用于燃料电池的阴极再循环的组件以及用于阴极再循环的方法技术

技术编号:18466753 阅读:28 留言:0更新日期:2018-07-18 16:24
本发明专利技术涉及一种用于燃料电池系统(1)的燃料电池(10)的阴极再循环的组件,其具有用于燃料电池(10)的阴极供给部(30),该阴极供给部(30)具有阴极供给路径(31)和阴极废气路径(32),并且,燃料电池(10)的堆垛壳体(16)的冲洗循环(50)流体机械地联接到阴极供给部(30)处,其中,借助于在阴极供给部(30)和/或冲洗循环(50)中的再循环流体压力生成器(33,53)可使再循环流体(7)在阴极供给部(30)和冲洗循环(50)中再循环。此外,本发明专利技术涉及一种用于车辆、尤其电动车的燃料电池系统(1)的燃料电池(10)的阴极再循环的方法,其中,输送再循环流体(7)通过阴极供给路径(31)、通过燃料电池(10)的阴极腔并且通过阴极废气路径(32),并且,此外输送再循环流体(7)通过用于燃料电池(10)的堆垛壳体(16)的冲洗循环(50)以及堆垛壳体(16)。

Cathode recirculation assembly for fuel cell and method for cathode recirculation

The invention relates to a cathode recirculation component for a fuel cell (1) fuel cell (10), which has a cathode supply unit (30) for a fuel cell (10), a cathode supply section (30) having a cathode supply path (31) and a cathode exhaust path (32), and a rinsing cycle (50) flow of the stacking shell (16) of the fuel cell (10). The body is mechanically connected to the cathode supply section (30), wherein the recirculating fluid (7) of the recirculating fluid (7) in the cathode supply unit (30) and / or the rinsing cycle (50) can be circulated in the cathode supply unit (30) and the rinsing cycle (50). In addition, the present invention relates to a method of recirculation of a fuel cell (10) for a fuel cell system (1) of a vehicle, especially an electric vehicle (1), in which a recirculating recirculating fluid (7) is supplied through a cathode supply path (31), a cathode cavity through a fuel cell (10) and a cathode exhaust path (32), and in addition, a recycling recirculation is carried out. The fluid (7) passes through the flushing cycle (50) and the stacking shell (16) of the stacking shell (16) for the fuel cell (10).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池的阴极再循环的组件以及用于阴极再循环的方法
本专利技术涉及一种用于燃料电池系统的燃料电池的阴极再循环的组件。此外,本专利技术涉及一种用于阴极再循环的方法以及一种用于燃料电池系统的燃料电池的堆垛壳体冲洗的方法。此外,本专利技术涉及一种燃料电池系统和/或具有这种燃料电池系统的车辆、尤其电动车。
技术介绍
