專(zhuān)利名稱(chēng)：在停止運(yùn)行過(guò)程中利用由運(yùn)行的燃料電池系統(tǒng)供電的反應(yīng)劑空氣泵對(duì)水進(jìn)行吹掃的過(guò)程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及，作為停止運(yùn)行過(guò)程的一部分，利用燃料電池動(dòng)力設(shè)備在就要停止運(yùn)行之前仍處于工作狀態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的功率，通過(guò)利用燃料電池動(dòng)力設(shè)備的反應(yīng)劑空氣泵使水受壓排出冷卻劑場(chǎng)、冷卻劑通路和冷卻劑設(shè)備的過(guò)程。
背景技術(shù)：
當(dāng)燃料電池動(dòng)力設(shè)備在溫度為冰點(diǎn)以下的環(huán)境中處于非工作狀態(tài)時(shí)，水產(chǎn)生凍結(jié)可能會(huì)給燃料電池動(dòng)力設(shè)備部件造成損傷。已公知的做法是將蓄積裝置置于冷卻劑系統(tǒng)中的最低點(diǎn)處以使得實(shí)際上流動(dòng)通過(guò)燃料電池堆的可凍結(jié)的冷卻劑可朝向蓄積裝置進(jìn)行排放。已公知的做法還包括利用外部泵將空氣或惰性氣體吹送通過(guò)系統(tǒng)的各個(gè)部分以便從其中吹掃出水。
然而，外部泵的使用增加了燃料電池動(dòng)力設(shè)備的成本、尺寸、重量和復(fù)雜性，且在用于為電動(dòng)車(chē)輛供電的燃料電池動(dòng)力設(shè)備中可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。此外，當(dāng)燃料電池動(dòng)力設(shè)備被關(guān)閉時(shí)，必須使用輔助電源如蓄電池或超級(jí)電容器以便為吹掃泵設(shè)備供電。這樣就降低了可用于多種功能如使冰熔化或使燃料電池堆變暖的輔助功率，或者要不然需要更大、更重且更昂貴的輔助電源，所述電源在電動(dòng)車(chē)輛中同樣可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的多個(gè)方面包括在不使用輔助吹掃泵或輔助功率的情況下將水從冷卻劑通道、通路和設(shè)備中吹掃出；在不需要用于輔助泵送設(shè)備或輔助功率的附加費(fèi)用、重量或空間的情況下將冷卻劑水從燃料電池動(dòng)力設(shè)備中吹掃出；并且以改進(jìn)方式將水從預(yù)期處于冰點(diǎn)以下的溫度的燃料電池動(dòng)力設(shè)備中吹掃出。
根據(jù)本發(fā)明，在預(yù)期在冰點(diǎn)以下的溫度下處于非工作狀態(tài)的燃料電池動(dòng)力設(shè)備的停止運(yùn)行過(guò)程中，利用所述燃料電池動(dòng)力設(shè)備仍處于工作狀態(tài)時(shí)的燃料電池動(dòng)力設(shè)備功率，通過(guò)利用所述燃料電池動(dòng)力設(shè)備的反應(yīng)劑空氣泵將水從水冷卻劑流場(chǎng)、冷卻劑通路和冷卻劑設(shè)備中吹掃出。
根據(jù)本發(fā)明，利用由所述燃料電池動(dòng)力設(shè)備產(chǎn)生的功率通過(guò)所述空氣泵將冷卻劑水從所述冷卻劑流場(chǎng)、冷卻劑泵和冷卻劑熱交換器中吹出。
盡管披露了本發(fā)明的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)施例，但本發(fā)明同樣可適用于在具有不同的泵布置的情況下進(jìn)行工作的冷卻劑系統(tǒng)，所述泵布置包括具有初級(jí)泵和次級(jí)泵的用于從空氣分離器中排出泡沫的布置。
通過(guò)下面對(duì)如附圖所示的本發(fā)明的典型實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)描述，將更易于理解本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是采用本發(fā)明的燃料電池動(dòng)力設(shè)備的簡(jiǎn)化示意框圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1，采用本發(fā)明的燃料電池動(dòng)力設(shè)備9包括燃料電池堆10，所述燃料電池堆可以是常規(guī)的聚合物電解質(zhì)質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池堆，所述燃料電池堆包括常規(guī)的陽(yáng)極流場(chǎng)11，所述陽(yáng)極流場(chǎng)的構(gòu)型和本質(zhì)并非本發(fā)明所特有的且無(wú)需對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步描述。
