DE102007023619A1 - Mixer with integrated gas separator device for direct methanol-fuel cell systems, has container, which has gas fuel mixture inlet, two fluid inlets and hollow, closed structure for receiving fluid - Google Patents

Mixer with integrated gas separator device for direct methanol-fuel cell systems, has container, which has gas fuel mixture inlet, two fluid inlets and hollow, closed structure for receiving fluid Download PDF

Info

Publication number
DE102007023619A1
DE102007023619A1 DE102007023619A DE102007023619A DE102007023619A1 DE 102007023619 A1 DE102007023619 A1 DE 102007023619A1 DE 102007023619 A DE102007023619 A DE 102007023619A DE 102007023619 A DE102007023619 A DE 102007023619A DE 102007023619 A1 DE102007023619 A1 DE 102007023619A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
mixer
base part
container
separation device
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102007023619A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102007023619B4 (en
Inventor
Marek Pogodzinski
Stefan Mergel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
Samsung SDI Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung SDI Co Ltd filed Critical Samsung SDI Co Ltd
Priority to DE102007023619A priority Critical patent/DE102007023619B4/en
Publication of DE102007023619A1 publication Critical patent/DE102007023619A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102007023619B4 publication Critical patent/DE102007023619B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0668Removal of carbon monoxide or carbon dioxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08Flat membrane modules
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H01M8/1011Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/50Carbon oxides
    • B01D2257/504Carbon dioxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2313/00Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/22Cooling or heating elements
    • B01D2313/221Heat exchangers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

The mixer has a container (20), which has a gas fuel mixture inlet (120) and two fluid inlets. The container has a hollow, closed structure for receiving a fluid. Multiple gas selective membranes made of polytetrafluoroethylene are provided for elimination of a gas from the interior of the container. The multiple gas selective membranes are formed partially outside the end surfaces of a basis part (142) and double stand. The hydrophilic membrane is made of a nylon grid.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung und einen Gas-/Flüssigkeitsabscheider für Direktmethanol-Brennstoffzellensysteme (DMFC).The The invention relates to a mixer with integrated gas separation device and a gas / liquid separator for direct methanol fuel cell systems (DMFC).

Technischer Hintergrund und Stand der TechnikTechnical background and State of the art

Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, die die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie umwandelt. Eine Brennstoffzelle besteht in der Regel aus zwei Elektroden, die durch eine Membran oder einen Elektrolyten voneinander getrennt sind. Die Anode wird mit dem Brennstoff, zum Beispiel Wasserstoff, Methan oder Methanol, umspült und der Brennstoff wird dort oxidiert. Die Kathode wird mit dem Oxidationsmittel umspült, zum Beispiel Sauerstoff, Wasserstoffperoxid oder Kaliumthiocyanat, das an der Elektrode reduziert wird. Die zur Realisation der einzelnen Komponenten verwendeten Materialien sind je nach Brennstoffzellentyp unterschiedlich zu wählen.A Fuel cell is a galvanic cell, which is the chemical reaction energy a continuously supplied fuel and a Oxidizing agent converts into electrical energy. A fuel cell usually consists of two electrodes passing through a membrane or an electrolyte are separated from each other. The anode will with the fuel, for example hydrogen, methane or methanol, lapped and the fuel is oxidized there. The cathode is lapped with the oxidizing agent, for example oxygen, Hydrogen peroxide or potassium thiocyanate, which reduces at the electrode becomes. The ones used to realize the individual components Materials vary depending on the fuel cell type choose.

Kompakte Direktmethanol-Brennstoffzellensysteme (DMFC) sind momentan im Fokus der Entwicklung in vielen Elektronikunternehmen. Es wird erwartet, dass sie die Leistungsversorgung von mobilen Elektronikvorrichtungen ersetzen oder verändern, da sie längere Bedienzeiten und ein schnelleres Aufladen ermöglichen. Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFC; direct methanol fuell cell) sind Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen, die schon bei Temperaturen im Bereich von ca. 60–120°C arbeiten. Als Elektrolyt verwendet dieser Zellentyp eine Polymermembran. Methanol (CH3OH) wird ohne vorherige Reformierung zusammen mit Wasser direkt der Anode zugeführt und dort oxidiert. An der Anode entsteht als Abgas Kohlendioxid (CO2). Der der Kathode als Oxidationsmittel zugeführte Luftsauerstoff reagiert mit H+-Ionen und Elektroden zu Wasser. Der Vorteil der DMFC liegt in der Verwendung eines flüssigen, sehr leicht speicherbaren und überaus billigen Energieträgers, der zum Beispiel in Kunststoffpatronen verbreitet werden kann. Zudem existiert eine weit verzweigte Infrastruktur für Methanol bereits in vielen Bereichen, zum Beispiel durch die Verwendung als Frostschutzzusatz im Scheibenwischerwasser für Kraftfahrzeuge. Dieser Brennstoffzellentyp kann – je nach Auslegung – Leistungen im Bereich von einigen mW bis einigen 100 KW erbringen. DMFCs eignen sich insbesondere für den portablen Einsatz in elektronischen Geräten als Ersatz und Ergänzung zu herkömmlichen Akkumulatoren. Typische Einsatzgebiete liegen in der Telekommunikation und der Energieversorgung von Notebooks.Compact Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) systems are currently the focus of development in many electronics companies. They are expected to replace or modify the power supply of mobile electronic devices, as they allow for longer service lives and faster recharge. Direct methanol fuel cells (DMFC) are low temperature fuel cells that operate at temperatures in the range of approximately 60-120 ° C. As the electrolyte, this cell type uses a polymer membrane. Methanol (CH 3 OH) is fed without prior reforming together with water directly to the anode and oxidized there. At the anode carbon dioxide (CO 2 ) is produced as exhaust gas. The oxygen supplied to the cathode as the oxidizing agent reacts with H + ions and electrodes to form water. The advantage of the DMFC lies in the use of a liquid, very easily storable and extremely cheap energy carrier, which can be disseminated for example in plastic cartridges. In addition, a widely branched infrastructure for methanol already exists in many areas, for example by the use as antifreeze additive in windscreen wiper water for motor vehicles. Depending on the design, this type of fuel cell can deliver outputs in the range from a few mW to a few 100 kW. DMFCs are particularly suitable for portable use in electronic devices as a replacement and supplement to conventional accumulators. Typical fields of application are the telecommunication and the power supply of notebooks.

Die Oxidation des Methanols am Katalysator der Anode erfolgt stufenweise, wobei mehrere Reaktionswege mit unterschiedlichen Zwischenprodukten in der Diskussion stehen. Um die Effizienz der Brennstoffzelle hochzuhalten, ist es erforderlich, die Reaktionsprodukte rasch aus der Umgebung der Elektrode zu entfernen. Aufgrund der herrschenden Temperaturen und des zugrunde liegenden Chemismus entsteht ein Flüssig/Gas-Gemisch aus CO2, Wasser, Wasserdampf und nicht umgesetztem Methanol. Aus diesem Flüssig/Gas-Gemisch muss das CO2 abgetrennt werden, um nach Einjustierung der Methanolkonzentration die flüssige Brennstoffmischung erneut der Anode zuzuführen. Die Abtrennung der Gase geschieht mit Hilfe eines CO2-Separators.The oxidation of the methanol at the catalyst of the anode takes place stepwise, wherein several reaction paths with different intermediates are under discussion. To keep the efficiency of the fuel cell high, it is necessary to rapidly remove the reaction products from the vicinity of the electrode. Due to the prevailing temperatures and the underlying chemistry creates a liquid / gas mixture of CO 2 , water, water vapor and unreacted methanol. From this liquid / gas mixture, the CO 2 must be separated in order to adjust the liquid fuel mixture to the anode again after adjustment of the methanol concentration. The separation of the gases takes place with the aid of a CO 2 separator.

An der Kathode bildet sich aus nicht verbrauchter Luft, Wasser und Wasserdampf ebenfalls ein Flüssig/Gas-Gemisch. Um eine lange Autarkie des Systems zu erreichen, muss ein möglichst großer Teil des Wassers von der Luft abgetrennt und in den Anodenkreislauf zurückgeführt werden. Zu diesem Zweck ist ein Wärmetauscher hinter dem Kathodenausgang der Brennstoffzelle angeordnet, um das Gemisch zu kühlen und so eine Kondensation des Wasserdampfes zu erreichen.At the cathode is formed from unused air, water and water Water vapor also a liquid / gas mixture. To one To achieve long autarky of the system, one must as possible much of the water is separated from the air and into the Anodenkreislauf be returned. To this The purpose is a heat exchanger behind the cathode outlet the fuel cell arranged to cool the mixture and to achieve a condensation of the water vapor.

Dem Wärmetauscher nachgelagert ist ein Luftseparator angeordnet, der den Luftstrom vom flüssigen Wasser abtrennt, um das Wasser wieder in den Anodenkreislauf zurückzuführen.the Downstream heat exchanger is arranged an air separator, which separates the air flow from the liquid water to the Return water back to the anode circuit.

Die Separatoren dienen demnach vornämlich dem Wassermanagement und der Entfernung von CO2 aus dem Gleichgewicht. Sie werden zumeist als separate Einrichtungen verwirklicht, die mit der eigentlichen Brennstoffzelle jeweils über eine für das Flüssig/Gas-Gemisch gängige Zuleitung verbunden sind. Dieser räumliche Abstand bedingt auch einen Temperaturgradienten und aus dem sich langsam abkühlenden Flüssig/Gas-Gemisch kondensiert Wasser aus. Herkömmliche Separatoren trennen das Phasengemisch aus flüssigen und gas- beziehungsweise dampfförmigen Komponenten, wobei die gas- beziehungsweise dampfförmigen Komponenten an die Umgebung abgegeben werden. Auch die vorliegende Erfindung setzt hier an.The separators are therefore primarily for water management and the removal of CO 2 from the equilibrium. They are usually realized as separate facilities, which are connected to the actual fuel cell in each case via a common for the liquid / gas mixture supply line. This spatial distance also causes a temperature gradient and from the slowly cooling liquid / gas mixture condenses water. Conventional separators separate the phase mixture from liquid and gas or vapor components, whereby the gaseous or vaporous components are released to the environment. The present invention also starts here.

