RU2351001C1

RU2351001C1 - Technique of fuel cell battery operation, starting and stopping

Info

Publication number: RU2351001C1
Application number: RU2007129103/28A
Authority: RU
Inventors: Ричард Д. БРО (US); Ричард Д. БРО; Карл Дж. РОРБАХ (US); Карл Дж. РОРБАХ
Original assignee: ЮТиСи Пауэ Копэрейшн
Priority date: 2004-12-29
Filing date: 2004-12-29
Publication date: 2009-03-27

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: proposed invention deals with fuel cell battery starting and stopping techniques enabling extension of the battery service life. The fuel cell battery operation process includes the fuel cell module heating and cooling and anode and cathode flow fields flushing with gas mixture. In the exemplary situations described a hydrogen-nitrogen gas mixture containing less than 2% of hydrogen is used for flushing individually selected battery modules during the stopping/starting process. In the example quoted the hydrogen-nitrogen gas mixture contains less than 0.1% of hydrogen.

EFFECT: extension of the fuel cell battery service life.

24 cl,1 dwg

Description

Область, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Данное изобретение относится, в общем, к топливным элементам. Более конкретно, данное изобретение относится к способам пуска и останова батареи топливных элементов, способствующим продлению срока эксплуатации.This invention relates generally to fuel cells. More specifically, the present invention relates to methods for starting and stopping a fuel cell stack that contribute to extending the life of the battery.

Уровень техникиState of the art

Топливные элементы хорошо известны. Типичные конфигурации содержат модуль обработки топлива и пакет топливных элементов, или модуль топливных элементов. Способы функционирования батарей топливных элементов при выработке ими электроэнергии также известны.Fuel cells are well known. Typical configurations include a fuel processing module and a fuel cell stack, or a fuel cell module. Methods for the operation of fuel cell batteries when they generate electricity are also known.

Одной из важных и трудных проблем, стоящих перед разработчиками батарей топливных элементов, является продление эксплуатационного срока службы (далее - ресурса) экономичными способами. На ресурс батареи топливных элементов влияет ряд факторов. Например, способ останова работы батареи топливных элементов - то есть перевод ее из рабочего состояние в нерабочее состояние - оказывает влияние на интенсивность снижения эксплуатационных показателей, происходящего в процессе эксплуатации батареи топливных элементов. Более конкретно, окисление углеродистого носителя катализатора, происходящее под совместным воздействием температуры и электрохимических потенциалов, вызывает снижение эксплуатационных показателей со скоростью, которая зависит, по крайней мере частично, от процедур, посредством которых производится останов батареи топливных элементов.One of the important and difficult problems facing the developers of fuel cell batteries is the extension of the operational life (hereinafter - the resource) in economical ways. A number of factors affect the battery life of a fuel cell. For example, a method of stopping the operation of a fuel cell battery — that is, transferring it from an operational state to an inoperative state — affects the intensity of a decrease in performance that occurs during operation of a fuel cell battery. More specifically, the oxidation of a carbon catalyst support occurring under the combined influence of temperature and electrochemical potentials causes a decrease in performance at a rate that depends, at least in part, on the procedures by which the fuel cell battery is shut down.

Предлагались различные технические решения, направленные на увеличение ресурса батарей топливных элементов. Например, в патенте США No.5,045,414 предлагается применять газообразную смесь кислорода и азота в качестве очищающего продувочного газа катодной стороны фосфорнокислотных топливных элементов при выполнении операции останова. В этом патенте предлагается также использовать вспомогательную электрическую нагрузку с целью понижения катодного потенциала. В патенте U.S. No.6,519,510 предлагается снижать температуру топливных элементов от рабочей температуры до переходной температуры с частью топливных элементов, нагруженных реактивно, до начала процедур продувки. В патенте U.S. No.6,635,370 описываются процедуры останова и пуска, включающие выборочное управление потоком воздуха и снижением напряжения на контактах топливных элементов таким способом, который способствует увеличению их ресурса.Various technical solutions were proposed aimed at increasing the life of fuel cell batteries. For example, US Pat. No. 5,045,414 proposes to use a gaseous mixture of oxygen and nitrogen as a purge purge gas on the cathode side of phosphoric acid fuel cells in a shutdown operation. This patent also proposes to use an auxiliary electric load in order to lower the cathode potential. In U.S. Patent No.6,519,510 is proposed to reduce the temperature of fuel cells from operating temperature to transition temperature with part of the fuel cells loaded reactively, before starting purge procedures. In U.S. Patent No.6,635,370 describes shutdown and start-up procedures, including selective control of air flow and voltage reduction at the contacts of the fuel cells in a way that helps to increase their resource.

