CN105009340A - 用于燃料电池堆的密封装置 - Google Patents

用于燃料电池堆的密封装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105009340A
CN105009340A CN201480013341.0A CN201480013341A CN105009340A CN 105009340 A CN105009340 A CN 105009340A CN 201480013341 A CN201480013341 A CN 201480013341A CN 105009340 A CN105009340 A CN 105009340A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
fuel
configuration
ventilating surface
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201480013341.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105009340B (zh
Inventor
凯文·库普乔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Intelligent Energy Ltd
Original Assignee
Intelligent Energy Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Intelligent Energy Ltd filed Critical Intelligent Energy Ltd
Publication of CN105009340A publication Critical patent/CN105009340A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105009340B publication Critical patent/CN105009340B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04731—Temperature of other components of a fuel cell or fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04761—Pressure; Flow of fuel cell exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04303—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H01M8/0485—Humidity; Water content of the electrolyte
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供一种燃料电池堆组件，其包括燃料电池堆，每个燃料电池具有气流管道，所述气流管道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。膜可在第一配置与第二配置之间移动，在所述第一配置中所述通风面被遮蔽，在所述第二配置中所述通风面未被遮蔽。所述膜可在所述第一配置与所述第二配置之间卷曲。由此，例如在燃料电池启动和/或关闭程序期间或用于所述燃料电池堆的水合控制时，所述燃料电池堆的通风由所述膜的位置控制。

Description

用于燃料电池堆的密封装置
本发明涉及以堆叠形式设置的电化学燃料电池，并且更具体地说，涉及用于使此类燃料电池堆通风的气流系统。
常规的电化学燃料电池将通常均为气体流形式的燃料和氧化剂转换成电能和反应产物。用于使氢和氧反应的常见类型的电化学燃料电池包括处于膜电极组件(MEA)内的聚合物离子转移膜，也称为质子交换膜(PEM)，其中燃料和空气穿过所述膜的相应侧面。质子(即氢离子)被传导通过膜，由传导通过连接燃料电池阳极和阴极的回路的电子加以平衡。为了增大可用电压，形成包括多个串联连接的MEA的堆叠，所述MEA布置有单独的阳极流体流动通路和阴极流体流动通路。这种堆叠通常呈包括众多单个燃料电池板的块形式，所述燃料电池板由处于堆叠的任一末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力，所以一旦已达到操作温度就需要冷却燃料电池堆，从而避免对燃料电池的损坏。冷却可通过迫使空气通过燃料电池堆来实现。在开放式阴极堆叠中，氧化剂流动通路和冷却剂流动通路是相同的，即，迫使空气通过阴极流体流动通路会将氧化剂供应给阴极并冷却堆叠。在较低功率的应用中或在低需求时间段内，冷却和氧化剂供应可选地通过将空气扩散到氧化剂/冷却剂流动通路中来提供，即，无需强制通风。在其他燃料电池堆中，氧化剂空气可以与可由例如冷却水回路提供的冷却机构分开提供。
本发明适用于所有这些燃料电池堆类型。
