CN115917803A - 用于使用气体注入再平衡燃料电池中压力差的系统 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池系统包含燃料电池模块(100)，所述燃料电池模块具有阳极，所述阳极具有被配置成接收阳极进料气体的阳极入口和被配置成将阳极排气输出到阳极排气导管(120)的阳极出口(121)。所述燃料电池模块进一步包含阴极，所述阴极具有被配置成接收阴极进料气体的阴极入口和阴极出口。所述燃料电池系统还包含以流体方式联接到所述阳极排气导管(120)的阳极排气处理系统(105)以及安置在所述阳极入口的下游和所述阳极排气处理系统(105)的上游的气体注入系统(115)。所述气体注入系统(115)被配置成在所述阳极排气导管内注入气体以防止所述阳极的加压不足情况。

Description

用于使用气体注入再平衡燃料电池中压力差的系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年6月22日提交的第63/042,355号美国专利申请的权益和优先权，所述美国专利申请的全部公开内容特此以引用的方式并入本文中。

背景技术

本申请大体涉及燃料电池系统领域，更具体地说，涉及用于平衡燃料电池内的压力差的系统。

大体来说，燃料电池包含阳极(负电极)和阴极(正电极)，它们通过促进其间离子交换的导电电解质分离。当阳极和阴极分别得到燃料和氧化剂供应时，燃料电池产生电力。与阳极和阴极中的每一者相邻的气流场促进燃料和氧化剂的供应。为了增大产生的电力，个别燃料电池可串联堆叠，其中导电分隔件安置在每个燃料电池与其相邻燃料电池之间。在操作期间，燃料电池堆阳极侧的气体压力需要维持接近燃料电池堆阴极侧的气体压力。在燃料电池系统中通常使用在阳极排气流中具有可变频率驱动器和速度控制器的鼓风机，以维持阳极压力接近阴极压力。在具有阳极排气流处理的燃料电池系统中尤其如此这种阳极排气处理可包含水回收、化学变换反应器和/或通向外部系统的阳极排气出口。

压力平衡意味着阳极压力与阴极压力几乎相同，水柱差在几英寸以内。在系统操作异常期间，例如当燃料电池的电力输出快速减少或快速增加时，由于燃料电池阳极排气的体积流量的瞬时减少或增加而导致压力不平衡。然而，阳极鼓风机通常需要几秒钟来降低速度或提高速度，以补偿阳极排气的减少或增加。在此延迟期间，相对于被吸入阳极鼓风机的流量，供应到阳极鼓风机的阳极排气流量在电力减少情况下不足，或在电力增加情况下过多。流量的突然差异导致阳极中的压力相对于阴极中的压力减小或增大(即，阳极加压不足或阳极加压过量)。阳极加压不足或加压过量可能会严重到足以对燃料电池造成损坏，通常通过损坏燃料电池歧管和/或燃料电池歧管密封件。

在一些燃料电池歧管设计中，阳极加压不足比-7英寸水柱压力(iwc)更大(更负)，测量为阳极与阴极之间的压力差，被认为可能对燃料电池造成损坏。加压不足比-10iwc更大被认为很可能造成燃料电池损坏，并且加压不足比-15iwc更大极有可能造成燃料电池损坏。燃料电池损坏可能限于燃料电池歧管和歧管密封件的损坏。在阳极加压不足的情况下，歧管塌陷可能会导致更严重的损坏，从而对燃料电池的额外组件造成机械损坏(例如，额外组件为内部燃料输送系统，或对电池有影响，包含对电池电短路)。修复因加压不足造成的损坏可能极为昂贵，有时成本会超过燃料电池本身的价值。

因此，可能有利的是提供一种用于再平衡燃料电池中压力差的系统，以缓解或避免阳极与阴极之间的过大压力差并降低燃料电池的损坏风险。本文中所论述的示例性实施例中描述的系统和方法被配置成响应于燃料电池内压力差的变化，通过在阳极排气管道内注入加压气体来减轻或消除阳极加压不足。

发明内容

本公开的一个方面涉及一种燃料电池系统。所述燃料电池系统包含燃料电池模块，所述燃料电池模块包含阳极，所述阳极具有被配置成接收阳极进料气体的阳极入口和被配置成将阳极排气输出到阳极排气导管的阳极出口。所述燃料电池模块还包含阴极，所述阴极具有被配置成接收阴极进料气体的阴极入口和阴极出口。所述燃料电池系统进一步包含以流体方式联接到所述阳极排气导管的阳极排气处理系统以及安置在所述阳极出口的下游和所述阳极排气处理系统的上游的气体注入系统，其中所述气体注入系统被配置成在所述阳极排气导管内注入气体以防止所述阳极的加压不足情况。

在各种实施例中，所述气体注入系统包含至少一个储罐，其与气体供应源流体连通，所述至少一个储罐被配置成将所述气体的流量提供到所述阳极排气导管中。在一些实施例中，所述至少一个储罐包含第一储罐和第二储罐，所述第一储罐直接联接到气体供应源且所述第二储罐被配置成从所述第一储罐接收所述气体，并且其中所述气体从所述第一储罐到所述第二储罐的流量由第一阀计量。在其它实施例中，基于所述燃料电池系统的操作情况将所述至少一个储罐内的压力维持在预定设定值。在各种实施例中，所述气体注入系统被配置成响应于压力差超过预定阈值的确定而注入所述气体。在一些实施例中，所述气体注入系统被配置成基于与所述燃料电池模块相关联的操作参数而注入气体。

在各种实施例中，所述燃料电池系统进一步包含在所述阳极排气处理系统的下游以流体方式联接的阳极排气再循环系统，所述阳极排气再循环系统被配置成将来自所述阳极排气处理系统的阳极排气再循环到所述阳极排气导管。在一些实施例中，所述阳极排气再循环系统被配置成与所述气体注入系统协同操作，其中所述阳极排气再循环系统被配置成与所述气体注入系统串联操作。在又其它实施例中，所述燃料电池系统包含安置在以流体方式联接于所述阳极排气再循环系统与所述气体注入系统之间的第一路径内的第一提升阀。在各种实施例中，所述第一提升阀与至少一个其它阀串联地以流体方式联接，所述至少一个其它阀被配置成允许通过所述阳极排气再循环系统的流动。在一些实施例中，所述燃料电池系统进一步包含安置在以流体方式联接于所述阳极排气再循环系统与所述气体注入系统之间的第二流体路径内的第二阀，其中所述第一阀或所述第二阀中的至少一者与压力传输器串联地以流体方式联接，并且其中来自所述压力传输器的输出指示所述第一阀或所述第二阀中的至少一者在出故障时自动打开。在其它实施例中，所述燃料电池系统包含水封系统，所述水封系统与所述燃料电池模块流体连通且被配置成防止所述阳极的加压过量情况。在各种实施例中，所述至少一个其它阀是电磁阀。

