[发明专利]用于燃料电池的可变燃料压力控制

说明书

【技术领域】

本申请涉及燃料电池，并且具体地，本发明涉及用于调整提供给燃料电池 阳极的燃料压力的方法和装置。本申请还涉及维持燃料电池中跨越水运送板 (Water Transport Plate)的所期望的压力差。

【背景技术】

燃料电池包含阴极和阳极，它们与电极组件结合以产生由于电化学过程生 成的电流。阳极接受氢气，并且阴极接受空气。氢气和空气在电化学过程中 反应以产生电流。在一些燃料电池中使用水运送板以控制水在水流场中邻接 阴极和/或阳极。维持水平衡能更好地确保燃料电池运行的效率。

必须控制燃料电池中氢气的消耗以获得用于燃料效率的工业需求。在燃料 电池工作期间，燃料压力波动使得燃料消耗难以控制。在一个试图获得燃料 效率的实施例中，燃料电池被开发使用再循环回路，该再循环回路将未经使 用的燃料从阳极返回至阳极入口。一些再循环回路使用鼓风机以确保将充足 的燃料供给到入口。

值得期待的是，尤其在瞬时情形下，供给至阳极的燃料压力通常追随供给 至阴极的空气压力，从而将充足燃料供给至阳极以获得最有效的电流产量。 结合了再循环回路与鼓风机的燃料电池不具有这些特征，即确保提供给入口 的燃料压力随着被阴极消耗的空气的增加和减少而增加和减少。

喷射器已被用于调整提供给阳极的燃料压力。来自再循环回路的燃料被提 供给喷射器的吸入口。来自喷射器下游的传感管线与来自喷射器上游的汽室 压力调节器通信，以便确保通过喷射器在阳极入口处获得所期望的燃料压力。

一些使用喷射器提供燃料至阳极的装置还包括管线，所述管线将阴极空气 压力传达给汽室压力调节器，这确保燃料压力更加紧密地追随空气压力。但 是现有技术装置不能调节空气和燃料流场中的压力，以便维持跨越水运送板 的所期望的压力差，而这对于燃料电池中的水平衡是必须的。流场中具有过 大压力可以推动水溢出水运送板并进入水流场中，这可能烧干相关的阳极和/ 或阴极。流场中具有过小压力可以让来自水流动场的水溢出阳极和/或阴极。 这对于冷却系统尤其是真实的，在该冷却系统中使用泵来循环流动场中的水 以用于冷却。泵可以增加水流场压力并且不期望减少跨越水运送板的压力差， 这使得其难以维持水平衡。

所需要的燃料电池是：再循环未经使用的燃料同时维持相对于空气压力的 期望的燃料压力，并且同时获得期望的跨越水运送板的压力差。

【发明内容】

燃料电池包含具有空气流场(Air Flow Field)的阴极。在一个实施例中， 阳极包含入口和用于将未经使用的燃料提供给燃料再循环管线的出口。在一 个示例性的实施方案中，喷射器包含吸入口、用于接受燃料的机动入口(Motive Inlet)以及排出口，所述排出口用于将期望的燃料量提供给入口。鼓风机与再 循环管线相通以将未经使用的燃料提供至吸入口，从而获得期望的燃料量。 将压力调整器布置在喷射器的上游，并且与空气流场相通，用于在机动入口 处调整相应于与空气流场相关的空气压力的燃料压力。提供空气压力反馈给 压力调整器使得燃料压力能够在燃料电池工作期间更好地追随空气压力。

阴极和/或阳极包含分别与空气流场和/或燃料流场相关的多孔水运送板。 将背压阀门布置在空气流场的下游，用于产生空气背压，从而产生跨越水运 送板的期望的压力差。控制背压阀门以获得跨越水运送板的期望的压力，从 而保持燃料电池的水平衡。

从下面的详细说明和附图能够最好地理解本申请的这些和其它特征，以下 是其简要说明。

【附图说明】

图1是包含燃料再循环回路、冷却回路和控制系统的燃料电池的示意性视 图。

【具体实施方式】

在图1中示意性地示出了燃料电池10。燃料电池10包含布置在电极组件 16的任一侧的阳极12和阴极14。阳极12、阴极14和电极组件16提供电池 18。通常将多个电池层叠布置以产生期望的电流量。