在启动或关闭燃料电池堆期间或在非常冷的环境条件的时段期间，阻止或限制气流通过阴极流体流动通路可为有用的。现有技术已提出用于使用阀门或闸门来控制气流通过阴极流体流动通路的各种方法。本发明的目标是提供紧凑且有效的替代方法。
在燃料电池中发现的膜、催化剂材料和扩散介质也可容易受来自外部源的污染物的影响，这可随着时间的推移而降低燃料电池堆的性能。期望限制燃料电池的敏感部分于微粒和其他空气携带污染物或可使催化剂中毒的气体中的暴露。具体地，在停用的时段期间(如在运输燃料电池堆时和在燃料电池堆环境不被控制时(例如，在有受到瞬时或暂时空气污染的污染风险时)，期望关闭进入阴极流体流动通路的气流通路。本发明的目标是提供限制燃料电池堆的敏感部分于污染物中的暴露的紧凑且有效方式。
根据一个方面，本发明提供一种燃料电池堆组件，其包括：
燃料电池堆，每个燃料电池具有气流管道，所述气流管道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；
膜，所述膜可在第一配置与第二配置之间移动，在所述第一配置中通风面被遮蔽，在所述第二配置中通风面未被遮蔽。
膜可在第一配置与第二配置之间卷曲。膜可包括提供至少一个孔的第一部分，所述第一部分被配置来在设置在通风面上方时暴露通风面；和第二部分，所述第二部分被配置来在设置在通风面上方时遮蔽通风面。燃料电池堆组件还可包括第一容器，所述第一容器用于在膜处于第一配置时接收膜的处于卷曲状态的第一部分。燃料电池堆组件还可包括第二容器，所述第二容器用于在膜处于第二配置时接收膜的处于卷曲状态的第二部分。第一容器可设置在通风面的周边边缘处。第一容器和第二容器可设置在通风面的相对周边边缘上。燃料电池堆组件还可包括马达，所述马达被配置来在第一配置与第二配置之间驱动膜。燃料电池堆组件还可包括围绕通风面的周边设置的周边密封件，膜被定位以用于至少在第一配置中与所述周边密封件接合。膜可被定位以用于在移动到第一配置期间与周边密封件的至少一部分滑动接合。控制器可被配置来在第一配置与第二配置之间操作膜，作为燃料电池启动和/或关闭程序的一部分。膜可移动到中间配置，其中燃料电池堆的每个电池中的一些气流管道被遮蔽，并且其中燃料电池堆的每个电池中的其他气流管道未被遮蔽。膜可移动到如下配置：其中燃料电池堆内的第一选定电池的气流管道被遮蔽，并且其中燃料电池堆内的第二选定电池的气流管道未被遮蔽。控制器可被配置来根据燃料电池的水合程度在膜配置之间操作所述膜。
根据另一个方面，本发明提供一种操作燃料电池堆组件的方法，其包括以下步骤：
将可移动的膜安装到燃料电池堆上，每个燃料电池具有气流管道，所述气流管道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；
在第一配置与第二配置之间驱动膜，在所述第一配置中通风面被遮蔽，在所述第二配置中通风面未被遮蔽。
现将借助实例并且参照附图来描述本发明的实施方案，在附图中：
图1示出通风面被膜遮蔽的燃料电池堆的透视图；
图2示出通风面未被膜遮蔽的图1的燃料电池堆的透视图；
图3示出具有弹性周边密封件的通风面框架的正视图；
图4示出具有设置在一个边缘上的膜容器的图3的通风面框架的一部分的透视图；
图5示出图4的膜容器的放大部分的透视图；并且
图6示出用在图1至图5的系统中的未卷曲膜的透视图。
在本说明书的全文中，与相对取向和位置有关的描述符(如“顶部”、“底部”、“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”)以及其任何形容词或副词派生词是在图1和图2中所呈现的燃料电池堆的取向意义上使用的。然而，此类描述符并不意图以任何方式限制所描述或要求的本发明的预期用途或取向。
图1和图2示出包括堆叠的单个燃料电池16的燃料电池堆1，所述燃料电池16集体呈现处于堆叠的正面处、在图2中可见的通风面2。例如，如果堆叠具有需要强制通风通过所述堆叠的设计，那么堆叠的背面上可存在对应的通风面。通风面2通常包括多个燃料电池16的通风孔阵列，所述通风孔使氧化剂空气能够被输入到每个电池16中的阴极流体流动通路或从其输出。这使氧化剂能够到达每个电池16的膜电极组件和/或使潮湿空气能够从MEA排出。如图2中所示，单个电池16各自占据一个水平面并且通风面2对应于每一个电池16的边缘。然而，在替代布置中，单个电池16可各自占据一个垂直面。
各种燃料电池支撑系统3可设置在燃料电池堆的面上及其周围。
定位在通风面2上的是其中具有一个或多个开口5a、5b、5c的框架4，从而允许空气穿过通风面2。框架4用作柔性膜6(在图1中可见)的外壳和导向件，所述柔性膜6可在第一配置与第二配置之间移动，在所述第一配置中通风面2被遮蔽(图1)，在所述第二配置中通风面2未被遮蔽(图2)。
一对容器7、8中的每一个提供用于接收柔性膜6的至少一部分的腔室13(在图6中可见)。第一容器7的腔室13可例如被配置来在堆叠通风面2未被遮蔽时接收膜6的遮蔽部分，并且第二容器8的腔室13可例如被配置来在堆叠通风面2被遮蔽时接收膜6的非遮蔽部分。在所示的优选实施方案中，容器7、8被配置为圆柱形外壳，尽管其他形状也是可能的。