本公开的另一方面涉及一种再平衡燃料电池系统内压力的方法。所述方法包含：通过压力差传输器确定阳极出口与阴极入口之间的压力差，所述阳极出口和阴极入口包含在燃料电池模块内；以及通过与所述燃料电池系统的所述阳极出口流体连通的气体注入系统从注入路径将气体注入到阳极排气导管中。所述阳极排气导管以流体方式联接到所述阳极出口和阳极排气处理系统，并且其中所述注入路径安置在所述阳极出口的下游和所述阳极排气处理系统的上游，并且其中将所述气体注入到所述阳极排气导管中引起所述阳极出口与阴极入口之间的压力再平衡。

在各种实施例中，将所述气体注入到所述阳极排气导管中是在预计到所述燃料电池模块内的可能压力变化的情况下进行的。在一些实施例中，将所述气体注入到所述阳极排气导管中包含在接收器储罐处接收来自供应源的惰性气体，其中限制来自所述供应源的所述气体到所述接收器储罐的峰值流量以限制对所述供应源的峰值需求。在其它实施例中，所述方法还包含通过阳极排气再循环系统将来自所述阳极排气处理系统的阳极排气再循环到所述阳极排气导管。在一些实施例中，延迟再循环阳极排气以使之晚于从所述注入路径注入所述气体。

本公开的又一方面涉及一种再平衡燃料电池系统内压力的方法，所述方法包含：通过第一压力传感器感测以流体方式联接到燃料电池模块的阳极出口的阳极出口导管内的第一压力，其中所述第一压力传感器与压力差调节器连通。所述方法进一步包含：通过第二压力调节器感测所述燃料电池模块内包含的阴极入口处的第二压力，其中所述第二压力传感器与所述压力差调节器连通；以及通过所述压力差调节器允许气体流过所述压力差调节器进入注入路径中，其中所述气体流动到所述注入路径中并进入所述阳极排气导管。所述气体进入所述阳极排气导管引起所述阳极出口与阴极入口之间的压力再平衡。

在各种实施例中，所述方法进一步包含通过与所述阳极出口导管流体连通的阳极排气再循环系统将来自所述阳极排气处理系统的阳极排气再循环到所述阳极排气导管。在一些实施例中，所述气体是惰性气体。

本发明内容仅是说明性的且不应被视为限制性的。

附图说明

通过参考附图中绘示的和形成本说明书的一部分的示例性且因此非限制性的实施例，构成本公开的优点和特征以及与本公开一起提供的典型机构的构造和操作的清晰概念将变得更显而易见，其中相似的附图标记在多个视图中表示相同的元件，并且在附图中：

图1是根据示例性实施例的包含具有主动控制阀的气体注入系统的燃料电池系统的示意性表示。

图2是根据示例性实施例的包含具有被动控制阀的气体注入系统的燃料电池系统的示意性表示。

图3是根据示例性实施例的包含气体注入系统且还具有任选的阳极再循环与液位调节水封系统的燃料电池系统的示意性表示。

图4是根据示例性实施例的具有与阳极气体再循环系统结合使用的主动控制阀的气体注入系统的示意性表示，其中被动地防止阳极气体再循环与气体注入系统同时致动。

图5是根据另一示例性实施例的具有与阳极气体再循环系统结合使用的主动控制阀的气体注入系统的示意性表示，其中被动地防止阳极气体再循环与气体注入系统同时致动。

图6是根据另一示例性实施例的具有主动控制阀的气体注入系统的示意性表示。

通过以下描述和所附权利要求书结合附图理解，本公开的前述和其它特征将变得显而易见。应理解，这些附图仅描绘根据本公开的数个实施例，且因此不应被认为是对本公开范围的限制，将通过使用附图用额外的特征和细节来描述本公开。

具体实施方式

本公开的各种实施例涉及一种气体注入系统，所述气体注入系统包含气体注入储罐，所述气体注入储罐包含加压气体，所述气体注入储罐与燃料电池的阳极内的阳极排气管道流体连通。气体注入储罐可与阳极排气管道隔离并经由可控阀计量，所述可控阀可响应于燃料电池内压力差的变化(例如，阳极和阴极室之间的压力差的变化)而被致动。根据各种实施例，可控阀可以变化的速度和/或变化的持续时间被致动，以计量从气体注入储罐注入到阳极排气管道中的气体。

在各种实施例中，气体注入系统可被配置为燃料电池系统内的被动压力控制系统的一部分，其中响应于燃料电池系统内的压力差而被动地致动气体注入系统的致动。

在各种实施例中，加压气体可包含但不限于氮气、二氧化碳和/或其它惰性或还原气体。

在各种实施例中，减轻阳极与阴极之间压力差的变化可基于所注入气体的体积和/或流量，其中所注入气体的体积和/或流量可进一步取决于气体注入储罐的容积、气体注入储罐内的压力、气体注入管道中的损失、阀流动面积和/或阀打开速度。

在各种实施例中，气体注入储罐经由储罐充填管线与主气体供应源流体连通且包含可控的储罐充填阀，以促进维持气体注入储罐压力。在各种实施例中，储罐充填管线可与一个或多个接收器储罐流体连通，这使得能够快速再充填气体注入储罐并减少对主气体供应源的需求。

在各种实施例中，气体注入储罐与具有可控泄放阀的泄放管线流体连通，这可促进从气体注入储罐中除去气体(例如，释放到大气中)。在各种实施例中，气体注入储罐内的压力可经由对储罐充填阀和/或泄放阀的控制来调节并维持在压力设定值。在各种实施例中，基于包含燃料电池系统的燃料电池发电设备的一个或多个操作情况来调节压力设定值。

