DE10297320T5 - Verfahren zum Spülen eines Brennstoffzellensystems mit Inertgas, welches aus organischem Brennstoff hergestellt ist - Google Patents

Verfahren zum Spülen eines Brennstoffzellensystems mit Inertgas, welches aus organischem Brennstoff hergestellt ist Download PDF

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Spülen eines Brennstoffzellensystems, welches von seiner primären Last getrennt wurde, vorbei das System eine Brennstoffzelle mit einer Anodenelektrode, einer Kathodenelektrode und einem dazwischen angeordneten Elektrolyten aufweist, wobei die Zelle auch ein Anodenströmungsfeld zum Transportieren eines wasserstoffhaltigen Brennstoffs durch die Zelle über die Anodenelektrode und ein Kathodenströmungsfeld zum Transportieren eines sauerstoffhaltigen Gases durch die Zelle über die Kathodenelektrode aufweist, wobei das Brennstoffzellensystem auch eine Quelle von organischem Brennstoff, ein Brennstoffaufbereitungssystem zum Konvertieren des organischen Brennstoffs zu Wasserstoff und anderen gasförmigen Komponenten und einen Brenner aufweist, wobei das Brennstoffaufbereitungssystem eine Mehrzahl von Brennstoffaufbereitungskomponenten einschließlich eines Reformers stromaufwärts von und in Reihe mit einem Shift-Konverter aufweist, mit den Schritten:
a. Leiten von Luft und organischem Brennstoff von der Quelle zu dem Brenner in einem Verhältnis, dass gewählt ist, um zu Brenner-Verbrennungsprodukten zu führen, welche aus Inertgasen bestehen; und
b. Spülen des Anodenströmungsfelds durch Strömen Lassen von Inertgasen,...

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich auf Brennstoffzellensysteme und insbesondere auf ein Verfahren zum Abschalten oder Anfahren eines Brennstoffzellensystems.
  • Stand der Technik
  • Brennstoffzellensysteme einschließlich der katalytischen Komponenten eines Brennstoffaufbereitungssystems zum Konvertieren von organischem Brennstoff zu Wasserstoff, und insbesondere die Anodenseite der Brennstoffzelle selbst benötigen im Allgemeinen ein Spülen nach Abschalten, um restlichen Wasserstoff zu entfernen und Spülen nach dem Anfahren, um Luft zu entfernen. Das ist aus mehreren Gründen notwendig, einschließlich: Verhinderung der Möglichkeit für entflammbare Mischungen aus Wasserstoff und Sauerstoff; Minimieren der Leistungsverschlechterung von Brennstoffaufbereitungssystem-Katalysatoren und Elektrodenkatalysatoren; und Verhindern der Bildung von Gefahrstoffen während des Anfahr- und Abschaltprozesses. Es ist üblich, Komponenten mit Inertgasen zu spülen, z.B. Stickstoff oder Stickstoff gemischt mit anderen Gasen, welche für die zu spülenden Komponenten ungefährlich sind. Das US-Patent 4 537 839 beschreibt beispielsweise die Verwendung von Inertgasen (darin definiert als Gase, die "im wesentlichen frei von Wasserstoff" sind), z.B. Produktgase eines katalytischen Brenners (zur Spülung einer Brennstoffzelle). US-Patent 5 248 567 beschreibt ebenfalls die Verwendung eines Brenn stoffzellen-Spülungsgases, von welchem die Verbrennungsbestandteile (hauptsächlich Sauerstoff und reaktiver Kohlenstoff) entfernt wurden.
  • In Brenntoffzellen-Stromerzeugungsanlagen ist es ebenfalls bekannt, ein echtes Inertgas, z.B. Stickstoff, zu verwenden, um die Anodenseite der Brennstoffzelle und Komponenten des Brennstoffaufbereitungssystems zu spülen, welches organische Brennstoffe, z.B. Benzin oder Erdgas, zu Wasserstoff konvertiert. Es ist wünschenswert, das Erfordernis und die Kosten eines Inertgastanks zu vermeiden, z.B. zu Stickstoff, als Teil des Brennstoffzellensystems, wie auch das Erfordernis zu vermeiden, das Inertgas kontinuierlich wieder aufzufüllen.