图3示出框架4的正视图，其包括第一容器7和第二容器8、孔5a、5b、5c和用来使螺栓或其他机构将框架固定到燃料电池堆1的正面的固定点18。框架4还包括围绕框架的周边延伸以便提供抵靠膜6的流体密封的周边密封件9。也可在隔开孔5a、5b、5c的立柱10中提供另外的密封件(未示出)。周边密封件的一个实例是部分凹入框架4表面中的保持通道的o型环密封件，其中部分o型环从框架的表面突出来。框架4还可包括多个孔20或剖开槽21，所述孔20或剖开槽21允许空气流动到通常在燃料电池堆的顶部和底部处发现的集电板。
图4示出框架4的一部分、第一容器7、孔5a、5b、5c以及从框架4的正面11略微突出的周边密封件9的透视图。也可见的是狭槽12，其在框架4的宽度上延伸，大约对应于孔5a、5b、5c的宽度和超过孔到至少周边密封件9的边缘。狭槽12使膜6能够进入和离开容器7并且使膜能够保持平靠着周边密封件9。在框架4的顶部边缘处也发现对应狭槽，其使膜6能够以类似方式进入和离开另一个容器8。
参考图5，部分剖开的框架4的透视图揭示了接收膜6的容器7的内部腔室13。膜6经由可包含一对相对狭槽密封件14、15的狭槽12进入和离开腔室13，所述相对狭槽密封件14、15轻微夹持穿过狭槽的膜6，从而足以张紧膜并将其保持在适当位置但不足以在膜6被驱动通过狭槽12时阻止膜在狭槽密封件之间滑动通过。
优选地，狭槽密封件14、15包括100微米厚的Kapton薄片或50微米厚的不锈钢薄片，或任何其他低顺应性材料并可涂有适合的润滑剂。周边密封件9(和立柱10中的任何其他密封件)也可涂有适合的润滑剂。优选地，所使用的任何润滑剂或润滑涂层均不含可能污染燃料电池的化学敏感部件(如MEA)的材料。不含硅的润滑剂可为合乎需要的。
图6示出适合与框架4一起使用的膜6(处于未卷曲状态)的透视图。膜6包括薄片材料，所述薄片材料可用来通过提供横跨孔5a、5b、5c的障碍物或隔断墙来遮蔽通风面。在图6示出的特定布置中，膜6具有第一部分61，所述第一部分61具有在大小和形状上广泛地对应于框架4中的孔5a、5b、5c的孔62a、62b、62c。膜6的第二部分63是未被阻断的或连续横跨至少与框架4中的孔5a、5b、5c的面积一样大的区域，从而当处于适当位置时，能够完全遮蔽(即阻挡)框架中的孔5a、5b、5c。
当膜被接收到第一容器7或第二容器8中时，膜优选地可卷成紧凑的卷。
膜6还可包括对应于结合图3描述的框架4中的孔20和剖开槽21的多个单独的孔22或剖开槽23。
在正常使用中，膜的部分61、63中的一个被接收到相应容器7或8中，而部分61、63的另一个延伸横跨限定孔5a、5b、5c的框架4。因此，在可被视为‘通风面打开’配置的第一配置中，膜6的第一部分61位于框架4的限定孔5a、5b、5c的部分上方，并且膜6的第二部分63在顶部容器8内被卷起。在可被视为‘通风面关闭’配置的第二配置中，膜6的第一部分61在底部容器7内被卷起，并且膜6的第二部分63位于框架的限定孔5a、5b、5c的部分上方，从而遮蔽那些孔。
优选地，容器7、8中的每个包括被配置来将膜拉进腔室13中并使膜绕腔室中的轴卷起的马达驱动布置。马达驱动布置可被设置在每个腔室内或可位于每个容器的一个或两个轴向端中。通过在膜的每端处，即在容器7、8中的每个中提供马达，膜可通过使用适当马达驱动的拉动动作而在运动的同时保持张紧。这个拉动动作可抵抗由膜穿过与相对容器相邻的相对狭槽密封件14、15所施加的任何摩擦。
可使用替代方式维持膜6在运输期间的张紧。例如，膜的每端处的马达可被配置来与另一马达相反工作，从而在膜/框架的一端处提供驱动转矩并且在另一端处提供制动转矩。优选地，使用无刷马达来使污染燃料电池堆的气流通路的风险减至最低。在另一布置中，可在容器7、8中的一个处提供马达驱动机构并且在容器7、8中的另一个处提供弹簧偏置返回机构。以此方式，马达驱动机构提供动力来在一个方向上、抵抗弹簧偏置操作膜，并且弹簧偏置提供动力来在另一个方向上操作膜。
可以多种不同方式控制膜6的定位。例如，膜可设置有一系列纵向延伸的穿孔(附图中未示出)，所述穿孔可由光学或机械或其他传感器读取并计数。穿孔的不同形状也可针对不同位置编码。或者，如果使用伺服控制的马达，那么可由适合的马达控制器来确定膜定位。
一般来说，框架4与其容器7、8和膜6一起限定用于完全遮蔽或部分遮蔽燃料电池堆1的通风面2的闸门机构或遮蔽机构。遮蔽机构可重复于燃料电池堆1的任何其他通风面上，如在与堆叠的图1和图2中可见的正侧面相对的侧面上。每个遮蔽机构可仅为通风面2的一部分提供遮盖，并且多个此类遮蔽机构可用来遮蔽燃料电池堆的一个通风面的不同部分。
在遮蔽机构被提供在燃料电池堆的相对通风面上的情况下，遮蔽机构可被配置来在相反方向上操作。一个遮蔽机构可被配置来通过在向上的方向上卷起膜6来关闭通风面2，而另一个遮蔽机构可被配置来在向下的方向上关闭相对的通风面。以此方式，可在较短时间内实现切断或减少对堆叠中的所有电池16的空气供应。
可使用膜的许多不同设计。第一部分61可被配置来例如通过限定孔62a、62b、62c来完全打开开口5a、5b、5c，所述孔62a、62b、62c全部与框架4中的相应开口5a、5b、5c一样大或比其略微大点。或者，第一部分61可被配置来通过限定更受限制的孔来至少部分地打开开口5a、5b、5c。第二部分63可被配置来完全阻碍开口5a、5b、5c或者可在开口5a、5b、5c上方提供一些大小或范围受限制的小孔。
