阅读说明：本技术 一种甲醇水重整制氢机及综合电路 (Methanol-water reforming hydrogen production machine and integrated circuit ) 是由 高继明 唐崇岂 管显德 刘文强 于 2020-07-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种甲醇水重整制氢机及综合电路,包括：机本体、甲醇水水箱、制氢装置、换热器、主控装置、电源,燃烧腔、汽化室、换热器与甲醇水水箱之间的管路上设有单向阀,主控装置包括显示屏、电路板及设置在电路板上的综合电路、微处理器、4G模块和多个通迅端口,电源与主控装置电性连接。本发明从工作电源设计、高边驱动电源、信号驱动、信号反馈、通讯电路等均采用隔离设计,可防止输入电源、风机、泵体杂讯对整个制氢机电路造成干扰,可防止制氢机某个配件的损坏造成整个系统的崩溃,使甲醇重整制氢部分核心组件在系统故障时得到关键维护。本发明提高了系统运行的可靠性,为全面实现制氢机整体热平衡、压力平衡等设计提供了保障。(The invention discloses a methanol water reforming hydrogen production machine and an integrated circuit, comprising: the machine body, the methanol water tank, the hydrogen production device, the heat exchanger, the main control device and the power supply are provided with one-way valves on pipelines between the combustion cavity, the vaporization chamber, the heat exchanger and the methanol water tank, the main control device comprises a display screen, a circuit board, an integrated circuit, a microprocessor, a 4G module and a plurality of communication ports, the integrated circuit, the microprocessor, the 4G module and the communication ports are arranged on the circuit board, and the power supply is electrically connected with the main control device. The invention adopts isolation design from working power supply design, high-side driving power supply, signal driving, signal feedback, communication circuit and the like, can prevent noise of an input power supply, a fan and a pump body from interfering the whole hydrogen production machine circuit, can prevent the whole system from being crashed due to the damage of a certain accessory of the hydrogen production machine, and ensures that the core component of the methanol reforming hydrogen production part is maintained in a critical way when the system fails. The invention improves the reliability of system operation and provides guarantee for comprehensively realizing the design of the overall heat balance, pressure balance and the like of the hydrogen production machine.)

一种甲醇水重整制氢机及综合电路

技术领域

本发明涉及氢能源制氢技术领域，特别涉及一种甲醇水重整制氢机及综合电路。

背景技术

氢能是公认的清洁能源，并且我国已在氢能领域取得了多方面的进展，在不久的将来有望成为氢能技术和应用领先的国家之一，也被国际公认为最有可能率先实现氢能产业化的国家。市场已出现电解水制氢，液态氢气罐等产品；电解水制氢是本末倒置，只能用于削峰填谷或冗余电使用。说说液态氢气罐，当今氢气应用的世界难题就是储存与运输，储存氢气必然是高压，然而高压氢气非常危险，包括加氢站时有***，一旦出事，如导弹般可以直接摧毁一栋大厦。市场呼唤一种可以“需要多少氢气制取多少低压氢气”的设备，于是出现一种甲醇水重整制氢机。产氢纯度高达99.99％，输出最高氢气压力仅仅25PSI，燃料消耗率低至0.85kg/[email protected]额定。

目前中国国内有数家相关企业，多为概念型。主要是模仿国外产品，炒作概念，实际推广中都是巨额亏损，其具体原因在于：

1)，其系统平衡做不好，平衡做不好导致主要配件工作环境超出范围，寿命短；

2)，系统稳定度不够，由于存在泵、风机、温度采样、压力采样、等等一系列功能需要，主芯片及周边电路处理很关键。系统数据处理精度不够，导致设备误动作，或采样数据精度不好，导致配件工状态不协调易于损坏等；如东莞某家公司电路损坏率一年内超过50％，整机故障率更是超过100％；

3)，传统误区，从表面看甲醇水重整制氢属于化工类，于是该项目负责人基本都是化工类硕士、博士、乃至专家教授一级，越走越离谱。据说国内某家大型化工企业从事相关研究数年没有进展。实际甲醇重整制氢技术已经公开化数十年，高中理论化学知识其实就够了。而且此类人员往往多是寄托于PLC部件来做实验，导致研发成本高昂，效率低下，一个很简单的实验，经过这些化工专家来处理往往要数月半年之久，甚至一年都没有进展。

4)认知误区，同行业调研中。许多专家级别博士、教授等将寻找核心配件(提纯器、泵、催化剂、传感器)等为首选，而不思考平衡管控才是首要前提。

现有的市场上甲醇水重整制氢机综合电路一般都是基于实现功能，而可靠性性差，这与甲醇水重整制氢技术采用的配件多、杂有关。

现有的市场上甲醇水重整制氢机综合电路存在数据采样稳定性不够，或导致驱动设备寿命短暂甚至误动作频频，破坏整体平衡性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单，设计合理，安装方便，制氢效率高，且环保的甲醇水重整制氢机及综合电路。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种甲醇水重整制氢机及综合电路，包括：