  • Beschreibung der Erfindung
  • In der vorliegenden Erfindung werden organischer Brennstoff und Luft einem Brenner eines Brennstoffzellensystems zur Verfügung gestellt, um ein Inertgas zum Spülen der Brennstoffzellen und/oder der Brennstoffaufbereitungs-systemkomponenten, z.B. Reformer und Shift-Konverter, zu erzeugen. Die Brennstoffzellen-Anodenströmungsfelder können nach Anfahren von Luft freigespült werden, bevor Reaktanten für die Zellen zur Verfügung gestellt werden. Nach Abschalten kann das Inertgas verwendet werden, um die Zellen frei von Reaktanten zu spülen und die Brennstoffaufbereitungssystemkomponenten frei von restlichem Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu spülen. Wie in diesem Absatz im Folgenden verwendet, einschließlich der angehängten Ansprüche, bedeutet "Inertgas" nicht nur echte Inertgase, z.B. Stickstoff, aber auch ein Gas, welches nur Bestandteile enthält, welche für keine der Brennstoffzellensystemkomponenten, welche gespült werden, schädlich sind. Vorzugsweise enthält das Inertgas im wesentlichen ausschließlich Stickstoff, Wasserdampf und Kohlendioxid.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem, welches einen Reformer zum Konvertieren eines organischen Brennstoffs zu Wasserstoff aufweist, abgeschaltet durch Trennen der Brennstoffzelle von ihrer Last, Beenden des Konvertierens von organischem Brenn stoff zu Wasserstoff, Leiten des organischen Brennstoffs und Luft in einen Brenner, um ein Inertgas zu rzeugen, und Leiten des Inertgases durch den Reformer, um den Reformer von restlichem Wasserstoff und Kohlenmonoxid freizuspülen.
  • In einem weiteren Beispiel kann das Inertgas zusätzlich zu dem Spülen des Reformers durch das Anodenströmungsfeld der Brennstoffzelle geleitet werden, um das Anodenströmungsfeld von restlichem Wasserstoff nach dem Abschalten freizuspülen. Das Spülen des Reformers und des Anodenströmungsfelds kann mit separaten, parallelen Strömen des Inertgases von dem Brenner durchgeführt werden, oder das Inertgas kann in Serie geleitet werden, erst durch den Reformer und danach durch das Anodenströmungsfeld.
  • Falls das Brennstoffaufbereitungssystem andere katalytische Brennstoff aufbereitende Komponenten enthält, kann das Inertgas vom Brenner in Reihe durch sämtliche dieser Komponenten geleitet werden, um das gesamte Brennstoffaufbereitungssystem von restlichem Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu spülen.
  • Wenn das Spülen vollständig ist, wird die Strömung von organischem Brennstoff und Luft zum Brenner beendet. Während des weiteren Abschaltens füllt schließlich Luft die Volumina von sowohl den Brennstoffaufbereitungssystemkomponenten als auch die Anoden- und Kathodenströmungsfelder. Nach Anfahren der Brennstoffzelle, aber vor Verbinden der Brennstoffzelle mit der Last, können wiederum Luft und organischer Brennstoff in den Brenner geleitet werden, um das oben genannte inerte Spülungsgas zu erzeugen. Das Spülungsgas kann dann durch das Anodenströmungsfeld geleitet werden, um es von Luft freizuspülen. Wenn dieses Spülen vollständig ist, wird die Strömung von organischem Brennstoff zum Inertgas erzeugenden Brenner beendet, und organischer Brennstoff wird direkt in die Brennstoffaufbereitungskomponenten geleitet, um die Konvertierung dieses Brennstoffs zu Wasserstoff zu beginnen. Reaktanten werden dann der Brennstoffzelle zur Verfügung gestellt, und die Stromerzeugung wird begonnen.