在另一布置中，膜6可包括其他部分以及第一部分61和第二部分63。这些其他部分可提供完全打开与完全关闭之间的不同变化程度的遮蔽，使得可部分遮蔽通风面2或若干通风面。在期望减少空气流动以便为了，例如，增加一些电池或一些电池的一些部分的水合程度的目的而提供空气流动的暂时和/或局部减少时，这可为有用的。膜6可设置有例如第三部分和第四部分，其中所述第三部分仅遮蔽堆叠中电池总数量的第一子集，并且所述第四部分仅遮蔽堆叠中电池总数量的第二子集。第一子集和第二子集可为互相排斥的。以此方式，堆叠中的电池可以成组地选择性地再水合。可提供控制机构来监测堆叠内电池的水合程度和/或监测堆叠中的电池电压，并且控制膜的定位以便影响系统再水合。
在上文提及的另一布置中，其中膜6在平行于电池16的平面的方向上行进，从而可能仅遮蔽每个电池16的通风孔中的一些。以此方式，例如，为了减小功率输出，可能同时部分遮蔽堆叠中的每个电池。通常，膜可移动到中间配置，其中每个电池中的一些气流管道被遮蔽，并且每个电池中的其他气流管道未被遮蔽。
优选地，膜6中的孔(例如，62a、62b、62c)具有圆角或斜角，以便减小当膜的前缘和后缘穿过或通过密封件9、14、15或通过狭槽12时被钩住的风险。
膜6可由任何适合的柔性材料形成。优选地，膜可被卷入腔室中。优选地，膜可绕容器(如容器7、8)中的一个或多个绞盘卷起。优选材料是Kapton，所述材料即使在薄片很薄的情况下也提供非常低的氧气和二氧化碳渗透性。用于膜6的另一可能材料是不锈钢薄片或薄膜，或其他金属薄片或薄膜。优选地，所使用的膜6是这样的一种：将提供对化合物入口的高程度的保护，所述化合物可化学性地损害燃料电池的敏感部分。可容易空气携带的此类化合物包括硫化氢。
框架4可被配置来使得膜6被保持成尽可能地接近燃料电池堆1的通风面2，例如，使得允许关闭时的膜与单个电池的组成通风面的许多通风孔之间存在有限的空气流通。为了实现此举，膜6可在框架4内面上(例如框架中的通道或凹槽中)或在最接近堆叠通风面的背面上与密封件9接合。从而，膜6的边缘可被配置来在通道或凹槽内行进，使得膜的正面和背面均与框架4中的周边密封件滑动接合。
用来驱动膜6的马达可为电动马达、空气马达或液压马达或任何其他适合的驱动机构。
存在许多和各种如在此描述的膜遮蔽机构的益处。膜遮蔽机构能快速切断通过燃料电池堆的气流，而不必等待可能强制使堆叠通风的风扇的自旋减慢，或必须在此类风扇上提供主动制动系统，这增加了风扇成本。快速切断通过堆叠的气流可阻止电池在关闭过程期间的过度脱水，并且可通过氧化剂供应的损失而强迫电流输出快速下降。没有过多水分损失的快速关闭可因为燃料电池MEA保持含水而提供燃料电池堆的更快且更有效的重新启动。如本文所述的系统预计利用适合的马达驱动设备和膜类型来尽可能快地在0.1秒到0.5秒内操作来关闭燃料电池堆的通风面，这取决于通风面的大小。然而，可能实现更快或更慢的时间。遮蔽机构也可用来给堆叠提供气动脉冲以便进一步控制堆叠的水合。
其他实施方案意图在所附权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种燃料电池堆组件，其包括：
燃料电池堆，每个燃料电池具有气流管道，所述气流管道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；
膜，所述膜可在第一配置与第二配置之间移动，在所述第一配置中所述通风面被遮蔽，在所述第二配置中所述通风面未被遮蔽。
2.如权利要求1所述的燃料电池堆组件，其中所述膜可在所述第一配置与所述第二配置之间卷曲。
3.如权利要求1所述的燃料电池堆组件，其中所述膜包括提供至少一个孔的第一部分，所述第一部分被配置来在设置在所述通风面上方时暴露所述通风面；和第二部分，所述第二部分被配置来在设置在所述通风面上方时遮蔽所述通风面。
4.如权利要求2所述的燃料电池堆组件，其还包括第一容器，所述第一容器用于在所述膜处于所述第一配置时接收所述膜的处于卷曲状态的第一部分。
5.如权利要求4所述的燃料电池堆组件，其还包括第二容器，所述第二容器用于在所述膜处于所述第二配置时接收所述膜的处于卷曲状态的第二部分。
6.如权利要求4所述的燃料电池堆组件，其中所述第一容器被设置在所述通风面的周边边缘处。
7.如权利要求5所述的燃料电池堆组件，其中所述第一容器和所述第二容器被设置在所述通风面的相对周边边缘上。
8.如权利要求1所述的燃料电池堆组件，其还包括马达，所述马达被配置来在所述第一配置与所述第二配置之间驱动所述膜。
9.如权利要求1所述的燃料电池堆组件，其还包括围绕所述通风面的周边设置的周边密封件，所述膜被定位以用于至少在所述第一配置中与所述周边密封件接合。
10.如权利要求9所述的燃料电池堆组件，其中所述膜被定位以用于在移动到所述第一配置期间与所述周边密封件的至少一部分滑动接合。
11.如权利要求1所述的燃料电池堆组件，其还包括控制器，所述控制器被配置来在所述第一配置与所述第二配置之间操作所述膜，作为燃料电池启动和/或关闭程序的一部分。