Bekannt ist, einen Separator zur Trennung des Flüssig/Gas-Gemisches mit einer porösen Membran auszustatten. Die poröse Membran ist mit ihrer Innenseite dem Flüssig/Gas-Gemisch zugewandt und ihre Außenseite steht mit der Umgebung in Kontakt. Weiterhin sind derartige Membranen in der Regel mit hydrophoben Materialien beschichtet oder bestehen aus diesen. Von der Innenseite der Membran erstrecken sich Diffusionskanäle zur Außenseite, die so dimensioniert sind, dass an der Innenseite befindliches (flüssiges) Wasser nicht eindringen, jedoch Gas nach Außen diffundieren kann.Known is a separator for separating the liquid / gas mixture equipped with a porous membrane. The porous one Membrane is with its inside the liquid / gas mixture facing and its outside communicates with the environment in Contact. Furthermore, such membranes are usually hydrophobic Materials coated or consist of these. From the inside the membrane extend diffusion channels to the outside, which are dimensioned so that on the inside (liquid) Water does not penetrate, but diffuse gas to the outside can.

Bei den Separatoren des Standes der Technik wird das Flüssig/Gas-Gemisch in einen Hohlraum verbracht, der an die gaspermeable Membran grenzt. Ein Volumen des Hohlraums und eine relative Lage der Membran richten sich nach der Orientierung des Separators im Betrieb und den zu erwartenden Volumina an Flüssig/Gas-Gemisch. Das Volumen des Hohlraums wird so vorgegeben, dass sich das Flüssig/Gas-Gemisch nach Eintritt in den Hohlraum in eine Gas- und Flüssigphase separieren kann und diese dann über das gesamte Volumen des Hohlraums voneinander getrennt vorliegen. Die Membran wird so angeordnet, dass sie an eine Oberseite des Hohlraums grenzt, die im geregelten Betrieb mit der Gasphase in Kontakt steht. An der Unterseite wird die Flüssigphase abgeführt. Eine hinreichende Funktionalität derartiger Separatoren ist jedoch nur dann gewahrt, wenn die Ausrichtung des Separators im Raum beachtet wird. Der Separator darf allenfalls um wenige Grade aus seiner aufrechten Position verschwenkt werden, damit die Gasphase weiterhin an der Membran anliegt. Gerade für den mobilen Einsatz von Brennstoffzellen ist dieser Umstand jedoch limitiert.In the separators of the prior Tech nik the liquid / gas mixture is spent in a cavity adjacent to the gas-permeable membrane. A volume of the cavity and a relative position of the membrane depend on the orientation of the separator in operation and the expected volumes of liquid / gas mixture. The volume of the cavity is predetermined so that the liquid / gas mixture can separate after entering the cavity into a gas and liquid phase and these are then separated from each other over the entire volume of the cavity. The membrane is arranged to abut an upper surface of the cavity which is in gas phase contact during controlled operation. At the bottom, the liquid phase is discharged. However, sufficient functionality of such separators is only ensured if the orientation of the separator in space is taken into account. At most, the separator may be pivoted a few degrees out of its upright position, so that the gas phase continues to rest against the membrane. However, this fact is limited, especially for the mobile use of fuel cells.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel einer kombinierten CO2- und Wasserabscheidevorrichtung ist in der US 6,110,613 gezeigt. Der Brennstoffauslassstrom des Stapels, bestehend aus einem Brennstoffgemisch und CO2, und der Luftauslassstrom des Stapels, bestehend aus Luft und Wasser werden in einen einzigen Abscheideraum geführt. Die Flüssigkeitskomponenten beider Ströme verlassen den Abscheideraum am Boden und werden in den Brennstoffeinlass des Stapels, nachdem sie mit konzentriertem Brennstoff gemischt wurden, geführt. Die Gaskomponenten werden zu einer Wiederherstellungseinrichtung geführt, welche Wasser- und Brennstoffrückstände aus dem Abgasstrom zum Einlassluftstrom durch eine permeable Einheit transferiert.A possible embodiment of a combined CO2 and Wasserabscheidevorrichtung is in the US 6,110,613 shown. The fuel outlet stream of the stack, consisting of a fuel mixture and CO 2 , and the air outlet stream of the stack, consisting of air and water are fed into a single separation chamber. The liquid components of both streams leave the separation chamber at the bottom and are fed into the fuel inlet of the stack after being mixed with concentrated fuel. The gas components are directed to a recovery device which transfers water and fuel residues from the exhaust gas stream to the inlet air stream through a permeable unit.

Der Nachteil dieser Lösung ist, dass sie nicht orientierungsunabhängig ist, da Flüssigkeit durch den Gasauslass des Abscheideraums verloren gehen würde, wenn sie auf den Kopf gestellt werden würde. Ferner ist der Aufbau sehr kompliziert, das es eine Brennstoff-/Wasserzurückgewinnungsvorrichtung stromabwärts benötigt, damit ein Wasserhochstand und ein Brennstoffverlust des Systems vermieden werden kann.Of the The disadvantage of this solution is that it is not orientation-independent is because liquid passes through the gas outlet of the separation chamber would be lost if it were turned upside down. Further, the structure is very complicated, being a fuel / water recovery device needed downstream, so that a water high and a loss of fuel of the system can be avoided.

Ein anderes Ausführungsbeispiel einer kombinierten CO2- und Wasserabscheidevorrichtung ist in der EP 1383191 offenbart. Hier wird die CO2-Trennung in einem Raumabschnitt erreicht, gefüllt mit einem Brennstoffgemisch, und einen Einlass, verbunden mit einen Flüssigkeitsauslass des Stapels, und einen Auslass, verbunden mit einer Zirkulationspumpe aufweisend. Die CO2-Blasen werden von dem Brennstoffgemisch durch die Schwerkraft während der Verweilzeit im Inneren des Raumes getrennt. An der Oberseite des Abscheideraumes ist ein Wasserabscheider angebracht. Es existieren Öffnungen zwischen dem CO2 Abscheideraum und dem Wasserabscheider, welche zu einer Zuführung von abgeschiedenem CO2 zum Entlüftungsauslass und von abgeschiedenem Wasser zur CO2-Abscheidevorrichtung führen (zurück in den Anodenkreislauf), beides durch die Wirkung der Schwerkraft. Der Hauptnachteil dieses Ausführungsbeispiels ist die starke Abhängigkeit von der Orientierung der Vorrichtung, d. h. die Vorrichtung arbeitet im Wesentlichen nur in aufrechter Position. Dies führt auch zu Problemen, wenn die Abscheidevorrichtung in einen flachen Systemaufbau integriert werden soll, wie es z. B. bei Notebookaufladestationen verlangt wird.Another embodiment of a combined CO 2 and Wasserabscheidevorrichtung is in the EP 1383191 disclosed. Here, CO 2 separation is achieved in a space portion filled with a fuel mixture and having an inlet connected to a liquid outlet of the stack and an outlet connected to a circulation pump. The CO 2 bubbles are separated from the fuel mixture by gravity during the residence time in the interior of the room. At the top of the separation chamber, a water separator is attached. There are openings between the CO 2 separation chamber and the water separator, which lead to a supply of separated CO 2 to the vent outlet and of separated water to the CO 2 separation device (back into the anode circuit), both by the action of gravity. The main disadvantage of this embodiment is the strong dependence on the orientation of the device, ie the device operates substantially only in an upright position. This also leads to problems when the separation device is to be integrated into a flat system structure, as z. B. is required at notebook charging stations.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die grundlegende Aufgabe der Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu beheben. Insbesondere soll ein Abscheider, der unabhängig von der räumlichen Lage arbeiten kann, welcher zur Trennung bzw. Abscheidung von Luft aus dem Kathodenwasser und/oder der Trennung von CO2 aus dem Anodenkreislauf verwendet werden kann, in einer bevorzugt kompakten und robusten Art der Konstruktion angegeben werden.The basic object of the invention is to overcome the above-described disadvantages of the prior art. In particular, a separator, which can operate independently of the spatial position, which can be used for separation or separation of air from the cathode water and / or the separation of CO 2 from the anode circuit, specified in a preferably compact and robust type of construction become.

Diese Aufgaben werden durch den erfindungsgemäßen Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung für Direktmethanol-Brennstoffzellensysteme (DMFC) gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Aspekte der Erfindung sind Teil der abhängigen Ansprüche.These Tasks are performed by the mixer according to the invention with integrated gas separation device for direct methanol fuel cell systems (DMFC) solved according to claim 1. Other aspects The invention are part of the dependent claims.

Demzufolge wird ein Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung für Direktmethanol-Brennstoffzellensysteme (DMFC) angegeben, umfassend einen Behälter, der einen Gas/Brennstoffgemischeinlass 120, einen ersten Flüssigkeitseinlass sowie einen zweiten Flüssigkeitseinlass aufweist, wobei der Behälter eine hohle, geschlossene Struktur zum Aufnehmen einer Flüssigkeit aufweist, wobei die Struktur ein Basisteil und wenigstens zwei Beinteile umfasst, die sich vom besagten Basisteil erstrecken und mit diesem kommunizieren, wobei eine Flüssigkeitsgemisch-Auslassöffnung in besagtem Basisteil angeordnet ist und wobei eine Vielzahl von gasselektiven Membranen zur Entfernung eines Gases aus dem Inneren des Behälters vorgesehen ist, die Vielzahl der gasselektiven Membranen wenigstens teilweise äußere Endflächen des besagten Basisteils und besagter wenigstens zweier Beine entsprechend ausbilden.Accordingly, there is provided a mixer with integrated gas separation apparatus for direct methanol fuel cell systems (DMFC) comprising a vessel which introduces a gas / fuel mixture inlet 120 , a first liquid inlet and a second liquid inlet, said container having a hollow, closed structure for receiving a liquid, the structure comprising a base part and at least two leg parts extending from said base part and communicate therewith, wherein a liquid mixture Outlet opening is arranged in said base part and wherein a plurality of gas-selective membranes for removing a gas from the interior of the container is provided, the plurality of gas-selective membranes at least partially outer end surfaces of said base part and said at least two legs respectively.

