需要导致电池性能的低效率，尤其是在机动车和电子应用中以及在热电联产中。
在氧化还原燃料电池的操作中，可以提供通过电池的阴极区域与阴极流体连通地流动的阴极电解质。氧化还原介体偶对在电池的操作中于阴极处被至少部分还原，并且通过在阴极处的此类还原之后与氧化剂反应而至少部分再生(再氧化)。氧化还原介体偶对的至少部分再生在再生区中实现。
再生过程典型地需要液体阴极电解质与大量空气接触，基于体积为大于4:1(标准温度和压力下)并且高达20:1以上。用于将氧气从空气质量传递入阴极电解质所产生的界面区域为小气泡半径的高内相体积泡沫的形式。阴极电解质的再生速率与用于质量传递的界面区域成比例。需要高的再生速率。
一旦已再生阴极电解质，残留的气体(主要是氮气)需要在阴极电解质供给至燃料电池阴极之前从阴极电解质中除去。阴极电解质必须不包含气泡或泡沫。脱离“用过的”气体必须快速、高效且最小功耗地完成。如上所述，可以使用机械分离，如水回旋分离器和离心分离器，但是，这些均使用了不可接受量的功率，尤其当用于便携或机动车应用时。
在氧化还原燃料电池系统中，消泡剂通常不能被加入到阴极电解质中，因为存在产生气体-液体界面来促进氧化的需要。但是，如上所述，通过使泡沫穿传送经过低表面能或疏水表面(例如PTFE)以破裂泡沫界面，从而可以利用泡沫破裂的机制。
因此，根据另一方面，本发明还构想了燃料电池，该燃料电池包括本发明的分离器单元，该分离器单元位于电池的适于通过氧化来再生电池阴极区域中可使用的氧化还原偶对的区域内。
这种燃料电池可以包括：至少一个膜电极组件，该膜电极组件包括由离子选择性聚合物电解质膜分离开的阳极和阴极；邻近膜电极组件阳极的阳极室；邻近膜电极组件阴极的阴极室；用于向电池阳极室供给燃料的装置；用于向电池供给氧化剂的装置；用于在电池的各阳极和阴极之间提供电路的装置；包含至少一种非挥发性阴极电解质组分的阴极电解液，所述阴极电解液包含氧化还原催化剂和/或介体偶对；用于使氧化还原对催化剂和/或介体偶对与氧化剂接触以产生包含经氧化的催化剂和/或介体偶对的泡沫的装置；以及用于使泡沫供给至本发明的分离器单元并回收泡沫的至少液相以用于进一步使用的装置。
本发明还构想了前述任一分离器在分离泡沫的气相和液相中的用途。这种用途可以包括将来自泡沫的至少一种可利用的分离相供给至工业过程，例如，用于氧化还原燃料电池的阴极电解质再生系统，或者用于从电解质液体分离水解气体。
“阴极室”表示由膜电极组件的阴极侧在一侧上限制的电池的部分。可替代或者同样地，“阴极室”可以被认为是电池的下述部分，即在该部分中，在电池操作时从其间流过至少一部分阴极电解质接触膜电极组件的阴极侧。
同样，“阳极室”表示由膜电极组件的阳极侧在一侧上限制的电池的部分。
附图说明
本发明的各种实施方式将借助于仅参照附图及如附图所示的实例来更具体地加以描述，其中：
图1是示出在三元界面处的杨氏方程的示意图；
图2A是示出具有两个气体-液体界面的泡沫的液体膜的示意图；
图2B是示出位于图2A的液体膜中的疏水性消泡剂颗粒的示意图(现有技术)；
图2C是示出颗粒所具有的与液体薄膜的接触角的图2B的疏水性消泡剂颗粒的放大示意图(现有技术)；
图2D是示出与液体膜的其它表面形成的接触角的图2B的疏水性消泡剂颗粒的进一步放大示意图(现有技术)；
图3是示意图形式的本发明的实施方式；
图4是包括本发明分离器的氧化还原燃料电池的过程流程图；
图5是包含过填充量筒的阴极电解质泡沫的量筒的照片；
图6是本发明中所使用的PTFE编织筛网的照片；
图7是利用本发明的一部分包含阴极电解质泡沫的量筒的照片；
图8、9和10是示出邻近低能表面的两个小气泡汇合形成一个大气泡的视图；
图11示出位于燃料电池系统的气体-液体接触器下游的管内的初级聚结器设备；
图12示出放置在次级聚结器设备上游的初级聚结器设备；
图13详细示出次级聚结器；
图14示出与图12所示不同的另一个初级聚结器设备；
图15示出位于燃料电池系统的气体-液体接触器下游的管内的初级聚结器设备；
图16示出在次级聚结器装置的流体投入口下方存在的流场的操作；以及
图17和18示出包括具有低表面能的表面的示例性筛网结构的细节。
