一种燃料电池系统技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池系统，包括燃料输送机构、燃料重整机构、阳极循环系统、阴极循环系统、供氧系统、燃料电池堆和电力调节系统，以燃料重整机构聚光催化燃料重整制氢，以供氧系统净化富氧供氧；以阳极循环系统驱动阳极电解质与氢气，阴极电解质与氧气雾化后在燃料电池堆中气流床电极上发生电化学反应，实现化学能向电能的高效转换；具有能力转换效率高，燃料适用面广，噪音低，无环境污染；且燃料电池系统成本低，燃料使用成本低，可靠性及维修性好等特点；特别适用于汽车、飞机、舰船和分布式电站等领域。

A fuel cell system

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统
本专利技术涉及清洁能源领域，具体涉及一种燃料电池系统。
技术介绍
能源短缺以及大量化石能源的利用，导致环境严重恶化，已成为目前全人类将面临的重大问题，寻求洁净高效的能量转换技术已成为全球关注的热点，燃料电池技术被认为是21世纪首选的清洁高效发电技术，承载着人类实现高效率和低排放的梦想。作为一种发电装置，燃料电池与现在广泛使用的热机(蒸汽机和内燃机)相比，具有效率高、污染低、噪声小、使用范围广泛和灵活性高等特点。包括碱性燃料电池在内的几种常见燃料电池，基本上都是以氢气为燃料，但氢气的储存、运输存在一定的困难。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种经济实用的燃料电池系统。为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种燃料电池系统，包括燃料输送机构、燃料重整机构、阳极循环系统、阴极循环系统、供氧系统、燃料电池堆和电力调节系统，所述燃料输送机构与燃料重整机构连接，所述燃料重整机构与阳极循环系统连接，所述阳极循环系统与燃料电池堆的气流床阳极连接，所述供氧系统与阴极循环系统连接，所述阴极循环系统与燃料电池堆的气流床阴极连接，所述燃料电池堆的正负极与电力调节系统连接；所述燃料输送机构用于将燃料传输给燃料重整机构，所述燃料重整机构用于将燃料输送机构输送来的燃料与阳极循环系统输送来的水反应生成氢气和副产物，并将反应后生成的生成氢气和副产物输送到阳极循环系统，所述气流床阳极用于使氢气和气流床阴极输送过来的负离子反应生成水，并将阳极电解质溶液与未反应的氢气输送给阳极循环系统，所述气流床阴极用于催化氧气和水反应生成负离子，所述阳极循环系统用于利用气流床阳极反应后排出的阳极电解质溶液与燃料重整机构输送来的副产物反应，并将生成的碳酸盐排出，并将氢气与未反应的燃料和水进行分离，将氢气分离出来与阳极电解质溶液混合雾化后传输给燃料电池堆的气流床阳极，再将水和燃料传输给燃料重整机构，所述供氧系统用于将空气转变为高含氧空气并输送至阴极循环系统，所述阴极循环系统用于将供氧系统传输来的高含氧量的空气与阴极电解质储存箱的阴极电解质溶液混合雾化并传输给燃料电池堆的气流床阴极，并将气流床阴极反应后排出阴极电解质溶液和空气中的空气排出，并将阴极电解质溶液与空气中的CO2反应生成的碳酸盐分离后输送到阴极电解质储存箱，所述燃料电池堆用于催化氢气与氧气发生电化学反应并将产生的化学能转换为电能，所述电力调节系统用于将燃料电池堆生成的电能传输给外界负载设备。本专利技术的有益效果为：本专利技术制氢成本低，原材料利用率高，原材料适用性强，且无污染物排放；通过供氧系统增加氧气浓度，不仅可以降低电极、催化剂的污染，提高电极反应速率，而且氧源易得，制氧成本低；燃料重整机构现场即时制氢，反应速度快，制氢效率高，解决了氢气的储存、运输的难题；通过阴极循环系统和阳极循环系统反复利用反应生成的水汽、反应热、电解质和没有反应完全的物质，提高能力的利用率。进一步的，所述燃料电池堆包括气流床和隔膜，所述隔膜将气流床分割为气流床阳极和气流床阴极，所述隔膜用于将气流床阳极和气流床阴极隔开并仅允许气流床阴极生成的负离子单方向移动到气流床阳极，所述气流床阳极内设置有阳极催化剂、阳极集流体和阳极室极板，所述气流床阴极内设置有阴极催化剂、阴极集流体和阴极室极板。进一步的，所述隔膜为石棉膜制成，所述阳极催化剂和阴极催化剂为炭载金属铂系催化剂，所述阳极集流体和阴极集流体为镍丝制成，所述阳极室极板和阴极室极板由环氧树脂制成。进一步的，所述燃料重整机构包括聚光无极灯和裂解器；所述聚光无极灯包括微波源、聚光罩、石英发光体和聚光镜，所述聚光罩内设置有若干石英发光体，所述石英发光体用于发出紫外光，所述微波源用于向石英发光体提供电能，所述微波源上设置有散热片，所述聚光罩的输出端与裂解器连接，所述聚光罩的输出端设置有聚光镜，所述聚光罩和聚光镜用于将石英发光体发出的光汇聚为光斑，并将光斑导入裂解器内；所述裂解器内设置有催化剂丝网阵列，所述催化剂丝网阵列用于加快反应速度；所述聚光无极灯用于发射出高温紫外光并将高温紫外光照射进裂解器中，所述裂解器用于催化燃料与水发生反应。