【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热气球
，涉及一种水氢动力热气球，尤其涉及一种二氧化碳循环式水氢动力热气球。
技术介绍
热气球是用热空气作为浮升气体的气球。在气囊底部有供冷空气加热用的大开口和吊篮。空气加热后密度减小，温度达100℃时密度约为0.95kg/m3，是空气的1/1.3,因此升空不高。现代热气球在吊篮中安装有简单的飞行仪表、燃料罐和喷灯等设备。从地面升空时，点燃喷灯，将空气加热后从气囊底部开口处充入气囊。升空飞行后，控制喷灯的喷油量操纵气球的上升或下降。现今乘热气球飞行已成为人们喜爱的一种航空体育运动。此外，热气球还常用于航空摄影和航空旅游。现有的热气球通常是利用燃料罐罐装天然气，利用天然气燃烧放热，飞行的里程有限。有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的热气球，以便克服现有热气球存在的上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种二氧化碳循环式水氢动力热气球，可避免二氧化碳的排放，同时可以利用收集的二氧化碳制备甲醇。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种二氧化碳循环式水氢动力热气球，所述热气球包括：甲醇制氢系统、氢气发电系统、甲醇制备设备、球囊、吊篮、电动发动机、燃烧器、电加热器；所述球囊与吊篮通过连接绳缆连接，球囊设有伞阀，伞阀连接有伞阀拉绳，伞阀拉绳的一端连接伞阀，另一端靠近吊篮设置；所述球囊外设有光伏材料，所述热气球还包括太阳能发电系统，将利用太阳能发...
【技术保护点】
一种二氧化碳循环式水氢动力热气球，其特征在于，所述热气球包括：甲醇制氢系统、氢气发电系统、甲醇制备设备、球囊、吊篮、电动发动机、燃烧器、电加热器；所述球囊与吊篮通过连接绳缆连接，球囊设有伞阀，伞阀连接有伞阀拉绳，伞阀拉绳的一端连接伞阀，另一端靠近吊篮设置；所述球囊外设有光伏材料，所述热气球还包括太阳能发电系统，将利用太阳能发出的电能存储于电能存储单元中；所述甲醇制氢系统与氢气发电系统、燃烧器连接，燃烧器通过甲醇制氢系统制备的氢气燃烧；氢气发电系统与甲醇制备设备、电动发动机、电加热器连接；电动发动机、电加热器甲醇制备设备通过氢气发电系统发出的电能工作；所述甲醇制氢系统包括制氢子系统、气压调节子系统、收集利用子系统，制氢子系统、气压调节子系统、氢气发电系统、收集利用子系统依次连接；所述制氢子系统利用甲醇水制备氢气，所述制氢子系统包括固态氢气储存容器、储存容器、原料输送装置、快速启动装置、制氢设备、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、与间隔机构连接的驱动机构、控制模块、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系统释...
【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳循环式水氢动力热气球，其特征在于，所述热气球包括：甲醇
制氢系统、氢气发电系统、甲醇制备设备、球囊、吊篮、电动发动机、燃烧
器、电加热器；
所述球囊与吊篮通过连接绳缆连接，球囊设有伞阀，伞阀连接有伞阀拉
绳，伞阀拉绳的一端连接伞阀，另一端靠近吊篮设置；所述球囊外设有光伏
材料，所述热气球还包括太阳能发电系统，将利用太阳能发出的电能存储于
电能存储单元中；
所述甲醇制氢系统与氢气发电系统、燃烧器连接，燃烧器通过甲醇制氢
系统制备的氢气燃烧；氢气发电系统与甲醇制备设备、电动发动机、电加热
器连接；电动发动机、电加热器甲醇制备设备通过氢气发电系统发出的电能
工作；
所述甲醇制氢系统包括制氢子系统、气压调节子系统、收集利用子系统，
制氢子系统、气压调节子系统、氢气发电系统、收集利用子系统依次连接；
所述制氢子系统利用甲醇水制备氢气，所述制氢子系统包括固态氢气储
存容器、储存容器、原料输送装置、快速启动装置、制氢设备、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
的驱动机构、控制模块、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系统释放、而后被压
缩的液态或固态的二氧化碳；控制模块分别连接驱动机构、感应模块；所述
驱动机构包括电机，感应模块包括压力传感器或/和液位传感器；所述感应模
块用以感应容器内反应液体的量，同时感应氢气发电系统释放、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控制模块；所述控制模
块根据感应模块感应的数据控制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，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；
所述制氢设备包括换热器、气化室、重整室；膜分离装置设置于分离室
内，分离室设置于重整室的里面；所述固态氢气储存容器、储存容器分别与
\t制氢设备连接；储存容器中储存有液态的甲醇和水；
所述快速启动装置为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含量占
催化剂总质量的0.6％～1.8％，Pd含量占催化剂总质量的1.1％～4％，Cu的氧化
物占催化剂总质量的6％～12％，Fe的氧化物占催化剂总质量的3％～8％，Zn的氧
化物占催化剂总质量的8％～20％，稀土金属氧化物占催化剂总质量的6％～40％，
其余为过渡金属氧化物；
或者，所述催化剂为铜基催化剂，包括物质及其质量份数为：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；
所述固态氢气储存容器中储存固态氢气，当制氢系统启动时，通过气化
\t模块将固态氢气转换为气态氢气，气态氢气通过燃烧放热，为制氢设备提供
启动热能，作为制氢设备的启动能源；
所述储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热
后进入气化室气化；气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，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℃；
分离室内设有膜分离器，从膜分离器的产气端得到氢气；
所述原料输送装置提供动力，将储存容器中的原料输送至制氢设备；所