具体实施方式
参照图3，示出本发明的用于分离泡沫的气相和液相的分离器1。分离器可以是管状区段或容器，并且包括三个区段，分离区段2、供给区段3和收集区段5。分离区段具有一个或多个用于通过此前描述的机制分离泡沫的气相和液相的低表面能表面或筛网10。供给区段位于分离区段的上游并与分离区段流体连通，并且具有至少一个用于接收泡沫或者包含泡沫的液体的入口4。供给区段将泡沫分配到整个低表面能表面或筛网。在分离区段的下游并且也与分离区段流体连通的是收集区段5，在收集区段5处，经分离的气体相6和经分离的液体相7被收集。收集区段具有一个或多个用于经分离的液相的出口8以及一个或多个用于经分离的气相9的出口9。
分离区段2可以包括多个低表面能表面或者筛网或筛网包(mesh packing)10，以增加破裂界面的比表面积。
虽然分离器被描述为包括三个区段，此类区段可以不是明显独立的区段。所述区段可以整合成单个连续分离器中，其中在一端部处接收泡沫而在其它端部处排出经分离的气相和液相。例如，收集区段5可以与分离区段2成一体，这是因为随着气相和液相在分离区段中被分离，更致密的液相趋于在重力作用下掉落并在分离区段的底部收集，在此，其可以通过出口8被去除，而较轻的气相将趋于上升到液相之上并在分离区段的上部收集，在此，其通过出口9被去除。气相和液相的这个特性在图3中由分离区段2内的箭头所图示。
在操作中，泡沫经入口4被供给到分离器的供给区段3，如图3中最左侧箭头所示。在用于氧化还原燃料电池的阴极电解质再生系统中，泡沫将从再生器的气体-液体接触器区段进行至分离器，如图4所示。泡沫可以通过任何适当的手段(例如在重力作用下或通过泵)供给到分离器中。供给区段然后将泡沫分配在分离区段2内的低表面能表面或筛网10上。随着泡沫的液体膜的气体-液体界面接触分离区段的低表面能表面或筛网，它们经前面描述的机制而破裂，并且随着泡沫经过分离区段，它分离成气相和液相。如上所述，液相将趋于在收集区段5内的分离器底部处收集，在此，它通过出口8从分离器被去除并返回到所述过程中。在阴极电解质再生系统中，经分离的阴极电解质液体将返回到燃料电池的阴极区域。气体将趋于在在收集区段内的分离器的上部中收集，在此，它通过出口9被去除。图3的箭头示出通过分离器的流动方向。
分离器可以是独立的分离器或模块。可替代地，它可以整合成另一装置以提高其性能，例如，如前面所描述的机械分离装置。
实施例
通过将10ml申请人的阴极电解质液体放置在量筒中并且利用烧结玻璃喷头(产品号：18143)使空气流以0.5l/min的流量通过该阴极电解质以产生泡沫，从而测试本发明的实践实施方式。如图5中可见，所形成的泡沫过填充量筒。
测试被重复，并且将如图6所示的PTFE编织的筛网(Textile DevelopmentAssociates Inc.，产品号：PTFEKM22001)放置在量筒的喉部，如图7所示。在相同的条件下，使空气再次经过阴极电解质液体。如图7中可见，其效果是破裂泡沫并且分离气相和液相。
现将进一步描述与发明人对使用LEM辅助泡沫破裂的最近研究和试验相关的本发明的方面和实施方式。
现在将解释使用低能材料(LEM)的泡沫破裂(泡或泡沫的破坏或崩溃)的一般原理，典型地包括筛网。虽然已经例示了筛网的性能，但除筛网之外的结构应得到类似结果(即，暴露LEM表面的任何其它基质——例如，多个线、纤维块、实心泡沫或烧结块)。
当用作燃料电池系统的一部分时，有效的气体-液体分离用于防止：
i)气体挟带到液体电解质(阴极电解质)泵和燃料电池组中；以及
ii)液体挟带到电池组的气体排放(输出)中。
为了使附加载荷(气体-液体分离反应器消耗的功率)以及气体-液体分离反应器尺寸最小，这个操作必须以最佳能量和体积效率(即，使用消耗较少功率的小气体-液体分离反应器)来实现。申请人的研究已经表明PTFE筛网在瓦解V4POM泡或泡沫中是有效地。PTFE是低表面能材料(LEM)并因此是高度疏水的，由此斥水(在20℃下具有约18mJ/m2的表面能)。