采用上述进一步方案的有益效果为：通过聚光罩和聚光镜将石英发光体发出的光汇聚为一道光斑，将其能量汇聚在一起，使其温度更高，加快裂解器内物质的反应速率；燃料重整机构可将烃类、醇类燃料和水反应制成氢气，适用性高。进一步的，所述石英发光体为直径20cm、10cm或5cm的石英圆球制成，所述石英圆球内填充低压汞蒸气，所述裂解器为直径20cm，高50cm的不锈钢管反应器，所述催化剂丝网阵列为镍丝和铁丝组成的网阵。进一步的，所述燃料输送机构包括燃料箱和燃料计量泵，所述燃料箱的输出端与裂解器的输入端连接，所述燃料箱与裂解器之间设置有燃料计量泵，所述燃料箱用于储存燃料，所述燃料计量泵用于将燃料箱内的燃料输送给裂解器。进一步的，所述阳极循环系统包括CO2吸收反应器、阳极循环泵、循环风机、氢气分离器、阳极计量给液泵、阳极电解质储存箱和阳极电解质雾化器，所述CO2吸收反应器的输入端与裂解器的输出端和气流床阳极的输出端连接，所述气流床阳极的输出端处设置有阳极循环泵，所述阳极循环泵用于将气流床阳极反应后的电解质溶液和未反应的氢气泵出并输送给CO2吸收反应器，所述裂解器的输出端设置有裂解器循环泵，所述裂解器循环泵用于将裂解器内反应后生成的氢气和副产物泵出并输送给CO2吸收反应器，所述CO2吸收反应器的输出端与裂解器的输入端和电解质雾化器的输入端连接，所述CO2吸收反应器用于催化气流床阳极反应后排出的阳极电解质溶液与裂解器输入的副产物之间发生反应，所述CO2吸收反应器的输出端设置有循环风机，所述循环风机用于将CO2吸收反应器中的未发生反应的氢气、燃料和水抽出，所述CO2吸收反应器的输出端与阳极电解质雾化器的输入端之间设置有氢气分离器，所述阳极电解质雾化器的输出端与气流床阳极的输入端连接，所述氢气分离器用于将CO2吸收反应器传输来的氢气与燃料和水进行分离，并将分离出来的氢气输送到阳极电解质雾化器，所述阳极电解质雾化器的另一个输入端与阳极电解质储存箱的输出端连接，所述阳极电解质雾化器与阳极电解质储存箱之间设置有阳极计量给液泵，所述阳极电解质储存箱用于储存阳极电解质溶液，所述阳极计量给液泵用于将阳极电解质储存箱内的阳极电解质溶液的传输给阳极电解质雾化器，所述阳极电解质雾化器用于将氢气和阳极电解质溶液混合雾化之后输送到气流床阳极，所述CO2吸收反应器上设置有排放阀，所述CO2吸收反应器通过排放阀与第一储存箱连接，所述排放阀用于将CO2吸收反应器内反应后生成的碳酸盐排出，所述第一储存箱用于存储CO2吸收反应器内生成的碳酸盐，所述CO2吸收反应器内设置有催化剂网阵，所述催化剂网阵用于加快CO2吸收反应器内物质反应速率。采用上述进一步方案的有益效果为：CO2吸收反应器可吸收来自裂解器和气流床阳床传输来的CO2，放置CO2再次流向裂解器或者气流床阳极，防止CO2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括燃料输送机构(1)、燃料重整机构(2)、阳极循环系统(3)、阴极循环系统(4)、供氧系统(5)、燃料电池堆(6)和电力调节系统(7)，所述燃料输送机构(1)与燃料重整机构(2)连接，所述燃料重整机构(2)与阳极循环系统(3)连接，所述阳极循环系统(3)与燃料电池堆(6)的气流床阳极(611)连接，所述供氧系统(5)与阴极循环系统(4)连接，所述阴极循环系统(4)与燃料电池堆(6)的气流床阴极(612)连接，所述燃料电池堆(6)的正负极与电力调节系统(7)连接；/n所述燃料输送机构(1)用于将燃料传输给燃料重整机构(2)，所述燃料重整机构(2)用于将燃料输送机构(1)输送来的燃料与阳极循环系统(3)输送来的水反应生成氢气和副产物，并将反应后生成的生成氢气和副产物输送到阳极循环系统(3)，所述气流床阳极(611)用于使氢气和气流床阴极(612)输送过来的负离子反应生成水，并将阳极电解质溶液与未反应的氢气输送给阳极循环系统(3)，所述气流床阴极(612)用于催化氧气和水反应生成负离子，所述阳极循环系统(3)用于利用气流床阳极(611)反应后排出的阳极电解质溶液与燃料重整机构(2)输送来的副产物反应，并将生成的碳酸盐排出，并将氢气与未反应的燃料和水进行分离，将氢气分离出来与阳极电解质溶液混合雾化后传输给燃料电池堆(6)的气流床阳极(611)，再将水和燃料传输给燃料重整机构(2)，所述供氧系统(5)用于将空气转变为高含氧空气并输送至阴极循环系统(4)，所述阴极循环系统(4)用于将供氧系统(5)传输来的高含氧量的空气与阴极电解质储存箱(42)的阴极电解质溶液混合雾化并传输给燃料电池堆(6)的气流床阴极(612)，并将气流床阴极(612)反应后排出阴极电解质溶液和空气中的空气排出，并将阴极电解质溶液与空气中的CO...