在各种实施例中，除了水封系统之外，气体注入系统还可与燃料电池系统流体连通，其中气体注入系统被配置成缓解阳极压力不足，而水封系统被配置成缓解阳极过压。

在各种实施例中，除了一个或多个阳极再循环阀之外，气体注入系统还可与燃料电池系统流体连通，其中一个或更多个阳极再循环阀中的每一者都被配置成与气体注入系统一起辅助缓解阳极加压不足。

在各种实施例中，当气体注入系统与一个或多个阳极再循环阀结合使用时，提升阀系统被配置成被动地防止阳极再循环阀被致动，直到气体注入系统已大体完成气体注入之后。

大体参考附图，燃料电池系统包含至少一个燃料电池(具有阳极和阴极)和以流体方式联接的阳极排气处理系统，其中燃料电池输出的阳极排气经处理和/或转换以用于输出或在燃料电池系统内的其它位置使用。在各种实施例中，阳极排气处理系统可冷却阳极排气、对阳极排气作出反应和/或从阳极排气中分离出一种或多种组分(例如，副产物)。燃料电池系统可包含阳极排气鼓风机，其接收经处理阳极排气(例如，来自阳极排气处理系统的经处理流)并且可被配置成将阳极压力维持在与阴极压力相当的范围内。阳极排气鼓风机可以通信方式联接到控制器和/或压力传感器，其中压力传感器和控制器中的至少一者被配置成测量阳极压力与阴极压力之间的差，并且作为响应而引起阳极排气鼓风机的速度调节以维持预定和/或期望的压力差。燃料电池系统可包含一个或多个压力再平衡系统，用以最小化、减轻或消除阳极与阴极之间的压力差，所述压力差可大于或小于预定和/或期望的压力差，且因此用以防止燃料电池系统内的可能损坏(例如，对燃料电池本身的损坏、对燃料电池歧管的损坏和/或对燃料电池歧管垫圈的损坏)。在各种实施例中，由于燃料电池输出的突然减少或增加、阳极排气鼓风机的故障和/或阳极排气处理系统的异常，压力差可大于或小于预定和/或期望的压力差。

在各种实施例中，燃料电池系统可包含气体注入系统，其可用于最小化或消除燃料电池系统内的阳极压力不足。气体注入系统包含气体注入储罐，所述气体注入储罐包含加压气体，所述气体注入储罐与燃料电池的阳极隔室内的阳极排气管道流体连通。气体注入储罐通过可控阀与阳极排气管道隔离，所述可控阀可响应于燃料电池内压力差的变化(例如，阳极和阴极室之间的压力差的变化)而被致动。可控阀可以不同的速度被致动且被致动长达不同的持续时间，以计量从气体注入储罐注入到阳极排气管道中的气体。减轻阳极与阴极之间压力差的变化基于所注入气体的体积和/或流量，其中所注入气体的体积和/或流量进一步取决于气体注入储罐的容积、气体注入储罐内的压力、气体注入管道中的损失、阀流动面积和/或阀打开速度。气体注入储罐内的压力通常维持在比与阳极相关联的压力显著更高的压力下，可能易于基于燃料电池操作而进行控制和提前设置。通过与气体注入储罐相关联的孔口和/或阀的所注入气体的流量、流量的随时间衰减和总量是高度可预测的，从而改善对燃料电池系统内压力再平衡操作的总体控制。

在各种实施例中，气体注入储罐可经由储罐充填管线与主气体供应源流体连通，这促进充填或再充填气体注入储罐。通过可控的储罐充填阀可促进充填气体注入储罐。在各种实施例中，储罐充填管线可与一个或多个接收器储罐流体连通，这使得能够快速再充填气体注入储罐并减少对主气体供应源的峰值(例如，瞬时)需求。在各种实施例中，气体注入储罐与泄放线流体连通，由此气体可排出并释放到大气中。通过泄放线的气体流动可通过泄放阀进行控制。气体注入储罐内的压力可经由对储罐充填阀和/或泄放阀的控制来调节并维持在压力设定值。这种压力控制方案提供了比通过储罐充填阀控制压力情况下更快的再充填速率。在各种实施例中，基于包含燃料电池系统的燃料电池发电设备的一个或多个操作情况来调节压力设定值。

现在参考图1，示出了根据示例性实施例的燃料电池系统10，其并入有用于再平衡压力差的系统。如图所示，燃料电池系统10包含燃料电池模块100，其与阳极排气处理系统105、受控制器113控制的阳极排气鼓风机110和被配置成促进再平衡压力差的主动控制的气体注入系统115中的每一者流体连通，其中通过阳极排气管道120(例如，导管)促进流体连通。在各种非限制性实施例中，燃料电池模块100可以是熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，并且可在大致550-650℃之间操作。在其它实施例中，燃料电池模块100可包含本领域已知的任何类型的一个或多个燃料电池，包含其它高温、中温或低温燃料电池模块。在各种实施例中，燃料电池模块可包括布置成堆叠的一个或多个燃料电池，其中堆叠可并联和/或串联配置。

阳极排气管道120使得来自燃料电池模块100的阳极排气能够经由阳极出口121(例如，在联接到阳极出口121的阳极排气歧管处)离开。燃料电池模块100包含至少一个燃料电池并且经由阳极入口122(例如，在联接到阳极入口122的阳极入口歧管处)接收燃料气体。燃料电池模块100还包含阴极入口123(例如，在联接到用于接收阴极进料气体的阴极入口123的阴极入口歧管处)和阴极出口124。阳极入口122可具有阳极入口压力P1，其中P1可被定义为阳极入口122处的阳极燃料气体的压力。阴极入口123可类似地具有阴极入口压力P2，其中P2可被定义为阴极入口123处的阴极进料气体(“入口气体”)的压力。阳极出口121可具有阳极出口压力P3，其中P3可被定义为阳极出口121处的阳极排气的压力。

