一种数字化氢气能源供应体系的制作方法

本发明涉及制氢、储运、加氢三个环节构成的一种数字化氢气能源供应体系，另含有三个分案申请，分别是储运、加氢环节的设备，都是为用氢环节的储氢瓶加注氢气提供支持的，属于能源领域。

背景技术：

1、当前，制氢、储运、加氢三个环节构成的氢能供应链，国内外走的主流技术路线是：套用具有几十年历史的压缩天然气(cng)加气站的老技术，也就是供应链全程需要两次加压过程，即上游制氢环节提供20mpa的压缩氢气，用鱼雷管束储气瓶组(采用i型气瓶)拖车运送到加氢站，还需站内加压设备对这20mpa压缩氢气进行第二次加压到45、85mpa存至站内储氢瓶组中，加氢机提取站内储氢瓶组中的压缩氢气，才能完成对用氢环节储氢瓶加满至35、70mpa；这样的供应链，储运氢气效率低下，特别是加氢环节的加氢站有第二次加压过程，压缩机重复加压上游制氢环节的压缩氢气，能耗浪费巨大，工艺复杂，设备占地面积巨大，日加氢量与压缩机功率和排气量有关，增加日加氢量就是增加压缩机设备投资，加氢站加压做功负荷就越来越重，投资与运行成本就越来越高，加注效益却越来越低，某国某牌公司在美国加州建了不少这样类似的加氢站，今年都倒闭关门了，实践已经证明这样的技术路线是不可持续的或是难以大规模复制的，举世公认，储运、加氢站基础设施建设是一个世界性难题。

技术实现思路

1、本案针对背景技术存在的问题，进行设备更新迭代和技术路线上创新，总的发明构思是：数字化赋能，重新设计工艺流程，创建新的网络架构，把制氢、储运、加氢三个环节的设备实现物联网连接构成一种全新的数字化氢能供应体系；首先，工艺流程上的创新，上游制氢环节生产的压缩氢气，设计为：一次性加压就要到位，即提供压缩氢气的压力值大于用氢环节的储氢瓶人为设定的要充满的压力值；如何设计：如用氢环节储氢瓶加满压力为20mpa，就需要上游制氢环节提供大于20mpa的压缩氢气，以此类推，如用氢环节储氢瓶要加满压力为35mpa，就需要上游制氢环节提供大于35mpa的压缩氢气，用氢环节的储氢瓶充装满的压力可以人为设定，但是，不能超过储氢瓶的额定工作压力；

2、现阶段，储运环节和用氢环节的储氢瓶的额定工作压力都是35mpa(是目前碳纤维缠绕iv型瓶的国内水平，储运环节的iv型储氢瓶即储氢瓶组拖车国内还没有允许上路行驶，未来允许上路，估计2024年6月份，国家iv型储氢瓶新标准才出来实施，本案将来是首创第一个，属新产品)，那么，我们人为设定用氢环节的储氢瓶的加满压力是30mpa，虽然没有100％加满，但是，这样的体系运行还是可行的，目的为了等储运环节的储氢瓶的额定工作压力的提高(碳纤维缠绕的iv、v型瓶的技术生产能力达到了，符合安全规范)，例如，储运环节的储氢瓶额定工作压力提高到50mpa，上游制氢环节提供50mpa的压缩氢气，这时加注程序调整一下，用氢环节的储氢瓶的加满压力再人为设定为35mpa(此时，等于储氢瓶的额定工作压力)，这样就100％加满了，同样的原理，将来用氢环节储氢瓶额定工作压力是70mpa(未来几年，储运环节的碳纤维缠绕iv、v型瓶额定工作压力达到了70mpa以上或更高)，还是用上述方法一步一步实现，这些加注程序的调整让计算机ai来完成，非常简单，整个全新的供应体系都没有变，高效快捷，新体系适应用氢环节储氢瓶额定工作压力不断提高的加注要求；

3、有上述的创新构思，再结合本案申请人发明创建的“多气瓶分组形成多级加注”和“多气瓶交替循环提供高压气加注”专有技术，并在此基础上，再次发明创造了一种全新的氢气能源供应体系，需要用到本案申请人四个已经授权的发明专利如下：

4、一种车载储气瓶拖车式加气站，授权专利号为：201410097130.1；

5、一种车载储气瓶组拖车，授权专利号为：201410060518.4；

6、一种加气机和由其构成的加气站，授权专利号：200910141153.7；

7、一种加氢站，授权专利号为：201910800289.8；

8、这四个授权发明专利还在有效保护期内，非公有技术，非显而易见的，本案在专(私)有技术基础上再次发明具有创造性，克服原来授权专利存在的“信息孤岛”等一系列缺陷；

9、本案在一种车载储气瓶拖车式加气站，授权专利号为：201410097130.1的基础上；再次发明创造了一种储气瓶组拖车(或船)式加氢站，结合图1，技术方案如下；

