CN1778009A - 阴极进入气体加湿系统和用于燃料电池系统的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于加湿在燃料电池系统(12)中的阴极进入气体流(18)的方法和系统(10),该燃料电池系统包括燃料电池(14)和用于向燃料电池(14)的阴极侧(20)提供阴极进入气体流(18)的压缩机(16)。根据该方法和系统(10),热量在相对于阴极进入气体流(18)的第一流动位置从阴极进入气体流(18)传递到阴极排出流体(24),水蒸汽在相对于阴极进入气体流(18)的第一流动位置的下游流动位置从阴极排出流体(24)转移到阴极进入气体流(18)。

Description

阴极进入气体加湿系统和 用于燃料电池系统的方法
技术领域
本发明涉及用于加湿流向燃料电池阴极侧的阴极进入气体流的系统和方法。
背景技术
在固体电解质膜型燃料电池例如通常称作质子交换膜(PEM)燃料电池的聚合物电解质膜燃料电池中,电解质膜需要相对高标准的水饱和,以防止电解质膜的损坏和燃料电池性能的恶化。已知方法是加湿通常称作阳极和阴极进入气体流的反应剂流,以提供水的充分供应,从而维持电解质膜的充分水饱和。一种加湿反应剂流的常规方法是利用水箱和传输系统。然而,该方法需要附加设备并且在冷天操作过程中会冻结。这种方法所用的至少部分水的一种现有来源是燃料电池排出流体,燃料电池排出流体携带由燃料电池中的电化学反应产生的水和热量。常规而言,采用一个或多个冷凝器以去除排出流体中的水,将水从冷凝器引入水箱,而传输系统将水提供给一个或多个用于反应剂流的加湿器。对于这种类型的冷凝器/加湿器方法的一个附加问题在于,在水的冷凝和重新蒸发中所含的潜热会从冷凝器传递给加湿器以便更有效地操作系统,但在传递过程中特别是当中间传递媒质用于传递冷凝和重新蒸发能量时存在热量损失。
发明内容
根据本发明的一种形式,为包括燃料电池和用于向燃料电池的阴极侧提供阴极进入气体流的压缩机的燃料电池系统提供阴极进入气体加湿系统。加湿系统包括用以从燃料电池阴极侧引导阴极排出流体的排出流体路径和用于将阴极进入气体流从压缩机引向燃料电池的阴极侧的进入流体路径,进入流体路径的第一部分以与排出流体路径的第一部分热交换相连的方式设置,以将热量从阴极进入气体流传递到阴极排出流体。加湿系统还包括位于排出流体路径的第二部分和进入流体路径的第二部分之间的水蒸汽可透过膜,以将水蒸汽从阴极排出流体转移到阴极进入气体流。进入流体路径的第二部分相对于阴极进入气体流位于第一部分的下游。
在一种形式中,排出流体路径的第一和第二部分是同一部分。
根据一种形式,排出流体路径的第二部分位于第一部分的下游。
在一种形式中,水蒸汽可透过膜是片状金属的穿孔件,水蒸汽可透过材料填充所述穿孔。
根据一种形式,该进入流体路径和排出流体路径的第二部分彼此平行延伸,水蒸汽可透过膜具有横穿该流动路径的平行部分的波纹状横截面。
在一种形式中,加湿系统进一步包括用于各流动路径的各进口和出口。将各进口和出口设置成在进入流体路径的第一部分中的阴极进入气体流和在排出流体流动路径的第一部分中的阴极排出流体之间提供对流关系、以及在进入流体路径的第二部分中的阴极进入气体流和在排出流体路径的第二部分中的阴极排出流体之间提供对流关系。
根据本发明的一种形式,提供热量/质量交换器(heat/massexchanger),以便加湿流向燃料电池系统中的燃料电池阴极侧的阴极进入气体流,所述燃料电池系统包括用于向该热量/质量交换器提供该阴极进入气体的压缩机。热量/质量交换器包括外壳、在外壳中用以引导阴极排出流体流过该外壳的阴极排出流体路径、与阴极排出流体路径呈热交换关系以将来自压缩机的阴极进入气体流以与在阴极排出流体路径中的阴极排出流体呈热交换关系的方式引导通过外壳的上游进入气体流路径、在外壳中用以将从上游进入气体流动路径收到的阴极进入气体流引导通过该外壳的下游进入气体流动路径、以及在外壳中并包括限定至少部分阴极排出流体路径的第一表面和限定至少部分下游进入气体流动路径的第二表面以将水蒸汽从阴极排出流体路径中的阴极排出流体中转移到在下游进入流体路径中的阴极进入气体流的水蒸汽可透过膜。