  • In dem Fall, bei welchem das Brennstoffaufbereitungssystem einen Shift-Konverter aufweist, welcher einen Nickel- oder einen Nickellegierungskatalysator verwendet, muss darauf geachtet werden, dass Spülen dieser Komponente nicht bei Temperaturen zwischen ca. 90°C bis 200°C durchzuführen. Zwischen diesen Temperaturen reagiert Nickel mit dem Kohlenmonoxid in der Brennstoffaufbereitungsströmung und bildet Nickelcarbonyl, welches flüchtig und toxisch ist. Shift-Konverter, welche einen Edelmetall- oder Edelmetalllegierungskatalysator verwenden, haben dieses Problem nicht.
  • Die vorangehenden Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser ersichtlich anhand der folgenden detaillierten Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen davon, wie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die einzige Figur zeigt ein Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems, welches entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung betrieben werden kann.
  • Beste Art(en) der Durchführung der Erfindung
  • Die einzige Figur zeigt schematisch ein Brennstoffzellensystem 100, welches gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung betrieben werden kann. Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst eine Brennstoffzelle 102, ein Brennstoffaufbereitungssystem 104, Luftquellen 106a und 106b (welche einfach Umgebungsluft sein können), eine Quelle für organischen Brennstoff 108 (z.B. Erdgas oder Benzin), einen Brenner 110, (welcher ein katalytischer Brenner sein kann, aber nicht sein muss), einen Wärmetauscher 112, eine Dampfquelle 114 und Gebläse 116a, 116b und 116c zum Pumpen von Luft und anderen Gasen in und durch die verschiedenen Komponenten des Systems, auf eine Weise, welche im Folgenden beschrieben wird.
  • Die Brennstoffzelle 102 umfasst eine Anodenelektrode 118, eine Kathodenelektrode 120 und einen Elektrolyten 122, welcher zwischen den Elektroden angeordnet ist. Der Elektrolyt kann in Form einer Protonenaustauschmembran (PEM) des Typs sein, welcher im US-Patent 6 024 848 beschrieben ist, oder der Elektrolyt kann innerhalb einer Keramikmatrix gehalten werden, wie man es typischerweise in Säureelektrolyten-Brennstoffzellen vorfindet, z.B. Phosphorsäureelektrolyten-Brennstoffzellen. Die Zelle weist ebenfalls eine Anodenströmungsfeldplatte 124 benachbart zur Anodenelektrode und eine Kathodenströmungsfeldplatte 126 benachbart zur Kathodenelektrode auf. Die Kathodenströmungsfeldplatte hat eine Mehrzahl von Kanälen (nicht gezeigt), welche sich darüber hinweg benachbart zur Kathodenelektrode erstrecken und ein Kathodenströmungsfeld zum Transportieren eines Oxidationsmittels, z.B. Luft, über die Kathodenelektrode bilden. Die Anodenströmungsfeldplatte hat eine Mehrzahl von Kanälen (nicht gezeigt), welche sich darüber hinweg benachbart zur Anodenelektrode erstrecken und ein Anodenströmungsfeld zum Transport eines wasserstoffhaltigen Brennstoffs von dem Brennstoffaufbereitungssystem 104 über die Anodenelektrode bilden. Ein externer Stromkreis 128, einschließlich einer primären Last 120, wird über die Anoden- und Kathodenelektroden angeschlossen. Ein Schalter 132 im Stromkreis ermöglicht, dass die Brennstoffzelle entweder an die Last angeschlossen oder von der Last getrennt wird.
  • Obwohl nur eine einzelne Zelle gezeigt ist, würde ein Brennstoffzellensystem 100 tatsächlich eine Mehrzahl von benachbarten Zellen aufweisen (d.h. einen Zellenstapel), welche elektrisch in Reihe geschaltet sind. Zur detaillierteren Information über Brennstoffzellen, wie die in der Figur dargestellte, wird der Leser an die von der gleichen Anmelderin gehaltenen US-Patente 5 503 944 (PEM-Zellen) und 4 155 627 (Phosphorsäureelektrolyt-Brennstoffzellen) verwiesen.
