权利要求

碱燃料电池系统技术领域本发明涉及碱性燃料电池，并且尤其涉及用于控制碱性燃料电池 堆栈及其相关外围设备以某种方式操作的系统，以便在燃并十电池的大部分负载状态下实现高功率，同时确保特别是包括电极结构在内的燃 料电池堆栈的各种部件的较小耗损。本发明提供新颖的气流控制以及 气流再循环系统，以及新颖的电解液流动系统，由此可以减小燃料电 池结构的物理高度。背景技术自从20世纪初，石威性燃料电池至少已经以不成熟的形式公知。实 际上，由于纟皮NASA使用，碱性燃料电池至少已经取得有限的成功和 认同，尤其是从阿波罗任务（Apollo missions)以后。碱性燃料电池还 被NASA用作航天飞机轨道飞行器（space shuttle Orbiter vehicle )。然 而，由于在此不必详细讨论的各种原因，质子电极膜（PEM)燃料 电池更加商业化得多。另一方面，市场正再一次转向碱性燃料电池，因为它们具有优于 PEM燃料电池的若干特定优点。那些优点包括碱性燃料电池可以在不 必依赖贵金属电极的情况下制造的事实；以及电解液是碱性的而不是 酸性的事实，这导致更好的电化学特性以及一般比PEM燃料电池更宽 的操作温度。典型的碱性燃料电池系统不仅包括碱性燃料电池堆栈，还包括相 当大量的其它相关机载外围设备，例如泵、分离器以及类似设备。当 然，主要部件是燃料气体以及氧化剂气体所供入并且碱性电解液经其 流动的碱性燃料电池堆栈。在与本发明一致的典型碱性燃坤牛电池中，燃料气体可以氬，但它还可以例如是曱醇蒸汽。通常，氧化剂气体最 好是空气，但它还可以是氧或富氧空气。在燃料电池堆栈中的电解液可以是静态的或固定不动的，在这种情况下不需要附加的管件（plumbing)，例如电解液罐以及电解液泵。 然而，电解液通常循环通过碱性燃料电池堆栈。典型的燃料电池系统包括许多与具有嵌入式微型计算机的电子控 制系统关联操作的传感器，从而可以观察和控制关于燃料电池系统的 操作参数的各种输入和输出。当然，这些输入和输出包括燃料气体和 氧化剂气体的输入，以及当循环通过燃料电池堆栈时的电解液流。此 外，那些参数以及其它参数（例如燃料电池堆栈的操作温度）可以随 附在许多参数上，包括终端电压并且特别是从燃料电池堆栈引出的电 流以及燃料气体和氧化剂气体以及流经燃料电池堆栈的电解液的压 力，电解液在电解液罐中的层位，等等。然而，要控制经过本发明特别针对的碱性燃料电池堆栈的氧化剂 气体流和电解液流（当它循环通过燃料电池堆栈时）。因此，本发明 针对一种例如其中到达碱性燃料电池堆栈的氧化剂气体流正比于从石成 性燃料电池堆栈引出的电流量变化的碱性燃料电池系统。然而，甚至 在零负载状态下，将存在经过燃料电池堆栈的最小氧化剂气体流。本发明的另 一方面要提供经过碱性燃料电池堆栈的可控氧化剂气 体流，由此将从碱性燃料电池堆栈排出的一部分氧化剂气体返回到燃 料电池堆栈。这样具有随着氧化剂气体进入燃料电池堆栈增加其湿度 和温度的有益效果。如下文所提到的，这些特征将在不需要时减少经过燃料电池堆栈 的气流，由此减少二氧化碳涤气器（scrubber)的耗损；以及特别是在 部分负载状态下，可以防止水的过渡损失以及^s威性燃料电池堆栈的过 渡冷却。应当注意，碱性燃料电池堆栈的结构并且特别是其电极超出本发 明的范围。实际上，在受让给同一受让人的发明人名字相同的共未决 申请中教导了特定电极结构。本发明的目的或者本描述都不是为了提供在典型的燃料电池系统中发现的许多公知外围部件，除了它们可以 由电子控制系统控制，或者除了它们可以由其它相似操作部件或具有 与操作操作结果类似的部件代替。