[发明专利]用于燃料电池的冷却系统

说明书

燃料电池堆总成包括燃料电池的堆叠，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。通风孔在堆叠的所述通风面上方形成阵列。第一风扇经配置引导空气流通过通风面的第一部分，并且第二风扇经配置引导空气流通过通风面的第二部分。可重配置充气室与第一风扇和第二风扇流体连通并具有第一配置和第二配置，在该第一配置中空气由第一风扇和第二风扇在相同方向上引导通过通风面的第一部分和第二部分，并且在该第二配置中空气由风扇中的至少一个在相反方向上分别引导通过通风面的第一部分和第二部分。当在第二配置中操作时，通过通风面的第一部分和第二部分的空气流的方向周期性地反向。

本申请是于2013年6月19日提交的名称为“用于燃料电池的冷却系统”的中国专利申请201380032649.5(PCT/GB2013/051596)的分案申请。

技术领域

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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

发明内容

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。

根据一个方面，本发明提供一种燃料电池堆总成，其包括：

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；

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；

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。