[发明专利]能实时用电监控的甲醇水重整制氢设备

摘要

本发明揭示了一种能实时用电监控的甲醇水重整制氢设备，包括储存容器、原料输送装置、甲醇水输送管路、重整装置、分离装置、氢气输送管路、控制电路板、监测控制终端；原料输送装置通过甲醇水输送管路分别连接储存容器及重整装置，重整室包括中空圆柱壳体、加热气化管路，中空圆柱壳体内设有催化剂；加热气化管路的部分设置于中空圆柱壳体内、被催化剂包裹；监测控制终端通过无线通讯方式连接控制电路板，对控制电路板进行远程监测或/和控制。本发明提出的甲醇水重整制氢设备，可利用甲醇水重整制得稳定的氢气，转化率高，同时设备体积小，便于移动。制得的氢气可以用于发电，制氢及发电过程中不会产生有害气体，减少对环境的污染。

主权项

1.一种能实时用电监控的甲醇水重整制氢设备，其特征在于，包括储存容器、原料输送装置、甲醇水输送管路、重整装置、分离装置、氢气输送管路、二氧化碳收集管路、余气排放管路、启动装置、控制电路板、监测控制终端；所述控制电路板分别连接原料输送装置、重整装置、分离装置，控制各个装置工作；所述监测控制终端包括终端控制器、无线通讯模块、输入输出模块，终端控制器分别连接无线通讯模块、输入输出模块，监测控制终端通过无线通讯方式连接控制电路板，对控制电路板进行远程监测或/和控制；所述原料输送装置通过甲醇水输送管路分别连接储存容器及重整装置，所述原料输送装置将储存容器中的甲醇水原料输送至重整装置；所述重整装置连接分离装置，分离装置分别连接氢气输送管路、二氧化碳收集管路、余气排放管路；所述分离装置包括膜分离装置；所述储存容器包括：容器、设置于容器内的间隔机构、与间隔机构连接的间隔驱动机构、间隔控制模块、间隔感应模块；所述间隔机构将容器至少分为两个空间；两个空间中，一个放置反应液体，另一侧设置氢气发电设备释放、而后被压缩的液态或固态的二氧化碳；间隔控制模块分别连接间隔驱动机构、间隔感应模块；所述间隔驱动机构包括电机，间隔感应模块包括压力传感器或/和液位传感器；所述间隔感应模块用以感应容器内反应液体的量，同时感应氢气发电设备释放、而后被压缩的液态或固态的二氧化碳的量；并将感应数据发送至间隔控制模块；所述间隔控制模块根据间隔感应模块感应的数据控制间隔驱动机构对间隔机构的动作；在储存容器内的液体减少或二氧化碳增加达到设定条件时，间隔驱动机构驱动间隔机构动作，减少反应液体的容积，增加二氧化碳的容积；所述储存容器还包括液化装置或/和固化装置，将收集到的二氧化碳液化或/和固化；所述重整装置包括换热器、气化室、重整室、分离室，所述膜分离装置设置于分离室内，分离室设置于重整室内的上部；甲醇水原料在换热器中换热后进入气化室汽化；汽化后的甲醇蒸汽及水蒸汽进入重整室，重整室内设有催化剂，重整室下部及中部温度为300℃～420℃，所述重整室上部的温度为400℃～570℃；重整室与分离室通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室的上部，能通过重整室上部的高温继续加热从重整室输出的气体；所述连接管路作为重整室与分离室之间的缓冲，使得从重整室输出的气体的温度与分离室的温度相同或接近；所述分离室内的温度设定为350℃～570℃，从分离室内的膜分离装置的产气端得到氢气；同时对余气进行加压降温处理，使得二氧化碳变为液态二氧化碳或干冰，从膜分离装置产生的余气中收集二氧化碳，通过二氧化碳收集管路输送；所述重整装置制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持重整装置运行；所述甲醇水重整制氢设备制得的氢气输送至膜分离装置进行分离，用于分离氢气的膜分离装置的内外压强之差大于等于0.7M