如果暴露于含水的泡混合物，低表面能材料选择性地排斥液相。这具有如下效果：减薄在气泡与LEM表面的接触点处泡沫的气泡之间的液体边界(液体气泡与气泡的边界)，促进破裂并由此促进气泡的合并，即，小气泡汇合或聚集成更少的较大气泡。在汇合过程中，多个气泡汇合或合并以形成一个单个气泡，对于多个气泡组发生这种情况。图8到10示出两个小气泡1202汇合以形成一个较大气泡1404。连接两个较小气泡1202的膜部分1204缩回以远离LEM表面1201，产生单个膜部分1405或壁部分，其限定了较大气泡1404的一部分边界。将低表面能表面设置为多个细线，典型地设置为筛网，具有如下优点：
i)它提供了开放的、任选固定的结构，该结构促进气泡与所述表面接触并促进气泡从所述表面释放，以及
ii)其通过利用“接触几何形状”促进小气泡的合并。其它LEM是可用的，但是已经发现PTFE非常适于该应用。
图8、9和10由此一起示出基于LEM的或LEM辅助的气泡合并的这种机制。如上面建议的，该过程可以通过接触几何形状，即，与气泡交界的活性表面的几何形状来得以增强。将LEM表面弯曲，例如如由筛网线的圆形横截面所实现，允许在气泡的膜和表面之间的较小接触角度，这用于甚至进一步破坏液体气泡与气泡的边界，由此进一步弱化气泡与低能表面的附着。
现在将更详细描述使用LEM辅助气泡合并和气相-液相隔离的分离概念。
涉及LEM材料的气体-液体分离可以被认为是两阶段过程。如上面所解释的，通过增强或增加气泡合并或汇合，LEM材料加速或促进泡沫瓦解，有效地导致气泡瓦解。但是，单独这个过程并不将气体从液体中分离；它仅仅是将精细的2相流体(包含小气泡)转变为粗糙的2相流体(包含较大气泡)。也就是说，该过程使得小气泡成为较大气泡。
利用重力或离心力的进一步的相“隔离”阶段能够实现真正或完全的分离(利用隔离器设备，如沉降室、回旋分离器、螺旋分离器等)。
在重力或离心力相分离之前的LEM辅助合并具有有利的技术效果，即，在于总体上更容易地实现分离并且其允许使用较小且消耗较少能量的分离设备或“设施”。由此，发明人将LEM辅助气体-液体分离构想为两阶段过程，该两阶段过程涉及i)(增强的)合并，以及ii)相隔离。
而且，如此处更早提及的，用于泡沫破坏/隔离的相隔离设备，如回旋分离器或螺旋分离器，能够通过将相隔离设备的内表面内衬有膨胀筛网来得以改善，如下面进一步解释的(测试结果见下一页的表2)。
表2
现在将解释初级和次级气泡合并的概念。
发明人的研究已经导致初级和次级LEM气泡合并装置或聚结器(见图12)的改进。聚结器可以被称为“气泡捕捉装置”或“气泡捕获装置”。
初级聚结器设备
初级聚结器装置或设备能够安装在燃料电池系统的气体-液体接触器下游的管内。实例适于图11、14和15中并且将在下面进一步描述。初级聚结器装置能够放置在次级聚结器装置或设备的上游，如图12所示且如下面进一步所描述。
初级聚结器装置包括多个(典型是筛网)表面，其安装成至少部分平行于流动流。这种布置具有如下优点：
i)由于表面的平行安装，其使流动流的阻碍最小(即，其提供较小的压力降并且降低能耗)；以及
ii)其利用了交叉流动剪切作用，其中流体以至少部分平行于LEM表面的方向行进或被引导以横越低能表面，以便从LEM的活性表面扫掠或拖曳较大的合并气泡。
如上所述，流体流进行或引导以横越所述表面使得进入的更精细的气泡能够暴露于LEM的表面或与LEM的表面接触。
没有上述剪切作用(该剪切作用用于撕裂或拖曳气泡离开所述表面)，用于去除气泡的唯一机制是气泡相对于液体的浮力，这是因为相比于液体的密度，气泡的密度较低。
如果浮力是仅有的机制，则活性表面被所建立的气体层与大部分的气泡隔离开，所述气体层是很多合并的气泡形成单一体积的气体所导致的。因此，气体-液体分离或隔离过程效率低下。
另外，交叉流动剪切作用也已经被观察到：随着横跨表面(典型包括筛网结构)向下游扫掠气泡，通过以“雪球状”方式使气泡彼此合并或汇合，从而促进气泡生长。
表面可以彼此平行地、或径向地、和/或以褶皱方式横跨管横截面来安装。其它横截面布置方式可以包括(方形、蜂窝状、圆形、多边形等的)格栅或网格、同心圆、螺旋或任何其它形成轴向通道的结构(见图11，其中示出十字形或格栅布置方式158和同心布置方式159)。
