专利名称：具有冲洗装置的燃料电池系统及其运行方法
技术领域：
本发明的各方面涉及一种燃料电池系统，具体涉及一种具有沖洗装置的 燃料电池系统及其操作方法，以维持该燃料电池系统的性能，延长该系统的 寿命，并减小该系统的体积和重量。
背景技术：
燃料电池是一种直接将诸如曱醇或氢等的化学燃料的能量转化为电能 的发电系统。燃料电池具有环境污染小和效率高的优点。由于燃料电池使用 易于储存和运输的能源如石油、天然气、甲醇等来发电，因此它已作为下一 代能源而引起关注。根据所用电解质的类型，燃料电池可以分为磷酸燃料电 池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、聚合物电解质燃料电池和 碱性燃料电池等。这些燃料电池基本上以相同的原理运行，但是采用不同的 燃料、操作温度、催化剂和电解质等。所述聚合物电解质燃料电池是一种使用具有氢离子交换特性的聚合物 膜作为电解质的燃料电池。由于所述聚合物电解质燃料电池具有包括电流密 度大、结构简单、启动和反应快速的性能、以及良好的耐久性的高输出特性， 所以比其他燃料电池更受欢迎。此外，除氢之外，聚合物电解质燃料电池能 够使用曱醇或天然气作为燃料，所以可以在多种领域应用，例如作为车辆的 动力源、适于现场安装的配电发电机、用于战备的应急电源和用于太空船的 动力源等。图1是普通聚合物电解质燃料电池的简图。如图l所示，常规的聚合物电解质燃料电池通过供应给燃料电池堆100的阳极的氢与供应给其阴极的氧化剂之间的电化学反应来产生电能。所述氢
可以由氬气供给系统110提供，其中所迷氢气供给系统110包括直接将氢气供给到燃料电池堆100的装置或将化学燃料催化产生氢气的重整设备。同 时，氧化剂可以从空气供给系统120提供给燃料电池堆100，空气供给系统 120可以是供给含氧空气的空气泵或鼓风机。当常规聚合物电解质燃料电池系统的运行被停止时，由于电池堆温度的 下降，残存在燃料电池堆IOO的阳极和阴极的流场中的湿气发生冷凝。在阳 极中的金属催化剂和燃料电池堆100中的电极可能会净皮这样的冷凝破坏。并 且，阳极和阴极的金属催化剂会由于燃料电池堆停止运行后残存的燃料而中 毒。所以，当常规聚合物电解质燃料电池系统的运行停止时，通常首先关闭 第一阀Pl和第二阀P2,从而将燃料电池堆100与氢气供给系统IIO供应的 氩气和空气供给系统120供给的氧化剂隔绝。然后，分別打开第三和第四阀， P3和P4，以及排气压力控制阀P5和P6供给预定压力的氮气，通过在燃料 电池堆100中产生惰性气氛来清除其中的湿气和燃料。然而，这样的常规聚合物电解质燃料电池系统必须具有单独的储存设备 来储存诸如本实例中的氮气之类的惰性气体；所以，由于该系统需要额外的 元件，导致了增加的重量和体积，从而使得携带和移动十分不方便。并且， 在车辆上不能合法携带惰性气体的情况下，必须设计用于车辆的燃料电池系 统的其他冲洗方式。发明内容本发明的一个方面提供一种带有冲洗装置的燃料电池系统，当该燃料电 池系统停止运行时，所述冲洗装置能够利用该系统产生出的流出物，例如从 重整装置产生的废气来有效地冲洗燃料电池堆的内部。本发明的另 一方面提供一种停止具有沖洗装置的燃料电池系统运行的 方法，以通过有效去除当燃料电池系统停止运行时会破坏催化剂的残余物来 改善所述燃料电池系统的稳定性并延长其的寿命。根据本发明的一个方面，为达到上述和/或其他所希望的技术，提供了