Специалисты в данной области постоянно стремятся к усовершенствованиям. Данное изобретение предлагает не имеющие аналогов процедуры останова и пуска, которые дают превосходные результаты в отношении увеличения срока полезной эксплуатации батареи топливных элементов.Specialists in this field are constantly striving for improvements. The present invention provides unmatched shutdown and start-up procedures that give excellent results with respect to increasing the useful life of a fuel cell battery.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Взятая в качестве примера процедура пуска, применимая в процессе эксплуатации батареи топливных элементов, включает нагревание по крайней мере модуля топливных элементов и модуля обработки топлива с целью доведения температуры нагреваемых модулей до выбранной рабочей температуры. При нагревании этих модулей до рабочей температуры анодные и катодные поля потока модуля топливных элементов периодически очищаются водородно-азотной смесью, в которой содержание водорода составляет менее чем примерно 2%. В одном примере смесь содержит менее чем примерно 0,1% водорода.An example start-up procedure applicable to the operation of a fuel cell battery includes heating at least a fuel cell module and a fuel processing module to bring the temperature of the heated modules to a selected operating temperature. When these modules are heated to operating temperature, the anodic and cathodic fields of the fuel cell module stream are periodically cleaned with a hydrogen-nitrogen mixture in which the hydrogen content is less than about 2%. In one example, the mixture contains less than about 0.1% hydrogen.

Когда температура по крайней мере модуля обработки топлива станет соответствовать выбранной рабочей температуре, в модуль обработки топлива начинают поступать реагенты. Поток богатого водородом топлива в анодное поле потока начинает поступать, когда температура по крайней мере модуля топливных элементов становится соответствующей выбранной рабочей температуре. Любая вспомогательная электрическая нагрузка, подключенная к модулю топливных элементов, при этом блокирована.When the temperature of at least the fuel processing module matches the selected operating temperature, reagents begin to flow into the fuel processing module. The flow of hydrogen-rich fuel into the anode field of the stream begins to flow when the temperature of at least the fuel cell module becomes appropriate for the selected operating temperature. Any auxiliary electrical load connected to the fuel cell module is blocked.

Затем инициализируется поток воздуха к катодному полю потока, а модуль топливных элементов подключается к первичной электрической нагрузке, по крайней мере - к реактивной нагрузке.Then, the air flow to the cathode field of the flow is initialized, and the fuel cell module is connected to the primary electric load, at least to the reactive load.

Примерная процедура останова в процессе эксплуатации батареи топливных элементов включает снижение средней температуры модуля топливных элементов от рабочей температуры до выбранной сниженной температуры; при этом модуль топливных элементов соединен с реактивной нагрузкой. Как только выбранная температура достигнута, первичная электрическая нагрузка отсоединяется от модуля топливных элементов. Одновременно прекращается поступление воздуха к катодному полю потока в модуле топливных элементов, а подсоединение вспомогательной электрической нагрузки к модулю топливных элементов уменьшает напряжение на выводах модуля топливных элементов до значения, меньшего примерно 0,2 вольт на элемент.An exemplary shutdown procedure during operation of a fuel cell battery includes reducing the average temperature of the fuel cell module from an operating temperature to a selected reduced temperature; wherein the fuel cell module is connected to a reactive load. Once the selected temperature has been reached, the primary electrical load is disconnected from the fuel cell module. At the same time, the air flow to the cathode field of the flow in the fuel cell module is stopped, and the connection of the auxiliary electric load to the fuel cell module reduces the voltage at the terminals of the fuel cell module to a value less than about 0.2 volts per cell.

