[发明专利]一种适用于煤矿井下的燃料电池系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种适用于煤矿井下的燃料电池系统。

背景技术

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。

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。

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。在实现本发明过程中，发明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。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明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。

为达到上述目的，本发明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。

本发明的燃料电池系统，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。

优选地，所述氢气源为储氢装置，所述氧气源为空气。

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。

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。

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。