186從而從第二容器184中排出水188。第四閥190連接至水出P 186ο
[0045]圖7中所示的實(shí)施方案基本上與圖1和5相似，不同之處在于其顯示了在陽極死/陰極死模式的條件下操作的燃料電池系統(tǒng)。在該實(shí)施方案中，通過第一和第二壓力轉(zhuǎn)換容器174和184分別堵住燃料出口 166和氧化劑170出口兩者，從而形成陽極死端和陰極死端。第一和第二壓力轉(zhuǎn)換容器174和184兩者被布置成當(dāng)反應(yīng)試劑被供應(yīng)至燃料電池組件152時(shí)，接收和保留各個(gè)反應(yīng)試劑(即燃料和氧化劑)的一部分和水，并且當(dāng)切斷反應(yīng)試劑至燃料電池組件152的供應(yīng)時(shí)，使第一和第二壓力轉(zhuǎn)換容器174和184中的反應(yīng)試劑分別經(jīng)由燃料出口 166和氧化劑出口 170返回至燃料電池組件152。在該實(shí)施方案中，由于沒有排出未反應(yīng)的燃料或氧化劑，燃料利用效率和氧化劑利用效率均得以改進(jìn)。燃料電池裝置150以與圖1和5所示相似的方式操作。因此，不需要圖7的元件的詳細(xì)描述用于完整理解本發(fā)明。
[0046]正如通過上述討論顯而易見的，本發(fā)明提供在死端模式下操作而無需清洗的燃料電池系統(tǒng)。有利地，陽極和/或陰極側(cè)的死端附近的流動通道中積累的水通過振蕩壓力沿著流動通道良好地分散。因此避免了溢流和電壓衰減的問題。此外，由于過量的水通過分離器排出而無需清洗過程，由于沒有排出未反應(yīng)的燃料和/或氧化劑，燃料和/或氧化劑的利用效率也得以改進(jìn)。本發(fā)明特別適用于便攜式燃料電池應(yīng)用，例如水下或航空應(yīng)用，在所述應(yīng)用中燃料效率和氧化劑效率是決定性的。
[0047]雖然已經(jīng)闡述和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，清楚的是本發(fā)明不僅限于所描述的實(shí)施方案。各種修改、變化、改變、替代和等價(jià)物對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯然的，而不偏離權(quán)利要求中所述的本發(fā)明的范圍。
[0048]此外，除非文中另有清楚要求，貫穿本說明書和權(quán)利要求書，術(shù)語“包含”、“包括”等被解釋為開放式而非封閉式含義，也就是說，含義為“包括但不限于”。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃料電池裝置，包括: 燃料電池組件，所述燃料電池組件具有第一出口 ；和 第一容器，所述第一容器聯(lián)接至所述第一出口并且形成第一死端，其中所述第一容器被布置成當(dāng)?shù)谝环磻?yīng)試劑被供應(yīng)至所述燃料電池組件時(shí)，接收和保留所述第一反應(yīng)試劑的一部分和水，并且當(dāng)切斷所述第一反應(yīng)試劑至所述燃料電池組件的供應(yīng)時(shí)，使所述第一容器中的所述第一反應(yīng)試劑經(jīng)由所述第一出口返回至所述燃料電池組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池裝置，其中所述第一容器具有至少約5巴的壓力阻力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池裝置，進(jìn)一步包括第一閥，所述第一閥聯(lián)接至所述燃料電池組件的第一入口從而控制所述第一反應(yīng)試劑至所述燃料電池組件的供應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池裝置，其中所述第一閥被布置成以周期性時(shí)間間隔連續(xù)地打開和關(guān)閉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池裝置，其中所述第一閥被布置成在關(guān)閉之前保持打開達(dá)約3秒(s)和約20s之間的期間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池裝置，其中所述第一閥被布置成在再次打開之前保持關(guān)閉達(dá)約Is和約7s之間的期間。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池裝置，其中所述第一閥被布置成根據(jù)所述燃料電池組件中的壓力連續(xù)地打開和關(guān)閉。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池裝置，其中所述第一閥被布置成當(dāng)所述燃料電池組件中的壓力降低至預(yù)定水平時(shí)自動地再次打開。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池裝置，其中壓力的所述預(yù)定水平為約1.5巴。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池裝置，其中所述第一閥為電致動閥。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池裝置，進(jìn)一步包括第二閥，所述第二閥被布置成控制液體水從所述第一容器中的排出。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池裝置，其中所述第一反應(yīng)試劑為燃料。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池裝置，其中所述第一反應(yīng)試劑為氧化劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池裝置，進(jìn)一步包括第二閥，所述第二閥聯(lián)接至所述燃料電池組件的第二出口并且形成第二死端，其中所述第二閥被布置成當(dāng)?shù)诙磻?yīng)試劑被供應(yīng)至所述燃料電池組件時(shí)，接收和保留所述第二反應(yīng)試劑的一部分和水，并且當(dāng)切斷所述第二反應(yīng)試劑至所述燃料電池組件的供應(yīng)時(shí)，使所述第二容器中的所述第二反應(yīng)試劑經(jīng)由所述第二出口返回至所述燃料電池組件。
