專利名稱：多疊組式燃料電池動(dòng)力裝置中的燃料及空氣流控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制通往多級(jí)燃料電池動(dòng)力裝置中的多個(gè)燃料電池疊組的空氣和燃料流量的方法和系統(tǒng)，其中，在動(dòng)力裝置中的第一級(jí)中的至少兩個(gè)燃料電池疊組同動(dòng)力裝置中的第二級(jí)中的一個(gè)或多個(gè)附加燃料電池疊組串聯(lián)連接。更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有如下描述特征的方法和系統(tǒng)，其中，動(dòng)力裝置中的所有燃料電池疊組安裝在絕熱的空氣和燃料的共用分配歧管上，該分配歧管向第一級(jí)中的燃料電池疊組送入燃料，而后將第一級(jí)的燃料排氣送入第二級(jí)燃料電池疊組，由此，動(dòng)力裝置中的所有燃料電池疊組以單一的燃料流運(yùn)轉(zhuǎn)。
背景技術(shù)：
以電化學(xué)方式將包含碳?xì)浠衔锏娜剂狭骰驓錃饬饕约翱諝饬鬓D(zhuǎn)化為電子和水的燃料電池動(dòng)力裝置產(chǎn)生電流。燃料電池動(dòng)力裝置可以由單一的燃料電池疊組或多個(gè)燃料電池疊組組成。動(dòng)力裝置配置的選擇可以依賴于所需電能的輸出，和/或還依賴于動(dòng)力裝置可以占用的有效空間。
當(dāng)需要達(dá)到具有多個(gè)互連燃料電池疊組的功效時(shí)，已被建議的是，動(dòng)力裝置中的燃料電池疊組可以以串聯(lián)方式連在一起，以便從動(dòng)力裝置中的疊組的第一級(jí)排出的燃料可以發(fā)送到動(dòng)力裝置的第二級(jí)中的一個(gè)或多個(gè)燃料電池疊組并且作為用于動(dòng)力裝置的第二級(jí)中的疊組的供給燃料。這種系統(tǒng)的示意圖公開在1991年2月27日公開的歐洲專利說明書No.0263052 B1中。此專利公開顯示了多疊組式燃料電池動(dòng)力裝置，其中，在

圖1中疊組并聯(lián)地供給反應(yīng)物，而在圖2和圖3中電池疊組由串聯(lián)地供給反應(yīng)物。上述專利公開中描述的系統(tǒng)建議利用多個(gè)模塊化構(gòu)造的塊狀單元用在動(dòng)力裝置的幾個(gè)級(jí)中。這種方法包括使用多個(gè)由一級(jí)到下一級(jí)的反應(yīng)物傳輸線，這會(huì)變得復(fù)雜而且需要復(fù)雜的反應(yīng)物傳輸線組件。
希望可以利用串聯(lián)或連續(xù)連接的方法來用于多燃料電池疊組動(dòng)力裝置，此類動(dòng)力裝置在動(dòng)力裝置的第一級(jí)中的各個(gè)電池疊組之間以及在動(dòng)力裝置中的第一疊組級(jí)與后續(xù)疊組級(jí)之間具有簡(jiǎn)化的連接，并且此類動(dòng)力裝置防止了在由第一疊組級(jí)引向后續(xù)疊組級(jí)的燃料流中的水冷凝。我們已經(jīng)發(fā)明了實(shí)現(xiàn)上述所需功效的、簡(jiǎn)化的絕熱單一歧管結(jié)構(gòu)。
發(fā)明公開本發(fā)明涉及一種使用了簡(jiǎn)化的燃料和空氣分配機(jī)構(gòu)的多燃料電池疊組動(dòng)力裝置，該分配機(jī)構(gòu)是絕熱的，從而減少了在所傳送的燃料流中的水冷凝。本發(fā)明動(dòng)力裝置的燃料電池疊組組件部分包括多個(gè)利用共用的燃料及空氣流以產(chǎn)生電流的單獨(dú)燃料電池疊組。燃料電池疊組以并聯(lián)和串聯(lián)方式連接以便多個(gè)疊組形成動(dòng)力裝置中的第一級(jí)，而一個(gè)或多個(gè)附加電池疊組形成動(dòng)力裝置的第二級(jí)。動(dòng)力裝置各級(jí)中的所有電池疊組操作式地連接于中間的絕熱的燃料及空氣分配歧管上，該分配歧管將從第一級(jí)中的疊組排出的燃料引入第二級(jí)中的疊組。第一級(jí)中的疊組以并聯(lián)方式供應(yīng)燃料，而第二級(jí)中的疊組以與第一級(jí)串聯(lián)的方式供應(yīng)燃料。燃料從第一級(jí)到第二級(jí)的傳送以最低且均衡的氣體壓降實(shí)現(xiàn)，以便確保在從第一級(jí)疊組到第二級(jí)疊組的歧管中的流量不會(huì)存在分布不均。分配歧管是絕熱的以便減小在將燃料從第一疊組級(jí)配送到后續(xù)疊組級(jí)的燃料通道中的冷凝。分配歧管還可以包括位于第二級(jí)燃料傳送通道中用于處理燃料流中發(fā)生的全部冷凝的冷凝排水管或水收集部。