燃料电池利用燃料与氧气电化学转化成水用于生成电能。为此,作为核心部件,燃料电池包含至少一个所谓的膜片电极单元(英文MembraneElectrodeAssembly,缩写MEA),其为由起引导离子作用的、常常起引导质子作用的膜片和布置在膜片两侧的电极(阳极电极和阴极电极)组成的组织(Gefüge)。此外,气体扩散层(GDL)可在膜片电极单元两侧布置在电极的背离膜片的侧处。通常,燃料电池借助于多个布置成堆垛(英文Stack)的膜片电极单元构造,其中,在燃料电池的运行时其电功率累加。在单个膜片电极单元之间大多布置双极板,也称为流场板(Flussfeldplatte)或隔离板,其保证利用运行介质、所谓的反应物供给膜片电极单元、即供给燃料电池的单电池,并且通常也用于冷却。此外,双极板负责至膜片电极单元的电接触。在燃料电池的单电池的运行中,燃料、所谓的阳极运行介质、尤其氢气(H2)或含氢气的气体混合物经由双极板的在阳极侧敞开的流场被输送给阳极电极,在该阳极电极处,在释放电子(e-)的情况下进行从H2到H+的电化学的氧化(H2→2H++2e-)。穿过使反应腔气体密封地彼此分离且电隔离的膜片电极单元的膜片或电解质,以含水或无水的方式将质子(H+)从在单电池的阳极腔中的阳极电极(燃料电池的已组合而成的阳极)输送到在单电池的阴极腔中的阴极电极(燃料电池的已组合而成的阴极)处。在阳极处提供的电子通过电导线和电消耗器(电动机)引向阴极。经由双极板的在阴极侧敞开的流场将所谓的阴极运行介质、尤其氧气(O2)或含氧气的气体混合物、例如空气输送给阴极电极,其中,在吸收电子的情况下进行从O2到O2-的还原(½O2+2e-→O2-)。同时,在阴极电极处形成的氧离子(O2-)在形成水的情况下与被输送穿过膜片或电解质的质子反应(2H++O2-→H2O)。为了利用运行介质供给燃料电池堆垛、以下主要称为燃料电池,该燃料电池堆垛或燃料电池一方面具有阳极供给部并且另一方面具有阴极供给部。阳极供给部具有用于将阳极运行介质输送到燃料电池的阳极腔中的阳极供给路径和用于将阳极废气从阳极腔中导出的阳极废气路径。相似地,阴极供给部具有用于将阴极运行介质输送到燃料电池的阴极腔中的阴极供给路径和用于将阴极废气从阴极腔中导出的阴极废气路径。同样见图2中的现有技术,对于燃料电池系统1的使用寿命来说重要的是,避免损坏燃料电池10自身的状态。当在燃料电池10起动时在单电池11的膜片的阳极侧以及阴极侧存在氧气时(空气-空气-起动的问题),这种损坏、尤其退化那么尤其出现。由于该原因,从燃料电池系统1和运行策略方面应确保,仅仅很少出现这种状态。为此尤其重要的是,如何关闭燃料电池系统1。在此,在关闭燃料电池系统1时,尽可能好地将阴极供给部30排空氧气。这大多通过用于消除剩余存在的氧气的阴极再循环实现,从而至少在燃料电池10处在阴极供给部30中基本上仅在阴极流体中还存在氮气。在燃料电池10继续发展的进程中,力求的是,进一步显著地减小电极的铂含量,以节省成本。由此,为了实现燃料电池10的力求的使用寿命,避免有害的运行状态越发重要。此外不能防止,氢气从燃料电池10中扩散到环境中。为了保护燃料电池10,附加地需要堆垛壳体16,由此,若有可能氢气可聚集在堆垛壳体16之内。为了避免在堆垛壳体16之内的可燃混合物,设置穿过堆垛壳体16的壳体通风区间51。此外,为了证明遵守了法律规定的排放标准,在不仅阴极废气路径32的而且堆垛壳体16的流体输出部处使用氢气传感器44,45,借助于该氢气传感器可感测若有可能逸出到环境中的氢气。在现有技术中,此外借助于使用相对在阴极附近的在阴极供给部30中的相对流体密封的锁止阀45,46用于使燃料电池10与环境2分隔,进行燃料电池10的保护。此外,阴极再循环大多借助于阴极压缩机33来设立。此外,可在电极中使用提高含量的铂以补偿退化。在现有技术中,借助于壳体通风机53,进行堆垛壳体16的与阴极再循环平行的通风。备选地,可借助于喷射泵实现通风。所有这需要相对大的结构空间需求、附加的构件、以及在密封性方面对锁止阀45,46的高要求,其中,不能实现值得期望的完全的密封性。此外,在霜冻的情况中,在锁止阀45,46打开时可能得出问题。除了在燃料电池系统的制造、装配和维护时提高的消耗,得出提高的成本。
技术实现思路
本专利技术的目标是,克服燃料电池的退化,而在此在电极中不使用提高的贵金属含量以补偿退化,而是可保持或降低在电极中的贵金属含量。也就是说,在燃料电池系统和运行策略方面,根据本专利技术应保证,最多较少地出现燃料电池的空气-空气-起动(Luft-Luft-Start)。这应可利用简单且成本适宜的手段实现和执行。本专利技术的任务借助于根据独立权利要求所述的用于燃料电池系统的燃料电池的阴极再循环的组件、通过用于燃料电池的阴极再循环的方法、通过用于燃料电池的堆垛壳体冲洗的方法、借助于燃料电池系统和/或借助于车辆、尤其电动车实现。从从属专利权利要求和以下描述中得出本专利技术的有利的改进方案、附加的特征和/或优点。