15.一種燃料電池的操作方法，包括: 將燃料和氧化劑供應(yīng)至燃料電池組件，其中第一反應(yīng)試劑的一部分被迫通過所述燃料電池組件并且經(jīng)由第一出口進(jìn)入第一容器，并且其中所述燃料電池組件中的水通過所述第一反應(yīng)試劑的對流流動經(jīng)由所述第一出口進(jìn)入所述第一容器； 將所述第一反應(yīng)試劑的所述部分和水保持在所述第一容器中；和 當(dāng)切斷所述第一反應(yīng)試劑至所述燃料電池組件的供應(yīng)時(shí)，使所述第一容器中的所述第一反應(yīng)試劑經(jīng)由所述第一出口返回至所述燃料電池組件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃料電池的操作方法，其中當(dāng)所述第一容器中的所述第一反應(yīng)試劑返回至所述燃料電池組件時(shí)，所述燃料電池組件中積累的水被分散。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃料電池的操作方法，其中所述第一反應(yīng)試劑至所述燃料電池組件的供應(yīng)是時(shí)間調(diào)節(jié)的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃料電池的操作方法，進(jìn)一步包括在約3s和約20s之間的期間之后切斷所述第一反應(yīng)試劑的供應(yīng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的燃料電池的操作方法，其中切斷所述第一反應(yīng)試劑的供應(yīng)達(dá)約Is和約7s之間的期間。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃料電池的操作方法，其中所述第一反應(yīng)試劑至所述燃料電池組件的供應(yīng)是壓力調(diào)節(jié)的。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的燃料電池的操作方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述第一容器中的壓力降低至預(yù)定水平時(shí)將所述第一反應(yīng)試劑再次供應(yīng)至所述燃料電池組件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的燃料電池的操作方法，其中當(dāng)所述第一容器中的壓力降低至約1.5巴時(shí)將所述第一反應(yīng)試劑再次供應(yīng)至所述燃料電池組件。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃料電池的操作方法，進(jìn)一步包括從所述第一容器中排出液體水。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃料電池的操作方法，其中所述第一反應(yīng)試劑為純氫氣和與惰性氣體混合的氫氣中的一者。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的燃料電池的操作方法，其中所述第一反應(yīng)試劑以約2巴的壓力供應(yīng)至所述燃料電池組件。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃料電池的操作方法，其中所述第一反應(yīng)試劑為純氧氣。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的燃料電池的操作方法，其中所述第一反應(yīng)試劑以約2巴的壓力供應(yīng)至所述燃料電池組件。
28.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃料電池的操作方法，其中第二反應(yīng)試劑的一部分被迫通過所述燃料電池組件并且經(jīng)由第二出口進(jìn)入第二容器，并且其中所述燃料電池組件中的水通過所述第二反應(yīng)試劑的對流流動經(jīng)由所述第二出口進(jìn)入所述第二容器。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的燃料電池的操作方法，進(jìn)一步包括: 將所述第二反應(yīng)試劑的所述部分和水保持在所述第二容器中；和 當(dāng)切斷所述第二反應(yīng)試劑至所述燃料電池組件的供應(yīng)時(shí)，使所述第二容器中的所述第二反應(yīng)試劑經(jīng)由所述第二出口返回至所述燃料電池組件。
【專利摘要】提供了燃料電池裝置(10)和燃料電池的操作方法(50)。所述燃料電池裝置(10)包括燃料電池組件(12)，所述燃料電池組件(12)具有第一出口(26)；和第一容器(34)，所述第一容器(34)聯(lián)接至所述第一出口(26)并且形成第一死端。所述第一容器(34)被布置成當(dāng)?shù)谝环磻?yīng)試劑被供應(yīng)至所述燃料電池組件時(shí)(12)，接收和保留所述第一反應(yīng)試劑的一部分和水，并且當(dāng)切斷所述第一反應(yīng)試劑至所述燃料電池組件(12)的供應(yīng)時(shí)，使所述第一容器(34)中的所述第一反應(yīng)試劑經(jīng)由所述第一出口(26)返回至所述燃料電池組件(12)。
【IPC分類】H01M8-04
【公開號】CN104541398
【申請?zhí)枴緾N201280073515
【發(fā)明人】韓明, 陳毅豪, 陳云中
【申請人】淡馬錫理工學(xué)院
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2012年3月30日
【公告號】US20150056532, WO2013147703A1