在一种形式中,上游和下游进入流体路径位于阴极排出流体路径的相对侧。
根据一种形式,水蒸汽可透过膜是片状金属的穿孔件,水蒸汽可透过材料填充所述穿孔。
在一种形式中,下游进入气体流动路径平行于阴极排出流体路径延伸,水蒸汽可透过膜具有横穿该平行流动路径的波纹状横截面。
根据一种形式,热量/质量交换器进一步包括用于各流动路径的各进口和出口。将各进口和出口设置成在上游进入气体流动路径的第一部分中的阴极进入气体流和在阴极排出流体路径中的阴极排出流体之间提供对流关系、以及在下游进入气体流动路径中的阴极进入气体流和在阴极排出流体路径的阴极排出流体之间提供对流关系。
根据本发明的一种形式,为包括燃料电池和用于向燃料电池的阴极侧提供阴极进入气体流的压缩机的燃料电池系统提供加湿阴极进入气体流的方法。该方法包括以下步骤:
a)将来自阴极进入气体流的热量传递到在相对于阴极进入气体流的第一流动位置的阴极排出流体;和
b)将来自阴极排出流体的水蒸汽转移到相对于阴极进入气体流在第一流动位置的下游流动位置的进入气体流。
在一种形式中,步骤a)和b)相对于阴极排出流体发生在同一流动位置。
根据一种形式,步骤a)相对于排出流体发生在用于步骤b)的阴极排出流体位置上游的阴极排出流体位置。
从包括附加权利要求和附图的整个说明书的内容来看,本发明的其它目的、优点和特点显而易见。
附图说明
图1是采用用在燃料电池系统中的本发明的加湿系统和方法的示意图;
图2是图1的加湿系统和方法的选择替换版本的示意图;
图3是用在图2的系统和方法中的热量/质量交换器的一个实施例的示意截面图;
图4是可用在本发明的系统和方法中的水可透过膜的散热片部分的一个实施例的示意截面图;
图5是对图1的加湿系统和方法的修改后的示意图;以及
图6是对图1的加湿系统和方法的另一种修改后的示意图。
具体实施方式
参照图1,示出用在燃料电池系统12中的阴极进入气体加湿方法和系统,该燃料电池系统12包括固体电解质膜型燃料电池14和用于向燃料电池14的阴极侧20提供加压后的阴极进入气体流18的压缩机16。阴极进入气体通常称作用于燃料电池14的氧化剂并通常以由压缩机16加压的空气的形式提供。作为由压缩机6加压的结果,阴极进入气体流18通常处于比较高的温度。在表示出加湿方法和系统10与固体电解质膜型燃料电池14相连的同时,应理解该加湿方法和系统10可以与需要加湿其阴极进入气体流的任何类型的燃料电池一起使用。还应了解,燃料电池系统12通常包括比这里所示出的更多的部件和子系统,例如燃料处理子系统、阳极废气燃烧室、以及附加的再生或回热式热交换器单元。然而,这些部件的细节是已知的、不影响对本发明的理解。
加湿系统10包括用以将润湿的阴极排出流体24从阴极侧20的废气出口26引导通过系统10的排出流体路径22、和用以将阴极进入气体流18从压缩机16通过该系统10引向阴极侧20的进口28的进入流体路径25。
该系统10的热交换器部分30包括设置成与排出流体路径22的第一部分34呈热交换关系的进入流体路径25的第一部分32,从而把来自阴极进入气体流18的热量转移到排出流体24。系统10的第二热交换器部分36包括位于进入流体路径25的第二部分40和排出流体路径22的第二部分42之间的水蒸汽可透过膜38,用以将水蒸汽从阴极排出流体24转移到阴极进入气体流18,由此在阴极进入气体流18进入燃料电池14的阴极侧20之前对其进行加湿。自然地,水蒸汽的潜热也传递到进入气体流18。因此,将第二热交换器部分36当作热量/质量交换器。将合适的流体管如软管、导管或集成到系统10的其它结构中的流体通路定义为在热交换器部分30和36之间的流动路径22和25。热交换器部分30和36可设置成单独的、不同的热交换器单元,或者热交换器部分30和36可设置成集成的热交换器单元,如图1中的虚线框43所示意性示出的那样。如图1所示,进入流体路径25的第二部分40相对于阴极进入流体18位于进入流体路径25的第一部分32的下游。
作为优选,又如图1所示,进入和排出流体路径22、25的各部分32、34和40、42在各热交换部分30和36中具有对流关系。在这方面,将各部分32、34、40和42的各进口44、46、48、50和出口52、54、56和58设置成提供所需的对流关系。然而,在某些应用中,对于热交换器部分30和36也可以不要求对流关系。
