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一种 燃料 电池系统

阅读：729发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种燃料电池系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明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。，下面是一种燃料电池系统专利的具体信息内容。

权利要求

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.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述阳极循环系统(3)包括CO2吸收反应器(31)、阳极循环泵(32)、循环风机(33)、氢气分离器(34)、阳极计量给液泵(35)、阳极电解质储存箱(36)和阳极电解质雾化器(37)，所述CO2吸收反应器(31)的输入端与裂解器(22)的输出端和气流床阳极(611)的输出端连接，所述气流床阳极(611)的输出端处设置有阳极循环泵(32)，所述阳极循环泵(32)用于将气流床阳极(611)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(31)，所述裂解器(22)的输出端设置有裂解器循环泵(222)，所述裂解器循环泵(222)用于将裂解器(22)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(31)，所述CO2吸收反应器(31)的输出端与裂解器(22)的输入端和电解质雾化器(37)的输入端连接，所述CO2吸收反应器(31)用于催化气流床阳极(611)反应后排出的阳极电解质溶液与裂解器(22)输入的副产物之间发生反应，所述CO2吸收反应器(31)的输出端设置有循环风机(33)，所述循环风机(33)用于将CO2吸收反应器(31)中的未发生反应的氢气、燃料和水抽出，所述CO2吸收反应器(31)的输出端与阳极电解质雾化器(37)的输入端之间设置有氢气分离器(34)，所述阳极电解质雾化器(37)的输出端与气流床阳极(611)的输入端连接，所述氢气分离器(34)用于将CO2吸收反应器(31)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(37)，所述阳极电解质雾化器(37)的另一个输入端与阳极电解质储存箱(36)的输出端连接，所述阳极电解质雾化器(37)与阳极电解质储存箱(36)之间设置有阳极计量给液泵(35)，所述阳极电解质储存箱(36)用于储存阳极电解质溶液，所述阳极计量给液泵(35)用于将阳极电解质储存箱(36)内的阳极电解质溶液的传输给阳极电解质雾化器(37)，所述阳极电解质雾化器(37)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(611)，所述CO2吸收反应器(31)上设置有排放阀(38)，所述CO2吸收反应器(31)通过排放阀(38)与第一储存箱连接(39)，所述排放阀(38)用于将CO2吸收反应器(31)内反应后生成的碳酸盐排出，所述第一储存箱(39)用于存储CO2吸收反应器(31)内生成的碳酸盐，所述CO2吸收反应器(31)内设置有催化剂网阵(311)，所述催化剂网阵(311)用于加快CO2吸收反应器(31)内物质反应速率。
8.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述供氧系统(5)包括抽气机(51)和富氧装置(52)，所述抽气机(51)连接于富氧装置(52)的输入端且用于将空气导入富氧装置(52)内，所述富氧装置(52)用于将抽气机(51)导入的普通空气转换为含氧量高的空气，所述富氧装置(52)包括富氧膜(521)和空气净化器(522)，从所述抽气机(51)导入的空气将先经过空气净化器(522)再经过富氧膜(521)，之后从富氧装置(52)的输出端导入阴极循环系统(4)。
9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述供氧系统(5)在将含氧量高的空气导入阴极循环系统(4)之前，含氧量高的空气会先通过微波源(211)上的散热片(2111)，带走散热片(2111)上的热量并预热含氧量高的空气。
10.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述阴极循环系统(4)包括气液分离器(41)、阴极电解质储存箱(42)、寄生电流阻断阀(43)、阴极电解质回收箱(44)、阴极计量给液泵(45)和阴极电解质雾化器(46)，所述阴极电解质回收箱(44)的输入端与气流床阴极(612)的输出端连接，所述阴极电解质回收箱(44)上设置有气液分离器(41)，所述气液分离器(41)用于将气流床阴极(612)反应后排出的空气与阴极电解质溶液分离并将空气排出循环系统，所述阴极电解质回收箱(44)的输出端与阴极电解质储存箱(42)的输入端连接，所述阴极电解质回收箱(44)的输出端设置有寄生电流阻断阀(43)，所述阴极电解质回收箱(44)用于暂存含有寄生电流以及碳酸盐的阴极电解质溶液，所述寄生电流阻断阀(43)用于将阴极电解质回收箱(44)内的阴极电解溶液质输送给阴极电解质储存箱(42)，并阻断寄生电流和除去空气中的CO2与阴极电解质溶液发生反应产生的碳酸盐，所述阴极电解质储存箱(42)的输出端与供氧系统(5)的输出端均和阴极电解质雾化器(46)的输入端连接，所述阴极电解质储存箱(42)的输出端设置有阴极计量给液泵(45)，所述阴极计量给液泵(45)用于将阴极电解质储存箱(42)内的阴极电解质溶液传输给阴极电解质雾化器(46)，所述阴极电解质雾化器(46)的输出端与气流床阴极(612)的输入端连接，所述阴极电解质雾化器(46)用于将高含氧的空气与阴极电解质溶液混合雾化并传输给气流床阴极(612)。