一种燃料电池系统，其包括重整装置，所述重整装置包括由重整燃料催化产生富氢的转化气的重整单元；热或废气源单元，其用于产生燃烧热和废气； 和燃料电池堆，其用于通过富氢的转化气与氧化剂之间的电化学反应产生电 能，并具有供给有转化气的阳极和供给有氧化剂的阴极；以及冲洗装置，当 阻断所述转化气和氧化剂进入所述燃料电池堆时，用于将所述废气提供到燃 料电池堆内部来沖洗所述燃料电池堆的水和多余的燃料。热或废气源单元(本发明中也称为热源单元，但在沖洗所述燃料电池系统时 主要利用其产生的废气)可以与所述重整装置或重整单元分离而单独存在， 也可以与重整装置或重整单元合并。所述冲洗装置或者其他单独的装置可用于阻断所述转化气和氧化剂进 入所述燃3牛电池堆。虽然并非必需，但优选所述冲洗装置包括空气调节器，为了通过所述热 源单元进行完全燃烧，该空气调节器控制提供给所述热源单元的空气量。所述重整燃料和燃烧燃料均可以是石油、天然气、曱醇或任何其他具有 烃基团的这类燃料。虽然并非必需，但优选所述冲洗装置可进一步包括冷凝来自热或废气源 单元的废气中的蒸汽的冷凝器。虽然并非必需，但优选所述燃料电池系统包括第一场开关，其安装于连 接热源单元的废气排气孔到重整装置的排气口(排出富氢的转化气)和所述 燃料电池堆的阳极入口的通路上；和第二场开关，其安装于连接热源单元的 废气排气孔到所述燃料电池堆的阴极入口的通路上。根据本发明的另 一个方面，提供了 一种使燃料电池系统停止运行的方 法。所述燃料电池系统包括重整装置，其包括由重整燃料催化产生富氢的转 化气的重整单元；热或废气源单元，其用于产生燃烧热和废气；和燃料电池 堆，其用于通过所述富氢的转化气与氧化剂的电化学反应来产生电能，并具 有供给有所述转化气的阳极和供给有所述氧化剂的阴极。所述方法包括通 过控制安装于连接所述重整装置排出富氢的转化气的排气口与所述燃料电 池堆的阳极入口的通路上的场开关，以及安装于所述燃料电池堆的阴极入口的另一个场开关，阻断所述转化气和氧化剂进入所述燃料电池堆；通过控制 供给热源单元的空气量使热源单元中的燃料完全燃烧；并通过任一个所述场 开关将来自热源单元的废气供给到所述燃料电池堆的阳极入口或阴极入口 。 另外，当该停止所述燃料电池运行的方法进一步包括使来自热源单元的 废气持续流经所述电池堆的步骤时，可沖洗掉所述燃料电池堆残余的反应 物。根据本发明的另一方面，提供了一种冲洗所迷燃料电池堆的方法。所述 燃料电池系统包括重整装置，其包括由重整燃料催化产生富氢的转化气的重 整单元；热或废气源单元，其用于产生燃烧热和废气；和燃料电池堆，其用 于通过所述富氪的转化气与氧化剂的电化学反应来产生电能，并具有供给有 所述转化气的阳极和供给有所述氧化剂的阴极。所迷方法包括当所述燃料 电池系统停止时，通过控制提供给所述热源单元的空气量使在热源单元中的 燃料完全燃烧；通过任一个所述场开关将来自热源单元的废气提供到所述燃 料电池堆的阳极入口或阴极入口 ；使来自热源单元的废气流经所述燃料电池堆。优选但非必需地，所迷冲洗燃料电池堆和/或停止所述燃料电池系统运 行的方法进一步包括在废气进入所述燃料电池堆之前冷凝热源单元的废气 中的蒸汽。本发明另外的方面和/或优点部分地在下面的说明书中提出，部分地根 据本说明书将显而易见，或可以由本发明的实践而得知。
结合附图，通过下面对实施方式的描述，本发明的这些和/或其他方面 和优点会变得明显并更易于了解，其中图1是用于说明普通聚合物电解质燃料电池系统的示意图2是根据本发明笫一实施方式的具有沖洗装置的燃料电池系统的框图；图3是根据本发明第二实施方式的具有冲洗装置的燃料电池系统的框图；图4是用于说明根据本发明各方面的停止燃料电池系统运行方法的流程图；图5是用于说明适用于根据本发明各方面的燃料电池系统的燃料电池 堆的图解。
