[发明专利]用于燃料电池发电设备的净化程序

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池发电设备，该发电设备适用于运输车辆、便携式发电设备中，或用作固定发电设备，且本发明尤其涉及燃料电池发电设备的净化程序，用于在发电设备的工作周期之间执行净化周期，以从发电设备的燃料电池电极去除污染物。

技术背景

燃料电池发电设备是众所周知的，且一般用于从包含氢的还原流体燃料和包含氧的氧化剂反应物流产生电能，从而为诸如发电机和运输车辆这样的电学设备供电。在现有技术的燃料电池发电设备中，已知污染物可以被发电设备的燃料电池的电极吸附，发电设备的性能由此恶化。尤其是，已知硫化氢在各种氢燃料中是常见的，且其经过燃料电池时变成阳极催化剂毒物。随着时间的流逝，即使很小的硫化氢浓度将对燃料电池性能造成严重影响。其它已知的污染物包括氨以及“直接防冻剂溶液”的有机化合物，例如在共同所有的美国专利No.6,316,135中所公开的化合物，它们也被燃料电池电极吸附。

从燃料电池去除污染物的已知方法包括：如2002年3月19日授权给Oko等的美国专利6,358,639所公开，当燃料电池不工作时，使例如有机溶剂、过氧化氢或臭氧水的液体去除物质流经燃料电池。然而，这种方法必须使用复杂和昂贵的液体泵浦和阀门系统，并且显著地中断燃料电池的工作。2001年10月9日授权的美国专利6,299,996公开了具有用于使系统的燃料电池从第一工作状态切换到第二工作状态的三个阀门的系统的使用，其中在第一工作状态，燃料流经阳极流场板，在第二工作状态，氧化剂气体补给流经阳极流场板。该系统还需要具有多个位置的若干复杂阀门以及精细的流通路径。

因此，需要一种净化程序，该净化程序可以从燃料电池电极有效地去除污染物而不需要大范围中断燃料电池发电设备的工作，并且不需要昂贵的、复杂的阀门和流通路径设备。

发明内容

本发明是一种用于燃料电池发电设备的净化程序，其中该发电设备包括至少一个燃料电池，用于从包含氢的还原流体燃料和包含氧的氧化剂反应物流产生电能。电源电路与燃料电池相连，用于将电能从燃料电池引导到主电学负载。燃料电池包括：位于电解质相对侧上的阳极电极和阴极电极；与阳极电极流体连通的阳极流场，用于引导氢燃料流经燃料电池和邻近阳极电极流过；以及与阴极电极流体连通的阴极流场，用于引导氧化剂流流经燃料电池以及邻近阴极电极流过。

净化程序包括以下步骤：通过连接主电学负载到燃料电池、引导氧化剂流流经阴极流场、并引导氢燃料流流经阳极流场，由此使燃料电池发电设备工作以在工作周期产生电能。只要燃料电池的电能生产减小预定数量，例如，由于电极污染减小至少5％，通过使电学负载与燃料电池断开而终止工作周期并且启动净化周期。接着，在净化周期，通过氧化在工作周期吸附在电极上的污染物而净化燃料电池。然后通过再次连接主电学负载到燃料电池来使发电设备工作，从而终止净化周期。净化周期可以基于燃料中的污染物等，调整燃料电池发电设备的特定维护计划的一部分。

在优选工作方法中，净化程序还包括以下步骤：通过在净化周期使阳极流场和阴极流场暴露于包含氧的氧化剂，例如静止的大气空气，从而氧化污染物。优选地，使用共同所有的美国专利申请序列号10/305,300中公开的程序，通过将流从包含氢的流体转换成包含氧化剂的流体，由此使阳极和阴极流场暴露于包含氧的氧化剂，该专利申请在2003年7月17日以公开号US 2003/0134164 A1公开，其中描述了一旦燃料电池停止运转，则使用空气快速净化阳极流场。另一优选方法还包括以下步骤：通过引导氧化剂流流经燃料电池的阳极流场和阴极流场来氧化污染物。另一优选方法包括：通过加热氧化剂，之后引导加热的氧化剂流流经燃料电池的阳极流场和阴极流场，而氧化污染物。通过提供流的已知方法，例如，通过氧化剂鼓风机或压缩机，或通过供给压缩的氧化剂等，可以引导氧化剂流流经阳极流场。

加热的氧化剂可以通过与燃料电池的氧化剂入口流体连通的已知加热器来加热。此外，通过引导离开燃料电池的氧化剂流流经燃料电池废物循环回路并返回经过阳极和阴极流场，可以促进氧化剂或加热的氧化剂流流经阳极流场，从而获得燃料电池电极更快速和更有效的净化。燃料电池本身可以通过本领域中已知的改善净化程序的任意其它方便的方法来加热。这些方法包括使用流经燃料电池附近的加热的冷却剂，或当燃料电池处于或约处于正常工作温度时执行净化程序。