防止压力不平衡的燃料电池

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月21日提交的美国临时专利申请号62/720,400和于2018年12月21日提交的美国临时专利申请号62/784,210的优先权，这两个申请通过引用整体结合于此。

技术领域

本申请总体上涉及燃料电池系统领域，并且更具体地，涉及防止燃料电池的阳极和阴极之间的压力不平衡的系统。

背景技术

在常规燃料电池系统中，当包括阳极排气处理系统时，通常结合阳极鼓风机来提供从燃料电池的阳极到阴极的压力平衡。压力平衡意味着阳极压力几乎与阴极压力相同，到几英寸水柱差以内的程度。在系统操作中存在扰乱期间，例如当燃料电池功率输出快速增加或减少时，压力不平衡由燃料电池阳极排气的体积流量方面的瞬时减少或增加引起。而且，阳极鼓风机通常需要几秒钟来降低速度或增加速度，以补偿阳极排气流量方面的这种增加或减少。在此延迟期间，相对于被吸入到阳极鼓风机中的流量，供应到阳极鼓风机的阳极排气的流量或者不足(在功率降低的情况下)或者太大(在功率增加的情况下)。流量方面的突发性差异导致阳极压力相对于阴极压力的降低或增加(即阳极欠压或阳极过压)。阳极欠压或过压可能足够严重以导致对燃料电池的损坏，通常通过损坏燃料电池歧管和/或燃料电池歧管密封件导致的。

在一些燃料电池歧管设计中，大于-7英寸水柱压力(iwc)(即，相比于其更负)的阳极欠压(被测量为阳极和阴极之间的压差)被认为潜在地损坏燃料电池。大于-10iwc的欠压被认为可能导致燃料电池损坏。大于-15iwc的阳极欠压被认为非常可能导致燃料电池损坏。燃料电池损坏可能仅限于燃料电池歧管和歧管密封件的损坏。在阳极欠压的情况下，更严重的损坏可能由歧管塌陷导致，从而导致燃料电池的附加部件(例如，内部燃料递送系统)的机械损坏，或者可能以其他方式损坏电池(例如，电池的电短路)。修复由于欠压导致的损坏可能非常昂贵，有时会超过燃料电池本身的价值。

类似于欠压，阳极过压可能损坏燃料电池系统。当燃料电池功率输出突然增加时可能发生过压，从而导致阳极排气体积流量方面的、超过阳极鼓风机中的补偿速度增加的相对应的增加。阳极过压的其他原因是燃料电池处于稳定操作时的鼓风机故障或阳极排气管线中的阀门故障。附加地，如果存在进入燃料电池阳极的错误地很高的流量(例如，过高的氮气吹扫)，则在燃料电池发电装置关闭并且燃料电池阳极被阻断以通过排出管线进行受控吹扫时，可能会发生阳极过压。

大于+7iwc(相比于其更正)的阳极过压被认为潜在地损坏燃料电池歧管衬垫。大于+10iwc的过压被认为可能导致损坏，并且大于+15iwc的过压被认为非常可能导致损坏。由过压导致的损坏通常包括吹出歧管衬垫材料。

在具有围绕阳极鼓风机的再循环管线的燃料电池系统中，限制或完全避免阳极欠压，并且通过回压控制系统(诸如水位调节水封或压差释放阀)排出阳极排气来完全避免阳极过压是有利的。通过防止或限制阳极欠压和阳极过压，可以避免燃料电池损坏和随后昂贵的修理。

发明内容

一个实施例涉及一种包括燃料电池的燃料电池系统。燃料电池包括阳极，该阳极具有被构造为接收阳极进给气体的阳极入口和被构造为输出阳极排气的阳极出口。燃料电池进一步包括具有阴极入口和阴极出口的阴极。该燃料电池系统进一步包括阳极鼓风机，该阳极鼓风机被构造为接收阳极排气并输出更高压的阳极排气。该燃料电池系统进一步包括鼓风机再循环管线，该鼓风机再循环管线被构造为在阳极鼓风机的下游接收更高压的阳极排气的一部分，并在阳极鼓风机的上游(优选地在阳极排气处理装备的上游)输出更高压的阳极排气的该部分。该燃料电池系统进一步包括设置在鼓风机再循环管线中的第一阀，该第一阀被构造为当燃料电池的阳极欠压时打开，从而保护该燃料电池系统免受阳极过压和欠压。