图11示出一些示例性的平行(155)和径向(157)构造。每个LEM表面1551、1571可以沿着其全部周长或边缘固定在适当位置，或者，该表面可以仅沿着或靠近其上游部分(例如，位于其上游边缘处)固定，后边缘是自由的，由此当它们由柔性材料制成时，允许该表面在流场中表现为“条带状”(见图12至图14)。这赋予该表面一定程度活动性。流经该表面的流动的湍流由此能够扰动每个条带，改善接触并也改善气泡脱离。
初级聚结器可以被设计和布置成管内的一系列分立“元件”。每个元件将包含和支撑适量的LEM表面。如果发现一个元件不足以合并泡沫给定的流或细度，那么可以根据需要安装多个元件。图15示出包含多个(三个)此类气泡合并元件191、192和193的流体管的实例，所述三个气泡合并元件沿着流体流动的方向194间隔开。为了改善接触，一个元件192可以按照与一个或多个其它元件191、193不同的轴向旋转角度安装，使各元件的LEM表面围绕流体流动的方向或者管主轴线194彼此旋转偏移。
在图12中，示例性的初级合并装置1620包括：泡沫入口管1630之内的初级合并元件1622，所述泡沫入口管1630将泡沫或泡输入到示例性的次级合并设备1600，该次级合并设备1600具有在储池1606之内的次级聚结器装置1605，该储池1606用于包含气相和液相；泡沫输入端1640，该泡沫输入端1640用于将泡沫从管输入到次级合并装置1605；气体出口1642以及液体出口1644。容纳初级合并元件的管的取向可以是水平的、竖直的、或者在水平和竖直之间成角度的，且在任何方向上传送流动。
次级聚结器
示例性的次级聚结器装置1605或“气泡捕获器”安装在储池1606内，并且通过初级装置1620接收返回(流体)流。次级聚结器装置1605的主要目的是：
i)包含和合并离开初级装置的任何气泡；以及
ii)使进入的流动流平稳，由此包含和破坏任何二次夹带。
示例性的次级聚结器装置1605在图12和13二者中示出。装置1605由搁架1605构成，该搁架1605包括彼此并排的竖直网筛1602的阵列，每个筛沿着或接近其周长的至少一部分、例如沿着其侧边缘和下边缘(如图13所示)被保持和密封在搁架底座1702之内。该装置1605在图12中示为在次级合并设备1600的流体储池1606之内。搁架1605在其输入(如图所示，上部)端部或顶板处开口，并且搁架1605的外表面1704中的至少一个平行于网筛1602，其它表面1706对流体流来是不可渗透的。流体流以向下流动的射流1616形式从次级设备1600之上并从装置1605之上进入筛阵列。随着该流横向通过筛1602排放，储池1606之内的气体-液体的流体混合物1608内的气体脱离，并且气体-液体的流体混合物1608内的液体最终通过开口的搁架表面1704离开。图12和13一起用于说明这种布置方式。图12和13的示例性聚结器内所示的有用特征在于能够沿着或靠近每个筛的上部或前部的周长或边缘1610来支撑每个筛，以便抵抗由输入到次级聚结器中的流体的向下射流导致的变形，如箭头1616所示。
图12所示的示例性布置的搁架1605具有筛，所述筛在它们的下边缘(朝向设备1600的液体输出端)处连接到液体-和气体-不可渗透的封闭表面或板1607，该封闭表面或板1607防止在相邻筛1602之间的泡沫1614之内的液体离开搁架1605而向下朝向设备1600的液体输出端(图中的下端)，并有助于引导已在筛之间经过的液体横向离开搁架1605并且进入围绕搁架1605的流体中，如箭头1650所示。
在图12所示的实施方式中，除了底部封闭表面1607，垂直于筛的搁架侧表面也对流动是不可渗透的。在这个实施方式中，筛边缘沿着这些表面密封，由此促进液体通过筛材料从筛的一侧流动到筛的另一侧。图12所示的搁架1605表示图13所示的搁架，其为以与筛平面平行的方向所观察的横截面。
对于这种非常有效的泡沫破坏装置，存在至少三种机制。
首先，根据第一种机制，如针对初级聚结器所描述的，泡沫破坏在其最初进入筛阵列期间随着它横跨入口1640之下的LEM筛表面移动或行进而开始(泡沫的流动方向向下，如图12的箭头1616所示)。
其次，次级聚结器装置1605的筛1602阻止任何仍存在的泡相对于主流体流动方向(图12中箭头1616所示)横向前进。