在图1中也可以看出,排出流体路径22的第二部分42位于第一部分34的下游。但如图2所示,在某些应用中,第一和第二部分34和42相对于排出流体24处于相同的流动位置,因此,是排出流体路径22的相同部分60。在这种设置中,热量从进入流体路径25的第一部分32中的进入气体流18传递到排出流体路径22的部分60中的排出流体24,水蒸汽从部分60中的排出流体24转移到进入流体路径25的第二部分40中的进入气体流18。
在操作中,对于图1和2,从进入流体路径25的第一部分32中的阴极进入气体流18到部分42、60中的排出流体24的热传递增加了水蒸汽的量,减少了部分42、60中的排出流体24中的冷凝水的量。这种增加的水蒸汽浓度梯度用以增加物质(水蒸汽)通过水可透过膜38转移的驱动势能。因为相对于所转移的冷凝水的量,转移到进入气体流18的水蒸汽的量增加,需要较少的潜热以蒸发在水可透过膜38的进入气体流侧的水。应理解,相对于部分42、60中的排出流体24,进入流体路径25第二部分40中的进入气体流18的温度可以从系统到系统、从在各系统内的操作条件到操作条件而变化。因此,在某些系统中,或在某些操作条件下,焓(sensible heat)可以从部分40中的进入气体流18传递到部分42、60中的排出流体24,而在其它系统中,或在其它操作条件下,焓可以从部分42、60中的排出流体24传递到部分40中的进入气体流18。然而,在所有系统中并且理想地在所有对于此系统的操作条件下,潜热将随着水蒸汽从部分42、60中的阴极排出流体24向第二部分40中的进入气体流的转移而按固有方式转移。
该系统10的另一重要方面在于,第一热交换器部分30具有足够的效率以便通过将热量从部分32中的进入气体流18传递到部分34中的排出流体24的方式将进入气体蒸汽冷却至对于燃料电池14的阴极侧20适合的进入温度。例如,在某些典型的燃料电池系统中,进入气体流18是压缩为3巴左右、温度在210℃左右的空气,根据发明人的分析,该空气需要至少0.85的热交换器效率,以通过将热量传递至阴极排出流体24的方式将压缩空气冷却至90℃左右的合适温度。如果不能达到这种效率,可提供附加的热交换器以降低进入气体流18的温度。
图3表示结合了图2的部分60的集成热交换单元43的一种可行实施例的横截面图。图3的热交换器单元43是杆-板型结构(bar-platetype construction),具有细长的平板62和伸入和伸出该页的间隔杆64,以封闭纵向伸入和伸出该页并限定进入流体路径25的第一部分32的一对最外部的流体通道66和纵向伸入和伸出该页并限定排出流体路径22的部分60的一对夹在中间的流体通道68。虽然并不是在所有的应用中都需要,但可以在各流体通道66中设置适当的热交换散热片或扰流器69,以增加由阴极进入气体流18的热转递。以具有密封地结合到各侧板76和78的相对边缘72和74的两个波形件70的形式提供水可透过膜38。作为优选,如图3所示,波形件70横穿进入和排出流体18和24的流动方向是波纹形的,进入和排出流体18和24相互平行地流入和流出该页。波形件70封闭纵向伸入和伸出该页的内部流动通道80并且夹在流动通道68之间。流体通道80限定了进入气体流动路径25的第二部分40。具体而言,水可透过膜38的各波形件70的一侧或表面82限定了排出流体路径22的部分60的一部分,水可透过膜38的各波形件70的相反侧或表面84限定了阴极进入气体流动路径25的第二部分40。