机本体，所述机本体上分别设有气路接口、通迅接口、电源插口、按键，所述按键设置在所述机本体的正面；

甲醇水水箱，所述甲醇水水箱内部设有液位传感器，所述甲醇水水箱的一端设有高压泵、前置阀，所述甲醇水水箱设置在所述机本体的内部；

制氢装置，所述制氢装置包括燃烧腔、汽化室、重整室、过滤器、提纯器，所述燃烧腔、汽化室、重整室、过滤器、提纯器依次管路连接，所述燃烧腔、汽化室、重整室、过滤器、提纯器设置在一热盒中；

换热器，所述换热器分别与所述汽化室、低压氢气缓冲装置、甲醇水水箱管路连接，所述换热器与所述甲醇水水箱之间的管路上设有单向阀；

主控装置，所述主控装置包括显示屏、电路板及设置在所述电路板上的综合电路、微处理器、4G模块和多个通迅端口，所述显示屏、微处理器、4G模块和多个通迅端口分别与所述综合电路电性连接，所述主控装置设置在所述机本体的内部；

电源，所述电源与所述主控装置电性连接。

优选地，所述电源为48V/24VDC，所述电源的一端通过所述电源插口与外部电源电性连接。

优选地，所述汽化室分别与所述燃烧腔、重整室、过滤器、提纯器管路连接，所述过滤器分别与所述提纯器、重整室管路连接，所述汽化室、重整室内分别设有电加热装置和至少两个第一温度传感器，所述第一温度传感器、电加热装置分别与所述主控装置电性连接。

优选地，所述燃烧腔内设有点火器、第二温度传感器，所述燃烧腔的两侧分别设有风机、排气口，所述点火器、第二温度传感器、风机、排气口分别与所述主控装置电性连接。

优选地，所述低压氢气缓冲装置的内部设有气压传感器，所述低压氢气缓冲装置与所述汽化室之间的所述管路上设有单向电磁阀，所述气压传感器、单向电磁阀分别与所述主控装置电性连接。

优选地，所述显示屏为触摸显示屏，所述显示屏嵌入设置在所述机本体的正面，并位于所述按键的上部。

优选地，所述低压氢气缓冲装置内设有泵压传感器，所述泵压传感器与所述主控装置电性连接。

优选地，所述综合电路包括开关电源电路、制氢机/鼓风机全隔离电路、12V转5VDC开关稳压电源电路、5VDC转3.3VDC线性稳压电源电路、24V转12VDC开关稳压电源电路、12VDC转5VDC线性稳压电源电路、温度传感器采样电路。

本发明的优点及有益效果在于：

本发明从工作电源设计、高边驱动电源、信号驱动、信号反馈、通讯电路等均采用隔离设计，可于防止输入电源、风机、泵体杂讯对整个制氢机电路造成干扰，影响采样、反馈等数据，可防止制氢机某个配件的损坏造成整个系统的崩溃，使甲醇重整制氢部分核心组件在系统故障时得到关键维护，如提纯器在高温态需要实时氢气维护。本发明提高了系统运行的可靠性，为全面实现制氢机整体热平衡、压力平衡等设计提供了保障。

附图说明

图1为本发明一种甲醇水重整制氢机及综合电路实施例的结构示意图。

图中，1-气路接口，2-通迅接口，3-甲醇水水箱，4-风机，5-制氢装置，51-燃烧腔，52-汽化室，53-重整室，54-过滤器，55-提纯器，6-换热器，7-传感器组件，71-气压传感器，72-液位传感器，73-氢气传感器，74-泵压传感器，8-压氢气缓冲装置，9-主控装置，91-显示屏，92-电路板，10-阀体组件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种甲醇水重整制氢机及综合电路，包括：

机本体，机本体上分别设有气路接口1、通迅接口2、电源插口、按键，按键设置在机本体的正面；

甲醇水水箱3，甲醇水水箱3内部设有液位传感器，甲醇水水箱3的一端设有高压泵、前置阀，甲醇水水箱3设置在机本体的内部；

具体的，本实施例中，阀体组件10包括单向阀、和/或三通电磁阀、和/或限流阀。

具体的，本实施例中，甲醇水水箱3内置有液位传感器72，甲醇水抽取需要高压泵及前置阀甲醇水水箱3内置液位传感器72，甲醇水抽取需要高压泵及阀体组件10。

制氢装置，制氢装置包括燃烧腔51、汽化室52、重整室53、过滤器54、提纯器55，燃烧腔51、汽化室52、重整室53、过滤器54、提纯器55依次管路连接，燃烧腔51、汽化室52、重整室53、过滤器54、提纯器55设置在一热盒中；

