燃料电池系统和燃料电池净化设备的制作方法
【专利摘要】提供了一种燃料电池系统和燃料电池净化设备，用于燃料电池系统的燃料电池净化设备包括分离器，所述分离器限定用于接收包括流体和杂质的再循环燃料流的腔室。所述设备具有带连接到所述分离室的外通道的排放导管。所述外通道形成流体储液槽，以收集所述流体。所述排放导管还具有内通道，所述内通道穿过所述流体储液槽嵌套在所述外通道内，用于将所述杂质传送到净化阀。所述内通道具有延伸到所述分离器的分离室中的自由端。
【专利说明】燃料电池系统和燃料电池净化设备
【技术领域】
[0001 ]多个实施例涉及一种用于净化来自燃料电池的杂质或排放来自燃料电池的水的系统。
【背景技术】
[0002]已知多个燃料电池结合到一起形成燃料电池堆。这种燃料电池堆通常响应于将氢和氧电化学地转换为水而提供电流。在这个过程中产生的电流用于驱动车辆中或其他这种设备中的各种装置。供应装置(supply)通常将氢提供至燃料电池堆。燃料电池堆可使用比由供应装置提供的氢少的氢来产生电力。喷射器接收从燃料电池堆排放的未使用的氢并使未使用的氢与从供应装置产生的氢结合，以维持氢向燃料电池堆的流动。
[0003]在燃料电池工作期间，在燃料电池堆的阳极侧会形成诸如产物水、氮以及未消耗的氢的副产物。在某些已知的系统中，例如，试图控制产物水和/或氮的聚集来避免燃料电池性能下降。一种已知的途径是经由燃料电池堆下游的通道来释放水和/或氮。副产物可再循环，以使未使用或未耗尽的氢返回到燃料电池堆的阳极侧，从而提高燃料经济性。再循环可用于使阳极侧湿润，以促进有效的化学转换并延长电池膜的寿命。然而，可能需要移除再循环流中的液态水(例如，水滴)，以防止燃料电池堆流场通道或喷射器内的水堵塞。
[0004]对于车辆中的燃料电池应用，可能需要燃料电池在冰冻环境温度下运转。车辆和燃料电池可暴露在-25摄氏度甚至更低的温度(远低于水的结冰点)下。对于燃料电池车辆，需要解决寒冷天气运转问题，以使其在极端环境温度气候下运转，从而满足对于车辆的用户期望。当暴露于冰冻状况时，含有反应物流体和水的氢燃料电池部件(例如，排放或净化组件)会由于结冰而遇到运转问题。
[0005]对于具有结合了阳极净化/排放组件的现有技术系统，降低了成本；然而，在冰冻起动期间，该组件对产物水冻结可能敏感。结合的阳极净化/排放组件内产生的冰会影响阳极净化功能，导致氮聚集在阳极堆中并且降低燃料电池性能。现有技术燃料电池系统已使用加热器组件主动地给排放组件或净化组件加热，以防止结冰或移除结冰。当加热器使用来自电池的动力时，加热器使燃料电池的整体效率降低。其他现有技术系统要求另外的管道设施(例如，辅助管和另外的净化阀)，以防止冰堵塞净化系统内部。
【发明内容】
[0006]在一个实施例中，一种燃料电池系统设置有燃料电池堆和与所述燃料电池堆流体连通的净化组件。所述净化组件具有分离器，所述分离器限定用于接收包括流体部分和杂质部分的再循环燃料流的腔室。净化阀位于所述分离器的下游，用于净化来自燃料电池系统的杂质部分。排放导管将所述分离器与所述净化阀连接。所述排放导管具有连接到所述腔室的下端的外通道，所述外通道形成流体储液槽，以收集所述流体部分。所述排放导管还具有嵌套在所述外通道中的内通道，并且所述内通道延伸通过所述流体储液槽，用于将所述杂质部分传送到所述净化阀。所述内通道具有延伸到所述腔室中的自由端。
[0007]在另一实施例中，一种燃料电池净化设备设置有分离器，所述分离器限定用于接收包括流体和杂质的再循环燃料流的腔室。排放导管具有外通道，所述外通道连接到所述腔室，所述外通道形成流体储液槽，以收集所述流体。所述排放导管还包括内通道，所述内通道穿过所述流体储液槽嵌入在所述外通道中，用于将所述杂质传送到净化阀。所述内通道具有延伸到所述腔室中的自由端。
[0008]所述分离器和所述排放导管关于所述分离器的纵轴同轴。
[0009]所述内通道和外通道关于所述排放导管的纵轴同轴。