Через катодное поле потока начинает прокачиваться поток водородно-азотной смеси, содержащей менее примерно 2% водорода. В одном примере объем используемой смеси равен по крайней мере примерно трехкратному объему пустот катодного поля потока. Поток богатого водородом топлива, поступавшего в модуль топливных элементов, прекращается, как и поток углеводородного топлива в модуль обработки топлива. Водородно-азотная смесь, содержащая менее чем примерно 2% водорода, начинает прокачиваться через анодное поле потока модуля топливных элементов и через модуль обработки топлива. В одном примере объем используемой смеси примерно равен по крайней мере трехкратному объему пустот анодного поля потока и объему модуля обработки топлива соответственно.A stream of a hydrogen-nitrogen mixture containing less than about 2% hydrogen begins to be pumped through the cathode field of the stream. In one example, the volume of the mixture used is equal to at least about three times the void volume of the cathode field of the stream. The flow of hydrogen-rich fuel entering the fuel cell module is interrupted, as is the flow of hydrocarbon fuel to the fuel processing module. A hydrogen-nitrogen mixture containing less than about 2% hydrogen begins to be pumped through the anode field of the flow of the fuel cell module and through the fuel processing module. In one example, the volume of the mixture used is approximately equal to at least three times the void volume of the anode field of the flow and the volume of the fuel processing module, respectively.

Затем модуль топливных элементов охлаждается до выбранной температуры нерабочего состояния (хранения). При охлаждении модуля топливных элементов катодное поле потока, анодное поле потока и модуль обработки топлива периодически продуваются водородно-азотной смесью, содержащей менее примерно 2% водорода.Then, the fuel cell module is cooled to the selected inoperative (storage) temperature. When the fuel cell module is cooled, the cathodic flow field, the anode flow field, and the fuel processing module are periodically blown with a hydrogen-nitrogen mixture containing less than about 2% hydrogen.

Когда температура модуля топливных элементов достигает выбранного значения температуры хранения, катодное поле потока, анодное поле потока и модуль обработки топлива периодически продуваются водородно-азотной смесью, содержащей менее примерно 2% водорода.When the temperature of the fuel cell module reaches the selected storage temperature, the cathode flow field, the anode flow field, and the fuel processing module are periodically blown with a hydrogen-nitrogen mixture containing less than about 2% hydrogen.

В одном примере водородно-азотная смесь, применяемая на различных стадиях процедуры останова, содержит менее, чем примерно 0,1% водорода.In one example, the hydrogen-nitrogen mixture used at various stages of the shutdown procedure contains less than about 0.1% hydrogen.

Различные особенности и преимущества данного изобретения станут очевидными к специалистам в данной области из следующего далее подробного описания воплощений, предпочтительных в настоящее время. Чертеж, прилагаемый к подробному описанию, может быть кратко описан следующим образом.Various features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description of the currently preferred embodiments. The drawing accompanying the detailed description may be briefly described as follows.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На чертеже схематично показаны выбранные части, или модули, батареи топливных элементов, которая может функционировать с использованием процедур, разработанных в соответствии с каким-либо воплощением данного изобретения.The drawing schematically shows selected parts, or modules, of a fuel cell battery that can function using procedures developed in accordance with any embodiment of the present invention.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

На чертеже схематично показана батарея 20 топливных элементов, которая включает модуль 22 топливных элементов. Как известно, модуль 22 топливных элементов содержит топливные элементы, имеющие анод 24 и катод 26. Как известно, анод 24 и катод 26 содержат слой катализатора и поле потока. Типичный модуль 22 топливных элементов включает пакет топливных элементов, имеющий группу анодов и катодов. В одном примере модуль 22 топливных элементов включает пакет фосфорнокислотных топливных элементов. Модуль 22 топливных элементов функционирует известным способом.The drawing schematically shows a fuel cell battery 20, which includes a fuel cell module 22. As is known, the fuel cell module 22 comprises fuel cells having an anode 24 and a cathode 26. As is known, the anode 24 and cathode 26 comprise a catalyst layer and a flow field. A typical fuel cell module 22 includes a fuel cell stack having a group of anodes and cathodes. In one example, fuel cell module 22 includes a phosphoric acid fuel cell stack. The fuel cell module 22 operates in a known manner.