10、一种储气瓶组拖车(或船)式加氢站，是由设备层(1)、网络层(2)、应用层(3)构成，其技术特征是：

11、设备层(1)：安装在汽车或船上的n个(n大于等于3，全文都如此，下面不再重复)储氢瓶(4-1、...、4-n)出气管路并联后，再与同是含有通信模块的数据采集器具体是氢气质量计(7)、加氢软管含有拉断阀(8)、加氢阀或称加氢枪头(9)(或(8)(9)合称为加氢枪)串联：同时，在管路上或周围安装含有通信模块的数据采集器(5)或执行器(6)，通过协议传送到由网关(gateway)(10)构建的网络(11)(14)上，对用氢环节的储氢瓶加注氢气；

12、网络层(2)：设备层(1)数据通过网关(10)传输，存储在网络层的云端(11)上；

13、应用层(3)：云端(11)数据或设备层(1)数据，通过网络(11或14，或11和14同时)推送至移动智能终端设备(12)、或计算机(13)、或设备层(1)的执行器(6)上执行相关指令。

14、上述方案，可另作分案1申请：

15、上述方案是一把加氢枪的结构图；在此基础上可以扩展：

16、n个储氢瓶(4-1、...、4-n)从瓶口开始分成两个或多个出气管路，每个出气管路单独并联后，再两个或多个分别与同是含有通信模块的数据采集器具体是氢气质量计(7)、加氢软管含有拉断阀(8)、加氢阀或称加氢枪头(9)串联：

17、或，

18、n个储氢瓶(4-1、...、4-n)分成两个或多组，每组出气管路并联后，再两个或多个分别与同是含有通信模块的数据采集器具体是氢气质量计(7)、加氢软管含有拉断阀(8)、加氢阀或称加氢枪头(9)串联；

19、上述两种扩展方法，就形成两把或多把加氢枪可以同时对用氢环节的储氢瓶加注氢气；如此扩展但又不限于如此扩展，还在上述方案图1中的权利保护范围内；

20、所以，本案n个储氢瓶(4-1、...、4-n)可以有一把、或两把、或多把加氢枪，同时对用氢环节的储氢瓶加注氢气，但都在一把加氢枪的保护范围内，都是从一把加氢枪的图1的技术方案中扩展而来的；实际使用当中，有四把加氢枪最佳，即在储氢瓶组拖车四个角，对外加注氢气。

21、上述方案设备安装在汽车上，发明主题就是储氢瓶组拖车式加氢站，包括拖车和拖头可以分离，也包括车箱和车头不分离的；或者安装在船上，发明主题就是储氢瓶组船式加氢站；二者是或的关系，即同一个发明构思下的两种产品，可以有多个独立项；也包括建立一种储气瓶组拖车(或船)式加氢站的方法；

22、全文全部，加氢枪，其技术特征：包含现有的但不限于：加氢软管含有拉断阀(8)、加氢阀或称加氢枪头(9)、单向阀、压力或温度传感器、加注时与被加注的储氢瓶进行数据通讯协议等，也包含现在的具有转向功能加氢臂；在水面上加注氢气将经常用到，具有不锈钢金属转向轴、距离长，多方向转向的优点，也包括快速连接头或称快速连接器；

23、用氢环节的储氢瓶，其技术特征是：包括所有与燃料电池、氢内燃机等一切与用氢有关的设备配套的储氢瓶；

24、意想不到技术效果：克服了原来授权专利气瓶固定分组的缺陷；原来的气瓶是i型气瓶，只能适用于压缩天然气领域，在本案压缩氢气领域不适合，理由是：储运用的i型气瓶的额定工作压力提高不到本案的35mpa以上；本案采用iv气瓶水容积比较小，一个一般在200升左右，没有i型气瓶鱼雷管束瓶一个都在1000升以上的水容积大，所以需要n个并联，例如：120个，才能达到24立方水容积，“坏事变好事”，正好可以分成多组，采用分级加注方式完成对用氢环节的储氢瓶加注氢气，同时，本案实现了运输、加注全程监控与管理，更加安全高效；氢能汽车加注时，和氢能汽车实现万物互联，感知被加注的储氢瓶中的温度、压力、容积数据(例如：乘用车和商用车的气瓶容积是不一样的)，及时调整储氢瓶组拖车加氢站上储氢瓶组的(动态)分组，多级动态分组实现多级ai智能加注，这些都是原来授权发明专利无法达到的功能；本案三层架构也同样适用于cng加气站领域，在其保护范围内。

25、本案在一种车载储气瓶组拖车，授权专利号为：201410060518.4的基础上；再次发明创造了一种储气瓶组拖车(或船)，结合图2讲解，是压缩氢气储运环节的运输工具，要与加氢站配合，才能完成加注功能，技术方案如下；

26、一种储气瓶组拖车(或船)，是由设备层(1)、网络层(2)、应用层(3)构成，其技术特征是：

27、设备层(1)：安装在汽车或船上的n个储氢瓶(4-1、...、4-n)出气管路并联后，形成一个总的出气管路口(15)，同时，在管路上或周围安装含有通信模块的数据采集器(5)或执行器(6)，通过协议传送到由网关(gateway)(10)构建的网络(11)(14)上，为加氢站提供压缩氢气；

