[發(fā)明專利]一種水氫智能家居系統(tǒng)

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• 申請日: 2015-11-03
• 公開（公告）號: CN105253855A
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 向華
• 申請（專利權(quán)）人: 上海合既得動氫機器有限公司
• 主分類號: C01B3/32
• 分類號: C01B3/32;H01M8/22;G05B13/02
• 代理公司: 上海金盛協(xié)力知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31242
• 代理人: 王松

1.一種水氫智能家居系統(tǒng)，其特征在于，所述智能家居系統(tǒng)包括：智能家居控制系統(tǒng)、甲醇制氫系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)，甲醇制氫系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、智能家居控制系統(tǒng)依次連接；

所述智能家居控制系統(tǒng)包括主控中心、環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；

所述環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括窗戶打開角度調(diào)節(jié)裝置、窗簾控制裝置、濕度調(diào)節(jié)裝置、溫度調(diào)節(jié)裝置、亮度調(diào)節(jié)裝置、氧氣釋放裝置、空氣凈化裝置；

所述窗戶打開角度調(diào)節(jié)裝置用來自動調(diào)節(jié)窗戶的打開角度；當(dāng)設(shè)置于窗戶旁的噪音采集單元采集到的噪音達(dá)到設(shè)定分貝，或者設(shè)置于窗外的雨量傳感器感應(yīng)到下雨時，由主控中心控制所述窗戶打開角度調(diào)節(jié)裝置自動關(guān)閉窗戶；而后，當(dāng)噪聲消失或者雨停后的設(shè)定時間，主控中心控制所述窗戶打開角度調(diào)節(jié)裝置自動恢復(fù)到原來的狀態(tài)；

所述窗簾控制裝置用來控制打開或關(guān)閉窗簾；當(dāng)收到主控中心發(fā)送的開關(guān)窗簾的信號時，自動打開或關(guān)閉窗簾；

所述濕度調(diào)節(jié)裝置用來調(diào)節(jié)室內(nèi)的空氣濕度；所述溫度調(diào)節(jié)裝置用來調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度；所述亮度調(diào)節(jié)裝置用來調(diào)節(jié)室內(nèi)的亮度；所述氧氣釋放裝置用來調(diào)節(jié)室內(nèi)的氧氣含量；所述空氣凈化裝置用來凈化室內(nèi)的空氣；

所述主控中心根據(jù)所述睡眠環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的物理環(huán)境數(shù)據(jù)、化學(xué)環(huán)境數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)健康數(shù)據(jù)、睡眠數(shù)據(jù)，判斷用戶的睡眠質(zhì)量的關(guān)系；

所述主控中心將設(shè)定時間段內(nèi)用戶睡眠質(zhì)量達(dá)到第一設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時，對應(yīng)的物理環(huán)境數(shù)據(jù)、化學(xué)環(huán)境數(shù)據(jù)作為對應(yīng)用戶的優(yōu)選環(huán)境參數(shù)，該優(yōu)選環(huán)境參數(shù)對應(yīng)的各個參數(shù)均為一數(shù)值區(qū)間；在實時環(huán)境參數(shù)不滿足該優(yōu)選環(huán)境參數(shù)時，通過控制環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來實現(xiàn)物理環(huán)境數(shù)據(jù)、化學(xué)環(huán)境數(shù)據(jù)的調(diào)節(jié)，從而使用戶睡眠所處的環(huán)境參數(shù)符合優(yōu)選環(huán)境參數(shù)的區(qū)間；

所述主控中心將設(shè)定時間段內(nèi)用戶睡眠質(zhì)量達(dá)不到第二設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時，對應(yīng)的物理環(huán)境數(shù)據(jù)、化學(xué)環(huán)境數(shù)據(jù)作為對應(yīng)用戶的較差環(huán)境參數(shù)，該優(yōu)選環(huán)境參數(shù)對應(yīng)的各個參數(shù)均為一數(shù)值區(qū)間；在在實時環(huán)境參數(shù)處于該較差環(huán)境參數(shù)時，通過控制環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來實現(xiàn)物理環(huán)境數(shù)據(jù)、化學(xué)環(huán)境數(shù)據(jù)的調(diào)節(jié)，使用戶睡眠所處的環(huán)境參數(shù)符合優(yōu)選環(huán)境參數(shù)的區(qū)間；

所述智能家居控制系統(tǒng)設(shè)有連接線纜，連接線纜與氫氣發(fā)電系統(tǒng)連接；

所述甲醇制氫系統(tǒng)包括制氫子系統(tǒng)、氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng)，制氫子系統(tǒng)、氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng)依次連接；