Pa；所述膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75％～78％，银占22％～25％；所述换热器包括甲醇水预热管路，气化室包括加热气化管路；所述重整装置一端安装有启动装置，该启动装置包括杯座，杯座上安装有甲醇水预热管路、加热气化管路、点火装置及温度探测装置；所述原料输入管道输入甲醇和水原料，原料输入管道与加热气化管路相连通，甲醇和水原料经原料输入管道进入加热气化管路后，从加热气化管路的末端输出；所述点火装置的位置与加热气化管路的末端相对应，用于对加热气化管路中输出的甲醇和水原料进行点火，甲醇和水原料经点火装置点火后燃烧，对加热气化管路进行加热，使加热气化管路中的甲醇和水原料气化而迅速加大燃烧强度，进而为重整装置加热；所述温度探测装置用于探测加热气化管路旁的温度；所述重整装置启动制氢后，重整装置制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持重整装置运行；所述杯座的底侧安装有进风盖板，该进风盖板设有风道，外界空气可经该风道进入至重整装置内；所述原料输入管道上设有电磁阀，以便控制原料输入管道打开或关闭，同时控制原料输入管道的流量；所述加热气化管路依次包括直通管段、螺旋管段及上拱形管段，所述甲醇和水原料经直通管段上升至最高位置后，再经螺旋管段螺旋下降，再经上拱形管段后输出；所述重整室包括中空圆柱壳体，中空圆柱壳体内设有催化剂；加热气化管路的螺旋管段部分设置于中空圆柱壳体内、被催化剂包裹；所述甲醇水预加热管路的一部分为螺纹状管路，螺纹状管路内用于输送甲醇水原料；螺纹状管路包裹住重整装置的余气排放管路；余气排放管路经过螺纹状管路后温度降低，螺纹状管路经过余气排放管路后温度升高；螺纹状管路的一端设有输入端口，另一端设有两个输出端口，各输出端口设有阀门；一个输出端口连接甲醇水输送管路的其他部分，另外一个输出端口通过循环管路连接至输入端口；在靠近螺纹状管路的输出端口处设置温度传感器，温度传感器连接预加热控制器；预加热控制器根据温度传感器的温度数据及重整设备的原料需求调节两个阀门的开关及阀门的开度；所述重整装置还包括快速启动装置；所述快速启动装置为甲醇水重整制氢设备提供启动能源；所述快速启动装置包括第一启动装置、第二启动装置；所述第一启动装置包括第一加热机构、第一气化管路，第一气化管路的内径为1～2mm，第一气化管路紧密地缠绕于第一加热机构上；所述第一气化管路的一端连接储存容器，通过原料输送装置将甲醇送入第一气化管路中；第一气化管路的另一端输出被气化的甲醇，而后通过点火机构点火燃烧；或者，第一气化管路的另一端输出被气化的甲醇，且输出的甲醇温度达到自燃点，甲醇从第一气化管路输出后直接自燃；所述第二启动装置包括第二气化管路，第二气化管路的主体设置于所述重整室内，第一气化管路或/和第二气化管路输出的甲醇为重整室加热的同时加热第二气化管路，将第二气化管路中的甲醇气化；所述重整室内壁设有加热管路，加热管路内放有催化剂；所述快速启动装置通过加热所述加热管路为重整室加热；所述制氢系统启动后，制氢系统通过制氢设备制得的氢气提供运行所需的能源；所述快速启动装置的初始启动能源为若干太阳能启动模块，太阳能启动模块包括依次连接的太阳能电池板、太阳能电能转换电路、太阳能电池；太阳能启动模块为第一加热机构提供电能；或者，所述快速启动装置的初始启动能源为手动发电机，手动发电机将发出的电能存储于电池中；所述甲醇水重整制氢设备将制得的氢气通过氢气输送管路实时传输至氢气发电设备；所述氢气输送管路设有气压调节装置，用于调整氢气输送管路中的气压；所述氢气发电设备利用甲醇水重整制氢设备制得的氢气发电；所述甲醇水重整制氢设备包括气压调节装置，气压调节装置包括微处理器、气体压力传感器、阀门控制器、出气阀、出气管路；所述气体压力传感器设置于氢气输送管路中，用以感应氢气输送管路中的气压数据，并将感应的气压数据发送至微处理器；所述微处理器将从气体压力传感器接收的该气压数据与设定阈值区间进行比对；当接收到的压力数据高于设定阈值区间的最大值，微处理器控制阀门控制器打开出气阀设定时间，使得氢气输送管路中气压处于设定范围，同时出气管路的一端连接出气阀，另一端输送至所述重整装置，通过燃烧为重整装置、分离装置加热；当接收到的压力数据低于设定阈值区间的最小值