28、网络层(2)：设备层(1)数据通过网关(10)传输，存储在网络层的云端(11)上；

29、应用层(3)：云端(11)数据或设备层(1)数据，通过网络(11或14，或11和14同时)推送至移动智能终端设备(12)、计算机(13)、或设备层(1)的执行器(6)上执行相关指令。

30、上述方案，可另作分案2申请；

31、上述方案图2是一个管路口的储氢瓶组拖车或船的结构；扩展：

32、n个储氢瓶(4-1、...、4-n)从瓶口开始分成两个或多个出气管路，每个对应的出气管路单独并联后(注意：不能交叉)，形成两个(15-1、15-2)或多个总的出气管路口(15-n)；

33、或，

34、n个储氢瓶(4-1、...、4-n)从分成两组或多组，前面的“n”的数值大于后面的“多”，的数值，例如：120个储氢瓶，分成3组，每组40个气瓶，120大于3；每组气瓶口的出气管路并联后(注意：不能交叉)，形成两个(15-1、15-2)或多个总的出气管路口(15-n)；

35、扩展后形成两个(15-1、15-2)或多个总的出气管口(15-n)，还是在图2中的一个总的出气管路口(15)保护范围内；之所以这样设计，就是为了与下面设计的智能加氢站的相应的进气管路，通过卸气柱快速连接，具体在图4中结合实施案例加以说明；本案发明创造的储氢瓶组拖车或储氢瓶组船，需要本案发明创造的智能加氢站配套，二者配套是通过本案发明创造的三层结构和相应的管路连接，二者之间所有的信息交换，实现了物联网连接功能，克服原来的“信息孤岛”需要人工分组的连接方式，每个储氢瓶的状态(包括运输途中)数据如压力、温度、氢气泄露都在云端监控，更加安全高效；

36、设备安装在拖车上，发明主题就是储氢瓶组拖车，或者安装在船上，发明主题就是储氢瓶组船；二者是或的关系，即同一个发明构思下的两种产品，可以有多个独立项；也包括建立一种储气瓶组拖车(或船)的方法。

37、意想不到技术效果；克服了原来授权专利中气瓶分组的固定模式的缺陷，与下面的智能加氢站实现了物联网连接，数据共享，运输环节的储氢瓶组通电即可组网，加入到智能加氢站网络中，感知用氢环节被加注的储氢瓶中的温度、压力、容积数据(例如：乘用车和商用车的气瓶容积是不一样的)，及时调整储氢瓶组拖车上的(动态)分组，分组是多种形式，实现ai智能加注，运输过程中储氢瓶全程受监控与管理，更加安全高效，这是原来授权专利无法达到的功能；本案三层架构也同样适用于cng加气站领域，在其保护范围内。

38、本案在一种加气机和由其构成的加气站，授权专利号：200910141153.7；和一种加氢站，授权专利号为：201910800289.8的基础上：再次发明创造了一种智能加氢站，内含三种方案，是或的关系；结合图3讲解，技术方案如下；

39、一种智能加氢站，是由设备层(1)、网络层(2)、应用层(3)构成，其技术特征是：

40、设备层(1)：

41、方案1：

42、一个(15-1)进气管路，与同是含有通信模块的数据采集器具体是氢气质量计(7)、加氢软管含有拉断阀(8)、加氢阀或称加氢枪头(9)(或8、9合称为加氢枪)串联；

43、或，

44、方案2：

45、二个(15-1、15-2)进气管路并联后，再与同是含有通信模块的数据采集器具体是氢气质量计(7)、加氢软管含有拉断阀(8)、加氢阀或称加氢枪头(9)(或8、9合称为加氢枪)串联；

46、或，

47、方案3：

48、n个(15-1、15-2、...、15-n)进气管路并联后，再与同是含有通信模块的数据采集器具体是氢气质量计(7)、加氢软管含有拉断阀(8)、加氢阀或称加氢枪头(9)(或8、9合称为加氢枪)串联；

49、下面是三个方案的共同部分：

50、同时，在管路上或周围安装含有通信模块的数据采集器(5)或执行器(6)，通过协议传送到由网关(gateway)(10)构建的网络(11)(14)上，对用氢环节的储氢瓶加注氢气；

51、网络层(2)：设备层(1)数据通过网关(10)传输，存储在网络层的云端(11)上；

52、应用层(3)：云端(11)数据或设备层(1)数据，通过网络(11或14，或11和14同时)推送至移动智能终端设备(12)、计算机(13)、或设备层(1)的执行器(6)上执行相关指令。

53、上述图3中智能加氢站技术方案，是一把加氢枪的架构图，可另作分案3申请；

54、图3中的进气管路口(15-1、15-2、15-n)一般都安装卸气柱，设有拉断阀，并有防甩脱装置，还含有泄放阀、紧急切断阀(6)、压力和温度传感器(5)等，属公知技术，非必要条件，与图2中的储氢瓶组拖车(或船)的出气管路口(15)进行连接；进气管路口不管是接储氢瓶组拖车或船的出气口管路，还是接固定的储氢瓶，都在一把加氢枪结构图3的保护范围内。