Das Basisteil des besagten Behälters umfasst eine inneren Grundplatte, angeordnet gegenüber der äußeren Endfläche des Basisteils und kommunizierend mit einem inneren Freiraum, ausgebildet durch das Basisteil und die wenigstens zwei Beine. Demnach weist der Behälter eine hohle U-Form auf, die in einer bevorzugten Ausführung auf den Kopf gestellt ist, wobei das hohle „U" die Flüssigkeit beinhaltet. Das „U" umfasst drei Teile, ein Basisteil mit einer bestimmten Höhe und zwei Beine, die senkrecht zum Basisteil angeordnet sind und sich vom Basisteil erstrecken und mit diesem kommunizieren. Die zwei hohlen Beinteile kommunizieren mit dem hohlen Basisteil des hohlen, invertiert u-förmigen Behälters. Da der Behälter in seiner bevorzugten Ausführungsform auf den Kopf gestellt ist, also eine invertierte u-Form aufweist, ist das Basisteil des „U" die Oberseite, wobei die invertierten Beine sich vom Boden bis zum Basisteil des „U" erstrecken. Der Freiraum, ausgebildet zwischen den Beinen und dem Basisteil, weist eine U-Form mit einer offenen Seite auf, die mit der Umgebung kommuniziert. Die hohlen Beine und das hohle Basisteil beherbergen die Flüssigkeit, nicht der zwischen den Beinen ausgebildete Freiraum, bestimmt durch die inneren Wände der Beine und der inneren Wand des Basisteils, der inneren Grundplatte.The base part of the said container comprises an inner base plate, disposed opposite to the outer end surface of the base part and kom communicating with an internal space formed by the base part and the at least two legs. Accordingly, the container has a hollow U-shape, which in a preferred embodiment is turned upside down, with the hollow "U" containing the liquid. "U" comprises three parts, a base part of a certain height and two legs, which are arranged perpendicular to the base part and extend from the base part and communicate with it. The two hollow leg portions communicate with the hollow base portion of the hollow, inverted U-shaped container. Since the container is turned upside down in its preferred embodiment, that is, has an inverted u-shape, the base part of the "U" is the top side, with the inverted legs extending from the bottom to the base part of the "U". The space formed between the legs and the base part has a U-shape with an open side communicating with the environment. The hollow legs and the hollow base support the fluid, not the space formed between the legs, defined by the inner walls of the legs and the inner wall of the base, the inner base.

Vorteilhafterweise besteht das Basisteil wenigstens teilweise aus gasselektiven Membranen. Auch die Unterseiten der invertierten Beine des „U", d. h. die der Oberseite gegenüberliegenden Seiten, bestehen wenigstens teilweise aus gasselektiven Membranen. Demzufolge sind wenigstens drei gasselektive Membranen vorgesehen. Die Anordnung der gasselektiven Membranen in Verbindung mit der U-Form des Behälters erlauben es dem Mischer, mit integrierter Gasabscheidevorrichtung in jede Richtung gedreht zu werden, während die Flüssigkeit im Inneren weiter in Kontakt mit wenigstens einer der drei gasselektiven Membranen steht, was die Abscheidung bzw. Trennung der flüssigen und der Gasphase in jeder Orientierung ermöglicht. Die gasselektiven Membranen können poröse, hydrophobe Membranen sein. Sie können aus PTFE gemacht sein. Die Membranen können am Gehäuse des Behälters angeklebt sein oder können am Gehäuse durch einen Rahmen oder einen Flansch befestigt sein.advantageously, the base part consists at least partially of gas-selective membranes. Also the bottoms of the inverted legs of the "U", ie the the top opposite sides, at least exist partly from gas-selective membranes. As a result, at least three gas-selective membranes provided. The arrangement of gas-selective Allow membranes in conjunction with the U-shape of the container it into the mixer, with integrated gas separation device in each Direction to be turned while the liquid in the interior further in contact with at least one of the three gas-selective Membranes is what the separation or separation of the liquid and allows the gas phase in any orientation. The Gas-selective membranes can be porous, hydrophobic Be membranes. They can be made of PTFE. The membranes can be glued to the case of the container be or may be on the case by a frame or a flange attached.

Die Flüssigkeit, die durch den Flüssigkeitseinlass zur Verfügung gestellt wird, kann kondensiertes Wasser sein, besagter Flüssigkeitseinlass kann ein konzentrierter Brennstoffeinlass sein, der konzentriertes Methanol der Vorrichtung zur Verfügung stellt, oder besagter Brennstoffeinlass kann ein Einlass für ein Methanol-Wassergemisch sein und besagtes Gas, welches entfernt werden soll, kann CO2 sein.The liquid provided by the liquid inlet may be condensed water, said liquid inlet may be a concentrated fuel inlet providing concentrated methanol to the device, or said fuel inlet may be an inlet for a methanol-water mixture and said gas, which is to be removed can be CO 2 .

In einem Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffgemisch-Auslassöffnung in der Grundplatte im Zentrum der Grundplatte angeordnet. Die Brennstoffgemisch-Auslassöffnung kann eine Bohrung in der inneren Grundplatte darstellen. Jedoch kann die Brennstoffgemisch-Auslassöffnung auch in der Nähe des Zentrums der inneren Grundplatte, aber entfernt von der inneren Grundplatte, lokalisiert im Basisteil, angeordnet sein.In In one embodiment, the fuel mixture outlet is arranged in the base plate in the center of the base plate. The fuel mixture outlet opening can represent a hole in the inner base plate. however the fuel mixture outlet opening can also be near the Center of the inner base plate, but away from the inner Base plate, located in the base part, be arranged.

Die Einlässe können in einem oberen Bereich der Seitenfläche des Behälters vorgesehen sein.The Inlets can be in an upper area of the side surface be provided of the container.

Bevorzugt weist das erste Teil, das Basisteil, das größte Volumen der drei Teile des Behälters auf. Die Volumen der beiden Beine können gleich sein. Die Summe der Volumen der beiden Beine kann das Gleiche sein wie das Volumen des Basisteils. Dies stellt vorteilhafterweise sicher, dass die minimal benötigte Menge von Flüssigkeit durch das Volumen des ersten oder Basisteils der U-Form gegeben ist, d. h. die Flüssigkeit bleibt in Kontakt mit der Auslassbohrung in jeder Orientierung des Behälters.Prefers has the first part, the base part, the largest Volume of the three parts of the container. The volume of both legs can be the same. The sum of the volumes the two legs can be the same as the volume of the base part. This advantageously ensures that the minimum required Amount of liquid through the volume of the first or Base part of the U-shape is given, d. H. the liquid remains in contact with the outlet hole in each orientation of the Container.

Eine Zirkulationspumpe eines DMFC-Systems kann im Freiraum des u-förmigen Behälters zwischen den drei Teilen und der inneren Grundplatte angeordnet sein.A Circulation pump of a DMFC system may be in the free space of the U-shaped Container arranged between the three parts and the inner base plate be.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist ein Flüssigkeitsführungsblock in dem Freiraum zwischen den beiden Beinen vorgesehen und zwischen der Zirkulationspumpe und der inneren Grundplatte angeordnet, wobei der Flüssigkeitsführungsblock einen Brennstoffgemischauslass zur Führung des Brennstoffgemisches zur Zirkulationspumpe umfasst und eine Anodeneinlassleitung zur Führung des Brennstoffgemisches von der Zirkulationspumpe zum Anodeneinlass des Stapels. Der Flüssigkeitsführungsblock kann bevorzugt die Einlässe umfassen.In An alternative embodiment is a liquid guide block provided in the space between the two legs and between the Circulation pump and the inner base plate arranged, wherein the liquid guide block is a fuel mixture outlet for guiding the fuel mixture to the circulation pump and an anode inlet conduit for guiding the fuel mixture from the circulation pump to the anode inlet of the stack. The fluid guide block may preferably include the inlets.

Eine hydrophile Membran kann die Brennstoffgemisch-Auslassöffnung bedecken. Die hydrophile Membran kann aus einem Nylongitter bestehen. Diese Membran verhindert vorteilhafterweise, dass Gas in die Zirkulationspumpe gesaugt wird, wenn der Flüssigkeitsstand unter dem Minimum liegt.A hydrophilic membrane may be the fuel mixture outlet cover. The hydrophilic membrane may consist of a nylon mesh. This membrane advantageously prevents gas from entering the circulation pump is sucked when the liquid level is below the minimum lies.

Ähnlich ist ein Gasflüssigkeitsabscheider für Direktmethanol-Brennstoffzellensysteme (DMFC) angegeben, umfassend einen Behälter, der einen Gas-/Brennstoffgemischeinlass aufweist, wobei der Behälter eine hohle, geschlossene Struktur zur Aufnahme einer Flüssigkeit aufweist, die Struktur ein Basisteil und wenigstens zwei Beine umfasst, die mit besagtem Basisteil kommunizieren, wobei eine Brennstoffgemisch-Auslassöffnung in besagtem Basisteil angeordnet ist und wobei eine Vielzahl von gasselektiven Membranen zur Entfernung eines Gases aus dem Inneren des Behälters vorgesehen sind, wobei die Vielzahl von gasselektiven Membranen wenigstens teilweise äußere Endflächen des besagten Basisteils und der besagten wenigstens zwei Beine ausbilden.Similarly, a gas liquid separator for direct methanol fuel cell systems (DMFC) is disclosed, comprising a container having a gas / fuel mixture inlet, the container having a hollow, closed structure for receiving a liquid, the structure comprising a base part and at least two legs communicating with said base member, wherein a fuel mixture outlet port is disposed in said base member, and wherein a plurality of gas-selective membranes for removing a gas from the interior of the container are provided, wherein the plurality of gas-selective membranes at least partially outer end surfaces of said form the base part and the said at least two legs.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Teil der abhängigen Ansprüche, welche individuell oder, womöglich, in Kombination implementiert werden können.Further advantageous embodiments of the invention are part of the dependent Claims that are individual or, possibly, can be implemented in combination.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele der Erfindung und die sich darauf beziehenden Zeichnungen wird die Erfindung im Folgenden im Detail beschrieben werden.With Reference to the embodiments of the invention and the Related drawings, the invention is hereinafter will be described in detail.

1: zeigt ein DMFC-System des Standes der Technik; 1 Figure 1 shows a prior art DMFC system;

2: zeigt ein Ausführungsbeispiel des Mischers mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß der Erfindung; 2 1 shows an embodiment of the mixer with integrated gas separation device according to the invention;

3a bis d: demonstrieren die Funktionsweise des Mischers mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß der Erfindung in unterschiedlichen Orientierungen; 3a to d: Demonstrate the operation of the mixer with integrated Gasabscheidevorrichtung according to the invention in different orientations;

4: zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Mischers mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß der Erfindung; 4 Figure 1 shows an alternative embodiment of the mixer with integrated gas separation device according to the invention;

5: zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung. 5 shows a preferred embodiment of the device according to the invention.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description the invention

1 dient der Illustration eines konventionellen DMFC-Systems. Ein DMFC-System ist, wie in 1 gezeigt aufgebaut. Ein Brennstoffzellenstapel 10 weist einen Lufteinlass 11 und einen Luftauslass 13 auf. Eine Luftpumpe oder ein Lüfter 12 führen Reaktionsluft der Stapelkathode durch den Lufteinlass 11 zu. Ein Wärmetauscher 50 ist im Auslassstrom der Brennstoffzellenkathode angeordnet. Ein Lüfter 55 wird zur Kühlung des Wärmetauschers verwendet, was zu einer Kühlung des Auslassstromes und einer Kondensation von Wasser führt. Dieser Zwei-Phasen-Fluss verlässt den Wärmetauscher am Auslass 52. Stromabwärts vom Wärmetauscher ist ein Wasserabscheider 60 zur Abscheidung von flüssigem Wasser aus dem Luftstrom angeordnet. Das abgeschiedene Wasser wird in den Anodenzyklus des Brennstoffzellensystems durch eine optionale Kondensationspumpe 70 wieder zurückgeführt, die übriggebliebene Luft wird durch eine Entlüftungsöffnung 61 in die Umgebung abgelassen. 1 serves to illustrate a conventional DMFC system. A DMFC system is as in 1 shown constructed. A fuel cell stack 10 has an air inlet 11 and an air outlet 13 on. An air pump or a fan 12 Lead reaction air of the stack cathode through the air inlet 11 to. A heat exchanger 50 is arranged in the outlet stream of the fuel cell cathode. A fan 55 is used to cool the heat exchanger, resulting in cooling of the outlet stream and condensation of water. This two-phase flow exits the heat exchanger at the outlet 52 , Downstream of the heat exchanger is a water separator 60 arranged for the separation of liquid water from the air flow. The separated water is introduced into the anode cycle of the fuel cell system through an optional condensation pump 70 returned back, the remaining air is through a vent 61 drained into the environment.