燃料電池堆10包括將氧化劑氣體供應(yīng)至陰極催化劑的陰極流場(chǎng)13。在入口16處通過(guò)導(dǎo)管17將來(lái)自空氣泵18的空氣供應(yīng)給陰極流場(chǎng)，所述空氣泵通過(guò)導(dǎo)管19接收來(lái)自環(huán)境的空氣。陰極流場(chǎng)的排出口20通過(guò)導(dǎo)管21和閥22向環(huán)境23中進(jìn)行排放。
燃料電池堆10具有冷卻劑流場(chǎng)27，所述冷卻劑流場(chǎng)的出口28通過(guò)閥29和導(dǎo)管30、31被連接至常規(guī)的蓄積裝置33的入口32。冷卻劑從蓄積裝置流動(dòng)通過(guò)導(dǎo)管34、冷卻劑泵35、經(jīng)由導(dǎo)管38且通過(guò)熱交換器40的初級(jí)流路39、并從該處通過(guò)導(dǎo)管41進(jìn)入冷卻劑流場(chǎng)27的入口42。熱交換器40是常規(guī)型的熱交換器，所述熱交換器的細(xì)節(jié)對(duì)于本發(fā)明而言并不重要且不對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步描述。蓄積裝置可具有通過(guò)閥44的出口43。
根據(jù)本發(fā)明，在停止運(yùn)行過(guò)程中，來(lái)自導(dǎo)管17的空氣通過(guò)導(dǎo)管45、閥46和導(dǎo)管47被施加至冷卻劑流場(chǎng)的排出口28。在正常工作過(guò)程中，閥46被關(guān)閉，閥29被打開(kāi)，且泵35處于工作狀態(tài)。
在停止運(yùn)行過(guò)程中，泵35被關(guān)閉，閥29被關(guān)閉且閥46被打開(kāi)。然而，燃料電池動(dòng)力設(shè)備9仍然在產(chǎn)生電力，所述電力的大小至少足以為空氣泵18提供全功率。這是本發(fā)明的第一方面。在停止運(yùn)行過(guò)程中例如通過(guò)控制器和輔助負(fù)載可對(duì)燃料電池動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)。
在沒(méi)有冷卻劑流的情況下保持燃料電池動(dòng)力設(shè)備9的運(yùn)行可導(dǎo)致燃料電池堆10的溫度增加到高于正常工作溫度的溫度，例如約65℃-80℃。溫度的升高導(dǎo)致當(dāng)空氣通過(guò)冷卻劑流場(chǎng)時(shí)冷卻劑流道中剩余的水的蒸汽壓力升高，由此有助于冷卻劑流場(chǎng)變干。該停止運(yùn)行過(guò)程所持續(xù)的時(shí)間可介于幾分之一分鐘與幾分鐘之間，這取決于系統(tǒng)構(gòu)型以及導(dǎo)管和通道的尺寸。
在停止運(yùn)行過(guò)程中，主要的空氣流經(jīng)由導(dǎo)管45、通過(guò)當(dāng)前打開(kāi)的閥46、經(jīng)由導(dǎo)管47且向后通過(guò)冷卻劑流場(chǎng)27的排出口28。從冷卻劑流場(chǎng)的入口42出發(fā)，在空氣前方受到吹送的水以及由空氣吸取的濕氣將流動(dòng)經(jīng)由導(dǎo)管41、通過(guò)熱交換器40、且經(jīng)由導(dǎo)管38、向后通過(guò)冷卻劑泵35、并經(jīng)由導(dǎo)管34進(jìn)入蓄積裝置33內(nèi)。
空氣泵18可以是正排量泵，或可提供足夠大的壓力和流量體積以將水從冷卻劑流場(chǎng)27、熱交換器40和冷卻劑泵35中清除出去，同時(shí)將足夠的工藝空氣供應(yīng)至陰極流場(chǎng)從而產(chǎn)生所需泵功率的任何其它適當(dāng)?shù)谋谩?br> 如果需要的話，本發(fā)明可用于將水從燃料電池動(dòng)力設(shè)備中并非所有的水通路中清除出去。
權(quán)利要求
1.一種使燃料電池動(dòng)力設(shè)備(9)進(jìn)行工作的方法，所述燃料電池動(dòng)力設(shè)備具有布置在包括冷卻劑流場(chǎng)(27)的燃料電池堆(10)中的多個(gè)燃料電池，所述燃料電池包括氧化劑反應(yīng)劑氣體流場(chǎng)(13)，所述方法包括作為停止所述燃料電池堆運(yùn)行的過(guò)程的一部分，此時(shí)所述燃料電池堆依然在產(chǎn)生電功率，利用由所述燃料電池堆產(chǎn)生的所述電功率的至少一部分使在正常工作過(guò)程中將空氣供應(yīng)至所述燃料電池堆中的所述燃料電池的所述氧化劑反應(yīng)劑氣體流場(chǎng)的空氣泵(18)進(jìn)行工作，并且將所述空氣泵連接至水通路，所述水通路包括(a)所述燃料電池堆中的所述冷卻劑流場(chǎng)(27)、(b)在正常工作過(guò)程中導(dǎo)致冷卻劑流動(dòng)通過(guò)所述冷卻劑流場(chǎng)的冷卻劑泵(35)和(c)與所述冷卻劑流場(chǎng)相互連接的冷卻劑熱交換器(40)的初級(jí)流路(39)中的至少一個(gè)。