[0010]在又一实施例中，一种燃料电池净化组件设置有分离器，所述分离器限定用于通过入口导管接收包括流体部分和杂质部分的再循环燃料流的腔室。净化阀设置在所述分离器的下游，用于净化来自燃料电池系统的杂质部分。排放导管将所述分离器和所述净化阀连接。所述排放导管具有外通道，所述外通道连接到所述分离室的下端，所述外通道形成流体储液槽，以收集所述流体部分。所述排放导管还具有内通道，所述内通道嵌套在所述外通道内并延伸通过所述流体储液槽，用于将所述杂质部分传送到所述净化阀。所述内通道具有延伸到所述腔室内的自由端。
[0011]所述入口导管朝向所述分离器的下端弯曲并且所述内通道面向所述分离器的上端。
[0012]所述分离器具有从所述分离室的上端延伸到所述分离室中的突起，所述突起被设置成指引来自所述入口导管的再循环燃料流远离所述内通道的入口。
[0013]所述内通道被弯曲成使得所述内通道的入口面向远离所述入口导管的方向。
[0014]所述内通道具有设置在所述自由端上方的帽，所述内通道限定提供所述分离室和所述内通道之间的流体连通的一系列孔。
[0015]所述流体部分包括液态水并且所述杂质部分包括氮。
[0016]所述净化组件被构造使得所述流体部分从所述分离器的下端直接流动到所述外通道和流体储液槽中，使得在冰冻状况期间所述流体部分在所述流体储液槽内冻结。
[0017]所述内通道被构造为通常保持使所述流体部分自由流动，以使所述内通道在冰冻状况期间为所述分离器和所述净化阀之间的杂质部分提供无障碍通道。
[0018]本发明的各种实施例具有相关联的非限制性优点。例如，在冰冻状况期间，来自分离器的嵌套的排放管线允许来自分离器的流体流不间断。排放管线被弯曲成使得外导管形成用于液态水的储液槽。允许外导管内的任何水结冰。当外导管具有冰堵塞时，流体(包括副产物水蒸气和氮)继续流动通过内导管。这就使得即使在冰冻状况期间，也可进行净化或排放过程。储液槽中的任何结冰能够在操作时融化，因此，虽然没有加热元件，但整体燃料电池效率不受影响。由于可根据需要发生净化或排放过程，因此，燃料电池性能也不受影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是根据实施例的燃料电池系统的实施例的示意图；
[0020]图2是根据实施例的用于燃料电池的净化组件的示意图；
[0021]图3是根据实施例的用于净化系统组件的分离器的示意图；
[0022]图4是根据实施例的用于净化组件的另一分离器的示意图；
[0023]图5是根据实施例的用于净化组件的又一分离器的示意图；
[0024]图6是根据实施例的用于净化组件的另一分离器的示意图。
【具体实施方式】
[0025]根据需要，本发明的详细实施例公开于此。应该理解的是，公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以不同的和替代的形式实施。附图不一定按比例绘制，可夸大或最小化一些特征，以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能的细节不应该被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式应用本发明的代表性基础。化学术语中对成分的描述指的是加入到说明书中指定的任何组合物时的成分，并且不一定排除在一旦混合之后混合物的成分之间的化学相互作用。
[0026]图1是示意性地示出了根据至少一个实施例的作为处理流程图(process flowdiagram)的燃料电池系统10。例如，燃料电池系统10可用在车辆中来提供电力，以使电动机运转来推进车辆，或者执行其他的车辆功能。如本领域所公知的，燃料电池系统10可以是质子交换膜燃料电池(PEMFC)。燃料电池系统10可以在基于燃料电池的电动车辆中或基于燃料电池的混合动力车辆中或者使用电流来驱动各种装置的任何其他这样的设备中实现。
