[發明專利]能實時用電監控的甲醇水重整制氫設備

在審

• 申請號: 201611238528.8
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN108249399A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 向華;李文霞
• 申請（專利權）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;H01M8/0612
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司 31242
• 代理人: 王松

1.一種能實時用電監控的甲醇水重整制氫設備，其特征在于，包括儲存容器、原料輸送裝置、甲醇水輸送管路、重整裝置、分離裝置、氫氣輸送管路、二氧化碳收集管路、余氣排放管路、啟動裝置、控制電路板、監測控制終端；所述控制電路板分別連接原料輸送裝置、重整裝置、分離裝置，控制各個裝置工作；

所述監測控制終端包括終端控制器、無線通訊模塊、輸入輸出模塊，終端控制器分別連接無線通訊模塊、輸入輸出模塊，監測控制終端通過無線通訊方式連接控制電路板，對控制電路板進行遠程監測或/和控制；

所述原料輸送裝置通過甲醇水輸送管路分別連接儲存容器及重整裝置，所述原料輸送裝置將儲存容器中的甲醇水原料輸送至重整裝置；

所述重整裝置連接分離裝置，分離裝置分別連接氫氣輸送管路、二氧化碳收集管路、余氣排放管路；所述分離裝置包括膜分離裝置；

所述儲存容器包括：容器、設置于容器內的間隔機構、與間隔機構連接的間隔驅動機構、間隔控制模塊、間隔感應模塊；所述間隔機構將容器至少分為兩個空間；兩個空間中，一個放置反應液體，另一側設置氫氣發電設備釋放、而后被壓縮的液態或固態的二氧化碳；間隔控制模塊分別連接間隔驅動機構、間隔感應模塊；所述間隔驅動機構包括電機，間隔感應模塊包括壓力傳感器或/和液位傳感器；所述間隔感應模塊用以感應容器內反應液體的量，同時感應氫氣發電設備釋放、而后被壓縮的液態或固態的二氧化碳的量；并將感應數據發送至間隔控制模塊；所述間隔控制模塊根據間隔感應模塊感應的數據控制間隔驅動機構對間隔機構的動作；在儲存容器內的液體減少或二氧化碳增加達到設定條件時，間隔驅動機構驅動間隔機構動作，減少反應液體的容積，增加二氧化碳的容積；所述儲存容器還包括液化裝置或/和固化裝置，將收集到的二氧化碳液化或/和固化；

所述重整裝置包括換熱器、氣化室、重整室、分離室，所述膜分離裝置設置于分離室內，分離室設置于重整室內的上部；甲醇水原料在換熱器中換熱后進入氣化室汽化；汽化后的甲醇蒸汽及水蒸汽進入重整室，重整室內設有催化劑，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置于重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續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；所述分離室內的溫度設定為350℃～570℃，從分離室內的膜分離裝置的產氣端得到氫氣；同時對余氣進行加壓降溫處理，使得二氧化碳變為液態二氧化碳或干冰，從膜分離裝置產生的余氣中收集二氧化碳，通過二氧化碳收集管路輸送；所述重整裝置制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持重整裝置運行；

所述甲醇水重整制氫設備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內外壓強之差大于等于0.7M Pa；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，鈀銀合金的質量百分比鈀占75％～78％，銀占22％～25％；

所述換熱器包括甲醇水預熱管路，氣化室包括加熱氣化管路；

所述重整裝置一端安裝有啟動裝置，該啟動裝置包括杯座，杯座上安裝有甲醇水預熱管路、加熱氣化管路、點火裝置及溫度探測裝置；所述原料輸入管道輸入甲醇和水原料，原料輸入管道與加熱氣化管路相連通，甲醇和水原料經原料輸入管道進入加熱氣化管路后，從加熱氣化管路的末端輸出；所述點火裝置的位置與加熱氣化管路的末端相對應，用于對加熱氣化管路中輸出的甲醇和水原料進行點火，甲醇和水原料經點火裝置點火后燃燒，對加熱氣化管路進行加熱，使加熱氣化管路中的甲醇和水原料氣化而迅速加大燃燒強度，進而為重整裝置加熱；所述溫度探測裝置用于探測加熱氣化管路旁的溫度；所述重整裝置啟動制氫后，重整裝置制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持重整裝置運行；

