[發(fā)明專利]對燃料電池冷卻劑中氣體吸入的響應(yīng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580052414.8
• 申請日: 2005-12-30
• 公開（公告）號: CN101346843A
• 公開（公告）日: 2009-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R·J·巴利埃特
• 申請（專利權(quán)）人: UTC電力公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 曾祥夌;廖凌玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及檢測在燃料電池疊組(fuel?cell?stack)的冷卻劑通道中存在氣體的過量吸入，以便可避免對燃料電池疊組造成的不可恢復(fù)的損壞。

背景技術(shù)

在使用多孔的、至少部分親水的反應(yīng)氣體通道板的燃料電池疊組中，依靠氣泡壓力來保持氣體(反應(yīng)氣體通道一側(cè))與水(冷卻劑通道一側(cè))之間的分界面；該反應(yīng)氣體通道板在某些情況下也被稱作“水傳輸板”。在申請公開US2004/0106034中討論了氣泡壓力。如果喪失了氣泡壓力，則氣體將以可能比正常氣體吸入速率大10到100倍的速率吸入冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)。冷卻劑系統(tǒng)中的過量氣體可能導(dǎo)致質(zhì)子交換膜干涸及其可能的故障，反應(yīng)物不足，及系統(tǒng)安全風險。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的方面包括：檢測燃料電池疊組的冷卻劑內(nèi)的氣體過量吸入；防止由于燃料電池疊組的冷卻劑通道中的氣體吸入而造成不可恢復(fù)的損壞；改進PEM燃料電池發(fā)電裝置(power?plant)。

根據(jù)本發(fā)明，氣流檢測器與氣體排放口布置成一直線，該氣體排放口為燃料電池疊組冷卻劑流動通路提供排放口。進一步根據(jù)本發(fā)明，在采用具有循環(huán)通過該系統(tǒng)的水和外部熱交換器的對流冷卻的燃料電池疊組中，氣流檢測器布置于積蓄器(accumulator)排放口。進一步根據(jù)本發(fā)明，在很少或沒有液體流出冷卻劑通道的冷卻的燃料電池疊組中，氣流檢測傳感器布置于冷卻劑通道的氣體排放口。

根據(jù)本發(fā)明，每個氣流檢測器可各自包括介于冷卻劑通道或積蓄器氣體排放口與通向環(huán)境的開孔之間的壓力傳感器。超壓表明氣體過量吸入到冷卻劑中。壓力傳感器可以是簡單的壓力開關(guān)。

在應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)中，通過本發(fā)明的開孔來自排放口的過量氣流將引起顯著的壓降，該壓降的增加可被容易地檢測到，以允許控制器采取措施來避免對系統(tǒng)的損壞，該措施諸如關(guān)閉發(fā)電裝置或增大冷卻水壓與反應(yīng)氣體壓力之間的差值。

本發(fā)明的其他方面、特征與優(yōu)勢在根據(jù)下文中對如附圖所示的其實施例進行詳細描述后將會更加明顯。

附圖說明

圖1是采用循環(huán)水流的對流冷卻并結(jié)合本發(fā)明的燃料電池發(fā)電裝置的一部分的簡化的程式化方框圖。

圖2是采用蒸發(fā)冷卻并結(jié)合本發(fā)明的燃料電池發(fā)電裝置的一部分的簡化的程式化方框圖。

具體實施方式

參考圖1，燃料電池發(fā)電裝置9包括具有陽極11、陰極12以及冷卻劑通道13的燃料電池疊組10。該陽極11接受來自氫氣系統(tǒng)16的氫氣，該氫氣系統(tǒng)可提供富氫的重整氣體或基本純凈的氫氣(如工業(yè)級氫氣)。還可設(shè)有燃料循環(huán)回路及燃料通道的清洗(purging)，因均為傳統(tǒng)技術(shù)，所以其細節(jié)不影響本發(fā)明。

在本實施例中，陰極12以傳統(tǒng)的方法從泵18接受(作為氧化劑反應(yīng)氣體)從環(huán)境空氣19經(jīng)過過濾器20供給的空氣。通過陰極12的氧化劑反應(yīng)氣體通道之后，空氣被排出至排氣23。

在燃料電池疊組運轉(zhuǎn)時，水連續(xù)地循環(huán)通過該冷卻劑通道13，從冷卻劑進口26通過各燃料電池的通道，并因此通過冷卻劑出口歧管27到達冷卻劑泵28。泵28汲取液體通過冷卻劑通道并使液體通過熱交換器29，如果必要的話，液體通過與不凍結(jié)液體(如聚乙二醇)進行交換而在熱交換器29處被冷卻，該不凍結(jié)液體通過泵32而循環(huán)通過熱交換器29。泵32汲取冷卻劑通過另一熱交換器34，該熱交換器34通過風扇36冷卻，所有的這些都受控制器39控制。

冷卻劑自熱交換器29流入液氣分離器40，液體由導(dǎo)管41通過壓力控制閥42傳輸?shù)竭_冷卻劑入口歧管29，該壓力控制閥允許調(diào)整冷卻劑通道中的冷卻劑的壓力，以保證合適的氣泡壓力，如上文所述。

根據(jù)本發(fā)明，分離器40的氣體排放口45連接于壓力傳感器46上，并且通過開孔47到達排氣(如環(huán)境)。該壓力傳感器可向控制器39簡單地提供表示壓力的信號，或者可以是根據(jù)被視為過大的壓力而打開或關(guān)閉的開關(guān)，從而指示過多的氣流通過開孔47，因此過多的泄漏進入冷卻劑通道13中。

響應(yīng)于壓力傳感器46判定冷卻劑通道正吸入過量氣體，控制器可以以多種方式中的任意一種或者以方式的組合來作出響應(yīng)。例如，控制器可簡單地按照常規(guī)的關(guān)閉程序，通過使反應(yīng)劑流停止來關(guān)閉系統(tǒng)。另一方面，控制器可調(diào)整陽極和陰極中的反應(yīng)氣體與冷卻劑通道13中的水之間的相對壓力。這可通過利用閥42調(diào)整冷卻劑通道的水壓和/或調(diào)整泵28的速度，或通過利用對泵18的控制來調(diào)整陰極內(nèi)的壓力以及調(diào)整氫氣系統(tǒng)16內(nèi)的氫氣壓力來實現(xiàn)。