[0027]燃料电池系统10具有燃料电池堆12。燃料电池堆12包含多个电池，其中，每个电池具有阳极侧14、阴极侧16以及阳极侧14和阴极侧16之间的膜18。虽然燃料电池堆12包含任何数量的燃料电池，但在图1中仅示出了燃料电池堆的一个燃料电池。燃料电池系统10与(例如)高压总线20或牵引电池电连接并提供能量至高压总线20或者牵引电池。燃料电池堆12响应于将氢和氧进行电化学转换而产生堆电流。燃料电池堆12也可具有冷却回路(未示出)。
[0028]各种电子装置可结合到高压总线20，以消耗这样的电力进行运转。如果燃料电池系统10用于与车辆连接，那么所述装置可包括电动机或多个车辆电子部件(每个车辆电子部件消耗电力以用于特定目的)。例如，这样的装置可与车辆动力传动系、客舱加热和冷却、室内/室外照明、娱乐装置以及电动锁窗相关连，但不限于此。在车辆中实现的装置的特定类型可基于车辆内容(vehicle content)、使用的电动机的类型以及实现的燃料电池堆的特定类型而改变。
[0029]在燃料电池系统10的工作期间，产物水、剩余燃料(诸如氢)和副产物(诸如氮)会在燃料电池堆12的阳极侧14聚集。已经试图去除液态产物水以及副产物，并且试图再利用剩余的氢和至少一部分水蒸气。一个途径是将这些成分收集在燃料电池堆12的下游的净化组件36中，将液态水和/或氮的至少一部分分离，并在再循环回路中经由返回通道使剩余的成分返回到燃料电池堆12。净化组件36的各实施例包括设置在主要排放通道内的次级排放通道，以使液态水流在进入净化阀之前与剩余的成分分离，因此即使由于冰冻状况(例如，在燃料电池起动时)而在净化组件36内出现结冰的情况下，也能够使氮被净化。
[0030]主要燃料源22 (例如，主要氢源)连接到燃料电池堆12的阳极侧14，以提供燃料供应流(或阳极流)。主要氢源22的非限制性示例是高压氢储罐或氢化物储存装置。例如，液态氢、各种化学品中储存的氢(例如，硼氢化钠或铝氢化物)、或者存储在金属氢化物中的氢可被用于替代压缩的气体。罐阀(未示出)控制供应的氢的流动。调压器(未示出)调节供应的氢的流动。
[0031]主要氢源22连接到一个或更多个喷射器24。喷射器可以是可变的喷射器或多级喷射器或者是其他合适的喷射器。喷射器24被构造为使供应的氢(例如，从主要氢源22接收的氢)与未使用的氢(例如，从燃料电池堆12再循环的氢)相合并，以产生输入燃料流。喷射器24控制输入燃料到燃料电池堆12的流量。喷射器24具有将氢供应至缩扩喷嘴28的收缩部分的喷嘴26。缩扩喷嘴28的扩张部分连接到阳极侧14的输入部30。
[0032]阳极侧14的输出部32连接到再循环回路34。如图所示，再循环回路34可以是被动再循环回路，或者根据另一实施例，再循环回路34可以是主动再循环回路。通常，过量的氢气被提供至阳极侧14，以确保足够的氢可用于燃料电池堆12中的全部的电池。换句话说，按照I以上的化学计量比(即，相对于精确的电化学需求以富燃比)将氢提供给燃料电池堆12。在阳极输出部32的未使用的燃料流或再循环的燃料流除了氢还可包括各种杂质(例如，液态形式和蒸汽形式兼有的氮和水)。设置再循环回路34使得阳极侧14未使用的过量的氢返回到输入部30，从而使未使用的氢被使用而不被浪费。
[0033]聚集的液相水和气相水是阳极侧14的输出。阳极侧14需要加湿，以有效地进行化学转换并延长膜的寿命。再循环回路34可被用于提供水，以使供应的氢气在进入阳极侧14的输入部30之间被加湿。可替换地，可设置加湿器来将水蒸气添加至输入燃料流。
[0034]再循环回路34包括净化组件36，以去除来自再循环流的杂质或副产物(例如，过量的氮、液态水和/或水蒸气)。净化组件36包括水分离器或除水(knock-out)装置38、排放管线40以及控制阀42 (例如，净化阀)。分离器38接收来自阳极侧14的输出部32的水、氮气、氢气的流体混合物或流。所述水可以是混合相态并且可包含液相水和气相水。分离器38去除至少一部分液相水，所述去除的至少一部分液相水通过排放管线40从分离器排出。氮气、氢气以及气相水中的至少一部分也可从排水管线40排出，并且(例如)在燃料电池堆12的净化过程期间流经控制阀42。控制阀42可以是电磁阀或者其他合适的阀。分离器38中的剩余的流体通过再循环回路34的连接到喷射器24的通道44排出。通道44中的流可包含与输出部(即，出口)32的氢大体上等量的氢。通道44中的流体被送进到缩扩喷嘴28的收缩部分，所述流体在缩扩喷嘴28的收缩部分与来自喷嘴26和主要氢源22的氢混合。
