[发明专利]用于净化燃料电池中的氧化气体的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及净化用于发电的燃料电池中的氧化气体的装置和方法。 

背景技术

燃料电池通过使燃料气体和氧化气体发生电化学反应来发电。氢气通常用作燃料气体，空气通常用作氧化气体。通常使用贵金属例如铂作为催化剂来使燃料气体和氧化气体发生电化学反应。 

用作氧化气体的空气有时含有气体成分(杂质)例如硫化合物和氮氧化物。当由铂或其它贵重金属制成的催化剂与杂质接触时，催化剂的活性降低。如果在没有除去这些杂质的情况下将用作氧化气体的空气送入燃料电池中，则催化剂的活性降低，这减弱电化学反应，导致所产生的电压降低。为此，在燃料电池中提供吸附剂(化学过滤器)用于从空气中除去杂质。通常使用碳基活性纤维等作为吸附剂，其吸附诸如硫化合物或氮氧化物的气体成分。当加热到至少一定温度时，吸附剂还释放所吸附的气体成分。因此，通过在达到饱和吸附量之前加热吸附剂，可长时间保持吸附能力。 

在常规的燃料电池系统中，提供电加热器用于吸附剂的热再生，例如在日本专利申请公开No.JP-A-2005-129494和日本专利申请公开No.JP-A-2004-327429中记载的。 

然而，当燃料电池安装在车辆上时，只有有限的安装空间，因此期望具有使用较少部件的燃料电池系统。 

发明内容

针对前述问题，本发明提供在减少燃料电池系统中的部件数量的同时能够进行吸附剂的适当热再生的装置和方法。 

在本发明的一个方面中，为了解决上述问题，通过控制用于冷却 从压缩机输送到吸附剂单元的氧化气体的冷却装置，使吸附剂单元内的吸附剂热再生。如此，由于可以控制冷却装置的运行来将吸附剂的温度升到设定的热再生温度，因此能够在减少部件数目的同时进行吸附剂的适当热再生。 

更具体而言，根据本发明的该方面，用于燃料电池的氧化气体净化装置具有设置在氧化气体到燃料电池的供给通路中的压缩机，该压缩机压缩所述氧化气体并送出所述氧化气体；设置在所述压缩机下游的所述氧化气体供给通路中的冷却装置，该冷却装置冷却穿过所述冷却装置的氧化气体；设置在所述冷却装置下游的所述供给通路中的吸附剂单元，该吸附剂单元容纳吸附剂，所述吸附剂在设定的吸附温度下吸附包含于从所述冷却装置送出的氧化气体中的杂质，并且在高于所述吸附温度的设定的热再生温度下释放所吸附的杂质；和控制器，其控制所述冷却装置的运行以冷却由所述压缩机送出的温度高于所述设定的吸附温度的氧化气体，在所述燃料电池运行时使所述吸附剂达到用于吸附操作的设定的吸附温度，和在热再生所述吸附剂时使所述吸附剂达到用于热再生操作的设定的热再生温度。 

在前述方面的氧化气体净化装置中，在氧化气体供给通路中设置压缩机。在压缩机下游设置冷却氧化气体的冷却装置。在冷却装置的下游设置容纳吸附剂的吸附剂单元，该吸附剂吸附并释放来自氧化气体的杂质。控制器配置为控制冷却装置的运行。因此，控制器能够控制将送入吸附剂单元中的氧化气体的温度。因此，能够将吸附剂的温度调节到合适的温度。 

当吸附剂达到设定的吸附温度时，吸附剂吸附杂质，而当吸附剂达到设定的热再生温度时，吸附剂释放杂质。因此，即使吸附剂因超过饱和吸附量而丧失吸附能力，也能够通过将吸附剂加热到设定的热再生温度来恢复吸附剂的吸附能力。吸附温度是吸附剂吸附杂质时的吸附剂的温度，热再生温度是吸附剂释放所吸附杂质时的吸附剂的温度。 

在根据该方面的用于燃料电池的氧化气体净化装置中，当燃料电池运行时，控制冷却装置的冷却操作，使吸附剂处于设定的吸附温度。结果，吸附剂吸附氧化气体中的杂质，将已经除去杂质的氧化气体送入燃料电池中。当燃料电池停止运行时，氧化气体净化装置进行热再生操作，其中控制冷却装置的操作，使吸附剂处于设定的热再生温度。结果，释放已吸附的杂质，恢复吸附剂的吸附能力。吸附操作指的是吸附剂单元的通气状态，在该状态中，例如，从待送入燃料电池的氧化气体中除去杂质，将已除去杂质的氧化气体送入燃料电池中。以同样的方式，热再生操作指的是吸附剂单元的一种通气状态，在该状态中，例如，释放并排出已吸附在吸附剂单元中的杂质。 

从上文可知，该方面的用于燃料电池的氧化气体净化装置在减少燃料电池系统中的部件数量的同时进行吸附剂的适当热再生。 

在用于燃料电池的氧化气体净化装置的前述方面中，压缩机在吸附操作和热再生操作中均可送出温度高于吸附温度的氧化气体，并且冷却装置在吸附操作期间冷却氧化气体的程度大于在热再生操作期间的冷却程度。