一種礦下利用氣體轉化電能系統及其電力設備的制作方法

本實用新型涉及礦下電力系統技術領域，尤其涉及一種礦下利用氣體轉化電能系統及其電力設備。

背景技術：

隨著礦業的快速發展，礦下使用電子設備越來越多，如果如此多的電力設備均從礦上拉線輸送到礦下，會存在一定的安全隱患。同時也增大了礦上電力輸送的壓力，也容易造成電力的輸送故障及短缺。隨著采礦技術的不斷提升，對礦業挖掘的深度也不斷提升，因此礦下工作人員所處的環境也越來越惡劣，周圍的溫度也越來越高，氣體也就越多。因此給礦下工作人員帶來跟多的不適，甚至存在人身安全隱患。

現有技術中，利用空氣氣體進行發電的技術并不多見，例如中國專利03825913公開了一種測量氣流速度的方法，不論氣體性質如何或氣流速度如何，所述方法包括將一個流量傳感器固定在氣流中，所述流動傳感器又包含至少一個與氣流成一個角度布置的導電固體材料，至少一個將所述至少一個導電材料連接到一個電測量設備上的導電元件，氣體流經至少一個固體材料，在固體材料上產生的壓力梯度的作用下，該固體材料沿氣體流動方向產生電流，所述電能由所述導電元件傳輸到所述電測量設備，該設備提供有一個通向氣流方向的外部接口，從而測量所述流體流動時產生的電能。該技術方案主要公開了將氣體經過導電固體材料轉換為電能的普遍適用裝置，但是沒有專門用在礦業領域的裝置，另外，轉換好的電能，如何進行礦下電力輸送，以及控制、調配等完整的傳輸系統的開發，都是需要具體實際解決和研究的。

再例如中國專利104405460A公開了一種空氣能(主要是熱量而不是針對空氣中氣體)發電系統，包括通風管道，風機，蓄熱池，分別與通風管道及蓄熱池連接，將通風管道內空氣的熱量傳遞至蓄熱池內的第一換熱器；填充在蓄熱池內，吸收并存儲由第一換熱器釋放的熱量的第一液體工質；與蓄熱池連接，吸收所述蓄熱池內第一液體工質的熱量并將熱量轉化為機械能的熱機；與熱機連接的蓄冷池；蓄冷池內填充有吸收熱機釋放的乏熱的第二液體工質；分別與蓄熱池及蓄冷池連接，吸收蓄冷池內熱量并將熱量轉移至蓄熱池內的熱泵和發電機。該技術方案主要運用的是在地面的裝置，而且，涉及的也是熱量轉化為電能，當面對位于地下的裝置時，不一定適合使用，況且，當位于地下設備例如礦下設備時。另外，轉換好的電能，如何進行礦下電力輸送，以及控制、調配等完整的傳輸系統的開發，都是需要具體實際解決和研究的。該技術方案中，也沒有給出明確的解決方法。

技術實現要素：

為了解決現有礦下電量使用量大幅度提成造成的電力短缺及安全性問題，及更好的利用工作人員的周圍環境氣體含量。本實用新型涉及到一種礦下利用氣體轉化電能系統及其電力設備，可以利用空氣中的氣體產生化學反應轉換為電能并可以進行無線電能傳輸的裝置，該裝置可充分利用了空氣中存在在的各種氣體成分。

本實用新型采用的技術方案為：一種礦下利用氣體轉化電能系統，其創新點在于：包括氣體發電系統和無線電能傳輸系統，該氣體發電系統和無線電能傳輸系統均位于礦下，氣體發電系統產生的電能由無線電能傳輸系統傳輸給用戶；所述氣體發電系統包括氣體收聚輸送裝置和燃料電池裝置，所述氣體收聚輸送裝置用于將礦下化學氣體集中在一起并將其輸送到燃料電池裝置中；所述燃料電池裝置為輸送過來的化學氣體提供化學反應環境及條件，并將化學能裝換為電能。

在一些實施方式中，還包括控制中心，所述控制中心位于礦上地面，且控制并分析相關的電能數據。

在一些實施方式中，所述控制中心包括控制室及遠程控制室，所述控制室及所述遠程控制室間通過互聯網通信。

在一些實施方式中，所述氣體發電系統還包括空氣過濾系統，用于過濾空氣中的氧化氮氣體、甲烷、甲醛、二氧化硫等化學氣體；所述氣體收聚輸送裝置將過濾后的礦下化學氣體集中在一起并將其輸送到燃料電池裝置中。