  • Im Brennstoffzellensystem 100 umfassen die Komponenten des Brennstoffaufbereitungssystems 104 einen Entschwefler 131, einen autothermen Reformer 134, einen Shift-Konverter 136 und einen selektiven Oxidierer 138, deren Betrieb in der Brennstoffzellentechnik bekannt ist. Der Entschwefler muss nicht Teil des Brennstoffaufbereitungssystems sein, um die vorliegende Erfindung auszuüben. Er kann eliminiert werden, falls der Schwefelgehalt des organischen Brennstoffs aus der Quelle 108 ausreichend niedrig ist.
  • Im autothermen Reformer 134 werden Brennstoff, Luft und Dampf zu Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid auf eine Weise konvertiert, die dem Fachmann bekannt ist. Beispielsweise lassen Dampfreformer, welche in der Technik ebenfalls bekannt sind, Brennstoff und Dampf der Gegenwart eines Katalysators reagieren, um ein Outputgas aus Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid zu erzeugen. Ein weiteres Beispiel ist ein Reformer mit teilweiser Oxidation, welcher Luft und Brennstoff zu Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid durch einen katalytischen Prozess konvertiert. Alle diese und andere bekannte Typen von Reformern können verwendet werden.
  • Im Shift-Konverter 136 wird die Kohlenmonoxidkonzentration reduziert durch Reagieren-lassen von Kohlenmonoxid mit Wasser in Gegenwart eines Katalysators, um Kohlendioxid und zusätzlichen Wasserstoff zu erzeugen.
  • Der selektive Oxidierer 138 reduziert die Kohlenmonoxidkonzentration weiter durch Reagieren-lassen des Kohlenmonoxids mit Luft in Gegenwart eines Katalysators, wodurch Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid konvertiert wird. Der selektive Oxidierer muss nicht Teil des Brennstoffaufbereitungssystems sein, um die vorliegende Erfindung zu verwirklichen. Falls die Kohlenmonoxidkonzentration des Shift-Konverteroutputs ausreichend gering ist, kann der selektive Oxidierer eliminiert werden.
  • Während des normalen Brennstoffzellenbetriebs (d.h. bei der Erzeugung von Leistung für eine primäre Last) ist der Schalter 132 geschlossen, wodurch die Anodenelektrode 188 durch den externen Stromkreis 128 mit der Kathodenelektrode verbunden ist. Ein Umleitventil 140 ist vollständig geschlossen. Das Ventil 141 ist geöffnet, und das Gebläse 116b ist angeschaltet, so dass Luft aus der Quelle 106b in den Kathodengasraum 126 über eine Leitung 142 geleitet wird. Die verbrauchte Luft verlässt die Brennstoffzelle über die Leitung 144. Gleichzeitig leitet ein Umleitventil 146 organischen Brennstoff von der Quelle 108 in den Entschwefler 131 des Brennstoffaufbereitungssystems 104 über eine Leitung 148. Zu dieser Zeit ermöglicht es das Ventil 146 nicht, dass Brennstoff in die Leitung 150 und den Brenner 110 strömt; und ein Umleitventil 149 ist vollständig geschlossen. Das Gebläse 116c ist angeschaltet, und die Ventile 152, 154 und 156 sind geöffnet. So treten Dampf von der Quelle 114, Luft von der Quelle 106b und das Output des Entschweflers in den Reformer 134 ein und strömen hindurch. Der Output des Reformers wird in den und durch den Shift-Konverter 136 geleitet. Der Output des Shift-Konverters vereinigt sich mit Luft aus der Leitung 153 und strömt durch den selektiven Oxidierer 138. Der nun vollständig aufbereitete Brennstoff, welcher einen hohen Anteil an Wasserstoff enthält, strömt über die Anodenelektrode 188 und verlässt die Zelle über die Leitung 160, wobei das Umleitventil 158 eingestellt ist, um den gesamten Output des selektiven Oxidierers durch die Anodenströmungsfeldplatte 124 zu leiten. Das Oxidationsmittel an der Kathodenelektrode und Wasserstoff an der Anodenelektrode reagieren, um einen Strom innerhalb des externen Stromkreises 128 zu erzeugen, um die Last 130 zu versorgen.