專利名稱：燃料電池系統(tǒng)和用于驅(qū)動燃料電池系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)和用于驅(qū)動燃料電池系統(tǒng)的方法，更具體地，本發(fā) 明涉及一種改進(jìn)向燃料電池堆疊供應(yīng)燃料的結(jié)構(gòu)的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池是通過利用燃料(氫氣或重整氣體)和氧化劑(氧氣或空氣)以電化學(xué) 方式發(fā)電并通過電化學(xué)反應(yīng)將從外界持續(xù)供應(yīng)的燃料(氫氣或重整氣體)和氧化劑(氧氣 或空氣)直接轉(zhuǎn)化成電能的設(shè)備。氫氣可通過重整烴基燃料(LNG、LPG、CH30H等)而產(chǎn)生。作為燃料電池的說明性實(shí)例，直接甲醇燃料電池(“DMFC”)是本領(lǐng)域已知的燃料 電池的說明性實(shí)例。DMFC將高濃度的甲醇供應(yīng)到燃料電池堆疊以通過與氧的反應(yīng)發(fā)電。當(dāng)長時(shí)間運(yùn)行DMFC時(shí)，雜質(zhì)堆積在燃料電池堆疊的燃料通道中，使得通道被阻
O這樣一來，當(dāng)通道被阻塞時(shí)，必須通過拆開整個(gè)堆疊來更換或維修相關(guān)的電池。而且，當(dāng)運(yùn)行該燃料電池系統(tǒng)時(shí)，堆疊的內(nèi)部劣化。這樣的劣化導(dǎo)致燃料電池堆疊 的壽命縮短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面為具有易于解決發(fā)生在電池堆疊中的問題的優(yōu)點(diǎn)的燃料電池系 統(tǒng)。本發(fā)明的另一方面為具有防止電池堆疊劣化的另一優(yōu)點(diǎn)的燃料電池系統(tǒng)。在另一方面，燃料電池系統(tǒng)配置成除去燃料電池堆疊中的雜質(zhì)從而防止電池堆疊 劣化并提高燃料電池系統(tǒng)的壽命。本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供了一種燃料電池系統(tǒng)，其包括燃料電池堆疊，通過燃 料和氧化劑的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能并具有燃料入口和燃料出口，其中燃料通過燃料入口注 入且燃料通過燃料出口排出；燃料供應(yīng)單元，將燃料供應(yīng)到燃料電池堆疊；氧化劑供應(yīng)單 元，將氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆疊；燃料流入管道，安裝在燃料供應(yīng)單元和燃料電池堆疊之 間；燃料流出管道，從燃料電池堆疊排出的未反應(yīng)的燃料流過燃料流出管道；供應(yīng)旁路管 道，與燃料流入管道和燃料流出管道連接并將注入燃料流入管道的燃料輸送到燃料出口 ； 以及排出旁路管道，與燃料流入管道和燃料流出管道連接并將排出到燃料入口的未反應(yīng)的 燃料輸送到燃料流出管道。供應(yīng)旁路管道可通過由三通閥組成的供應(yīng)閥安裝在燃料流入管道中，排出旁路管 道可通過由三通閥組成的排出閥安裝在燃料流出管道中。本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種燃料電池系統(tǒng)，其包括燃料電池堆疊，通過燃料 和氧化劑的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能并具有燃料入口和燃料出口，其中燃料通過燃料入口注入 且燃料通過燃料出口排出；燃料供應(yīng)單元，將燃料供應(yīng)到燃料電池堆疊；氧化劑供應(yīng)單元， 將氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆疊；燃料流入管道，安裝在燃料供應(yīng)單元和燃料電池堆疊之間； 燃料流出管道，從燃料電池堆疊排出的未反應(yīng)的燃料流過燃料流出管道；供應(yīng)旁路管道，通過三通閥與燃料流入管道和燃料流出管道連接；排出旁路管道，通過另一個(gè)三通閥與燃料 流入管道和燃料流出管道連接。