在一些實施方式中，氣體發電系統還包括空氣檢測裝置，所述空氣檢測裝置用于檢測過濾后的礦下化學氣體成分及含量。

在一些實施方式中，所述氣體發電系統還包括能量檢測控制裝置，所述能量檢測控制裝置用于檢測燃料電池裝置產生的電能的能量數據并得以控制。

在一些實施方式中，所述無線電能傳輸系統包括無線能量接收裝置和無線能量發送裝置；所述無線能量接收裝置用于接收礦下環境空氣中的化學氣體，為燃料電池裝置提供反應氣體資源；所述無線能量發送裝置用于輸送轉換后電能為用電單供電。

在一些實施方式中，所述無線電能傳輸系統還包括無線傳輸動態調整裝置，所述無線傳輸動態調整裝置用于系統對無線接收和發送能量的穩定性進行調整。

在一些實施方式中，所述無線電能傳輸系統還包括蓄電單元和電能存儲控制裝置；所述電能存儲控制裝置用于保護蓄電單元，且控制蓄電單元的存儲量及對存儲的電能進行檢測；還包括驅動裝置，所述驅動裝置用于驅動蓄電單元給用電單元供電。

本實用新型的另一個目的是提供具有礦下利用氣體轉化電能系統的礦下電力設備，其創新點在于：包括礦下電能接收設備、礦下電力控制站、及電能接收機構，所述電能接收機構設于礦燈或礦下運輸設備內，所述充電接收設備設于所述電能接收機構內，所述礦下利用氣體轉化電能系統設于所述礦下充電站內，所述礦下電力控制站控制礦下充電站供電。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

一、本實用新型的礦下利用氣體轉化電能系統，可以直接利用礦下空氣中的化學氣體，將氣體化學能轉換成電能，最后轉換成電力供使用，另外，通過一定的傳輸系統進行傳輸，解決了電力設備需要從礦上拉線輸送到礦下，消除了一定的安全隱患，同時也解決了礦下周圍的溫度也越來越高，對礦下工作人員帶來諸多的不適，甚至存在人身安全隱患的問題，智能化程度相當高，使用便利，值得大范圍推廣。

二、本實用新型的礦下利用氣體轉化電能系統，解決現有礦下電量使用量大幅度提高造成的電力短缺及安全性問題，及更好的利用工作人員的周圍環境空氣能量。

三、本實用新型的礦下利用氣體轉化電能系統，可以利用空氣中的化學氣體轉換為電能，該裝置可充分利用空氣中化學氣體，還具有一定的檢測和控制中心，進行實時的調整和分析。同時還可以利用無線電能傳輸的裝置，減少了礦上為礦下供電造成的安全隱患，又可以將礦下的環境數據實時的傳輸到礦上，供礦上控制中心分析，以降低工作人員危險性。

附圖說明

圖1是本實用新型氣體發電系統示意圖；

圖2是本實用新型無線電能傳輸系統示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

本實用新型披露了一種礦下利用氣體轉化電能系統，如圖1所示：包括氣體發電系統和無線電能傳輸系統，該氣體發電系統和無線電能傳輸系統均位于礦下，氣體發電系統產生的電能由無線電能傳輸系統傳輸給用戶；本實施方式中，將氣體發電裝置及無線電能傳輸系統均安裝在礦下，通過氣體發電系統，將礦下空氣中的氣體轉換為電能的功能，可充分利用礦下產生的氣體并轉換為電能，這樣就可以減少從礦上輸送電力到礦下，也可以降低電力輸送過程的危險性。

作為進一步優選的，本實施方式中礦下利用空氣化學氣體轉化電能系統還包括控制中心，所述控制中心位于礦上地面，且控制并分析相關的電能數據。為了提高控制效果，所述控制中心包括控制室101及遠程控制室102，所述控制室101及所述遠程控制室102間通過互聯網通信。

如圖1所示：作為優選的，本實施方式中氣體發電系統包括氣體收聚輸送裝置3和燃料電池裝置4，其中，

氣體收聚輸送裝置3用于將礦下化學氣體集中在一起并將其輸送到燃料電池裝置中；

燃料電池裝置4為輸送過來的化學氣體提供化學反應環境及條件，并將化學能裝換為電能。

可選的，在本實用新型的一種實施方式中，燃料電池裝置4構造原理允許通過氣體流經固體材料進行能量轉換的方法，尤其可以通過氣體流經固體材料來產生電壓和電流的方法,這些固體材料包括摻雜半導體、石墨等等。此種方法主要可以采用塞貝克效應和伯努利定理相結合的方式,通過氣體流經固體材料進行能量轉換的方法，由于氣體沿固體材料表面流動,從而在固體材料中產生電能。而本實用新型的燃料電池裝置構造并不因此結構而限制。