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Leistung erzeugendes Brennstoffzellensystem auf die folgende Weise abgeschaltet: Der Schalter 132 wird geöffnet, um die Brennstoffzelle von der Last 130 zu trennen. Die Ventile 141, 152, 154 und 156 werden geschlossen, und die Gebläse 116b und 116c werden abgeschaltet. Das Umleitventil wird umgestellt, um den gesamten Output des Brennstoffaufbereitungssystems 104 in die Atmosphäre über eine Leitung 162 abzuleiten. Das Umleitventil 146 wird umgestellt, um die Strömung von unverbrauchtem organischen Brennstoff zur Leitung 148 abzuschalten und stattdessen diesen Brennstoff in einen Brenner 110 über die Leitung 150 umzuleiten. Die Umleitventile 149 und 140 werden auf vollständig geöffnete Positionen umgestellt; und das Gebläse 116a, welches während des normalen Brennstoffbetriebs abgeschaltet ist, wird angeschaltet, um Luft von der Quelle 106a in den Brenner 110 zu liefern. Das Verhältnis von Luft und in den Brenner 110 zugeführten Brennstoff wird gewählt, um bei nahezu stöchiometrischen Bedingungen betrieben zu werden, so dass das Brenner-Outputgas ein "Inertgas" ist, wie es vorhin definiert wurde. Somit enthält das Brenner-Outputgas im wesentlichen keinen Sauerstoff. Es kann echte Inertgase, z.B. Stickstoff, enthalten, oder es kann beispielsweise Kohlendioxid und Wasserdampf enthalten, welche für Brennstoffzellen unschädlich sind.
  • Ferner, entsprechend dem Abschaltverfahren dieser Ausführungsform, strömt ein Teil des Brenner-Outputgases (nachdem es im Wärmetauscher 112 auf unterhalb 200°C abgekühlt wurde, um die Brennstoffzellen nicht zu überhitzen) über die Leitung 164 in dem Entschwefler, während der Rest durch das Ventil 140 strömt, wobei die Umleitventile 140 und 149 vollständig geöffnet sind. Das Ventil 140 teilt die Strömung zwischen den Leitungen 166 und 168, so dass ein Teil des Brenner-Outputgases parallel durch sowohl das Anodenströmungsfeld als auch das Kathodenströmungsfeld strömt, wobei beide Seiten der Zelle von Reaktanten mit einem Inertgas freigespült werden.
  • Gleichzeitig mit dem Spülen der Brennstoffzelle strömt das Brenner-Outputgas in Reihe durch die Komponenten des Brennstoffaufbereitungssystems, wobei diese von restlichem Wasserstoff und Kohlenmonoxid gespült werden. Die Spülgase aus dem Brennstoffaufbereitungssystem werden schließlich über die Leitung 162 in die Atmosphäre abgeleitet. Das Volumen des Brenner-Outputgases, welches durch das Brennstoffaufbereitungssystem 104 strömt, muss ausreichend sein, um im wesentlichen den gesamten Wasserstoff von den Komponenten zu spülen. Das erfordert wahrscheinlich ein Volumen an Spülungsgas, welches mindestens das Dreifache des Gesamtvolumens der zu spülenden Brennstoffaufbereitungskomponenten beträgt. Vorzugsweise sollte mindestens das zehnfache Volumen der Brennstoffaufbereitungskomponenten verwendet werden. Anstatt das Spülen durch das Spülgasvolumen oder die Spülzeit zu steuern, kann vorzugsweise ein Sensor 170 in der Ableitung 162 angeordnet sein, um die Wasserstoffkonzentration oder Kohlenmonoxidkonzentration (oder beide) zu messen. Wenn die Konzentrationen ausreichend niedrig oder gleich null sind, kann das Spülen der Brennstoffaufbereitungskomponenten beendet werden. In ähnlicher Weise können Gassensoren 172 bzw. 174 in den Kathoden- und Anodenströmungsfeld-Auslassleitungen 144 und 160 angeordnet werden, um festzustellen, wann das Spülen der Brennstoffzelle beendet werden kann. Schließlich kann ein Sensor, z.B. der Sensor 176, in der Brennerauslassleitung angeordnet werden, um die Zusammenset zung des Brenner-Outputgases zu überwachen. Die Messungen des Sensors 176 können verwendet werden, um das Verhältnis von dem Brenner zugeführter Luft und Brennstoff einzustellen, um zu gewährleisten, dass eine gewünschte Spülgaszusammensetzung aufrechterhalten wird. Wenn das Spülen des Brennstoffzellensystems als vollständig angesehen wird, werden die Ventile 149, 146 und 148 geschlossen.