Eine unentbehrliche Funktion des Systems ist die Abscheidung von CO2 aus dem Auslassstrom der von dem Anodenauslass 16 des Stapels kommt. Dieser Auslassstrom umfasst eine Mischung aus Methanol, Wasser und CO2 das verdünnte Brennstoffgemisch. Für eine vernünftige Funktion der Brennstoffzelle muss das CO2 von dem Brennstoffgemischstrom vor dem Rückfluss des Stromes zurück in den Stapel getrennt werden.An indispensable function of the system is the removal of CO 2 from the outlet stream from the anode outlet 16 the stack comes. This outlet stream comprises a mixture of methanol, water and CO 2, the dilute fuel mixture. For a reasonable fuel cell function, the CO 2 must be separated from the fuel mixture stream prior to the backflow of the stream back into the stack.

Ein Anodenkreislauf für ein Brennstoffgemisch, bestehend aus einer CO2-Abscheider-/Mischervorrichtung, angeordnet stromabwärts vom Brennstoffauslass 16 des Stapels, entfernt CO2 aus dem Reaktionsstrom. Die CO2-Brennstoffmischung fließt in die CO2-Abscheider-/Mischervorrichtung durch einen CO2-Brennstoffgemischeinlass 120. Im Inneren der Vorrichtung wird CO2 abgeschieden und an die Umbebung durch die Entlüftungsöffnung 21 abgegeben. Zusätzlich erhält die CO2-Abscheider-/Mischervorrichtung kondensiertes Wasser aus dem Wasserabscheider 60/der Kondensationspumpe 70 durch den Einlass 121 für kondensiertes Wasser. Der CO2-Abscheider/Mischer erhält ferner konzentrierten Brennstoff vom Brennstofftank 30 über die Brennstoffpumpe 31 durch den konzentrierten Brennstoffeinlass 122. Diese Flüssigkeiten werden in die verdünnte Brennstoffmischung gemischt, um eine regenerierte Brennstoffmischung zur Verfügung zu stellen. Eine Brennstoffpumpe 23 entfernt die regenerierte Brennstoffmischung aus der CO2-Abscheider-/Mischervorrichtung durch den Brennstoffgemischauslass 123 und führt sie dem Anodeneinlass 15 des Stapels wieder zu.An anode circuit for a fuel mixture consisting of a CO 2 separator / mixer device located downstream of the fuel outlet 16 of the stack removes CO 2 from the reaction stream. The CO 2 fuel mixture flows into the CO 2 separator / mixer device through a CO 2 fuel mixture inlet 120 , Inside the device CO 2 is deposited and to the surroundings through the vent 21 issued. In addition, the CO 2 separator / mixer device receives condensed water from the water separator 60 / the condensation pump 70 through the inlet 121 for condensed water. The CO 2 separator / mixer also receives concentrated fuel from the fuel tank 30 over the fuel pump 31 through the concentrated fuel inlet 122 , These fluids are mixed into the dilute fuel mixture to provide a regenerated fuel mixture. A fuel pump 23 removes the regenerated fuel mixture from the CO 2 separator / mixer device through the fuel mixture outlet 123 and feeds it to the anode inlet 15 the stack again.

Die Grundidee der Erfindung ist in 2 gezeigt, welche ein Ausführungsbeispiel des Mischers mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt. Die kombinierte CO2-Abscheider-/Mischervorrichtung besteht aus drei Raumabschnitten A 140, A' 141 und B 142, die miteinander verbunden sind. Der Raumabschnitt B 142, der bevorzugt größte der Drei, erstreckt sich von der Oberseite 133 der Vorrichtung bis zur inneren Grundplatte 130. Die Fläche der inneren Grundplatte 130 entspricht einem Teil der Fläche der Oberseite 133. Die Raumabschnitte A 140 und A' 141 bestimmen den übriggebliebenen Querschnitt der Vorrichtung und erstrecken sich bis zur Unterseite A 131, A' 132.The basic idea of the invention is in 2 which shows an embodiment of the mixer with integrated Gasabscheidevorrichtung according to the invention. The combined CO 2 separator / mixer device consists of three room sections A 140 'A' 141 and B 142 that are interconnected. The room section B 142 , which is the largest of the three, extends from the top 133 the device to the inner base plate 130 , The area of the inner base plate 130 corresponds to a part of the surface of the top 133 , The room sections A 140 and A ' 141 determine the remaining cross section of the device and extend to the bottom A. 131 'A' 132 ,

Die Raumabschnitte A 140, A' 141 und B 142 sind so angeordnet, dass die kombinierte CO2-Abscheide-/Mischervorrichtung im wesentlichen eine U-Form ist. Der Raumabschnitt oder der Teil B 140 kann als Basis des „U" des u-förmigen Behälters 20 bezeichnet werden, wobei die Raumabschnitte oder Teile A 140 und A' 141 den Beinen des „U" des u-förmigen Behälters 20 entsprechen. Die drei Raumabschnitte kommunizieren miteinander oder präziser, das erste Bein 140 kommuniziert mit dem Basisteil 142 an einem lateralen Ende des Basisteils 142 und das zweite Bein 141 kommuniziert mit dem Basisteil 142 am gegenüberliegenden lateralen Ende des Basisteils 142. Die Beine 140, 141 sind senkrecht zum Basisteil 142 angeordnet. Ein innerer Freiraum wird, umgeben an zwei Seiten von den Beinen 140, 141 und an einer dritten senkrechten Seite von dem Basisteil 142, respektive durch die innere Grundplatte 130, ausgebildet. Der innere Freibereich kommuniziert mit der Umgebung über ihre vierte Seite, in 2 die untere Seite. In 2 sind die Beine 140, 141 an der linken und rechten Seite der Basisfläche 142 angeordnet. Jedoch können Beine auch an allen vier Seiten des Basisteils 142 angeordnet sein, das heißt, also auch im vorderen und hinteren Bereich des Behälters wie in 2 gezeigt. Konsequenterweise würde der Freiraum eine kubische Form mit einem offenen Deckel oder Boden darstellen. Der Brenstoffgemischauslass 123 würde innerhalb des besagten Freiraumes, ausgebildet durch die hohle, geschlossene Struktur des Behälters 20, vorgesehen sein.The room sections A 140 'A' 141 and B 142 are arranged so that the combined CO 2 separator / mixer device is substantially a U-shape. The room section or part B 140 can be considered the base of the "U" of the U-shaped container 20 are designated, wherein the space sections or parts A 140 and A ' 141 the legs of the "U" of the U-shaped container 20 correspond. The three sections communicate with each other or more precisely, the first leg 140 communicates with the base part 142 at a lateral end of the base part 142 and the second leg 141 communicates with the base part 142 at the opposite lateral end of the Ba sisteils 142 , The legs 140 . 141 are perpendicular to the base part 142 arranged. An inner space becomes surrounded on two sides by the legs 140 . 141 and on a third vertical side of the base part 142 , respectively through the inner base plate 130 , educated. The inner open space communicates with the environment via its fourth side, in 2 the lower side. In 2 are the legs 140 . 141 on the left and right side of the base area 142 arranged. However, legs can also be on all four sides of the base part 142 be arranged, that is, so also in the front and rear of the container as in 2 shown. Consequently, the free space would be a cubic shape with an open lid or bottom. The fuel mixture outlet 123 would be within the said free space, formed by the hollow, closed structure of the container 20 , be provided.

Sowohl das Basisteil 142 als auch die wenigstens beiden Beine 140, 141 haben eine hohle, rohrförmige Struktur, das heißt, sie erstrecken sich in drei Dimensionen, um eine Flüssigkeit im Inneren aufzunehmen. Sie habe eine Höhe, eine Weite und eine Länge in Abhängigkeit von der Spezifikation des Systems. Es ist wichtig, festzustellen, dass der Behälter 20 nicht wie eine u-förmige Schüssel mit einer unteren Wand und zwei Seitenwänden ausgebildet ist, wobei die Flüssigkeit in der Schüssel beinhaltet ist, sondern stattdessen eine hohle, geschlossene Struktur mit Einlässen und Auslässen aufweist. Die hohle und röhrenförmige Struktur ist bevorzugt in einer U-Form mit einem Freiraum, ausgebildet zwischen den Beinen 140, 141 und dem Basisteil 142, geformt. Die hohlen Beine 140, 141 und das hohle Basisteil 142 beinhalten die Flüssigkeit und nicht der Freiraum zwischen den beiden Beinen 140, 141, der durch die inneren Wände der Beine und die innere Wand des Basisteils, der inneren Grundplatte 130, ausgebildet wird.Both the base part 142 as well as the at least two legs 140 . 141 have a hollow tubular structure, that is, they extend in three dimensions to receive a liquid inside. It has a height, a width and a length depending on the specification of the system. It is important to note that the container 20 is not formed as a U-shaped bowl with a bottom wall and two side walls, wherein the liquid is contained in the bowl, but instead has a hollow, closed structure with inlets and outlets. The hollow and tubular structure is preferably in a U-shape with a clearance formed between the legs 140 . 141 and the base part 142 shaped. The hollow legs 140 . 141 and the hollow base part 142 include the fluid and not the space between the two legs 140 . 141 passing through the inner walls of the legs and the inner wall of the base, the inner base plate 130 , is trained.