作为优选,水蒸汽可透过膜38由具有优异的水蒸汽质量-转移性能(mass-tranfer properties)的材料制成,对于水蒸汽的膜永久性(permanence)占主导,优于对液态水的膜永久性,具有相对于氧的对水蒸汽的良好选择性。水蒸汽可透过膜38的以上参数是理想的,因为在部分40中的进入气体流18的总压高于在部分42、60中的阴极排出流体24的总压,这形成了与需要传输水蒸汽的方向相反的经过膜38的总压梯度。鉴于此,驱动粘性流体的总压必须经过膜38是最小的,而浓度梯度驱动扩散流需要成为主导,这是因为水蒸汽的浓度(分压)梯度在膜38的阴极排出流体侧更高一些。类似地,与水蒸汽相比,膜38所能透过的氧应当远远少于所能透过的水蒸汽,这是因为在膜38的进入气体流侧的氧分压高于在排出流体侧的,从进入气体流18向排出流体28的氧通道减少了向燃料电池阴极侧提供的氧量,造成燃料电池性能的下降。在这方面,可根据燃料电池性能受稀释进入气体流18中的氧浓度相对于增加进入气体流18的湿度的影响的程度来优化膜38对水蒸汽相对于氧的选择性。理想地,系统10的尺寸是令人关注的,该膜38的水蒸汽性能应当尽可能地高,以便尽量减少传输所需量的水蒸汽所需的膜38的尺寸。例如,根据发明人对于汽车型用途的分析,对于系统10的热交换器部分36的适当尺寸,对于水蒸汽的膜性能应当至少为0.4em/s。如果该膜38的材料是挠性片90,该可透过膜38还可包括穿孔片状金属散热片,正如在图3中以92示意性示出和在图4中透视图中示出的那样,该金属散热片提供了对挠性片90的结构支撑。虽然所示出的散热片92具有横穿排出和进入气体流的流动方向的波状横截面,但在某些应用中希望散热片92具有一些其它形状,例如类似于板62的平板状。在散热片92中的孔94可以是小狭缝、裂缝、百叶窗孔或圆孔的形式。
对可透过膜38的另一可行选择方式是用合适的水蒸汽可透过材料填充散热片92的穿孔94,而不是采用由散热片92支撑的挠性片90。通过将分类为粉末、黄铜合金粉末和液体粘合剂的足够小尺寸的通常为球形颗粒的湿混物(wet mixture)涂覆到散热片92的一个或两个表面82、84上、然后对散热片92进行热处理以机械地熔合穿孔94中的球形颗粒粉末,从而提供这种类型的结构。在这方面,应当按照湿混物和基板的粘合力克服了湿混物的粘结力的点确定穿孔94的尺寸,由此允许湿混物粘结到穿孔94的边缘,形成借助毛细作用的“桥形”半月膜。这使得在散热片92中形成的水蒸汽可透过膜的数量等于在散热片92中穿孔94的数量。可通过任何适当方式将湿混物涂覆到散热片92上,例如喷涂、辊涂或浸润。在将湿混物填充穿孔94之后,最好借助毛巾或抹布从散热片92的表面82、84去除湿混物,以便采用控制了体积的湿混物,从而在热处理过程中尽量避免因为把过多湿材料留在表面82和84上而在表面82和84上向外突出。这允许在热处理之后散热片92的表面积被量化,使经过散热片92的流体流的压降减至最小。在申请号为10/140349、2002年5月7日提交、名称为“Evaporative Hydrophilic Surface For A Heat Exchanger,Method ofMaking The Same And Composition Therefor”、发明人为Alan P.Meissner和Richard Park Hill的共同受让的美国专利申请中提供了用于这种湿混物的某些优选配方、实施工序和热处理的具体讨论。
图5表示对图1的系统10的修改,其中将合适的背压调节器阀100添加到出口52的下游和进口48的上游。对于一些应用,例如在系统操作压力低(大气燃料电池系统,或在对传输系统进行低功率设定的过程中)的情况下和/或在冷的环境温度条件下,背压调节器阀100可用于提高压缩机16的输出压力,由此在进口气体流18中产生附加热量和更高温度,然后,这些附加热量经过排出流体路径22的第一部分34传递到排出流体24。这将有助于蒸发在排出流体24中承载的任何液态水,并增大在热量/质量交换器部分36中的分压梯度。应理解,所选择的特定背压调节器阀100高度依赖于各应用的特定参数,有许多合适的、现有的背压调节阀100可用在系统10中。
图6表示图1的系统10的另一种修改,其中将旁路流体路径101插入到从出口26向进口50延伸的排出流体路径22中,以绕过排出流体路径22的第一部分34。旁路流体路径101包括合适的旁路阀102,该旁路阀102可以在排出压缩机和/或进入第一部分32的进口气体流18的温度低于在排出流体路径22的第一部分34中的排出流体24的温度的情况下,例如在系统操作压力低的情况下对传输系统进行低功率设定的过程中,或在冷的环境温度条件下,由正常关闭位置选择性地打开。在这方面,可通过合适的控制方案有效地控制旁路阀102,该控制方案包括温度传感器,该温度传感器感应排出压缩机16和/或进入进口流体路径25的第一部分32的进入气体流18的温度,以104示意性表示。在以上描述的情况下,围绕排出流体路径22的第一部分34的排出流体24的旁路防止了排出流体24被在第一热交换器部分30中的进入气体流18冷却,这种冷却会造成水的冷凝,而不是所需要的在排出流体24中水的蒸发。应理解,旁路阀102和控制方案的特定类型和细节高度依赖于各特性系统10的参数和要求,对此有许多现有的、合适的旁路阀102和控制方案。