具体实施方式
现在具体说明本发明的实施方式，其实例结合附图举例说明，其中相同 的标号通篇指代相同的元件。下面参考附图描述具体实施方式
，来解释本发明。图2是根据本发明的第一实施方式的具有冲洗装置的燃料电池系统的 框图。参考图2，所述燃料电池系统将自已经是该系统的一个部件的沖洗装置 产生30的流出物提供到燃料电池堆10，以防止对系统的破坏，更具体是防 止如果该系统的操作被突然停止时对燃料电池堆10中的催化剂或部件的破 坏；安全停止燃料电池堆的运行；与现有技术相比延长了燃料电池堆的寿命； 并降低了燃料电池系统的体积和重量。在此，所述燃料电池系统包括重整 装置20,该重整装置20包括产生燃烧热的热源单元24或其他包括在该系 统中的燃烧装置，其流出物为燃烧气，也就是废气；和产生富氢燃料的重整 单元22;由富氢燃料产生电能的燃料电池堆10;和包括所述热源单元24和 空气调节器26的沖洗装置。所述燃料电池堆10通过供给到所述燃料电池堆10的阳极的转化气中的 氢与供给到燃料电池堆10的阴极的空气中的氧的电化学结合来产生电能。 燃料电池堆10可以由用具有氢离子交换性能的聚合物膜作为电解质的聚合
物电解质燃料电池构成。特别是，燃料电池堆10也可以由包括需要湿润的Nafion 电解质膜的聚合物电解质燃料电池构成。重整装置20是一种将转化气提供到燃料电池堆IO的阳极的装置，包括 重整单元22和热源单元24。重整单元22包括任何形状的壳体和装入该壳 体中的重整催化剂，并能作为重整反应器通过催化反应将重整燃料和水重整 为蒸气。热源单元24包括与重整单元22相邻放置的任何形状的其他壳体和 装入该壳体中的燃烧催化剂。并且，热源单元24可以作为燃烧反应器来运 行，以通过燃烧燃料来产热。另一方面，热源单元24可以作为燃烧器运行， 给重整单元22提供热量。冲洗装置30是一种当系统的运行被停止时，通过将惰性气体供给到燃 料电池堆10的阳极和阴极来冲洗燃料电池堆10的装置。然而，也可以运行 冲洗装置30,这样在燃料电池堆IO运行时将惰性气体供给到燃料电池堆10 的阳极和/或阴极来抑制燃料电池堆10的运行。沖洗装置30包括重整装置 20中的热源单元24和空气调节器26。热源单元24和空气调节器26作为完 全燃烧反应器一起运行使燃烧燃料完全燃烧，以将惰性气体提供到燃料电池 堆10。为了供给到热源单元24的燃烧燃料完全燃烧，空气调节器26控制 供给到热源单元24的空气量。该空气调节器26可以是空气供给系统，例如 经常包括在现有燃料电池系统中的空气泵或鼓风机等。燃料电池控制器40 能够控制空气调节器26来控制供给到热源单元24的空气量，从而控制热源 单元24中的燃烧的百分率。燃料电池控制器40可以是微处理机。空气调节器26将纯化的空气供给到热源单元24，通过完全燃烧产生惰 性气体。当空气为几乎纯的氮气和氧气时，99%或更高，为了完全燃烧来产 生惰性气体，与空气比例相当的燃烧燃料可被提供给热源单元24。当几乎 纯净的空气被燃烧时，氧气被消耗； 一旦完全燃烧，大部分为氮气，其中含 有少量二氧化碳、 一氧化碳和水蒸汽保留在惰性气体中，利用所述惰性气体， 燃料电池堆10的运行可以被停止，或者燃料电池堆10可被冲洗。进一步地，根据本发明的第 一个实施方式的燃料电池系统包括为利用冲
