在停止运行过程中利用由运行的燃料电池系统供电的反应剂空气泵对水进行吹扫的过程

摘要

利用燃料电池动力设备(9)中的鼓风机(18)通过在正常工作过程中处于关闭状态的阀(46)使水受压排出燃料电池堆(10)的冷却剂流场(27)、冷却剂泵(35)和热交换器(40)。除水过程是作为停止运行过程的一部分而发生的，在所述停止运行过程中，燃料电池堆继续进行工作以便为空气泵供电且有助于进行除水过程(例如保持较低的蒸汽压力)。在所述停止运行过程中通过阀(29)阻止水流到达蓄积装置(33)。

说明书

技术领域

本发明涉及，作为停止运行过程的一部分，利用燃料电池动力设备在就要停止运行之前仍处于工作状态时所产生的功率，通过利用燃料电池动力设备的反应剂空气泵使水受压排出冷却剂场、冷却剂通路和冷却剂设备的过程。

背景技术

当燃料电池动力设备在温度为冰点以下的环境中处于非工作状态时，水产生冻结可能会给燃料电池动力设备部件造成损伤。已公知的做法是将蓄积装置置于冷却剂系统中的最低点处以使得实际上流动通过燃料电池堆的可冻结的冷却剂可朝向蓄积装置进行排放。已公知的做法还包括利用外部泵将空气或惰性气体吹送通过系统的各个部分以便从其中吹扫出水。

然而，外部泵的使用增加了燃料电池动力设备的成本、尺寸、重量和复杂性，且在用于为电动车辆供电的燃料电池动力设备中可能无法实现。此外，当燃料电池动力设备被关闭时，必须使用辅助电源如蓄电池或超级电容器以便为吹扫泵设备供电。这样就降低了可用于多种功能如使冰熔化或使燃料电池堆变暖的辅助功率，或者要不然需要更大、更重且更昂贵的辅助电源，所述电源在电动车辆中同样可能无法实现。

发明内容

本发明的多个方面包括：在不使用辅助吹扫泵或辅助功率的情况下将水从冷却剂通道、通路和设备中吹扫出；在不需要用于辅助泵送设备或辅助功率的附加费用、重量或空间的情况下将冷却剂水从燃料电池动力设备中吹扫出；并且以改进方式将水从预期处于冰点以下的温度的燃料电池动力设备中吹扫出。

根据本发明，在预期在冰点以下的温度下处于非工作状态的燃料电池动力设备的停止运行过程中，利用所述燃料电池动力设备仍处于工作状态时的燃料电池动力设备功率，通过利用所述燃料电池动力设备的反应剂空气泵将水从水冷却剂流场、冷却剂通路和冷却剂设备中吹扫出。

根据本发明，利用由所述燃料电池动力设备产生的功率通过所述空气泵将冷却剂水从所述冷却剂流场、冷却剂泵和冷却剂热交换器中吹出。

尽管披露了本发明的一个简单实施例，但本发明同样可适用于在具有不同的泵布置的情况下进行工作的冷却剂系统，所述泵布置包括具有初级泵和次级泵的用于从空气分离器中排出泡沫的布置。

通过下面对如附图所示的本发明的典型实施例进行的详细描述，将更易于理解本发明的其它目的、特征和优点。

附图说明

图1是采用本发明的燃料电池动力设备的简化示意框图。

具体实施方式

参见图1，采用本发明的燃料电池动力设备9包括燃料电池堆10，所述燃料电池堆可以是常规的聚合物电解质质子交换膜(PEM)燃料电池堆，所述燃料电池堆包括常规的阳极流场11，所述阳极流场的构型和本质并非本发明所特有的且无需对此进行进一步描述。

燃料电池堆10包括将氧化剂气体供应至阴极催化剂的阴极流场13。在入口16处通过导管17将来自空气泵18的空气供应给阴极流场，所述空气泵通过导管19接收来自环境的空气。阴极流场的排出口20通过导管21和阀22向环境23中进行排放。

燃料电池堆10具有冷却剂流场27，所述冷却剂流场的出口28通过阀29和导管30、31被连接至常规的蓄积装置33的入口32。冷却剂从蓄积装置流动通过导管34、冷却剂泵35、经由导管38且通过热交换器40的初级流路39、并从该处通过导管41进入冷却剂流场27的入口42。热交换器40是常规型的热交换器，所述热交换器的细节对于本发明而言并不重要且不对此进行进一步描述。蓄积装置可具有通过阀44的出口43。

根据本发明，在停止运行过程中，来自导管17的空气通过导管45、阀46和导管47被施加至冷却剂流场的排出口28。在正常工作过程中，阀46被关闭，阀29被打开，且泵35处于工作状态。

在停止运行过程中，泵35被关闭，阀29被关闭且阀46被打开。然而，燃料电池动力设备9仍然在产生电力，所述电力的大小至少足以为空气泵18提供全功率。这是本发明的第一方面。在停止运行过程中例如通过控制器和辅助负载可对燃料电池动力设备的运行进行调节。

在没有冷却剂流的情况下保持燃料电池动力设备9的运行可导致燃料电池堆10的温度增加到高于正常工作温度的温度，例如约65℃-80℃。温度的升高导致当空气通过冷却剂流场时冷却剂流道中剩余的水的蒸汽压力升高，由此有助于冷却剂流场变干。该停止运行过程所持续的时间可介于几分之一分钟与几分钟之间，这取决于系统构型以及导管和通道的尺寸。

在停止运行过程中，主要的空气流经由导管45、通过当前打开的阀46、经由导管47且向后通过冷却剂流场27的排出口28。从冷却剂流场的入口42出发，在空气前方受到吹送的水以及由空气吸取的湿气将流动经由导管41、通过热交换器40、且经由导管38、向后通过冷却剂泵35、并经由导管34进入蓄积装置33内。

空气泵18可以是正排量泵，或可提供足够大的压力和流量体积以将水从冷却剂流场27、热交换器40和冷却剂泵35中清除出去，同时将足够的工艺空气供应至阴极流场从而产生所需泵功率的任何其它适当的泵。

如果需要的话，本发明可用于将水从燃料电池动力设备中并非所有的水通路中清除出去。