应理解,虽然上面已经描述了对于热交换器单元43和可透过膜38的特定实施方式,但是热交换单元、热交换部分30和36、膜38的细节和结构高于依赖于各种应用的特定参数,例如,进入气体和排出流体18和24的流速、温度和压力,对于进入阴极侧20的进入气体流18所需的加湿量、以及排出阴极侧20的排出流体18的湿度。在这方面,任何适当的热交换器结构可用于热交换器单元43和/或热交换器部分30和36。并且,应理解,某些燃料电池系统12可采用其它部件,进入气体流18和/或排出流体24通过这些部件进入和流出阴极侧20,例如,附加的热交换器向或从在各部分32、40和34、42之间和/或在部分34和40和阴极侧20之间的该进入气体流18和/或排出流体24传递热量。

Claims (22)

1.一种用于燃料电池系统的阴极进入气体加湿系统,该燃料电池系统包括燃料电池和用于向燃料电池的阴极侧提供阴极进入气体流的压缩机,该加湿系统包括:
用以从燃料电池阴极侧引导阴极排出流体的排出流体路径,
用于将阴极进入气体流从压缩机引向燃料电池的阴极侧的进入流体路径,进入流体路径的第一部分以与排出流体路径的第一部分热交换相连的方式设置,以将热量从阴极进入气体流传递到阴极排出流体;和
位于排出流体路径的第二部分和进入流体路径的第二部分之间的水蒸汽可透过膜,以将水蒸汽从阴极排出流体转移到阴极进入气体流,进入流体路径的第二部分相对于阴极进入气体流位于第一部分的下游。
2.根据权利要求1的加湿系统,其中排出流体路径的第一和第二部分是同一部分。
3.根据权利要求1的加湿系统,其中排出流体路径的第二部分位于第一部分的下游。
4.根据权利要求1的加湿系统,其中水蒸汽可透过膜包括片状金属的穿孔件,水蒸汽可透过材料填充所述穿孔。
5.根据权利要求1的加湿系统,其中水蒸汽可透过膜包括片状金属的穿孔件和由片状金属的穿孔件支撑的挠性水蒸汽可透过片。
6.根据权利要求1的加湿系统,其中所述进入和排出流体路径的第二部分彼此平行延伸,并且水蒸汽可透过膜具有横穿所述流动路径的平行部分的波纹状横截面。
7.根据权利要求1的加湿系统,进一步包括用于各流动路径部分的各进口和出口,将各进口和出口设置成在进入流体路径的第一部分中的阴极进入气体流和排出流体路径的第一部分中的阴极排出流体之间提供对流关系。
8.根据权利要求1的加湿系统,进一步包括用于各流动路径的各进口和出口,将各进口和出口设置成在进入流体路径的第二部分中的阴极进入气体流和在排出流体路径的第二部分中的阴极排出流体之间提供对流关系。
9.根据权利要求1的加湿系统,进一步包括用于各流动路径的各进口和出口,将各进口和出口设置成在进入流体路径的第一部分中的阴极进入气体流和在排出流体路径的第一部分中的阴极排出流体之间提供对流关系,并且在进入流体路径的第二部分中的阴极进入气体流和排出流体路径的第二部分中的阴极排出流体之间提供对流关系。
10.根据权利要求1的加湿系统,进一步包括在压力调节器阀,所述压力调节器阀位于进入流体路径的第一部分的进入流体路径下游和燃料电池阴极侧相对于阴极进入气体流的上游。
11.根据权利要求1的加湿系统,进一步包括旁路流体路径,该旁路流动路径相对于阴极排出流体位于燃料电池阴极侧的下游和排出流体路径的第二部分的上游,从而选择性地绕过在排出流体路径的第一部分周围的阴极排出流体。
12.一种用于加湿流向燃料电池系统中的燃料电池阴极侧的阴极进入气体的热量/质量交换器,所述燃料电池系统包括用于提供流向该热量/质量交换器的阴极进入气体流的压缩机,该热量/质量交换器包括:
外壳;
在外壳中用以引导阴极排出流体流过该外壳的阴极排出流体路径;