2.一種燃料電池動(dòng)力設(shè)備(9)，所述燃料電池動(dòng)力設(shè)備包括布置在包括冷卻劑流場(chǎng)(27)的燃料電池堆(10)中的多個(gè)燃料電池，所述燃料電池包括氧化劑反應(yīng)劑氣體流場(chǎng)(13)；在正常工作過(guò)程中將空氣供應(yīng)至所述氧化劑反應(yīng)劑氣體流場(chǎng)(13)的空氣泵(18)；和裝置(46、29)，作為停止所述燃料電池堆運(yùn)行的過(guò)程的一部分，此時(shí)所述燃料電池堆依然在產(chǎn)生電功率，所述裝置可進(jìn)行工作從而將所述空氣泵連接至水通路，所述水通路包括(a)所述燃料電池堆中的所述冷卻劑流場(chǎng)(27)、(b)在正常工作過(guò)程中導(dǎo)致冷卻劑流動(dòng)通過(guò)所述冷卻劑流場(chǎng)的冷卻劑泵(35)和(c)與所述冷卻劑流場(chǎng)相互連接的冷卻劑熱交換器(40)的初級(jí)流路(39)中的至少一個(gè)，所述泵在所述停止運(yùn)行過(guò)程中利用所述電功率的至少一部分進(jìn)行工作。
3.一種燃料電池動(dòng)力設(shè)備(9)，所述燃料電池動(dòng)力設(shè)備包括布置在包括冷卻劑流場(chǎng)(27)的燃料電池堆(10)中的多個(gè)燃料電池，所述燃料電池包括氧化劑反應(yīng)劑氣體流場(chǎng)(13)；空氣泵(18)，所述空氣泵在正常工作過(guò)程中將氧化劑反應(yīng)劑氣體供應(yīng)至所述氧化劑反應(yīng)劑氣體流場(chǎng)(13)，且作為停止所述燃料電池堆運(yùn)行的過(guò)程的一部分，此時(shí)所述燃料電池堆依然在產(chǎn)生電功率，通過(guò)所述電功率的至少一部分為所述空氣泵供電；在正常工作過(guò)程中導(dǎo)致冷卻劑流動(dòng)通過(guò)所述冷卻劑流場(chǎng)(27)的冷卻劑泵(35)；具有與所述冷卻劑泵和所述冷卻劑流場(chǎng)相互連接的初級(jí)流路(39)的熱交換器(40)；和在所述過(guò)程中可進(jìn)行工作從而將所述空氣泵(18)連接至水通路的裝置，所述水通路包括(a)所述冷卻劑流場(chǎng)(27)、(b)所述冷卻劑泵(35)和(c)所述熱交換器(40)中的至少一個(gè)。
4.一種使燃料電池動(dòng)力設(shè)備(9)進(jìn)行工作的方法，所述燃料電池動(dòng)力設(shè)備具有布置在包括冷卻劑流場(chǎng)(27)的燃料電池堆(10)中的多個(gè)燃料電池，所述燃料電池包括氧化劑反應(yīng)劑氣體流場(chǎng)(13)、在正常工作過(guò)程中導(dǎo)致冷卻劑流動(dòng)通過(guò)所述冷卻劑流場(chǎng)(27)的冷卻劑泵(35)和具有與所述冷卻劑泵和所述冷卻劑流場(chǎng)相互連接的初級(jí)流路(39)的熱交換器(40)，所述方法包括作為停止所述燃料電池堆運(yùn)行的過(guò)程的一部分，此時(shí)所述燃料電池依然在產(chǎn)生電功率，將所述空氣泵連接(46、29)至水通路，所述水通路包括(a)所述冷卻劑流場(chǎng)(27)、(b)所述冷卻劑泵(35)和(c)所述熱交換器(40)中的至少一個(gè)，并且利用所述電功率的至少一部分使所述泵進(jìn)行工作。
全文摘要
利用燃料電池動(dòng)力設(shè)備(9)中的鼓風(fēng)機(jī)(18)通過(guò)在正常工作過(guò)程中處于關(guān)閉狀態(tài)的閥(46)使水受壓排出燃料電池堆(10)的冷卻劑流場(chǎng)(27)、冷卻劑泵(35)和熱交換器(40)。除水過(guò)程是作為停止運(yùn)行過(guò)程的一部分而發(fā)生的，在所述停止運(yùn)行過(guò)程中，燃料電池堆繼續(xù)進(jìn)行工作以便為空氣泵供電且有助于進(jìn)行除水過(guò)程(例如保持較低的蒸汽壓力)。在所述停止運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)閥(29)阻止水流到達(dá)蓄積裝置(33)。
文檔編號(hào)H01M8/02GK101065873SQ200580040147
公開(kāi)日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2005年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者M·P·威爾遜, H·T·庫(kù)奇, G·雷斯尼克 申請(qǐng)人:Utc電力公司