[0035]净化组件36还可包括氢浓度传感器，氢浓度传感器测量(例如)在阳极输出部32处的未使用的燃料流中的氢的量。当传感器检测氢的量少于预定的氢设置点时，燃料电池系统10中可能存在过量的氮，并且阀42可被打开，以排放来自未使用的燃料流的氮。响应于净化阀42打开来排放氮，可增加供应的氢的流量。阀42可响应于传感器检测到未使用的燃料流中的氢高于预定的氢的设置点而被命令为关闭。
[0036]可通过净化组件36将液态水从阳极侧14去除，以防止通道和电池的阳极侧14内的水堵塞。燃料电池堆12内的水堵塞可导致电池电压的降低和/或燃料电池堆12内的电压不稳定。也可通过分离器38去除液态水，以防止喷射器24内部的堵塞或局部堵塞。缩扩喷嘴28的扩张部分中的液态水滴在管嘴28内有效地创建了第二文丘里部分并导致喷射器24的泵送的不稳定。净化组件36的排放管线40被构造为防止排放管线40在由于冰冻状况导致的结冰期间的堵塞。通过防止排放管线40内部的结冰堵塞，即使在冰冻状况下，也可净化燃料电池堆12中过量的水和/或氮，从而提高燃料电池系统10的性能以及工作效率。
[0037]燃料电池堆12的阴极侧16接收阴极流中的氧，例如，空气源46 (例如，大气)中的成分。在一个实施例中，压缩机48由电动机50驱动，以向进入的空气加压。被加压的空气或阴极流可在进入的阴极侧16之前在入口 54处通过加湿器52加湿。可需要水来确保使燃料电池堆12中的膜(未示出)保持湿润，以提供燃料电池堆12的最佳运转。阴极侧16的输出部56被构造为排放过量的空气并连接到阀58。来自净化组件36的排放管线60可连接到阀58的下游的出口 62。在另一实施例中，排放管线可被布置到燃料电池系统10中的另一位置。
[0038]另外，由于净化组件36接收来自阳极侧14的流体流，因此分离器38、阀42和排放管线(即，排放导管)40、60需要针对氢气的使用而进行设计。通常，氢气可导致材料降解或脆化问题，因此净化组件36中使用的材料需要与氢兼容。对于净化组件36使用的材料的示例包括不锈钢、聚四氟乙烯(PTFE)等。
[0039]图2示出了用于燃料电池系统10的净化组件36。分离器38具有第一上端壁80和第二下端壁82。侧壁84在第一上端壁80和第二下端壁82之间延伸。第一上端壁80和第二下端壁82与侧壁84限定分离室86。侧壁84通常可以是圆筒壁。在其他实施例中，侧壁84可呈逐渐倾斜形成为截头圆锥形状或其他适合的形状。下端壁82可呈圆锥形状、截头圆锥形状或其他适合的形状，以帮助液态水从分离器38中排放。例如，下端壁82可以是凹面、碗状或者平面。上端壁80可以是平面或者其他适合的形状，以引导旋流。
[0040]分离器38具有入口导管88和出口导管90。入口导管88连接到燃料电池堆12的阳极侧14的出口 32。入口导管88可切线地或按照其他方式连接到侧壁84，以引导分离室86中液体的漩涡或旋流。在另一实施例中，入口导管88基本上垂直地连接到侧壁84。出口导管90可连接到分离室86的侧壁84或上壁80。出口导管90基本上可垂直地连接到分离室86的上壁80和侧壁84中的一个，并且连接角度可根据其他实施例而变化。出口导管90连接到再循环回路34的通道44。对于车辆或燃料电池应用，入口导管88和出口导管90可沿着共同的轴设置。可替换地，入口导管88和出口导管90被设置成使得它们不沿着共同的轴或彼此不在一条线上，例如，入口导管88和出口导管90可沿着不同的轴设置和/或设置在不同的平面中。