Die Flüssigkeiten werden in die Vorrichtung durch einen CO2-Brennstoffgemischeinlass 120, einen Wassereinlass 121, bevorzugt ein Einlass 121 für kondensiertes Wasser, und einen Brennstoffeinlass 122, bevorzugt ein Einlass 122 für konzentrierten Brennstoff, eingeführt. Das regenerierte Brennstoffgemisch verlässt die Vorrichtung durch eine Brennstoffgemisch-Auslassöffnung 125 in einen Brennstoffgemischauslass 123. Gemäß der Idee der Erfindung ist die Brennstoffgemisch-Auslassöffnung 125 nahe dem Zentrum der inneren Grundplatte 130 eingeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist es eine Bohrung in der inneren Grundplatte 130, platziert im oder nahe beim Zentrum der inneren Grundplatte 130.The liquids are introduced into the device through a CO 2 fuel mixture inlet 120 , a water inlet 121 , preferably an inlet 121 for condensed water, and a fuel inlet 122 , preferably an inlet 122 for concentrated fuel, introduced. The regenerated fuel mixture exits the device through a fuel mixture outlet port 125 into a fuel mixture outlet 123 , According to the idea of the invention, the fuel mixture outlet is 125 near the center of the inner base plate 130 classified. In the embodiment shown, it is a bore in the inner base plate 130 , placed in or near the center of the inner base plate 130 ,

Um CO2 von dem verdünnten Brennstoffgemisch, empfangen durch den Brennstoffgemischeinlass 120, abzuscheiden, sind CO2-Abscheidemembranen 115, 116, 117 an der Oberseite 133 und den beiden Unterseiten oder Endseiten 131, 132 angeordnet und bilden Teile dieser. Die CO2-Abscheidemembranen sind bevorzugt aus einem porösen, hydrophoben Material wie PTFE geformt. Die hydrophobe Eigenschaft von PTFE hält die Flüssigkeit im Inneren der CO2-Abscheide-/Mischervorrichtung. Kleine Poren in dem Membranmaterial erlauben es dem CO2 hindurch zu diffundieren, um an die Umgebung abgegeben zu werden. Die Membranen 115, 116, 117 können auch die kompletten Endflächen des Basisteils und der Beine ausbilden. Diese Endflächen sind in 2 die obere Fläche 133 des Basisteils 142 und die Unterseiten 131, 132 der Beine 115, 116, entsprechend. Die Membranen 115, 116, 117 können an den Behälter 20 angeklebt sein.To obtain CO 2 from the dilute fuel mixture received through the fuel mixture inlet 120 , to separate, are CO 2 separation membranes 115 . 116 . 117 at the top 133 and the two subpages or end pages 131 . 132 arranged and form parts of these. The CO 2 separation membranes are preferably formed of a porous, hydrophobic material such as PTFE. The hydrophobic property of PTFE keeps the liquid inside the CO 2 separator / mixer device. Small pores in the membrane material allow CO 2 to diffuse to be released to the environment. The membranes 115 . 116 . 117 can also form the complete end surfaces of the base part and the legs. These end faces are in 2 the upper surface 133 of the base part 142 and the bottoms 131 . 132 the legs 115 . 116 , corresponding. The membranes 115 . 116 . 117 can to the container 20 be glued on.

Demzufolge ist ein Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung für Direktmethanol-Brennstoffzellensysteme (DMFC) vorgegeben, umfassend einen Gasbrennstoffgemischeinlass 120; einen Flüssigkeitseinlass 121; einen Brennstoffeinlass 122; einen Behälter 20 zur Aufnahme einer Flüssigkeit, wobei der Behälter eine invertierte U-Form aufweist, die U-Form bestehend aus: einem ersten Teil 142, welches dem Basisteil der U-Form des invertierten u-förmigen Behälters 20 entspricht, der erste Teil sich von dem Oberteil 133 bis zu einer parallel dazu angeordneten internen Grundplatte 130 erstreckt, wobei die Fläche der internen Basisplatte 130 kleiner als die Fläche des Oberteils 133 ist; einem zweiten Teil 140, der einem Bein der U-Form des invertierten u-förmigen Behälters 20 entspricht, mit einem Boden 131 und kommunizierend mit besagtem ersten Teil 142; einem dritten Teil 141, der einem zweiten Bein der U-Form des invertierten u-förmigen Behälters 20 entspricht, mit einem Boden 131 und kommunizierend mit besagtem ersten Teil 142; einer Brennstoffgemisch-Auslassöffnung 125, angeordnet in dem ersten Teil 142, und einer Vielzahl von gasselektiven Membranen 117, 115, 116 zur Entfernung eines Gases aus dem Inneren des Behälters 20, einer ersten gasselektiven Membran 117, die an der Oberfläche 133 angeordnet ist, einer zweiten und einer dritten gasselektiven Membran 115, 116, die entsprechend an besagten zweiten Bodenflächen 131, 132 angeordnet sind, wobei die gasselektiven Membranen 117, 115, 116 wenigstens teilweise die Oberflächen 131, 132, 133 ausbilden bzw. darstellen.Accordingly, a mixer with integrated gas separation device for direct methanol fuel cell systems (DMFC) is provided, comprising a gas fuel mixture inlet 120 ; a liquid inlet 121 ; a fuel inlet 122 ; a container 20 for receiving a liquid, wherein the container has an inverted U-shape, the U-shape consisting of: a first part 142 , which is the base part of the U-shape of the inverted U-shaped container 20 corresponds, the first part of the upper part 133 up to a parallel arranged internal base plate 130 extends, the area of the internal base plate 130 smaller than the surface of the shell 133 is; a second part 140 , the one leg of the U-shape of the inverted U-shaped container 20 corresponds, with a floor 131 and communicating with said first part 142 ; a third part 141 , the second leg of the U-shape of the inverted U-shaped container 20 corresponds, with a floor 131 and communicating with said first part 142 ; a fuel mixture outlet opening 125 arranged in the first part 142 , and a variety of gas-selective membranes 117 . 115 . 116 for removing a gas from inside the container 20 , a first gas-selective membrane 117 that are at the surface 133 is arranged, a second and a third gas-selective membrane 115 . 116 corresponding to said second floor surfaces 131 . 132 are arranged, wherein the gas-selective membranes 117 . 115 . 116 at least partially the surfaces 131 . 132 . 133 train or represent.

Die Funktionsweise der CO2-Abscheide-/Mischervorrichtung in unterschiedlichen Orientierungen ist in 3 demonstriert. In der aufrechten Orientierung, wie in 3A gezeigt, wird CO2-Gas von dem CO2-Brennstoffgemisch 110 durch die Wirkung der Schwerkraft getrennt. Das CO2 verlässt die Vorrichtung durch die Abscheidemembran B 117, wie durch den hohlen umrissenen Pfeil angedeutet. Das übrig gebliebene flüssige Brennstoffgemisch verlässt die Vorrichtung durch die Brennstoffgemisch-Auslassöffnung 25, wie durch den massiven Pfeil angedeutet.The operation of the CO 2 separator / mixer device in different orientations is in 3 demonstrated. In the upright orientation, as in 3A shown, CO 2 gas from the CO 2 fuel mixture 110 separated by the action of gravity. The CO 2 leaves the device through the separation membrane B 117 as indicated by the hollow outlined arrow. The leftover liquid fuel mixture leaves the device through the fuel mixture outlet opening 25 as indicated by the massive arrow.

In der auf den Kopf gestellten Orientierung, siehe 3B, ist die innere Grundplatte 130 infolge des kleineren Volumens des Raumabschnittes A 140 und A' 141 weiterhin von Flüssigkeit bedeckt, d. h., das Brennstoffgemisch ist weiterhin in der Lage, die Vorrichtung durch die Brennstoffauslassöffnung 125 zu verlassen. Das abgeschiedene CO2 verlässt die Vorrichtung durch die Abscheidemembran A 115 und A' 116.In the upside down orientation, see 3B , is the inner base plate 130 due to the smaller volume of the space section A. 140 and A ' 141 Furthermore, covered by liquid, that is, the fuel mixture is further capable of the device through the Brennstoffauslassöffnung 125 to leave. The separated CO 2 leaves the device through the separation membrane A. 115 and A ' 116 ,

In einer geneigten Orientierung, wie in 3C gezeigt, geht CO2 durch die Abscheidemembran B 117 und eine der Abscheidemembranen A 115 oder A' 116 ab. In einer anderen geneigten Orientierung (3D) kann das CO2-Gas durch alle drei Abscheidemembranen 115, 116, 117 abgehen.In a tilted orientation, as in 3C CO 2 passes through the separation membrane B 117 and one of the separation membranes A 115 or A ' 116 from. In another inclined orientation ( 3D ), the CO 2 gas through all three separation membranes 115 . 116 . 117 depart.

Infolge der u-förmigen Form der Vorrichtung, der drei Abscheidemembranen 115, 116, 117 und der Positionierung des Brennstoffgemischauslasses 125 in der Nähe oder in der inneren Grundplatte 130 ist eine Bedeckung des Brennstoffgemischauslasses 125 mit Flüssigkeit (d. h. ein ungestörter Flüssigkeitsstrom in die Zirkulationspumpe 23 und ein Austrittsweg für CO2-Gas durch wenigstens eine der Abscheidemembranen in jeder Orientierung gegeben. Die minimale Menge von Flüssigkeit, die je in dem Behälter 20 enthalten sein darf, wird durch die Bedingung bestimmt, dass der Flüssigkeitsauslass 125 in Kontakt mit der Flüssigkeit stehen sollte. Dies kann beispielsweise durch einen zusätzlichen Flüssigkeitstandssensor oder durch einen separaten Kontrollmechanismus sichergestellt werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem das Volumen des Raumabschnittes 142, des Basisteils, gleich der Summe der Volumen der Raumabschnitte 141, 142, das heißt der beiden Beine, ist, entspricht der minimale benötigte Flüssigkeitsstand zum Einsatz in etwa 50% des Volumens des Behälters 20.Due to the U-shaped shape of the device, the three separation membranes 115 . 116 . 117 and positioning the fuel mixture outlet 125 near or in the inner base plate 130 is a covering of the fuel mixture outlet 125 with liquid (ie an undisturbed liquid flow into the circulation pump 23 and a CO 2 gas exit path through at least one of the separation membranes in each orientation. The minimum amount of liquid ever in the container 20 may be contained, is determined by the condition that the liquid outlet 125 should be in contact with the liquid. This can be ensured for example by an additional liquid level sensor or by a separate control mechanism. In a preferred embodiment, wherein the volume of the space portion 142 , the base part, equal to the sum of the volumes of the room sections 141 . 142 , that is, of the two legs, is equivalent to the minimum required liquid level for use in about 50% of the volume of the container 20 ,