55、如果本案智能加氢站要增加到两把或多把加氢枪，可在方案1、方案2、方案3管路结构上扩展；

56、在方案1上增加到两把加氢枪，扩展方案是：

57、在一个(15-1)进气管路上分成两条支路，两条支路分别与同是含有通信模块的数据采集器具体是氢气质量计(7)、加氢软管含有拉断阀(8)、加氢阀或称加氢枪头(9)串联；就形成两把加氢枪，相当于两把加氢枪共用一个总的进气管路，如同在加氢站上在一个进气管路(15-1)通过卸气柱与储氢瓶组拖车的总的出气管路口(15)连接；相当于两把加氢枪共用一辆储氢瓶组拖车(或船)。

58、在方案2上增加到两把加氢枪，扩展方案是：

59、在二个(15-1、15-2)进气管路上分成上、下两层共四条支路(引入上下层概念，是方便说清楚，打个比方而已，实际上如何分成四个支路，不受此影响，只要不交叉就行)；上层两条支路并联后，再与同是含有通信模块的数据采集器具体是氢气质量计(7)、加氢软管含有拉断阀(8)、加氢阀或称加氢枪头(9)串联；下层两条支路并联后，再与同是含有通信模块的数据采集器具体是氢气质量计(7)、加氢软管含有拉断阀(8)、加氢阀或称加氢枪头(9)串联；这样就形成了两把加氢枪；相当于两把加氢枪共用了两辆储氢瓶组拖车(或船)；如果，一辆储氢瓶组拖车有两个出气管路口(15-1、15-2)分别接在卸气柱上，又相当于两把加氢枪共用一辆储氢瓶组拖车(或船)；

60、在方案3上增加到三把加氢枪，最终，一个加氢站要增加到更多把加氢枪，日加氢量达到数十吨，才有商业价值，我们只增加管路，没有增加压缩机等设备，运行成本几乎没有增加，这是本案最大的创造性和最大的商业价值，解决了举世公认加氢站基础设施建设世界性难题，扩展方案是：

61、以三个进气管路为例，说明四个、五个、六个、七个、八个等多个进气管路，增加到三把加氢枪或多把加氢枪，都是一样的方法复制：

62、在三个(15-1、15-.2、15-3)进气管路上分成上、中、下三层共九条支路(引入上中下层概念，是方便说清楚，打个比方而已，实际上如何分成九个支路，不受此影响，只要上、中、下支路不交叉就行)；上层三条支路并联后，中层三条支路并联后，下层三条支路并联后，分别再与同是含有通信模块的数据采集器具体是氢气质量计(7)、加氢软管含有拉断阀(8)、加氢阀或称加氢枪头(9)串联；这样就形成了三把加氢枪；相当于三把加氢枪共用了三辆储氢瓶组拖车(或船)；如果，一辆储氢瓶组拖车有三个出气口，分别接在(15-1、15-2、15-3)卸气柱上，又相当于三把加氢枪共用一辆储氢瓶组拖车(或船)；

63、例如：一个加氢站增加到八把加氢枪，用六辆储氢瓶组拖车供气，如何实施：

64、在六个(15-1、15-2、15-3、15-4、15-5、15-6)进气管路上分成八层共四十八条支路，从最上面一层开始算第一层，第一层六个支路并联、第二层六个支路并联、....、第八层六个支路并联，再分别与同是含有通信模块的数据采集器具体是氢气质量计(7)、加氢软管含有拉断阀(8)、加氢阀或称加氢枪头(9)串联；这样就有了八把加氢枪，可以同时对外加氢气。

65、不管增加到多少把加氢枪，都是在图3中的一把加氢枪的保护范围内。

66、意想不到技术效果；智能加氢站只有氢气质量计、电磁阀、加氢枪及三者之间的管路连接，站内增加加氢枪也就是增加这样的管路，非常巧妙让储运和加氢两个环节设备有机结合，即储氢瓶组拖车和加氢枪之间，是物联网连接，数据共享，打通了上下游之间的“气体管路通道”；从一把加氢枪到多把加氢枪的增加，增加了日加氢量，仅仅是管路增加，与压缩机无关，节省了第二次加压过程，也就节省了压缩机设备上的投资，是至今为止已知的部件最少、最简单的加氢站；三层网路架构，数字化赋能，也是最安全、高效的加氢站，储运和加注效率都提高了，这是本案的核心内容和关键，一方面解决加氢站基础设施建设难以配套的世界性难题，另一方面通过加氢枪要用氢环节被加注的氢气能源的大量数据；加氢站承上启下，所有上游生产、运输、加注的氢气能源要等于用氢环节消耗的氢气能源，整个氢能供应体系终端是加氢站，有了大数据，才能分析计算，ai才能发挥作用，才能合理安排生产、运输、加注三个环节；本案三层架构也同样适用于cng加气站领域，在其保护范围内。

67、日加氢量的增加，对外加氢量越多，储氢瓶组拖车循环次数就越多，可以根据用氢环节的储氢瓶的用氢量，测算出增加加氢枪的数量和储氢瓶组拖车循环次数；反馈到上游制氢环节，加大生产，其生产规模要与用氢环节储氢瓶储存与消耗氢能量匹配；氢气能源如何上、下游生产供应与消耗匹配，这就需要设计出一种全新的供应体系，来合理协调生产氢气、储运氢气、加氢、用氢这四个环节的平衡关系，结合图5、图6详解，其设备层中含有方案1或方案2；