本發(fā)明的又一實(shí)施例提供了一種驅(qū)動燃料電池系統(tǒng)的方法，包括以下步驟將燃 料注入燃料出口，將未反應(yīng)的燃料排出到燃料入口，以及將排出到燃料入口的未反應(yīng)的燃 料輸送到燃料流出管道。根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的驅(qū)動方法可進(jìn)一步包括除去包括在 從燃料電池堆疊排出的未反應(yīng)的燃料中的雜質(zhì)的步驟。將燃料注入燃料出口的步驟可包括以下步驟使供應(yīng)旁路管道與燃料流入管道連 接，以及中斷燃料流入管道和燃料入口之間的連接。將燃料注入燃料出口的步驟可進(jìn)一步包括以下步驟將燃料從燃料流入管道輸送 到供應(yīng)旁路管道，將燃料從供應(yīng)旁路管道輸送到燃料流出管道，和將燃料從燃料流出管道 注入燃料出口。將排出到燃料入口的未反應(yīng)的燃料輸送到燃料流出管道的步驟可包括以下步驟 使排出旁路管道與燃料流出管道連接，和中斷燃料流出管道和燃料出口之間的連接。將排出到燃料入口的未反應(yīng)的燃料輸送到燃料流出管道的步驟可進(jìn)一步包括以 下步驟將燃料從燃料流入管道輸送到排出旁路管道，和將燃料從排出旁路管道輸送到燃 料流出管道。本發(fā)明的另一方面為燃料電池系統(tǒng)，包括燃料供應(yīng)單元；燃料電池堆疊，與燃料 供應(yīng)單元流體連通，其中燃料電池堆疊具有燃料入口和燃料出口 ；以及旁路管道，配置成將 從燃料供應(yīng)單元接收的燃料輸送到與燃料出口連接的燃料流出管道。上述燃料電池系統(tǒng)可進(jìn)一步包括與燃料流入管道共線設(shè)置的過濾器，其中燃料流 入管道將燃料電池堆疊連接到燃料供應(yīng)單元。燃料電池系統(tǒng)可進(jìn)一步包括與燃料流入管道 共線設(shè)置的供應(yīng)閥，其中供應(yīng)閥配置成將接收的燃料傳送到旁路管道。在上述燃料電池系 統(tǒng)中，供應(yīng)閥可位于燃料入口和過濾器之間。上述燃料電池系統(tǒng)可進(jìn)一步包括配置成將從 燃料入口排出的未反應(yīng)的燃料輸送到燃料流出管道的另一旁路管道。上述燃料電池系統(tǒng)可進(jìn)一步包括與燃料流出管道共線設(shè)置的排出閥，其中排出閥 配置成將未反應(yīng)的燃料傳送到另一旁路管道。上述燃料電池系統(tǒng)可進(jìn)一步包括設(shè)置在燃料 供應(yīng)單元和燃料出口之間的排出閥。在上述燃料電池系統(tǒng)中，供應(yīng)閥和排出閥的每個(gè)可均 為三通閥。在上述燃料電池系統(tǒng)中，供應(yīng)閥和排出閥可電連接到控制單元。本發(fā)明的另一方面為燃料電池系統(tǒng)，包括燃料供應(yīng)單元；燃料電池堆疊，與燃料 供應(yīng)單元流體連通，其中燃料電池堆疊具有燃料入口和燃料出口 ；供應(yīng)旁路管道，配置成將 從燃料供應(yīng)單元接收的燃料輸送到與燃料出口連接的燃料流出管道；排出旁路管道，配置 成將從燃料入口排出的未反應(yīng)的燃料輸送到燃料流出管道；供應(yīng)閥，配置成將接收的燃料 傳送到旁路管道；以及排出閥，配置成將未反應(yīng)的燃料傳送到另一旁路管道。本發(fā)明的另一方面為驅(qū)動燃料電池系統(tǒng)的方法，所述方法包括從燃料供應(yīng)單元 接收燃料；將接收的燃料輸送到與燃料電池堆疊的燃料出口連接的燃料流出管道；以及將 未反應(yīng)的燃料從燃料電池堆疊的燃料入口排出。上述方法可進(jìn)一步包括將從燃料入口排出的未反應(yīng)的燃料輸送到燃料流出管道。