12.如权利要求1所述的燃料电池堆组件，其中所述膜可移动到中间配置，其中所述燃料电池堆的每个电池中的一些气流管道被遮蔽，并且其中所述燃料电池堆的每个电池中的其他气流管道未被遮蔽。
13.如权利要求1所述的燃料电池堆组件，其中所述膜可移动到如下配置：其中所述燃料电池堆内的第一选定电池的气流管道被遮蔽，并且其中所述燃料电池堆内的第二选定电池的气流管道未被遮蔽。
14.如权利要求12所述的燃料电池堆组件，其还包括控制器，所述控制器被配置来根据所述燃料电池的水合程度和/或电池电压电平在膜配置之间操作所述膜。
15.一种操作燃料电池堆组件的方法，其包括以下步骤：
将可移动的膜安装到燃料电池堆上，每个燃料电池具有气流管道，所述气流管道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；
在第一配置与第二配置之间驱动所述膜，在所述第一配置中所述通风面被遮蔽，在所述第二配置中通风面未被遮蔽。
CN201480013341.0A 2013-02-11 2014-02-10 用于燃料电池堆的密封装置 Expired - Fee Related CN105009340B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1302349.4 2013-02-11
GB1302349.4A GB2510621A (en) 2013-02-11 2013-02-11 Fuel cell stack assemblies and methods of operation
PCT/GB2014/050380 WO2014122482A2 (en) 2013-02-11 2014-02-10 Sealing apparatus for a fuel cell stack

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105009340A true CN105009340A (zh) 2015-10-28
CN105009340B CN105009340B (zh) 2018-04-06

Family

ID=47998904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480013341.0A Expired - Fee Related CN105009340B (zh) 2013-02-11 2014-02-10 用于燃料电池堆的密封装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9865890B2 (zh)
EP (1) EP2954581B1 (zh)
JP (1) JP2016510487A (zh)
KR (1) KR20150118169A (zh)
CN (1) CN105009340B (zh)
GB (1) GB2510621A (zh)
WO (1) WO2014122482A2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114335614A (zh) * 2021-12-28 2022-04-12 上海捷氢科技股份有限公司 一种燃料电池存储装置及燃料电池停机存储方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019118794A1 (en) * 2017-12-15 2019-06-20 Bloom Energy Corporation Stackable fuel cell generator arrangement with common inlet and common outlet plenums
CN112968195B (zh) * 2021-02-26 2022-03-15 电子科技大学 一种用于燃料电池冷启动过程的矩阵式电堆辅热装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002039527A2 (en) * 2000-11-09 2002-05-16 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for isolating a fuel cell assembly from its surroundings
CN101313433A (zh) * 2005-11-29 2008-11-26 株式会社东芝 燃料电池

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01221863A (ja) * 1988-03-01 1989-09-05 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池
FR2899019B1 (fr) 2006-03-22 2016-07-08 Renault Sas Isolation thermique pour pile a combustible
