一种适用于煤矿井下的燃料电池系统技术方案

本发明专利技术提出一种适用于煤矿井下的燃料电池系统，包括氢气源、氧气源和电堆，电推设有阳极入口、阳极出口、阴极入口和阴极出口，氢气源与电堆的阳极入口连通，氧气源与电堆的阴极入口连通，电堆的阴极出口通过阴极排气调节阀封闭，与电堆的阳极出口连通的管道上安装有阳极排气除氢装置，阳极排气除氢装置用于消除阳极排气管道中的氢气。本发明专利技术的燃料电池系统通过与电堆的阳极出口连通的管道上安装有阳极排气除氢装置，能够消除阳极排气管道中未反应完全的氢气，避免氢气排出矿井形成局部积聚，从而提高矿井井下的安全性。而提高矿井井下的安全性。而提高矿井井下的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于煤矿井下的燃料电池系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种适用于煤矿井下的燃料电池系统。

技术介绍

[0002]受限空间是指工厂的各种设备内部(炉、塔釜、罐、仓、池、槽车、管道、烟道等)和城市(包括工厂)的隧道、下水道、沟、坑、井、池、涵洞、阀门间、污水处理设施等封闭、半封闭的设施及场所(船舱、地下隐蔽工程、密闭容器、长期不用的设施或通风不畅的场所等)，以及农村储存红薯、土豆、各种蔬菜的井、窖等。通风不良的矿井也应视同受限空间，同时也是爆炸性环境。
[0003]煤矿井下开采过程中，可能会产生粉尘颗粒物和有毒有害气体(CO、SO2、NO
x
、NH3、H2S、CH4等)，因空间受限和通风不良，煤矿井下作业时，劳动者的身体健康更容易受到危害，因此迫切需要使用终端零污染的燃料电池系统。
[0004]燃料电池技术已在通风良好的场景下得到广泛应用，在煤矿井下应用还处在研究阶段。在实现本专利技术过程中，专利技术人发现现有技术至少存在如下问题：一、现有的质子交换膜燃料电池(PEMFC)，工作温度和系统外表面温度较低(≤100℃)，在爆炸性环境中使用比较安全，不需进行特殊处理，但是排气可能超过70℃，存在安全隐患；二、地面开放空间中应用的燃料电池系统阴极空气进气系统，通常采用一级过滤系统，利用吸附性过滤器，去除空气进气中的颗粒物和酸/碱性有害气体，但是空气进气中的CO等难以吸附的中性气体依然存在；三、地面开放空间中应用的燃料电池系统阳极氢气排气系统，吹扫所用氢气，大部分被氢气再循环泵送回阳极入口重复利用，其余少部分直接排入外部空间中，在矿井下易形成局部积聚，造成安全隐患。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0006]为此，本专利技术的目的在于提出一种能够提高矿井井下安全性的燃料电池系统。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提出的一种适用于煤矿井下的燃料电池系统，包括氢气源、氧气源和电堆，电推设有阳极入口、阳极出口、阴极入口和阴极出口，氢气源与电堆的阳极入口连通，氧气源与电堆的阴极入口连通，电堆的阴极出口通过阴极排气调节阀封闭，与电堆的阳极出口连通的管道上安装有阳极排气除氢装置，阳极排气除氢装置用于消除阳极排气管道中的氢气。
[0008]本专利技术的燃料电池系统，能够通过阴极排气调节阀将电堆阴极出口封闭，可以对阴极尾气的排放进行控制；通过与电堆的阳极出口连通的管道上安装有阳极排气除氢装置，能够消除阳极排气管道中未反应完全的氢气，避免氢气排出矿井形成局部积聚，从而提高矿井井下的安全性。
[0009]优选地，所述氢气源为储氢装置，所述氧气源为空气。
[0010]优选地，燃料电池系统进一步包括空气入口、离心式过滤器、空气压缩机和第一阀
门，所述氧气源的空气通过管道依序经过空气入口、离心式过滤器、空气压缩机和第一阀门后进入所述电堆的阴极入口，离心式过滤器用于过滤进气中的粉尘颗粒物。
[0011]优选地，燃料电池系统进一步包括吸附式过滤器，吸附式过滤器安装在所述离心式过滤器和所述空气压缩机之间，吸附式过滤器用于除去进气中的酸性和碱性有害气体。
[0012]优选地，燃料电池系统进一步包括除中性气体过滤器，中性气体过滤器设置在所述吸附式过滤器和所述空气压缩机之间，中性气体过滤器含有催化剂，用于除去进气中的中性气体。
[0013]优选地，所述电堆的阳极出口与阳极排气除氢装置之间安装有第三阀门。
[0014]优选地，燃料电池系统进一步包括第二阀门和氢气再循环泵，第二阀门的一端与所述电堆阳极入口管道相连通，第二阀门的另一端与氢气再循环泵的入口相连，氢气再循环泵的出口通过管道分别与所述第三阀门和所述电堆的阳极出口相连通。
[0015]优选地，与所述电堆的阳极出口相连的管路末端为阳极排气口，从所述电堆的阳极出口到阳极排气口的管路上安装有冷却水夹层。