本发明相当令人惊讶地发现可以通过以除了在非常低负载状态下 输送到燃料电池堆栈的氧化剂气体正比于从其引出的电流量变化的方 式控制经过碱性燃料电池堆栈的氧化剂气体输送的简单手段实现碱性 电池系统的更高效率以及更低耗损。通过将从碱性燃料电池堆栈排出 的 一部分氧化剂气体再循环到碱性燃料电池堆栈内的附加特征增强这 种情况，以便减少对燃料电池堆栈电极的湿度和温度冲击，否则这种 沖击将作为输送干燥的外界冷空气的结果而出现。本发明还发现通过在返回电解液罐的电解液的电解液流动线路中 提供背压阀，可以减小整个燃料电池包装的物理高度，同时緩解气体经碱性液体堆栈的多孔电极摄入电解液流（stream)的问题。如所提到 的，通过确保返回电解液在堆栈出口的压力足够高于外界压力（通常 在5cm至20cm水柱的范围内）可以实现这种情况。发明内容根据本发明的一个方面，提供一种用于向负载输送电能的碱性燃 料电池系统，其中燃料电池系统包括碱性燃料电池堆栈、燃料气体源、 氧化剂气体的氧化剂气体泵、电解液、辅助储电装置以及电子控制器。根据本发明，氧化剂气体泵由电子控制器控制以便向碱性燃料电 池堆栈输送氧化剂气体流，该氧化剂气体流在任〗可负载状态下正比于 从碱性燃料电池堆栈引出的电流量变化。然而，在零负载状态下，存在输送到碱性燃料电池堆栈的最小氧 化剂气体流。通常，电解液将循环经过燃料电池，在这种情况下燃料电池系统 将进一步包括所述电解液的电解液罐和电解液泵。本发明的碱性燃料电池系统的特征在于电子控制器具有对应于碱< 性燃料电池堆栈的特定负载状态将来自氧化剂气体泵的氧化剂气体流设置到预定值的超控能力（override capability)。一般来说，在根据本发明的碱性燃料电池系统中，燃料气体是氢， 而氧化剂气体是空气。根据本发明的碱性燃料电池系统的特定特征在于经过系统的氧化 剂气体的流路包括安装在氧化剂气体入口到碱性燃料电池堆栈处的氧 化剂气体再循环器。此外，氧化剂气体再循环器的输入包括从碱性燃 料电池堆栈排出的一部分氧化剂气体。根据本发明的碱性燃料电池系统的另 一特征在于经过系统的电解 液流路包括用于电解液重力返回电解液罐的返回柱（return column )， 其中返回柱顶部的高度与碱性燃料电池堆栈的顶部基本相同。在这种情况下，返回柱顶部由向外界大气开放的排气填充帽封闭。同样，电解液从碱性燃料电池堆栈经过可控背压阀在其顶部附近 返回到返回柱，可控背压阀是通过其将燃料电池堆栈出口处的返回电 解液的压头（pressure head )保持在外界大气压力以上的弹簧加载的安全阀。通常，燃料电池堆栈出口处的返回电解液的压头在高于外界大气压力5cm到20cm水柱的范围内。通常，电解液流经配置成与燃料电池堆栈串联连接的热交换器。 根据本发明的特定教导，氧化剂气体泵可以是选自由叶片泵、凸轮泵以及螺旋泵组成的群组的正排量泵，其中其容积流随泵的驱动速度变化。备选地，氧化剂气体泵可以包括吹风机、导气管以及配置为感应 导气管内气流的流量传感器。在那种情况下，通过电子控制器根据/人 流量传感器接收的信号调整吹风机的速度。更进一步，碱性燃料电池系统可以具有氧化剂气体泵，其包括吹 风机、导气管、导气管内的限流器以及配置为感应限流器两端压力差的差压传感器。在那种情况下，和上文一样通过电子控制器^^艮据^v差 压传感器接收的信号调整吹风机的速度。