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括燃料输送机构(1)、燃料重整机构(2)、阳极循环系统(3)、阴极循环系统(4)、供氧系统(5)、燃料电池堆(6)和电力调节系统(7)，所述燃料输送机构(1)与燃料重整机构(2)连接，所述燃料重整机构(2)与阳极循环系统(3)连接，所述阳极循环系统(3)与燃料电池堆(6)的气流床阳极(611)连接，所述供氧系统(5)与阴极循环系统(4)连接，所述阴极循环系统(4)与燃料电池堆(6)的气流床阴极(612)连接，所述燃料电池堆(6)的正负极与电力调节系统(7)连接；
所述燃料输送机构(1)用于将燃料传输给燃料重整机构(2)，所述燃料重整机构(2)用于将燃料输送机构(1)输送来的燃料与阳极循环系统(3)输送来的水反应生成氢气和副产物，并将反应后生成的生成氢气和副产物输送到阳极循环系统(3)，所述气流床阳极(611)用于使氢气和气流床阴极(612)输送过来的负离子反应生成水，并将阳极电解质溶液与未反应的氢气输送给阳极循环系统(3)，所述气流床阴极(612)用于催化氧气和水反应生成负离子，所述阳极循环系统(3)用于利用气流床阳极(611)反应后排出的阳极电解质溶液与燃料重整机构(2)输送来的副产物反应，并将生成的碳酸盐排出，并将氢气与未反应的燃料和水进行分离，将氢气分离出来与阳极电解质溶液混合雾化后传输给燃料电池堆(6)的气流床阳极(611)，再将水和燃料传输给燃料重整机构(2)，所述供氧系统(5)用于将空气转变为高含氧空气并输送至阴极循环系统(4)，所述阴极循环系统(4)用于将供氧系统(5)传输来的高含氧量的空气与阴极电解质储存箱(42)的阴极电解质溶液混合雾化并传输给燃料电池堆(6)的气流床阴极(612)，并将气流床阴极(612)反应后排出阴极电解质溶液和空气中的空气排出，并将阴极电解质溶液与空气中的CO2反应生成的碳酸盐分离后输送到阴极电解质储存箱(42)，所述燃料电池堆(6)用于催化氢气与氧气发生电化学反应并将产生的化学能转换为电能，所述电力调节系统(7)用于将燃料电池堆(6)生成的电能传输给外界负载设备。