经脱气的液体被允许通过筛1602的孔口排出。但是，大于这些孔口的气泡被阻止经过该孔口(典型为筛网)并被滞留或保持直到它们瓦解或爆裂。
小于孔口的气泡能够与液体一起经过该孔口。但是，通过滞留较大的气泡，大部分气泡被阻止到达筛表面。这能够被认为是有利的，因为实际上，筛或筛网作用如同气泡过滤器，通过在接触较小气泡的区域和面对该区域的筛的表面(未示出)之间的区域内的较大气泡的“滤饼”的协助，保持较小的气泡(在相邻筛之间的区域之内)。
第三种机制可以由于次级聚结器装置的流体投入入口之下存在的流场而产生。
图16示出这个机制。随着流入的流体泡沫2004被投入筛网阵列2006中，形成再循环漩涡2002。由于它们的尺寸，小气泡2007被滞留在这些漩涡2002内，并由此反复被再循环(如圆箭头2002所示)并再暴露于筛网阵列2006的表面。由此，小气泡2007被选择性保持和再加工利用，直到它们足够大(如气泡2008所示)使得它们的浮力允许它们逃脱到表面(如箭头2015和气泡2009和2012所示)，在该表面大气泡2008、2010爆裂或断裂(瓦解)，如爆裂气泡2011所示。
可以构想到这三种机制的组合使得LEM气泡捕获装置非常有效，测试结果表明了这种有效性。
在不存在次级合并装置或“气泡捕获装置”的情况下，重力分离(通过在液体之内且相对于液体的有浮力的气泡的向上漂浮运动)将是可用于促进(a)残留泡沫的破坏/抑制以及(b)气体再夹带于液体流体中的唯一机制。如果这种重力分离是唯一的机制，那么气体-液体隔离储池将因此需要比使用次级合并装置情况下的大很多。显然，次级合并装置对于给定的流体流量提供了较小储池的使用。
除了上述初级和次级聚结器阶段，气体-液体分离器系统也能够布置有初级和次级气体-液体隔离阶段。
例如，在初级聚结器之后，气体-液体混合的流体流可以被引导到回旋分离器或螺旋分离器或其它批量分离器(bulk separator)，以促进气相从液相的批量隔离。从批量分离器液体输出端(例如，回旋分离器底部或者螺旋分离器输出端)排放的液体(及任何残留泡沫)然后可被引导到次级聚结器气泡捕获装置。在气体-液体储池内的重力沉降然后促进次级隔离。
这种布置方式的优点在采用高流量和/或高流速的更高功率系统上变得明显。分阶段合并和隔离的分离将允许流速在流体返回到储池之前逐渐减小。这将进一步促进使流动平稳并将分别避免气体和液体出口的二次夹带。
现在将描述发明人所进行的LEM筛网材料的测试。
发明人已经研究了广泛的LEM筛网和表面，以确定它们的有效性。结果在下面的表3中给出。编织的筛网PTFEKM22001以及膨胀筛网ET-8300和5PTFE7-100ST被选择用于测试，并且发现得到良好的性能。
表3
材料 供应商
PTFE毛毡(PTFENF18005) Textile Development Associates,Inc.,USA
PTFE膨胀筛网(ET-8300) Industrial Netting,USA
PTFE膨胀筛网(ET-8700) Industrial Netting,USA
PTFE膨胀筛网(ET-9000) Industrial Netting,USA
PTFE编织筛网(PTFEKM22003) Textile Development Associates,Inc.,USA
PTFE编织筛网(PTFEKM22005) Textile Development Associates,Inc.,USA
PTFE实心片材 theplasticshop.co.uk
PTFE编织筛网(PTFEKM22001) Textile Development Associates,Inc.,USA
PTFE膨胀筛网(5PTFE7-100ST) Dexmet Inc.,USA
PTFE膨胀筛网(5PTFE9-077ST) Dexmet Inc.
PTFE膨胀筛网(5PTFE6-050ST) Dexmet Inc.
PTFE膨胀筛网(15PTFE16-077ST) Dexmet Inc.
PTFE膨胀筛网(10PTFE20-100DBST) Dexmet Inc.