与阴极排出流体路径呈热交换关系以将来自压缩机的阴极进入气体流以与阴极排出流体路径中的阴极排出流体呈热交换关系的方式引导通过外壳的上游进入气体流路径;
在外壳中用以将从上游进入气体流动路径收到的阴极进入气体流引导通过该外壳的下游进入气体流动路径;以及
在外壳中并包括限定至少部分阴极排出流体路径的第一表面和限定至少部分下游进入气体流动路径的第二表面以将水蒸汽从阴极排出流体路径中的阴极排出流体转移到下游进入流体路径中的阴极进入气体流的水蒸汽可透过膜。
13.根据权利要求12的热量/质量交换器,其中上游和下游进入流体路径位于阴极排出流体路径的相对侧。
14.根据权利要求12的热量/质量交换器,其中水蒸汽可透过膜是片状金属的穿孔件,水蒸汽可透过材料填充所述穿孔。
15.根据权利要求12的热量/质量交换器,其中下游进入气体流动路径平行于阴极排出流体路径而延伸,并且水蒸汽可透过膜具有横穿该平行流动路径的波纹状横截面。
16.根据权利要求12的热量/质量交换器,进一步包括用于各流动路径的各进口和出口,将各进口和出口设置成在上游进入气体流动路径的阴极进入气体流和阴极排出流体路径中的阴极排出流体之间提供对流关系。
17.根据权利要求12的热量/质量交换器,进一步包括用于各流动路径的各进口和出口,将各进口和出口设置成在下游进入气体流动路径中的阴极进入气体流和阴极排出流体路径的阴极排出流体之间提供对流关系。
18.根据权利要求12的热量/质量交换器,进一步包括用于各流动路径的各进口和出口,将各进口和出口设置成在上游进入气体流动路径的阴极进入气体流和阴极排出流体路径中的阴极排出流体之间提供对流关系,以及在下游进入气体流动路径中的阴极进入气体流和阴极排出流体路径的阴极排出流体之间提供对流关系。
19.根据权利要求12的热量/质量交换器,其中水蒸汽可透过膜包括片状金属的穿孔件和由片状金属的穿孔件支撑的挠性水可透过片。
20.一种加湿燃料电池系统阴极进入气体流的方法,该燃料电池系统包括燃料电池和用于向燃料电池的阴极侧提供阴极进入气体流的压缩机,该方法包括以下步骤:
a)将来自阴极进入气体流的热量转移到在相对于阴极进入气体流的第一流动位置的阴极排出流体;和
b)将来自阴极排出流体的水蒸汽转移到相对于阴极进入气体流在第一流动位置的下游流动位置的进入气体流。
21.根据权利要求20的方法,其中步骤a)和b)相对于该排出气体流发生在同一流动位置。
22.根据权利要求20的方法,其中步骤a)相对于排出气体流发生在用于步骤b)的阴极排出流体位置上游的阴极排出流体位置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8034492B2 (en) 2007-05-16 2011-10-11 Young Green Energy Co. Fuel cell apparatus
CN102763257A (zh) * 2010-02-17 2012-10-31 戴姆勒股份公司 具有至少一个燃料电池的燃料电池系统
CN105283990A (zh) * 2013-05-27 2016-01-27 米其林集团总公司 燃料电池系统
CN108288716A (zh) * 2018-03-11 2018-07-17 江苏氢璞创能科技有限公司 一种用于燃料电池加湿的热交换器和加湿系统
CN108630969A (zh) * 2017-03-22 2018-10-09 霍尼韦尔国际公司 大功率燃料电池系统

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100534698B1 (ko) * 2003-07-11 2005-12-07 현대자동차주식회사 연료전지 시스템
US7235318B2 (en) * 2004-02-24 2007-06-26 General Motors Corporation Fuel cell system back-pressure control with a discrete valve
JP4603920B2 (ja) * 2005-03-31 2010-12-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用加湿装置及びこれを備えた燃料電池システム