[0041]排放导管40设置在下端壁82的最低点处或设置在下端壁82的最低点附近，并且排放导管40通常设置在下端壁82的中部或中部区域，或沿着分离器38的纵轴91设置。在其他实施例中，排放导管40被设置为偏离分离器38的中心，或者从分离器的纵轴91偏移。通过将排放导管40设置在分离室86的最低点处，分离室86内的任何液体可由于重力而容易地去除。
[0042]排放导管40具有主要流道或导管92以及次级流道或导管94。主要流道92连接到下端壁82的在分离器38的最低点处的排放口 96并形成外通道或导管。次级流道94的外直径小于主要流道92的内直径。次级流道94被嵌套或嵌入在主要流道92中，以形成内通道或导管。次级流道94可与主要流道92同轴，使得它们沿着共同的纵轴98布置。流道92和94可由圆柱管或具有另一截面形状的管制造。分隔件或隔离件(未示出)可沿着次级流道94的外表面间隔地设置，以保持主要流道92和次级流道94之间的间隔。
[0043]次级流道94延伸到分离室86中，以使次级流道94与下端壁82分开并远离排放口96。次级流道94的入口区域100与主要流道92的入口区域102分开。在一个实施例中，沿着分离器38的纵轴和/或沿着流道92和94的纵轴98，入口区域100与入口区域102分开。
[0044]排放导管40使分离器38的下游弯曲，并且被示出为弯曲180度，但是还预想到包括S-形弯曲及其他适合的几何形状的其它构造。通过使排放导管40弯曲，在排放导管40内设置储液槽(trap) 104。
[0045]净化阀42连接到排放导管40并设置在储液槽104的下游。净化阀42将排放导管40连接到燃料电池系统10的排放管线60。主要流道94连接到净化阀42。次级流道94可与净化阀42分开，使得在排放导管40的主要流道92和次级流道94内的液体流在到达净化阀42之前再次结合。如图2所示，沿着排放导管40的纵轴98，次级流道94的出口区域106与主要流道92和排放导管40的出口区域108分开。在另一实施例中，主要流道92和次级流道94均连接到净化阀42或与净化阀42相邻，以使内流道94从净化阀42延伸至分离室86内。
[0046]储液槽104在净化组件36内提供局部的低点。储液槽104与分离器的排放口 96和净化阀42分开并设置在排放口 96和净化阀42的下方。
[0047]在一个实施例中，分离器38具有将分离室86分成上漩涡室112和下收集室114的分隔物110。分隔物110可由允许液体下滴到收集室114中的筛网或网孔材料制成。分隔物110可创建用于发生冷凝的位置，提供平滑流动效果，和/或防止流体运动(例如，从收集室114发生的飞溅)。次级流道94的入口区域100可位于分隔物110的上方(如图所示)、分隔物110的下方或者与分隔物位于同一位置。当入口区域100设置在分隔物110的上方并与分隔物110分开时,入口区域100还与液体收集室114分开，以防止液体进入次级流道94。在其他实施例中，分离器38不包括分隔物110并且仅具有用于分离并收集液态水两者的单个分离室86。
[0048]来自阳极侧14的流体流通过入口导管88进入分离器38，并且所述流体流包含氢气、氮气、水蒸气和液态水。所述流体进入分离室86，并且侧壁84或其他流动引导件引导分离室86内的流体。流体在分离室86内旋转，以去除流体流中包含的液体。由旋转的液体流产生的向心加速度使得较重的液滴运动到侧壁84。特定尺寸以上的液滴与液体流分离，这是因为它们由于它们的动量而不能跟随转弯。液滴冲击侧壁84，然后重力使得液滴沿着侧壁84向下并进入到收集室114中。剩余的液体(包括氢气、氮气、水蒸气和较小的水滴)继续在分离器38内旋转。如果更小的液滴的质量不足以产生使得它们运动到侧壁并撞击侧壁84的力，那么这些液滴可继续随流体流旋转或转动。然后液体流通过出口导管90流出分尚器38。
[0049]分离器38中的液态水沿着下端壁82流动并通过排放口 96进入到主要流道92中。液态水流动通过主要流道92并且可收集在储液槽104中。在冷冻状况期间，储液槽104中任何收集的水可冻结成冰116，如图2所示。在主要流道92中形成的冰可部分或完全堵塞主要流道92。
