[發(fā)明專利]冷卻劑凈化

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710811005.6
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN107579265B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 普拉塔普·羅摩;馬修斯·克雷斯派
• 申請（專利權(quán)）人: 智慧能量有限公司
• 主分類號: H01M8/04029
• 分類號: H01M8/04029;H01M8/04044;H01M8/0432;H01M8/0438;H01M8/0444;H01M8/04537;H01M8/04746;C02F1/00;C02F1/32;C02F1/42;C02F1/78
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 徐東升;張穎

公開了一種包括燃料電池堆的燃料電池系統(tǒng)。臭氧生成器被配置為將臭氧引入所述燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑內(nèi)。去離子裝置聯(lián)接至所述燃料電池堆。旁路導(dǎo)管與所述去離子裝置并行排列。控制器被配置為基于所述臭氧生成器控制所述冷卻劑通過所述去離子裝置或所述旁路導(dǎo)管流到所述燃料電池堆。

本申請是申請日為2014年8月6日、名稱為“冷卻劑凈化”的中國專利申請201480045170.X的分案申請。

本發(fā)明涉及設(shè)置成堆疊形式的電化學(xué)燃料電池，并且具體地說，涉及用于這類燃料電池堆的冷卻系統(tǒng)。具體地說，它涉及一種燃料電池系統(tǒng)、一種用于燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑組件和一種包括所述燃料電池系統(tǒng)的交通工具。

常規(guī)電化學(xué)燃料電池將通常均為氣體流形式的燃料和氧化劑轉(zhuǎn)換成電能和反應(yīng)產(chǎn)物。用于使氫和氧反應(yīng)的常見類型的電化學(xué)燃料電池包括處于膜電極組件(MEA)內(nèi)的聚合物離子轉(zhuǎn)移膜，也稱為質(zhì)子交換膜(PEM)，其中燃料和空氣穿過所述膜的相應(yīng)側(cè)面。質(zhì)子(即氫離子)被傳導(dǎo)通過所述膜，由傳導(dǎo)通過連接燃料電池陽極和陰極的回路的電子加以平衡。為了增大可用電壓，形成包括多個(gè)電串聯(lián)布置的MEA的堆疊。每個(gè)MEA設(shè)置有分開的陽極流體流動路徑和陰極流體流動路徑。陽極流體流動路徑和陰極流體流動路徑分別將燃料和氧化劑傳送至膜。燃料電池堆通常是包括很多獨(dú)立的燃料電池板的塊形式，所述燃料電池板由位于所述堆疊的任一末端處的端板保持在一起。

因?yàn)槿剂吓c氧化劑的反應(yīng)產(chǎn)生熱量以及電力，所以一旦已達(dá)到操作溫度就需要冷卻燃料電池堆，以避免對燃料電池產(chǎn)生的損壞。冷卻可至少部分通過在陽極流體流動路徑(其用于使陽極水合)和/或與反應(yīng)物水組合的陰極流體流動路徑中將冷卻劑(諸如水)傳送至堆疊內(nèi)的獨(dú)立電池來實(shí)現(xiàn)。在每種情況下，可發(fā)生燃料電池的蒸發(fā)冷卻。

在典型的布置中，將冷卻水注入到燃料電池堆的陽極流體流動通道或陰極流體流動通道中。冷卻水必須是非常純凈的。如果將污染的冷卻水引入到燃料電池堆中，那么污染物可能嚴(yán)重影響燃料電池堆的性能并且可能降解堆疊內(nèi)的部件。污染物可能為無機(jī)的(諸如金屬離子)和有機(jī)的(諸如有機(jī)污染物分子和細(xì)菌/微生物)。因此在水進(jìn)入燃料電池堆之前處理所述水以去除污染物是有益的。

一種清潔冷卻劑的方式為使其穿過去離子化裝置，所述裝置用以從冷卻劑中去除不需要的離子。這些離子可以其他方式有害地影響燃料電池堆，例如通過與聚合物電解質(zhì)相互作用。去離子裝置通常含有冷卻水可通過的離子交換樹脂(例如作為珠粒)。冷卻劑中有害于燃料電池堆的離子被交換為較無害的離子。

清潔冷卻劑的另一種方式為使用臭氧。臭氧為一種強(qiáng)力消毒劑并且可用于通過攻擊并破壞細(xì)菌/微生物并抑制微生物生長來清潔污染的冷卻水。

臭氧對于水消毒為理想的，但如果它與樹脂接觸將會降解離子交換樹脂。因此，使用臭氧和去離子裝置的組合來純化燃料電池內(nèi)的冷卻水在目前并不可能。樹脂的降解可能導(dǎo)致離子交換效率降低并且可能需要比未出現(xiàn)臭氧降解的情況更頻繁地更換樹脂。

根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆、配置為將臭氧引入燃料電池系統(tǒng)的冷卻劑內(nèi)的臭氧生成器、聯(lián)接至所述燃料電池堆的去離子裝置、與所述去離子裝置并行排列的旁路導(dǎo)管以及控制器。所述控制器被配置為基于臭氧生成器的運(yùn)行狀態(tài)控制冷卻劑通過去離子裝置或旁路導(dǎo)管流到燃料電池堆。

有利地是，所述旁路提供用于冷卻劑到達(dá)燃料電池堆而不經(jīng)過(并且可能損害)去離子裝置的一個(gè)替代路徑。

所述控制器可被配置為使得當(dāng)確定冷卻劑內(nèi)的臭氧水平超過預(yù)定閾值時(shí)冷卻劑經(jīng)過所述旁路導(dǎo)管并且使得當(dāng)確定冷卻劑內(nèi)的臭氧水平低于預(yù)定閾值時(shí)冷卻劑經(jīng)過去離子裝置。

所述控制器可被配置為控制冷卻劑流到燃料電池堆，以使得冷卻劑在臭氧生成時(shí)段期間(在此期間所述臭氧生成器將臭氧引入冷卻劑內(nèi))并在臭氧分解時(shí)段期間經(jīng)過旁路導(dǎo)管。有利地是，當(dāng)臭氧被引入冷卻劑時(shí)并且當(dāng)冷卻劑內(nèi)的臭氧不再引入但仍然存在且在冷卻劑內(nèi)分解時(shí)，冷卻劑可通過旁路導(dǎo)管(避開去離子裝置)供應(yīng)到燃料電池堆。