所述杯座的底側安裝有進風蓋板，該進風蓋板設有風道，外界空氣可經該風道進入至重整裝置內；所述原料輸入管道上設有電磁閥，以便控制原料輸入管道打開或關閉，同時控制原料輸入管道的流量；

所述加熱氣化管路依次包括直通管段、螺旋管段及上拱形管段，所述甲醇和水原料經直通管段上升至最高位置后，再經螺旋管段螺旋下降，再經上拱形管段后輸出；所述重整室包括中空圓柱殼體，中空圓柱殼體內設有催化劑；加熱氣化管路的螺旋管段部分設置于中空圓柱殼體內、被催化劑包裹；

所述甲醇水預加熱管路的一部分為螺紋狀管路，螺紋狀管路內用于輸送甲醇水原料；螺紋狀管路包裹住重整裝置的余氣排放管路；余氣排放管路經過螺紋狀管路后溫度降低，螺紋狀管路經過余氣排放管路后溫度升高；螺紋狀管路的一端設有輸入端口，另一端設有兩個輸出端口，各輸出端口設有閥門；一個輸出端口連接甲醇水輸送管路的其他部分，另外一個輸出端口通過循環管路連接至輸入端口；在靠近螺紋狀管路的輸出端口處設置溫度傳感器，溫度傳感器連接預加熱控制器；預加熱控制器根據溫度傳感器的溫度數據及重整設備的原料需求調節兩個閥門的開關及閥門的開度；

所述重整裝置還包括快速啟動裝置；所述快速啟動裝置為甲醇水重整制氫設備提供啟動能源；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、第一氣化管路，第一氣化管路的內徑為1～2mm，第一氣化管路緊密地纏繞于第一加熱機構上；所述第一氣化管路的一端連接儲存容器，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置于所述重整室內，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氣化；所述重整室內壁設有加熱管路，加熱管路內放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱；所述制氫系統啟動后，制氫系統通過制氫設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、太陽能電能轉換電路、太陽能電池；太陽能啟動模塊為第一加熱機構提供電能；或者，所述快速啟動裝置的初始啟動能源為手動發電機，手動發電機將發出的電能存儲于電池中；

所述甲醇水重整制氫設備將制得的氫氣通過氫氣輸送管路實時傳輸至氫氣發電設備；所述氫氣輸送管路設有氣壓調節裝置，用于調整氫氣輸送管路中的氣壓；所述氫氣發電設備利用甲醇水重整制氫設備制得的氫氣發電；

所述甲醇水重整制氫設備包括氣壓調節裝置，氣壓調節裝置包括微處理器、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置于氫氣輸送管路中，用以感應氫氣輸送管路中的氣壓數據，并將感應的氣壓數據發送至微處理器；所述微處理器將從氣體壓力傳感器接收的該氣壓數據與設定閾值區間進行比對；當接收到的壓力數據高于設定閾值區間的最大值，微處理器控制閥門控制器打開出氣閥設定時間，使得氫氣輸送管路中氣壓處于設定范圍，同時出氣管路的一端連接出氣閥，另一端輸送至所述重整裝置，通過燃燒為重整裝置、分離裝置加熱；當接收到的壓力數據低于設定閾值區間的最小值，微處理器控制所述原料輸送裝置加快原料的輸送速度；

所述甲醇水重整制氫設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電設備實時發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，則關閉快速啟動裝置；

所述氫氣制備檢測模塊用來檢測制氫設備實時制備的氫氣是否穩定；若制氫設備制備的氫氣不穩定，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，當電能不足以提供制氫設備的消耗時使用；

所述甲醇水重整制氫設備還包括主儲存容器，主儲存容器包括第一液位識別單元、閥門、輸送泵體、連接管路；第一液位識別單元用以識別主儲存容器的液位，連接管路設有閥門及輸送泵體；