，微处理器控制所述原料输送装置加快原料的输送速度；所述甲醇水重整制氢设备还包括电能估算模块、氢气制备检测模块、电能存储模块；所述电能估算模块用以估算氢气发电设备实时发出的电能是否能满足重整、分离时需要消耗的电能；如果满足，则关闭快速启动装置；所述氢气制备检测模块用来检测制氢设备实时制备的氢气是否稳定；若制氢设备制备的氢气不稳定，则控制快速启动装置再次启动，并将得到的电能部分存储于电能存储模块，当电能不足以提供制氢设备的消耗时使用；所述甲醇水重整制氢设备还包括主储存容器，主储存容器包括第一液位识别单元、阀门、输送泵体、连接管路；第一液位识别单元用以识别主储存容器的液位，连接管路设有阀门及输送泵体；所述储存容器设有第二液位识别机构，用以识别储存容器的液位；在储存容器内的液位低于设定值时，输送泵体从主储存容器向储存容器输送甲醇水原料；所述甲醇水重整制氢设备还包括语音数据库、语音识别模块、语音命令执行模块、语音自学习模块、语音数据库更新模块；所述语音数据库用以存储语音数据，以及各语音数据对应的执行命令；所述语音识别模块用以将获取的语音数据与所述语音数据库中的语音数据进行比对，若语音数据库中存在符合的语音数据，将比对结果反馈至语音命令执行模块；所述语音命令执行模块用以根据语音识别模块的识别结果执行对应的命令；所述语音自学习模块用以根据用户的语音发声习惯为其设定特定的语音比对数据；语音比对数据通过语音自学习模块根据用户的发音习惯自学习得到；所述语音数据库更新模块用以将所述语音自学习模块为设定用户设定的特定语音比对数据更新至语音数据库中，使得语音数据库中设定用户具有特定的语音比对数据库；具体地，所述语音自学习模块用以获取用户的第一语音数据，判断该第一语音数据是否有记录，若无记录，初始化其语音值序列；若有记录，则获取该第一语音数据的语音值序列；语音值序列中记录至少一个数据，该数据代表某语音数据与另一语音数据的语音值，该语音值达到设定阈值时，表示某语音数据与另一语音数据相近似，认为两者对应同一语音命令；若语音识别模块未能在语音数据库中找到对应的语音数据，或者被用户反馈语音识别模块识别错误；若用户在设定时间内发出第二语音数据被语音识别模块识别成功，或者用户通过其他途径发送控制命令、该控制命令对应的语音数据为第二语音数据；则将第一语音数据对应第二语音数据的语音值增加设定值，而后，判断该语音值是否达到设定阈值；若达到设定阈值，则该用户对应的语音比对数据库中，将第一语音数据增加至第二语音数据对应的控制命令所对应的语音数据，且第一语音数据的比对优先级大于第二语音数据，在后续比对过程中被优先比对；所述甲醇水重整制氢设备还包括手势数据库、手势识别模块、手势命令执行模块、手势自学习模块、手势数据库更新模块；所述手势数据库用以存储手势数据，以及各手势数据对应的执行命令；所述手势识别模块用以将获取的手势数据与所述手势数据库中的手势数据进行比对，若手势数据库中存在符合的手势数据，将比对结果反馈至手势命令执行模块；所述手势命令执行模块用以根据手势识别模块的识别结果执行对应的命令；所述手势自学习模块用以根据用户的手势习惯为其设定特定的手势比对数据；手势比对数据通过手势自学习模块根据用户的手势习惯自学习得到；所述手势数据库更新模块用以将所述手势自学习模块为设定用户设定的特定手势比对数据更新至手势数据库中，使得手势数据库中设定用户具有特定的手势比对数据库；具体地，所述手势自学习模块用以获取用户的第一手势数据，判断该第一手势数据是否有记录，若无记录，初始化其手势值序列；若有记录，则获取该第一手势数据的手势值序列；手势值序列中记录至少一个数据，该数据代表某手势数据与另一手势数据的手势值，该手势值达到设定阈值时，表示某手势数据与另一手势数据相近似，认为两者对应同一手势命令；若手势识别模块未能在手势数据库中找到对应的手势数据，或者被用户反馈手势识别模块识别错误；若用户在设定时间内发出第二手势数据被手势识别模块识别成功，或者用户通过其他途径发送控制命令、该控制命令对应的手势数据为第二手势数据；则将第一手势