歧管包括燃料通道，其接收由第一級(jí)中的燃料電池疊組排出的燃料并將該被排出的燃料引向第二級(jí)中的燃料電池疊組。這個(gè)燃料通道經(jīng)受潮濕的燃料氣流，并且設(shè)有冷凝排水管和/或集水器，以容納來自燃料流中的全部冷凝濕氣并且減小傳送到動(dòng)力裝置后續(xù)的電池疊組級(jí)中的冷凝濕氣。
因此，本發(fā)明的一方面在于提供一種多疊組式燃料電池動(dòng)力裝置，其包括具有多個(gè)燃料電池疊組的第一疊組級(jí)和具有一個(gè)或多個(gè)附加燃料電池疊組的后續(xù)疊組級(jí)，其中，后續(xù)級(jí)中的燃料電池疊組利用由第一級(jí)中的疊組排出的燃料提供燃料，其中燃料從第一級(jí)中的疊組通過燃料傳送歧管通道送到后續(xù)級(jí)的疊組中。
本發(fā)明的另一方面在于提供一種如下描述特征的燃料電池動(dòng)力裝置，其中，歧管與周圍環(huán)境絕熱以便減小燃料傳送歧管通道內(nèi)濕氣的冷氣冷凝。
本發(fā)明的又一方面在于提供一種如下描述特征的燃料電池動(dòng)力裝置，其中，燃料傳送歧管通道包括用于獲取沒有從燃料流中冷凝出的濕氣的濕氣收集部(moisture trap)。
本發(fā)明的再一方面在于提供一種如下描述特征的燃料電池動(dòng)力裝置，其中，歧管為例如用于從電池疊組中采集電壓讀數(shù)的電路板等的附屬動(dòng)力裝置操作設(shè)備提供了結(jié)構(gòu)支撐。
附圖簡(jiǎn)介通過結(jié)合附圖的下文本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它方面以及優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得容易理解，在附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明形成的二級(jí)多電池疊組動(dòng)力裝置的一部分的透視圖；圖2是類似于圖1的透視圖，但其顯示了處于適當(dāng)位置的歧管絕緣部件；圖3是用于圖1中的動(dòng)力裝置的燃料及空氣分配歧管的俯視透視圖，其歧管根據(jù)本發(fā)明形成；以及圖4是沿圖3中線4-4剖切的截面圖。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
參見圖1，顯示了通常標(biāo)號(hào)18表示的模塊化燃料電池動(dòng)力段。動(dòng)力段18包括全部安裝在共用式氣體分配歧管20上的多個(gè)燃料電池疊組2。該疊組2集合成為第一級(jí)22和第二級(jí)24的兩級(jí)。第一級(jí)22不包括全部的燃料電池疊組2，而第二級(jí)24包括剩余附加的燃料電池疊組2。動(dòng)力段18還包括水和空氣處理裝置組件部件26，該部件為傳統(tǒng)式燃料電池動(dòng)力裝置組件部件。
圖2描述了圖1中具有絕熱組件30的組件18，該絕熱組件30封裝歧管20。流過歧管20的燃料氣流非常潮濕，而防止水在燃料流通道中的冷凝非常重要，因?yàn)檫@種水冷凝會(huì)引起燃料氣通道中高于所需的壓降，和/或燃料氣流量的分配不當(dāng)。利用具有封裝歧管20的絕熱組件，如圖2所示，所有燃料氣及空氣通道將以緊湊的方式絕熱，而無需分別包裹絕緣它們。絕熱部件30可以由玻璃纖維包裹或者如閉孔聚乙烯泡沫的泡沫形成。
圖3是分配歧管20的透視圖。歧管20包括入口燃料氣分配通道28，其接收從第一疊組級(jí)22排出的燃料并將所排出的燃料送入第二疊組級(jí)24。歧管20還包括用于級(jí)22和24中的疊組2中的空氣入口和出口分配通道46和48。歧管20包括可以用作動(dòng)力裝置的附屬部件的安裝支架的外部邊緣32。這些附屬部件例如可包括，電壓限制裝置(圖中示意性地進(jìn)行顯示)34，以及子疊組電壓監(jiān)控器36(圖中示意性地進(jìn)行顯示)。
如圖4所示，燃料氣分配通道28還可以由冷凝的濕氣收集部構(gòu)成形成。濕氣收集部可以采用形成在歧管20的底壁38內(nèi)的凹部40的形式。濕氣收集部40還可以包括閥式排水管42，濕氣可以通過該排水管定期從歧管20中排出并傳送到可以直接定位在歧管20之下的冷卻儲(chǔ)器(未示出)中。濕氣收集部40在動(dòng)力裝置的暫時(shí)啟動(dòng)和停止階段是非常需要的。