所述儲存容器設有第二液位識別機構，用以識別儲存容器的液位；在儲存容器內的液位低于設定值時，輸送泵體從主儲存容器向儲存容器輸送甲醇水原料；

所述甲醇水重整制氫設備還包括語音數據庫、語音識別模塊、語音命令執行模塊、語音自學習模塊、語音數據庫更新模塊；

所述語音數據庫用以存儲語音數據，以及各語音數據對應的執行命令；

所述語音識別模塊用以將獲取的語音數據與所述語音數據庫中的語音數據進行比對，若語音數據庫中存在符合的語音數據，將比對結果反饋至語音命令執行模塊；

所述語音命令執行模塊用以根據語音識別模塊的識別結果執行對應的命令；

所述語音自學習模塊用以根據用戶的語音發聲習慣為其設定特定的語音比對數據；語音比對數據通過語音自學習模塊根據用戶的發音習慣自學習得到；

所述語音數據庫更新模塊用以將所述語音自學習模塊為設定用戶設定的特定語音比對數據更新至語音數據庫中，使得語音數據庫中設定用戶具有特定的語音比對數據庫；

具體地，所述語音自學習模塊用以獲取用戶的第一語音數據，判斷該第一語音數據是否有記錄，若無記錄，初始化其語音值序列；若有記錄，則獲取該第一語音數據的語音值序列；語音值序列中記錄至少一個數據，該數據代表某語音數據與另一語音數據的語音值，該語音值達到設定閾值時，表示某語音數據與另一語音數據相近似，認為兩者對應同一語音命令；

若語音識別模塊未能在語音數據庫中找到對應的語音數據，或者被用戶反饋語音識別模塊識別錯誤；若用戶在設定時間內發出第二語音數據被語音識別模塊識別成功，或者用戶通過其他途徑發送控制命令、該控制命令對應的語音數據為第二語音數據；則將第一語音數據對應第二語音數據的語音值增加設定值，而后，判斷該語音值是否達到設定閾值；若達到設定閾值，則該用戶對應的語音比對數據庫中，將第一語音數據增加至第二語音數據對應的控制命令所對應的語音數據，且第一語音數據的比對優先級大于第二語音數據，在后續比對過程中被優先比對；

所述甲醇水重整制氫設備還包括手勢數據庫、手勢識別模塊、手勢命令執行模塊、手勢自學習模塊、手勢數據庫更新模塊；

所述手勢數據庫用以存儲手勢數據，以及各手勢數據對應的執行命令；

所述手勢識別模塊用以將獲取的手勢數據與所述手勢數據庫中的手勢數據進行比對，若手勢數據庫中存在符合的手勢數據，將比對結果反饋至手勢命令執行模塊；

所述手勢命令執行模塊用以根據手勢識別模塊的識別結果執行對應的命令；

所述手勢自學習模塊用以根據用戶的手勢習慣為其設定特定的手勢比對數據；手勢比對數據通過手勢自學習模塊根據用戶的手勢習慣自學習得到；

所述手勢數據庫更新模塊用以將所述手勢自學習模塊為設定用戶設定的特定手勢比對數據更新至手勢數據庫中，使得手勢數據庫中設定用戶具有特定的手勢比對數據庫；

具體地，所述手勢自學習模塊用以獲取用戶的第一手勢數據，判斷該第一手勢數據是否有記錄，若無記錄，初始化其手勢值序列；若有記錄，則獲取該第一手勢數據的手勢值序列；手勢值序列中記錄至少一個數據，該數據代表某手勢數據與另一手勢數據的手勢值，該手勢值達到設定閾值時，表示某手勢數據與另一手勢數據相近似，認為兩者對應同一手勢命令；

若手勢識別模塊未能在手勢數據庫中找到對應的手勢數據，或者被用戶反饋手勢識別模塊識別錯誤；若用戶在設定時間內發出第二手勢數據被手勢識別模塊識別成功，或者用戶通過其他途徑發送控制命令、該控制命令對應的手勢數據為第二手勢數據；則將第一手勢數據對應第二手勢數據的手勢值增加設定值，而后，判斷該手勢值是否達到設定閾值；若達到設定閾值，則該用戶對應的手勢比對數據庫中，將第一手勢數據增加至第二手勢數據對應的控制命令所對應的手勢數據，且第一手勢數據的比對優先級大于第二手勢數據，在后續比對過程中被優先比對；

所述甲醇水重整制氫設備還包括用電量預測模塊、氫氣緩沖存儲容器；

所述用電量預測模塊用以根據歷史數據或/和不同用戶的用電習慣預測設定時間內的用電量；

所述用電量預測模塊包括用電歷史數據庫、用戶生活習慣數據庫、用戶位置信息獲取單元、用戶識別單元、用戶習慣分析單元、用電設備習慣分析單元、用電量預測單元；

所述用電歷史數據庫用以存儲設定時間內各個用電設備的用電情況，記錄各個用電設備由哪個用戶打開、由哪個或哪些用戶使用、由哪個用戶關閉；用戶打開/關閉用電設備設定時間內的用戶生活習慣數據、用戶實時位置信息；