洗装置30来沖洗燃料电池堆10的第一场开关32、第二场开关34、第三场 开关36、第四场开关38。第一场开关32安装于连接重整单元22的出口到热源单元24的排气孔 和燃料电池堆IO的阳极入口的通路上。当所述燃料电池系统的运行停止或 正在停止时，第一场开关32阻断重整单元22与燃料电池堆10的阳极入口 之间的连接，并将热源单元24与燃料电池堆10的阳极入口连通。通过在此 构造中布置第一场开关32,热源单元24可以运行来完全燃烧燃料以将惰性 气体提供给燃料电池堆IO来冲洗该燃料电池堆10。在此，所述废气包括当 用几乎纯净的空气完全燃烧化学燃料时得到的氮气、二氧化碳、 一氧化碳和 水蒸汽。第二场开关34安装于连接热源单元24的排气孔和燃料电池堆10的阴 才及入口的通路上。当燃料电池系统停止或正在停止时，第二场开关34阻断 对燃料电池堆10的氧化剂供应，并连通热源单元24到燃料电池堆10的阴 极入口 ，从而它可以纟皮运行将来自热源单元24的完全燃烧的废气提供到燃 料电池堆IO的阴极侧，来沖洗燃料电池堆IO并去除残余的反应物。第三场开关36被安装在邻近热源单元24的排气孔的位置，并且当燃料 电池系统运行时，排出来自热源单元24的未完全燃烧的废气。未完全燃烧 的废气可以被排到空气中或作为燃料的另一个来源提供给重整单元22来提 高重整单元22的效率。当系统的运行停止或正在停止时，操作第三场开关 36,将来自热源单元24的完全燃烧的废气通过第一场开关32和第二场开关 34提供给燃料电池堆24。第四场开关38安装在热源单元24的空气入口一侧。当燃料电池系统的 运行停止或正在停止时，搡作第四场开关38，将来自空气调节器26的空气 提供给热源单元24;并且，当该系统运行时，操作第四场开关38，将来自 空气调节器26的空气提供给燃料电池堆10的阴极侧。第一、第二、第三和第四场开关，32、 34、 36和38，分别为三通阀以 简化燃料电池系统的结构，并且由燃料电池控制器40控制。同时，第二场
开关34和第四场开关38可以是一个四通阀，即第五场开关(未示出)。在 这种情况下，当燃料电池堆10的运行停止或正在停止时，操作该四通阀， 将通过空气调节器26的空气提供给热源单元24，而不提供给燃料电池堆10。 图3是根据本发明的第二实施方式的具有沖洗装置的燃料电池系统的 框图。参考图3，根据本发明的第二实施方式的燃料电池系统包括连接到热源 单元24出口侧的冷凝器28，其中该冷凝器28冷凝来可冲洗燃料电池堆10a 或停止其运行自热源单元24产生的废气中的蒸汽。所以，该燃料电池系统 包括燃料电池堆10a、重整装置20、冲洗装置30a和冷凝器28。该燃料电池堆10a优选但并不必需是聚合物电解质燃料电池，特别是包 含不需要湿润、并且浸渍了磷酸的聚合物膜的聚合物电解质燃料电池。冲洗装置30a包括重整装置20中的热源单元24,控制提供给热源单元 24的空气量的空气调节器26a,和冷凝来自热源单元24产生的完全燃烧的 废气中的水蒸汽的冷凝器28。通过控制 一个空气供给系统和另 一个已存在的空气供给系统，所述空气 调节器26a可以被实现为包括所迷燃料电池控制器40a中的至少 一个功能或 使用触发器的逻辑电路。冷凝器28冷凝并去除废气中的水蒸汽，并包括一种通过从废气中去除 热能使水蒸汽冷凝的装置和/或一种通过吸收去除水蒸汽的装置。例如，冷 凝器28可以是蒸汽冷凝器、表面蒸汽冷凝器或表面冷凝器等。