[发明专利]用于燃料电池的再循环回路

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池堆，更具体而言，但是不仅仅涉及具有聚合物膜形式的电解质的类型的燃料电池堆（也即，PEFC（聚合物电解质燃料电池））。

背景技术

已知燃料电池堆能够通过从氢（燃料）和氧（氧化剂）开始的电化学氧化还原反应直接地产生电能，而不通过机械能转换步骤。该技术似乎前景很好，尤其是对于机动车辆应用。燃料电池堆通常包括单一零件的系列组合，每个所述单一零件基本由通过聚合物膜分离的阳极和阴极组成，所述聚合物膜能够使离子从阳极通到阴极。在“死端（dead end）”线路的情况下，也即，线路没有在周围环境下正常地打开，其通常为对于阳极电路的情况，并且也为对于用于利用纯氧操作的电池的阴极电路的情况，在正常操作期间，包括在燃料电池堆的阳极或者阴极电路内的气体的再循环是有必要的，以便实现必要的阳极或者阴极电路的过量供应，而非气体的过量消耗，并且由于包含在再循环气体内的水还使引入的新鲜气体变潮湿。

专利申请WO06/012953和专利申请EP2017916描述了一种燃料电池堆，特别是燃料电池堆的气体供应通道。在特定的燃料电池堆的用途中，一种用途导致在阳极电路和阴极电路两处，增加流体泵和/或压缩机的数量，以便尤其在燃料电池堆的关闭阶段期间，能够进行非常精密的气体线路控制。例如，可以参考专利申请FR2009/57644。

本发明的目的是在提供一种气体再循环和净化的精密控制，或者排气到大气中处取得成功，这二者是必要的，无论在启动或者熄灭（extinction）的阶段或者状态下操作都不增加泵，所述泵为相对庞大并贵重的设备。

发明内容

本发明提出了一种用于燃料电池堆的气体线路的再循环回路，所述再循环回路形成了起始于所述燃料电池堆的两个阳极电路或阴极电路中的一个的出口并且终止于两个供应线路之一的连接管路，所述两个供应线路或者为燃料气体供应通道，或者为氧化剂气体供应通道，所述再循环回路提供了包含在所述燃料电池堆的阳极电路或阴极电路内的气体的再循环，所述再循环回路包括再循环泵，所述再循环泵提供了包含在所述燃料电池堆的阳极电路或阴极电路内的气体的再循环，其特征在于所述再循环回路包括将所述再循环回路分成第一部段和第二部段的多路阀，所述多路阀具有称为再循环位置的第一稳定使用位置和第二稳定使用位置，所述第一稳定使用位置提供了在所述再循环回路的第一部段和第二部段之间的连续性，所述第二稳定使用位置同时地提供了在所述再循环回路的第一部段和第二部段之间的所述连续性的中断，以及通过操纵所述多路阀进行使所述再循环回路与大气接触。

在本发明的一个优选的实施方案中，所述多路阀为三通阀。在说明书的剩余部分中，将描述使用这样的阀的实例。然而，本发明并不把其他类型的阀的使用排除在外，例如用两个二通阀代替一个三通阀的布置，或者用一个或更多多路阀的任何其他布置。

在本发明的一个特定的实施方案中，所述泵安装在所述再循环回路内，所述再循环回路在所述阀处于第一位置时，能够提供包含在所述燃料电池堆的阳极电路或阴极电路内的气体的再循环，并且在所述阀处于第二位置时，能够提供气体的提取或喷射。

本发明使其能够使用单一的泵，所述单一的泵用于在所述燃料电池堆的正常操作期间实现再循环功能，并且在特定的操作阶段期间，例如所述燃料电池堆的关闭周期，实现提取燃料气体的功能。在阳极电路侧，该布置同等地应用至供应有作为氧化剂气体的大气的电池，并且对于阴极电路侧，应用至供应有氧的电池。本发明不但涉及对于阳极侧供应有纯氧的电池，而且涉及对于该阴极侧供应有大气的电池。

本发明使其能够使用单一的泵，所述单一的泵用于实现在所述阳极电路内用于气体的均化作用的混合功能，并且也用于在特定的操作阶段期间，例如所述燃料电池堆的关闭周期，实现空气喷射功能。在所述阳极电路侧，该布置同等地应用至供应有作为氧化剂气体的大气的电池，并且应用至供应有纯氧的电池。而且，在供应有纯氧的电池的情况下，对于所述阴极电路，在电池的正常操作下，相同的泵此外还提供了再循环功能。

本发明也延伸至用于关闭燃料电池堆的特定的程序，所述燃料电池堆包括如上所述的特征，关闭程序包括下面的行为：

●（i）关断燃料气体和氧化剂气体的供应，

●（ii）以下面连续的位置的顺序放置两个阳极电路或阴极电路的每一个的三通阀：

○处于这样的位置，在阴极电路处，通过以适当的方式控制泵，使得能够实现空气喷射功能，并且在阳极电路处，通过以适当的方式控制所述泵，使得能够实现氢排放功能，