  • Um das Brennstoffzellensystem nach einer Periode des Abschaltens anzufahren, werden die Ventile 152, 154 und 158 geschlossen, und die Luftgebläse 116b und 116c sind abgeschaltet. Das Umleitventil 146 ist so eingestellt, dass Brennstoff nur zu dem Brenner 110 geführt wird; und gleichzeitig wird das Luftgebläse 116a angeschaltet, um Luft für den Brenner 110 bereitzustellen. Die Umleitventile 149 und 140 sind so eingestellt, dass der gesamte Brenner-Inertgasoutput durch die Anodenströmungsfeldplatte 124 über die Leitung 168 beliefert wird. Dieses Spülen der Anodenseite der Brennstoffzelle wird fortgesetzt, bis der Sauerstoffgehalt in der Leitung 160 im wesentlichen gleich null ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das Luftgebläse 116a abgeschaltet, und das Brennstoff-Umleitventil 146 wird eingestellt, um die Strömung von Brennstoff in den Brennstoff 110 zu stoppen. Auch die Umleitventile 140 und 149 werden geschlossen.
  • Bei Fortsetzen des Anfahrverfahrens wird überhitzter Dampf von der Quelle 114 in den Reformer 134 und den Shift-Konverter 136 geleitet, um sie auf ca. 250°C zu heizen. Das Brennstoffumleitventil ist positioniert, um Brennstoff ausschließlich zum Entschwefler über die Leitung 148 zu führen. Gleichzeitig werden die Ventile 152 und 154 geöffnet und das Luftgebläse 116c angeschaltet. Das Brennstoffaufbereitungssystem beginnt nun mit der Erzeugung eines wasserstoffreichen Brennstoffs.
  • Das Umleitventil 158 wird nun geöffnet, wobei Brennstoff zur Anode 118 zugeführt wird; und das Luftgebläse 116b wird angeschaltet und das Ventil 141 geöffnet, wodurch Luft zur Kathode 120 zugeführt wird. Der Schalter 132 wird geschlossen, wobei Stromerzeugung beginnt.
  • In der vorangehenden beispielhaften Ausführungsform wird während des Abschaltverfahrens das Spülgas vom Brenner 110 parallel durch das Brennstoffaufbereitungssystem, das Anodenströmungsfeld und das Kathodenströmungsfeld geleitet. In einer alternativen Ausführungsform kann das Brenner-Outputgas in Reihe durch die Brennstoffaufbereitungskomponenten und anschließend durch das Anodenströmungsfeld geleitet werden. Außerdem ist es nicht entscheidend, dass das Brennstoffaufbereitungssystem alle in der Figur gezeigten Komponenten umfasst. Beispielsweise kann das Brennstoffaufbereitungssystem lediglich einen Reformer und Shift-Konverter haben.
  • Zusammenfassung
  • Ein Verfahren zum Spülen eines Brennstoffzellensystems (100) beim Anfahren oder Abschalten umfasst Leiten des organischen Brennstoffs (108) zusammen mit Luft (106a und b) in einem Brenner (110), um ein Gas zu erzeugen, welches der Brennstoffzelle gegenüber im wesentlichen inert ist, z.B. ein Gas aus Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf. Das Inertgas wird durch jede der oder bei Brennstoffzellen und Brennstoffaufbereitungssystem (104) Komponenten, z.B. einen Reformer (134) und Shift-Konverter (136) geleitet, um diese Komponenten von unerwünschten Gasen freizuspülen. Im Fall des Abschaltens, nachdem die Zelle von der Primärlast (120) getrennt wurde, wird das im Brenner erzeugte Inertgas entweder in Reihe oder parallel durch die Brennstoffzelle und das Brennstoffzellen-Aufbereitungssystem geleitet.

