用于燃料电池的冷却系统的利记博彩app
【专利说明】用于燃料电池的冷却系统
[0001]本发明涉及以堆叠形式布置的电化学燃料电池，并特别涉及用于此类燃料电池堆的冷却系统。
[0002]常规的电化学燃料电池将通常均以气态流的形式的燃料和氧化剂转化成电能和反应产物。用于使氢和氧反应的常见类型的电化学燃料电池包括在膜电极总成(MEA)内的聚合物离子转移膜，也称为质子交换膜(PEM)，其中燃料和空气通过膜的各个侧。质子(即氢离子)被引导通过膜、由电子平衡，所述电子被引导通过连接燃料电池的阳极和阴极的电路。为了提高可用电压，形成包括许多串联MEA的堆叠，所述串联MEA被设置为具有分开的阳极流体流径和阴极流体流径。这种堆叠通常以块的形式，所述块包括许多单个燃料电池板，所述单个燃料电池板通过堆叠的任一端处的端板保持在一起。
[0003]因为燃料与氧化剂的反应产生热量以及电能，所以一旦已达到操作温度，燃料电池堆需要冷却以避免损坏燃料电池。冷却可通过强制空气通过燃料电池堆来实现。在开放式阴极堆叠中，氧化剂流径和冷却剂流径是相同的，即迫使空气通过阴极流体流径既为阴极供应氧化剂，又冷却堆叠。
[0004]然而，燃料电池堆的最优操作依赖于将燃料电池维持在它们的最优操作温度，并且在低环境温度或当燃料电池堆冷起动时，燃料电池堆效率可受到不利影响。因此，期望能够调节通过阴极的空气流的冷却效率。
[0005]一种用于实现该目标的技术是将源自燃料电池堆的已经过阴极的废气中的一些或全部再循环回到堆空气输入端。废气由其第一次经过堆叠而预热，并且管道将该废气带到堆叠前面从而再使用，可能地与一定比例的冷却空气混合，因此降低总冷却效率并允许燃料电池堆在低环境温度有效运行。该布置的潜在缺点是需要大规模的管道输送以将空气从燃料电池堆的输出面绕堆叠向右转到输入面。这增加燃料电池系统的体积并限制用于将要构建到燃料电池堆上的其它支持系统的空间量。
[0006]该再循环布置的进一步潜在缺点是再循环的暖空气在与非常冷的环境空气混合时可导致大量凝结在燃料电池堆的入口处发生。
[0007]本发明的一个目标是提供一种用于对通过燃料电池堆的空气流的冷却效率提供一定程度控制的可替换布置。
[0008]根据一个方面，本发明提供一种燃料电池堆总成，其包括:
[0009]燃料电池堆，每个燃料电池均具有冷却空气导管，所述冷却空气导管具有设置在所述堆叠的通风面上的输入/输出通风孔，所述通风孔在所述堆叠的所述通风面上方形成阵列；
[0010]第一风扇和第二风扇，所述第一风扇经配置引导空气流通过所述通风面的第一部分，并且所述第二风扇经配置引导空气流通过所述通风面的第二部分；
[0011]可重配置充气室，其与所述第一风扇和所述第二风扇流体连通，所述充气室具有第一配置和第二配置，在所述第一配置中空气由所述第一风扇和所述第二风扇在相同方向上引导通过所述通风面的所述第一部分和所述第二部分，并且在所述第二配置中空气由所述风扇中的至少一个在相反方向上分别引导通过所述通风面的所述第一部分和所述第二部分。
[0012]充气室可根据燃料电池堆的至少一部分的操作温度和/或操作时间来自动重配置。可重配置充气室可包括:邻近所述第一风扇和所述第二风扇的第一末端与远离所述第一风扇和所述第二风扇的第二末端，该第一末端和该第二末端可在打开配置和关闭配置之间切换，该打开配置促进空气流在第二末端处离开充气室，并且该关闭配置迫使至少一些空气从第一风扇返回到第二风扇。可重配置充气室可以在打开配置和关闭配置之间的多个中间配置中重配置，每个中间配置均迫使不同比例的空气从第一风扇返回到第二风扇。可重配置充气室可包括在充气室第二末端处的可变堵塞构件。燃料电池堆总成可包括风扇控制器，其经配置当可重配置充气室在第二配置中时在相反方向上驱动第一风扇和第二风扇。