在如紧上面描述的这种配置中，限流器可以选自由锐孔、喷嘴以 及一定长度的直径小于导气管的管道或管组成的群组。附图说明通过后续附图将更好地了解认为是本发明的结构、组织、使用以 及操作方法的特性的新颖特征及其进一步目的和优点，其中通过实例 说明了本发明目前优选的实施例。然而，很明显地，附图4又出于i兌明 和描述的目的，并不倾向于作对本发明的限制。现在将结合附图通过实例描述本发明的实施例，其中：图1是根据本发明的碱性燃料电池系统的整体概括机械及电示意图；图2显示氧化剂气体的备选可控流动配置的机械示意图； 图3显示电解液返回到返回柱的方式的局部^4成示意图； 图4显示电解液返回到返回柱的备选方式，在某种意义上由此减 小了返回柱的物理高度。具体实施方式通过后续讨论将更好地了解认为是本发明的结构、組织、使用以 及操作方法的特性的新颖特征及其进一步目的和优点。首先转向图1，显示了根据本发明的整体碱性燃料电池系统的简 要概述并标识为10。存在三个独立的流体/气体调整流动线路，即燃料 气体（通常是氢气）的线路、氧化剂气体（通常是空气）的线路以及 碱性电解液（通常是氢氧化钾水溶液）的线路。如下文将看见的，各 流动线路中的各种部件在电子控制器50的控制下运作。为此，要理解 电子控制器50具有嵌入式微处理器以及必需并且本领域技术人员公 知的其它存储器部件等。参照附图和那些部件和电子控制器50的建"i义 终端将理解从那些部件到电子控制器50的各种电连接。当然，要理解，图1所示的关于机械和电连接的整体配置均出于说明和讨论的目 的。燃料电池系统包括几个主要部件以便向负载（未图示）输送电能。它们包括碱性燃料电池堆栈12、电解液罐14、在80处进入石威性燃剩-电池系统的燃料气体源、在82处进入燃料电池系统并且通过氧化剂气 体泵16泵送到系统内的氧化剂气体源、电解液泵20以及其目的将在 下文描述的辅助储电装置54。首先参照燃料气体流动线路，可以看出燃料气体流经截流阀58， 以及随后流经压力调整器60和再循环器62，以便进入碱性燃料电池 堆栈12。要理解，燃料气体源是加压的，并且通常压力调整器60是 降压调整器。在其离开碱性燃料电池堆栈12之后，燃料气体流经由其 从气流中去除过量的流体电解液的旋流分离器40,并且经管线76返 回到电解液罐14。然后，氢气流经冷凝器30，并随后到达另一分离器 64,在其中提取作为发生在碱性燃料电池12内的电化学反应的产物的 水并送到蓄水池68，水从蓄水池68排出碱性燃料电池系统。随后剩 余的燃料气体返回到再循环器62,如先前所描述的，在此与新燃料气 体结合以便输送到碱性燃料电池堆栈12。偶尔存在吹洗燃料气体流动线路的需要，例如当出于维护或其它 目的关闭燃料电池系统时，并且为此提供吹洗阀66和氢纟罙测器70。从燃料气流线路的上面的描述可以看出它是封闭线路。现在转向氧化剂气体流线路，氧化剂气体（通常是空气）在82处 进入碱性燃料电池系统并且流经进气过滤器18，进气过滤器18还可 以起到消音器或消声器的功能。然后，氧化剂气体流经氧化剂气体泵 16，氧化剂气体泵16的责任是为氧化剂气体提供所需推动力以确保其 流经碱性燃料电池系统，以及氧化剂气体从氧化剂气体泵16流经二氧 化碳涤气器28。然后，氧气导向到流出燃料气体经其流动的冷凝器 30,使得经过冷凝器30的燃料气体流被冷却，并且由此凝结其内的 水，与此同时氧化剂气体加温到某种程度。氧化剂气体随后供给到碱< 性燃料的所有堆栈12。本发明的特定特征是提供氧化剂气体再循环器32，下文将描述其目的和结构。