[发明专利]燃料电池堆中的阳极排放控制

权利要求书

1.一种电化学燃料电池组件，其包括：

具有燃料输送入口和燃料输送出口的燃料电池堆，

所述燃料电池堆还包括各自具有膜-电极组件和流体流动路径的多个燃料电池，所述流体流动路径耦合在所述燃料输送入口与所述燃料输送出口之间用于将燃料输送到所述膜-电极组件；

耦合到所述燃料输送入口的燃料输送管道，用于将流体燃料输送到所述堆；

耦合到所述燃料输送出口的排放管道，用于将流体排放出所述堆；

耦合到所述排放管道的可变孔口流动控制装置，其被配置成动态地改变随以下控制参数中的一个或多个变化的从所述燃料输送出口进入到所述排放管道中的流体的量：(i)测量的燃料浓度；(ii)测量的湿度；(iii)所述堆中的燃料电池的电池电压；(iv)所述堆中的燃料电池的阻抗；(v)所述堆中的燃料电池的电阻；

耦合在所述燃料输送出口和所述燃料输送管道之间的再循环管道，用于将流体从所述燃料输送出口再循环到所述燃料输送入口；以及

在所述再循环管道中的换热器；

其中所述燃料输送管道、所述再循环管道和所述燃料电池堆中的所述燃料流动路径一起限定燃料回路；

其中所述可变孔口流动控制装置耦合到所述再循环管道，并且被配置成动态地改变随所述控制参数变化的从所述燃料输送出口进入到所述排放管道中的流体的比例；

其中所述再循环管道经由所述燃料输送管道中的喷射器耦合到所述燃料输送管道，所述再循环管道被耦合到所述喷射器的吸入口并且所述燃料输送入口被耦合到所述喷射器的排出口；

其中所述喷射器是可变孔口喷射器；

其中所述组件还包括控制器，所述控制器被配置为调制所述喷射器的排出压力以影响通过所述可变孔口流动控制装置的排放速率；以及

其中所述控制器还被配置为调制所述喷射器的排出压力和通过所述可变孔口流动控制装置的流量量值以影响横跨所述换热器的负荷。

2.如权利要求1所述的电化学燃料电池组件，其中所述可变孔口流动控制装置还被配置成动态地改变随以下所述控制参数中的一个或多个变化的进入到所述排放管道中的流体的所述比例：(vi)所述燃料回路中的压力；(vii)所述再循环管道中的温度。

3.如权利要求1所述的电化学燃料电池组件，其中所述再循环管道包括以下中的一个或两个：

被配置成从所述燃料回路提取液体水的水分离器；

被配置成从所述燃料回路提取水蒸汽的冷凝器，

并且其中所述可变孔口流动控制装置还被配置成动态地改变随从所述燃料回路提取的水和/或水蒸气的量变化的进入到所述排放管道中的流体的所述比例。

4.如权利要求1所述的电化学燃料电池组件，其还包括在所述燃料回路中的以下各项中的一个或多个传感器：氢浓度传感器；湿度传感器；压力传感器；温度传感器。

5.如权利要求4所述的电化学燃料电池组件，其中所述一个或多个传感器位于所述燃料输送管道中。

6.如权利要求4所述的电化学燃料电池组件，其中所述一个或多个传感器位于所述再循环管道中。

7.如权利要求1所述的电化学燃料电池组件，其还包括在所述喷射器的所述排出口与所述燃料输送入口之间的所述燃料输送管道中的湿度传感器、温度传感器和压力传感器。

8.如权利要求1所述的电化学燃料电池组件，其还包括在所述喷射器的所述排出口与所述燃料输送入口之间的所述燃料输送管道中的氢浓度传感器。

9.如权利要求1所述的电化学燃料电池组件，其中所述可变孔口流动控制装置还包括控制器，所述控制器被配置成改变通过所述流动控制装置到所述排放管道的流体的所述流量，以便使燃料利用效率最大化。

10.如权利要求1所述的电化学燃料电池组件，其中所述可变孔口流动控制装置还包括控制器，所述控制器被配置成改变通过所述流动控制装置到所述排放管道的流体的所述流量，以便恢复燃料电池性能。