运行该具有冲洗装置的燃料电池系统的方法将参考图3和图4来说明。参考图3的燃料电池系统来说明停止燃料电池系统运行的方法，图3的 燃料电池系统包括包含热源单元24和重整单元22的重整装置20，其中 热源单元24产生燃烧热以供给重整单元22，重整单元22利用热源单元24 的燃烧热由重整燃料催化产生富氢的转化气；燃料电池堆10a，其通过富氢 的转化气与氧化剂之间的电化学反应来产生电能，并具有供给有转化气的阳 极和供给有氧化剂的阴极；和冷凝器28。所述方法包括首先，通过控制 场开关32和场开关34阻断转化气和氧化剂进入燃料电池堆，其中所述场开 关32安装于连接排出富氢转化气的重整装置的排气口到燃料电池堆的阳极 入口的通路上，场开关34安装于燃料电池堆的阴极入口处。然后，当空气 调节器26a将控制量的空气供给到热源单元24时，燃烧燃料在热源单元24 中完全燃烧。然后，在这个设备中，来自热源单元24的完全燃烧的燃料， 即废气，首先被供给到冷凝器28以去除废气中的水蒸汽，然后通过第一、 第二和第三场开关32、 34和36的操作供给到燃料电池堆10a。在其他实施 方式中，可以绕开冷凝器28，而将湿蒸汽供给到燃料电池堆10a。来自热源 单元24的废气可以通过阳极入口或阴极入口或同时通过阳极和阴极入口进 入燃津牛电池堆10a。并且，当停止燃料电池系统运行的方法进一步包括持续使来自热源单 元的废气流经燃料电池堆的步骤时，可除去残存的反应物而沖洗所述燃料电 池堆。根据本发明的另一个方面，提供了一种沖洗燃料电池堆的方法。再重复 一次，图3的燃料电池系统，包括包含热源单元24和重整单元22的重整 装置20，所述热源单元24产生燃烧热提供给重整单元22，所述重整单元 22利用热源单元24的燃烧热由重整燃料催化产生富氪的转化气；燃料电池 堆10a，其通过富氢的转化气与氧化剂之间的电化学反应来产生电能，并具 有供给有转化气的阳极和供给有氧化剂的阴极；和冷凝器28。所述冲洗燃料电池堆10a的方法包括如图4中概述的操作。当所述燃料 电池系统的运行被停止时，供给到燃料电池堆10a阳极的转化气和供给到燃 料电池堆10a阴极的氧化剂被阻断(S10)。该操作可以利用燃料电池控制 器40a通过控制第一和第二场开关32和34来实现，其中所述燃料电池控制 器40a控制燃料电池系统的整体运行。下一步，从空气调节器26a供给到热源单元24的空气量被设置为可完 全燃烧供给到冲洗装置30a的热源单元24的燃烧燃料(S20)。然后，来自热源单元24的废气中的水蒸汽被冷凝器28冷凝(S30)。
在这个操作中，当所述膜不需要湿润时，冷凝废气中的水蒸汽是为了防止把燃烧反应中产生的水蒸汽提供到燃料电池堆10a中。然而，如果所述膜的湿 润是必需的，那么冷凝器28可以被省略。接下来，将来自热源单元24并已经由冷凝器28将蒸汽冷凝的废气提供 给燃料电池堆的阳极入口和/或阴极入口 (S40)。在此操作中，燃泮+电池堆 被废气所沖洗，所述废气主要含有氮气、二氧化碳和一氧化碳。该燃料电池 堆10a被所述惰性气体沖洗，并且多余的水分和残存的燃料被去除。图5是用于说明适用于根据本发明各方面的燃料电池系统的燃料电池 堆的图解。参考图5，使用聚合物膜作为电解质的聚合物电解质燃料电池堆10包 括多个单元电池。所述单元电池包括聚合物电解质膜1，阳极2和阴极3与 该聚合物电解质膜l连接，并在其每侧一个。包括聚合物电解质膜l、阳极 2和阴极3的单元电池结构称为膜电极组件。