在上述方法中，輸送未反應(yīng)的燃料可包括使供應(yīng)旁路管道與燃料流出管道連接；以及中斷燃料流出管道和燃料出口之間的流體連通。在上述方法中，輸送未反應(yīng)的燃料可進(jìn)一步包括將來自燃料流入管道的燃料輸送到供應(yīng)旁路管道；以及將來自供應(yīng)旁路管道的燃料輸送到燃料流出管道。上述方法可進(jìn)一步包括除去包括在未反應(yīng)的燃料中的雜質(zhì)。在上述方法中，該除去可包括使燃料通過燃料流入管道中的過濾器。上述方法可進(jìn)一步包括將輸送的燃料注入燃料出口。在上述方法中，該注入可包括將燃料流入管道與排出旁路管道連接；以及中斷燃料流入管道和燃料入口之間的流體連通。


根據(jù)某些所說明的實(shí)施例的裝置可以具有幾個(gè)方面，這些實(shí)施例中沒有單獨(dú)的一個(gè)必然獨(dú)自對該裝置的期望特性負(fù)責(zé)。在考慮這樣的討論之后，尤其是閱讀了名為“具體實(shí)施例”的部分之后，應(yīng)理解本發(fā)明的實(shí)施例的特點(diǎn)如何提供包括制造和使用燃料電池系統(tǒng)及其驅(qū)動方法的能力在內(nèi)的優(yōu)點(diǎn)。圖1為根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的示意圖；圖2為展示了示于圖1的燃料電池堆疊的結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的驅(qū)動方法的流程圖；圖4A為展示了有故障的燃料電池堆疊的電壓表的照片；圖4B為展示了正常的燃料電池堆疊的電壓表的照片。
具體實(shí)施例方式以下將參考其中顯示了示例性實(shí)施例的附圖更完整地說明本發(fā)明的實(shí)施例。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員可領(lǐng)會的，所說明的實(shí)施例可以各種不同的方式改變，但都不出離本發(fā)明的主旨或范圍。圖1為根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的整體構(gòu)造的示意圖。燃料電池系統(tǒng)100可采用直接甲醇燃料電池(“DMFC”)方案，該方案通過甲醇和氧的直接反應(yīng)而產(chǎn)生電能。但是，本發(fā)明不限于此，根據(jù)本示例性實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)可配置成直接氧化燃料電池(“D0FC”)方案，其使含氫的液體或氣體燃料如乙醇、LPG、LNG、汽油、丁烷氣等與氧反應(yīng)。而且，燃料電池系統(tǒng)可配置成聚合物電極燃料電池(“PEMFC”)，其通過將燃料重整成含有足夠氫的重整氣體來使用燃料。燃料電池系統(tǒng)100中使用的燃料通常表示處于液態(tài)或氣態(tài)的烴基燃料，如甲醇、乙醇、天然氣、LPG等。此外，燃料電池系統(tǒng)100可使用氧氣(存儲在額外的存儲裝置中)或空氣作為與氫反應(yīng)的氧化劑。燃料電池系統(tǒng)100包括燃料電池堆疊30，燃料供應(yīng)單元10和氧化劑供應(yīng)單元20。燃料電池堆疊30配置成通過使燃料和氧化劑反應(yīng)而發(fā)電。燃料供應(yīng)單元配置成將燃料供應(yīng)到燃料電池堆疊30。氧化劑供應(yīng)單元20配置成將用于發(fā)電的氧化劑供應(yīng)到燃料電池堆疊30。燃料供應(yīng)單元10連接到燃料電池堆疊30。燃料供應(yīng)單元10包括存儲液化燃料的燃料罐(fuel tank) 12和連接到燃料罐12的燃料泵14。燃料泵14用于通過預(yù)定的泵送力將存儲在燃料罐12中的液化燃料從燃料罐12的內(nèi)部排出。在一些實(shí)施例中，存儲在燃料供應(yīng)單元10中的燃料可由高濃度的甲醇構(gòu)成。氧化劑供應(yīng)單元20與燃料電池堆疊30連 接。