[发明专利]排气处理单元

说明书

技术领域

本发明涉及用于处理主燃料电池模块的排气的排气处理单元。特别地，其涉及用于消耗主燃料电池模块的排气中的任何氢气的单元。

背景技术

传统的电化学燃料电池将燃料和氧化剂(通常两者都是以气流的形式)转化成电能和反应产物。使氢气和氧气反应的普通类型电化学燃料电池包括高分子离子(质子)交换膜(polymeric ion(proton)exchange membrane,PEM)，其中燃料和空气越过膜的相应侧面。因此，燃料越过膜(以及任何气体扩散结构)沿着阳极流动路径流动，氧化剂沿着阴极流动路径并且越过膜的另一侧面(以及任何气体扩散结构)流动。质子(即，氢离子)传导通过PEM，被传导通过连接燃料电池的阳极和阴极的电路的电子平衡。为了增大可用电压，可形成包括若干这样的膜的堆叠，其布置有分开的阳极流体流动路径和阴极流体流动路径。这样的堆叠一般是块体的形式，其包括由堆叠的任一端处的端板保持在一起的许多单独的燃料电池板。阳极进气歧管一般传递燃料(例如氢气)到阳极流动路径并且阴极出气歧管接收来自阳极流动路径的排气。同样地，阴极进气歧管一般传递氧化剂到阴极流动路径并且阴极出气歧管接收来自阳极流动路径的排气。阳极排气可包括未使用的燃料(如氢气)。优选地，避免将氢气释放到大气中。

发明内容

依据本发明的第一方面，我们提供了一种用于消耗主燃料电池模块的排气流中的燃料的燃料电池排气处理单元，包括：

燃料电池组件，其被配置成接收来自主燃料电池模块的阳极流动路径的排气流，燃料电池组件被电气连接和配置成在排气流离开单元之前将来自主燃料电池模块的排气流中剩下的燃料消耗到预定水平。

这是有益的，因为，排气和清洗气体(purge gas)中存在的任何燃料能够在专用的排气处理单元中被消耗，并且因此可以减少释放到大气中的燃料。进一步地，燃料电池组件可被电气控制，以便其有效地消耗氢气。可控制主燃料电池以为负载提供电力，而燃料电池排气处理单元可被配置或被控制以优化燃料的消耗。配置燃料电池组件以使排气中的燃料含量消耗到预定水平(如基本上没有燃料)，并在其流过组件时提供处理燃料电池排气流的有效方法。排气流可包括用于驱动来自主燃料电池的反应副产物和污染物的清洗气体。清洗气体可包括主电池使用的燃料，例如氢气。

燃料电池组件可包括在阳极流动路径中以气流序列(in gas flow series)布置的多个单独的燃料电池。因此，阳极气流依次通过多个燃料电池中的每一个。

多个燃料电池可以彼此非电气连接。因此，当以气流序列布置时它们可以不是电气序列。对多个燃料电池的每一个进行单独电气操作是有益的。这使单元能够对燃料电池组件中的每个燃料电池中存在的燃料浓度作出反应以消耗未使用的燃料或清洗气体。

燃料电池组件可包括控制器，控制器用于控制燃料电池组件中至少一个燃料电池的阳极和阴极之间的电流流动，以消耗在排气流中剩下的氢气。因而，该燃料电池或每个燃料电池的阳极和阴极可经由控制器连接在一起。因此，控制器能够控制燃料电池的阳极和阴极之间的电流流动。因而，如果检测到阳极和阴极之间的电压(其说明在燃料电池中存在氢气)，则控制器可允许电流流动以消耗氢气。组件中的每个燃料电池可包括可以控制该燃料电池或每个燃料电池的控制器或常规控制器。可选择地，控制器包括具有预定电阻的无源控制器。因而无源控制器提供燃料电池的阳极和阴极之间的电流路径，以使其可即刻消耗燃料。因而，无源控制器可包括电导线或电导轨道(track)。

控制器可被配置成控制至少一个燃料电池的电流流动，以响应于燃料电池组件中的至少一个燃料电池的电气输出的测量。因而，一个或更多个燃料电池两端的电压可用来控制在一个或更多个燃料电池的阳极和阴极之间流动的电流。给定燃料电池两端的电压可用于控制组件中的该燃料电池或不同燃料电池两端的电流流动。

燃料电池组件可包括至少两个燃料电池以及控制器，该控制器被配置成控制第一燃料电池的阳极和阴极之间的电流流动，以响应于燃料电池组件中位于第一燃料电池上游的至少一个燃料电池的电气输出的测量。

燃料电池排气处理单元可包括清洗阀(purge valve)，该阀布置在燃料电池排气处理单元的燃料电池组件的下游，清洗阀被配置成控制来自处理单元的排气流的排放。因此，清洗阀可控制已经通过燃料电池排气处理单元的燃料电池组件的气体的释放(如到大气中)。在其他示例中，清洗阀由限制件(restriction)替换以控制通过该单元流出阳极流动路径的流速。