在离开碱性燃料电池堆栈12之后，氧化剂气体导向到在其中去除 氧化剂气体流所携带的大部分液体、水和电解液的凝流分离器34，并 然后到达除雾器36。仍残留在氧化剂气体中的任何液体随着它进入除 雾气3而经管线74返回到分离器34,以及随后返回到碱性电解液罐 14。用后的氧化剂气体在38处排出碱性燃料电池系统，在此返回到外 界大气。在电解液流动系统中，可以看出系统也是封闭系统，即使如下文 所描述地向外界开放。碱性电解液从电解液罐14经电解液泵20泵送， 并然后经过过滤器22到达碱性燃料电池堆栈12。在离开燃料电池堆 栈12之后，暖电解液随后供给到热交换器或散热器24，并然后到返 回柱44，液体电解液经其返回到电解液罐14。本发明的特定特征是返回柱44由排气填充帽46封闭的事实；但 更具体是，电解液流经背压阀42,以便随着电解液离开^U生燃料电池 堆栈12而相对大气保持正压力。下文将参照图3和图4具体描述这个 特征。电解液在热交换器24中冷却。在图1中，热交换器显示为在靠近 其出口的位置与碱性燃料电池堆栈串联；但要理解，热交换器可以》文 置在与燃料电池堆栈串联的任何便利位置，例如电解液罐14和燃料电 池堆栈12之间。可以通过从冷却扇26流经热交换器24以便在72处 离开热交换器24的空气控制冷却量，以在。冷却扇26的操作在对应 终端"F"受电子控制器50的控制。同样地，例如截流阀58和吹洗阀66的部件的操作也是在对应终 端"H"和"PV"受电子控制器50的控制。本发明的碱性燃料电池系统设有用于操作者控制和系统监控的前 显示面板56。提供开/关开关52从而可以开始和停止碱性燃料电池系 统10的全部操作。辅助储电装置54 (通常是电池或超大电容器）的 一个目的是向系统提供初始电压和动力，从而可以开启电解液泵20和氧化剂气体泵16,打开截流阀58，以及如果必需则开启和启动（power up)其它外围装置。辅助储电装置54的另一目的是可以在碱性燃料电 池系统的操作过程中在负载广泛变化的情况下和/或如果负载对碱性 燃料电池系统的需求超出其额定能力时作为緩冲电池。为此，并且为 了监控碱性燃料电池堆栈12的终端电压的原因，以及为了使其与辅助 储电装置54并联，在它们之间以及在终端"+V "和"-V"处与电子 控制器50形成连接。显然地，由电子控制器50对电解液泵20的控制在终端"EP"实 现；而由电子控制器50对氧化剂气体泵16的控制在终端"AP"实现。输送到负载的动力通过或者在电子控制器50的控制下有效地输 送，并且在终端"-Vour"和"+V0UT"输送。在石成性燃^F电池系统的 操作过程中，从燃料电池堆栈12引出的电流由电流监控器51持续监 控，电流监控器51瞬时读取从碱性燃料电池堆栈12到负载和/或到辅 助存储装置54的电流"IFC"。电解液罐14中的电解液层位由液位传感器78监控，其具有上限 和下限，并且经终端"LS"与电子控制器50连通。碱性燃料电池系统的操作，并且特别是其有效操作，是本发明的 特定特征的特定产物（artifact),也就是由电子控制器50以在任何负 载状态下到达碱性燃料电池堆栈12的氧化剂气体流正比于从碱性燃 料电池堆栈12引出的电流量变化的方式控制氧化剂气体泵16，除了 在没有电流从碱性燃料电池堆栈12引出时，氧化剂气体流将保持仅为 最大氧化剂气体流的一小部分的最小值，但为正值。换句话说，在没 有负载时，存在相对低的氧化剂气体流经过碱性燃料电池堆栈12,而 在较高负载下，氧化剂燃料流将相应增加。