说明书全文

一种燃料 电池系统

技术领域

[0001] 本发明涉及清洁能源领域，具体涉及一种燃料电池系统。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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。

发明内容

[0005] 本发明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。

[0006] 为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

[0007] 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；

[0008] 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。

[0009] 本发明的有益效果为：本发明制氢成本低，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。

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 进一步的，所述燃料重整机构包括聚光无极灯和裂解器；

[0013] 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；

[0014] 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；

[0015] 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。

[0016] 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。

[0017] 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。

[0018] 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。

[0019] 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。

[0020] 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对电极的污染；通过氢气分离器，将氢气与其他气体分开，防止其他气体流入气流阳极床与阳极内物质反应，造成堵塞；通过阳极电解质雾化器将阳极电解质和氢气混合雾化后，再输入气流床阳极，经过混合雾化后的氢气反应速率更快，反应的更加充分，提高了燃料的利用率。

[0021] 进一步的，所述供氧系统包括抽气机和富氧装置，所述抽气机连接于富氧装置的输入端且用于将空气导入富氧装置内，所述富氧装置用于将抽气机导入的普通空气转换为含氧量高的空气，所述富氧装置包括富氧膜和空气净化器，从所述抽气机导入的空气将先经过空气净化器再经过富氧膜，之后从富氧装置的输出端导入阴极循环系统。

[0022] 采用上述进一步方案的有益效果为：通过富氧装置上的空气净化器先将空气中的粉层杂质去除，再通过富氧膜分离富氧，形成高含氧洁净空气，进而提升了燃料电池的电化学反应速率和电能转换率。

[0023] 进一步的，所述供氧系统在将含氧量高的空气导入阴极循环系统之前，含氧量高的空气会先通过微波源上的散热片，带走散热片上的热量并预热含氧量高的空气。

[0024] 采用上述进一步方案的有益效果为：含氧量高的空气在经过散热片的时候，不仅会带走散热片上的热量，防止微波源温度过高，同时也会加热含氧量高的空气，提高气流床阴极的电化学反应速率。

[0025] 进一步的，所述阴极循环系统包括气液分离器、阴极电解质储存箱、寄生电流阻断阀、阴极电解质回收箱、阴极计量给液泵和阴极电解质雾化器，所述阴极电解质回收箱的输入端与气流床阴极的输出端连接，所述阴极电解质回收箱上设置有气液分离器，所述气液分离器用于将气流床阴极反应后排出的空气与阴极电解质溶液分离并将空气排出循环系统，所述阴极电解质回收箱的输出端与阴极电解质储存箱的输入端连接，所述阴极电解质回收箱的输出端设置有寄生电流阻断阀，所述阴极电解质回收箱用于暂存含有寄生电流以及碳酸盐的阴极电解质溶液，所述寄生电流阻断阀用于将阴极电解质回收箱内的阴极电解溶液质输送给阴极电解质储存箱，并阻断寄生电流和除去空气中的CO2与阴极电解质溶液发生反应产生的碳酸盐，所述阴极电解质储存箱的输出端与供氧系统的输出端均和阴极电解质雾化器的输入端连接，所述阴极电解质储存箱的输出端设置有阴极计量给液泵，所述阴极计量给液泵用于将阴极电解质储存箱内的阴极电解质溶液传输给阴极电解质雾化器，所述阴极电解质雾化器的输出端与气流床阴极的输入端连接，所述阴极电解质雾化器用于将高含氧的空气与阴极电解质溶液混合雾化并传输给气流床阴极。