DE112006001344T5 (de) * 2005-05-27 2008-04-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Brennstoffzellensystem und Betriebsverfahren für Brennstoffzellen
US20070042237A1 (en) * 2005-08-19 2007-02-22 Gibbard Research & Development Corp. Mixed reactant fuel cell system with vapor recovery and method of recovering vapor
KR100686830B1 (ko) 2005-11-09 2007-02-26 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 시스템
KR100654330B1 (ko) * 2005-12-23 2006-12-08 한국과학기술연구원 증발식 연료전지 가습기
DE102006017646B4 (de) * 2006-04-12 2008-08-21 Daimler Ag Verfahren zum Regeln der Abgastemperatur eines Brennstoffzellensystems
US20130252117A1 (en) * 2012-03-23 2013-09-26 Ford Global Technologies, Llc Apparatus and method for humidified fluid stream delivery to fuel cell stack
KR101481233B1 (ko) * 2012-12-07 2015-01-09 현대자동차주식회사 연료전지차량의 급기장치
CA2872185C (en) 2013-07-19 2015-12-15 Marcel Riendeau Heat / enthalpy exchanger element and method for the production
US20150219405A1 (en) * 2014-02-05 2015-08-06 Lennox Industries Inc. Cladded brazed alloy tube for system components
DE102018208989A1 (de) 2018-06-07 2019-12-12 Audi Ag Verfahren zum Befeuchten eines Reaktanten und Brennstoffzellensystem zur Durchführung des Verfahrens
DE102018215370A1 (de) 2018-09-11 2020-03-12 Audi Ag Befeuchter, Brennstoffzellenvorrichtung mit einem Befeuchter sowie Kraftfahrzeug mit einer einen Befeuchter aufweisenden Brennstoffzellenvorrichtung

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3217471A (en) * 1962-09-14 1965-11-16 Silverman Leslie Diffusion board for filtering high pressure gases
DE3312991A1 (de) * 1983-04-12 1984-10-18 Feinwerktechnik Schleicher & Co, 7778 Markdorf Vorrichtung zum zerkleinern von materialien, wie dokumenten etc.