数据对应第二手势数据的手势值增加设定值，而后，判断该手势值是否达到设定阈值；若达到设定阈值，则该用户对应的手势比对数据库中，将第一手势数据增加至第二手势数据对应的控制命令所对应的手势数据，且第一手势数据的比对优先级大于第二手势数据，在后续比对过程中被优先比对；所述甲醇水重整制氢设备还包括用电量预测模块、氢气缓冲存储容器；所述用电量预测模块用以根据历史数据或/和不同用户的用电习惯预测设定时间内的用电量；所述用电量预测模块包括用电历史数据库、用户生活习惯数据库、用户位置信息获取单元、用户识别单元、用户习惯分析单元、用电设备习惯分析单元、用电量预测单元；所述用电历史数据库用以存储设定时间内各个用电设备的用电情况，记录各个用电设备由哪个用户打开、由哪个或哪些用户使用、由哪个用户关闭；用户打开/关闭用电设备设定时间内的用户生活习惯数据、用户实时位置信息；所述用户生活习惯数据库用以记录用户随时携带的便携电子终端存储的用户生活习惯数据；所述便携电子终端包括主控制芯片、肌电传感器、无线通讯模块，主控制芯片分别连接肌电传感器、无线通讯模块；肌电传感器记录用户的实时肌电数据；所述用户位置信息获取单元用以获取用户的实时位置信息；各个用电设备均设置用户识别单元，所述用户识别单元用以在打开用电设备时、关闭用电设备时识别打开、关闭该用电设备的用户，同时每隔设定时间识别用电设备由哪个或哪些用户使用；所述用户识别单元为人脸识别设备；所述用户习惯分析单元用以根据用电历史数据库记录的各个用户对各用电设备的用电情况，结合用户生活习惯数据库记录的用户生活习惯数据，从中得出各个用电设备开启及关闭的规律；所述用户习惯分析单元根据用电历史数据库，判断设定用户每次打开第一用电设备后是否都在设定时间内会打开第二用电设备，或者打开第二用电设备的几率超过设定阈值；若是，则将设定数据发送至用电量预测单元；所述用电量预测单元在用户识别单元识别到该用户打开第一用电设备时，判断在设定时间内第二用电设备预计会被打开；所述用户习惯分析单元用以判断各用电设备的使用情况与用户肌电数据变化规律是否满足设定阈值，若满足，则将各用电设备的使用情况与用户肌电数据变化规律关联；若出现相同的用户肌电数据变化规律作为该用电设备使用的提前预测，并发送至用电量预测单元；所述用电量预测单元在识别到肌电传感器感应的用户肌电数据存在对应变化规律时，预测对应用电设备在设定时间的使用情况；所述用电设备习惯分析单元用以根据用电历史数据库记录的各个用电设备的用电情况，获取其中用电设备开关的关联信息，从中得出各个用电设备开启及关闭的规律；用电设备习惯分析单元根据用电历史数据库，判断某一时间区间，各个用电设备否被打开；若是，则将设定数据发送至用电量预测单元；所述用电量预测单元在该时间区间到来前做提前储氢准备；所述用电量预测单元用以根据用电历史数据库、用户生活习惯数据库、便携电子终端、用户位置信息获取单元、用户识别单元、用户习惯分析单元、用电设备习惯分析单元的数据预测设定时间内的用电量情况，若预测设定时间内有超过设定阈值的电能需要消耗时，控制甲醇水重整制氢设备提高制氢量，并将部分氢气存储于氢气缓冲存储容器中作为用电缓冲；所述用电量预测单元还设有用电设备选择面板，用以供用户选择设定时间内将要打开的用电设备；接收用户反馈的信息后，根据用户的选择做预测判断；所述氢气缓冲存储容器用以存储甲醇水重整制氢设备生成的部分氢气，为后续氢气发电设备发电做准备；所述氢气缓冲存储容器内设有氢气压力传感器，用以感应氢气缓冲存储容器内的气压；所述甲醇水重整制氢设备包括氢气输送泵体、氢气输送控制器，氢气输送控制器根据所述氢气压力传感器感应的实时气压数据控制氢气输送泵体的输送功率；输送功率随着氢气缓冲存储容器内气压的增加而增加，随着氢气缓冲存储容器内气压的降低而降低；所述氢气缓冲存储容器设有容积调节机构，用以调节氢气缓冲存储容器的容积，根据氢气缓冲存储容器内的压强大小作调节；若氢气缓冲存储容器内的压强超过/低于设定压强，容积调节机构通过调节侧壁的位置增加/减少氢气缓冲存储容器的容积。