68、一种数字化氢气能源供应体系，是由设备层(1)、网络层(2)、应用层(3)构成，其技术特征是：

69、设备层(1)：

70、方案1：制氢设备(4)、加压设备(5)、加氢机(6)，储氢瓶组拖车或船式加氢站(7)；详见图5

71、或，

72、方案2：制氢设备(4)、加压设备(5)、加氢机(6)，储氢瓶组拖车或船(7)，智能加氢站(8)；详见图6

73、下面是方案1、方案2的共同部分：

74、同时，包含在这些设备上或周围安装含有通信模块的数据采集器或执行器(9)，通过协议传送到由网关(gateway)(10)构建的网络(11)(14)上，对用氢环节的储氢瓶加注氢气；

75、网络层(2)：设备层(1)数据通过网关(10)传输，存储在网络层的云端(11)上；

76、应用层(3)：云端(11)数据或设备层(1)数据，通过网络(11或14，或11和14同时)推送至移动智能终端设备(12)、计算机(13)、或设备层(1)的执行器(9)上执行相关指令.

77、上游制氢环节提供的压缩氢气压力大于用氢环节储氢瓶的人为设定加满的压力；人为设定的压力不能超过储氢瓶的额定工作压力；

78、全文全部，储氢瓶，其技术特征：可以是国际标准分类的i、ii、iii、iv、v型气瓶中的一种；本案优选iii、iv、v气瓶。

79、上述方案1中(图5)的储氢瓶组拖车(或船)式加氢站(7)，是分案1申请的全部内容，在图1中；

80、上述方案2中(图6)的储氢瓶组拖车或船(7)和智能加氢站(8)，分别是分案2、分案3申请的全部内容，分别在图2、图3中；

81、全文全部，本案各种设备之间网络架构有“嵌套”、重叠、合集、子集、交集等相同的地方，例如：图1是图2、图3的合集，反过来，图2、图3是图1的子集；图5是图1的合集，图6是图2、图3的合集，反过来，图1是图5的子集，图2、图3是图6的子集；统一的网路架构，目的是实现物联网连接；反过来说，这些设备实现物联网连接，一定是本案的结构，其结构在本案的保护范围内，“包含在这些设备上”，其技术特征是：这些设备是或的关系，当中只要有一种设备是物联网连接的，例如：上游制氢环节的加氢机(6)，其对储氢瓶组拖车或船加注的氢气质量(数据采集器(9))，其数据传输到云端(11)，就在本案的保护范围内；同样的道理，智能加氢站(图3)氢气质量计(图3中的7)将用氢环节的加注的氢气质量传输到云端(11)，就在本案的保护范围内；本案最佳方案是：体系中的两种设备即加氢机(图5、图6中的6)和储氢瓶组拖车式加氢站或智能加氢站(图5、图6中的7、或8)数据在云端(11)，通过大数据计算与分析，知道了这一个区域的氢气生产量和消耗量，可以预知上游需要多少可再生能源发电、电解水制氢的规模和产量，再次开发上游可再生能源资源发电，用于电解水制氢，为下游用氢环节提供氢气能源，意想不到技术效果是：得到了这一区域的能源分布图，可以是数字孪生一张图，可以如此复制，遍布全球。

82、分案1、2、3及本案申请的技术方案，全文通用的技术特征解释：

83、设备层(1)

84、上游制氢环节：

85、制氢设备(4)，其技术特征是：包括现有的各种资源制氢的设备；还包括在设备上或周围安装含有各种数据采集器(例如：压力传感器等)(9)和执行器(例如：plc控制器、电磁阀、电机驱动等)(9)；

86、各种资源制氢：

87、灰氢，就是化石能源制氢；包括煤炭和石油、天然气资源制氢；

88、蓝氢，就是工业副产品制氢；

89、绿氢，就是可再生能源发电、电解水制氢；

90、白氢，就是在地球表面打井直接开采出来的氢气，这时的开采设备就是制氢设备，地球壳内存在天然的自然氢气，白给的，就叫做白氢；

91、加压设备(5)，其技术特征是：包含现有的各种加压设备，例如：压缩机或泵等，还包括在设备上或周围安装含有各种数据采集器(压力传感器等)(9)和执行器(例如plc控制器、电磁阀、电机驱动等)(9)；

92、当氢气是气态时，用压缩机加压；当氢气是液态的，用泵加压，经汽化器汽化成等压的气态氢气；

93、加氢机(6)，是制氢环节的加氢机，其技术特征是：包含氢气质量计；属于数据采集器类，含有传感器等(9)，还包含有电磁阀、拉断阀、手动阀(加气枪头或手动加气阀)等执行器(9)；功能是：把制氢设备生产出来的氢气经过加压设备加压加注到储氢瓶组拖车或船中，其感知数据具体是氢气质量数据通过网关传输到网络层，网络层包括本地网络(14)和互联网云端(11)，云端(11)数据或本地网络数据(14)通过网关传输到设备层本地网络上的执行器(电磁阀)(9)执行动作；制氢环节的加氢机还包括与加氢机配套的储氢瓶组，这储氢瓶组是非必要条件，流程图中没有画出；