Модуль 28 обработки топлива функционирует известным способом. Модуль 28 обработки топлива включает известные элементы, такие как гидравлическую систему очистки от серосодержащих компонентов, паровой риформер и водно-газовый реактор-конвертор. В одном примере катализатор, применяемый в паровом риформере, является не благородным металлом, таким как никель, а катализатор в реакторе-конвертере является не благородным металлом, таким как медь. По известным причинам риформер, содержащий никель, должен быть очищен инертным газом в ходе процедуры останова, чтобы предотвратить формирование карбонила никеля. Реактор-конвертер, содержащий медь, должен быть очищен инертным газом в ходе процедуры останова, чтобы предотвратить окисление меди, которое, если указанная операция не выполняется, снижает активность катализатора.The fuel processing module 28 operates in a known manner. The fuel processing module 28 includes known elements, such as a hydraulic sulfur removal system, a steam reformer, and a water-gas reactor / converter. In one example, the catalyst used in the steam reformer is not a noble metal such as nickel, and the catalyst in the converter reactor is not a noble metal such as copper. For known reasons, the nickel-containing reformer must be cleaned with an inert gas during the shutdown procedure to prevent the formation of nickel carbonyl. The converter reactor containing copper must be cleaned with an inert gas during the shutdown procedure to prevent copper oxidation, which, if this operation is not performed, reduces the activity of the catalyst.

В одном примере модуль 28 обработки топлива содержит катализатор из благородного металла в риформере и в реакторе-конвертере. Такие компоненты модуля 28 обработки топлива, которые содержат благородный металл, могут подвергаться воздействию воздуха без неблагоприятных последствий. Нет надобности в ходе процедуры останова или пуска очищать водородно-азотной смесью такие содержащие благородные металлы компоненты. В этом примере только модуль обработки топлива следует очищать водородно-азотной смесью, как описано ниже. Таким образом, при обсуждении в данном описании очистки модуля обработки топлива следует иметь в виду, что ее следует применять только к таким компонентам, очистка которых приносит пользу.In one example, the fuel processing module 28 comprises a noble metal catalyst in a reformer and in a converter reactor. Such components of the fuel processing module 28, which contain a noble metal, can be exposed to air without adverse effects. There is no need to clean such components containing noble metals with a hydrogen-nitrogen mixture during a shutdown or start-up procedure. In this example, only the fuel processing module should be cleaned with a hydrogen-nitrogen mixture, as described below. Thus, when discussing the cleaning of a fuel processing module in this description, it should be borne in mind that it should only be applied to components whose cleaning is beneficial.

Батарея 20 топливных элементов примера обладает увеличенным эксплуатационным сроком службы, в частности, благодаря тому, что не имеющие аналогов процедуры пуска и останова уменьшают скорость снижения эксплуатационных показателей со временем, что ведет к увеличению срока эксплуатации для и снижению стоимости электроэнергии, производимой батареей 20.The battery 20 of the fuel cells of the example has an increased operational life, in particular, due to the fact that unparalleled start and stop procedures reduce the rate of decrease in performance over time, which leads to an increase in the operating life for and lower cost of the electricity produced by the battery 20.

Примерная процедура пуска при эксплуатации батареи 20 топливных элементов включает нагревание по крайней мере модуля 22 топливных элементов и соответствующих частей модуля 28 обработки топлива и нагревание их до выбранной рабочей температуры. При нагревании этих частей до рабочей температуры анодное поле 24 потока и катодное поле 26 потока периодически очищаются продувочным газом, поступающим от источника 30.An exemplary start-up procedure during operation of a fuel cell stack 20 includes heating at least a fuel cell module 22 and corresponding parts of a fuel processing module 28 and heating them to a selected operating temperature. When these parts are heated to operating temperature, the anode field 24 of the stream and the cathode field 26 of the stream are periodically cleaned with purge gas from the source 30.

В одном примере продувочный газ является смесью водорода и инертного газа, содержащей меньше чем примерно 2% водорода. В одном предпочтительном примере смесь содержит меньше чем примерно 0,1% водорода.In one example, the purge gas is a mixture of hydrogen and an inert gas containing less than about 2% hydrogen. In one preferred example, the mixture contains less than about 0.1% hydrogen.

