燃料电池系统和监测阳极中的氢浓度并利用富氢气体吹扫阳极的方法

摘要

一种燃料电池堆，包括：具有第一燃料气体流路的第一电池；和具有第二燃料气体流路的第二电池，所述第二燃料气体流路构建为具有特定的流路结构，与所述第一燃料气体流路的电位相比，所述特定的流路结构在发电期间因燃料气体的浓度降低而具有较高的电位。传感器位于第二电池上，以检测发电期间燃料气体的浓度降低。在一个示例性结构中，在第二电池的阳极隔离器上形成的作为第二燃料气体流路的槽具有使流动通道的截面积变小的限制元件。氢浓度传感器位于限制元件下游的具有较低压力水平的未变小区域中。杂质气体排放控制响应于通过氢浓度传感器检测的氢浓度降低至或低于预设参考水平将阳极废气排出燃料电池堆。本发明的这种布置在阳极闭端型燃料电池系统中使得能够有效使用燃料气体，并且防止燃料电池堆的膜电极组合件因碳氧化而劣化。

主权项

一种燃料电池，所述燃料电池具有多个电池的堆叠结构，其中所述电池的每一个具有膜电极组合件，所述膜电极组合件是通过使阳极经过电解质膜与阴极形成为整体而获得的并且插在一对隔离器之间，所述燃料电池包括：将供给的燃料气体分配到所述各个电池的阳极的燃料气体供给歧管；和阳极废气排放歧管，所述阳极废气排放歧管将来自所述各个电池的阳极的包含未消耗的燃料气体的阳极废气流收集为所述阳极废气的集合流，并将所述阳极废气的所述集合流排出所述燃料电池，每个所述电池具有燃料气体流路，所述燃料气体流路使由所述燃料气体供给歧管供给的所述燃料气体沿所述阳极的表面流动，并且使所述阳极废气流入所述阳极废气排放歧管中，所述多个电池包括：具有第一燃料气体流路的第一电池；和具有第二燃料气体流路的第二电池，所述第二燃料气体流路构建为具有特定的流路结构，与所述第一燃料气体流路的电位相比，所述特定的流路结构在发电期间因在至少部分区域中所述燃料气体的浓度降低而具有较高电位，其中所述第二电池设置有传感器，所述传感器测量与所述第二燃料气体流路中的所述燃料气体的浓度降低相关的特定参数值，其中所述第二燃料气体流路的所述特定的流路结构包括：使部分所述第二燃料气体流路中的流动通道的截面面积变小的限制元件；和除了所述限制元件之外的非变小区域，所述限制元件下游的所述非变小区域的特定部分的压力比所述第一燃料气体流路中的压力低，和所述传感器位于所述限制元件下游的所述非变小区域的所述特定部分中，其中所述特定参数值包括所述燃料气体的浓度和除所述燃料气体之外的预定气体的浓度中的至少任一种、所述限制元件下游的所述阳极或所述阴极的局部电位、或所述第二电池的开路电压。