阳极2和阴极3分别包括金属 催化剂层2a和3b,以及扩散层2b和3a来提高性能，例如电化学反应性、 离子传导性、电子传导性、燃料可转移性、副产物可转移性和界面稳定性等。更进一步地，燃料电池堆10包括第一板5a，其具有将燃料提供给阳极 2的流场al，和第二板5b,其具有将氧化剂提供给阴极3的流场a2。第一 4反5a和第二+反5b可制成一个双极板5，其中流场al和a2暴露于其两侧。 当多个单元电池通过接合件7在结构上堆叠在一对端板6a和6b之间时，板 5a和5b的垫圈4通过插入堆叠的单元电池之间而被安装。燃料电池堆10的操作原理描述如下。如果富氢的燃料，也就是转化气被提供给阳极2，氧化剂被提供给阴极 3,产生自阳极侧的金属催化层2a的氢离子通过聚合物电解质膜1移动至阴 极3,从而在阴极3的金属催化剂层3b中，通过氢离子和氧同电子的反应 产生水。同时，产生自阳极2的金属催化剂2a的电子通过外电路移动至阴 极3,从而由化学反应得到的自由能的变化被转化为电能。全部反应方程式 为下列反应方矛呈式1。
反应方程式1阳极H2(气态)—2H++2e-阴极l/202(气态)+2H++2e —H20(液态)总&(气态)+1/202(气态)—H20(液态)反应方程式1中的反应气体的压力可以在大约1个大气压~ 8个大气压 之间；并且，所述压力在电解质膜1两侧通常相等。如上所述燃料电池堆的结构适用于具有需要湿润的Nafioi^电解质膜的 聚合物电解质燃料电池，以及具有浸渍磷酸的电解质膜的燃料电池堆。本发明的各方面说明了以一种新的方式利用通常已有的设备产生惰性 气体，并通过所产生的惰性气体的引入停止燃料电池堆的运行。用上述方法 的燃料电池堆的停止防止了水蒸汽冷凝到燃料电池堆10内部的敏感表面 上，并防止了残余的燃料破坏燃料电池堆10的催化表面、金属催化剂层2a 和3b。本发明的各方面说明了残存于燃料电池堆IO的反应物的去除，所以可 以防止由以下现象引起的问题，从而延长燃料电池系统的寿命，所述现象例 如由于运行的停止导致的温度下降、水蒸汽在催化剂表面冷凝和水蒸汽在所 述磷酸膜表面冷凝。如上所迷，安装储存惰性气体的罐不是必需的，因为可通过使用已有部 件并改变运行逻辑来从所述燃料电池堆中有效去除反应物。这样做通过防止 蒸汽在电极表面的冷凝延长了燃料电池系统的寿命，并且通过减小燃料电池 系统的体积和重量而提供了更加轻便的燃料电池系统。虽然在此说明和展示了本发明的几个实施方式，但是本领域技术人员应 理解的是可以对本实施方式进行改变而不背离本发明的原则和精神，本发明 的范围由权利要求及其等同物来限定。
权利要求
1、一种燃料电池系统，包括重整装置，其包括用于产生富氢的转化气的重整单元；热或废气源单元，其用于产生燃烧热和废气；燃料电池堆，其用于通过所述富氢的转化气与氧化剂之间的电化学反应产生电能，并且该燃料电池堆包括阳极和阴极，所述富氢的转化气提供到该阳极，所述氧化剂提供到该阴极；和冲洗装置，当阻断所述富氢的转化气和氧化剂进入燃料电池堆时，其用于将所述废气提供到燃料电池堆内部来冲洗所述燃料电池系统。
2、 根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述重整装置与热或废气源 单元合并以使所述重整单元能利用所述热能。
3、 根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中当所述燃料电池堆的运行停 止时，所述冲洗装置阻断富氬转化气和氧化剂进入燃^T牛电池堆。