到今这个特征仍不被人所 知。氧化剂气体泵16可以是测定容积泵或正排量泵，例如叶片泵、凸 轮泵或螺旋泵，其中氧化剂气体穿透流直接以这种容积泵驱动的速度 变化。通常，容积泵将输送在广泛限制内不受压头变换影响的可控气 流。使得氧化剂气体流正比于从碱性燃料电池堆栈12引出的电流量变化的另一选项是设有反馈环控制器的吹风机和流量传感器的^f吏用，通 过反^t贵环控制器可以控制吹风机实现相同的效果。下文将4十对图2描 述这个情况。在如图1所示的典型碱性燃料电池系统中，氧化剂气体泵16必须 克服的典型压头仅在10cm到25cm的水柱的数量级。由于空气、典型^头的一部分，并且因此将仅引起氧化剂气体流动率无关紧要的 (pressure head)变化。本发明的目的是以足够的安全系数输送气流Qair，但当氧化剂气 体泵16是直接驱动泵、容积泵、正排量泵时，气流Q感直4妄正比于 输送到氧化剂气体泵16的施加电压，其中输出实际上随施加电压变 化。这样产生了以下关系：Qair=OVair在操作时，燃料电池系统IO是负载跟踪装置。这意味着燃料气体 和氧化剂气体的使用正比于从碱性燃料电池堆栈12引出的电流。这意 味着当最大电流从其引出时，在碱性燃料电池堆栈12中消耗最大量的 燃料气体和氧化剂气体。然而，当没有电流从燃料电池堆栈12引出 时，燃料气体和氧化剂气体的使用趋向于零，但由于系统中出现的寄 生损耗而设置在高于零的小值，寄生损耗主要是出现在碱性燃料电池 堆栈12内的电解液歧管中的寄生电流的结果。出于这个目的，提供发送信号Irc到电子控制器50的电流传感器 51,以使电子控制器50连续和瞬时求解方程式：Vair=A+B'Ifc在上述方程式中，系数A和B编程到电子控制器50的存储器中， 并且选择为使得值A在没有电流从^喊性燃料电池堆栈12引出时确定 气流的最小量，而值B确定空气的化学计量超出量（stoichiometric excess),其通常是所需化学计量值的2到2.5倍。因此，当氧化剂气体泵16是容积泵、正排量泵时，电压VAR持续设定为驱动氧化剂气体泵16。存在需要将容积氧化剂气体泵16的操作电压V感设置为预定 值，例如VfflGH或V,的场合。在那种情况下，预定值将对应于碱性 燃料电池堆栈的特定负载状态，并且在适当时候可以出于产品水管理目的进行设定。通常，电子控制系统50可以将容积氧化剂气体泵16的控制电压设定到VmGH以便通过加快蒸发而高速去除的产品水；或将容积氧化剂气体泵16的操作控制电压设定到丫皿以便有助于从磁< 性燃料电池堆栈12的临时超载恢复。任何用来作为氧化剂气体泵16的容积或正排量泵的确切细节超 出了本发明的范围。如所提到的，可以使用的典型正排量泵可以是叶 片泵、凸轮泵或螺旋泵。可以注意到，当采用凸轮泵时，氧化剂气体 的输送将是脉动气流，而螺旋泵将输送近似连续的气流。凸轮泵的空 气动力学噪音比螺旋泵高，使得如果采用后者可以消除进气消音器18 的使用，但仍然需要采用过滤器。图2显示了用于输送随着从碱性燃料电池堆栈12引出的电流量变 化的可控气流的备选配置。在此，采用吹风机90;但要注意，吹风枳』 并不是正排量装置。实际上，吹风机的气流可以根据其压头显著变化。 因此，不可能和如上文所描述地采用正排量装置时一样依赖于吹风机 卯的施加电压和形成气流之间的关系。在这种情况下，采用流量传感器92以便测量实际气流。在此，电 子控制器50定位在从流量传感器92到吹风机90的反馈环中。