2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池堆(6)包括气流床(61)和隔膜(62)，所述隔膜(62)将气流床(61)分割为气流床阳极(611)和气流床阴极(612)，所述隔膜(62)用于将气流床阳极(611)和气流床阴极(612)隔开并仅允许气流床阴极(612)生成的负离子单方向移动到气流床阳极(611)，所述气流床阳极(611)内设置有阳极催化剂(6111)、阳极集流体(6112)和阳极室极板(6113)，所述气流床阴极(612)内设置有阴极催化剂(6121)、阴极集流体(6122)和阴极室极板(6123)。


3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述隔膜(62)为石棉膜制成，所述阳极催化剂(6111)和阴极催化剂(6121)为炭载金属铂系催化剂，所述阳极集流体(6112)和阴极集流体(6122)为镍丝制成，所述阳极室极板(6113)和阴极室极板(6123)由环氧树脂制成。


4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料重整机构(2)包括聚光无极灯(21)和裂解器(22)；
所述聚光无极灯(21)包括微波源(211)、聚光罩(212)、石英发光体(213)和聚光镜(214)，所述聚光罩(212)内设置有若干石英发光体(213)，所述石英发光体(213)用于发出紫外光，所述微波源(211)用于向石英发光体(213)提供电能，所述微波源(211)上设置有散热片(2111)，所述聚光罩(212)的输出端与裂解器(22)连接，所述聚光罩(212)的输出端设置有聚光镜(214)，所述聚光罩(212)和聚光镜(214)用于将石英发光体(213)发出的光汇聚为光斑，并将光斑导入裂解器(22)内；
所述裂解器(22)内设置有催化剂丝网阵列(221)，所述催化剂丝网阵列(221)用于加快反应速度；
所述聚光无极灯(21)用于发射出高温紫外光并将高温紫外光照射进裂解器(22)中，所述裂解器(22)用于催化燃料与水发生反应。


5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述石英发光体(213)为直径20cm、10cm或5cm的石英圆球制成，所述石英圆球内填充低压汞蒸气，所述裂解器(22)为直径20cm，高50cm的不锈钢管反应器，所述催化剂丝网阵列(221)为镍丝和铁丝组成的网阵。


6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料输送机构(1)包括燃料箱(11)和燃料计量泵(12)，所述燃料箱(11)的输出端与裂解器(22)的输入端连接，所述燃料箱(11)与裂解器(22)之间设置有燃料计量泵(12)，所述燃料箱(11)用于储存燃料，所述燃料计量泵(12)用于将燃料箱(11)内的燃料输送给裂解器(22)。


7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆福，
申请(专利权)人：曾庆福，
类型：发明
国别省市：湖北;42