述原料输送装置向原料提供0.15～5MPa的压强，使得制氢设备制得的氢气具
有足够的压强；
所述制氢设备启动制氢后，制氢设备制得的部分氢气或/和余气通过燃烧
维持制氢设备运行；
所述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0.7MPa；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％；
所述制氢子系统将制得的氢气通过传输管路实时传输至氢气发电系统；
所述传输管路设有气压调节子系统，用于调整传输管路中的气压；所述氢气
发电系统利用制氢子系统制得的氢气发电；
所述气压调节子系统包括微处理器、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传输管路中，用以感应传输管
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，使得传输管路中气压处于设定范围，同时出气管路的一端连接出气
\t阀，另一端连接所述制氢子系统，通过燃烧为制氢子系统的需加热设备进行
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
制氢子系统加快原料的输送速度；
所述收集利用子系统连接氢气发电系统的排气通道出口，从排出的气体
中分别收集氢气、氧气、水，利用收集到的氢气、氧气供制氢子系统或/和氢
气发电系统使用，收集到的水作为制氢子系统的原料，从而循环使用；
所述收集利用子系统包括氢氧分离器、氢水分离器、氢气止回阀、氧水
分离器、氧气止回阀，将氢气与氧气分离，而后分别将氢气与水分离、氧气
与水分离；
所述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装置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；
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；
所述氢气发电系统为燃料电池系统，燃料电池系统包括：气体供给装置、
电堆；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，自动输送至电堆中；所
述电堆包括若干子燃料电池模块，各个子燃料电池模块包括至少一个超级电
容；
所述燃料电池系统还包括空气进气管路、出气管路；所述压缩的气体主
要为氧气；空气与氧气在混合容器混合后进入电堆；
所述燃料电池系统还包括气体调节系统；所述气体调节系统包括阀门调
节控制装置，以及氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器；
所述氧气含量传感器用以感应混合容器中混合的空气与氧气中氧气的含
量，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；
所述压缩气体压缩比传感器用以感应压缩氧气的压缩比，并将感应到的
数据发送至阀门调节控制装置；
所述阀门调节控制装置根据氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感
\t器的感应结果调节氧气输送阀门、空气输送阀门，控制压缩氧气、空气的输
送比例；压缩氧气进入混合容器后产生的动力将混合气体推送至电堆反应；
所述燃料电池系统还包括湿化系统，湿化系统包括湿度交换容器、湿度
交换管路，湿度交换管路为空气进气管路的一部分；反应后气体通过出气管
路输送至湿度交换容器；
所述湿度交换管路的材料只透水不透气，使得反应后气体与自然空气进
行湿度交换，而气体之间无法流通。
所述甲醇制备设备包括：氮气输送装置、氢气输送装置、二氧化碳输送
装置、第一混合器、第二混合气、微型固定床反应器、背压阀、合成反应器、
醇水分离器、色谱仪、甲醇液化装置、甲醇收集容器、主控模块；所述二氧
化碳输送装置连接所述储存容器收集二氧化碳的一侧；制备得到的甲醇输送
至储存容器的甲醇水混合液一侧；
所述氮气输送装置包括氮气存储容器、第一输送管路，第一输送管路设
有第一截止阀、第一质量流量计；
所述二氧化碳输送装置包括二氧化碳存储容器、第二输送管路，第二输
送管路设有第二截止阀、第二质量流量计；
所述氢气输送装置包括氢气存储容器、第三输送管路、第四输送管路，
第三输送管路设有第三截止阀、第三质量流量计，第四输送管路设有第四截
止阀、第四质量流量计；
所述氢气存储容器通过第三输送管路与第一输送管路连接，第三输送管
路与第一输送管路交汇于一第一三通阀；
所述氢气存储容器通过第四输送管路与第二输送管路连接，第四输送管
路与第二输送管路交汇于一第一四通阀；
所述第一三通阀与第一混合器连接，第一混合器的另一端与第二三通阀
连接；第二三通阀通过第五输送管路连接微型固定床反应器，第五输送管路
设有第五质量流量计、压强计；
所述微型固定床反应器的另一端连接第四三通阀，第四三通阀还连接背
压阀，背压阀的另一端连接一第二四通阀；
所述第一四通阀与第二混合器连接，第二混合器的另一端与第三三通阀
连接；醇水分离器、第二三通阀连接第三三通阀，醇水分离器、甲醇液化装
置、色谱仪连接第二四通阀；甲醇液化装置与甲醇收集容器连接；
所述主控模块控制各个部件动作，先控制高纯氮气和高纯氢气以设定的
比例经过第一混合器混合后通过催化剂床层排空，待催化剂还原完成后切换
气体为氢气和二氧化碳的混合气，气体通过催化剂床层经背压阀升压到一定
压力再经醇水分离器分离出产物甲醇和水，未反应的气体经过原料气补充后
继续通过反应器循环反应。
2.一种二氧化碳循环式水氢动力热气球，其特征在于，所述循环式水氢动力热
气球包括：甲醇制氢系统、氢气发电系统、球囊、吊篮、燃烧器或/和电加热
器，甲醇制氢系统与氢气发电系统连接，氢气发电系统与甲醇制备设备连接；
所述球囊与吊篮连接，通过燃烧器燃烧或/和电加热器加热使气体受热膨
胀；
所述甲醇制氢系统利用甲醇水蒸气重整制备氢气，氢气通过镀有钯银合
金的膜分离装置获得高纯度的氢气，获取的氢气通过氢气发电系统发电。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳循环式水氢动力热气球，其特征在于：
所述甲醇制氢系统包括制氢子系统、气压调节子系统、收集利用子系统，
制氢子系统、气压调节子系统、氢气发电系统、收集利...
【专利技术属性】
技术研发人员：向华，
申请(专利权)人：上海合既得动氢机器有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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