Водородно-азотная смесь в качестве продувочного газа является более предпочтительной, чем смесь азота и кислорода. Использование водородно-азотной смеси в описанных примерах приводит к сокращению скорости снижения эксплуатационных показателей и, как следствие, к увеличению срока эксплуатации батареи 20.A hydrogen-nitrogen mixture as a purge gas is more preferable than a mixture of nitrogen and oxygen. The use of a hydrogen-nitrogen mixture in the described examples leads to a reduction in the rate of decline in performance and, consequently, to an increase in the life of the battery 20.

Продувочный газ, используемый в описываемом примере, является водородно-азотной смесью. Азот может быть заменен любым инертным газом, к которым относятся гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Азот может также быть заменен любым газом, инертным по отношению к среде, создающейся в топливных элементах. Одним из примеров такого газа может служить двуокись углерода.The purge gas used in the described example is a hydrogen-nitrogen mixture. Nitrogen can be replaced by any inert gas, which includes helium, neon, argon, krypton, xenon and radon. Nitrogen can also be replaced by any gas inert to the environment created in the fuel cells. One example of such a gas is carbon dioxide.

Когда температура по крайней мере модуля 28, обрабатывающего топливо, становится соответствующей выбранной рабочей температуре, начинается поступление потока реагентов в модуль 28, обрабатывающий топливо. Поступление потока богатого водородом топлива в поле потока анода 24 начинается, когда температура по крайней мере модуля 22 топливных элементов становится соответствующей выбранной рабочей температуре. Примерно на этом этапе процедуры с использованием известных способов блокируется любая вспомогательная электрическая нагрузка 40, подключенная к модулю топливных элементов. Иллюстрирующий пример включает вспомогательную нагрузку 40, которая применяется известными способами, для уменьшения потенциала, создаваемого топливными элементами, когда элементы находятся в нерабочем состоянии.When the temperature of at least the fuel processing module 28 becomes appropriate for the selected operating temperature, the flow of reagents to the fuel processing module 28 begins. The flow of hydrogen-rich fuel into the flow field of the anode 24 begins when the temperature of at least the fuel cell module 22 becomes appropriate for the selected operating temperature. At about this stage of the procedure, using known methods, any auxiliary electrical load 40 connected to the fuel cell module is blocked. An illustrative example includes an auxiliary load 40, which is applied by known methods, to reduce the potential created by fuel cells when the cells are inoperative.

Затем инициализируется поток воздуха к полю потока катода 26, и применяются известные способы для соединения модуля 22 топливных элементов 22 с первичной электрической нагрузкой 42, которая является по крайней мере реактивной. В некоторых конфигурациях начальная нагрузка на модуль 22 топливных элементов будет большей, чем реактивная нагрузка, в связи с соответствующими состояниями первичной нагрузки 42.Then, the air flow is initialized to the cathode 26 flow field, and known methods are applied to connect the fuel cell module 22 to a primary electric load 42, which is at least reactive. In some configurations, the initial load on the fuel cell module 22 will be greater than the reactive load due to the corresponding states of the primary load 42.

Примерная процедура останова при работе батареи 20 топливных элементов предусматривает снижение средней температуры модуля 22 топливных элементов от рабочей температуры до выбранной сниженной температуры, когда первичная нагрузка 42, соединенная с модулем 22 топливных элементов части, является реактивной. В одном примере рабочая температура, большая чем примерно 350°F (177°C) при нагрузке, равной примерно 250 ампер/кв. фут (кв. фут = 929,030 см², 0,27 А/см²), а выбранная сниженная температура равна примерно 300°F (150°C) при нагрузке примерно 50 ампер/кв. фут (0,05 А/см²). Когда достигается выбранная температура, первичная электрическая нагрузка 42 отсоединяется от модуля 22 топливных элементов с помощью известных способов. Одновременно прекращается поступление потока воздуха к полю потока катода 26, а подсоединение вспомогательной электрической нагрузки 40 к модулю 22 топливных элементов уменьшает напряжение на выводах модуля 22 топливных элементов. В одном примере пониженное напряжение составляет меньше, чем примерно 0,2 вольт на элемент.An exemplary shutdown procedure during operation of the fuel cell battery 20 involves reducing the average temperature of the fuel cell module 22 from the operating temperature to a selected reduced temperature when the primary load 42 connected to the fuel cell module 22 is reactive. In one example, an operating temperature greater than about 350 ° F (177 ° C) at a load of about 250 amperes / sq. ft (sq. ft. = 929.030 cm ² , 0.27 A / cm ² ), and the selected reduced temperature is approximately 300 ° F (150 ° C) at a load of approximately 50 amperes / sq. ft (0.05 A / cm ² ). When the selected temperature is reached, the primary electrical load 42 is disconnected from the fuel cell module 22 using known methods. At the same time, the flow of air to the cathode 26 flow field is stopped, and the connection of the auxiliary electric load 40 to the fuel cell module 22 reduces the voltage at the terminals of the fuel cell module 22. In one example, the undervoltage is less than about 0.2 volts per cell.