氧化劑供應(yīng)單元20包括氧化劑泵21，氧化劑泵21通過預(yù)定泵送力抽吸外部空氣并將 該外部空氣供應(yīng)到燃料電池堆疊30。 圖2為示出圖1中所示的燃料電池堆疊的結(jié)構(gòu)的分解透視圖。參考圖1和2，燃料 電池系統(tǒng)100中采用的燃料電池堆疊30包括多個(gè)通過引發(fā)燃料和氧化劑的氧化還原反應(yīng) 而產(chǎn)生電能的發(fā)電單元35。每個(gè)發(fā)電單元35表示發(fā)電的單元電池，并且包括氧化燃料中的 氫及還原氧化劑中的氧的膜電極組件(“MEA”) 31，以及將燃料和氧化劑供應(yīng)到膜電極組件 31的隔板(也稱作雙極板)32和33。發(fā)電單元35具有其中隔板32和33設(shè)置在膜電極組件31周圍兩側(cè)的結(jié)構(gòu)。膜電 極組件31包括設(shè)置在其中心的電解質(zhì)膜、設(shè)置在電解質(zhì)膜一側(cè)的陰極電極和設(shè)置在電解 質(zhì)膜另一側(cè)的陽極電極。隔板32和33彼此靠近，并且MEA 31插設(shè)在二者之間。隔板32和33的每個(gè)均具 有在MEA31兩側(cè)的燃料通道和氧化劑通道。燃料通道設(shè)置在MEA31的陽極電極處，氧化劑 通道設(shè)置在MEA31的陰極電極處。此外，電解質(zhì)膜能夠進(jìn)行離子交換，其中從陽極電極產(chǎn)生 的氫離子移動到陰極電極并與陰極電極的氧結(jié)合以產(chǎn)生水。在燃料電池系統(tǒng)100中，連續(xù)布置多個(gè)發(fā)電單元35以構(gòu)成燃料電池堆疊30。端 板37和38安裝在燃料電池堆疊30的最外部分。端板37和38可配置成整體固定燃料電 池堆疊30。可配置成將燃料注入燃料電池堆疊30的燃料入口 37a和可配置成將氧化劑注入 堆疊的氧化劑入口 37b形成在端板37中?？膳渲贸蓪⒎磻?yīng)后殘留在陽極電極處的未反應(yīng) 的燃料排出的燃料出口 37c和可配置成將在陰極電極處的由氫和氧的結(jié)合反應(yīng)產(chǎn)生的水 分和未反應(yīng)的空氣排出的氧化劑出口 37d形成在端板37中。 端板38通過面對一個(gè)端板37配置成對發(fā)電單元35施加壓力。雖然入口 37a和 37b以及出口 37c和37d僅形成在一個(gè)端板37中，但本發(fā)明不限于此。在另一個(gè)實(shí)施例中， 入口 37a和37b可形成在端板37中，出口 37c和37d可形成在端板38中。在其它實(shí)施例 中，入口 37a、37b和出口 37c、37d中的一個(gè)或多個(gè)可形成在端板37和端板38的至少之一中。如圖1所示，燃料供應(yīng)單元10通過燃料流入管道15與燃料入口 37a連接，氧化劑 供應(yīng)單元20通過氧化劑供應(yīng)管道25與氧化劑入口 37b連接。燃料流出管道43與燃料出 口 37c連接并且氧化劑流出管道41與氧化劑出口 37d連接。在一些實(shí)施例中，燃料流出管道43和氧化劑流出管道41可與燃料流入管道15連 接以回收未反應(yīng)的燃料和水分。過濾器56安裝在燃料流入管道15中。過濾器56可以配 置成除去包括在供應(yīng)到燃料電池堆疊的燃料中的雜質(zhì)。同時(shí)，供應(yīng)旁路管道45安裝在燃料流入管道15和燃料流出管道43之間。供應(yīng)旁 路管道45可配置成將從燃料供應(yīng)單元10輸送的燃料輸送到燃料流出管道43。而且，排出 旁路管道47安裝在燃料流入管道15和燃料流出管道43之間。排出旁路管道47可配置成 將從燃料入口 37a排出的未反應(yīng)的燃料輸送到燃料流出管道43。 在燃料流入管道15中，供應(yīng)旁路管道45安裝成與排出旁路管道47相比更接近燃 料供應(yīng)單元10，排出旁路管道47安裝成與供應(yīng)旁路管道45相比更接近燃料電池堆疊30。在燃料流出管道43中，供應(yīng)旁路管道45安裝成與排出旁路管道47相比更接近燃料電池堆 疊30。