所述用戶生活習慣數據庫用以記錄用戶隨時攜帶的便攜電子終端存儲的用戶生活習慣數據；所述便攜電子終端包括主控制芯片、肌電傳感器、無線通訊模塊，主控制芯片分別連接肌電傳感器、無線通訊模塊；肌電傳感器記錄用戶的實時肌電數據；

所述用戶位置信息獲取單元用以獲取用戶的實時位置信息；

各個用電設備均設置用戶識別單元，所述用戶識別單元用以在打開用電設備時、關閉用電設備時識別打開、關閉該用電設備的用戶，同時每隔設定時間識別用電設備由哪個或哪些用戶使用；所述用戶識別單元為人臉識別設備；

所述用戶習慣分析單元用以根據用電歷史數據庫記錄的各個用戶對各用電設備的用電情況，結合用戶生活習慣數據庫記錄的用戶生活習慣數據，從中得出各個用電設備開啟及關閉的規律；所述用戶習慣分析單元根據用電歷史數據庫，判斷設定用戶每次打開第一用電設備后是否都在設定時間內會打開第二用電設備，或者打開第二用電設備的幾率超過設定閾值；若是，則將設定數據發送至用電量預測單元；所述用電量預測單元在用戶識別單元識別到該用戶打開第一用電設備時，判斷在設定時間內第二用電設備預計會被打開；所述用戶習慣分析單元用以判斷各用電設備的使用情況與用戶肌電數據變化規律是否滿足設定閾值，若滿足，則將各用電設備的使用情況與用戶肌電數據變化規律關聯；若出現相同的用戶肌電數據變化規律作為該用電設備使用的提前預測，并發送至用電量預測單元；所述用電量預測單元在識別到肌電傳感器感應的用戶肌電數據存在對應變化規律時，預測對應用電設備在設定時間的使用情況；

所述用電設備習慣分析單元用以根據用電歷史數據庫記錄的各個用電設備的用電情況，獲取其中用電設備開關的關聯信息，從中得出各個用電設備開啟及關閉的規律；用電設備習慣分析單元根據用電歷史數據庫，判斷某一時間區間，各個用電設備否被打開；若是，則將設定數據發送至用電量預測單元；所述用電量預測單元在該時間區間到來前做提前儲氫準備；

所述用電量預測單元用以根據用電歷史數據庫、用戶生活習慣數據庫、便攜電子終端、用戶位置信息獲取單元、用戶識別單元、用戶習慣分析單元、用電設備習慣分析單元的數據預測設定時間內的用電量情況，若預測設定時間內有超過設定閾值的電能需要消耗時，控制甲醇水重整制氫設備提高制氫量，并將部分氫氣存儲于氫氣緩沖存儲容器中作為用電緩沖；

所述用電量預測單元還設有用電設備選擇面板，用以供用戶選擇設定時間內將要打開的用電設備；接收用戶反饋的信息后，根據用戶的選擇做預測判斷；

所述氫氣緩沖存儲容器用以存儲甲醇水重整制氫設備生成的部分氫氣，為后續氫氣發電設備發電做準備；

所述氫氣緩沖存儲容器內設有氫氣壓力傳感器，用以感應氫氣緩沖存儲容器內的氣壓；

所述甲醇水重整制氫設備包括氫氣輸送泵體、氫氣輸送控制器，氫氣輸送控制器根據所述氫氣壓力傳感器感應的實時氣壓數據控制氫氣輸送泵體的輸送功率；輸送功率隨著氫氣緩沖存儲容器內氣壓的增加而增加，隨著氫氣緩沖存儲容器內氣壓的降低而降低；

所述氫氣緩沖存儲容器設有容積調節機構，用以調節氫氣緩沖存儲容器的容積，根據氫氣緩沖存儲容器內的壓強大小作調節；若氫氣緩沖存儲容器內的壓強超過/低于設定壓強，容積調節機構通過調節側壁的位置增加/減少氫氣緩沖存儲容器的容積。