Поток водородно-азотной продувочной газовой смеси начинает протекать через поле потока катода 26. Богатый водородом поток топлива, поступавший в модуль 22 топливных элементов, прекращается, так как прекращается поток углеводородного топлива в модуль 28 обработки топлива. Водородно-азотная смесь из источника 30 начинает протекать через поле потока анода 24 и модуль 28, обработки топлива. В одном примере объем газа, используемого для продувки, равен по крайней мере примерно трехкратному объему пустот поля потока анода 24 и модуля 28 обработки топлива соответственно. В одном предпочтительном примере используемая для очистки водородно-азотная смесь, применяемая в процедуре останова, содержит менее чем примерно 0,1% водорода.The flow of the hydrogen-nitrogen purge gas mixture begins to flow through the field of the cathode stream 26. The hydrogen-rich fuel stream entering the fuel cell module 22 is stopped because the flow of hydrocarbon fuel to the fuel processing module 28 is stopped. The hydrogen-nitrogen mixture from the source 30 begins to flow through the flow field of the anode 24 and the fuel processing module 28. In one example, the volume of gas used for purging is at least about three times the void volume of the flow field of the anode 24 and the fuel processing module 28, respectively. In one preferred example, the hydrogen-nitrogen mixture used for purification used in the shutdown procedure contains less than about 0.1% hydrogen.

Затем модуль 22 топливных элементов охлаждается до выбранной температуры хранения. В одном примере температура хранения находится в пределах примерно 110-140°F (43-60°С). При охлаждении модуля 22 топливных элементов поле потока катода 26, поле потока анода 24 и модуль 28 обработки топлива периодически очищается водородно-азотной смесью.Then, the fuel cell module 22 is cooled to the selected storage temperature. In one example, the storage temperature is in the range of about 110-140 ° F (43-60 ° C). When cooling the fuel cell module 22, the cathode 26 flow field, the anode 24 flow field, and the fuel processing module 28 are periodically cleaned with a hydrogen-nitrogen mixture.

Когда модуль 22 топливных элементов в одном примере охладится до выбранной температуры хранения, поле потока катода 26, поле потока анода 24 и модуль 28 обработки топлива периодически очищаются водородно-азотной смесью.When the fuel cell module 22 in one example cools to a selected storage temperature, the cathode flow field 26, the anode 24 flow field and the fuel processing module 28 are periodically cleaned with a hydrogen-nitrogen mixture.

Одна не имеющая аналогов особенность процедуры останова в примере состоит в том, что поле потока катода 26 и модуль 28 обработки топлива продуваются водородно-азотной смесью. Продувание катода 26 замещает воздух или обедненный кислородом воздух соответственно во входных распределителях и выходных коллекторах для окислителя. Это приводит к более эффективному пассивированию катода 26 по сравнению с простым прекращением поступления воздуха к катоду 26.One unique feature of the shutdown procedure in the example is that the flow field of the cathode 26 and the fuel processing module 28 are purged with a hydrogen-nitrogen mixture. The purge of the cathode 26 replaces the air or oxygen-depleted air respectively in the inlet distributors and outlet manifolds for the oxidizer. This leads to a more efficient passivation of the cathode 26 compared to simply stopping the flow of air to the cathode 26.