因此，供應(yīng)旁路管道45和排出旁路管道47不是彼此流體連通，而是彼此跨越。供應(yīng)旁路管道45通過供應(yīng)閥51與燃料流入管道15流體連通。排出旁路管道47 通過排出閥53與燃料流出管道43流體連通。在圖1的實(shí)施例中，供應(yīng)閥51和排出閥53 均包括三通閥。燃料電池系統(tǒng)100進(jìn)一步包括控制單元60。當(dāng)燃料電池系統(tǒng)100有運(yùn)行故障時(shí)， 控制單元60控制供應(yīng)閥51以允許燃料供應(yīng)單元10和供應(yīng)旁路管道45經(jīng)由燃料流入管道 15流體連通。由此，來自燃料供應(yīng)單元10的流體通過燃料流入管道15并被供應(yīng)閥51轉(zhuǎn)向 到供應(yīng)旁路管道45，從而燃料可注入燃料出口 37c。換言之，供應(yīng)閥51中斷了燃料流入管 道15和燃料電池堆疊30之間的流體連通以允許從燃料供應(yīng)單元10注入的燃料流過供應(yīng) 旁路管道45。此外，控制單元60可配置成控制排出閥53以允許排出旁路管道47和燃料流出管道43彼此流體連通，從而將從燃料入口 37a排出的未反應(yīng)的燃料排出到燃料流出管道43。 由此，排出閥53中斷了燃料流出管道43和燃料電池堆疊30之間的流體連通，使得未反應(yīng) 的燃料不會注入燃料電池堆疊30，而是可被排出。將燃料注入燃料出口 37c并將燃料排出 到燃料入口 37a的操作為“反向操作”。將燃料注入燃料入口 37a并將燃料從燃料出口 37c 排出的操作為“正向操作”。在操作中，未反應(yīng)的燃料通過燃料流出管道43然后進(jìn)入燃料流入管道15，其中未 反應(yīng)的燃料通過過濾器56。然后，包括在未反應(yīng)的燃料中的雜質(zhì)可通過過濾器56濾除?？?定期更換過濾器56以易于除去雜質(zhì)。在進(jìn)行反向操作預(yù)定時(shí)間后，控制單元60中斷了燃料流入管道15和供應(yīng)旁路管 道45之間的流體連通，并且中斷了燃料流出管道43和排出旁路管道47之間的流體連通。 此外，燃料流入管道15和燃料入口 37a彼此流體連通，并且燃料流出管道43和燃料出口 37c彼此流體連通。 結(jié)果，燃料通過燃料流入管道15被再次供應(yīng)到燃料入口 37a，并且燃料出口 37c和 燃料流出管道43彼此流體連通以排出未反應(yīng)的燃料。與示例性實(shí)施例一樣，當(dāng)供應(yīng)旁路管道45和排出旁路管道47分別連接到供應(yīng)閥 51和排出閥53時(shí)，低濃度的燃料與高濃度的燃料流過的部分接觸，并且高濃度的燃料與低 濃度的燃料流過的部分接觸。結(jié)果，使燃料電池堆疊30再活化，從而改進(jìn)了燃料電池堆疊 的耐久性和壽命。而且，累積在燃料電池堆疊30中的雜質(zhì)可通過反向注入燃料而排出到外界。圖3為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的驅(qū)動方法的流程圖。參考圖3， 燃料電池系統(tǒng)100的驅(qū)動方法包括以下步驟將燃料注入燃料出口 37c (SlOl)，將未反應(yīng)的 燃料排出到燃料入口 37a(S102)，將排出到燃料入口 37a的未反應(yīng)的燃料輸送到燃料流出 管道43 (S103)，以及除去包括在未反應(yīng)的燃料中的雜質(zhì)(S104)。將燃料注入燃料出口 37c(S101)的步驟包括以下步驟使供應(yīng)旁路管道45與燃料 流入管道15連接；以及中斷燃料流入管道15和燃料入口 37a之間的連接。燃料流入管道15和供應(yīng)旁路管道45通過供應(yīng)閥51而彼此連接。燃料流入管道 15和燃料入口 37a之間的流體連通可被供應(yīng)閥51中斷。