[发明专利]冷却剂净化

说明书

公开了一种包括燃料电池堆的燃料电池系统。臭氧生成器被配置为将臭氧引入所述燃料电池系统的冷却剂内。去离子装置联接至所述燃料电池堆。旁路导管与所述去离子装置并行排列。控制器被配置为基于所述臭氧生成器控制所述冷却剂通过所述去离子装置或所述旁路导管流到所述燃料电池堆。

本申请是申请日为2014年8月6日、名称为“冷却剂净化”的中国专利申请201480045170.X的分案申请。

本发明涉及设置成堆叠形式的电化学燃料电池，并且具体地说，涉及用于这类燃料电池堆的冷却系统。具体地说，它涉及一种燃料电池系统、一种用于燃料电池系统的冷却剂组件和一种包括所述燃料电池系统的交通工具。

常规电化学燃料电池将通常均为气体流形式的燃料和氧化剂转换成电能和反应产物。用于使氢和氧反应的常见类型的电化学燃料电池包括处于膜电极组件(MEA)内的聚合物离子转移膜，也称为质子交换膜(PEM)，其中燃料和空气穿过所述膜的相应侧面。质子(即氢离子)被传导通过所述膜，由传导通过连接燃料电池阳极和阴极的回路的电子加以平衡。为了增大可用电压，形成包括多个电串联布置的MEA的堆叠。每个MEA设置有分开的阳极流体流动路径和阴极流体流动路径。阳极流体流动路径和阴极流体流动路径分别将燃料和氧化剂传送至膜。燃料电池堆通常是包括很多独立的燃料电池板的块形式，所述燃料电池板由位于所述堆叠的任一末端处的端板保持在一起。

因为燃料与氧化剂的反应产生热量以及电力，所以一旦已达到操作温度就需要冷却燃料电池堆，以避免对燃料电池产生的损坏。冷却可至少部分通过在阳极流体流动路径(其用于使阳极水合)和/或与反应物水组合的阴极流体流动路径中将冷却剂(诸如水)传送至堆叠内的独立电池来实现。在每种情况下，可发生燃料电池的蒸发冷却。

在典型的布置中，将冷却水注入到燃料电池堆的阳极流体流动通道或阴极流体流动通道中。冷却水必须是非常纯净的。如果将污染的冷却水引入到燃料电池堆中，那么污染物可能严重影响燃料电池堆的性能并且可能降解堆叠内的部件。污染物可能为无机的(诸如金属离子)和有机的(诸如有机污染物分子和细菌/微生物)。因此在水进入燃料电池堆之前处理所述水以去除污染物是有益的。

一种清洁冷却剂的方式为使其穿过去离子化装置，所述装置用以从冷却剂中去除不需要的离子。这些离子可以其他方式有害地影响燃料电池堆，例如通过与聚合物电解质相互作用。去离子装置通常含有冷却水可通过的离子交换树脂(例如作为珠粒)。冷却剂中有害于燃料电池堆的离子被交换为较无害的离子。

清洁冷却剂的另一种方式为使用臭氧。臭氧为一种强力消毒剂并且可用于通过攻击并破坏细菌/微生物并抑制微生物生长来清洁污染的冷却水。

臭氧对于水消毒为理想的，但如果它与树脂接触将会降解离子交换树脂。因此，使用臭氧和去离子装置的组合来纯化燃料电池内的冷却水在目前并不可能。树脂的降解可能导致离子交换效率降低并且可能需要比未出现臭氧降解的情况更频繁地更换树脂。

根据一个方面，本发明提供一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括燃料电池堆、配置为将臭氧引入燃料电池系统的冷却剂内的臭氧生成器、联接至所述燃料电池堆的去离子装置、与所述去离子装置并行排列的旁路导管以及控制器。所述控制器被配置为基于臭氧生成器的运行状态控制冷却剂通过去离子装置或旁路导管流到燃料电池堆。

有利地是，所述旁路提供用于冷却剂到达燃料电池堆而不经过(并且可能损害)去离子装置的一个替代路径。

所述控制器可被配置为使得当确定冷却剂内的臭氧水平超过预定阈值时冷却剂经过所述旁路导管并且使得当确定冷却剂内的臭氧水平低于预定阈值时冷却剂经过去离子装置。

所述控制器可被配置为控制冷却剂流到燃料电池堆，以使得冷却剂在臭氧生成时段期间(在此期间所述臭氧生成器将臭氧引入冷却剂内)并在臭氧分解时段期间经过旁路导管。有利地是，当臭氧被引入冷却剂时并且当冷却剂内的臭氧不再引入但仍然存在且在冷却剂内分解时，冷却剂可通过旁路导管(避开去离子装置)供应到燃料电池堆。