可通过压力差传输器(PDT)125确定可在P1和P2之间或者P3和P2之间测得的压力差。如图1所示，PDT 125可被配置成分别经由气体压力感测线135和130测量阳极出口121(P3)与阴极入口123(P2)之间的压力差。在各种实施例中，PDT 125可被配置成测量P1与P2之间和/或P3与P2之间的压力差。如先前所描述，燃料电池模块100内的压力差较高可导致燃料电池系统10内的损坏。如果与阴极相关联的压力(例如，P2和/或其它流体连接点处的压力)相对于与阳极相关联的压力(例如，P1、P3和/或其它流体连接点处的压力)较大，则阳极可能处于加压不足的风险。相反，如果与阳极相关联的压力(例如，P1、P3和/或其它流体连接点处的压力)相对于与阴极相关联的压力(例如，P2和/或其它流体连接点处的压力)较大，则阳极可能处于加压过量的风险。

如图1所示，燃料电池系统10包含阳极排气鼓风机110，其被配置成(经由阳极排气管道120)从阳极排气处理系统105接收阳极排气。阳极排气处理系统105被配置成处理从燃料电池模块100的阳极出口121输出的阳极排气。可随后输出阳极排气鼓风机110接收到的阳极排气(例如，经处理流)以用于进一步处理、收集或从燃料电池系统10输出。阳极排气鼓风机110的操作速度受以通信方式联接的控制器113(“速度控制器”)控制。控制器113被配置成基于经由连通路径127以通信方式联接的PDT 125测得的压力差而维持和/或调节阳极排气鼓风机110的速度。在各种实施例中，PDT 125可经由有线和/或无线通信与控制器113通信。

燃料电池系统10包含被配置成促进压力再平衡的主动控制的气体注入系统115，其安置在阳极出口121与阳极排气处理系统105之间。如先前所描述，如果控制器113未(基于PDT 125测得的压力差)根据阳极入口、阳极出口或阴极入口流的流量或压力波动及时调节阳极排气鼓风机110的速度，则可能发生阳极压力不足。为了防止阳极加压不足(即，加压不足情况)，气体注入系统115将惰性和/或还原气体注入到与阳极入口122和阳极出口121中的至少一者流体连通的导管(例如，阳极排气管道120)中。如图1所示，气体注入系统115被配置成经由安置在阳极出口121的下游和阳极排气处理系统105的上游的注入路径165在阳极排气管道120内注入气体。

气体注入系统115包含气体注入储罐170，其包含用于在燃料电池系统10内注入的加压气体。在各种实施例中，所供应气体可以是氮气、二氧化碳和/或另一种惰性或还原气体。一个或多个高速打开阀180促进从气体注入储罐170内注入气体，所述阀可受控制地实现或阻止气体流入注入路径165中。在各种实施例中，响应于以通信方式联接到气体注入系统115的控制器接收到的致动信号，实行从注入储罐170内注入气体。在各种实施例中，可基于压力差超过预定阈值的确定(例如，由与PDT 125通信的一个或多个额外控制器作出)将致动信号发送到控制器。气体注入储罐170还与泄放线183流体连通，所述泄放线被配置成实现气体经由压力控制阀185从气体注入储罐170的释放。气体注入储罐170可从接收器储罐190接收气体，其中从接收器储罐190到气体注入储罐170的流量由阀195计量。接收器储罐190可对应地从气体供应源197接收气体，其中从气体供应源197到接收器储罐190的流量由阀199计量。接收器储罐190可被配置成限制(例如，来自气体供应源197的)气体的峰值流量且因此限制对气体供应源197的峰值需求。通过控制阀195和/或185维持气体注入储罐170内的压力。在各种实施例中，气体注入储罐170可与气体供应源197直接流体连通，使得气体可直接从气体供应源197流动到气体注入储罐170中。在各种其它实施例中，气体注入系统115可包含类似或等效于接收器储罐190的多个接收器储罐，它们各自被配置成从气体供应源197接收气体以用于最终流入到注入储罐170中。

在各种实施例中，气体注入储罐170可维持在目标压力或压力设定值，其中目标压力和/或压力设定值可基于燃料电池系统10和/或包含燃料电池系统10的发电设备的操作情况。气体注入储罐170内的压力的可调节性使得能够精确控制气体注入对燃料电池模块内的压力差(例如，P1与P2之间，或P3与P2之间的压力差)的影响。在各种实施例中，气体注入储罐170可被配置成用于快速再充填，以确保为可能重复的阳极压力不足事件做好准备。在这些实施例中，气体注入储罐170的快速再充填可超过预定的目标压力和/或压力设定值。当气体注入储罐170内的压力在快速再充填期间超过预定的目标压力和/或压力设定值时，压力控制阀185可打开以促进气体从气体注入储罐170内排放(例如，经由泄放线183)，并随后使气体注入储罐能够返回到预定的期望压力。

在操作期间，当检测到压力变化时(例如，通过PDT 125或燃料电池模块100内和/或附近的一个或多个压力传感器)，特别是当与燃料电池模块100内的阳极相关联的压力(例如，P1和/或P3)相对于与燃料电池模块内的阴极相关联的压力(例如，P2)较低或降低时，气体注入系统115被配置成将来自气体注入储罐170的气体注入到阳极排气管道120(和/或阳极入口122)中。在各种实施例中，燃料电池模块100、气体注入系统115和/或PDT125可以通信方式联接到一个或多个控制器，其中一个或多个控制器可使气体注入系统响应于PDT 125检测到压力差超过预定的压力阈值的确定而注入气体。所注入气体随后恢复燃料电池模块内且因此燃料电池系统10内的压力平衡。在各种实施例中，气体注入系统115可被配置成基于与燃料电池系统10相关联的一个或多个操作参数而将气体从气体注入储罐注入到阳极入口122和/或阳极排气管道120。在各种实施例中，气体注入系统115可被配置成在预计到燃料电池模块100内的可能压力变化的情况下进行操作，这可实现与基于在PDT 125处测得的压力差的反应气体注入操作相比更快的压力再平衡。在各种实施例中，来自气体注入系统115的气体注入的速度和/或体积可基于与燃料电池系统10相关联的一个或多个操作参数。

图2示出根据示例性实施例的燃料电池系统10的示意性表示，其并入有被动控制的气体注入系统115。如图所示，燃料电池系统10包含燃料电池模块100，其与阳极排气处理系统105、受控制器113控制的阳极排气鼓风机110和被配置成促进再平衡压力差的被动控制的气体注入系统115中的每一者流体连通，其中通过阳极排气管道120(例如，导管)促进流体连通。