94、图5中，储氢瓶组拖车或船式加氢站(7)，其技术特征：包含分案1申请的全部内容，在图1中；

95、图6中，储氢瓶组拖车或船(7)，其技术特征：包含分案2申请的全部内容，在图2中；

96、图6中，智能加氢站(8)，其技术特征；包含分案3申请的全部内容，在图3中；

97、在图5、6中，包含在这些设备上或周围安装含有通信模块的数据采集器或执行器(9)，

98、全文全部：数据采集器，其技术特征是：

99、数据采集器(data acquisition system，简称daq)是一种用于采集和分析实时数据的电子设备；它通常包括传感器、信号调理电路、模数转换器(adc)、微处理器(微电脑、微计算机)、存储设备和通信接口等部分；本案包含但不限于摄像机、氢气质量计(采集氢气质量数据)、压力采集器(压力传感器构成)、温度采集器(温度传感器构成)、氢气泄露检测仪等；在图1、2、3中，用5表示；

100、数据采集需要本案的通信模块配合；在图5、6中，用9表示；

101、全文全部：执行器，其技术特征是：

102、执行器是自动控制系统中的执行机构或控制阀，它在自动化控制系统中的作用是接受来自调节器或计算机(dcs、plc等)发出的信号，以其在工艺管路的位置和特性，调节工艺介质的流量，从而将被控自动化仪表在生产过程所要求的范围内；它的作用是接受控制器或计算机送来的控制信号，改变被控介质的大小或开与关，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内；本案中包括电磁阀、报警灯光音响等；在图1、2、3中，用6表示；

103、执行器需要本案的通信模块配合；在图5、6中，用9表示；

104、全文全部：通信模块，其技术特征是：包含现有的光模块、通信模组、通信芯片等；是一种用于设备间的数据传输组件，通常由射频收发器、天线、处理器和电源组成；常应用在计算机、网络设备、通讯设备等；它通过不同的物理接口和协议，实现设备之间的数据传输；

105、包括但不限于下列通信方式：

106、ieee 802.15.4标准是低速率无线个人局域网(lr-wpan)标准的集合；

107、蓝牙是由bluetooth special interest group(sig)维护的开放标准；

108、thread是一种低功耗、基于互联网的安全网状网络技术，适用于物联网产品；

109、还有支持现有的基于ipv6的连接标准；

110、lora是一种由lora联盟开发的低功耗广域网(lpwan)协议，适用于远程通信；

111、蜂窝标准(如5g、5.5g、6g)可为物联网服务提供网络主干，同时支持高数据速率和远程通信；nb-iot是一种常用的蜂窝物联网标准，可用于智能停车、公用设施管理和制造自动化；

112、wi-fi是ieee 802.11无线局域网(wlan)通信标准的集合。它可为室内和室外场所提供较高的传输速率，且应用非常广泛；

113、wi-fi7，是指第七代wi-fi无线网络，具备低延迟、高传输量的特性，可大幅提升连网效能；wi-fi7技术以超高带宽、超低时延和超可靠性等网络特性能够满足未来更大的无线网络数据终端海量接入，满足极高吞吐量业务要求应用场景。

114、全文全部：协议，其技术特征是；包含现有的但不限于如下的通信协议和网络协议；

115、例如：mqtt，iso标准下的即时通讯协议，mqtt(消息队列遥测传输)是is0标准(iso/iec prf 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议；它工作在tcp/ip协议族上，是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的发布/订阅型消息协议：http协议：用于在web浏览器和web服务器之间传输超文本的协议；https协议：安全超文本传输协议；用于在客户端和服务器之间进行全双工通信的协议；tcp协议：传输控制协议，负责数据的可靠传输；udp协议：用户数据报协议；ip协议：internet协议，负责将数据包传送到目标地址；这些协议在网络中相互协作，以确保数据在不同设备之间传输的准确性和可靠性；核心网关协议internet有一个主干网，所有的自治系统都连接到这个主干网上；internet的总体结构就是主干网和外围部分，其外围部分包括所有的自治系统；主干网的网关就是核心网关，核心网关之间交换路由信息时使用核心网关协议ggp；ipv6互联网协议，ipv6是internet protocol version 6的缩写，是互联网协议的第六个版本；

116、本案协议优选使用ipv6，用于在本案网络中识别和定位设备。就是让设备层的：制氢设备、加压设备、加氢机、储氢瓶组拖车、智能加氢站对应的数据采集器(5)和执行器(6)或(9)都有自己的ip地址，或唯一标识；再通过网关(10)实现智能化运行与控制，每个制氢、储运氢、加氢环节设备复制起来非常方便，储氢瓶组接入通电即可组网，实现云端管理；这需要付出创造性劳动才能实现；本案不是把上述四个发明拿来简单应用，而是进行数字化赋能，进行网络化，智能化，改变了上述四个授权专利的“单机”“信息孤岛”的局限性，本案的几种设备之间实现了物联网连接，这是四个授权专利无法达到的功能和技术效果。