一个实施例涉及一种包括燃料电池的燃料电池系统。燃料电池包括阳极，该阳极具有被构造为接收阳极进给气体的阳极入口和被构造为输出阳极排气的阳极出口。燃料电池进一步包括具有阴极入口和阴极出口的阴极。该燃料电池系统进一步包括阳极鼓风机，该阳极鼓风机被构造为接收阳极排气并输出更高压的阳极排气。该燃料电池系统进一步包括鼓风机再循环管线，该鼓风机再循环管线被构造为在阳极鼓风机的下游接收更高压的阳极排气的一部分，并在阳极鼓风机的上游(优选地在阳极排气处理装备的上游)输出更高压的阳极排气的该部分。该燃料电池系统进一步包括控制系统和设置在鼓风机再循环管线中的第一阀，该第一阀被构造为当第一阀接收到来自控制系统的信号时打开以避免阳极欠压。

一个实施例涉及一种包括燃料电池的燃料电池系统。燃料电池包括阳极，该阳极具有被构造为接收阳极进给气体的阳极入口和被构造为输出阳极排气的阳极出口。燃料电池进一步包括具有阴极入口和阴极出口的阴极。该燃料电池系统进一步包括阳极鼓风机，该阳极鼓风机被构造为接收阳极排气并输出更高压的阳极排气。该燃料电池系统进一步包括鼓风机再循环管线，该鼓风机再循环管线被构造为在阳极鼓风机的下游接收更高压的阳极排气的一部分，并在阳极鼓风机的上游输出更高压的阳极排气的该部分。该燃料电池系统进一步包括设置在鼓风机再循环管线中的第一阀，该第一阀被构造为当燃料电池的阳极欠压时打开，从而保护燃料电池免受阳极欠压。该燃料电池系统可以进一步包括控制系统，该控制系统被构造为向第一阀发送信号，使得当燃料电池阳极欠压时使第一阀打开。系统进一步包括水位调节水封，该水位调节水封通过使其水位由阴极入口压力调节来限制燃料电池阳极压力，从而通过将过量的阳极排气气体排出到大气同时在鼓风机不能保持期望的阳极到阴极压差时的扰乱期间保持期望的阳极压力来保护该燃料电池系统免受阳极过压。

另一实施例涉及一种包括燃料电池的燃料电池系统。燃料电池包括阳极，该阳极具有被构造为接收阳极进给气体的阳极入口和被构造为输出阳极排气的阳极出口。燃料电池进一步包括具有阴极入口和阴极出口的阴极。该燃料电池系统进一步包括阳极鼓风机，该阳极鼓风机被构造为接收阳极排气并输出更高压的阳极排气。该燃料电池系统进一步包括鼓风机再循环管线，该鼓风机再循环管线被构造为在阳极鼓风机的下游接收更高压的阳极排气的一部分，并在阳极鼓风机的上游输出更高压的阳极排气的该部分。该燃料电池系统进一步包括设置在鼓风机再循环管线中的第一阀，该第一阀被构造为当燃料电池的阳极欠压时打开，从而保护燃料电池免受阳极欠压。该燃料电池系统可以进一步包括控制系统，该控制系统被构造为向第一阀发送信号，使得当燃料电池阳极欠压时使第一阀打开。系统进一步包括压差调节器，用于通过将过量的阳极排气气体排出到大气同时在鼓风机不能保持期望的阳极到阴极压差时的扰乱期间保持期望的阳极压力来保持相对于阴极入口压力的阳极出口压力，从而保护燃料电池免受阳极过压。

另一实施例涉及一种控制燃料电池系统中的压力的方法，包括：在阳极入口处接收阳极进给气体；在阴极入口处接收阴极进给气体；以及从阳极出口输出阳极排气。该方法进一步包括：测量阳极入口或阳极出口中的一个处的第一压力；测量阴极入口处的第二压力；以及确定第一压力和第二压力之间的第一压差。该方法进一步包括在鼓风机入口处接收阳极排气，并通过鼓风机速度控制器控制第一压差。该方法进一步包括：以比阳极鼓风机入口处更高的压力从鼓风机出口输出阳极排气；以及在鼓风机再循环管线处接收更高压的阳极排气的至少一部分，该鼓风机再循环管线被构造为在鼓风机入口的上游输出更高压的阳极排气。