Ein alternatives Ausführungsbeispiel ist in 4 gezeigt. Die Brennstoffgemisch-Auslassöffnung 125 könnte nicht innerhalb der inneren Grundplatte 130 positioniert sein, aber nahe dem Zentrum der inneren Grundplatte 130, zum Beispiel innerhalb des Raumabschnittes B des Basisteils. Optional können eine oder mehrere der Flüssigkeitseinlässe 120, 121, 122 in der inneren Grundplatte 130 angeordnet sein. Per Definition bildet die innere Grundplatte 130 einen Teil des Basisteils 142.An alternative embodiment is in 4 shown. The fuel mixture outlet opening 125 could not be inside the inner base plate 130 be positioned, but near the center of the inner base plate 130 , for example, within the space portion B of the base part. Optionally, one or more of the liquid inlets 120 . 121 . 122 in the inner base plate 130 be arranged. By definition, the inner base plate forms 130 a part of the base part 142 ,

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in 5 gezeigt. Um den Flüssigkeitsstand konstant in jeder Orientierung zu erhalten, sind die Volumen der Raumabschnitte A 140, A' 141 im Wesentlichen gleich. Das Volumen des Raumabschnittes B 142 ist im Wesentlichen das Gleiche wie die Summen der Volumen der Raumabschnitte A 140, A' 141, d. h. A und A' weisen jeweils ein Viertel des Gesamtinnenvolumens der Vorrichtung und B die Hälfte des Gesamtinnenvolumens der Vorrichtung auf.A preferred embodiment is in 5 shown. In order to maintain the liquid level constant in each orientation, the volumes of the space sections A 140 'A' 141 essentially the same. The volume of the space section B 142 is essentially the same as the sums of the volumes of the room sections A 140 'A' 141 ie, A and A 'each comprise one quarter of the total internal volume of the device and B half the total internal volume of the device.

Um Raum bei der Anordnung des gesamten Brennstoffzellensystems zu sparen, ist die Zirkulationspumpe 23 zwischen den Raumabschnitten A 140 und A' 141 unterhalb der Grundplatte 130 angeordnet. Dies führt zu einem außergewöhnlich kompakten Aufbau der CO2-/Mischervorrichtung zusammen mit der Zirkulationspumpe 23. In Folge der sehr kurzen Flüssigkeitsverbindungen ist zusätzlich der Druckabfall in den Flüssigkeitsverbindungen niedrig, was vorteilhafterweise zu einem reduzierten Leistungsverbrauch der Zirkulationspumpe 23 führt.To save space in the arrangement of the entire fuel cell system is the circulation pump 23 between the room sections A 140 and A ' 141 below the base plate 130 arranged. This leads to an exceptionally compact construction of the CO 2 / mixer device together with the circulation pump 23 , As a result of the very short fluid connections, the pressure drop in the fluid connections is additionally low, which advantageously leads to a reduced power consumption of the circulation pump 23 leads.

In dem Freiraum, bestimmt durch die beiden Beine 140, 141 und das Basisteil 142, kann ein Flüssigkeitsführungsblock vorgesehen sein. Der Flüssigkeitsführungsblock 150 ist neben der inneren Grundplatte 130 angeordnet und nimmt den Brennstoffgemischauslass 123 und die Anodeneinlassleitung 127 auf, die die Brennstoffmischung von der Zirkulationspumpe 23 zum Stapelanodeneinlass 16 führt. Der Flüssigkeitsführungsblock 150 stellt ferner die Verbindung der Flüssigkeitsleitungen zur Zirkulationspumpe 23 durch Dichtungen, Versiegelungen oder ähnliches optional her und könnte auch einen oder mehrere der Flüssigkeitseinlässe 120, 121, 122 beinhalten.In the open space, determined by the two legs 140 . 141 and the base part 142 , a liquid guide block may be provided. The fluid guide block 150 is next to the inner base plate 130 arranged and takes the Brennstoffgemischauslass 123 and the anode inlet line 127 on which the fuel mixture from the circulation pump 23 to the stack anode inlet 16 leads. The fluid guide block 150 also makes the connection of the liquid lines to the circulation pump 23 by seals, seals or the like, and could also include one or more of the liquid inlets 120 . 121 . 122 include.

Bevorzugterweise trennt eine hydrophile Membran 118 die Brennstoffgemischauslassöffnung 125 von dem Raumabschnitt B 142. Sie ist an der inneren Grundplatte 130 oberhalb der Brennstoffgemisch-Auslassöffnung 125 angeordnet. Die hydrophile Membran, die aus einem feinen Nylongitter bestehen kann, lässt flüssiges Brennstoffgemisch hindurch, aber hält jedwedes CO2-Bläschen zurück, d. h. die hydrophile Membran 118 stellt eine vollständige Trennung vom CO2-Gas von dem Brennstoffgemisch vor dem Verlassen der CO2-Abscheide-/Mischervorrichtung sicher.Preferably, a hydrophilic membrane separates 118 the fuel mixture outlet port 125 from the room section B 142 , It is on the inner base plate 130 above the fuel mixture outlet opening 125 arranged. The hydrophilic membrane, which may be a fine nylon mesh, passes liquid fuel mixture but retains any CO 2 bubbles, ie the hydrophilic membrane 118 Ensures complete separation of CO 2 gas from the fuel mixture before leaving the CO 2 separator / mixer device.

Nimmt man alle in 5 angedeuteten Merkmale zusammen, wird eine hochkompakte CO2-Abscheide-/Mischervorrichtung mit einer vollständigen CO2-Gastrennung und einer sicheren Funktion bei jeder Orientierung erreicht. Jedoch kann die innere Grundplatte 130 jedes andere gezeigte Ausführungsbeispiel aufweisen, am wichtigsten ohne die Pumpe 23 angeordnet in dem inneren Freiraum.If you take all in 5 indicated features together, a highly compact CO 2 separation / mixing device is achieved with a complete CO 2 -Gastrennung and a secure function at each orientation. However, the inner base plate can 130 have any other embodiment shown, most importantly without the pump 23 arranged in the inner space.

Es sollte klar sein, dass die Merkmale, präsentiert in einem alternativen Ausführungsbeispiel, die nicht mit Merkmalen von anderen Ausführungsbeispielen kollidieren, in diese Ausführungsbeispiele eingebaut werden können.It It should be clear that the features presented in one alternative embodiment, not with features from other embodiments collide, in this Embodiments can be installed.

Ähnlicherweise umfasst die Erfindung auch einen Gasflüssigkeitsabscheider für Direktmethanol-Brennstoffzellensysteme (DMFC) umfassend einen Behälter 20, der einen Gas-/Brennstoffgemischeinlass 120 aufweist, wobei der Behälter 20 eine hohle, geschlossene Struktur zur Aufnahme einer Flüssigkeit aufweist, die Struktur ein Basisteil 142 und wenigstens zwei Beine 140, 141 umfasst, die mit besagtem Basisteil 142 kommunizieren, wobei eine Brennstoffgemisch-Auslassöffnung 125 in besagtem Basisteil 142 angeordnet ist und wobei eine Vielzahl von gasselektiven Membranen 117, 115, 116 zur Entfernung eines Gases aus dem Inneren des Behälters 20 vorgesehen sind, wobei die Vielzahl von gasselektiven Membranen wenigstens teilweise äußere Endflächen 133, 131, 132 des besagten Basisteils 142 und der besagten wenigstens zwei Beine 115, 116 ausbilden. Demzufolge ist der Unterschied zwischen dem Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung und dem Abscheider das Fehlen eines konzentrierten Wassereinlasses 121 und eines konzentrierten Brennstoffeinlasses 122. Im Vergleich zum Abscheider mischt der Mischer zusätzlich kondensiertes Wasser, konzentrierten Brennstoff und abgeschiedenen Brennstoff. Ansonsten bleiben alle Merkmale, die zuvor für den Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung beschrieben wurden, für den Abscheider unverändert und werden daher nicht wiederholt.Likewise, the invention also includes a gas liquid separator for direct methanol fuel cell systems (DMFC) comprising a container 20 containing a gas / fuel mixture inlet 120 having, wherein the container 20 a hollow, closed structure for receiving a liquid, the structure has a base part 142 and at least two legs 140 . 141 includes, with said base part 142 communicate, with a fuel mixture outlet opening 125 in said base part 142 is arranged and wherein a plurality of gas-selective membranes 117 . 115 . 116 for removing a gas from inside the container 20 are provided, wherein the plurality of gas-selective membranes at least partially outer end surfaces 133 . 131 . 132 of the said base part 142 and said at least two legs 115 . 116 form. As a result, the difference between the integrated gas separation apparatus mixer and the separator is the lack of a concentrated water inlet 121 and a concentrated fuel inlet 122 , In comparison to the separator, the mixer additionally mixes condensed water, concentrated fuel and separated fuel. Otherwise, all features previously described for the integrated gas separation device mixer remain unchanged for the separator and therefore will not be repeated.

Zusammenzufassend wird eine orientierungsfreie CO2-Abscheide-/Mischervorrichtung für Direktmethanol-Brennstoffzellensysteme angegeben, welche zwei erste Raumabschnitte und einen zweiten Raumabschnitt umfasst, welche bevorzugt so arrangiert sind, dass sie eine auf den Kopf gestellte U-Form ausbilden, wobei die zwei ersten Raumabschnitte die Winkel oder Beine des „U" ausbilden und wobei CO2-Abscheidemembranen an der Unterseite der beiden ersten Raumabschnitte angebracht sind sowie eine CO2-Membran an der Oberseite des zweiten Raumabschnittes in der Anordnung der 2 angebracht ist. Die Brennstoffgemisch-Auslassöffnung 125 ist nahe dem Zentrum der inneren Grundplatte 130 positioniert oder in der inneren Grundplatte 130. Die Brennstoffzirkulationspumpe 23 ist an der CO2-Abscheide-/Mischervorrichtung zwischen den beiden ersten Raumabschnitten angeordnet, wodurch ein sehr kompaktes Setup erreicht wird. Ein Flüssigkeitsverbindungsblock 150 ist zwischen der inneren Grundplatte 130 und der Zirkulationspumpe 23 angeordnet, um das Brennstoffgemisch, welches die Vorrichtung verlässt, zur Zirkulationspumpe 23 zu führen.To summarize, an orientation-free CO 2 separator / mixer device for direct methanol fuel cell systems is provided, which comprises two first space sections and a second space section, which are preferably arranged to form an inverted U-shape, the two first space sections form the angles or legs of the "U" and wherein CO 2 separation membranes are attached to the underside of the two first space portions and a CO 2 membrane at the top of the second space portion in the arrangement of 2 is appropriate. The fuel mixture outlet opening 125 is near the center of the inner base plate 130 positioned or in the inner base plate 130 , The fuel circulation pump 23 is arranged at the CO 2 separator / mixer device between the first two room sections, whereby a very compact setup is achieved. A fluid connection block 150 is between the inner base plate 130 and the circulation pump 23 arranged to the fuel mixture leaving the device to the circulation pump 23 respectively.