如图2所示，PDT 125可被配置成分别经由气体压力感测线135和130测量阳极出口121(P3)与阴极入口123(P2)之间的压力差。在各种实施例中，PDT 125可被配置成测量P1与P2之间或P3与P2之间的压力差。如先前所描述，燃料电池系统10包含阳极排气鼓风机110，其被配置成(经由阳极排气管道120)从阳极排气处理系统105接收阳极排气且受以通信方式联接的控制器113(“速度控制器”)控制。控制器113被配置成基于经由连通路径127以通信方式联接的PDT 125测得的压力差而维持和/或调节阳极排气鼓风机110的速度。

燃料电池系统10包含被配置成促进压力再平衡的被动控制的气体注入系统115，其安置在阳极出口121与阳极排气处理系统105之间。如先前所描述，如果控制器113未(基于PDT 125测得的压力差)及时调节阳极排气鼓风机110的速度，则可能发生阳极压力不足。为了防止阳极加压不足，气体注入系统115将惰性和/或还原气体注入到与阳极入口122和阳极出口121中的至少一者流体连通的导管(例如，阳极排气管道120)中。如图2所示，气体注入系统115被配置成经由安置在阳极出口121的下游和阳极排气处理系统105的上游的注入路径165在阳极排气管道120内注入气体。

气体注入系统115包含接收器储罐190，其包含用于在燃料电池系统10内注入的气体。接收器储罐190可从气体供应源197接收气体，其中从气体供应源197到接收器储罐190的流量由阀199计量。在各种实施例中，所供应气体可以是氮气、二氧化碳和/或另一种惰性或还原气体。通过一个或多个压力差调节器200促进从接收器储罐190内注入气体，所述压力差调节器被动地控制气体流入到注入路径165中。如图所示，可分别经由气体压力感测线307和309通过与阳极出口121相关联的压力(例如，P3)和与阴极入口123相关联的压力(例如，P2)致动压力差调节器200。在各种实施例中，当阳极出口121处的压力(例如，P3)是低于阴极入口123处的压力(例如，P2)的阈值量时，实行从接收器储罐190内注入气体，这可能引起压力差调节器200打开并使得气体能够从中流过并进入注入路径165，其中气体随后进入阳极排气管道120。当已实现压力再平衡时(例如，如从气体压力感测线307和309所确定的)，压力差调节器200可随后关闭并禁止进一步的气体流动。在各种实施例中，压力差调节器200可与气体供应源197直接流体连通，使得气体可直接从气体供应源197流动到压力差调节器200中。在各种其它实施例中，气体注入系统115可包含类似或等效于接收器储罐190的多个接收器储罐，它们各自被配置成从气体供应源197接收气体以用于最终流入到燃料电池系统10中。在各种实施例中，被动控制的气体注入系统115还可包含与接收器储罐190流体连通的压力控制的注入储罐(例如，类似或等效于储罐170)。

在各种实施例中，气体注入系统115可被配置成与燃料电池系统(例如，燃料电池系统10)内包含的阳极排气再循环系统协同操作以再平衡其中的压力。在各种示例性实施例中，燃料电池系统10可包含阳极排气再循环系统205，如图3所示，其被配置成与气体注入系统115协同操作以提供压力再平衡并防止阳极加压不足。在各种实施例中，排气再循环系统205被配置成促进经处理阳极排气(例如，经处理流)流动回到阳极排气鼓风机110上游的低压气体路径，以减轻或消除阳极加压不足。排气再循环系统205可经由路径213以流体方式联接到阳极排气管道120，并且可被配置成促进经处理阳极排气流动到阳极排气管道120中。

图4示出根据示例性实施例的被配置成与燃料电池系统10内的排气再循环系统205串联操作的主动控制的气体注入系统115的示意性表示。在各种实施例中，为了防止气体注入系统115和排气再循环系统205的并发操作(这可能导致阳极过压)而不是期望的串联操作，排气再循环系统205可被配置成仅在气体注入储罐170内的压力已减小到低于阈值压力之后操作。延迟排气再循环系统205的操作直到注入储罐170的压力低于阈值压力之后降低阳极入口122内的气体压力(例如，P1)和/或阳极出口121内的气体压力(例如，P3)过大的风险且因此降低阳极过压的风险。在各种实施例中，排气再循环系统205可被配置成基于接收器储罐190内的压力而进行操作。

如图所示，气体注入系统115经由流体连通路径215与排气再循环系统205流体连通。气体注入系统115包含高速打开阀180，其促进将气体从注入储罐170注入到流动路径165中，其中流动路径165与阳极入口122和/或阳极出口121流体连通。图4示出与阳极排气管道120流体连通的流动路径165。流体连通路径215包含提升阀223，其被配置成基于压力阈值而协调气体注入系统115和排气再循环系统205的操作。提升阀223与电磁阀220串联安置，所述电磁阀在与提升阀223同时打开时，使气体能够经由阀210流动通过排气再循环系统205。在各种实施例中，压力阈值基于与接收器储罐190相关联的压力和/或电磁阀225的排放压力。在各种实施例中，电磁阀225内的排放压力对应于排气再循环系统205内的致动气体230的压力。在各种实施例中，电磁阀225可受控制器控制。

在各种实施例中，提升阀223被配置成在电磁阀225的排放压力达到大于与注入储罐170相关联的压力的阈值压力时打开。在一些实施例中，提升阀223被配置成在电磁阀225的排放压力比注入储罐170内的压力大至少约10倍时打开。在一些实施例中，电磁阀225的排放压力比气体注入储罐170内的压力大至少约10倍可指示气体注入储罐170释放大部分其包含的加压气体。例如，电磁阀225的排放压力与注入储罐170内的压力的10:1比率可能要求注入储罐170中的压力降至低于约10psi，之后电磁阀225可打开以使对应压力为约100psi的致动气体230从中流过。因此，经由提升阀223基于气体注入系统115内的压力控制排气再循环系统205的操作防止排气再循环系统205的意外操作，以对应地降低阳极入口122内的气体压力(例如，P1)和/或阳极出口121内的气体压力(例如，P3)过大的风险且因此防止阳极过压。