Claims (13)

  1. Bei einem Verfahren zum Spülen eines Brennstoffzellensystems, welches von seiner primären Last getrennt wurde, vorbei das System eine Brennstoffzelle mit einer Anodenelektrode, einer Kathodenelektrode und einem dazwischen angeordneten Elektrolyten aufweist, wobei die Zelle auch ein Anodenströmungsfeld zum Transportieren eines wasserstoffhaltigen Brennstoffs durch die Zelle über die Anodenelektrode und ein Kathodenströmungsfeld zum Transportieren eines sauerstoffhaltigen Gases durch die Zelle über die Kathodenelektrode aufweist, wobei das Brennstoffzellensystem auch eine Quelle von organischem Brennstoff, ein Brennstoffaufbereitungssystem zum Konvertieren des organischen Brennstoffs zu Wasserstoff und anderen gasförmigen Komponenten und einen Brenner aufweist, wobei das Brennstoffaufbereitungssystem eine Mehrzahl von Brennstoffaufbereitungskomponenten einschließlich eines Reformers stromaufwärts von und in Reihe mit einem Shift-Konverter aufweist, mit den Schritten: a. Leiten von Luft und organischem Brennstoff von der Quelle zu dem Brenner in einem Verhältnis, dass gewählt ist, um zu Brenner-Verbrennungsprodukten zu führen, welche aus Inertgasen bestehen; und b. Spülen des Anodenströmungsfelds durch Strömen Lassen von Inertgasen, welche in dem Brenner erzeugt wurden, durch das Anodenströmungsfeld.
  2. Bei einem Verfahren zum Abschalten eines Brennstoffzellensystems, welches Leistung an eine primäre Last liefert, wobei das System eine Brennstoffzelle mit einer Anodenelektrode, einer Kathodenelektrode und einem dazwischen angeordneten Elektrolyten aufweist, wobei die genannte Zelle auch ein Anodenströmungsfeld zum Transportieren eines wasserstoffhaltigen Brennstoffs durch die Zelle über die Anodenelektrode und ein Kathodenströmungsfeld zum Transportieren eines sauerstoffhaltigen Gases durch die Zelle über die Kathodenelektrode aufweist, wobei das Brennstoffzellensystem auch eine Quelle für organischen Brennstoff, ein Brennstoffaufbereitungssystem zum Konvertieren des organischen Brennstoffs zu Wasserstoff und anderen gasförmigen Komponenten und einen Brenner aufweist, wobei das Brennstoffaufbereitungssystem eine Mehrzahl von Brennstoffaufbereitungskomponenten aufweist, einschließlich eines Reformers stromaufwärts von und in Reihe mit einem Shift-Konverter, mit den Schritten: a. Trennen der primären Last von der Zelle und Beenden des Aufbereitens von organischem Brennstoff in dem Brennstoffaufbereitungssystem zur Erzeugung von Wasserstoff; b. nach Schritt (a), Leiten von Luft und organischem Brennstoff von der Quelle in den Brenner in einem Verhältnis, das gewählt ist, um zu Brenner-Verbrennungsprodukten zu führen, welche aus Inertgasen bestehen; und c. Strömen Lassen von zumindest einem Teil der Brenner-Verbrennungsprodukte durch mindestens den Reformer des Brennstoffaufbereitungssystems, mindestens bis der Reformer von restlichem Wasserstoff und Kohlenmonoxid gespült ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei Schritt (c) auch das Strömen Lassen eines Teils der Brenner-Verbrennungsprodukte durch mindestens eines der Brennstoffzellenströmungsfelder parallel zur Strömung der Brenner-Verbrennungsprodukte aufweist, welche durch den Dampfreformer strömen gelassen werden, um das mindestens eine Strömungsfeld von Reaktantengasen zu spülen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei in Schritt (c) ein Teil der Brenner-Verbrennungsprodukte parallel durch den Reformer, das Kathodenströmungsfeld und das Anodenströmungsfeld strömen gelassen wird, um den Reformer von restlichem Wasserstoff und Kohlenmonoxid und das Kathoden- und Anodenströmungsfeld von Reaktanten zu spülen.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Brenner-Verbrennungsprodukte im wesentlichen aus Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf bestehen.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei in Schritt (c) die Produkte der katalytischen Verbrennung in Reihe durch den Reformer und dann durch das Anodenströmungsfeld strömen gelassen werden, um sowohl den Reformer als auch das Anodenströmungsfeld von restlichem Wasserstoff zu spülen.