容易理解的是，本發(fā)明的動(dòng)力裝置燃料電池疊組組件可以去除或減少水在分配歧管的燃料傳送管道中冷凝的問題。分配歧管的絕熱可以防止水在歧管的燃料傳送管道部件中的冷凝，并且燃料傳送管道中設(shè)置的冷凝的濕氣收集部可以從燃料氣流中去除所有沒有從燃料氣流中冷凝出來的水。然后，冷凝的水可以送到動(dòng)力裝置的冷卻存儲(chǔ)部件中。如上所述，分配歧管還可以提供用于附屬動(dòng)力裝置監(jiān)控部件的安裝的結(jié)構(gòu)。
因?yàn)楸景l(fā)明公開的實(shí)施例的多種改變和變化可以在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的條件下實(shí)現(xiàn)，因此，本文并非意欲限定本發(fā)明而是由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池動(dòng)力裝置動(dòng)力段組件(18)，包括a)多個(gè)燃料電池疊組(2)，所述燃料電池疊組被分為至少兩級(jí)(22，24)，它們被以串聯(lián)方式供給燃料氣流，其中，來自一個(gè)級(jí)的已部分消耗的燃料送入后續(xù)級(jí)，所述一個(gè)級(jí)包括多個(gè)燃料電池疊組，并且所述后續(xù)級(jí)包括至少一個(gè)燃料電池疊組；b)整體式歧管組件(20)，其用于控制在所述一個(gè)級(jí)以及所述后續(xù)燃料電池疊組級(jí)中的所述多個(gè)燃料電池疊組之間的反應(yīng)氣流的流量，所述歧管組件包括單一燃料氣通道(28)，其操作式地連接于所述燃料電池疊組的所述一個(gè)級(jí)中的所述多個(gè)燃料電池疊組上，所述燃料氣通道可操作，以便接受由所述多個(gè)燃料電池疊組排出的已部分消耗的燃料氣流，并將所述已部分消耗的燃料氣流組合成組合的燃料氣流，并且所述燃料氣通道還操作式地連接于所述后續(xù)級(jí)中的所述至少一個(gè)燃料電池疊組上，以便將所述組合的燃料氣流引入所述后續(xù)級(jí)的所述至少一個(gè)燃料電池疊組中，因此，所述組合的燃料氣流用于為后續(xù)級(jí)的燃料電池疊組提供燃料；以及c)絕熱構(gòu)件，其將所述歧管組件與環(huán)境溫度絕熱，以便限制在所述燃料氣通道中的濕氣冷凝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力段組件，其特征在于，所述歧管組件還包括在所述燃料氣通道中的至少一個(gè)冷凝濕氣收集部(40)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動(dòng)力段組件，其特征在于，所述冷凝濕氣收集部包括用于從所述收集部中去除冷凝濕氣的排水管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動(dòng)力段組件，其特征在于，所述排水管包括選擇性地控制從所述收集部中去除冷凝濕氣的閥(42)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力段組件，其特征在于，還包括位于所述歧管組件上的用于安裝電壓讀數(shù)電路板的燃料電池附屬部件安裝件(34，36)，以及其它附屬燃料電池動(dòng)力裝置部件。
全文摘要
一種燃料電池動(dòng)力裝置，包括多個(gè)燃料電池疊組，所述多個(gè)電池疊組操作式地互相關(guān)聯(lián)，以便供給疊組的空氣流和燃料流均由動(dòng)力裝置中的各個(gè)疊組共用。燃料流從初始燃料電池疊組級(jí)通過共用歧管傳送到后續(xù)燃料電池疊組級(jí)中，動(dòng)力裝置中的每個(gè)燃料電池疊組都安裝在上述歧管上。共用的歧管燃料流通道是絕熱的，以便限制水冷凝。所述歧管還可以包括將回收所有在燃料流通道內(nèi)形成的冷凝水的冷凝水收集部。另外，所述歧管還可以設(shè)有用于安裝電壓讀數(shù)電路板的附屬部件安裝件，以及其它附屬燃料電池動(dòng)力裝置部件，因此令人滿意地縮小了燃料電池動(dòng)力裝置的動(dòng)力段。
文檔編號(hào)H01M2/00GK101065869SQ200580037975
公開日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月5日
發(fā)明者M·L·佩里 申請(qǐng)人:Utc電力公司