[0050]设置次级流道94使得很少或没有液态水进入流道94。液态水可(例如)从上端壁80掉落到流道94中。液态水也可从流体在次级流道94的入口的上方直接冷凝并掉落到次级流道94中。无论哪种情况，次级流动中任何积水相对于流道94的尺寸都是无关紧要的。因此，当主要流道92由于储液槽104中结冰而堵塞时，次级流道94对于分离器38和净化阀42之间的流动来说都是保持打开和非锁定的。因此，当净化阀42打开时(例如，在净化或排放过程期间)，当主要流道92由于结冰而堵塞时，液体流可流动通过次级流道94。在不具备主要流道92和次级流道94构造的现有技术装置中，结冰可完全堵塞分离器的排放，并且阻碍净化或排放过程。
[0051]例如，在净化过程期间，过量的氮从燃料电池的阳极侧14被移除。当燃料电池的阳极侧14中氮的局部压力或浓度过高时，由于氢的浓度不足或者氢的局部压力过低，使得燃料电池系统10的性能下降。通过净化燃料电池的阳极侧14，过量的氮被移除出燃料电池堆12的阳极侧14。氢、过量的氮、以及液相水和气相水的混合物在净化过程期间进入分离器38。净化阀42被打开并使得液态水、过量的氮以及氢的一部分流出分离器38的排放管线40。当主要流道92由于结冰而堵塞时，流体流的气相部分仅通过次级流道94流动到阀42，同时液态水继续收集在主要流道92或分离器38的底部。当主要流道92不堵塞时，流体流可流动通过主要流道92和次级流道94两者，全部成分流动通过主要流道92，气相成分流动通过次级流道94。流体中的一些氢和其他成分可通过分离器的出口导管90而返回至喷射器24。在出现高浓度氮的情况下(如当氮的密度高于氢的密度时)，喷射器24可能不能很好地运行。因此，通过在净化过程期间从燃料电池的阳极侧14去除过量的氮，可提高整体燃料电池的性能。
[0052]随着时间的推移，形成在主要流道92中的冰要么由于随着燃料电池运转被动的加热而融化，要么由于室内温度的增加而融化。当液态水存在于主要流道92中时，液态水可流出主要流道92并通过打开的阀42流出燃料电池10 (例如，在净化过程期间)。存在于次级流道94中的任何液态水也可在净化过程期间流出次级流道94。
[0053]图3至图6示出了用于净化组件36的分离器和次级流道的不同示例。这些是各种几何图案和构造的代表，并且意图是示意性及非限制性的。
[0054]图3示出了具有入口导管88的分离器38，入口导管88的出口区域120指引流体沿着总体向下的方向。入口导管88可切线地、垂直地或以相对于侧壁84以另一角度连接到侧壁84。出口区域120可延伸至分离室86中并与侧壁84分开。在一些实施例中，次级流道94的入口区域100设置在入口导管88的出口区域120的上方。入口区域100设置在出口区域120和分离器的上端壁80之间，并且开口 100和120通常面向相反的方向。因此，流动到分离室86中的液体不太可能到达次级流道94的入口 100。
[0055]图4示出了具有入口导管88的分离器38，入口导管88的突起122沿着总体向下的方向引导流体。突起122也可用于引起分离室86内的漩涡或旋转流。突起122连接到上壁80或与上壁80 —体地形成，并且突起122可包括斜坡124、叶片或其他复杂的表面。在一些实施例中，次级流道94的入口区域100设置在突起122的端部和分离器的上壁80之间。因此，流动到分离室86中的液体不太可能到达次级流道94的入口 100。
[0056]图5示出了具有次级流道94的分离器38，次级流道94的入口区域100总体上面向远离入口导管88的方向。次级流道94具有弯曲部126。根据一个实施例，弯曲部126大约为90度。在其他实施例中，弯曲部126具有大于零度的角度。入口区域100被设置为使得开口 100面向远离入口导管88的方向。因此，流动到分离室86中的液体不太可能到达次级流道94的入口区域100。