图5示出燃料电池系统10内的阳极排气再循环系统205，其被配置成与主动控制的气体注入系统115协同操作以提供压力再平衡并防止阳极加压不足。排气再循环系统205包含一个或多个高速排气阀210，其被配置成控制通过路径213的气体流动并且促进将经处理阳极排气(例如，经处理流)注入到阳极排气管道120中。气体注入系统115和排气再循环系统205可被配置成协同地操作，以响应于检测到的与燃料电池模块110相关联的压力的变化而恢复燃料电池系统10内的压力平衡，以便防止阳极压力不足。气体注入系统115和排气再循环系统205经由流体连通路径215流体连通。流体连通路径215包含提升阀223，其被配置成基于压力阈值而协调气体注入系统115和排气再循环系统205的操作。提升阀223与电磁阀225串联安置，所述电磁阀在与提升阀223同时打开时，打开排气再循环阀210和经由阀210的通过排气再循环系统205的流动。在各种实施例中，如果气体注入储罐170内的压力低于阈值量，则提升阀223可打开，并且在电磁阀225已被致动(例如，经由控制器)的情况下使得来自致动气体230的气体能够从中流过。在各种实施例中，可基于(例如，由PDT 125)在燃料电池模块100内检测到的压力差来致动电磁阀225。在各种实施例中，提升阀223被配置为有安全保障的，以确保在电磁阀225致动故障(例如，在错误的时间打开或打开长达延长的时间段)的情况下气体不会流过排气再循环系统205。

如图所示，第二流体连通路径235可以流体方式联接在排气再循环系统205与气体注入系统115之间。在各种实施例中，当冗余提升阀250处于打开配置时，实现通过第二流体连通路径235的气体流动。第二流体连通路径235被配置成实现来自致动气体240的气体流动(经由流动孔口245)，以确保提升阀223和冗余提升阀250均接收到全致动压力(在足够的时间之后，通过致动气体240通过流动孔口245的流动充填连通路径235)，进而确保当气体注入储罐170中的压力为约致动压力的1/10压力时提升阀223和/或250会打开，使得在提升阀223已在出故障时自动关闭的情况下，再循环阀210一定会打开以通过在阳极排气管道120内提供气体来实现燃料电池系统10内的压力再平衡。

在一些实施例中，如果提升阀223已在出故障时自动打开，则电磁阀225可准许气体从中流过(例如，基于来自以通信方式联接的控制器的信号)，而与气体注入储罐170内的压力(和/或与燃料电池模块100相关联的压力)无关，这可能导致阳极过压。为确认两个提升阀223和/或250均未在出故障时自动打开，可由压力传输器255测量线235中的压力，所述压力传输器位于流体连通路径235内，安置在电磁阀225与提升阀223和250之间，并且可被配置成确认由致动气体240在冗余流体连通路径235内提供的气体产生的高压。压力传输器255处维持的压力确保提升阀235和250完全关闭。在各种实施例中，可经由压力传输器260类似地监测气体注入储罐170，所述压力传输器被配置成检测和监测气体注入储罐中的压力。在各种实施例中，当气体注入储罐170内的压力(如通过压力传输器260检测到)降到低于预定阈值时，可(例如，经由控制器)致动电磁阀225。

图6示出根据另一示例性实施例的与燃料电池系统10内的排气再循环系统205流体连通的主动控制的气体注入系统115的替代配置的示意性表示。如图所示，气体注入系统115经由流体连通路径215与排气再循环系统205流体连通。如先前所描述，气体注入系统115和排气再循环系统205可被配置成协同操作以响应于检测到的压力(例如，P1、P2和/或P3)和/或与燃料电池模块100相关联的压力差(例如，如通过PDT 125检测到的)的变化而恢复燃料电池系统10内的压力平衡。在各种实施例中，如果气体注入储罐170内的压力低于阈值量，则提升阀223可打开，并且在电磁阀225已被致动(例如，经由控制器)的情况下使得来自致动气体230的气体能够从中流过。在各种实施例中，可基于(例如，由PDT 125)在燃料电池模块100内检测到的压力差来致动电磁阀225。在各种实施例中，提升阀223被配置为有安全保障的，以确保在电磁阀225致动故障(例如，在错误的时间打开或打开长达延长的时间段)的情况下气体不会流过排气再循环系统205，直到气体注入储罐压力260低于某一阈值为止。

如图所示，第二流体连通路径235安置在气体注入系统115与排气再循环系统205之间。第二流体连通路径235包含压力传输器255以及流动孔口265和270。在各种实施例中，当提升阀223或冗余提升阀250处于打开配置时，实现通过第二流体连通路径235的气体流动。流动孔口265和270被配置成实现流体连通路径215与第二流体连通路径235之间的气体流动，使得如通过压力传输器255测得的压力将在电磁阀225未被致动(即，关闭)时大致等于气体注入储罐的压力(由通过压力传输器260测得的)，并且将在电磁阀225被致动(即，打开)时大致等于致动器供应空气230的压力，以使得能够在燃料电池系统10的操作期间确定提升阀223或250和/或电磁阀225的故障(即，错误定位)。由于这些部分是冗余安全系统(例如，第二流体路径235、流动孔口265和270、冗余提升阀250)以便确保再循环系统205不会与气体注入系统115在同一时刻发生流动，因此检测到的冗余阀(例如，阀223、250)中的任一者的故障可通知并允许燃料电池系统10的操作之前的可能更换或维修，所述燃料电池系统的操作可能会使燃料电池模块100处于阳极加压过量会造成损坏的风险下。

在一些实施例中，如果提升阀223已在出故障时自动打开，则电磁阀225(例如，响应于以通信方式联接的控制器接收到的致动信号)可准许气体独立于气体注入储罐170内的压力和/或与燃料电池模块100相关联的压力差而从中流过，这可能会导致独立于冗余提升阀250也在出故障时自动打开的阳极过压。为了确保提升阀223和250未在出故障时自动打开，通过流动孔口265和/或270的气体流动可通过实现从中通过的气体流动而在冗余提升阀250的上游提供压力。因此，第二流体连通路径235可包含压力传输器255，其安置在电磁阀225与冗余提升阀250之间，被配置成确认由流动孔口265和/或270促进的气体流动在其中产生的压力。压力传输器255处维持的压力确保提升阀223和250完全关闭。在各种实施例中，可经由压力传输器260类似地监测气体注入储罐170，所述压力传输器被配置成检测和监测气体注入储罐中的压力。在各种实施例中，当气体注入储罐170内的压力(如通过压力传输器260检测到)降到低于预定阈值时，可(例如，经由控制器)致动电磁阀225。