燃料电池系统的另一方面涉及：阳极排气管线，该阳极排气管线被构造为接收来自阳极的阳极排气；容器，该容器部分地填充有水；水封落水管，该水封落水管背离阳极排气管线延伸并且具有大致向下延伸到容器中的至少一部分，使得水封落水管出口设置在水中；以及排出口，该排出口在容器中限定在水线上方，该排出口被构造为输出阳极排气。

燃料电池系统的另一方面涉及相对于水封落水管出口的竖直位置限定容器中的水位。水位在水封落水管出口处提供水封压力，使得当第一压差大于水封压力时，阳极排气通过排出口输出。

燃料电池系统的另一方面涉及：阳极排气管线，该阳极排气管线被构造为接收来自阳极的阳极排气；释压管线，该释压管线从阳极排气管线延伸；以及释压阀，该释压阀设置在释压管线上并被构造为排出阳极排气。

燃料电池系统的另一方面涉及设置在释压阀上游的释压管线周围的散热器，该散热器被构造为从阳极排气吸收热量。

附图说明

图1是其阳极到阴极的压差由阳极增压鼓风机的速度控制而没有阳极欠压保护系统或阳极过压保护系统的燃料电池系统的示意图。

图2是根据示例性实施例的类似于图1中示出的燃料电池系统的示意图，其中添加了压力保护系统以避免阳极欠压和阳极过压。

图3是根据示例性实施例的回压控制系统的一个示例性实施例的示意图，该回压控制系统包括用于燃料电池系统的水位调节水封装置，该水位调节水封装置被构造为在燃料电池系统的操作中的扰乱期间接收阳极排气气体并将其排出到大气，以避免阳极过压。

图4是根据另一示例性实施例的回压控制系统的另一实施例的示意图，该回压控制系统包括压差调节阀装置，该压差调节阀装置被构造为在燃料电池系统的操作中的扰乱期间接收阳极排气气体并将其排出到大气，以避免阳极过压。

图5是根据进一步的示例性实施例的图4中示出的压差调节阀装置的变型的示意图，该压差调节阀装置被构造为在燃料电池系统的操作中的扰乱期间接收阳极排气气体并将其排出到大气，以避免阳极过压。

图6是根据示例性实施例的具有压力涌动保护系统的燃料电池系统的示意图。

图7是根据另一示例性实施例的具有压力涌动保护系统的燃料电池系统的示意图。

图8是示出没有来自压力涌动保护系统的保护的燃料电池系统中的压力涌动的曲线图。

图9是示出具有来自压力涌动保护系统的保护的燃料电池系统中的压力涌动的曲线图。

具体实施方式

总体上参考附图，根据各种示例性实施例示出了燃料电池系统。燃料电池系统包括燃料电池和阳极排气处理系统，该阳极排气处理系统用于处理或转换由燃料电池输出的阳极排气，以便在燃料电池系统的其他部分中使用或以便输出。燃料电池系统包括阳极鼓风机，该阳极鼓风机被构造为通过阳极鼓风机速度控制器将燃料电池阳极压力保持为非常类似于燃料电池阴极压力。阳极鼓风机速度控制器测量阳极压力和阴极压力之间的差，并调节鼓风机速度以保持期望的压差。尽管有这种压力控制，但是各种事件可能导致压差超出规格，诸如燃料电池功率输出方面的突然减少或增加、阳极鼓风机故障或阳极排气处理装备中的扰乱，这可能导致燃料电池的损坏。因此，燃料电池系统可以包括燃料电池压力保护系统，该燃料电池压力保护系统被构造为最小化或消除燃料电池阳极和燃料电池阴极之间的压力不平衡，如下面将更详细描述的那样。

燃料电池系统包括阳极鼓风机(例如，增压鼓风机、压缩机等)，该阳极鼓风机被构造为在燃料电池中在阳极和阴极之间提供压力平衡。具体地，阳极鼓风机抵消阳极排气处理系统的添加的压降和/或将经处理的阳极排气推到更高压的区域，以便进一步处理或用于更高压的燃料电池。例如，在高效燃料电池系统(例如，具有直接燃料电池(“DFC”)的燃料电池系统)中，来自第一(例如，顶部)燃料电池的阳极排气被冷却以冷凝并从阳极排气流中移除大量的水。然后，经处理的阳极排气被进给到阳极鼓风机，以迫使气流进入第二(例如，底部)燃料电池，从而以比第一燃料电池更高的压力操作。在燃料电池系统中还可能需要阳极鼓风机用于碳捕获(例如，从阳极排气中收集二氧化碳)或氢气捕获(例如，从阳极排气中收集氢气)，以克服系统特有的阳极排气气体处理的压降，并将阳极排气送到更高压的子系统。