[0057]图6示出了具有修改的次级流道94的分离器38。帽128设置在次级流道94的入口区域的上方，从而使入口区域100密封。次级流道94具有沿着次级流道94的壁132设置的开口 130。开口 130可通过在次级流道94的两个部分之间设置筛网或网孔而提供。开口 130也可设置为次级流道94中的狭槽或孔，以及通过机械加工或其他方式形成在次级流道94中。通过在入口区域100的上方设置帽128，防止水从上方滴落到次级流道94中。
[0058]本发明的各种实施例具有相关联的非限制性优点。例如，在冰冻状况期间，来自分离器的嵌套的排放管线允许来自分离器的流体流不间断。排放管线被弯曲，使得外导管形成用于液态水的储液槽。允许外导管内的任何水结冰。当外导管具有冰堵塞时，流体(包括副产物水蒸气和氮)继续流动通道内导管。这就使得即使在冰冻状况期间，也可进行净化或排放过程。储液槽中的任何结冰能够在操作时融化，因此，虽然没有加热元件，但整体燃料电池效率不受影响。由于可根据需要发生净化或排放过程，因此，燃料电池性能也不受影响。
[0059]虽然上面描述了示例性实施例，但并非意图这些实施例描述本发明全部可能的形式。更确切地说，说明书中使用的术语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可做出各种改变。因此，各种实施的实施例的特征可被结合，以形成本发明的进一步的实施例。
【权利要求】
1.一种燃料电池系统，包括: 燃料电池堆；和 净化组件，与所述燃料电池堆流体连通，所述净化组件包括: 分离器，限定用于接收包括流体部分和杂质部分的再循环燃料流的腔室， 净化阀，设置在所述分离器的下游，用于净化来自所述燃料电池系统的杂质部分， 排放导管，将所述分离器和净化阀连接，并且排放导管具有外通道和内通道，所述外通道连接到所述腔室的下端并形成流体储液槽，以收集所述流体部分，所述内通道嵌套在所述外通道中并延伸穿过所述流体储液槽，用于将杂质部分传送到所述净化阀，所述内通道具有延伸到所述腔室中的自由端。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述净化组件被构造使得所述流体部分从所述分离器的下端流动到所述外通道和流体储液槽，从而所述流体部分在冰冻状况期间在所述流体储液槽内冻结。
3.如权利要求2所述的燃料电池系统，其中，所述流体部分包括液态水。
4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述内通道基本上保持使流体部分自由流动，以使内通道在冰冻状况下为分离器和净化阀之间的杂质部分提供无障碍通道。
5.如权利要求4所述的燃料电池系统，其中，所述杂质部分包括氮。
6.一种燃料电池净化设备，包括: 分离器，限定用于接收包括流体和杂质的再循环燃料流的腔室； 排放导管，包括外通道和内通道，所述外通道连接到所述腔室并形成流体储液槽，以收集所述流体，所述内通道穿过所述流体储液槽嵌入在所述外通道内，用于将所述杂质传送到净化阀，并且所述内通道具有延伸至所述腔室中的自由端。
7.如权利要求6所述的燃料电池净化设备，其中，所述净化阀设置在所述分离器的下游，用于净化所述杂质。
8.如权利要求6所述的燃料电池净化设备，其中，所述排放导管被弯曲大于90度，以使外通道形成所述流体储液槽。
9.如权利要求6所述的燃料电池净化设备，其中，所述排放导管弯曲大约180度，以使所述外通道形成所述流体储液槽。
10.如权利要求6所述的燃料电池净化设备，其中，所述外通道连接到所述腔室的下端，所述内通道的自由端与所述腔室的下端分开。
【文档编号】H01M8/24GK104253281SQ201410286241
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2013年6月25日
【发明者】米洛斯·米拉西斯, 科特·大卫·奥斯邦 申请人:福特全球技术公司