[發(fā)明專利]用于燃料電池的延長的閥孔

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310135488.4
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN103378362A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R.J.道姆
• 申請（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 崔幼平;傅永霄

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池。

背景技術(shù)

在典型的燃料電池系統(tǒng)中，經(jīng)過流道把氫或富氫氣體供給至燃料電池的陽極側(cè)，同時經(jīng)過單獨的流道把氧(通常以空氣的形式)供給至燃料電池的陰極側(cè)。在一種形態(tài)的燃料電池中，稱為質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池，把采用質(zhì)子傳遞膜形式的電解質(zhì)夾在陽極與陰極之間以形成通常稱為膜電極組件(MEA)的層狀結(jié)構(gòu)。各MEA構(gòu)成單獨的燃料電池，并且可以把許多這種單獨的電池加以合并而形成燃料電池堆。

包括基于PEM的系統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)的運行產(chǎn)生水并且需要水。質(zhì)子(來自存在于陽極流道中的燃料)從陽極經(jīng)過PEM被傳導(dǎo)至陰極，其中這些質(zhì)子與存在于陰極流道中的氧反應(yīng)而產(chǎn)生水，所述水被引導(dǎo)遠離陽極和陰極。然而，在燃料電池的運行期間，水會在陽極流道中聚積。尤其地，這可能是由于水從燃料電池的陰極擴散到陽極所導(dǎo)致。如果存在于陽極處的水的量變得過大，那么陽極會溢流，從而導(dǎo)致對燃料電池的損害。然而，其它勢力會導(dǎo)致陽極流道完全變干，這也是具有損害性的，因為燃料電池中需要存在至少一些水以便維持PEM的水合。因為水在可運行的燃料電池系統(tǒng)中是無處不在的，所以在低溫條件下會產(chǎn)生問題，因為長時間暴露到這種條件會導(dǎo)致系統(tǒng)中的水結(jié)冰。燃料電池系統(tǒng)中特別是陽極流道內(nèi)的冰會妨礙系統(tǒng)的適當性能并且也會損害該系統(tǒng)。

在凍結(jié)啟動條件(通常當燃料電池內(nèi)部溫度已處于從0℃至-20℃達長時間段時)下，燃料電池會被冰堵塞或者變得被冰堵塞。如果陽極或陽極流道被堵塞，那么在消耗掉電池內(nèi)的全部氫之后電池轉(zhuǎn)變?yōu)樨撾妷骸Ｉ踔猎诔ヘ摵珊螅孟喈旈L的時間段來返回至開路電壓(OCV)。因此，燃料電池的設(shè)計要求關(guān)注水合的量以確保不存在過多或過少的水、以及對存在的水進行管理以便維持燃料電池的適當性能，特別是在凍結(jié)啟動條件下。

水分離器是管理存在于陽極或陽極流道中的水的量的一種方法。目前的水分離技術(shù)構(gòu)造成在單向或雙向的流動方向上運行。然而，這些水分離器包括閥和其它部件、以及會影響燃料電池系統(tǒng)成功啟動的設(shè)計構(gòu)造。例如，雖然傳統(tǒng)水分離器的陽極進口閥是相當可靠的，但它們也會變得被冰堵塞。這種情況部分是由于燃料電池系統(tǒng)在凍結(jié)條件下初期運行時和之后閥溫度保持在凍結(jié)溫度所致。因此，對確保特別是在凍結(jié)啟動條件下可靠的啟動和水管理的燃料電池系統(tǒng)部件存在著持續(xù)的需求。

發(fā)明內(nèi)容

在各種實施例中，提供一種改進的燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)構(gòu)造成防止水、冰或兩者在系統(tǒng)各部分的集蓄并且至少可在凍結(jié)啟動條件下運行。該所提供的燃料電池系統(tǒng)包括：設(shè)計成使在閥或其它流道控制點處的水集蓄最小化或者否則防止該水集蓄(并因此防止低溫下的冰形成)的部件。在各種實施例中，還提供控制燃料電池系統(tǒng)中的冰堵塞的方法。該所提供的方法包括：提供設(shè)計成使在閥或其它流道控制點處的水集蓄最小化或者否則防止該水集蓄(并因此防止低溫下的冰形成)的部件。

本公開所提供的燃料電池系統(tǒng)包括：(A)燃料電池堆；(B)水分離器；(C)可操作地聯(lián)接到陽極排放流道和所述水分離器的閥，所述閥構(gòu)造成接納來自所述流道的含水排放物并且把所述所接納的排放物泄放到所述水分離器；以及(D)閥進口喉道，該閥進口喉道包括(i)可操作地聯(lián)接到所述閥的近端部；(ii)大致彎曲的遠端部，其具有設(shè)置在其中的孔，所述孔可操作地聯(lián)接到所述流道；和(iii)設(shè)置在所述近端部與所述遠端部之間的側(cè)壁部，其中所述遠端部構(gòu)造成使得所述排放物中的任何水、冰或兩者在所述孔處或者在所述閥的第一部分處不集蓄。

本公開所提供的方法包括：(A)提供燃料電池堆；(B)提供水分離器；(C)提供至少一個閥，該閥可操作地聯(lián)接到陽極排放流道和所述水分離器，所述閥構(gòu)造成接納來自所述流道的含水排放物并且把所述所接納的排放物泄放到所述水分離器；以及(D)提供閥進口喉道，該閥進口喉道包括：(i)可操作地聯(lián)接到所述閥的近端部；(ii)?大致彎曲的遠端部，其具有設(shè)置在其中的孔，所述孔可操作地聯(lián)接到所述流道；和(iii)設(shè)置在所述近端部與所述遠端部之間的側(cè)壁部，其中所述遠端部構(gòu)造成使得所述排放物中的任何水、冰或兩者在所述孔處或者在所述閥的所述第一部分處不集蓄。

本發(fā)明還提供如下方案：

1.?一種燃料電池系統(tǒng)，包括：

(A)燃料電池堆，所述燃料電池堆具有：(i)多個燃料電池，每個燃料電池包括陽極；和(ii)陽極排放流道，所述陽極排放流道能夠操作地聯(lián)接到所述陽極并且構(gòu)造成引導(dǎo)含水排放物的流離開所述陽極；

(B)水分離器，所述水分離器能夠操作地聯(lián)接到所述流道并且構(gòu)造成將至少一部分水從所述排放物去除；