编织筛网PTFEKM22001(最初研发用于外科应用)的图像在图17中示出且另一筛网在图18中示出。在图中，膨胀筛网2102由已经形成(例如机加工或模制)有规则菱形孔口2104的材料的单个片材2102构成。最终结果是互连的细线2206的连续一致的“不起毛”筛网，在切开时它将不会散落(从筛网脱落)(不同于会将切断的线头释放到流动流中的编织或机织筛网)。图18和以下表4一起表示膨胀筛网的形式和尺寸。
表4
由于LEM辅助的气泡合并的过程是表面现象(即，它在表面处发生)，自支撑筛网可以用刚性下层结构(例如，涂覆有PTFE的钢丝筛网)制造。外部支撑结构(例如，搁架、框架、支撑筋板等)占据体积，干扰流动并因此导致沿着流体流动方向的压力降。内部支撑结构将避免这些有问题的情况。
如上所述，初级和次级聚结器装置是由发明人通过测试和研发项目而开发的。在泡沫发生器的下游测试该装置。除非另有说明，所施加的流体流是在室温(约20摄氏度)下30L/min(0.5升/秒)阴极电解质以及120L/min(2升/秒)空气。表4概述每个原型设计和性能。
薄雾防止
在测试过程中，发现上述装置产生携带到气体排放中的很少阴极电解质薄雾(即，较少液滴与排出的或输出的气体一起离开)。测试结果表明：通过使用应用本发明，可以获得针对传统重力和离心泡沫分离装置(即，沉降室、回旋分离器、螺旋分离器等)的两个数量级的改进。
对LEM薄雾防止的解释
以下提供了为何基于LEM的气体-液体分离器(其实例在上文描述)比基于重力或离心的技术向排出流释放显著更少的阴极电解质薄雾的所提议的解释。
基于重力和离心的气体-液体分离
沉降室、回旋分离器、螺旋分离器都是利用相密度的差异来实现气体-液体分离并由此实现泡沫瓦解。重力或离心力用于诱导液体通过泡沫的气泡膜互连网络而排放。结果，在泡沫表面的气泡变得液体缺乏，导致膜减薄并因此减弱。最终，减弱的膜在表面张力的影响下破裂。液体表面张力然后将瓦解的薄膜牵拉成球形液滴。这些球形液滴被夹带在分离的气体流中并以薄雾形式经气体排放出口离开系统。这是不期望的。新的气泡的表面层随后展现在泡或泡沫的上表面上，并重复该过程。
基于LEM的气体-液体分离，与基于重力和离心的气体-液体分离相比较
由于PTFE或其它低表面能材料的疏水性，每个液体气泡膜以“低”接触角接触低能表面。即，气泡膜的外表面被疏水表面排斥，因此，当气泡接触该表面时，与该表面是由更高表面能材料制成的情况相比，其的膜从气泡与表面的接触中心点向外更加远离表面倾斜。换言之，在膜与表面接触的区域中，气泡膜的表面与该表面由更高表面能材料制成的情况相比更向外凸出。
这种“低”接触角用于在接触点处破坏和局部减薄该膜，导致减弱的表面附着。固有的膜表面张力然后变得足以撕裂或拖曳液体薄膜远离PTFE表面，并由此从该表面去除气泡。随着每个膜收缩，包含在膜内的液体流入周围的一个或多个其它泡沫的薄膜中，并且两个气泡合并成一个。依次参看图8至10。
根据上述借助低表面能材料的气泡的破坏或合并的过程，广义上，气泡膜并不被液体的排出而减弱，随着膜收缩，膜的完整性得以保持，由此，每个膜更不可能分解成液滴。也就是说，即使无论以任何方式产生一些液滴，但是保持膜的完整性，但此类液滴的形成将以双封装(即，液滴包含在存在的气泡之内)形式发生并将在泡沫的覆盖层或区域之下发生。这提供了液体再次吸收的机会，由此防止液滴释放到气体输出或排放中。

Claims (43)

1.燃料电池或电解电池，其包含用于分离由所述燃料电池或电解电池产生的泡沫的气相和液相的分离器，所述分离器包括第一侧和第二侧，并且具有在其中设置的用于允许泡沫或泡沫相从所述第一侧传送至所述第二侧的通流装置，所述分离器还包括至少一个具有低表面能的泡沫接触表面以及用于从所述泡沫回收至少一种经分离的泡沫相的装置。
2.如权利要求1所述的燃料电池或电解电池，包括用于从所述泡沫至少回收液相的装置。
3.如权利要求2所述的燃料电池或电解电池，包括用于从所述泡沫分别至少回收液相和气相的装置。
4.如权利要求1至3中任一项所述的燃料电池或电解电池，所述泡沫包含至少一种可使用且可再利用组分，设置有用于将所述泡沫从所述燃料电池或电解电池供给至所述分离器的装置，以及用于回收所述至少一种可使用且可再利用组分并将其供给至所述燃料电池或电解电池或可供选择的燃料电池或电解电池的装置。