现在参考图1，燃料电池系统100以基线构型示出，没有具体实施例，其中燃料电池阳极入口108或燃料电池阳极出口110处的压力被阳极鼓风机124控制为类似于阴极入口112处的压力。燃料电池系统100包括具有阳极104和阴极106的燃料电池102。阳极104包括被构造为接收阳极进给气体的阳极入口108和被构造为输出阳极排气的阳极出口110。阳极入口压力P

阴极106包括被构造为接收阴极进给气体的阴极入口112和被构造为输出阴极排气的阴极出口114。阴极入口压力P

第一压差变送器116测量阳极入口压力P

在阳极排气从阳极104输出之后，其通过阳极出口歧管110被进给到阳极排气管线121(例如，导管)到处理系统122，该处理系统被构造为通过反应或隔离阳极排气中的某些成分(例如，副产物)来处理阳极排气。例如，处理系统122可以使阳极排气中的一氧化碳和水蒸气反应以形成附加氢气，并且处理系统122可以从阳极排气中隔离并分离地输出水、二氧化碳或氢气中的至少一种，同时冷却阳极排气。处理系统122然后输出经处理的阳极排气(即，经处理的流)。

燃料电池系统100进一步包括具有鼓风机入口126和鼓风机出口128的阳极鼓风机124。阳极鼓风机124被构造为在鼓风机入口126接收经处理的流。阳极鼓风机124压缩经处理的流，从而增加从鼓风机出口128输出的经处理的流的压力(即，更高压的阳极排气)。鼓风机入口压力P

速度控制器130控制阳极鼓风机124的速度，并且连接到控制系统120，使得可以基于在第一压差变送器116和/或第二压差变送器118处进行的测量来控制阳极鼓风机124。

回压控制系统

现在参考图2，根据另一实施例，燃料电池系统200包括至少一个阳极欠压保护系统234和至少一个阳极过压保护系统(或回压控制系统)236。阳极欠压保护系统234被构造为防止燃料电池202中的过度的阳极欠压涌动(例如可能由阳极出口体积流量方面的、不能由阳极鼓风机224的速度方面的变化立即满足的突然降低引起)。

仍然参考图2，阳极欠压保护系统234包括鼓风机再循环管线246。鼓风机再循环管线246将鼓风机出口228下游的燃料电池系统200的一部分流体连接到鼓风机入口226上游的燃料电池系统200的一部分(例如，在燃料电池阳极出口210和鼓风机入口226之间)。鼓风机再循环管线246被构造为将来自鼓风机出口228的较高压的经处理的流的至少一部分传递回鼓风机入口226处的较低压的流，从而增加阳极出口歧管210处的压力，以减少或消除阳极欠压。虽然图2示出了鼓风机再循环管线246连接到燃料电池阳极排出管线221中的阳极出口210和处理系统222之间的燃料电池系统200的一部分，但是根据其他示例性实施例，鼓风机再循环管线246可以连接到处理系统222或处理系统222内的任何中间点下游的燃料电池系统200的一部分。

鼓风机再循环管线246包括沿着鼓风机再循环管线246串联连接的第一阀248和第二阀250。第一阀248是连接到控制系统220的自动阀，并且保持在关闭位置，直到其接收到打开命令。当燃料电池系统200具有阳极欠压时，第一压差变送器216或第二压差变送器218中的至少一个向控制系统220发送燃料电池系统200处于阳极欠压状态的信号。控制系统220然后向第一阀248发送信号以打开，此时第一阀248从关闭位置移动到打开位置。根据示例性实施例，第一阀248可以被构造为从接收来自控制系统220的信号起在大约200毫秒内打开。根据另一示例性实施例，第一阀248可以被构造为从第一次检测到燃料电池系统200中的阳极欠压状况发生起在大约200毫秒内打开。例如，阀248可以在感测到第一压差P