作為進一步優選的，本實施方式礦下利用氣體轉化電能系統還包括控制中心，所述控制中心位于礦上地面，且控制并分析相關的電能數據。為了提高控制效果，如圖2所示：所述控制中心包括控制室101及遠程控制室102，所述控制室101及所述遠程控制室102間通過互聯網通信。

作為進一步優選的，所述氣體發電系統還包括空氣過濾系統1，用于過濾空氣中的氧化氮氣體、甲烷、甲醛、二氧化硫等化學氣體；因此，氣體收聚輸送裝置3可以更加優化的將過濾后的礦下化學氣體集中在一起并將其輸送到燃料電池裝置4中，過濾是比較必要的步驟，通過將空氣中的其他雜質去除，可以有效提高燃料電池裝置的轉化效率，提供更多的電能。

作為進一步優選的，在以下實施方式中，氣體發電系統還可以增加空氣檢測裝置2，所述空氣檢測裝置2用于檢測過濾后的礦下化學氣體成分及含量，檢測裝置可以起到明顯的監督和監控作用，如果過濾效果不明顯，或者空氣過濾系統不工作，可以起到及時的應對，例如，可以將檢測信號反饋至空氣過濾系統1，空氣過濾系統1根據信號指示，做出調整或實現檢修，起到監控、督促的作用。

作為進一步優選的，所述氣體發電系統還包括能量檢測控制裝置5，所述能量檢測控制裝置5用于檢測燃料電池裝置4產生的電能的能量數據并得以控制。如果檢測到氣體化學能到電能的轉化效率不高，可以將檢測信號反饋至燃料電池裝置4，燃料電池裝置4裝置根據信號指示，做出調整或實現檢修，起到監控、督促的作用。

如前所述，如圖1所示：本實施方式中，所述無線電能傳輸系統包括無線能量接收裝置7和無線能量發送裝置8；所述無線能量接收裝置7用于接收礦下環境空氣中的化學氣體，為燃料電池裝置4提供反應氣體資源；所述無線能量發送裝置8用于輸送轉換后電能為用電單供電。

理論上，一個無線能量發送裝置8可以對應多個電能需求設備，通過無線能量發送裝置8發送的電能可以被多個電能需求設備接收；一個無線能量接收裝置7，也可以接收覆蓋基本整個礦下的空氣氣體。進一步的，所有運行數據可以通過通信線路進行數據有線或無線傳輸到控制中心；該控制中心用于監控、電力使用情況，并實時存儲、分析數據資料，并用于實時傳輸電力使用情況及數據至電力控制及檢測中心；最后可以由云端或互聯網將控制中心的數據發送到遠程控制中心，實現遠程控制。上述各組成部分構成一個有效系統，通過從燃料電池裝置4上獲得電能，以無線方式發送傳輸；并進行有效監視與控制，電力線的設置的用電設備與應急用電設備進行有效監視與控制；所有設備裝置，終端，組成能源網絡進行系統控制。

作為進一步優選的，如圖1所示：所述無線電能傳輸系統還包括無線傳輸動態調整裝置6，所述無線傳輸動態調整裝置6用于系統對無線接收和發送能量的穩定性進行調整。

為了進一步增加本實施方式無線電能傳輸系統的功能，如圖2所示：所述控制中心的控制室101還設置數據儲存/處理裝置103，用于實時存儲、分析電力使用數據資料；還設置有控制操作臺104以及控制顯示屏幕105，增加系統智能化程度，又方便操作，不累贅。同樣的，如圖2所示，控制中心的遠程控制室102也設置有第二控制操作臺106以及第二控制顯示屏幕107，增加系統智能化程度的同時，又方便操作，不累贅。

可選的，所述無線能量接收裝置7可以包括無線能量接收器、驅動裝置11以及電源控制裝置；所述無線能量接收器用于接收從礦下環境中的空氣氣體，為燃料電池裝置4提供氣體源；所述驅動裝置11用于驅動蓄電單元9給用電單元12供電；所述電源控制裝置用于控制提供給用電設備的電量及電流大小，用于保護用電設備供電安全。