5.如权利要求1所述的燃料电池或电解电池，其中所述至少一个泡沫接触表面的表面能小于40mJm-2。
6.如权利要求5所述的燃料电池或电解电池，其中所述至少一个泡沫接触表面的表面能小于30mJm-2。
7.如权利要求6所述的燃料电池或电解电池，其中所述至少一个泡沫接触表面的表面能小于25mJm-2。
8.如权利要求1所述的燃料电池或电解电池，其中所述至少一个泡沫接触表面由一种或多种疏水材料形成。
9.如权利要求1所述的燃料电池或电解电池，其中所述至少一个泡沫接触表面由一种或多种疏水聚合物材料形成。
10.如权利要求9所述的燃料电池或电解电池，其中所述一种或多种疏水聚合物材料选自：聚烯烃、聚苯乙烯、聚乙烯化合物、聚酯、聚酰胺、聚氧化烯烃和PEEK。
11.如权利要求10所述的燃料电池或电解电池，其中所述一种或多种疏水聚合物材料为多卤代烯烃。
12.如权利要求11所述的燃料电池或电解电池，其中所述一种或多种疏水聚合物材料选自聚卤代乙烯和聚偏二卤代乙烯。
13.如权利要求10所述的燃料电池或电解电池，其中所述一种或多种疏水聚合物材料选自聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯和聚碳酸酯。
14.如权利要求10所述的燃料电池或电解电池，其中所述一种或多种疏水聚合物材料选自：直链或支链聚乙烯-直链全同立构聚丙烯、聚异丁烯、聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚乙烯基甲苯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚三氟氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸叔丁酯、聚甲基丙烯酸己酯、聚环氧乙烷、聚四亚甲基氧化物、聚四氢呋喃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺-6,6、聚酰胺-12、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯和聚醚醚酮。
15.如权利要求9所述的燃料电池或电解电池，其中所述一种或多种疏水聚合物材料选自：聚氨酯、聚氟乙烯(PVF)、尼龙12、聚乙酸乙烯酯(PVA)、聚丙烯酸乙酯(PEA)、聚甲基丙烯酸乙酯(PEMA)、聚乙烯(PE)、聚丙酸乙烯酯、聚异丁烯、聚四氢呋喃(PTHF)、聚四亚甲基氧化物、聚丁酸乙烯酯、聚十六烷酸乙烯酯、聚丙烯酸-2-乙基己酯、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸己酯、聚十二烷酸乙烯酯、聚癸酸乙烯酯、聚己酸乙烯酯、聚辛酸乙烯酯、聚三氟乙烯、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯腈、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚异戊二烯(PIP)。
16.如权利要求1所述的燃料电池或电解电池，其中，在其中设置的用于允许泡沫从所述第一侧传送至所述第二侧的所述通流装置包括一个或多个通过所述分离器从其第一侧到其第二侧的通道。
17.如权利要求16所述的燃料电池或电解电池，其中所述泡沫接触表面是筛网或穿孔板形式。
18.如权利要求17所述的燃料电池或电解电池，其中所述泡沫接触表面包括具有筛网孔的筛网，所述筛网孔的直径为0.1mm至10mm。
19.如权利要求17所述的燃料电池或电解电池，其中所述泡沫接触表面包括具有板穿孔的穿孔板，所述板穿孔的直径为0.1mm至10mm。
20.如权利要求17至19中任一项所述的燃料电池或电解电池，包括一层或多层的筛网或穿孔板，并且其中所述一层或多层中的至少一层被布置成平行于泡沫流动。
21.如权利要求17至19中任一项所述的燃料电池或电解电池，包括一层或多层的筛网或穿孔板，并且其中所述一层或多层中的至少一层被布置成与泡沫流动成角度。
22.如权利要求21所述的燃料电池或电解电池，包括一层或多层的筛网或穿孔板，并且其中所述一层或多层中的至少一层被布置成垂直于泡沫流动。
23.如权利要求17至19中任一项所述的燃料电池或电解电池，包括一层或多层的筛网或穿孔板，并且其中所述一层或多层中的至少一层是随机装填的。