Der Flüssigkeitsführungs- oder -verbindungsblock 150 kann optional auch die Anodeneinlassleitung 127 umfassen, die das Brennstoffgemisch von der Zirkulationspumpe 23 zum Anodeneinlass 16 des Stapels führt, und/oder eine oder mehrere der CO2-/Brennstoffgemischeinlässe 120 des kondensierten Wassereinlasses 121 oder des konzentrierten Brennstoffeinlasses 122. Die Brennstoffgemischauslassöffnung 125 kann durch eine hydrophile Membran 118 bedeckt sein, welche in der inneren Grundplatte 130 angebracht ist, um sicher CO2-Blasen vom Verlassen der Vorrichtung zurückzuhalten.The fluid routing or connection block 150 Optionally, the anode inlet line 127 include the fuel mixture from the circulation pump 23 to the anode inlet 16 of the stack, and / or one or more of the CO 2 / fuel mixture inlets 120 the condensed water inlet 121 or the concentrated fuel inlet 122 , The fuel mixture outlet 125 can through a hydrophilic membrane 118 be covered, which in the inner base plate 130 is attached to safely hold CO 2 bubbles from leaving the device.

1010
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
1111
Kathodeneinlass des Stapelscathode inlet of the pile
1212
Luftpumpeair pump
1313
Kathodenauslass des Stapelscathode outlet of the pile
1515
Anoden-(Brennstoff-)Einlass des StapelsAnode (fuel) inlet of the pile
1616
Anoden-(Brennstoff-)Auslass des StapelsAnode (fuel) outlet of the pile
2020
Behältercontainer
2121
CO2-AuslassCO 2 outlet
2323
Zirkulationspumpecirculation pump
3030
Brennstofftankfuel tank
3131
Brennstoffpumpefuel pump
5050
Wärmetauscherheat exchangers
5252
WärmetauscherauslassHeat exchanger outlet
5555
LüfterFan
6060
Wasserabscheiderwater
6161
LuftabscheiderauslassLuftabscheiderauslass
6262
WasserrückführverbindungWater return connection
7070
WasserrückführpumpeWater recycling pump
8080
Kombinierter Abscheidercombined separators
110110
CO2/Brennstoff-MischungCO 2 / fuel mixture
115115
CO2-Abscheider-Membran ACO 2 separator membrane A
116116
CO2-Abscheider-Membran A'CO 2 separator membrane A '
117117
CO2-Abscheider-Membran BCO 2 separator membrane B
118118
Hydrophile MembranHydrophilic membrane
120120
Brennstoffgemisch/CO2-EinlassFuel mixture / CO 2 inlet
121121
Luft/Wasser-EinlassAir / water inlet
122122
Konzentrierter-Brennstoff-EinlassConcentrated fuel inlet
123123
BrennstoffgemischauslassBrennstoffgemischauslass
125125
Brennstoffgemisch-AuslassöffnungFuel mixture outlet port
127127
AnodeneinlassleitungAnode inlet conduit
130130
Innere GrundplatteInner baseplate
131131
Unterseite Abottom A
132132
Unterseite A'bottom A '
133133
Oberseite Btop B
140140
Raumabschnitt A – erstes Beinteilspace section A - first leg part
141141
Raumabschnitt A' – zweites Beinteilspace section A '- second leg part
142142
Raumabschnitt B – Basisteilspace section B - base part
150150
FlüssigkeitsverbindungsblockFluid communication block

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 6110613 [0010] US 6110613 [0010]
  • - EP 1383191 [0012] - EP 1383191 [0012]

Claims (20)

Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung für Direktmethanol-Brennstoffzellensysteme (DMFC), umfassend einen Behälter (20), der einen Gasbrennstoffgemischeinlass (120), einen Flüssigkeitseinlass (121) sowie einen Flüssigkeitseinlass (122) aufweist, wobei der Behälter (20) eine hohle, geschlossene Struktur zum Aufnehmen einer Flüssigkeit aufweist, wobei die Struktur ein Basisteil (142) und wenigstens zwei Beinteile (140, 141) umfasst, die sich vom besagten Basisteil (142) erstrecken und mit diesem kommunizieren, wobei eine Flüssigkeitsgemisch-Auslassöffnung (125) in besagtem Basisteil (142) angeordnet ist und wobei eine Vielzahl von gasselektiven Membranen (117, 115, 116) zur Entfernung eines Gases aus dem inneren des Behälters (20) vorgesehen ist, die Vielzahl der gasselektiven Membranen (117, 115, 116) wenigstens teilweise äußere Endflächen (133, 131, 132) des besagten Basisteils (142) und besagter wenigstens zweier Beine (115, 116) entsprechend ausbilden.Mixer with integrated gas separation device for direct methanol fuel cell systems (DMFC), comprising a container ( 20 ) containing a gas fuel mixture inlet ( 120 ), a liquid inlet ( 121 ) and a liquid inlet ( 122 ), wherein the container ( 20 ) has a hollow, closed structure for receiving a liquid, the structure comprising a base part ( 142 ) and at least two leg parts ( 140 . 141 ) extending from said base part ( 142 ) and communicate with it, with a liquid mixture outlet ( 125 ) in said base part ( 142 ) and wherein a plurality of gas-selective membranes ( 117 . 115 . 116 ) for removing a gas from the interior of the container ( 20 ), the plurality of gas-selective membranes ( 117 . 115 . 116 ) at least partially outer end surfaces ( 133 . 131 . 132 ) of said base part ( 142 ) and said at least two legs ( 115 . 116 ) train accordingly. Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Behälter (20) eine u-förmige hohle, geschlossene Struktur mit einem ersten Bein (140) und einem zweiten Bein (141), die senkrecht zum Basisteil (142) angeordnet sind, aufweist.Mixer with integrated gas separation device according to claim 1, wherein the container ( 20 ) a U-shaped hollow, closed structure with a first leg ( 140 ) and a second leg ( 141 ) perpendicular to the base part ( 142 ) are arranged. Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Basisteil (142) des besagten u-förmigen Behälters (20) eine innere Grundplatte (130) umfasst, angeordnet gegenüber der äußeren Endfläche des Basisteils (142) und kommunizierend mit einem inneren Freiraum, ausgebildet durch das Basisteil (142) und die wenigstens zwei Beine (140, 141).Mixer with integrated gas separation device according to claim 1 or 2, wherein the base part ( 142 ) of said U-shaped container ( 20 ) an inner base plate ( 130 ) arranged opposite the outer end surface of the base part ( 142 ) and communicating with an internal free space, formed by the base part ( 142 ) and the at least two legs ( 140 . 141 ). Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die besagte Flüssigkeit, die durch den Flüssigkeitseinlass (121) zur Verfügung gestellt wird, kondensiertes Wasser ist, besagter Flüssigkeitseinlass (121) ein konzentrierter Brennstoffeinlass (122) ist, der konzentriertes Methanol der Vorrichtung zur Verfügung stellt, oder besagter Brennstoffeinlass (122) ein Einlass für ein Methanol-Wassergemisch ist und wobei besagtes Gas, welches entfernt werden soll, CO2 ist.Mixer with integrated gas separation device according to claim 1, 2 or 3, wherein said liquid passing through the liquid inlet ( 121 ) is condensed water, said liquid inlet ( 121 ) a concentrated fuel inlet ( 122 ), which provides concentrated methanol to the device, or said fuel inlet ( 122 ) is an inlet for a methanol-water mixture and wherein said gas to be removed is CO 2 . Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Basisteil (142) das größte Volumen der drei Teile (140, 141, 142) des Behälters (20) aufweist.Mixer with integrated gas separation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the base part ( 142 ) the largest volume of the three parts ( 140 . 141 . 142 ) of the container ( 20 ) having. Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß wenigstem einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennstoffgemisch-Auslassöffnung (125) in der Grundplatte (130) im Zentrum der Grundplatte (130) angeordnet ist.Mixer with integrated gas separation device according to at least one of the preceding claims, wherein the fuel mixture outlet opening ( 125 ) in the base plate ( 130 ) in the center of the base plate ( 130 ) is arranged. Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß wenigstem einem der vorherhegenden Ansprüche, wobei die Brennstoffgemisch-Auslassöffnung (125) eine Bohrung in der inneren Grundplatte (130) darstellt.Mixer with integrated gas separation device according at least one of the preceding claims, wherein the fuel mixture outlet opening ( 125 ) a hole in the inner base plate ( 130 ). Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Brennstoffgemisch-Auslassöffnung (125) in der Nähe des Zentrums der inneren Grundplatte (130), aber entfernt von der inneren Grundplatte (130), lokalisiert im Basisteil (142), angeordnet ist.Mixer with integrated gas separation device according to any one of claims 1 to 5, wherein the fuel mixture outlet opening ( 125 ) near the center of the inner base plate ( 130 ), but away from the inner base plate ( 130 ), located in the base part ( 142 ) is arranged. Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gasselektive Membranen (115, 116, 117) poröse hydrophobe Membranen sind.Mixer with integrated gas separation device according to at least one of the preceding claims, wherein the gas-selective membranes ( 115 . 116 . 117 ) are porous hydrophobic membranes. Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die gasselektiven Membranen (115, 116, 117) aus PTFE gemacht sind.Mixer with integrated gas separation device according to claim 9, wherein the gas-selective membranes ( 115 . 116 . 117 ) are made of PTFE. Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß jedem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einlässe (120, 121, 122) in einem oberen Bereich der Seitenfläche des Behälters (20) vorgesehen sind.Mixer with integrated gas separation device according to any one of the preceding claims, wherein the inlets ( 120 . 121 . 122 ) in an upper region of the side surface of the container ( 20 ) are provided. Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 10, wobei wenigstens einer der Flüssigkeitseinlässe (120, 121, 122) in der inneren Grundplatte (130) vorgesehen ist.Mixer with integrated gas separation device according to any one of claims 1 to 10, wherein at least one of the liquid inlets ( 120 . 121 . 122 ) in the inner base plate ( 130 ) is provided. Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Volumen der beiden Beine (140, 141) gleich sind.Mixer with integrated Gasabscheidevorrichtung according to at least one of the preceding claims, wherein the volume of the two legs ( 140 . 141 ) are the same. Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Summe der Volumen der beiden Beine (140, 141) die gleiche ist wie das Volumen des Basisteils (142).Mixer with integrated gas separation device according to at least one of the preceding claims, wherein the sum of the volumes of the two legs ( 140 . 141 ) is the same as the volume of the base part ( 142 ). Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Zirkulationspumpe (23) eines DMFC-Systems im Freiraum des u-förmigen Behälters (20) zwischen den Beinen (140, 141) und dem Basisteil (142) angeordnet ist.Mixer with integrated gas separation device according to at least one of the preceding claims, wherein a circulation pump ( 23 ) of a DMFC system in the free space of the U-shaped container ( 20 ) between the legs ( 140 . 141 ) and the base part ( 142 ) is arranged. Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei ein Flüssigkeitsführungsblock (150) in dem Freiraum zwischen den beiden Beinen (140, 141) vorgesehen ist und zwischen der Zirkulationspumpe (23) und der inneren Grundplatte (130) angeordnet ist, wobei der Flüssigkeitsführungsblock (150) einen Brennstoffgemischauslass (123) zur Führung des Brennstoffgemisches zur Zirkulationspumpe (23) umfasst und eine Anodeneinlassleitung (127) zur Führung des Brennstoffgemisches von der Zirkulationspumpe (23) zum Anodeneinlass (15) des Stapels.Mixer with integrated gas separation device according to claim 15, wherein a liquid guide block ( 150 ) in the space between the two legs ( 140 . 141 ) and between the circulation pump ( 23 ) and the inner base plate ( 130 ), wherein the liquid guide block ( 150 ) a fuel mixture outlet ( 123 ) for guiding the fuel mixture to the circulation pump ( 23 ) and one Anode inlet line ( 127 ) for guiding the fuel mixture from the circulation pump ( 23 ) to the anode inlet ( 15 ) of the stack. Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei der Flüssigkeitsführungsblock (150) die Einlässe (120, 121, 122) umfasst.Mixer with integrated gas separation device according to claim 16, wherein the liquid guide block ( 150 ) the inlets ( 120 . 121 . 122 ). Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden der Ansprüche, wobei eine hydrophile Membran (118) die Brennstoffgemisch-Auslassöffnung (125) bedeckt.Mixer with integrated gas separation device according to at least one of the preceding claims, wherein a hydrophilic membrane ( 118 ) the fuel mixture outlet opening ( 125 ) covered. Mischer mit integrierter Gasabscheidevorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei die hydrophile Membran aus einem Nylongitter besteht.Mixer with integrated gas separation device according to claim 18, wherein the hydrophilic membrane consists of a nylon mesh. Ein Gasflüssigkeitsabscheider für Direktmethanol-Brennstoffzellensysteme (DMFC) umfassend einen Behälter (20), der einen Gas-/Brennstoffgemischeinlass (120) aufweist, wobei der Behälter (20) eine hohle, geschlossene Struktur zur Aufnahme einer Flüssigkeit aufweist, die Struktur ein Basisteil (142) und wenigstens zwei Beine (140, 141) umfasst, die mit besagtem Basisteil (142) kommunizieren, wobei eine Brennstoffgemisch-Auslassöffnung (125) in besagtem Basisteil (142) angeordnet ist und wobei eine Vielzahl von gasselektiven Membranen (117, 115, 116) zur Entfernung eines Gases aus dem Inneren des Behälters (20) vorgesehen sind, wobei die Vielzahl von gasselektiven Membranen wenigstens teilweise äußere Endflächen (133, 131, 132) des besagten Basisteils (142) und der besagten wenigstens zwei Beine (115, 116) ausbilden.A gas liquid separator for direct methanol fuel cell systems (DMFC) comprising a container ( 20 ) containing a gas / fuel mixture inlet ( 120 ), wherein the container ( 20 ) has a hollow, closed structure for receiving a liquid, the structure has a base part ( 142 ) and at least two legs ( 140 . 141 ) associated with said base part ( 142 ), wherein a fuel mixture outlet ( 125 ) in said base part ( 142 ) and wherein a plurality of gas-selective membranes ( 117 . 115 . 116 ) for removing a gas from the interior of the container ( 20 ) are provided, wherein the plurality of gas-selective membranes at least partially outer end surfaces ( 133 . 131 . 132 ) of said base part ( 142 ) and said at least two legs ( 115 . 116 ) train.
DE102007023619A 2007-05-18 2007-05-18 Mixer with integrated gas separation device and gas / liquid separator for direct methanol fuel cell systems Expired - Fee Related DE102007023619B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007023619A DE102007023619B4 (en) 2007-05-18 2007-05-18 Mixer with integrated gas separation device and gas / liquid separator for direct methanol fuel cell systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007023619A DE102007023619B4 (en) 2007-05-18 2007-05-18 Mixer with integrated gas separation device and gas / liquid separator for direct methanol fuel cell systems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102007023619A1 true DE102007023619A1 (en) 2008-11-20
DE102007023619B4 DE102007023619B4 (en) 2009-07-02