第二阀250是压力控制阀，其被构造为限制通过鼓风机再循环管线246并在阳极排出管线221处接收的经处理的流的流动，使得打开第一阀248对阳极欠压的影响可以通过根据燃料电池系统200操作条件预设第二阀250的打开(例如，以预定的打开)来控制。例如，当第一阀248打开时，较高压的经处理的流通过鼓风机再循环管线246再循环到鼓风机224上游的位置，这可能导致燃料电池202上的过压(例如回压)。第二阀250控制鼓风机再循环管线246中的体积流量，以便在第一阀248打开时限制燃料电池202上的过压。根据示例性实施例，第二阀250可以是预设的手动阀、孔口、被构造为基于燃料电池202的功率输出改变其位置(例如，打开或关闭的百分比)的自动阀或其他合适的阀。尽管图2示出了设置在第一阀248下游的第二阀250，但是根据另一示例性实施例，第二阀250可以设置在第一阀248上游。

第三压差变送器232测量鼓风机出口压力P

在打开第一阀248以避免阳极欠压之后，第一阀248必须再次关闭，使得阳极鼓风机224可以恢复对第一压差P

虽然图1和图2示出了设置在燃料电池(102，202)和阳极鼓风机(124，224)之间的处理系统(122，222)，但是根据其他示例性实施例，处理系统(122，222)可以设置在阳极鼓风机(124，224)的下游，使得阳极鼓风机(124，224)从阳极(104，204)直接接收阳极排气，而不是经处理的阳极排气。

再次参考图2，除了阳极欠压保护系统234之外，燃料电池系统200还包括至少一个回压控制系统(即阳极过压保护系统)236。回压控制系统236通过阴极气体管线309连接到处于阴极输入压力(P

现在参考图3，用于燃料电池系统的回压控制系统的示例性实施例包括水位调节水封装置(即水封)300，其限制第一系统压力(例如，燃料电池阳极出口压力，P

仍然参考图3，水封300包括容纳水304的水封罐302和水封落水管306。水封落水管306具有连接到阳极排气管线(例如，图2的221)并且因此感测第一系统压力(例如，燃料电池阳极出口压力P

水封罐302通过水管线320流体连接到贮存罐322，该贮存罐通过管线309连接到第二系统压力(例如，燃料电池阴极压力P

贮存罐322在直径方面比水封罐302更大，并且因此具有更大的横截面积(水封落水管306的横截面积更小)，使得第二系统压力的变化主要影响水封罐302中的水位。选择流体横截面积的比率以随着阴极压力改变可预测地使水封水位314变化。随着阴极压力增加，水封水位314的增加量与贮存罐水位326的减少量乘以横截面积的比率同样多。例如，如果贮存罐322的横截面积是水封罐302的5倍(水封落水管306更小)，那么水封水位314对于贮存罐水位326的每1英寸的减少增加5英寸。因为水封罐302通向大气，所以一个罐和另一罐之间的水高度差总是等于阴极压力，如通过连接到燃料电池阴极入口管线212(图2)的管线309感测的。尽管横截面积的比率不需要限于任何特定的范围，但是通常有利的是使贮存器322和水封罐302(水封落水管306更小)之间的横截面积的比率等于大约3比6以控制在各种操作条件下水封314中水位变化的影响。表1示出了水封300如何在燃料电池操作的整个范围内保持水封罐302中的保护水位。在这方面，水封300充当压差排出口。

表1：当贮存罐/WS罐截面积比等于3.21时水位调节水封中的水位和保护水位

仍然参考图3，水封300可以包括附加的可选特征以将水封300内水的体积保持在期望的范围内。水封300以固定体积的水进行操作，该水可以在贮存罐322和水封罐302之间快速传递。然而，由于通过水封落水管306到阳极气体的连接，水可能积聚在水封300中，该阳极气体具有高露点，从而导致水逐渐凝结在水封罐302中。因此，偶尔可以通过水位控制子组件332将水从水封罐302中移除。水位控制子组件332可以包括由水位控制器333控制的水位变送器336和水位控制泵338。水位控制泵338通过水管334流体连接到水封罐302。在所有操作条件下，水位变送器336基于阴极入口压力P

如图3所示，水封300可以包括附加的可选特征。例如，可以在水封罐302的顶部330和大气排出口312之间插入分离区328。分离区328具有比水封罐302更大的横截面积，以允许排出高阳极排气流量而不夹带水。分离区328由此允许水封装置300在更大范围的操作扰乱内保护燃料电池系统。