在各种实施例中，燃料电池系统10可包含额外的过压和/或压力不足保护件，其可与气体注入系统115(例如，水封件)同时串联或并联地实施。例如，燃料电池系统10可包含水封系统405(如图3所示)，其(例如，经由阳极排气管道120和/或连通路径410)与燃料电池模块流体连通以防止阳极过压(例如，加压过量情况)。

在各种实施例中，气体注入系统115可实施为燃料电池系统10内的单独压力再平衡系统，或者气体注入系统115可与一个或多个额外的压力减轻系统(例如，排气再循环系统205、水封系统405)协同操作以促进最小化、防止或消除燃料电池系统10内的过度压力差。在各种前述实施例中的任一实施例中，(主动或被动控制的)气体注入系统115可被配置成在压力差导致持续时间短的阳极压力不足事件时进行操作。在各种实施例中，排气再循环系统205可被配置成在压力差导致持续时间较长的阳极压力不足事件时进行操作。在各种实施例中，持续时间短的事件可被分类为持续大约0.5秒与5秒之间的事件。在各种实施例中，持续时间较长的事件可被分类为持续大约2秒与20秒之间的事件。

在各种实施例中，当排气再循环系统与气体注入系统结合使用时，可采用被动系统以确保排气再循环系统仅在气体注入系统之后致动。在各种实施例中，排气再循环系统205内的电磁阀225可仅在气体注入系统115已将注入储罐中的气体压力释放到低于阈值水平之后打开。在各种实施例中，排气再循环系统205内的电磁阀225可仅在气体注入系统115已进行操作持续预定时间段之后打开(例如，当阀180或调节器200处于打开配置时)。在一些实施例中，预定时间段可对应于持续时间较长的事件(例如，至少2秒)。

在各种实施例中，气体注入系统115可在一个或多个警报情况期间或直接响应于一个或多个警报情况而进行操作。在各种实施例中，一个或多个警报情况可与阳极压力不足和/或燃料电池系统10内超过预定阈值变化的压力差变化相关。在各种实施例中，气体注入系统115可在一个或多个警报情况期间或直接响应于一个或多个警报情况而与排气再循环系统205协同操作，其中气体注入系统115可在与较低严重程度相关联的警报情况期间或响应于与较低严重程度相关联的警报情况而操作(例如，阀180或调节器200可打开)，再循环系统205可在严重程度较高的警报情况期间或响应于严重程度较高的警报情况而操作(例如，电磁阀225可打开)。在各种实施例中，警报情况可对应于与燃料电池模块100相关联的压力差。例如，气体注入系统115可在压力差达到-1英寸水柱(iwc)时进行操作(例如，阀180或调节器200可打开)，而排气再循环系统205可在压力差达到-4iwc时进行操作(例如，阀210可打开)。

尽管上文在图1-6中描述了实施例，但对这些实施例的各种修改和包含都被设想和考虑在本公开的范围内。

还应理解，如在代表性实施例中示出的系统和方法的元件的构造和布置仅仅是说明性的。尽管仅详细描述了本公开的几个实施例，但是审查本公开的本领域技术人员将容易理解，在不实质上脱离所公开的主题的新颖教示和优点的情况下许多修改是可能的(例如，各个元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、朝向等的变化)。

因此，所有此类修改旨在被包含在本公开的范围内。任何装置加功能条款旨在涵盖本文中描述的作为执行所叙述功能的结构，并且不仅是结构等效物，还是等效结构。可在不脱离本公开的范围或所附权利要求书的范围情况下在优选的以及其它说明性实施例的设计、操作情况和布置方面进行其它取代、修改、改变和省略。

此外，上文所描述的功能和步骤可由被设计成执行特定功能和步骤的专用设备执行。这些功能也可由执行与功能和步骤相关的命令的通用设备执行，或每个功能和过程可由不同的设备零件利用充当控制件的一个设备零件或利用单独的控制装置执行。

本文中所描述的主题有时说明包含在不同的其它组件内或与不同的其它组件连接的不同组件。应理解，此类所描绘架构仅仅是示例性的，且实际上可实施实现相同功能性的许多其它架构。在概念意义上，用于实现相同功能性的任何组件布置实际上“相关联”，从而使得期望的功能性得以实现。因此，本文中组合以实现特定功能性的任何两个组件都可被视为彼此“相关联”，从而使得期望的功能性得以实现，而不管架构或中间组件如何。同样，任何两个如此相关联的组件也可被视为彼此“以可操作方式连接”或“以可操作方式联接”以实现期望的功能性，并且能够如此相关联的任何两个组件也可被视为彼此“以可操作方式连接”以实现期望的功能性。能够以可操作方式联接的具体实例包含但不限于可物理地配对和/或物理地相互作用的组件和/或可无线地相互作用和/或无线地相互作用的组件和/或逻辑上相互作用的和/或可逻辑上相互作用的组件。

关于本文中对大体上任何复数和/或单数术语的使用，本领域的技术人员可在适于上下文和/或应用的情况下从复数转换为单数和/或从单数转换为复数。为清楚起见，本文中可明确地阐述各种单数/复数排列。