具体的，本实施例中，传感器组件7包括气压传感器71、液位传感器72、氢气传感器73，泵压传感器74。

换热器6，换热器6分别与汽化室、低压氢气缓冲装置8、甲醇水水箱3管路连接，换热器6与甲醇水水箱3之间的管路上设有单向阀；

主控装置9，主控装置包括显示屏91、电路板92及设置在电路板92上的综合电路、微处理器、4G模块和多个通迅端口，显示屏91、微处理器、4G模块和多个通迅端口分别与综合电路电性连接，主控装置9设置在机本体的内部；

电源，电源与主控装置9电性连接。

本发明较佳的实施例中，电源为48V/24VDC，电源的一端通过电源插口与外部电源电性连接。

本发明较佳的实施例中，汽化室52分别与燃烧腔51、重整室53、过滤器54、提纯器55管路连接，过滤器54分别与提纯器55、重整室53管路连接，汽化室52、重整室53内分别设有电加热装置和至少两个第一温度传感器，第一温度传感器、电加热装置分别与主控装置9电性连接。

本发明较佳的实施例中，燃烧腔51内设有点火器、第二温度传感器，燃烧腔51的两侧分别设有风机4、排气口，点火器、第二温度传感器、风机4、排气口分别与主控装置9电性连接。

本发明较佳的实施例中，低压氢气缓冲装置8的内部设有气压传感器，低压氢气缓冲装置8与汽化室之间的管路上设有单向电磁阀，气压传感器、单向电磁阀分别与主控装置9电性连接。

具体的，本实施例中，甲醇水需经过单向阀进入换热器6后再进入汽化室52，汽化室52需要温度，加热可以用电加热或火烧或一起使用，这里涉及到电磁阀控制，电加热控制(HT1)，点火器控制，温度检测热电偶(TC3)，点火成功与否判断(TC1)；化后的甲醇水蒸汽进入重整室53催化，重整室53温度监控点2个或以上(TC4,TC5)；如果冷启动需要用到电加热(HT2)。催化后产生的富氢可能含有催化剂粉尘，需要过滤，过滤器54温度监控(TC6)；过滤后的富氢需要提纯质纯氢，提纯器55温度需要符合条件，需要辅助电加热(HT3)，温度监控点(TC7)；上面步涉及到内部压力，需使用压力传感器，泵压传感器；纯后的氢气进入换热器，再进入氢气缓冲装置8，这里有氢气压力读取要求，再需要管路电磁阀切换及压力传感器；纯器55提纯剩余气体将会通过阀体组件10进入燃烧腔，点火燃烧，这过程需要切换电磁阀，点火器，点火判断，燃烧必要条件需要氧气(空气)，必须使用鼓风风机送入空气；鼓风机工作是否正常需要判断，由于氢气纯度要求极高，每次运行前的气体需排出，需要三通电磁阀切换；

制氢装置5属于吸热反应，而燃烧产生的热量，重整及提纯器55等高温热量可能传导至外部，需要热盒隔热；综合环境需要定时降温或局部降温，需要更多的风机及温探(TC8)

本发明较佳的实施例中，显示屏91为触摸显示屏，显示屏91嵌入设置在所述机本体的正面，并位于所述按键的上部。

本发明较佳的实施例中，低压氢气缓冲装置8内设有泵压传感器，泵压传感器与主控装置9电性连接。

本发明较佳的实施例中，综合电路包括开关电源电路、制氢机/鼓风机全隔离电路、12V转5VDC开关稳压电源电路、5VDC转3.3VDC线性稳压电源电路、24V转12VDC开关稳压电源电路、12VDC转5VDC线性稳压电源电路、温度传感器采样电路。

具体的，本实施例中，对制氢机以上控制，或与氢燃料电池联动应用需要对外通讯口，如RS485，CAN等；需要开放给客户应用通讯口；本地控制按键或触发器；本地触摸显示屏控制，或制氢机需远程应用，需要4G模块通讯口，需要即时获取故障信息及解决；制氢机属于高温高压设计，所以各配件能否温度工作，一定要管控内部平衡，需要对各采样数据，反馈或驱动信号很精准，对电路设计要求较高。加上存在风机4，泵等干扰源，电路设计处理尤为关键。对各部分或子组件的工作电源要求很高；制氢机部分关键器件需要额外维护，如提纯器55在高温态需要氢气维护，相关维护阀需定时开启，不能因为系统部分故障而整个系统崩溃；各部分需要隔离设计；制氢机各组件繁多，其应用管理通讯接口，操作方式多样化等等，所以对微处理器的选择也很关键，微处理器采用STM32F407ZGTX或更高级别的STM32F7系列；

正是基于以上等等要求，决定甲醇水重整制氢机电路设计需特殊处理，而不是仅仅功能实现。如：点火器的电源(高边输出)需在1～3秒内能承载5A冲击，否则点火器不能在3秒内点火成功；各部分的设计不仅仅是隔离，还要处理可能的串扰,需兼顾设计余量的考量，各信号接口的高压保护，才能保障制氢机的可靠性！

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。