现在参考图4，用于燃料电池系统的回压控制系统的另一示例性实施例包括回压控制阀或压差调节器装置400，其可以执行与水封300(图3)相同的功能。压差调节器装置400包括控制阀402和致动器404，以保持阳极到阴极的压差。在这个示例性实施例中，压差调节器装置400不与鼓风机224(图2)串联。相反，它通过阀402通向大气。因为在扰乱期间流量变化非常快，所以阀402必须是快速作用的(例如，优选地以200毫秒的量级操作)以保护燃料电池。在可能由高阳极到阴极压差引起的紧急关闭期间，阀402打开，从而通过排出管线410将阳极排气气体排出到大气。因为阴极入口压力和阳极压力在正常操作期间非常相似，所以根据阀的类型存在阀402泄漏到大气中的可能性。为了防止这种潜在的泄漏，在正常操作期间，可以添加快速作用阀408来防止阳极排气气体排出到大气。在任何关闭(包括由高阳极压力引起的关闭)期间，阀408将快速打开。

仍然参考图4，在扰乱期间，控制阀402和致动器404保持阳极出口压力大约等于阴极入口压力。在正常操作期间，阴极入口212(图2)连接到阴极感测线309，该阴极感测线连接到阀门致动器404的第一区405。同时，阳极出口210(图2)连接到阳极感测线416，该阳极感测线连接到致动器404的第二区406。当P

如图4所示，压差调节器装置400可以包括附加的可选特征。例如，流量开关418可以包括在控制阀402的下游，以在阀408故障时通知操作员。流量开关418优选地位于管线中的较高点，靠近阳极排气管线221。优选地，流量开关418在控制阀402的下游，以允许更容易地对阀402进行维护。

现在参考图5，由于期望的低压差，在正常操作期间，尤其是当如图4和图5所示使用被动控制系统时，可能存在通过阀502泄漏的可能性。在这种情况下，快速作用阀508可以可选地包括在阳极压力管线516到回压调节阀502之间，带有小的排出管线或压力均衡管线520并且每当单元关闭时立即打开。这在正常操作期间保持调节阀502上的高压差，以防止泄漏。

仍然参考图5，回压控制系统的另一示例性实施例是压差调节器装置500，其中压差调节器装置500不与鼓风机224(图2)串联。在这个示例性实施例中，阀508可以位于阳极出口210(图2)和阀致动器504的第二区506之间的阳极感测管线516上。来自阀致动器504的第二区506的小压力均衡管线520布线在阀502的下游。附加地，阳极传感管线516相对于压力均衡管线520应该足够大，使得通过压力均衡管线520的阳极排气气体流不足以影响致动器504上的压力。

在正常操作期间，阀508关闭，使得调节器致动器504的第二区506中的压力为零，并且阀502由于致动器504的第一区505中的阴极入口气体的压力而被关闭。在紧急关闭期间，阀508向阳极传感管线516打开，使得施加在致动器504的第二区506内的压力等于阳极输出压力P

仍然参考图5，当阀508打开时(例如，在扰乱期间)，控制阀502和致动器504保持阳极出口压力大约等于阴极入口压力。阴极入口212(图2)连接到阴极感测线309，该阴极感测线连接到阀门致动器504的第一区505。同时，阳极出口210(图2)连接到阳极感测线516，该阳极感测线连接到致动器504的第二区506。当P

仍然参考图5，附加的可选特征可以包括在压差调节器装置500中。小电磁阀(未示出)可以放置在压力均衡管线520中，并且被构造为在ESD期间自动关闭。流量开关518也可以包括在控制阀502的下游，以在阀508故障时通知操作员。流量开关518优选地位于管线中的较高点，靠近阳极排气管线221。优选地，流量开关518在控制阀502的下游，以允许更容易地对阀502进行维护。

虽然图4和图5示出了被动回压调节阀402、502，其中阀致动器404、504由到阴极入口和阳极出口的压力连接直接控制，但是在其他实施例中(未示出)，压力控制可以通过电子控制系统，只要电子控制系统不延迟关闭期间所需的阀402、502的快速作用。