Существуют потенциальные области применения для таких способов эксплуатации батарей топливных элементов, при которых топливо является чистым водородом, а не топливом, полученным с помощью риформинга углеводородного сырья. Одним их источников водорода такого класса является побочный продукт производства хлора с применением известного хлор-щелочного процесса. Такая батарея топливных элементов не обязательно должна включать модуль обработки топлива, описанный выше. Но все же в одном примере модуль топливных элементов такой батареи запускается и останавливается так, как описано выше.There are potential applications for such methods of operating fuel cell batteries in which the fuel is pure hydrogen and not the fuel obtained by reforming hydrocarbon feedstocks. One of the sources of hydrogen of this class is a by-product of chlorine production using the well-known chlor-alkali process. Such a fuel cell battery does not have to include the fuel processing module described above. But still, in one example, the fuel cell module of such a battery starts and stops as described above.

Данные выше описания следует рассматривать как иллюстративные и не имеющие ограничительного характера. Вариации и модификации описанных примеров, которые могут оказаться очевидными для специалистов в данной области, не обязательно будут выходить из области, соответствующей сущности данного изобретения. Рамки патентно-правовой защиты данного изобретения могут быть определены только в результате изучения следующей далее формулы изобретения.The above descriptions should be considered illustrative and not restrictive. Variations and modifications of the described examples, which may be obvious to those skilled in the art, will not necessarily go beyond the scope of the invention. The scope of patent protection of this invention can only be determined by studying the following claims.

Claims

1. A method of operating a fuel cell battery, including a fuel cell module, characterized in that at least a start or stop is performed, while at the start, the fuel cell module is heated to bring the temperature of the fuel cell module to a selected operating temperature when heating the fuel cell module periodically purge the anode and cathode fields of the flow in the fuel cell module with a purge gas mixture, after the temperature of the fuel cell module is d it lowers the selected operating temperature, initiates the flow of hydrogen-rich fuel into the anode flow field, blocks any auxiliary electrical load connected to the fuel cell module, initiates the flow of air to the cathode flow field, and attaches at least a reactive primary electrical load to the fuel cell module, at the same time, when stopping, the average temperature of the fuel cell module is reduced from the operating temperature to the selected reduced temperature when the fuel cell module is connected to the reactive primary electrical load, disconnect the primary electrical load from the fuel cell module, stop the flow of air into the cathode field of the flow, when the flow of air stops flowing, add an auxiliary electrical load to the fuel cell module during execution and thereby reduce the voltage at the terminals of the fuel cell module to a value less than 0.2 V per cell, the flow of purge ha of the new mixture through the cathode field of the stream, the flow of hydrogen-rich fuel into the fuel cell module is stopped, the purge gas mixture stream is fed into the anode field of the stream, the fuel cell module is cooled to the selected storage temperature, while cooling the fuel cell module, the cathode field of the stream and the anode are periodically purged field flow purge gas mixture.

2. The method according to claim 1, characterized in that when stopping after the fuel cell module reaches the selected storage temperature, the cathode field of the stream and the anode field of the stream are periodically purged with a purging gas mixture.

3. The method according to claim 1, characterized in that both start and stop are carried out.

4. The method according to claim 1, characterized in that the purge gas mixture contains hydrogen in an amount of less than 2%.

5. The method according to claim 1, characterized in that when starting the purge gas mixture contains a hydrogen-nitrogen mixture containing less than about 0.1% hydrogen.

6. The method according to claim 1, characterized in that when stopping at the stage of lowering the average temperature of the fuel cell module, the operating temperature is at least about 177 ° C, and the selected reduced temperature is approximately 150 ° C.

7. The method according to claim 6, characterized in that the operating temperature corresponds to a load of approximately 0.27 A / cm ² and the selected reduced temperature corresponds to a load of approximately 0.05 A / cm ² .

8. The method according to claim 1, characterized in that the purge gas mixture used during shutdown contains a hydrogen-nitrogen mixture containing less than about 0.1% hydrogen.

9. The method according to claim 1, characterized in that when performing a shutdown during the cooling phase of the fuel cell module, the selected storage temperature is in the range of about 43 to 60 ° C.