為了進一步增加無線電能傳輸系統的功能，如圖1所示，本實施方式所述無線能量接收裝置還包括蓄電單元9；所述蓄電單元9用于存儲電能，作為備用電量。

為了進一步增加無線電能傳輸系統的功能，如圖1所示，本實施方式所述無線能量接收裝置7還包括電能存儲控制裝置10；所述電能存儲控制裝置10用于保護蓄電單元9，且控制蓄電單元9的存儲量及對存儲的電能進行檢測。

作為進一步優選的，礦下利用空氣氣體轉化電能系統還包括通信裝置13；所述通信裝置13用于將空氣過濾系統1、空氣檢測裝置2的數據及該裝置的空氣化學能轉化為電能的一切轉換數據傳輸到礦上控制中心，提供數據分析的依據。

如前所述，本實施方式中的無線電能傳輸系統可以選擇為非接觸式無線電能傳輸系統。如圖2所示：同一個傳輸電纜上，可以安裝若干套的非接觸式無線電能傳輸系統，(參考圖2，以分布式結構多點分布，可以有效的進行環境監測)構成電能提供網絡結構。例如，支路和主干路上均排布有無線電能傳輸系統，該無線電能傳輸系統將空氣氣體傳輸給氣體發電裝置，通過氣體發電裝置轉換成電能后，再次通過進行無線傳輸將電能輸送給用電設備(即圖2所示的無線能量交換裝置300)，此外，用不完的電，可以存儲在例如圖2所示的集中儲電裝置600中；當然，由于是通過無線非接觸式供電，所有應急用電設備400或用電設備500無需安裝與電纜上，只需安裝在無線范圍內均可點亮。還可以在原有電力布線上安裝，形成網絡，進行有效監控，這樣也方便了安裝人員的安裝。

本實施方式的礦下利用空氣氣體轉化電能系統應用廣泛，將氣體發電系統及無線電能傳輸系統均安裝在礦下，該系統的氣體轉換為電能的功能可充分利用礦下產生的氣體并轉換為電能，這樣就可以減少從礦上輸送電力到礦下，也可以降低電力輸送過程的危險性。此外，能量轉換之后，將電能輸送到用電單元采用無線輸送方式，也減少了電纜線的使用，降低了電力輸送過程的危險性。

如果將空氣化學智能發電裝置及無線電能傳輸系統安裝在礦下，該裝置可吸收礦下空氣中的氧化氮氣體、甲烷、甲醛、二氧化硫等化學氣體經過燃料電池裝置將吸收進來的氣體進行化學反應轉換為電能供給礦下用電設備使用，這樣就可以減少從礦上輸送電力到礦下，也可以降低電力輸送過程的危險性。同時也可以減少礦下有害氣體對工作人員的危險。能量轉換之后，將電能輸送到用電單元采用無線輸送方式，也減少了電纜線的使用，降低了電力輸送過程的危險性。整個裝置還帶有通信裝置，可將礦下的數據實時的傳輸到礦上供礦上控制中心監控和分析，同時大大降低了礦下工作人員的危險性。

作為進一步擴展的，例如，將該利用空氣氣體轉化電能系統還可以安裝在家中，當該系統用于家中，家中用電設備就無需插電，只需將用電設備放置于電磁場無線范圍內，均可使用，這樣家中用電設備移動方便，無需固定一個位置，家中也減少電線，降低了接觸式觸電的危險性，同時另一方面，家中熱空氣的有效吸收并進行轉化二次利用能量，節省國家電力資源。

本實用新型的另一個目的是提供具有礦下利用空氣氣體轉化電能系統的礦下電力設備，其創新點在于：包括礦下電能接收設備、礦下電力控制站、及電能接收機構；所述電能接收機構設于礦燈或礦下運輸設備內，所述充電接收設備設于所述電能接收機構內，所述礦下利用空氣氣體轉化電能系統設于所述礦下充電站內，所述礦下電力控制站控制礦下充電站供電。可以將礦下利用空氣氣體轉化電能系統集成或安裝在礦下充電站內，采用礦下氣體轉化成電能，節約資源的同時，還可以實現資源的再利用。另一方面，礦下電力設備結構簡單，維修方便。

上述說明示出并描述了本實用新型的優選實施例，如前所述，應當理解本實用新型并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環境，并能夠在本文所述實用新型構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本實用新型的精神和范圍，則都應在本實用新型所附權利要求的保護范圍內。