压力涌动保护系统

现在参考图6，在另一实施例中，燃料电池系统600包括压力涌动保护系统634。压力涌动保护系统634被构造为防止燃料电池602中由阳极出口体积流量方面的、不能由阳极鼓风机624的速度方面的变化立即满足的突然变化导致的过度压力涌动。压力涌动保护系统634包括水封636，该水封具有部分地填充有水或其他合适液体的容器638(例如，贮存器)。水封落水管640(例如，管道、管线、导管等)具有流体连接到阳极排气管线621的起点，并在与阳极排气管线621相对的端部处限定水封落水管出口642。水封落水管640通常从阳极排气管线621向上延伸并且然后大致向下延伸到容器638中，使得水封落水管出口642设置在水中，从而形成具有水封的气锁。在这种构型中，阳极排气可以从阳极排气管线621、通过容器638中的水通过排出口644排放到大气或其他位置。排出口644可以被限定在容器638的上部部分中，并被构造为输出来自燃料电池系统600的阳极排气。例如，排出口638可以将阳极排气输出到大气，或者可以流体连接到被构造为捕获和存储排出的阳极排气的另一系统。排出口644还可以被构造为允许水面上方的空气保持大气压力，使得容器638在其中接收阳极排气时在压力方面不会增加。

容器638可以填充水到期望水位，该水位从水封落水管出口642竖直测量。水可以被添加到容器638中或从该容器排流，以控制在水封落水管出口642处测量的水封压力P

仍然参考图6，压力涌动保护系统634包括鼓风机再循环管线646。鼓风机再循环管线646将鼓风机出口628下游的燃料电池系统600的一部分流体连接到鼓风机入口626上游的燃料电池系统600的一部分(例如，在处理系统622和鼓风机入口626之间)。鼓风机再循环管线646被构造为将来自鼓风机出口628的较高压的经处理的流的至少一部分传递回鼓风机入口626处的较低压的流，从而增加阳极出口歧管610处的压力，以减少或消除阳极欠压。

鼓风机再循环管线646包括沿着鼓风机再循环管线646串联连接的第一阀648和第二阀650。第一阀648是连接到控制系统620的自动阀，并且保持在关闭位置，直到其接收到打开命令。当燃料电池系统600具有阳极欠压时，第一压差变送器616或第二压差变送器618中的至少一个向控制系统620发送燃料电池系统600处于阳极欠压状态的信号。控制系统620然后向第一阀648发送信号以打开，此时第一阀648从关闭位置移动到打开位置。根据示例性实施例，第一阀648可以被构造为从接收来自控制系统620的信号起在大约200毫秒内打开。根据另一示例性实施例，第一阀648可以被构造为从第一次检测到燃料电池系统600中的阳极欠压状况发生起在大约200毫秒内打开。例如，阀648可以在感测到第一压差P

第二阀650是压力控制阀，其被构造为限制通过鼓风机再循环管线646并在鼓风机入口626处接收的经处理的流的流动，使得打开第一阀648对阳极欠压的影响可以通过预设第二阀650的打开(例如，在预定压力下)来控制。例如，当第一阀648打开时，较高压的经处理的流通过鼓风机再循环管线646再循环到鼓风机624上游的位置，这可能导致燃料电池602上的过压(例如回压)并因此导致阳极排气气体通过水封排出口644过度排出。第二阀650控制鼓风机再循环管线646中的体积流量，以便在第一阀648打开时限制燃料电池602上的过压。应当注意，即使第二阀650处于完全打开的位置并且发生燃料电池602的轻微过压，水封636的存在也将燃料电池602上的过压量限制在可能导致损坏的阈值以下。根据示例性实施例，第二阀650可以是预设的手动阀、孔口、被构造为基于燃料电池602的功率输出改变其位置(例如，打开或关闭的百分比)的自动阀或其他合适的阀。虽然图6示出了设置在第一阀648下游的第二阀650，但是根据另一示例性实施例，第二阀650可以设置在第一阀648上游。

当第一阀648打开并且从鼓风机出口628输出的较高压的经处理的流再循环回到较低压的鼓风机入口626时，阳极鼓风机624可能不再能够有效地控制阳极604和阴极606之间的第一压差P

在打开第一阀648以避免阳极欠压之后，第一阀648必须再次关闭，使得阳极鼓风机624可以恢复对第一压差P

现在参考图7，燃料电池系统700被示出为具有根据另一示例性实施例的压力涌动保护系统734。代替水封(例如，图6中的636)或者除了水封之外，压力涌动保护系统734包括从阳极排气管线721延伸通过释压管线754的释压阀752。释压阀752通常处于关闭位置，并被设置为在预定压力下打开，使得当阳极排气达到预定压力时，阳极排气基本上以与水封636(图6)中相同的方式从燃料电池系统700瞬时输出。可以选择预定压力来限制由于燃料电池702的阳极过压引起的对燃料电池702的损坏。