US4613544A (en) * 1984-12-04 1986-09-23 Minnesota Mining And Manufacturing Co. Waterproof, moisture-vapor permeable sheet material and method of making the same
US5360679A (en) * 1993-08-20 1994-11-01 Ballard Power Systems Inc. Hydrocarbon fueled solid polymer fuel cell electric power generation system
US5549927A (en) * 1994-03-01 1996-08-27 Modine Manufacturing Company Modified substrate surface and method
US5549568A (en) * 1994-08-22 1996-08-27 Shields; Jack W. Elastomeric needle shield and hub-cap
US5900329A (en) * 1994-10-19 1999-05-04 Siemens Aktiengesellschaft Fuel-cell system and method for operating a fuel-cell system
US5541014A (en) * 1995-10-23 1996-07-30 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Indirect-fired gas turbine dual fuel cell power cycle
US5968680A (en) * 1997-09-10 1999-10-19 Alliedsignal, Inc. Hybrid electrical power system
US6379833B1 (en) * 1998-08-07 2002-04-30 Institute Of Gas Technology Alternative electrode supports and gas distributors for molten carbonate fuel cell applications
US6048383A (en) * 1998-10-08 2000-04-11 International Fuel Cells, L.L.C. Mass transfer composite membrane for a fuel cell power plant
US6475652B2 (en) * 1999-09-14 2002-11-05 Utc Fuel Cells, Llc Fine pore enthalpy exchange barrier for a fuel cell power plant
US6465118B1 (en) * 2000-01-03 2002-10-15 Idatech, Llc System and method for recovering thermal energy from a fuel processing system
US6656620B2 (en) * 2000-01-31 2003-12-02 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Humidification system for a fuel cell
US6864005B2 (en) * 2000-03-08 2005-03-08 Ballard Power Systems Inc. Membrane exchange humidifier for a fuel cell
DE10110419A1 (de) * 2000-03-08 2003-10-23 Honda Motor Co Ltd Brennstoffzellensystem
US6569298B2 (en) * 2000-06-05 2003-05-27 Walter Roberto Merida-Donis Apparatus for integrated water deionization, electrolytic hydrogen production, and electrochemical power generation
DE10028133B4 (de) * 2000-06-07 2005-11-03 Ballard Power Systems Ag Vorrichtung und Verfahren zum Befeuchten eines Prozessgasstroms sowie Verwendung der Vorrichtung
US6905792B2 (en) * 2000-10-13 2005-06-14 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Cooling system and cooling process of fuel cell
US6607854B1 (en) * 2000-11-13 2003-08-19 Honeywell International Inc. Three-wheel air turbocompressor for PEM fuel cell systems
JP4801261B2 (ja) * 2001-01-23 2011-10-26 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
US6924051B2 (en) * 2002-04-03 2005-08-02 Modine Manufacturing Company Contact heater/humidifier for fuel cell systems
US7037610B2 (en) * 2002-09-18 2006-05-02 Modine Manufacturing Company Humidification of reactant streams in fuel cells
US7112379B2 (en) * 2003-05-05 2006-09-26 Utc Fuel Cells, Llc Vacuum assisted startup of a fuel cell at sub-freezing temperature

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8034492B2 (en) 2007-05-16 2011-10-11 Young Green Energy Co. Fuel cell apparatus
CN102763257A (zh) * 2010-02-17 2012-10-31 戴姆勒股份公司 具有至少一个燃料电池的燃料电池系统
CN102763257B (zh) * 2010-02-17 2015-12-09 戴姆勒股份公司 具有至少一个燃料电池的燃料电池系统
CN105283990A (zh) * 2013-05-27 2016-01-27 米其林集团总公司 燃料电池系统
CN108630969A (zh) * 2017-03-22 2018-10-09 霍尼韦尔国际公司 大功率燃料电池系统
US11158870B2 (en) 2017-03-22 2021-10-26 Honeywell International Inc. High power fuel cell system
CN108630969B (zh) * 2017-03-22 2022-09-06 霍尼韦尔国际公司 大功率燃料电池系统
CN108288716A (zh) * 2018-03-11 2018-07-17 江苏氢璞创能科技有限公司 一种用于燃料电池加湿的热交换器和加湿系统
CN108288716B (zh) * 2018-03-11 2023-09-01 江苏氢璞创能科技有限公司 一种用于燃料电池加湿的热交换器和加湿系统

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Publication number Publication date
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