所述制氫子系統(tǒng)利用甲醇水制備氫氣，所述制氫子系統(tǒng)包括固態(tài)氫氣儲存容器、液體儲存容器、原料輸送裝置、快速啟動裝置、制氫設(shè)備、膜分離裝置；

所述液體儲存容器的中部設(shè)有隔板，隔板的一側(cè)設(shè)置反應(yīng)液體，另一側(cè)設(shè)置氫氣發(fā)電系統(tǒng)釋放、而后被壓縮的液態(tài)或固態(tài)的二氧化碳；隔板連接有推動機構(gòu)，在液體儲存容器內(nèi)的液體減少或二氧化碳增加達(dá)到設(shè)定條件時，推動機構(gòu)驅(qū)動隔板動作，減少存儲反應(yīng)液體區(qū)域的容積，增加存儲二氧化碳區(qū)域的容積；

所述制氫設(shè)備包括換熱器、氣化室、重整室；膜分離裝置設(shè)置于分離室內(nèi)，分離室設(shè)置于重整室的里面；所述固態(tài)氫氣儲存容器、液體儲存容器分別與制氫設(shè)備連接；液體儲存容器中儲存有液態(tài)的甲醇和水；

所述快速啟動裝置為制氫設(shè)備提供啟動能源；所述快速啟動裝置包括第一啟動裝置、第二啟動裝置；所述第一啟動裝置包括第一加熱機構(gòu)、第一氣化管路，第一氣化管路的內(nèi)徑為1～2mm，第一氣化管路緊密地纏繞于第一加熱機構(gòu)上；所述第一氣化管路的一端連接液體儲存容器，通過原料輸送裝置將甲醇送入第一氣化管路中；第一氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，而后通過點火機構(gòu)點火燃燒；或者，第一氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點，甲醇從第一氣化管路輸出后直接自燃；所述第二啟動裝置包括第二氣化管路，第二氣化管路的主體設(shè)置于所述重整室內(nèi)，第一氣化管路或/和第二氣化管路輸出的甲醇為重整室加熱的同時加熱第二氣化管路，將第二氣化管路中的甲醇?xì)饣凰鲋卣覂?nèi)壁設(shè)有加熱管路，加熱管路內(nèi)放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱；所述制氫系統(tǒng)啟動后，制氫系統(tǒng)通過制氫設(shè)備制得的氫氣提供運行所需的能源；

所述快速啟動裝置的初始啟動能源為若干太陽能啟動模塊，太陽能啟動模塊包括依次連接的太陽能電池板、太陽能電能轉(zhuǎn)換電路、太陽能電池；太陽能啟動模塊為第一加熱機構(gòu)提供電能；或者，所述快速啟動裝置的初始啟動能源為手動發(fā)電機，手動發(fā)電機將發(fā)出的電能存儲于電池中；

所述催化劑包括Pt的氧化物、Pd的氧化物、Cu的氧化物、Fe的氧化物、Zn的氧化物、稀土金屬氧化物、過渡金屬氧化物；其中，貴金屬Pt含量占催化劑總質(zhì)量的0.6％～1.8％，Pd含量占催化劑總質(zhì)量的1.1％～4％，Cu的氧化物占催化劑總質(zhì)量的6％～12％，F(xiàn)e的氧化物占催化劑總質(zhì)量的3％～8％，Zn的氧化物占催化劑總質(zhì)量的8％～20％，稀土金屬氧化物占催化劑總質(zhì)量的6％～40％，其余為過渡金屬氧化物；

或者，所述催化劑為銅基催化劑，包括物質(zhì)及其質(zhì)量份數(shù)為：3-17份的CuO，3-18份的ZnO，0.5-3份的ZrO，55-80份的Al₂O₃，1-3份的CeO₂，1-3份的La₂O₃；

所述固態(tài)氫氣儲存容器中儲存固態(tài)氫氣，當(dāng)制氫系統(tǒng)啟動時，通過氣化模塊將固態(tài)氫氣轉(zhuǎn)換為氣態(tài)氫氣，氣態(tài)氫氣通過燃燒放熱，為制氫設(shè)備提供啟動熱能，作為制氫設(shè)備的啟動能源；

所述液體儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為300℃～420℃；所述重整室上部的溫度為400℃～570℃；重整室與分離室通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為350℃～570℃；分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣；

所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15～5MPa的壓強，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強；

所述制氫設(shè)備啟動制氫后，制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運行；

所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進(jìn)行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強之差大于等于0.7MPa；所述膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75％～78％，銀占22％～25％；

所述制氫子系統(tǒng)將制得的氫氣通過傳輸管路實時傳輸至氫氣發(fā)電系統(tǒng)；所述傳輸管路設(shè)有氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)，用于調(diào)整傳輸管路中的氣壓；所述氫氣發(fā)電系統(tǒng)利用制氫子系統(tǒng)制得的氫氣發(fā)電；