[0026] 采用上述进一步方案的有益效果为：通过阴极电解质雾化器将阴极电解质与含氧量高的空气混合雾化，再输入气流床阴极，进一步提升气流床阴极内的电化学反应速率，并使氧气反应的更充分；通过气液分离器分离从气流床阴极排出的物质中的气体，再将分离后得到的电解质传输给阴极电解质回收箱，阴极电解质回收箱再通过寄生电流阻断阀将阴极电解质中的寄生电流和其他杂质过滤后，再传输给阴极电解质储存箱，使得阴极电解质反复利用，降低成本。附图说明

[0027] 图1为本发明总体结构示意图；

[0028] 图2为本发明连接结构示意图；

[0029] 图3为以甲烷为例的物质流向图。

[0030] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：

[0031] 1、燃料输送机构；11、燃料箱；12、燃料计量泵；2、燃料重整机构；21、聚光无极灯；211、微波源；212、聚光罩；213、石英发光体；214、聚光镜；22、裂解器；221、催化剂丝网阵列；
222、裂解器循环泵；3、阳极循环系统；31、CO2吸收反应器；311、催化剂网阵；32、阳极循环泵；33、循环风机；34、氢气分离器；35、阳极计量给液泵；36、阳极电解质储存箱；37、阳极电解质雾化器；38、排放阀；39、第一存储箱；4、阴极循环系统；41、气液分离器；42、阴极电解质储存箱；43、寄生电流阻断阀；44、阴极电解质回收箱；45、阴极计量给液泵；46、阴极电解质雾化器；5、供氧系统；51、抽气机；52、富氧装置；521、富氧膜；522、空气净化器；6、燃料电池堆；61、气流床；611、气流床阳极；6111、阳极催化剂；6112、阳极集流体；6113、阳极室极板；
612、气流床阴极；6121、阴极催化剂；6122、阴极集流体；6123、阴极室极板；62、隔膜；7、电力调节系统；81燃料电池控制系统；82、锂电池；83、电机；84、总控制系统。

具体实施方式

[0032] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0033] 如图1和图2所示，一种燃料电池系统，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；

[0034] 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。

[0035] 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。

[0036] 作为一种实施方式，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。

[0037] 所述燃料重整机构2包括聚光无极灯21和裂解器22；

[0038] 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；

[0039] 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；

[0040] 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。

[0041] 作为一种实施方式，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。

[0042] 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。

[0043] 所述阳极循环系统3包括CO2吸收反应器31、阳极循环泵32、循环风机33、氢气分离器34、阳极计量给液泵35、阳极电解质储存箱36和阳极电解质雾化器37，所述CO2吸收反应器31的输入端与裂解器22的输出端和气流床阳极611的输出端连接，所述气流床阳极611的输出端处设置有阳极循环泵32，所述阳极循环泵32用于将气流床阳极611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31，所述裂解器22的输出端设置有裂解器循环泵222，所述裂解器循环泵222用于将裂解器22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31，所述CO2吸收反应器31的输出端与裂解器22的输入端和电解质雾化器37的输入端连接，所述CO2吸收反应器31用于催化气流床阳极611反应后排出的阳极电解质溶液与裂解器22输入的副产物之间发生反应，所述CO2吸收反应器31的输出端设置有循环风机33，所述循环风机33用于将CO2吸收反应器31中的未发生反应的氢气、燃料和水抽出，所述CO2吸收反应器31的输出端与阳极电解质雾化器37的输入端之间设置有氢气分离器34，所述阳极电解质雾化器37的输出端与气流床阳极611的输入端连接，所述氢气分离器34用于将CO2吸收反应器31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37，所述阳极电解质雾化器37的另一个输入端与阳极电解质储存箱36的输出端连接，所述阳极电解质雾化器37与阳极电解质储存箱36之间设置有阳极计量给液泵35，所述阳极电解质储存箱36用于储存阳极电解质溶液，所述阳极计量给液泵35用于将阳极电解质储存箱36内的阳极电解质溶液的传输给阳极电解质雾化器37，所述阳极电解质雾化器37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611，所述CO2吸收反应器31上设置有排放阀38，所述CO2吸收反应器31通过排放阀38与第一储存箱连接39，所述排放阀38用于将CO2吸收反应器31内反应后生成的碳酸盐排出，所述第一储存箱39用于存储CO2吸收反应器31内生成的碳酸盐，所述CO2吸收反应器31内设置有催化剂网阵311，所述催化剂网阵311用于加快CO2吸收反应器31内物质反应速率。

