[发明专利]燃料电池系统和燃料电池净化设备

说明书

技术领域

多个实施例涉及一种用于净化来自燃料电池的杂质或排放来自燃料电池的水的系统。

背景技术

已知多个燃料电池结合到一起形成燃料电池堆。这种燃料电池堆通常响应于将氢和氧电化学地转换为水而提供电流。在这个过程中产生的电流用于驱动车辆中或其他这种设备中的各种装置。供应装置(supply)通常将氢提供至燃料电池堆。燃料电池堆可使用比由供应装置提供的氢少的氢来产生电力。喷射器接收从燃料电池堆排放的未使用的氢并使未使用的氢与从供应装置产生的氢结合，以维持氢向燃料电池堆的流动。

在燃料电池工作期间，在燃料电池堆的阳极侧会形成诸如产物水、氮以及未消耗的氢的副产物。在某些已知的系统中，例如，试图控制产物水和/或氮的聚集来避免燃料电池性能下降。一种已知的途径是经由燃料电池堆下游的通道来释放水和/或氮。副产物可再循环，以使未使用或未耗尽的氢返回到燃料电池堆的阳极侧，从而提高燃料经济性。再循环可用于使阳极侧湿润，以促进有效的化学转换并延长电池膜的寿命。然而，可能需要移除再循环流中的液态水(例如，水滴)，以防止燃料电池堆流场通道或喷射器内的水堵塞。

对于车辆中的燃料电池应用，可能需要燃料电池在冰冻环境温度下运转。车辆和燃料电池可暴露在-25摄氏度甚至更低的温度(远低于水的结冰点)下。对于燃料电池车辆，需要解决寒冷天气运转问题，以使其在极端环境温度气候下运转，从而满足对于车辆的用户期望。当暴露于冰冻状况时，含有反应物流体和水的氢燃料电池部件(例如，排放或净化组件)会由于结冰而遇到运转问题。

对于具有结合了阳极净化/排放组件的现有技术系统，降低了成本；然而，在冰冻起动期间，该组件对产物水冻结可能敏感。结合的阳极净化/排放组件内产生的冰会影响阳极净化功能，导致氮聚集在阳极堆中并且降低燃料电池性能。现有技术燃料电池系统已使用加热器组件主动地给排放组件或净化组件加热，以防止结冰或移除结冰。当加热器使用来自电池的动力时，加热器使燃料电池的整体效率降低。其他现有技术系统要求另外的管道设施(例如，辅助管和另外的净化阀)，以防止冰堵塞净化系统内部。

发明内容

在一个实施例中，一种燃料电池系统设置有燃料电池堆和与所述燃料电池堆流体连通的净化组件。所述净化组件具有分离器，所述分离器限定用于接收包括流体部分和杂质部分的再循环燃料流的腔室。净化阀位于所述分离器的下游，用于净化来自燃料电池系统的杂质部分。排放导管将所述分离器与所述净化阀连接。所述排放导管具有连接到所述腔室的下端的外通道，所述外通道形成流体储液槽，以收集所述流体部分。所述排放导管还具有嵌套在所述外通道中的内通道，并且所述内通道延伸通过所述流体储液槽，用于将所述杂质部分传送到所述净化阀。所述内通道具有延伸到所述腔室中的自由端。

在另一实施例中，一种燃料电池净化设备设置有分离器，所述分离器限定用于接收包括流体和杂质的再循环燃料流的腔室。排放导管具有外通道，所述外通道连接到所述腔室，所述外通道形成流体储液槽，以收集所述流体。所述排放导管还包括内通道，所述内通道穿过所述流体储液槽嵌入在所述外通道中，用于将所述杂质传送到净化阀。所述内通道具有延伸到所述腔室中的自由端。

所述分离器和所述排放导管关于所述分离器的纵轴同轴。

所述内通道和外通道关于所述排放导管的纵轴同轴。

在又一实施例中，一种燃料电池净化组件设置有分离器，所述分离器限定用于通过入口导管接收包括流体部分和杂质部分的再循环燃料流的腔室。净化阀设置在所述分离器的下游，用于净化来自燃料电池系统的杂质部分。排放导管将所述分离器和所述净化阀连接。所述排放导管具有外通道，所述外通道连接到所述分离室的下端，所述外通道形成流体储液槽，以收集所述流体部分。所述排放导管还具有内通道，所述内通道嵌套在所述外通道内并延伸通过所述流体储液槽，用于将所述杂质部分传送到所述净化阀。所述内通道具有延伸到所述腔室内的自由端。

所述入口导管朝向所述分离器的下端弯曲并且所述内通道面向所述分离器的上端。

所述分离器具有从所述分离室的上端延伸到所述分离室中的突起，所述突起被设置成指引来自所述入口导管的再循环燃料流远离所述内通道的入口。

所述内通道被弯曲成使得所述内通道的入口面向远离所述入口导管的方向。

所述内通道具有设置在所述自由端上方的帽，所述内通道限定提供所述分离室和所述内通道之间的流体连通的一系列孔。

所述流体部分包括液态水并且所述杂质部分包括氮。