4、 根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述热或废气源单元包括用 于调节进入所述热或废气源单元的空气流量的空气调节器。
5、 根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述冲洗装置进一步包括冷 凝来自所述热或废气源单元的废气中的水蒸汽的冷凝器。
6、 根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池堆包括干型聚 合物电解质膜。
7、 根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中所述聚合物电解质膜包括浸 渍磷酸的聚合物电解质膜。
8、 根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池堆包括需要湿 润的聚合物电解质膜。
9、 根据权利要求8所述的燃料电池系统，其中所述需要湿润的聚合物电解 质膜包括Nafion电解质膜。
10、 根据权利要求4所述燃料电池系统，其中所述空气调节器将氧化剂提供到燃料电池堆的阴极和热或废气源单元。
11、 根据权利要求4所述燃料电池系统，其中所述燃料电池系统包括第一 场开关，其安装在连接热或废气源单元的排气孔到排出转化气的重整装置的出口和燃料电池堆的阳极入口的通路上；和第二场开关，其安装在连接热或废气 源单元的排气孔和燃料电池堆的阴极入口的通路上。
12、 根据权利要求11所述的燃料电池系统，其中所述第一和第二场开关是 三通阀。
13、 根据权利要求11所述的燃料电池系统，进一步包括第三场开关，其连 接到所述热或废气源单元的排气孔，并在运行所述系统时排出热或废气源单元 中的废气。
14、 根据权利要求13所述的燃料电池系统，其中所述空气调节器是将氧化 剂提供到燃料电池堆的空气供给系统，并由燃料电池控制器控制；进一步包括第四场开关，当正在停止和/或冲洗燃料电池系统时，所述第四 场开关阻断向所述燃料电池堆的氧化剂的才是供，并将氧化剂提供给所述热或废 气源单元。
15、 根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中进一步包括连接所述热或 废气源单元、空气调节器和燃料电池堆的阴极入口的第五场开关。
16、 根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池堆包括多个 单元电池，其中每个单元电池包括阳极，其具有金属催化剂层和扩散层；聚合物电解质膜；和阴极，其具有金属催化剂层和扩散层，其中所述阳极和阴极被所述聚合物电解质膜分隔开，所述聚合物电解质膜 在阳极侧和阴极侧具有大致相等的压力，并且所述燃料电池堆进一步包括分隔所述多个单元电池的板。
17、 根据权利要求16所述燃料电池系统，其中所述分隔多个单元电池的板 进一步包括双极板。
18、 一种停止燃料电池系统运行的方法，其中所述燃料电池系统包括 重整装置，其包括用于产生富氢的转化气的重整单元； 热或废气源单元，其用于产生燃烧热和废气；和燃料电池堆，其用于通过氧化剂与所迷重整装置提供的富氢的转化气之间 的电化学反应产生电能，并且该燃料电池堆包括阳极和阴极，所述富氢的转化 气提供到该阳极，所述氧化剂提供到该阴极，所述方法包括通过控制第一场开关和第二场开关阻断富氢转化气和氧化剂进入燃料电池 堆，所述第一场开关安装在连接排出富氢转化气的重整装置的出口到燃料电池 堆的阳极入口的通路上，所述第二场开关安装在电池堆的阴极入口；通过控制 提供到热或废气源单元的空气量来完全燃烧提供到热或废气源单元的燃烧燃 料5 和来自热或废气源单元的废气通过第 一场开关流到燃料电池堆的阳极入口和 /或通过第二场开关流到燃料电池堆的阴极入口 ，并流经所述燃料电池堆。