也就是說，供應(yīng)閥51配置成關(guān)閉連接燃料流入管道15和燃料入口 37a的管道，并且供應(yīng)閥51配置成打開與供應(yīng)旁路管道 45連接的部分。通過上述供應(yīng)閥51，燃料可通過燃料流入管道15注入到供應(yīng)旁路管道45。而且，注入到供應(yīng)旁路管道45的燃料可通過燃料流出管道43注入到燃料出口 37c。因此，圖3所 示的將燃料注入燃料出口 37c (SlOl)的步驟進(jìn)一步包括將燃料從燃料流入管道15輸送到 供應(yīng)旁路管道45，將來自供應(yīng)旁路管道45的燃料輸送到燃料流出管道43，和將來自燃料流 出管道43的燃料輸送到燃料出口 37c。如上所述，從燃料供應(yīng)單元10輸送到燃料流入管道15的燃料依次通過供應(yīng)旁路 管道45和燃料流出管道43被注入燃料出口 37c。注入燃料出口 37c的燃料與燃料電池堆 疊30中的氧化劑反應(yīng)，并且未反應(yīng)的燃料被排出到燃料入口 37a。圖3所示的將從燃料入口 37a排出的未反應(yīng)的燃料輸送到燃料流出管道43(S103) 的步驟包括以下步驟將排出旁路管道47與燃料流出管道43流體連接，和中斷燃料流出管 道43和燃料出口 37c之間的流體連通。燃料流出管道43和排出旁路管道47可通過排出閥53彼此流體連通。燃料流出 管道43和燃料出口 37c也可通過排出閥53彼此流體連通。也就是說，排出閥53配置成關(guān) 閉燃料流出管道43和燃料出口 37c之間的連接，并同時(shí)打開與排出旁路管道47的連接。通過上述排出閥53，從燃料入口 37a排出的燃料通過燃料流入管道15注入排出 旁路管道47。而且，注入排出旁路管道47的燃料可通過燃料流出管道43排出。因此，圖3 所示的將從燃料入口 37a排出的未反應(yīng)的燃料輸送到燃料流出管道43 (S103)的步驟進(jìn)一 步包括以下步驟將來自燃料流入管道15的燃料輸送到排出旁路管道47，和將燃料從排出 旁路管道47輸送到燃料流出管道43。如上所述，從燃料入口 37a輸送到燃料流入管道15的燃料可依次通過排出旁路管 道47和燃料流出管道43而被排出。當(dāng)燃料被注入燃料出口 37c并且燃料被排出到燃料入 口 37a時(shí)，進(jìn)行“反向操作”，從而除去雜質(zhì)。包括在燃料中的雜質(zhì)通過過濾器56濾除，并且 燃料電池堆疊30中產(chǎn)生的雜質(zhì)通過流壓驅(qū)除。但是，當(dāng)燃料電池堆疊30中產(chǎn)生的雜質(zhì)在 某些情況下阻塞通道入口時(shí)，燃料可能不會流入發(fā)電單元35。在這種情況下，如果入口和出 口交換，并且燃料以反向方向流動，則位于通道入口處的雜質(zhì)可被排出到燃料流出管道43。 之后，輸送到燃料流入管道15然后在過濾器56處濾除的雜質(zhì)不能流回燃料電池堆疊30。 因此，如果定期更換過濾器56，則可以比常規(guī)燃料電池堆疊更長地使用燃料電池堆疊30。當(dāng)燃料在反向操作期間以反向方向流動時(shí)，低濃度的燃料會與高濃度的燃料流接 觸，并且高濃度的燃料會與低濃度的燃料流接觸。這樣的情況可起到“再活化”燃料電池堆 疊30的作用，并且改進(jìn)了燃料電池堆疊30的耐久性和/或壽命。在圖3所示的除去包括在未反應(yīng)的燃料中的雜質(zhì)的步驟(S104)中，在流回燃料電 池堆疊30的過程期間，通過使用安裝在燃料流入管道15中的過濾器56除去雜質(zhì)。雜質(zhì)可 存在于，例如，排出到燃料入口 37a的未反應(yīng)的燃料中。通過經(jīng)由燃料流入管道15與燃料 流出管道43流體連通的過濾器56濾除雜質(zhì)。同時(shí)，燃料電池系統(tǒng)100的驅(qū)動方法可進(jìn)一步包括以下步驟將燃料注入燃料流 入管道15和燃料入口 37a，以及將未反應(yīng)的燃料排出到燃料出口 37c和燃料流出管道43。 通過這些步驟，燃料以正向方向供應(yīng)。在上述反向操作持續(xù)進(jìn)行預(yù)定時(shí)間后，也進(jìn)行正向操作。