[0044] 所述供氧系统5包括抽气机51和富氧装置52，所述抽气机51连接于富氧装置52的输入端且用于将空气导入富氧装置52内，所述富氧装置52用于将抽气机51导入的普通空气转换为含氧量高的空气，所述富氧装置52包括富氧膜521和空气净化器522，从所述抽气机51导入的空气将先经过空气净化器522再经过富氧膜521，之后从富氧装置52的输出端导入阴极循环系统4。

[0045] 所述供氧系统5在将含氧量高的空气导入阴极循环系统4之前，含氧量高的空气会先通过微波源211上的散热片2111，带走散热片2111上的热量并预热含氧量高的空气。

[0046] 所述阴极循环系统4包括气液分离器41、阴极电解质储存箱42、寄生电流阻断阀43、阴极电解质回收箱44、阴极计量给液泵45和阴极电解质雾化器46，所述阴极电解质回收箱44的输入端与气流床阴极612的输出端连接，所述阴极电解质回收箱44上设置有气液分离器41，所述气液分离器41用于将气流床阴极612反应后排出的空气与阴极电解质溶液分离并将空气排出循环系统，所述阴极电解质回收箱44的输出端与阴极电解质储存箱42的输入端连接，所述阴极电解质回收箱44的输出端设置有寄生电流阻断阀43，所述阴极电解质回收箱44用于暂存含有寄生电流以及碳酸盐的阴极电解质溶液，所述寄生电流阻断阀43用于将阴极电解质回收箱44内的阴极电解溶液质输送给阴极电解质储存箱42，并阻断寄生电流和除去空气中的CO2与阴极电解质溶液发生反应产生的碳酸盐，所述阴极电解质储存箱
42的输出端与供氧系统5的输出端均和阴极电解质雾化器46的输入端连接，所述阴极电解质储存箱42的输出端设置有阴极计量给液泵45，所述阴极计量给液泵45用于将阴极电解质储存箱42内的阴极电解质溶液传输给阴极电解质雾化器46，所述阴极电解质雾化器46的输出端与气流床阴极612的输入端连接，所述阴极电解质雾化器46用于将高含氧的空气与阴极电解质溶液混合雾化并传输给气流床阴极612。

[0047] 实施例1：

[0048] 燃料输送机构由燃料箱和燃料计量泵组成，燃料箱用于储存烃类或醇类等燃料，燃料计量泵连接燃料箱的输出端和裂解器的输入端，并将燃料单方向传输给裂解器；

[0049] 燃料重整机构由聚光无极灯、裂解器组成，在本实施例中，聚光无极灯由若干个1KW的微波源、聚光罩、石英发光体和聚光镜构成，所述石英发光体采用直径为20cm、10cm或
5cm的石英圆球，球体内填充低压汞蒸气，发光波长180-360nm，聚光镜由石英制成，聚光无极灯的使用寿命大于20000小时，聚光光斑在1000℃左右；裂解器采用直径20cm、高50cm的不锈钢管状反应器，裂解器内设置的催化剂丝网阵列221为镍丝和铁丝组成的网阵；

[0050] 阳极循环系统由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、阳极电解质存储箱、阳极电解质雾化器、排放阀和第一储存箱组成，在本实施例中，CO2吸收反应器采用直径30cm、高60cm的不锈钢反应器，CO2吸收反应器内设置的催化剂网阵由铁丝和镍丝制成；氢气分离器采用贮氢合金粉末和石墨纳米纤维填充的多层过滤器；阳极电解质雾化器采用超声波雾化器；

[0051] 阴极循环系统由气液分离器、阴极电解质储存箱、寄生电流阻断阀、阴极电解质回收箱、阴极计量给液泵和阴极电解质雾化器，在本实施例中，气液分离器为除雾器或疏水器，阴极电解质雾化器为超声波雾化器；

[0052] 供氧系统由抽气机、富氧装置组成，富氧装置由富氧膜和空气净化器组成，在本实施例中富氧膜为有机硅富氧膜，空气净化器采用空气静电除尘过滤器；

[0053] 碱性燃料电池堆采用并联的4组由64个单体电池串联的电堆；单个碱性燃料电池由气流床阳极、隔膜和气流床阴极构成，气流床阳极和气流床阴极内集流体均为镍丝制成，阴、阳两级的催化剂为炭载铂系催化剂，电极极板采用工程塑料环氧树脂制成，隔膜采用石棉网制成；