Family

ID=39868892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007023619A Expired - Fee Related DE102007023619B4 (en) 2007-05-18 2007-05-18 Mixer with integrated gas separation device and gas / liquid separator for direct methanol fuel cell systems

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007023619B4 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108390082A (en) * 2018-04-23 2018-08-10 中科军联(张家港)新能源科技有限公司 A kind of separator for direct liquid feed fuel cell

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013201332A1 (en) * 2013-01-29 2014-07-31 Robert Bosch Gmbh Cooling system for battery system of vehicle, has arrangement with separator that is arranged with respect to gravity of highest level within assembly and adapted to separate coolant containing gas from cooling system

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6110613A (en) 1998-07-23 2000-08-29 International Fuel Cells Corporation Alcohol and water recovery system for a direct aqueous alcohol fuel cell power plant
DE10034401A1 (en) * 2000-07-14 2002-01-24 Daimler Chrysler Ag Fuel cell system comprises cooling fluid and fuel mixture and vent line for controlling system pressure
US20020192525A1 (en) * 2001-06-14 2002-12-19 Neutzler Jay K. Flow through gas separator
EP1383191A1 (en) 2002-07-01 2004-01-21 SFC Smart Fuel Cell AG Fluid separation apparatus
US6908500B2 (en) * 2002-04-08 2005-06-21 Motorola, Inc. System and method for controlling gas transport in a fuel cell
DE10140565B4 (en) * 2001-08-18 2006-06-29 Roche Diagnostics Gmbh Device for gas or liquid separation from microfluidic flow systems
US20060288870A1 (en) * 2005-06-24 2006-12-28 Samsung Sdi Co., Ltd. Liquid-gas separator for direct liquid feed fuel cell
US20070003809A1 (en) * 2005-06-30 2007-01-04 Samsung Sdi Co., Ltd. Liquid-gas separator for direct liquid feed fuel cell

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6110613A (en) 1998-07-23 2000-08-29 International Fuel Cells Corporation Alcohol and water recovery system for a direct aqueous alcohol fuel cell power plant
DE10034401A1 (en) * 2000-07-14 2002-01-24 Daimler Chrysler Ag Fuel cell system comprises cooling fluid and fuel mixture and vent line for controlling system pressure
US20020192525A1 (en) * 2001-06-14 2002-12-19 Neutzler Jay K. Flow through gas separator
DE10140565B4 (en) * 2001-08-18 2006-06-29 Roche Diagnostics Gmbh Device for gas or liquid separation from microfluidic flow systems
US6908500B2 (en) * 2002-04-08 2005-06-21 Motorola, Inc. System and method for controlling gas transport in a fuel cell
EP1383191A1 (en) 2002-07-01 2004-01-21 SFC Smart Fuel Cell AG Fluid separation apparatus
US20060288870A1 (en) * 2005-06-24 2006-12-28 Samsung Sdi Co., Ltd. Liquid-gas separator for direct liquid feed fuel cell
US20070003809A1 (en) * 2005-06-30 2007-01-04 Samsung Sdi Co., Ltd. Liquid-gas separator for direct liquid feed fuel cell

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108390082A (en) * 2018-04-23 2018-08-10 中科军联(张家港)新能源科技有限公司 A kind of separator for direct liquid feed fuel cell
CN108390082B (en) * 2018-04-23 2023-07-14 中科军联(张家港)新能源科技有限公司 Separator for direct liquid feed fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007023619B4 (en) 2009-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3489394B1 (en) Electrolyzer for low pressure pem electrolysis
EP1333517A2 (en) Fuel cell assembly and fuel cell system thereof
EP2374179B1 (en) Device for providing a carrier gas containing fuel and fuel cell with such a device
DE10392871T5 (en) Degassed PEM fuel cell system
DE60315538T2 (en) Apparatus and method for generating gas in a fuel cell
DE10317767A1 (en) Gas / liquid phase separator with improved pressure control
DE102007028625A1 (en) Fuel cell with hydrogen storage tank
WO2019101392A1 (en) Electrolysis unit and electrolyser
DE112012003039T5 (en) Direct oxidation fuel cell system
EP1962360B1 (en) Gas separating device for a direct methanol fuel cell (DMFC)
DE102007028804A1 (en) Liquid level measuring system for measuring level of liquid of direct methanol fuel Cells systems, has container of prismatic form, which has inlet and outlet
DE102016217989A1 (en) Apparatus for the continuous operation of an electrolytic cell with gaseous substrate and gas diffusion electrode
DE112018005397B4 (en) Device for methane synthesis
DE102007023619B4 (en) Mixer with integrated gas separation device and gas / liquid separator for direct methanol fuel cell systems
DE112008002831B4 (en) The fuel cell system
DE102007028805B4 (en) Combined gas-liquid separator and mixer device for DMFC fuel cell systems and integrated liquid management unit
EP1974413A1 (en) Direct-oxidation fuel cell with passive fuel supply and method for its operation
DE102007032807A1 (en) Mixer for direct methanol gas cell system in mobile electronic device, has measuring points formed symmetrically in proximity of center of gas separating device away from center, and are provided on same symmetry plane of device
DE102005033821B4 (en) Direct oxidation fuel cell system and method for controlling the water balance of a direct oxidation fuel cell system
EP1964198B1 (en) Method for operating a direct oxidation fuel cell and corresponding arrangement
DE10348879B4 (en) Apparatus and method for increasing the fuel concentration in a liquid stream supplied to the anode of a fuel cell and use thereof
DE102018121669A1 (en) Reversible fuel cell unit and a reversible fuel cell
DE10136753A1 (en) Portable direct-methanol fuel cell for portable electronic appliances has a fuel cell unit made from a polymer membrane with an anode and cathode forming a membrane electrode unit, anode/cathode areas and a reservoir for methanol
WO1999021240A1 (en) Fuel cell with a degassing device
DE10136755A1 (en) Portable direct-methanol fuel cell for laptops and mobile telephones has a fuel cell unit made from a polymer membrane with an anode and cathode forming a membrane electrode unit, anode/cathode areas and a reservoir for methanol

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee