[发明专利]停止运行和重新启动时控制燃料电池系统的控制组件

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统，特别涉及停止运行和重新启动时控制燃料电池系统的控制组件。

背景技术

燃料电池为一种通过电化学反应把存储在碳氢燃料中的化学能直接转换成电能的装置。一般来说，燃料电池包括由电解质隔开的阳极和阴极，电解质用来传导带电荷的离子。为了产生可使用的电力，多个单燃料电池串联堆叠，燃料电池彼此之间有导电隔板。

通过使反应剂燃料气体流过燃料电池系统的燃料电池的阳极，同时使氧化气体流过燃料电池系统的燃料电池的阴极，熔融碳酸盐燃料电池(“MCFC”)系统运行。供应给MCFC系统的燃料一般为碳氢燃料，该燃料进入燃料电池阳极前通常需要通过添加汽化的水或蒸汽来加湿。MCFC运行时，氧化气体把燃料电池的阴极保持在氧化气氛中，同时加湿的燃料气体把燃料电池的阳极保持在还原气氛中。

MCFC系统停止运行时，也即燃料电池处于其运行温度并且不再向该系统供应燃料和氧化剂气体时，必须做一些事来保护该系统。首先，燃料电池的阴极必须保持在氧化气氛中，并且燃料电池的阳极必须保持在还原气氛中。其次，需要吹扫MCFC系统的燃料输送管路中的加湿燃料，以防止由液态水造成的凝结、羰基镍的可能生成以及对燃料电池中的催化剂的损害。

MCFC系统重新启动时，也即停止运行后在系统中重新建立流动时，为确保系统连续运行又必须提供一定的条件。重新启动时，在启动燃料流之前建立氧化剂流。因此，在尚未有正常燃料流时需要在燃料电池的阳极保持还原气氛，以防止阳极氧化。此外，此时需要向阳极气流和燃料电池的阴极供应二氧化碳，这是需要的，以防止燃料电池电解质的分解以及防止燃料电池基体-阳极界面上燃料电池基体粒子的生长。

在停止运行时控制燃料电池系统公知有若干方法。日本专利申请公开No.04004570公开了一种燃料电池系统，在该系统中，系统停止运行期间且系统处于其正常运行温度时向燃料电池的阳极供应主要含氢的备用气体，这防止阳极氧化。另一日本专利申请公开No.04324253公开了一种有备用气体的燃料电池系统，该备用气体在系统停止运行时防止燃料电池的阳极氧化。在该例中，备用气体由还原气体与氮气混合而制备。

日本专利申请公开No.10289724公开了在燃料电池系统停止运行时使用的另一种方法。在该方法中，由氮气或氩气构成并含有1～10％二氧化碳的惰性化气体供应给燃料电池阴极，以减少电解质板中LiAlO₂粒子的生长。欧洲专利申请公开No.EP01481436涉及燃料电池系统停止运行时使用的另一种惰性化方法，在该方法中，向燃料电池阳极供应水蒸汽，同时把外部电压加到燃料电池上进行电解反应。最后，日本专利申请公开No.10032013公开了用于在停止运行后控制燃料电池系统的一种吹扫方法，在该方法中，通过分别再循环阳极流和阴极流以及分别惰性化阳极流和阴极流来实现吹扫。

但是，上述各系统没有提供能在停止运行和重新启动时实现MCFC系统所要求的前述条件的一种整体系统。因此，燃料电池系统的有效运行需要有一种满足这些条件的装置。

因此，本发明的一个目的是提供一种在停止运行和/或重新启动时能满足系统有效运行所需条件的燃料电池系统和方法。

本发明的另一个目的是提供一种一体化燃料电池系统，停止运行时该系统的燃料电池的阳极和阴极保持在适当气氛中，阳极与阴极不物理隔离。

本发明的另一个目的是提供一种简单、性价比高的上述类型的装置和方法。

发明内容

在下述本发明各实施例中，用这样的燃料电池系统和方法实现上述和其他目的，其中，该燃料电池系统接收输入的氧化剂气体和输入的燃料气体；该燃料电池系统设有燃料处理组件，其适于至少加湿供应给该系统的燃料电池的阳极的输入的燃料气体，该燃料电池的阴极经阳极氧化组件接收输入的氧化剂气体，该阳极氧化组件适于在该燃料电池系统的正常运行、停止运行和重新启动时将燃料电池的阳极的输出与燃料电池的阴极的进口连接；该燃料电池系统还设有适于响应燃料电池系统的停止运行的控制组件，在停止运行时，至少输入的燃料气体停止被燃料电池系统接收，该控制组件在燃料电池系统停止运行时还适于控制燃料电池系统，使得吹扫气体能流过燃料处理组件而从该处理组件驱除加湿的燃料气体且使吹扫气体能流过燃料电池的阳极。

这样，在停止运行时，从燃料处理组件和燃料电池中把加湿燃料(燃料和汽化水或蒸汽)吹扫走，同时燃料电池的阳极保持在还原气氛中。燃料电池的阴极也保持在氧化剂气氛中。