117、网关(gateway)(10)，其技术特征：

118、是一个用于连接不同网络或协议的计算机或设备，它能够将不同的网络协议转换成为标准协议，使得不同的网络之间能够相互通信，网关在本案设备层上实现协议转换，将数据包从一个网络传输到另一个网络；具体点，也就是把本地网络(14)数据传输到互联网云端(11)设备上；

119、由网关(gateway)(10)构建的网络(11)(14)，其网络(11)(14)，其技术特征是：包含现有的各种不同类型的网络，在本案当中，可以理解为本地内网、局域网(14)和外网、互联网(11)，本地内网包含有计算机(13)进行的边缘计算；外网(11)包含互联网、广域网、5g、5.5g、6g、马斯克的星链卫星网络和中国的卫星与地面接收站构成的网络等有计算机节点构成的网络，也包含计算机(13)进行云计算、存储等功能网络；例如：广域网(11)、互联网(11)、星链网(11)等；也可以包含用于不同的操作系统和设备之间建立网路，除了实现协议转换之外，网关(10)还可以用于过滤数据包、控制访问、安全审计等，对本地网络的设备进行安全论证，它可以对数据包进行过滤和筛选，只允许符合规定的数据包通过。同时，它还可以对数据包进行加密和解密，保证数据的安全性。

120、网关的实现方式因不同的设备和操作系统而异：

121、在硬件方面，网关可以是计算机、路由器、交换机、防火墙等设备，包括和各种数据采集器或执行器整合在一起，构成一个部件；在软件方面，操作系统可以提供不同的网关服务，如windows、linux、鸿蒙操作系统都提供了自己的网关实现方式。

122、本案网关(10)，还包括实现网络之间通信和协议转换的计算机或设备，它可以帮助不同的网络之间相互通信和共享资源，本身也可是一个嵌入式操作系统，例如，网关可以与本案的数据采集器或执行器进行整合，成为一体；与其技术特征包含但不限于：

123、1、rt-thread是一个面向嵌入式系统的开源实时操作系统；2、ecos(嵌入式配置操作系统)是一个开源、可裁剪的实时操作系统；3、uclinux是一个面向嵌入式系统的开源操作系统，可以在没有mmu(内存管理单元)的处理器上运行；

124、本案网关(gateway)(10)构建的网络是实现本案三层结构构成的氢能数字化赋能的核心点；网关(10)在本地网络和英特网(互联网)之间传送数据；首先，接收传感器和执行器的电子值(数据)，然后使用网络协议将其上传至本地网络，如蓝牙、蓝牙低功耗(ble)、蜂窝、lorawan、thread、wi-fi或zigbee，网关会创建一个网状骨干网来分发收集到的数据，并向设备层(1)中的设备(例如：图1、2、3中的6，图5、6中的9)发送响应。

125、网络层(2)：设备层(1)数据通过网关(10)传输，存储在网络层的云端(11)上；

126、云端(11)，其技术特征是：包含由互联网上的计算机构成，具有存储、计算、ai等功能，这些计算机可以是各种服务器，如有，域名服务器、ip标识认证、密码管理服务器、安全报警服务器、数据存储服务器、大数据计算服务器、ai智能算法服务器等，本案包含但不限于laas、paas、saas云计算的三种服务模型：

127、laas：infrastructure-as-a-service(基础设施即服务)；paas：platform-as-a-service(平台即服务)；saas；software-as-a-service(软件即服务)；

128、在实际应用中，可以选择适合的服务模型，以获得更好的云端存储与计算解决方案；

129、应用层(3)：云端(11)数据或设备层(1)数据，通过网络(11或14，或11和14同时)推送至移动智能终端设备(12)、计算机(13)、或设备层的执行器(9)上执行相关指令。

130、云端(11)数据，其技术特征是：包含设备层(1)数据经过云端计算机计算和处理过的，有使用价值的数据或指令。

131、移动智能终端设备(12)、或计算机(13)、或设备层的执行器(9)上执行相关指令，再次强调，三者是或的关系；

132、移动智能终端设备(12)，其技术特征是：包括智能手机、笔记本电脑等，包括各类app应用、网站等应用；

133、计算机(13)，其技术特征是：可在设备层的本地局域网络里，监控设备运行，报警、中断等处理，也可是互联网云端(11)中的设备，也可是远程外地的管理人员使用的用户端；

134、技术效果是：应用层的智能移动终端设备或计算机可以通过网络层智能控制设备层的执行(9)设备，对设备层的相关设备进行规划、决策等具体应用，特别是安全等因素进行智能化控制。

135、本案申请的设备层(1)的执行器(9)上执行相关指令，其技术特征是：执行器可以是plc，也可以是电磁阀、摄像机、灯光报警器等执行设备；与分案1、2、3图1、2、3中的(6)是同一个技术特征；

136、涉及但不限于罗列的如下的技术手段总结一下：

137、设备层(1)，采用但不限于线路、无线电、光纤、信鸽等方式连接，采用但不限于数据链路技术手段等，如：以太网、令牌环、hdlc、帧中继、isdn、atm、ieee 802.11、fddi、ppp等；