  7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei in Schritt (c) die Brenner-Verbrennungsprodukte in Reihe durch den Reformer und den Shift-Konverter strömen gelassen werden, um den Reformer und den Shift-Konverter von restlichem Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu spülen.
  8. Verfahren nach Anspruch 2, wobei in Schritt (c) die Brenner-Verbrennungsprodukte in Reihe durch sämtliche Brennstoffaufbereitungskomponenten des Brennstoffzellensystems strömen gelassen werden, um sämtliche Komponenten von restlichem Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu spülen.
  9. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Brenner-Verbrennungsprodukte in Reihe durch sämtliche Brennstoffaufbereitungskomponenten und von den Brennstoffaufbereitungskomponenten durch das Anodenströmungsfeld strömen gelassen werden, um die Brennstoffaufbereitungskomponenten und das Anodenströmungsfeld von restlichem Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu spülen.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Brennstoffaufbereitungseinrichtung einen Entschwefler stromaufwärts und in Reihe mit dem Reformer und einen selektiven Oxidierer stromabwärts von und in Reihe mit dem Shift-Konverter aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Shift-Konverter einen Nickel oder eine Nickellegierung enthaltenden Katalysator verwendet und die Temperatur des Gases vom Reformer, welches während des Spülens in den Shift-Konverter eintritt, oberhalb von 200°C gehalten wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 2, gefolgt von einem Verfahren zum Anfahren des Brennstoffzellensystems, aufweisend die folgenden Schritte in der folgenden Reihenfolge: a. Leiten von organischem Brennstoff und Luft in den Brenner in einem Verhältnis, das gewählt ist, um zu Verbrennungsprodukten zu führen, die aus Inertgasen bestehen; b. Strömen Lassen der resultierenden Inertgase durch das Anodenströmungsfeld mindestens bis der Sauerstoffgehalt der Gase, welche das Anodenströmungsfeld verlassen, im wesentlichen null ist; c. Beenden der Strömung von Inertgasen durch das Anodenströmungsfeld; d. Leiten von organischem Brennstoff in den Reformer, um ein wasserstoffhaltiges Gas zu erzeugen; e. Leiten des wasserstoffhaltigen Gases von dem Reformer in den Shift-Konverter; f. Leiten des wasserstoffhaltigen aufbereiteten Brennstoffs von dem Brennstoffaufbereitungssystem durch das Anodenströmungsfeld und Leiten von Luft durch das Kathodenströmungsfeld; und g. Verbinden der primären Last über die Brennstoffzelle.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren zum Anfahren einer Brennstoffzelle ist, und Schritte (a) und (b) durchgeführt werden, während die Brennstoffzelle abgeschaltet und von der primären Last getrennt ist, wobei die Schritte (a) und (b) beendet werden, wenn der Sauerstoffgehalt der Gase, welche das Anodenströmungsfeld verlassen, im wesentlichen null ist, und wobei, nachdem die Schritte (a) und (b) beendet wurden, ein wasserstoffhaltiges Gas durch das Anodenströmungsfeld geleitet wird, Luft durch das Kathodenströmungsfeld geleitet wird, und die primäre Last über die Brennstoffzelle verbunden wird.
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