24.如权利要求17至19中任一项所述的燃料电池或电解电池，其中所述筛网或穿孔板采取如下构型中的一种或多种：
a.平行于泡沫流或与所述泡沫流成角度的皱褶的扇形折叠布置；
b.环状扇形折叠布置，并且泡沫流在环形部分的内侧或外侧。
25.如权利要求1所述的燃料电池或电解电池，其中所述至少一个泡沫接触表面包括细丝状材料。
26.如权利要求1所述的燃料电池或电解电池，其中所述至少一个泡沫接触表面位于所述通流装置的区域内。
27.如权利要求26所述的燃料电池或电解电池，其中所述至少一个泡沫接触表面延伸到所述通流装置中或延伸通过所述通流装置。
28.如权利要求1所述的燃料电池或电解电池，其还包含减泡设备，所述减泡设备包括低表面能材料和用于当所述泡沫输入所述减泡设备时沿着所述低表面能材料的表面接触泡沫的装置。
29.如权利要求28所述的燃料电池或电解电池，其中所述低表面能材料的表面的至少一部分是凸形或尖锐的，从而其突出以远离所述低表面能材料的所述表面的其它部分。
30.如权利要求29所述的燃料电池或电解电池，其中所述至少一部分是由所述低表面能材料的所述表面上的多个凸形区域形成的。
31.如权利要求30所述的燃料电池或电解电池，其中所述至少一部分是由筛网结构的细长的线形成的。
32.如权利要求28所述的燃料电池或电解电池，其中所述低表面能材料的所述表面以至少部分平行于经过所述低表面能材料的所述表面的流体的流动方向的形式定向。
33.如权利要求28所述的燃料电池或电解电池，其中所述低表面能材料的所述表面具有柔性材料并且保持在其上游端处或上游端附近，以抑制其上游端的运动，同时允许所述低表面能材料的远离其上游端的一部分表面横向运动。
34.如权利要求28所述的燃料电池或电解电池，其中所述低表面能材料的所述表面包括多个保持在彼此邻近位置的表面，使它们至少部分彼此平行并且平行于在它们各自上游端处的流体流的主方向。
35.如权利要求34所述的燃料电池或电解电池，其中所述多个表面保持在适当位置以使它们在与所述流体流的主方向成横向的方向上彼此隔开。
36.如权利要求34所述的燃料电池或电解电池，其中所述多个表面沿着至少部分平行于所述流体流主方向的轴线彼此连接，并保持在适当位置以使它们各自从所述轴线径向向外延伸，或者使它们在与所述轴线成横向的两个方向的每一个方向上间隔开，或者使它们围绕所述轴线同心地彼此间隔开。
37.如权利要求1所述的燃料电池，其中所述分离器位于电池的适于通过氧化来再生电池阴极区域中可用的氧化还原偶对的区域内。
38.如权利要求37所述的燃料电池，其包括：
a.至少一个膜电极组件，所述膜电极组件包括由离子选择性聚合物电解质膜分离的阳极和阴极；
b.邻近所述膜电极组件阳极的阳极室；
c.邻近所述膜电极组件阴极的阴极室；
d.向所述电池阳极室供给燃料的装置；
e.用于向所述电池供给氧化剂的装置；
f.用于在所述电池的各阳极和阴极之间提供电路的装置；
g.包含至少一种不可挥发性阴极电解质组分的阴极电解液，所述阴极电解液包括氧化还原催化剂和/或介体偶对；
h.用于将所述氧化还原催化剂和/或介体偶对与所述氧化剂接触以产生包含经氧化的催化剂和/或介体偶对的泡沫的装置；以及
i.用于向所述分离器供给所述泡沫并且回收所述泡沫的至少液相以用于进一步使用的装置。
39.用于分离由燃料电池或电解电池产生的泡沫的气相和液相的方法，包括：
a.提供分离器，所述分离器包括第一侧和第二侧，并且具有在其中设置的用于允许泡沫或泡沫相从所述第一侧传送至所述第二侧的通流装置，所述分离器还包括至少一个具有低表面能的泡沫接触表面以及用于从所述泡沫回收至少一种经分离的泡沫相的装置；
b.将泡沫供给至所述分离器的第一侧；
c.使泡沫经过所述通流装置朝向所述分离器的第二侧；以及
d.在所述分离器的第二侧处或下游，回收所述泡沫的经分离的液相和所述泡沫的经分离的气相中的至少一种。
40.如权利要求39所述的方法，其中所述泡沫的至少一种经分离的相被回收且供给至所述燃料电池或电解电池或可供选择的燃料电池或电解电池。
41.权利要求1至38中任一项所述的燃料电池用于热电联产的用途。
42.权利要求1至38中任一项所述的燃料电池用以向车辆提供动力的用途。
43.权利要求1至38中任一项所述的燃料电池用以在电子设备中产生功率的用途。
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