FR2981510B1 (fr) * 2011-10-14 2013-12-06 Air Liquide Dispositif de production d'electricite a pile a combustible et son procede de demarrage

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002039527A2 (en) * 2000-11-09 2002-05-16 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for isolating a fuel cell assembly from its surroundings
CN101313433A (zh) * 2005-11-29 2008-11-26 株式会社东芝 燃料电池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114335614A (zh) * 2021-12-28 2022-04-12 上海捷氢科技股份有限公司 一种燃料电池存储装置及燃料电池停机存储方法
CN114335614B (zh) * 2021-12-28 2023-11-24 上海捷氢科技股份有限公司 一种燃料电池存储装置及燃料电池停机存储方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2954581B1 (en) 2016-08-24
US9865890B2 (en) 2018-01-09
EP2954581A2 (en) 2015-12-16
JP2016510487A (ja) 2016-04-07
WO2014122482A2 (en) 2014-08-14
CN105009340B (zh) 2018-04-06
KR20150118169A (ko) 2015-10-21
WO2014122482A3 (en) 2014-10-02
GB201302349D0 (en) 2013-03-27
US20150372327A1 (en) 2015-12-24
GB2510621A (en) 2014-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5364916B2 (ja) 燃料電池用加湿装置
US10535884B2 (en) Air processing system of fuel cell vehicle mounted with integrated valve
US20150244006A1 (en) Fuel cell vehicle
JP5743792B2 (ja) 燃料電池システム
US10680260B2 (en) Arrangement for a cathode recirculation in a fuel cell and method for cathode recirculation
JP2007128868A (ja) 閉鎖式インジェクタの抜き取り機能を用いたアノード流れシフト方法
CN105009340A (zh) 用于燃料电池堆的密封装置
JP5383737B2 (ja) 燃料電池システム及びその発電停止方法
US10530000B2 (en) Exhaust assembly
JP5630214B2 (ja) 燃料電池システム
US20080113240A1 (en) Slow purge for improved water removal, freeze durability, purge energy efficiency and voltage degradation due to shutdown/startup cycling
JP5665684B2 (ja) 燃料電池システム
JP2004183713A (ja) 燃料電池用開閉弁
KR101816422B1 (ko) 연료전지스택의 공기 제어 밸브 장치 및 공기 제어 시스템
US9318760B2 (en) Fuel cell and method of operating fuel cell
KR102552498B1 (ko) 연료전지 차량의 물 재순환 장치 및 그를 포함하는 연료전지 시스템
JP2008078018A (ja) 燃料電池システムおよび加湿器
JP2007205613A (ja) 加湿器及び燃料電池システム
JP2008027744A (ja) 燃料電池システム
US20080176127A1 (en) Anode Air Purge Valve Design
WO2023044756A1 (zh) 燃料电池电堆模块
JP2008020163A (ja) 加湿装置および燃料電池システム
KR20040002072A (ko) 연료 전지 스택 시스템
JP2007294470A (ja) 車両用燃料電池システム
JP2010262824A (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180406

Termination date: 20190210