本领域的技术人员应当理解，一般而言，本文中所使用的术语，并且尤其是在所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中所使用的术语通常旨在为“开放性的”术语(例如，术语“包含(including)”应被解释为“包含但不限于”，术语“具有”应被解释为“具有至少”，术语“包含(includes)”应被解释为“包含但不限于”等)。本领域的技术人员应进一步理解，如果希望特定数量的所引入的权利要求叙述，则将在权利要求中明确地叙述此类意图，并且在没有此类叙述的情况下，不存在此类意图。例如，为了帮助理解，以下所附权利要求可能含有引入性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求叙述。然而，使用此类短语不应解释为暗示由不定冠词“一个(种)(a/an)”引入的一个权利要求叙述会将含有此类所引入的权利要求叙述的任何特定权利要求限制成仅含有一个此类叙述的公开内容，即使当同一权利要求包含介绍性短语“一个或多个(种)”或“至少一个(种)”以及不定冠词(例如“一个(种)”)时(例如“一个(种)”应解释为意味着“至少一个(种)”或“一个或多个(种)”)；这对用于引入权利要求叙述的定冠词的使用同样成立。另外，即使明确叙述了所引入的权利要求陈述的特定数目，本领域的技术人员将认识到此类叙述通常应当解释为意指至少所叙述的数目(例如，在没有其它修饰语的情况下仅叙述“两个叙述”通常意味着至少两个叙述，或两个或更多个叙述)。此外，在使用类似于“A、B和C中的至少一个等”的惯用语的那些情况下，一般而言，此类构造的意图在于本领域的技术人员将理解所述惯用语(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包含但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、同时具有A和B、同时具有A和C、同时具有B和C和/或同时具有A、B和C的系统等)。在使用类似于“A、B或C中的至少一个等”的惯用语的那些情况下，一般而言，此类构造的意图在于本领域的技术人员将理解所述惯用语(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包含但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、同时具有A和B、同时具有A和C、同时具有B和C和/或同时具有A、B和C的系统等)。本领域的技术人员应进一步理解，事实上表示两个或大于两个替代性术语的任何分离性词语和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，都应理解为涵盖包含所述术语中的一个、所述术语中的任一个、或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将理解为包含“A”或“B”或“A和B”的可能性。此外，除非另外指出，否则词语“近似”、“约”、“大约”、“大体上”等的使用意指加上或减去百分之十。

此外，尽管附图示出了方法操作的特定次序，但操作的次序可不同于所描绘的次序。另外，可同时或部分同时执行两个或更多个操作。此类变化将取决于所选择的硬件系统以及设计者选择。所有此类变化在本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种燃料电池系统，其包括：

燃料电池模块，其包括：

阳极，其具有被配置成接收阳极进料气体的阳极入口和被配置成将阳极排气输出到阳极排气导管中的阳极出口；和

阴极，其具有被配置成接收阴极进料气体的阴极入口和阴极出口；

阳极排气处理系统，其以流体方式联接到所述阳极排气导管；以及

气体注入系统，其安置在所述阳极出口的下游和所述阳极排气处理系统的上游；

其中所述气体注入系统被配置成在所述阳极排气导管内注入气体以防止所述阳极的加压不足情况。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述气体注入系统包括：

至少一个储罐，其与气体供应源流体连通，所述至少一个储罐被配置成将所述气体的流量提供到所述阳极排气导管中。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述至少一个储罐包含第一储罐和第二储罐，所述第一储罐直接联接到气体供应源且所述第二储罐被配置成从所述第一储罐接收所述气体，并且其中所述气体从所述第一储罐到所述第二储罐的流量由第一阀计量。

4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中基于所述燃料电池系统的操作情况将所述至少一个储罐内的压力维持在预定设定值。

5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述气体注入系统被配置成响应于压力差超过预定阈值的确定而注入所述气体。

6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述气体注入系统被配置成基于与所述燃料电池模块相关联的操作参数而注入气体。

7.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其进一步包括在所述阳极排气处理系统的下游以流体方式联接的阳极排气再循环系统，所述阳极排气再循环系统被配置成将来自所述阳极排气处理系统的阳极排气再循环到所述阳极排气导管。

8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其中所述阳极排气再循环系统被配置成与所述气体注入系统协同操作，其中所述阳极排气再循环系统被配置成与所述气体注入系统串联操作。

9.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其进一步包括安置在以流体方式联接于所述阳极排气再循环系统与所述气体注入系统之间的第一路径内的第一提升阀。

10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中所述第一提升阀与至少一个其它阀串联地以流体方式联接，所述至少一个其它阀被配置成允许通过所述阳极排气再循环系统的流动。

11.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其进一步包括安置在以流体方式联接于所述阳极排气再循环系统与所述气体注入系统之间的第二流体路径内的第二阀，其中所述第一阀或所述第二阀中的至少一者与压力传输器串联地以流体方式联接，并且其中来自所述压力传输器的输出指示所述第一阀或所述第二阀中的至少一者在出故障时自动打开。

12.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其进一步包括水封系统，所述水封系统与所述燃料电池模块流体连通且被配置成防止所述阳极的加压过量情况。

13.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述至少一个其它阀是电磁阀。

14.一种再平衡燃料电池系统内压力的方法，所述方法包括：

通过压力差传输器确定阳极出口与阴极入口之间的压力差，所述阳极出口和阴极入口包含在燃料电池模块内；以及

通过与所述燃料电池系统的所述阳极出口流体连通的气体注入系统从注入路径将气体注入到阳极排气导管中；

其中所述阳极排气导管以流体方式联接到所述阳极出口和阳极排气处理系统，并且其中所述注入路径安置在所述阳极出口的下游和所述阳极排气处理系统的上游；并

且

其中将所述气体注入到所述阳极排气导管中引起所述阳极出口与阴极入口之间的压力再平衡。

15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述气体注入到所述阳极排气导管中是在预计到所述燃料电池模块内的可能压力变化的情况下进行的。

16.根据权利要求14所述的方法，其中将所述气体注入到所述阳极排气导管中包括：

在接收器储罐处接收来自供应源的惰性气体，其中限制来自所述供应源的所述气体到所述接收器储罐的峰值流量以限制对所述供应源的峰值需求。

17.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：

通过阳极排气再循环系统将来自所述阳极排气处理系统的阳极排气再循环到所述阳极排气导管。

18.根据权利要求17所述的方法，其中延迟再循环阳极排气以使之晚于从所述注入路径注入所述气体。

19.一种再平衡燃料电池系统内压力的方法，所述方法包括：

通过第一压力传感器感测以流体方式联接到燃料电池模块的阳极出口的阳极出口导管内的第一压力，其中所述第一压力传感器与压力差调节器连通；

通过第二压力传感器感测所述燃料电池模块内包含的阴极入口处的第二压力，其中所述第二压力传感器与所述压力差调节器连通；以及

通过所述压力差调节器基于所述第一压力和所述第二压力允许气体流过所述压力差调节器进入注入路径中，其中所述气体流动到所述注入路径中并进入所述阳极排气导管；

其中所述气体进入所述阳极排气导管引起所述阳极出口与阴极入口之间的压力再平衡。

20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括：

通过与所述阳极出口导管流体连通的阳极排气再循环系统将来自所述阳极排气处理系统的阳极排气再循环到所述阳极排气导管；并且

其中所述气体是惰性气体。

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