实际氧 化剂气体流的值通过电子控制器50与氧化剂气体流的希望值比较，并 且从而调节吹风片几90的速度。采用各种物理原则的流量传感器都可以 采用，并且在图2的示例中，经过氧化剂气体管道91的流感应是通过 在限流器94两端;^丈置差压传感器92并且感应/人点93到点95的压差 来实现。要理解，限流器94可以例如是锐孔、喷嘴或直径小于导气管 91的一定长度的管。使用可变氧化剂气体流的优点是明显的，特别是与通常采用非受 控吹风机的现有技术装置比较时。这些优点包括通过仅使用在任何时 刻所必需的氧化剂气体量，减小了二氧化碳涤气器28，并且实际上是碱性燃料电池堆栈12的内部部件的耗损的事实。此外，如果本申请所描述的碱性燃料电池系统在低于碱性燃料电池堆栈12的最大额定能力的部分负载状态下操作时，仅使用所需数量的流经碱性燃料电池堆栈12的氧化剂气体将排除水的过量损失以及堆栈的过度冷却，从而使 堆栈在使用时更加容易到达其最佳操作温度。现在返回到图1 ，参照氧化剂气体再循环器32及其在氧化剂气体 流线路内的功能。在此，可以看出在33处离开石成性燃料电池堆栈12 的一部分氧化剂气体经管线35返回到再循环器32，而输出氧化剂气 体的剩余部分经管线37流到分离器34。要理解，在33处离开碱性燃 料电池堆栈12的氧化剂气体是暖的并且潮湿的。通过泵随着氧化剂气体离开碱性燃料电池堆栈12而再循环其一 部分是可能的，但本发明使用起到再循环器32功能的注射器。再循环 器32的确切设计超出了本发明的范围；但将要理解，再循环器32在 其进入再循环器32时在管线35端部产生几个厘米水柱数量级的小压 力差，该压力差足以将希望数量的输出氧化剂气体从碱性燃料电池堆 栈12引到再循环器32。这在碱性燃料电池系统的额定功率输出的20% 到120%的范围内特别有效。将一部分输出氧化剂气体从碱性燃料电池堆栈12再循环回再循 环器12增加操作效率和改善碱性燃料电池堆栈12的操作状态的原因 有几个。如先前所描述的，氧化剂气体再循环的一个优点在于降低由 干燥的冷氧化剂气体对碱性燃料电池堆栈12的电极结构的冲击，因此 降低电极的耗损。实际上，已经提到，当燃料电池堆栈内的发生大部 分水蒸发，同时水从阴极被运载到阳极时，氧化剂气体再循环针对石咸 性燃料电池堆栈12的氧或空气阴极的有益效果是明显的。在水反应产 生在阳极时，氧化剂气体再循环的好处稍小一些；但优点在于从燃料 气体流实现水冷凝的事实，并且与首先输送到碱性燃料电池堆栈的压 缩燃料气体的千燥条件相比，再循环有助于将燃料气体的露点提高到 外界温度范围。在后续讨论中，用于确定氧化剂气体再循环量的再循环因数定义 为再循环氧化剂气体流与进气氧化剂气体流量的比率。在空气再循环 因数为1时，当再循环氧化剂气体量等于进气氧化剂气体量时，碱性 燃料电池堆栈12入口处的温度梯度降低了接近一半。湿度影响更加突显，因为空气的含水量（moisture content)随温度增加而接近指数增加。 现在氧化剂气体再循环的好处的一个实例如下：假定氧化剂气体 是空气，并且燃料电池系统的入口 82处的外界空气的露点为15°C。 这转换成含水量是12.8 g/m3。如果空气在碱性燃料电池堆栈12中加温 到排出温度65。C,并且空气湿度饱和，那么它的含水量将是161 g/m3。 如果输出空气随后与新鲜的进气等量混合时，设定再循环因数为1, 那么返回到碱性燃料电池堆栈入口的结果含水量将是（161+12.8) /2， 或86.9g/m3。这转而对应于大约51。