[发明专利]从气体氧化器的电解质的原地去除

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统，并且尤其涉及从在这种系统中使用的气体氧化器的电解质的去除。

背景技术

燃料电池是借助电化学反应将存储在碳氢燃料中的化学能直接转换成电能的装置。通常，燃料电池包括通过电解质分离的阳极和阴极，该电解质用于传导带电离子。燃料电池通过使反应物燃料气体传递通过阳极，同时使氧化气体传递通过阴极而操作。为了产生有用的电力水平，多个独立燃料电池与每个电池之间的导电隔板串联地堆叠，从而形成燃料电池堆。

熔化的碳酸盐燃料电池(“MCFCs”)通过使氧化气体中的氧与阴极处的自由电子反应以形成碳酸根离子而操作，这些碳酸根离子穿过熔化的碳酸盐电解质移动到阳极，以与氢反应并产生水、二氧化碳和电力。MCFCs中的电解质包括熔化的碳酸盐混合物，该混合物通常包括碳酸锂、碳酸钾或者碳酸锂与碳酸钾的组合。因为MCFC的操作温度大约是550-650摄氏度，所以电解质在MCFC操作期间处于液态状态。

典型的MCFC系统包括位于燃料电池阳极下游的阳极废气氧化器单元，该阳极废气氧化器单元包括用于氧化阳极排气中的氢、一氧化碳和未反应的碳氢化合物的氧化催化剂，以产生氧化气体，该氧化气体适于添加到用于供给到燃料电池阴极的空气和氧化剂气体。在某些情况下，氧化器单元包含在废气氧化器组件中，该废气氧化器组件包括在氧化器单元之前的混合器。在该组件中，阳极废气流和阴极供给空气或氧化剂首先在混合器中混合，然后混合的气体被供给到用于经由暴露于单元中的氧化催化剂而氧化废气的氧化单元中。所产生的富含氧化剂和二氧化碳的气体然后被供给到燃料电池的阴极。

转让给与本申请相同受让人的美国专利申请No.10/187,495公开了采用混合器/喷射器(eductor)和氧化器的这种阳极废气氧化器组件的实例，其中氧化器单元的气体氧化器催化剂块与混合器/喷射器的出口接合。在该氧化器组件中，阳极废气和空气的气体混合物通过结合到混合器的出口的催化剂块的进口面进入氧化器催化剂块体。在氧化器块体中，气体混合物经过燃烧反应以氧化存在于混合物中的氢、一氧化碳和碳氢化合物。

在燃料电池堆的操作期间，某些电解质微粒处于气相，并且从燃料电池的电解质层释放到阳极废气流中。在热的阳极废气流与冷空气在混合器中混合后，产生的气体混合物的温度大约是300到400摄氏度。由于阳极废气的冷却，废气流中的气相的电解质微粒从气体微粒转换成固体电解质微粒。这些微粒沉积在混合器的壁上和氧化器催化剂块体的进口面处。沉积在氧化器催化剂块体的进口面上的电解质微粒形成气体混合物到氧化器催化剂中并通过该氧化器催化剂的流动路径的部分障碍，导致横跨催化剂块的增大的压力降，因而增大了阳极废气流的压力与阴极进气流的压力之间的差异。另外，通过电解质沉积物的阻碍改变了通过催化剂块体的流动分布，导致从催化剂块体的一端到另一端的温度分布的较大差异。

燃料电池堆的性能和效率对燃料电池组件中的压力变化敏感。尤其是，由于氧化器催化剂上的电解质微粒沉积物的上述累积而产生的阳极流与阴极流之间的增大的压力差影响了燃料电池堆的温度分布和电压变化。而且，电解质微粒沉积物使氧化器催化剂失去活性，这影响了碳氢化合物燃烧效率。

因此，为了维持阳极输出气流与阴极进气流之间的压力差恒定，必须从阳极气体氧化器催化剂的进口面去除电解质微粒沉积物。另外，电解质微粒的去除降低了氧化器催化剂活性的丧失，并且提高了燃料电池性能。

传统地，通过利用适于去除碱金属碳酸盐化合物的溶剂清洗氧化器催化剂从阳极气体氧化器催化剂中去除电解质微粒。然而，该方法需要燃料电池设备停机，并且拆卸氧化器组件以取出催化剂块体而用于清洗。结果，燃料电池发电设备的效率下降，并且燃料电池发电设备操作的维护费用显著增大。因此，需要电解质微粒的原地去除方法，以便避免这些缺点。

因此，本发明的目的是提供从具有燃料电池系统的氧化器单元的氧化器组件的电解质微粒去除，其不需要从氧化器组件取出氧化器单元。

本发明的另一个目的是以不显著影响燃料电池系统的性能的方式提供前述电解质微粒去除。

发明内容

根据本发明的原理，以上和其他目的在一种用于燃料电池系统的氧化器组件的方法和装置中实现，其中氧化器组件具有氧化单元，该氧化单元用于氧化包含电解质微粒的阳极废气，并且氧化器组件被修改或调整成使电解质微粒能够从组件去除并从组件去除，并且其中调整和去除在氧化单元保持在氧化器组件的情况下进行。还根据本发明，燃料电池系统还被修改成使调整和去除在氧化组件保持在燃料电池系统中的情况下进行。