138、由网关(10)构建的网络，一方面在设备层(1)，一方面在云端(11)；采用但不限于网络、传输、会话、表示等技术，如：ip、icmp、igmp、ipx、bgp、ospf、rip、igrp、eigrp、arp、rarp、x.2；tcp、udp、rtp、sctp、spx、atp、il；tcp、udp、rtp、sctp、spx、atp、il；asap、tls、ssh、iso 8327/ccitt x.225、rpc、netbios、asp、winsock、bsd sockets；xdr、asn.1、smb、afp、ncp；

139、网络层(2)；以云端(11)为核心，向设备层(1)和应用层(3)通过上段所述的技术手段和但不限于如下的技术手段：http、smtp、snmp、ftp、teinet、sip、ssh、nfs、rtsp、xmpp、whoisenrp；

140、应用层(3)，依据云端(11)收集与计算的数据，生成包括但不限于app应用软件、监控图，数字孪生图、大数据决策分析图等，在移动智能终端(12)或(13)上显示出来，供用户端在终端显示器上输入信息再次回到云端(11)；

141、本案重要意义在于：优选可再生能源光伏、风能发电，通过电解水制氢，把不稳定的电，时有时无的电，变成稳定、持续的氢气能源，解决了电能难以存储的问题，也解决了时空、地域错位的问题；全球各地都有可再生能源，是可持续的能源，实施本案具有各地大规模复制的普遍性，全程零污染、零碳排放；

142、华龙一号、玲龙一号，核电，输出的电能不能停顿，难以存储，配上电解水制氢设备，通过本案的储运、加氢环节，为用氢环节的储氢瓶加注氢气提供氢能，具有各地的复制性；

143、本案不抢占国家电网资源，是“移动的管网”，加氢气效率比充电桩保守估计高出100倍以上，本案要达到的效果是：计算单位时间内生产、存储、加氢、用氢依照下列方程：

144、(1)可再生能源、核能发的电(数据1)＝电解水制氢消耗的能源+加压设备压缩消耗的电能+生产出的氢气能源(数据2)；

145、(2)氢气能源＝储存的氢能(储氢瓶组拖车周转的+储氢瓶组拖车运输途中的)+加氢站对用氢环节的储氢瓶加注量(数据3)；

146、(3)用氢环节的储氢瓶加氢量＝多少时间的消耗量(数据4)，再与上游可再生能源、核能匹配；

147、在计算机(13)上显示出上述各个环节的(数据1、2、3、4)能源分布数字孪生一张图，要这四个环节数据，大数据才能充分发挥ai作用；分案申请三种设备和上游制氢设备及本案整体技术方案可以全球复制推广，彻底解决能源和“碳中和”问题。

148、有益效果

149、1、设备层，制氢设备、加压设备、加氢机，拖车式加氢站，储氢瓶组拖车、智能加氢站，这些设备模块化设计，以储氢瓶为主的终端设备，即插即用，通电成网，快速开发，安装时间减低90％，实现通信与终端解耦，建立起“氢气输送管道网络”和氢气资源信息网络；

150、2、本案核心设备网关，实现智慧用能物联网，包含各种操作系统，例如：边缘计算含核心电脑板，包含ecos操作系统，内置容器，实现硬件与软件解耦，一机多用，硬件平台化，应用按需加载，业务灵活扩展；

151、3、网络层，云端，agile controller-iot，云管理、sdn架构、弹性扩容，实现网络层与应用层解耦；应用层海量终端远程可视化管理，开放架构，多场景灵活适配；

152、4、本案设备层，横向是各种资源含可再生能源转换成氢能的生产、储运、加注三个环节的工艺流程，全程没有了二次加压过程，仅上游制氢环节一次性加压过程，节省了加氢站的加压过程，缩短的工艺流程；纵向是进行数字化赋能，在制氢环节智能化，在储运氢环节智能化、在加氢环节智能化，并把这三个环节进行物联网连接，保证了整个体系安全运行，每增加制氢、运氢、加氢环节的规模，核心内容就是相应增加iv型储氢瓶，通电即组网，平衡上下游供应与消耗的关系，把复杂的体系建设变成如此简单，规模越来越大，复制成本越来越低，全程零污染、零碳排放；与现在的充电网络正好相反，充电站开始简单，后续电网负荷越来越大，大到难以承受，废弃电池堆积成山难于零污染处理。

153、5、三个分案申请，分别是储运、加氢环节的三种设备，其特点是：与上下游之间是物联网连接的；特别是智能加氢站，仅有管路连接的氢气质量计和加氢枪，在网关的作用，实现智能加注，是到目前为止所知的，全球第一个没有站内储氢瓶组的最简单安全高效的加氢站；是构成本案整体技术方案的主要部分或不可或缺的设备，实施本案得到的是这一个区域的能源生产、能源转化、储运、加注、用氢消耗等一系列的能源数字化的分布图，可以从一个区域到全国、到世界各个国家复制，建成全球可再生能源分布一张数字孪生图，彻底解决能源安全问题，也彻底解决“双碳”问题.