[0054] 如图3所示，接下来以甲烷为燃料，以20kw的锂电池82为本发明供电，以燃料电池控制系统81控制各个用电装置，以总控制系统84控制各个用电装置的开关，以50KW电机83为负载设备，阳极电解质溶液和阴极电解质溶液可以相同也可以不同，以下以阳极电解质溶液和阴极电解质溶液均采用NaOH溶液，说明本发明工作流程：

[0055] 将甲烷加入燃料箱中，将32％NaOH溶液加入阳极电解质储存箱和阴极电解质储存箱中，20kw锂电池为燃料输送机构、燃料重整机构、阳极循环系统、阴极循环系统和供氧系统供电；

[0056] 微波源激发石英发光体中的泵蒸气产生等离子光，经过聚光罩和聚光镜将光线汇聚为一道面积为1-3c㎡的光斑，所述光斑照射进裂解器内的催化剂丝网阵列上，将光斑加热到1000℃以上后，打开燃料计量泵，燃料计量泵将燃料箱内的甲烷泵入裂解器中，此时裂解器中的主要反应为：

[0057]

[0058] 可能发生的副反应为：

[0059]

[0060]

[0061] ①、②和③均为吸热反应，以聚光光无极灯提供热量，裂解器循环泵将生成的CO2、CO和H2,以及未反应的CH4一同泵入CO2吸收反应器中；

[0062] 在CO2吸收反应器发生的化学反应有：

[0063] CO+H2O→CO2+H2 ④

[0064] CO2+2NaOH→Na2CO3+H2O ⑤

[0065] ④和⑤均为放热反应，吸热后的水、未发生反应的CH4和H2通过循环风机抽出，这些气体中的氢气将被氢气分离器分离出来后，传输入阳极电解质雾化器中，吸热后的水和未发生反应的CH4将被传输进入裂解器中循环利用，反应生成的Na2CO3将通过排放阀导入第一存储箱内；

[0066] 阳极计量给液泵将阳极电解质储存箱中的阳极电解质溶液—NaOH溶液泵入阳极电解质雾化器中，阳极电解质雾化器将阳极电解质溶液与氢气混合雾化，经过混合雾化后的阳极电解质溶液和氢气一同进入气流床阳极；

[0067] 抽气机将外界空气导入富氧装置内，空气先通过富氧装置内的空气净化器，在这过程中空气净化器讲过滤掉空气中的粉层杂质，之后，空气再通过富氧装置内的富氧膜，在这过程中富氧膜分离富氧，将空气中的含氧量提高到40％，得到含氧量高的空气，之后含氧量高的空气通过微波源上的散热片，通过带走散热片上的热量使微波源降温，同时将含氧量高的空气预热，之后，含氧量高的空气将进入阴极电解质雾化器中；

[0068] 阴极计量给液泵将阴极电解质储存箱中的阴极电解质溶液—NaOH溶液泵入阴极电解质雾化器中，阴极电解质雾化器将含氧量高的空气与阴极电解质溶液混合雾化，经过混合雾化的阴极电解质溶液和含氧量高的空气一同进入气流床阴极，氧气在气流床阴极中失去两个电子与水反应生成OH-离子，OH-离子通过隔膜流向气流床阳极，并与气流床阳极中的氢气发生电化学反应生成水，气流床阳极中未反应的氢气和阳极电解质溶液将通过阳极循环泵一同泵入CO2吸收反应器中循环利用；

[0069] 气流床阴极中反应后的含氧量高的空气与阴极电解质溶液从气流床阴极排出，进入阴极电解质回收箱中，气液分离器将反应后的含氧量高的空气与阴极电解质溶液分离并将反应后的含氧量高的空气排到空中，阴极电解质溶液富集存入电解质溶液回收箱中，并经过寄生电流阻断阀，寄生电流阻断阀去除阴极电解质溶液中的寄生电流，并去除因与空气中的CO2反应生成的副产物Na2CO3等，之后导入阴极电解质储存箱中循环利用；

[0070] 燃料电池堆生成的电能将通过电力调节系统传输给50KW的电机。

[0071] 本实施例中的燃料电池系统成本低于500元/kw，燃料利用率大于95％，40KW的燃料电池的平均能耗约为5L 汽油/100km；全过程无污染气体排放

[0072] 本发明制氢成本低，可用烃类、醇类等为原材料，原材料利用率高，原材料适用性强，且无污染物排放。

[0073] 以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

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一种燃料电池系统

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