因为释压阀752可能对通过其中的短持续时间的高温阳极排气敏感，释压阀752中的热量可以用耦接到释压阀752上游的释压管线754的散热器756进行控制。散热器756包括设置在释压管线754上的填装有金属或其他吸热材料的柱，使得热量可以从阳极排气传递到散热器756。散热器756可以被构造为(例如，尺寸被确定为)从阳极排气中吸收足够的热量，使得阳极排气可以在几秒钟内通过释压阀752(例如，直到燃料电池702的过压被解决)，而不会损坏释压阀752。散热器756然后将热量传递到环境，直到其达到平衡(例如，环境温度)。

温度传感器758可以设置在散热器756和释压阀752之间的释压管线754上。温度传感器758测量在释压阀752处接收的阳极排气气体的温度，并将该温度传输到控制系统720。如果在温度传感器758处测量的温度在长时间内过高(例如，在阈值温度以上)，使得阳极排气可能损坏释压阀752，则控制系统720可以使燃料电池702关闭，以便减少或停止通过释压阀752的阳极排气流。

虽然图6和图7示出了鼓风机再循环管线(646，746)连接到处理系统(622，722)和鼓风机入口(626，726)之间的燃料电池系统(600，700)的一部分，但是根据其他示例性实施例，鼓风机再循环管线(646，746)可以连接到处理系统(622，722)或处理系统(622，722)内的任何中间点上游的燃料电池系统(600，700)的一部分。

虽然图6和图7示出了设置在燃料电池(602，702)和阳极鼓风机(624，724)之间的处理系统(622，722)，但是根据其他示例性实施例，处理系统(622，722)可以设置在阳极鼓风机(624，724)的下游，使得阳极鼓风机(624，724)从阳极(604，704)直接接收阳极排气，而不是经处理的阳极排气。根据其他示例性实施例，水封落水管640(图6)和/或释压管线754(图7)可以设置在处理系统(622，722)的上游或下游，只要水封落水管640和/或释压管线754在阳极鼓风机(624，724)的上游。在这种构型中，保护燃料电池(602，702)免受阳极过压。

现在参考图8，示出了没有压力涌动保护系统634的燃料电池系统的第一压差P

现在参考图9，示出了带有具有如图6所示的构型的压力涌动保护系统634的燃料电池系统的第一压差P

如本文所使用的，术语“大约”、“约”、“基本上”和类似术语旨在具有与本公开主题所属领域的普通技术人员的普遍和公认的用法相一致的广泛含义。阅读本公开的本领域技术人员应该理解，这些术语旨在允许描述所描述和要求保护的某些特征，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围。因此，这些术语应该被解释为指示所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更被认为在如所附权利要求所述的公开的范围内。

应当注意，本文用于描述各种实施例的术语“示例性”旨在指示这些实施例是可能实施例的可能示例、表示和/或图示(并且这种术语不旨在暗示这些实施例必然是非凡或最高级的示例)。

如本文所用的术语“耦接”、“连接”等意味着两个构件直接或间接地彼此结合。这种接合可以是固定的(例如永久的)或可移动的(例如可移除的或可释放的)。这种接合可以通过两个构件或两个构件和任何附加中间构件彼此一体形成为单个整体来实现，或者通过两个构件或两个构件和任何附加中间构件彼此附接来实现。

本文对元件位置的引用(例如，“顶部”、“底部”、“上面”、“下面”等)仅用于描述图中各种元件的方位。应当注意，根据其他示例性实施例，各种元件的方位可以不同，并且这些变化旨在被本公开所涵盖。

应当理解，尽管已经参考本发明的优选实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员可以想到各种其他实施例和变型，这些实施例和变型在本发明的范围和精神内，并且这些其他实施例和变型旨在由相对应的权利要求覆盖。本领域技术人员将容易理解，在不实质性脱离本文描述的主题的新颖教导和优点的情况下，许多修改是可能的(例如，各种元件的尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料使用、方位等的变化)。例如，根据替代性实施例，任何过程或方法步骤的顺序或次序可以改变或重新排序。在不脱离本公开的范围的情况下，还可以在各种示例性实施例的设计、操作条件和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。