所述氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)包括微處理器、氣體壓力傳感器、閥門控制器、出氣閥、出氣管路；所述氣體壓力傳感器設(shè)置于傳輸管路中，用以感應(yīng)傳輸管路中的氣壓數(shù)據(jù)，并將感應(yīng)的氣壓數(shù)據(jù)發(fā)送至微處理器；所述微處理器將從氣體壓力傳感器接收的該氣壓數(shù)據(jù)與設(shè)定閾值區(qū)間進(jìn)行比對；當(dāng)接收到的壓力數(shù)據(jù)高于設(shè)定閾值區(qū)間的最大值，微處理器控制閥門控制器打開出氣閥設(shè)定時間，使得傳輸管路中氣壓處于設(shè)定范圍，同時出氣管路的一端連接出氣閥，另一端連接所述制氫子系統(tǒng)，通過燃燒為制氫子系統(tǒng)的需加熱設(shè)備進(jìn)行加熱；當(dāng)接收到的壓力數(shù)據(jù)低于設(shè)定閾值區(qū)間的最小值，微處理器控制所述制氫子系統(tǒng)加快原料的輸送速度；

所述收集利用子系統(tǒng)連接氫氣發(fā)電系統(tǒng)的排氣通道出口，從排出的氣體中分別收集氫氣、氧氣、水，利用收集到的氫氣、氧氣供制氫子系統(tǒng)或/和氫氣發(fā)電系統(tǒng)使用，收集到的水作為制氫子系統(tǒng)的原料，從而循環(huán)使用；

所述收集利用子系統(tǒng)包括氫氧分離器、氫水分離器、氫氣止回閥、氧水分離器、氧氣止回閥，將氫氣與氧氣分離，而后分別將氫氣與水分離、氧氣與水分離；

所述制氫設(shè)備還包括電能估算模塊、氫氣制備檢測模塊、電能存儲模塊；所述電能估算模塊用以估算氫氣發(fā)電裝置實時發(fā)出的電能是否能滿足重整、分離時需要消耗的電能；如果滿足，則關(guān)閉快速啟動裝置；

氫氣制備檢測模塊用來檢測制氫設(shè)備實時制備的氫氣是否穩(wěn)定；若制氫設(shè)備制備的氫氣不穩(wěn)定，則控制快速啟動裝置再次啟動，并將得到的電能部分存儲于電能存儲模塊，當(dāng)電能不足以提供制氫設(shè)備的消耗時使用；

所述氫氣發(fā)電系統(tǒng)為燃料電池系統(tǒng)，燃料電池系統(tǒng)包括：氣體供給裝置、電堆；所述氣體供給裝置利用壓縮的氣體作為動力，自動輸送至電堆中；所述電堆包括若干子燃料電池模塊，各個子燃料電池模塊包括至少一個超級電容；

所述燃料電池系統(tǒng)還包括空氣進(jìn)氣管路、出氣管路；所述壓縮的氣體主要為氧氣；空氣與氧氣在混合容器混合后進(jìn)入電堆；

所述燃料電池系統(tǒng)還包括氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)；所述氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括閥門調(diào)節(jié)控制裝置，以及氧氣含量傳感器或/和壓縮氣體壓縮比傳感器；

所述氧氣含量傳感器用以感應(yīng)混合容器中混合的空氣與氧氣中氧氣的含量，并將感應(yīng)到的數(shù)據(jù)發(fā)送至閥門調(diào)節(jié)控制裝置；

所述壓縮氣體壓縮比傳感器用以感應(yīng)壓縮氧氣的壓縮比，并將感應(yīng)到的數(shù)據(jù)發(fā)送至閥門調(diào)節(jié)控制裝置；

所述閥門調(diào)節(jié)控制裝置根據(jù)氧氣含量傳感器或/和壓縮氣體壓縮比傳感器的感應(yīng)結(jié)果調(diào)節(jié)氧氣輸送閥門、空氣輸送閥門，控制壓縮氧氣、空氣的輸送比例；壓縮氧氣進(jìn)入混合容器后產(chǎn)生的動力將混合氣體推送至電堆反應(yīng)；

所述燃料電池系統(tǒng)還包括濕化系統(tǒng)，濕化系統(tǒng)包括濕度交換容器、濕度交換管路，濕度交換管路為空氣進(jìn)氣管路的一部分；所述反應(yīng)后氣體出氣管路輸送至濕度交換容器，

所述濕度交換管路的材料只透水不透氣，使得反應(yīng)后氣體與自然空氣進(jìn)行濕度交換，而氣體之間無法流通。