19、 根据权利要求18所述的方法，进一步包括使来自热或废气源单元的废 气持续流经所述燃料电池堆。
20、 根据权利要求18所述的方法，进一步包括^J巴热或废气源单元的废气提 供给燃料电池堆之前，冷凝热或废气源单元的废气中的水蒸汽。
21、 根据权利要求20所述的方法，其中所述燃料电池堆包括干型聚合物电 解质膜。
22、 根据权利要求21所述的方法，其中所述聚合物电解质膜包括浸渍磷酸 的电解质膜。
23、 根据权利要求18所述的方法，其中所述燃料电池堆包括需要湿润的聚 合物电解质膜。
24、 根据权利要求23所述的方法，其中所述需要湿润的聚合物电解质膜包 括Nafion电解质膜。
25、 根据权利要求18所述的方法，进一步包括用空气供症会系统控制空气的流量；用所述空气供给系统将氧化剂提供到燃料电池堆；和控制所述空气供给系统。
26、 一种冲洗燃料电池系统的方法，其中所述燃并牛电池系统包括 重整装置，其包括用于产生富氢的转化气的重整单元； 热或废气源单元，其用于产生燃烧热和废气；和燃料电池堆，其用于通过氧化剂与所述重整装置提供的富氢转化气之间的 电化学反应产生电能，并且该燃料电池堆包括阳极和阴极，所述富氢的转化气 提供到该阳极，所述氧化剂提供到该阴极，所述方法包括当所述燃料电池系统的运行已停止时，通过控制提供给热或废气源单元的空气量来完全燃烧提供给热或废气源单元的燃烧燃^h将来自热或废气源单元的废气通过第一场开关提供到燃料电池堆的阳极入 口和/或通过第二场开关提供到燃料电池堆的阴极入口；和 使来自热或废气源单元的废气持续流经所述燃料电池堆。
27、 根据权利要求26所述的方法，进一步包括在所述废气进入燃料电池堆 之前，冷凝由热或废气源单元产生的废气中的水蒸汽。
28、 一种停止燃料电池系统运行的方法，包括阻断富氢转化气和氧化剂进入燃料电池系统中的燃坤+电池堆； 完全燃烧燃烧燃料来产生废气；和 将所述废气提供到所述燃料电池堆。
29、 根据权利要求28所述的方法，进一步包括使所述废气持续流经所述燃 料电池堆。
30、 一种冲洗燃料电池系统的方法，包括当燃料电池系统的运行已经停止时，完全燃烧燃烧燃料来产生废气； 将所述废气提供到所述燃料电池堆；和 使所述废气持续流经所述燃料电池堆。
全文摘要
一种具有冲洗装置的燃料电池系统和一种使燃料电池系统停止运行的方法，所述燃料电池系统包括重整装置，其包括热源单元和重整单元，该热源单元产生燃烧热提供给重整单元，重整单元利用热能将重整燃料催化为富氢的转化气；燃料电池堆，其通过所述转化气与氧化剂之间的电化学反应来产生电能，并包括供给有所述转化气的阳极和供给有所述氧化剂的阴极；以及冲洗装置，其阻断所述转化气和氧化剂进入所述燃料电池堆，并提供来自热源单元的废气进入所述燃料电池堆中。
文档编号H01M8/24GK101150202SQ200710149588
公开日2008年3月26日 申请日期2007年9月12日 优先权日2006年9月12日
发明者利奥尼德·戈罗宾斯凯, 安镇九, 李勇杰, 李圣哲, 李赞镐, 金周龙, 韩万锡 申请人:三星Sdi株式会社