燃料电池堆总成可包括风扇控制器，其经配置当可重配置充气室在第二配置中时驱动第一风扇并关闭第二风扇。燃料电池堆总成可包括多个所述第一风扇和多个所述第二风扇，第一风扇和第二风扇中的每个均与所述可重配置充气室协作。第一风扇和第二风扇可分组布置，每个组均与一个所述可重配置充气室协作。通风面的第一部分和通风面的第二部分可对应于相同电池的不同零件。第一风扇和第二风扇可彼此相邻并与通风面相邻。燃料电池堆总成可包括第一反向操作风扇和第二反向操作风扇，该第一反向操作风扇经配置在与第一风扇的方向相反的方向上引导空气流通过通风面的第一部分，并且该第二反向操作风扇经配置在与第二风扇的方向相反的方向上引导空气流通过通风面的第二部分。燃料电池堆可包括控制系统，当控制系统在第二配置中操作时，该系统经适配将通过通风面的第一部分和第二部分的空气流的方向周期性地反向。
[0013]根据另一个方面，本发明提供一种操作空气冷却燃料电池堆的方法，其中在堆叠中的每个燃料电池均具有冷却空气导管，该冷却空气导管具有设置在堆叠的通风面上的输入/输出通风孔，该通风孔在堆叠的所述通风面上方形成阵列，该通风面具有第一部分和第二部分，该方法包括:
[0014]在第一操作模式中，使用第一风扇和第二风扇将所述堆叠通风，所述第一风扇引导空气通过所述通风面的所述第一部分，并且所述第二风扇引导空气通过所述通风面的所述第二部分，通过所述第一部分和所述第二部分的空气流在相同方向上；
[0015]在第二操作模式中，使用至少所述第一风扇将所述堆叠通风，以在第一方向上引导空气通过所述通风面的所述第一部分，并在与所述第一方向相反的第二方向上引导空气通过所述通风面的所述第二部分。
[0016]在第二操作模式中，可使用第一风扇将堆叠通风，以在所述第一方向上引导空气流通过通风面的第一部分，并使用第二风扇将堆叠通风，以在与第一方向相反的所述第二方向上引导空气流通过通风面的第二部分。通过重配置与所述第一风扇和所述第二风扇流体连通的可重配置充气室，燃料电池堆通风的操作可在第一操作模式和第二操作模式之间切换，该可重配置充气室具有邻近所述第一风扇和所述第二风扇的第一末端与远离所述第一风扇和所述第二风扇的第二末端，该可重配置充气室可在打开配置和关闭配置之间切换，该打开配置促进空气流在第二末端处离开充气室，并且该关闭配置迫使至少一些空气从第一风扇返回到通风面的第二部分。可提供根据燃料电池操作温度和/或操作时间在第一模式和第二模式之间自动切换。当在第二操作模式中操作时，通过通风面的第一部分和第二部分的空气流的方向可周期性地反向。
[0017]现将通过实例并且参照附图来描述本发明的实施方案，其中:
[0018]图1示出用于燃料电池堆的通风系统的百叶窗板、风扇容纳箱和空气过滤器箱部件的分解透视图；
[0019]图2从反面示出在水平成排的下排通风配置中的图1的已装配的百叶窗板和风扇容纳箱的分解透视图；
[0020]图3从反面示出在水平成排的上排通风配置中的图1的已装配的百叶窗板和风扇容纳箱的分解透视图；
[0021]图4从反面示出在完全关闭配置中的图1的已装配的百叶窗板和风扇容纳箱的透视图；
[0022]图5从反面示出在水平成排的完全再循环配置中的图1的已装配的百叶窗板和风扇容纳箱的透视图；
[0023]图6从反面示出在水平成排的完全打开配置中的图1的已装配的百叶窗板和风扇容纳箱的透视图；
[0024]图7从反面示出在图5的水平成排的完全再循环配置中的图1的已装配的百叶窗板和风扇容纳箱的剖面透视图；
[0025]图8示出百叶窗板和风扇容纳箱的示意性剖面图，其示出百叶窗的三个位置；
[0026]图9a和图9b示出具有通风系统的燃料电池堆的示意性剖面图，该通风系统包括百叶窗板在(a)完全打开的非再循环配置和(b)完全再循环配置中的可替换配置；以及
[0027]图10示出具有通风系统的燃料电池堆的示意性