10. The method according to claim 1, characterized in that the fuel cell battery comprises a fuel processing module, wherein when starting at the stage of heating the fuel cell module, at least the selected component of the fuel processing module is heated and thereby at least the temperature of the selected component is adjusted to the selected operating temperature, and when the temperature of the fuel processing module matches the selected operating temperature, the flow of reagents to at least the selected component of the processing module is initiated otki fuel.

11. The method according to claim 1, characterized in that the fuel cell battery includes a fuel processing module, while stopping the flow of hydrogen-rich fuel into the fuel cell module by stopping the flow of hydrocarbon fuel to at least a selected component of the processing module fuel, provide the flow of the purge gas mixture into at least a selected component of the fuel processing module, periodically purge along the edge at least the selected component of the fuel processing module using a purge gas mixture.

12. The method according to claim 11, characterized in that when stopping after the temperature of the fuel cell module reaches the selected storage temperature, periodic purging of at least the selected component of the fuel processing module, the cathode stream field and the anode field field with a purging gas mixture is performed .

13. A method of starting a fuel cell battery having a fuel cell module, characterized in that the fuel cell module is heated and thereby the temperature of the fuel cell module is brought to the selected operating temperature, while heating, the anode and cathode fields of the fuel cell module stream are purged with a purge gas mixture , and after the temperature of the part of the fuel cells corresponds to the selected operating temperature, the flow of hydrogen rich stream is initialized then Lebanon anode flow field block any auxiliary electrical load coupled to the fuel cell module is initialized air flow entering the cathode flow field, the fuel cell module is attached to at least a reactive primary electrical load.

14. The method according to item 13, wherein the purge gas mixture contains hydrogen in an amount of less than 2%.

15. The method according to item 13, wherein the purge gas mixture contains a hydrogen-nitrogen mixture containing less than about 0.1% hydrogen.

16. The method according to item 13, wherein the fuel cell battery contains a fuel processing module, while heating the fuel cell module, at least a selected component of the fuel processing module is heated and thereby the temperature of at least the selected component is brought to the selected operating temperature, and after the temperature of the fuel processing module corresponds to the selected operating temperature, the flow of reagents to at least the selected component of the fuel processing module is initiated but.

17. A method of stopping a fuel cell battery having a fuel cell module, characterized in that when the fuel cell portion is connected to the reactive primary electrical load, the average temperature of the fuel cell module is reduced from the operating temperature to the selected reduced temperature, the primary electrical load is disconnected from the fuel cell module, stop the flow of air into the cathode field of the stream, and connect the auxiliary electrical load to the fuel cell module s, thereby reducing the voltage at the terminals of the fuel cell module to a value less than 0.2 V per cell, ensure the flow of the purging gas mixture through the cathode field of the stream, stop the flow of hydrogen-rich fuel to the module of the fuel cells, and ensuring the flow of the purging gas mixture into the anode flow field, cool the fuel cell module to the selected storage temperature, while periodically purging the cathode field of the stream and the anode field of the stream with a purging gas mixture.

18. The method according to 17, characterized in that after the fuel cell module reaches the selected storage temperature, periodically purge the cathode field of the stream and the anode field of the stream with a purging gas mixture.

19. The method according to 17, characterized in that the operating temperature of step (A) is at least about 177 ° C, and the selected reduced temperature is approximately equal to 150 ° C.

20. The method according to 17, characterized in that the purge gas mixture contains hydrogen in an amount of less than 2%.

21. The method according to 17, characterized in that the purge gas mixture contains a hydrogen-nitrogen mixture containing less than about 0.1% hydrogen.

22. The method according to 17, characterized in that the selected storage temperature is in the range from about 43 to 60 ° C.

23. The method according to 17, characterized in that the fuel cell battery contains a fuel processing module, while stopping the flow of hydrogen-rich fuel to the fuel cell module is carried out by stopping the flow of hydrocarbon fuel at least to the selected component of the fuel processing module, while the purge gas mixture containing less than about 2% hydrogen is supplied to at least a selected component of the fuel processing module and periodically purge to ayney least selected fuel processing component module using the purge gas mixture.

24. The method according to item 23, wherein after the temperature of the fuel cell module reaches the selected storage temperature, at least the selected component of the fuel processing module, the cathode field of the stream and the anode field of the stream with the purge gas mixture are purged periodically.