當(dāng)在燃料電池堆疊30中出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行反向操作。此外，為了改善耐久性，即使燃料電池堆疊30沒有故障，也可將上述反向操作定期進(jìn)行預(yù)定時(shí)間?？刂茊卧?0監(jiān)測每個(gè)發(fā)電單元35的電壓。當(dāng)預(yù)定的發(fā)電單元35的電壓降低到參比電壓或更低時(shí)，控制單元60可以控制供應(yīng)閥51和排出閥53從而以反向方向供應(yīng)燃料。當(dāng)每個(gè)發(fā)電單元35的電壓通過以反向方向供應(yīng)燃料而恢復(fù)到正常電壓時(shí)，控制單元60控制所述供應(yīng)閥51和排出閥53從而再次以正向方向供應(yīng)燃料。而且，通過將燃料以正向方向供應(yīng)的時(shí)間和燃料以反向方向供應(yīng)的時(shí)間設(shè)定為相同值，可交替進(jìn)行正向操作和反向操作。圖4A為展示了有故障的燃料電池堆疊的電壓的照片。圖4B為展示了正常燃料電池堆疊的電壓的照片。參考圖4A和4B，在該實(shí)驗(yàn)中，使用了電流為約1. 72A且輸出為約 17. 5W的直接甲醇燃料電池。如圖4A所示，第二個(gè)發(fā)電單元有故障，使得電壓下降到0. 338V。電壓下降的一個(gè)原因?yàn)?，燃料通道可能被阻塞，使得不能正常供?yīng)燃料。在圖4B中，該問題可通過上述燃料 電池系統(tǒng)的驅(qū)動方法以反向方向供應(yīng)燃料來解決。如圖4B所示，殘留在燃料通道中的雜質(zhì)被除去，使得第二個(gè)發(fā)電單元的電壓恢復(fù) 到0. 485V。因此，當(dāng)燃料電池出現(xiàn)故障時(shí)，可以非常容易地解決而不用拆開燃料電池堆疊。雖然已參照目前認(rèn)為是有用的示例性實(shí)施例說明了本發(fā)明，但應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明不限 于所披露的實(shí)施例，相反，本發(fā)明旨在涵蓋包括在所附權(quán)利要求的主旨和范圍的各種變化 和等同布置。
權(quán)利要求
一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料供應(yīng)單元；燃料電池堆疊，與所述燃料供應(yīng)單元流體連通，其中所述燃料電池堆疊具有燃料入口和燃料出口；以及旁路管道，配置成將從所述燃料供應(yīng)單元接收的燃料輸送到與所述燃料出口連接的燃料流出管道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括與燃料流入管道共線設(shè)置的過濾器， 其中所述燃料流入管道將所述燃料電池堆疊連接到所述燃料供應(yīng)單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括與燃料流入管道共線設(shè)置的供應(yīng)閥， 其中所述供應(yīng)閥配置成將接收的燃料傳送到所述旁路管道。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述供應(yīng)閥位于所述燃料入口與過濾器 之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括配置成將從所述燃料入口排出的未反 應(yīng)的燃料輸送到所述燃料流出管道的另一旁路管道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括與所述燃料流出管道共線設(shè)置的排出 閥，其中所述排出閥配置成將所述未反應(yīng)的燃料傳送到所述另一旁路管道。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述燃料供應(yīng)單元與所述燃料 出口之間的排出閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述供應(yīng)閥和所述排出閥的每個(gè)為三通閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述供應(yīng)閥和所述排出閥電連接到控制單元。
