[发明专利]启动燃料电池动力系统的方法

说明书

本发明涉及启动燃料电池动力系统的方法，特别是用于启动增压燃料电池产生动力系统的方法，该增压燃料电池产生动力系统中有一个放置于压力容器中并在压力下操作的燃料电池叠堆。

通常，燃料电池动力系统的启动是如下进行的：首先加热燃料电池叠堆到燃料电池可发生反应的温度，然后供处理气体给燃料电池叠堆，利用燃料电池反应所产生的热量把它加热到预定的工作温度，亦即是它的最佳工作温度。在用电池反应所产生的热量加热燃料电池叠堆的过程中，一个直流电阻器，亦即是一个等效荷载被加载于燃料电池叠堆的输出电路，以消耗所产生的电能。在被加热至预定的工作温度之后，燃料电池叠堆就进入其正常工作状态，以及产生额定的输出电力，该电力就被输送至外负载。

美国专利4，310，604就公开了这样一种燃料电池启动方法。在这项专利所揭示的燃料电池动力系统中，利用流过氧化剂气体循环管线的经过预热的氧化剂气体首先将燃料电池叠堆加热至电池反应温度，然后利用电池反应所产生的热量将燃料电池叠堆加热至预定工作温度。

可是，这种启动方法不能应用于如美国专利3，972，731中所公开的燃料电池叠堆安放在压力容器内，且工作在压力下的那类增压燃料电池动力系统。因为用上述启动方法在燃料电池叠堆的起动过程中是难以适当地控制其工作条件的。在那类增压燃料电池动力系统中，在燃料电池叠堆被加热至预定的工作温度后，需要把压力容器中的处理气体，冷却气体和惰性气体增压至额定压力。此外，有许多变量参数需要控制，诸如燃料电池叠堆的温度，处理气体的压力和供应量，处理气体的蒸气压力，放电电流，由电池反应所产生的水等等。如果在启动操作期间发生变量参数的任何失配，燃料电池叠堆就会出现恶劣的情况，导致动力系统工作寿命特性的下降。

特别是，如用吸湿的材料，例如：使用了磷酸作为电解液时，与处理气体中的蒸气压力成比例的电解液的体积可能发生明显的变化。例如，磷酸在大约30℃蒸气压力为1.0mmHg的环境下的比体积为0.6ml/g，但是如果温度上升到190℃，其比体积就会减低至0.523ml/g。此外，如果大气压增加到1至10标准大气压，蒸气压力增加到10mmHg，由于吸收了水，磷酸的比体积就会增加至0.9ml/g。

因而，本发明的目的就是提出一种启动燃料电池动力系统的方法，使得在启动时燃料电池动力系统的操作条件适当的控制变得容易。

本发明的另一目的是提出一种启动燃料电池动力系统的方法，它可以制止燃料电池动力系统性能的降低。

本发明的还有一个目的是提供一种启动这样一类燃料电池动力系统的方法。这类动力系统的燃料电池叠堆是用增压处理气体工作的，这种燃料电池叠堆当其被加热及加压至预定的工作温度及压力时可以使吸湿电解液（尤其是磷酸）的体积变化减至最少。

为了达到这些和其它的目的，本发明提供的启动燃料电池动力系统的方法，这类动力系统中的燃料电池叠堆安放在一压力容器内，以及配有包括了热交换器和压气机，与处理气体输送管线分开的循环热交换器气体管道，所述方法包括以下诸步骤：

把所述燃料电池叠堆加热至预定工作温度;把所述燃料电池叠堆的处理气体室和所述容器内的压力增加至预定工作压力;以及通过所述处理气体输送管线将处理气体输送至所述燃料电池叠堆;

其特征在于：把所述燃料电池叠堆加热至所述预定工作温度是这样进行的，使流过所述循环气体管道的经过预热的热交换器流体循环，同时把增压惰性气体输送到所述压力容器和所述燃料电池叠堆的处理气体室内，以增加所述容器及处理气体室内的压力;在加热所述燃料电池叠堆的过程中，所要输送的所述增压惰性气体的蒸气压力与所述燃料电池叠堆的温度和所述处理气体室内的所述惰性气体的压力成比例地受到控制，使得所述燃料电池叠堆内的吸湿电解液的体积接近保持不变，在加热至所述预定工作温度后，通过所述各自的处理气体管道向所述燃料电池叠堆输送增压处理气体，使得输入所述燃料电池叠堆内的所述增压惰性气体为所述增压处理气体所代替，而进入其正常工作状态，同时使所述处理气体室内的压力保持不变。

本发明将从下述的结合所示附图的描述作进一步的阐明，下面仅是一个最佳实施例的例解。

图1实施本发明的启动方法的燃料电池动力系统原理图;

图2实施本发明的控制系统的流程图。

图1表示磷酸电解液燃料电池的动力系统，它包括转换燃料成电功率的燃料电池叠堆1，转换碳氢化合物燃料成富氢的气体混合物的燃料处理装置2。