用于吹扫燃料电池的方法以及用于实施该方法的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于吹扫燃料电池的方法。该方法的特征在于包括借助负压抽吸吹扫气体经过燃料电池的步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于吹扫燃料电池以减少燃料电池中含水量的方法以及一种用于实施该方法的装置。
技术介绍
为了成功地严寒启动燃料电池系统，需要减少燃料电池中或燃料电池系统的燃料电池堆中所含的水量，以防止在其中发生水冻结并降低燃料电池系统的热容量。为此，在现有技术中，燃料电池系统在关断的情况下被吹干。含水量例如可通过下述方式减小，即，在关断燃料电池或燃料电池系统后在一定的时间段上继续运行压缩机，以便从燃料电池中去除水分。该过程也称为后运行或吹气(Blow Down)。但基于燃料电池系统中存在的压力情况，该方法是低效的并且或许不能充分干燥系统。DE602007000440T2示出一种燃料电池驱动单元，其包括电动机压缩机组用于以压缩空气供应燃料电池，电动机压缩机组的转动方向可通过措施反转。
技术实现思路
基于该现有技术，本专利技术的任务在于，提供一种用于吹扫燃料电池的方法，借助该方法可以按简单且有效的方式减少燃料电池中的水量。此外，本专利技术的任务在于，提供一种用于实施该方法的装置，该装置也适合用于严寒启动，或者说该装置为准备严寒启动而考虑关断策略。此外，在此所公开技术的一个优选任务在于，使燃料电池为下一次冷启动或严寒启动做好准备，且在此没有有害气体或污物、如颗粒进入燃料电池。此外，在此所公开技术的一个方面在于，提高后运
行期间的安全性并且同时减少可能的排放(噪音、水)。该任务通过权利要求1的技术方案来解决，该技术方案包括借助负压抽吸吹扫气体经过燃料电池的步骤。与将吹扫气体吹过燃料电池相比，通过抽吸吹扫气体减小了在燃料电池中起作用的绝对压力。由此，燃料电池中所含的液态水在较低温度下汽化并且因此非常快并且简单地实现干燥。吹扫气体不具体作限定。一般来说，吹扫气体是这样的气体，该气体在燃料电池运行后为减少水量被以吹气方式(Blow Down)吹扫经过燃料电池，而不是要随此在燃料电池中引起电化学反应。当前，该吹扫通过抽吸完成。作为吹扫气体优选使用新鲜空气，因为由此省却了用于吹扫气体的材料成本并且新鲜空气几乎随处可自由获得。根据本专利技术的方法非常好地适于具有燃料电池或燃料电池堆的燃料电池系统，该方法可在没有高技术花费的情况下低成本且短时间地实施。从属权利要求包括本专利技术的有利的扩展方案和设计方案。根据按照本专利技术的方法的一种有利扩展方案，为了产生负压，为燃料电池供应阴极气体的输送装置在其输送方向上反转。这在最简单的情况下可电子控制地进行。在此，阴极气体通常是这样的气体，该气体在正常或者说常规的燃料电池运行中(即并非在后运行阶段中)被供应给燃料电池用于进行电化学的燃料电池反应。有利的是，燃料电池的整个空气路径短时地在其输送方向上反转。吹扫气体(其中之一是新鲜气体)在此例如可从燃料电池的周围环境中吸入并且例如经过入口空气过滤器供应。待输送新鲜空气的量及其压力水平优选可通过节流阀控制。输送装置优选是在反转的方向上运行的压缩机，该压缩机在正常使用时为燃料电池供应阴极气体。本方法的该设计方案基本上不需要改变燃料电池系统的结构并且因此尤其是在用于实施本方法的成本方面是优选的。另一种有利的扩展方案规定，为了产生负压，反转燃料电池中的输送方向。这尤其是涉及燃料电池的阴极路径。由此可特别有效地吹扫燃料电池。进一步有利的是，通过燃料电池排气管线吸入吹扫气体。因为燃料电池排气管线直接与待吹扫的燃料电池连接，所以不需要单独的吹扫气体供应管线来从燃料电池周围环境中获取尤其是新鲜空气。所述吸入在此可直接从燃料电池排气出口进行或通过通入燃料电池排气管线中的输入管线进行。在简单的方法实施的观点下，优选通过燃料电池排气出口吸入吹扫气体。燃料电池排气出口在燃料电池正常运行时将也可能含有水的阳极排气、阴极排气或燃料电池混合排气排入周围环境中。因此，虽然可能首先由于负压将含水的排气吸入经过燃料电池，但可能在燃料电池排气管线中就已经与吸入的新鲜空气发生了混合，从而可快速且简单地干燥燃料电池。为了减少或避免吸入含水的燃料电池排气，特别优选的是，可在关断燃料电池后在通过燃料电池排气出口吸入吹扫气体之前首先维持正常的输送方向几秒、优选1至10秒、尤其是2至5秒。替代或附加于此地，可通过附加设置在燃料电池阴极气体供应管线中的吹扫气体供应管线吸入吹扫气体。在此有利的是，可立即借助负压抽吸新鲜空气经过燃料电池，而不必输送含水的燃料电池排气。燃料电池的干燥时间由此缩短。对于根据本专利技术的方法的该设计方案，输送装置在正常方向上运行。此外有利的是，把被抽吸经过燃料电池的吹扫气体通过阴极气体供应管线排出。这有利于将现在被润湿的吹扫气体迅速排出燃料电池系统。为了进一步简化本方法，把被抽吸经过燃料电池的吹扫气体通过设置在燃料电池阴极气体供应管线中的吹扫气体出口排出。为了进一步缩短干燥时间，在抽吸经过燃料电池之前从所述燃料电池排气和/或吹扫气体中将水冷凝析出。根据本专利技术也提出一种用于实施上述方法的装置。该装置例如是燃料电池系统并且包括至少一个燃料电池，该燃料电池设有用于向燃料电池供应阴极气体的阴极气体供应管线和用于从燃料电池中排出阳