10.一種燃料電池系統(tǒng)，包括 燃料供應(yīng)單元；燃料電池堆疊，與所述燃料供應(yīng)單元流體連通，其中所述燃料電池堆疊具有燃料入口 和燃料出口 ；供應(yīng)旁路管道，配置成將從所述燃料供應(yīng)單元接收的燃料輸送到與所述燃料出口連接 的燃料流出管道；排出旁路管道，配置成將從所述燃料入口排出的未反應(yīng)的燃料輸送到所述燃料流出管道；供應(yīng)閥，配置成將接收的燃料傳送到所述供應(yīng)旁路管道；以及 排出閥，配置成將所述未反應(yīng)的燃料傳送到所述排出旁路管道。
11.一種驅(qū)動燃料電池系統(tǒng)的方法，所述方法包括 從燃料供應(yīng)單元接收燃料；將接收的燃料輸送到與燃料電池堆疊的燃料出口連接的燃料流出管道；以及 將未反應(yīng)的燃料從所述燃料電池堆疊的燃料入口排出。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括將從所述燃料入口排出的未反應(yīng)的燃料輸送 到所述燃料流出管道。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中輸送所述未反應(yīng)的燃料包括使供應(yīng)旁路管道與所述燃料流出管道連接；以及 中斷所述燃料流出管道和所述燃料出口之間的流體連通。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中輸送所述未反應(yīng)的燃料還包括 將來自所述燃料流入管道的燃料輸送到所述供應(yīng)旁路管道；以及 將來自所述供應(yīng)旁路管道的燃料輸送到所述燃料流出管道。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括除去包括在所述未反應(yīng)的燃料中的雜質(zhì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述除去包括使燃料通過所述燃料流入管道中 的過濾器。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括將輸送的燃料注入所述燃料出口。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述注入包括 將燃料流入管道與所述排出旁路管道連接；以及中斷所述燃料流入管道和所述燃料入口之間的流體連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)和用于驅(qū)動其的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，該燃料電池系統(tǒng)包括i)燃料供應(yīng)單元，ii)燃料電池堆疊，與燃料供應(yīng)單元流體連通，其中燃料電池堆疊具有燃料入口和燃料出口，以及iii)旁路管道，配置成將從所述燃料供應(yīng)單元接收的燃料輸送到與燃料出口連接的燃料流出管道。在一個(gè)實(shí)施例中，所述驅(qū)動方法包括i)從燃料供應(yīng)單元接收燃料，ii)將接收的燃料輸送到與燃料電池堆疊的燃料出口連接的燃料流出管道，以及ii)將未反應(yīng)的燃料從燃料電池堆疊的燃料入口排出。
文檔編號H01M8/04GK101800328SQ20101011434
公開日2010年8月11日 申請日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月6日
發(fā)明者宋仁燮, 崔京煥, 羅永承, 趙慧貞, 金之來 申請人:三星Sdi株式會社