[0016]优选地，与所述电堆的阴极出口相连的管路末端为阴极排气口，从所述电堆的阴极出口到阴极排气口的管路上安装有冷却水夹层。
[0017]优选地，所述冷却水夹层包括外壁和内壁，外壁和内壁之间填充有冷却水，外壁上设有进水口和出水口。
[0018]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0019]本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0020]图1是本专利技术一实施例提出的一种适用于煤矿井下的燃料电池系统的结构示意图；
[0021]附图标记说明：
[0022]空气入口1、离心式过滤器2、吸附式过滤器3、除中性气体过滤器4、空气压缩机5、第一阀门6、电力输出接口7、接地端8、电堆9、阴极排气调节阀10、阴极排气口11、热管理系统接口12、第二阀门14、储氢装置15、氢气再循环泵16、第三阀门17、阳极排气除氢装置18、阳极排气口19、冷却水夹层20。
具体实施方式
[0023]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。相反，本专利技术的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0024]图1是本专利技术一实施例提出的一种适用于煤矿井下的燃料电池系统的结构示意图的结构示意图。
[0025]参见图1，一种适用于煤矿井下的燃料电池系统，包括氢气源、氧气源和电堆9，电推9设有阳极入口、阳极出口、阴极入口和阴极出口，氢气源与电堆9的阳极入口连通，氧气源与电堆9的阴极入口连通，电堆9的阴极出口通过阴极排气调节阀10封闭，与电堆9的阳极出口连通的管道上安装有阳极排气除氢装置18，阳极排气除氢装置18用于消除阳极排气管道中的氢气。
[0026]需要说明的是，水/热管理系统、控制系统等在说明书附图中不再体现。不影响本专利技术原理性说明的管道附件、气体系统元器件等在附图中亦不再体现。电气系统及元器件的防爆设计属于煤炭行业常规技术，不再进行说明。
[0027]在本实施例中，燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，它是按电化学原理,即原电池工作原理,等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能,因而实际过程是氧化还原反应。燃料电池主要由四部分组成,即阳极、阴极、电解质和外部电路。参照图1，外电路上安装有电力输出接口7和接地端8，为提高燃料电池的热管理能力，电堆9上还安装有热管理系统接口12。
[0028]本实施例中的电堆9可以是基于多个燃料单电池组合起来的。
[0029]本专利技术的实施例中的燃料电池系统，能够通过阴极排气调节阀将电堆阴极出口封闭，可以对阴极尾气的排放进行控制；通过与电堆的阳极出口连通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于煤矿井下的燃料电池系统，包括氢气源、氧气源和电堆(9)，电推(9)设有阳极入口、阳极出口、阴极入口和阴极出口，氢气源与电堆(9)的阳极入口连通，氧气源与电堆(9)的阴极入口连通，其特征在于，电堆(9)的阴极出口通过阴极排气调节阀(10)封闭，与电堆(9)的阳极出口连通的管道上安装有阳极排气除氢装置(18)，阳极排气除氢装置(18)用于消除阳极排气管道中的氢气。2.根据权利要求1所述的一种适用于煤矿井下的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气源为储氢装置(15)，所述氧气源为空气。3.根据权利要求2所述的一种适用于煤矿井下的燃料电池系统，其特征在于，进一步包括空气入口(1)、离心式过滤器(2)、空气压缩机(5)和第一阀门(6)，所述氧气源的空气通过管道依序经过空气入口(1)、离心式过滤器(2)、空气压缩机(5)和第一阀门(6)后进入所述电堆(9)的阴极入口，离心式过滤器(2)用于过滤进气中的粉尘颗粒物。4.根据权利要求3所述的一种适用于煤矿井下的燃料电池系统，其特征在于，进一步包括吸附式过滤器(3)，吸附式过滤器(3)安装在所述离心式过滤器(2)和所述空气压缩机(5)之间，吸附式过滤器(3)用于除去进气中的酸性和碱性有害气体。5.根据权利要求4所述的一种适用于煤矿井下的燃料电池系统，其特征在于，进一步包括除中性气体过滤器(4)，中性气体过滤器(4)设置在所述吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘少权，王海军，任道远，张亦凡，朱伟，许强，沈泽南，
申请(专利权)人：煤炭科学研究总院，
类型：发明
国别省市：