极排气、阴极排气或燃料电池混合排气的燃料电池排气管线。在阴极气体供应管线中设有输送装置、尤其是压缩机，该输送装置设置用于在燃料电池中产生负压并且抽吸吹扫气体经过燃料电池。基于根据本专利技术的装置的该设计方案(该装置能够实现以抽吸吹扫气体经过燃料电池代替借助高压挤压吹扫气体经过燃料电池)，可在最短的时间内干燥燃料电池并且提供具有良好严寒启动特性的燃料电池。关于根据本专利技术的方法所阐述的优点、有利效果和扩展方案也适用于根据本专利技术的用于实施该方法的装置。在简单的构件布置方面，输送装置是用于向燃料电池供应阴极气体的阴极气体输送装置，该阴极气体输送装置在反转的输送方向上运行。这可通过电子控制简单且低成本地实现。此外，可省却附加的输送装置并且提供具有最少功能构件的装置。另一种有利的扩展方案规定，所述装置还包括吹扫气体供应管线和/或吹扫气体出口，所述吹扫气体供应管线和/或吹扫气体出口设置在输送装置和燃料电池之间的阴极气体供应管线中。因此，输送装置可以在正常的输送方向上运行，而吹扫气体仍高效地被抽吸经过燃料电池。输送装置在通常的输送方向上的运行对于沿输送方向设计的输送装置构件几何布置(主要是叶片几何结构)和由此提高的输送量是特别有利的。进一步有利的是，根据本专利技术的装置包括第一旁通管线和/或第二旁通管线，第一旁通管线连接燃料电池排气管线与输送装置下游的阴极气体供应管线，并且第二旁通管线连接输送装置下游的阴极气体供应管线与输送装置上游的阴极气体供应管线。由此在结构方面为待抽吸经过燃料电池的吹扫气体提供了简单的输送路径，且在此不显著干扰装置的架构。为了简化对吹扫气体流动方向的控制，第一旁通管线和第二旁通管线通过一个多路阀彼此连接。为了减少干燥燃料电池所需的时间，尤其是在使用通过燃料电池排气管线吸入的新鲜空气作为吹扫气体时，所述装置包括至少一个设
置在燃料电池排气管线中的冷凝器。替代或附加地，冷凝器或水分离器也可在燃料电池出口上设置在第一旁通管线的分支处上游。被抽吸经过燃料电池的吹扫气体可通过燃料电池排气出口排出。例如可以把被抽吸经过燃料电池的吹扫气体通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于吹扫燃料电池(1)的方法，其特征在于包括借助负压抽吸吹扫气体经过燃料电池(1)的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.17 DE 102014207450.91.用于吹扫燃料电池(1)的方法，其特征在于包括借助负压抽吸吹扫气体经过燃料电池(1)的步骤。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在抽吸吹扫气体期间，用于阴极气体的输送装置(3)在正常输送方向上运行。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，把被抽吸经过燃料电池(1)的吹扫气体通过燃料电池排气出口(6)排出。4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，把被抽吸经过燃料电池(1)的吹扫气体通过第一旁通管线(7)输送到燃料电池排气出口(6)中。5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，通过燃料电池(1)的阴极气体供应管线(2)吸入吹扫气体。6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，在吹扫气体被抽吸经过燃料电池(1)之前首先通过燃料电池(1)的阴极气体空气过滤器(51)过滤该吹扫气体。7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，在抽吸吹扫气体期间，在燃料电池(1)上游通过阴极气体空气过滤器(51)吸入吹扫气体，此时不使该吹扫气体穿流输送装置(3)；并且，在抽吸吹扫气体期间，输送装置(3)通过至少一条管线(52)与燃料电池排气管线(5)这样连接，使得输送装置(3)抽吸吹扫气体经过燃料电池。8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，把被抽吸经过燃料电池(1)的吹扫气体通过设置在燃料电池(1)阴极气体供应管线(2)中的吹扫气体出口(9)排出。9.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，通过设置在燃料电池(1)阴极气体供应管线(2)中的吹扫气体供应管线(14)或单独
\t的吹扫气体供应管线吸入吹扫气体。10.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，为了产生负压，反转燃料电池(1)中的输送方向。11.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过燃料电池排气管线(5)、尤其是通过燃料电池排气出口(6)吸入吹扫气体。12.根据上述权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·弗里施，J·施密德，
申请(专利权)人：宝马股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE