[發明專利]用于燃料電池的可變燃料壓力控制

有效

• 申請號: 200680056659.2
• 申請日: 2006-12-19
• 公開（公告）號: CN101689622A
• 公開（公告）日: 2010-03-31
• 發明（設計）人: V·亞達;M·P·威爾遜;P·納拉辛哈穆爾蒂
• 申請（專利權）人: UTC電力公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M8/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 譚佐晞;曹 若

【技術領域】

本申請涉及燃料電池，并且具體地，本發明涉及用于調整提供給燃料電池 陽極的燃料壓力的方法和裝置。本申請還涉及維持燃料電池中跨越水運送板 (Water?Transport?Plate)的所期望的壓力差。

【背景技術】

燃料電池包含陰極和陽極，它們與電極組件結合以產生由于電化學過程生 成的電流。陽極接受氫氣，并且陰極接受空氣。氫氣和空氣在電化學過程中 反應以產生電流。在一些燃料電池中使用水運送板以控制水在水流場中鄰接 陰極和/或陽極。維持水平衡能更好地確保燃料電池運行的效率。

必須控制燃料電池中氫氣的消耗以獲得用于燃料效率的工業需求。在燃料 電池工作期間，燃料壓力波動使得燃料消耗難以控制。在一個試圖獲得燃料 效率的實施例中，燃料電池被開發使用再循環回路，該再循環回路將未經使 用的燃料從陽極返回至陽極入口。一些再循環回路使用鼓風機以確保將充足 的燃料供給到入口。

值得期待的是，尤其在瞬時情形下，供給至陽極的燃料壓力通常追隨供給 至陰極的空氣壓力，從而將充足燃料供給至陽極以獲得最有效的電流產量。 結合了再循環回路與鼓風機的燃料電池不具有這些特征，即確保提供給入口 的燃料壓力隨著被陰極消耗的空氣的增加和減少而增加和減少。

噴射器已被用于調整提供給陽極的燃料壓力。來自再循環回路的燃料被提 供給噴射器的吸入口。來自噴射器下游的傳感管線與來自噴射器上游的汽室 壓力調節器通信，以便確保通過噴射器在陽極入口處獲得所期望的燃料壓力。

一些使用噴射器提供燃料至陽極的裝置還包括管線，所述管線將陰極空氣 壓力傳達給汽室壓力調節器，這確保燃料壓力更加緊密地追隨空氣壓力。但 是現有技術裝置不能調節空氣和燃料流場中的壓力，以便維持跨越水運送板 的所期望的壓力差，而這對于燃料電池中的水平衡是必須的。流場中具有過 大壓力可以推動水溢出水運送板并進入水流場中，這可能燒干相關的陽極和/ 或陰極。流場中具有過小壓力可以讓來自水流動場的水溢出陽極和/或陰極。 這對于冷卻系統尤其是真實的，在該冷卻系統中使用泵來循環流動場中的水 以用于冷卻。泵可以增加水流場壓力并且不期望減少跨越水運送板的壓力差， 這使得其難以維持水平衡。

所需要的燃料電池是：再循環未經使用的燃料同時維持相對于空氣壓力的 期望的燃料壓力，并且同時獲得期望的跨越水運送板的壓力差。

【發明內容】

燃料電池包含具有空氣流場(Air?Flow?Field)的陰極。在一個實施例中， 陽極包含入口和用于將未經使用的燃料提供給燃料再循環管線的出口。在一 個示例性的實施方案中，噴射器包含吸入口、用于接受燃料的機動入口(Motive Inlet)以及排出口，所述排出口用于將期望的燃料量提供給入口。鼓風機與再 循環管線相通以將未經使用的燃料提供至吸入口，從而獲得期望的燃料量。 將壓力調整器布置在噴射器的上游，并且與空氣流場相通，用于在機動入口 處調整相應于與空氣流場相關的空氣壓力的燃料壓力。提供空氣壓力反饋給 壓力調整器使得燃料壓力能夠在燃料電池工作期間更好地追隨空氣壓力。

陰極和/或陽極包含分別與空氣流場和/或燃料流場相關的多孔水運送板。 將背壓閥門布置在空氣流場的下游，用于產生空氣背壓，從而產生跨越水運 送板的期望的壓力差。控制背壓閥門以獲得跨越水運送板的期望的壓力，從 而保持燃料電池的水平衡。

從下面的詳細說明和附圖能夠最好地理解本申請的這些和其它特征，以下 是其簡要說明。

【附圖說明】

圖1是包含燃料再循環回路、冷卻回路和控制系統的燃料電池的示意性視 圖。

【具體實施方式】

在圖1中示意性地示出了燃料電池10。燃料電池10包含布置在電極組件 16的任一側的陽極12和陰極14。陽極12、陰極14和電極組件16提供電池 18。通常將多個電池層疊布置以產生期望的電流量。