[发明专利]水电燃气三网合一家庭能源中心系统

摘要

本发明揭示了一种水电燃气三网合一家庭能源中心系统，包括水氢发电机、天然气转甲醇装置、甲醇存储容器、水存储容器、甲醇水存储容器；水氢发电机设有分别连接市政输水管路、市政电网及市政天然气输送管路；水氢发电机的输出端包括电力输出端、水输出端、热水输出端、燃气输出端；氢燃料电池生成的水或/和市政输水管路中的水通过第二输水管路及所述水输出端供用户使用；燃气输出端包括氢气输出端，氢气输出端设有氢气输送管路；甲醇水重整制氢装置通过氢气输送管路连接燃气灶。本发明提出的水电燃气三网合一家庭能源中心系统，可在天然气、水、电供应异常时，通过能源中心系统提供用户所需的燃气(氢气)、水、电能，提升使用便利性。

主权项

1.一种水电燃气三网合一家庭能源中心系统，其特征在于，所述家庭能源中心系统包括：水氢发电机、天然气转甲醇装置；所述水氢发电机设有分别连接市政输水管路、市政电网及市政天然气输送管路；所述水氢发电机的输出端包括电力输出端、水输出端、热水输出端、燃气输出端；所述天然气转甲醇装置连接天然气管道，用以将天然气转化为甲醇，将生成的甲醇输送至甲醇存储容器中；所述水氢发电机分别连接有甲醇水存储容器、水存储容器，利用甲醇水存储容器中的甲醇水原料重整制氢、发电，将生成的水存储至水存储容器；所述天然气转甲醇装置包括甲烷提纯装置、甲烷转甲醇装置、甲醇分离装置，甲烷提纯装置、甲烷转甲醇装置、甲醇分离装置依次连接；所述甲烷提纯装置包括第一液化机构、第二液化机构、气化机构；所述第一液化机构将天然气中沸点最低的氮气液化，温度控制为低于‑196℃；生成的液化氮通过排放管路排放，剩余气体输送至第二液化机构；所述第二液化机构将剩余气体中的甲烷气体液化，温度控制为‑195～‑162℃；收集生成的液化甲烷，通过气化机构气化甲烷液体，输送至甲烷转甲醇装置；所述甲烷提纯装置还包括换热器、压缩机、过冷器、冷凝蒸发器；所述压缩机连接换热器，换热器连接第一液化机构、第二液化机构、过冷器，过冷器连接第一液化机构、第二液化机构、冷凝蒸发器；所述第一液化机构连接换热器、过冷器，将天然气中沸点最低的氮气液化，温度控制为‑195～‑162℃；生成的液化氮通过排放管路排放，剩余气体输送至第二液化机构；所述第二液化机构连接换热器、过冷器，温度控制为‑191～‑89℃，将剩余气体中的甲烷气体液化；所述甲烷转甲醇装置内设有多孔的沸石状催化剂，通过所述沸石状催化剂将甲烷、水催化生成甲醇和氢气；所述沸石状催化剂空隙中嵌入铜原子，反应过程中甲烷分子在其表面分解为碳和氢原子，通过由水分解产生的氧原子氧化后形成甲醇和氢气；CH4+H2O＝CH3OH+H2；所述催化剂包括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、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物；其中贵金属Pt的氧化物含量占催化剂总质量的0～2％，Pd的氧化物含量占催化剂总质量的0～5％，Cu的氧化物占催化剂总质量的5％～15％，Fe的氧化物占催化剂总质量的2％～10％，Zn的氧化物占催化剂总质量的10％～25％，稀土金属氧化物占催化剂总质量的5％～45％，其余为过渡金属氧化物；所述甲醇分离装置将氢气与甲醇进行分离，得到甲醇；分离的氢气用来燃烧或用于氢燃料电池发电；所述甲醇分离装置包括复合金属膜或瓷膜分离器；所述甲醇分离装置为表面镀钯银合金的多孔陶瓷，镀上的贵金属合金中，钯的质量百分比占75％～78％，银的质量百分比占22％～25％；所述水氢发电机包括甲醇水重整制氢装置、氢燃料电池、DC/DC电源模块，甲醇水重整制氢装置、氢燃料电池、DC/DC电源模块依次连接；甲醇水重整制氢装置连接甲醇水存储容器，甲醇水重整制氢装置设有液体泵，液体泵将甲醇水存储容器内的甲醇水原料输送至甲醇水重整制氢装置；甲醇水重整制氢装置利用甲醇水原料重整制得氢气，将制得的氢气输送至氢燃料电池；氢燃料电池设有气泵，气泵将含氧气体泵入氢燃料电池；氢燃料电池利用氢气及氧气发生氧化还原反应发出直流电，并生成水；氢燃料电池发出的直流电通过DC/DC电源模块处理后输出；所述电力输出端包括交流电力输出端或/和直流电力输出端，DC/DC电源模块通过直流电力输出端输出直流电；DC/DC电源模块还连接逆变器，将直流电转换为交流电，通过交流电力输出端输出；所述氢燃料电池生成的水通过第一输水管路连接水存储容器，生成的水或/和市政输水管路中的水通过第二输水管路及所述水输出端供用户使用；所述甲醇水重整制氢装置包括第一高温尾气排放管路、第二高温尾气排放管路，第一高温尾气排放管路、第二高温尾气排放管路分别设有第一电磁阀、第二电磁阀，第一高温尾气排放管路、第二高温尾气排放管路用来排放制氢时释放的高温尾气；所述第一高温尾气排放管路的部分设置于热水输送管路中，利用排放的高温尾气为水加热；第二高温尾气排放管路将高温尾气直接排放；所述燃气输出端包括氢气输出端，氢气输出端设有氢气输送管路；甲醇水重整制氢装置通过氢气输送管路连接燃气灶，氢气输送管路设有电磁阀；所述系统还包括天然气供应检测电路、水供应检测电路、电供应检测电路，天然气供应检测电路用以检测天然气供应是否正常，水供应检测电路用以检测水供应是否正常，电供应检测电路用以检测电力供应是否正常；若天然气供应检测电路检测到天然气供应异常，则控制水氢发电机的甲醇水重整制氢装置向燃气灶输送氢气，供用户使用；若水供应检测电路检测到水供应异常，则控制水氢发电机生成的水及水存储容器中的水输送至水输出端；若电供应检测电路检测到市政电网供应电力异常，则控制水氢发电机发出直流电，将直流电供应用户使用，或者将直流电转换为交流电后供用户使用；所述家庭能源中心系统还包括太阳能发电装置、风能发电装置、沼气发电装置、生物质发电装置，其发出的电能作为电力输出端的一部分。