根据本专利技术的用于阴极再循环的组件包括用于燃料电池的阴极供给部,该阴极供给部具有阴极供给路径和阴极废气路径,其中,燃料电池的堆垛壳体的冲洗循环流体机械地联接到该阴极供给部处,并且借助于在阴极供给部中和/或在冲洗循环中的再循环流体压力生成器可使再循环流体在阴极供给部中和在冲洗循环中再循环。在此,燃料电池的阴极腔可形成组件的区段,其中,阴极腔流体机械地接通在阴极供给路径和阴极废气路径之间。根据本专利技术,实现燃料电池的传统的壳体通风的功能性与在燃料电池系统的阴极处的传统的再循环的功能性的组合。在根据本专利技术的阴极再循环中,壳体通风通过冲洗循环实现,并且在阴极处穿过阴极供给部的再循环共同或同时借助于保留在阴极供给部中以及冲洗循环中的流体(再循环流体)实现。在此,再循环流体由在阴极供给路径中的流体(主要地即为空气)、在阴极废气路径中的流体(即为阴极废气)、以及在冲洗循环中的流体(主要地同样为空气)组成。因为在燃料电池系统中总归需要对燃料电池的堆垛壳体通风,根据本专利技术不需要附加的构件。也就是说,可使用当前可用的且成本适宜的部件。仅仅必须将来自现有技术的壳体通风区间的流体出口流体机械地联接到阴极废气路径处。由此,可节省氢气传感器,因为,冲洗循环和阴极供给部共享在阴极废气路径中/处的共同的流体输出部,为了证明遵守了法律规定的排放标准的目的,其具有氢气传感器。在实施例中,冲洗循环一方面与阴极供给路径并且另一方面与阴极废气路径流体机械地相联结。在此,冲洗循环优选地在阴极压缩机的上游、尤其在空气过滤器处流体机械地联接到阴极供给路径处。此外,冲洗循环优选地在阴极涡轮的下游、尤其在氢气传感器的上游流体机械地联接到阴极废气路径处。借助于相对大的、可排空氧气的体积(阴极供给部加上相对大体积的冲洗循环),得出长时间保护本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于燃料电池系统(1)的燃料电池(10)的阴极再循环的组件,其具有用于所述燃料电池(10)的阴极供给部(30),所述阴极供给部(30)具有阴极供给路径(31)和阴极废气路径(32),其特征在于,所述燃料电池(10)的堆垛壳体(16)的冲洗循环(50)流体机械地联接到所述阴极供给部(30)处,其中,借助于在所述阴极供给部(30)中和/或在所述冲洗循环(50)中的再循环流体压力生成器(33,53)可使再循环流体(7)在所述阴极供给部(30)和在所述冲洗循环(50)中再循环。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.22 DE 102015220641.61.一种用于燃料电池系统(1)的燃料电池(10)的阴极再循环的组件,其具有用于所述燃料电池(10)的阴极供给部(30),所述阴极供给部(30)具有阴极供给路径(31)和阴极废气路径(32),其特征在于,所述燃料电池(10)的堆垛壳体(16)的冲洗循环(50)流体机械地联接到所述阴极供给部(30)处,其中,借助于在所述阴极供给部(30)中和/或在所述冲洗循环(50)中的再循环流体压力生成器(33,53)可使再循环流体(7)在所述阴极供给部(30)和在所述冲洗循环(50)中再循环。2.根据权利要求1所述的组件,其特征在于,所述冲洗循环(50)一方面与所述阴极供给路径(31)并且另一方面与所述阴极废气路径(32)流体机械地相联结,其中,所述冲洗循环(50)优选地在阴极压缩机(33)的上游、尤其在空气过滤器(42)处流体机械地联接到所述阴极供给路径(31)处,并且,所述冲洗循环(50)优选地在阴极涡轮(36)的下游、尤其在氢气传感器(44)的上游流体机械地联接到所述阴极废气路径(32)处。3.根据权利要求1或2所述的组件,其特征在于,所述再循环流体压力生成器(33,53)构造为在所述阴极供给路径(31)处/中的阴极压缩机(33)或者构造为在所述冲洗循环(50)处/中的壳体通风机(53)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件,其特征在于,在所述阴极废气路径(32)处/中,在所述冲洗循环(50)到所述阴极废气路径(32)处的流体机械的联接部下游,设置有调整器件(47),尤其锁止阀(47)。5.一种用于燃料电池系统(1)的燃料电池(10)的阴极再循环的方法,其中,穿过输送再循环流体(7)通过阴极供给路径(31)、通过所述燃料电池(10)的阴极腔并且通过阴极废气路径(32),其特征在于,此外穿过输送所述再循环流体(7)通过用于...

【专利技术属性】
技术研发人员:D格伦代MR基尔希霍夫
申请(专利权)人:大众汽车有限公司奥迪股份公司
类型:发明
国别省市:德国,DE

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