C的露点。如果外界空气温度是25。C，那么分别等量混合25°C和65°C的干 燥空气后的结果温度将是（65+25 ) /2，或45。C。由于混合物的露点 超过这个温度，在本实例中，作为混合潮湿或干燥空气的结果，输入 到碱性燃料电池堆栈12的空气稍微过饱和，并且这将因此导致薄雾的 形成。此外，冷凝的热量将进一步增加新鲜空气和再循环空气的混合 物的温度，在碱性燃料电池堆栈12的入口产生十分有利的氧化剂气体 状态。如果在没有再循环的情况下输送到碱性燃料电池堆栈的空气的化 学计量是所需的两倍，那么空气进入碱性燃料电池堆栈时具有21%的 氧，并且在38处离开碱性燃料电池系统时氧消耗了一半，换句话说， 剩余大约10.5%的氧。利用本发明的再循环，相同数量的空气通过石咸 性燃料电池堆栈，具有大约10.5%的氧的相同输出含量。然而，在碱 性燃料电池堆栈12的入口处的引入空气的含氧量，随着它离开再循环 器32,由等量新鲜和再循环空气混合产生，并且因此是（21 + 10.5) /2,或15.75%。对整个碱性燃料电池堆栈12取平均，在没有再循环的 情况下，空气中的平均氧浓度变为（21+10.5)/2,或15.75%;而在再循环的情况下，它变为（15.75+10.5)/2,或13.12%。平均含氧量的 差近似为2.5%。然而，当碱性燃料电池堆栈12的氧化剂气体入口处的有利温度和 潮湿状态相比时，平均含氧量的微小区别是次要结果。最后，参照图3和图4，现在给出返回到电解液罐14的电解液的 控制以及如图4所示的构造的优点的讨论。要理解，在根据本发明的 碱性燃料电池系统的操作过程中，在随电解液流经石威性燃料电池堆栈 12而在电解液中保持正压力是所希望的。通过保持这种正压力，气体 经多孔电极摄入电解液流内的问题得到緩解（如果不能排除的话）。 图3显示了保持正压力的一种方式，其中电解液显示为离开燃料电池 堆栈12,并且导向到碱性燃料电池堆栈12的出口点上方高度Ah处的 返回柱44。应该注意，通常电解液流在碱性燃料电池堆栈内从底部流 到顶部。通过如图3所示配置返回柱44内的点45,并且提供排气填 充帽46，很明显在碱性燃料电池堆栈12的顶部保持等于电解液柱Ah 高度的正压力。通常，该压力是在5到20cm水柱的范围内。当然， 排气填充帽46还起到在需要时允许用电解液填充电解液罐14的目 的。通常，如所提及的，填充帽46内的通气孔是电解线路开放到大气 的唯一位置。图4所示的是一种新颖配置，^v而返回柱44的高度可以保持成与 燃料电池堆栈12的高度大致相同，由此允许更容易包装整个碱性燃料 电池系统。在这个情况下，提供了可控背压阀，该可控背压阀时弹簧 加载安全阀42。背压阀42的确切细节超出本发明的范围，除了要理 解它通常是具有弹簧压力的精细控制的弹簧加载安全阀。这样允许在 电解液内保持所希望值的正压力，不需要增加返回柱44的高度。在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，其它修改和变型 可以用于本发明的设备的设计和制造。在整个说明书和后续权利要求中，除非上下文以其它方式要求， 词"包括"以及变型应理解成包括所提到的整体或步骤或者整体或步 骤的群组，但不排出任何其它整体或步骤或者整体或步骤的群组。此外，在与形容词或副词一起使用时，词"基本"倾向于加强特 定特征的范围，例如，基本相同的高度倾向于是指相同的高度，近似 相同的高度，和/或展示与参考海拔上方特定海拔相关联的特征。