一种制氢加氢站系统及制氢加氢方法与流程

技术领域：

本发明技术属于氢能源利用技术领域，尤其涉及一种制氢加氢站系统及制氢加氢方法。

背景技术：
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目前现有技术中所用加氢站通常采用外部长管拖车或槽罐车供应的高压气氢或液氢经过加氢系统处理后给氢燃料车辆使用，缺少了制氢系统和多种加氢方式，而加氢站往往是一次性投入，投入成本巨大，如果以后难于满足水电解制氢、化工原料重整制氢及未来新型制氢法的扩展，难于满足多种加氢方式应用，无遗是对先期投入的浪费，也无法提高氢能源的利用率，无法满足市场需求。

目前的加氢站为氢燃料电池车辆加氢过程是：先将高压气氢或液氢(气化后)储存在加氢站的大型低压储罐内，需要给车辆加氢时，用氢气压缩机将低压储罐的氢气抽出并升压到40mpa或75mpa左右，然后再通过加氢机充入到燃料电池车辆的氢气瓶中，加氢手段较为单一，在待加氢设备较多时，上述加氢过程较为缓慢，易使加氢站出现堆积堵压的情况，给加氢站的正常生产造成了较大压力。

因此，本领域亟需一种制氢加氢站系统及制氢加氢方法。

有鉴于此，提出本发明。

技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种具有更好使用效果的制氢加氢站系统及制氢加氢方法，以解决现有技术中的至少一项技术问题。

具体的，本发明的第一方面，提供了一种制氢加氢站系统，所述制氢加氢站系统包括制氢设备、缓存设备及压力调整设备，所述制氢设备、缓存设备及压力调整设备通过管路相连接，所述制氢设备用于产生氢气，所述缓存设备用于存储制氢加氢站系统中的氢气，所述压力调整设备用于调整流经其的氢气气流的压力，所述压力调整设备设置有多个，所述缓存设备包括第一存储罐及第二存储罐，所述第一存储罐通过管路与制氢设备相连接，所述第二存储罐与第一存储罐通过管路相连接，且所述第二存储罐与第一存储罐连接的管路上设置有压力调整设备，所述第二存储罐上还连接有加氢管路，所述加氢管路能够向外输出多种不同压力的氢气。

采用上述结构，首先，能够满足加氢站对于多种加氢能力的要求，能够实现在70mpa-5mpa范围内的多档广域的加氢途径，同时本系统也不限制制氢的方式，能够适应于水电解制氢、化工原料重整制氢及新型制氢法等多种制氢方式，其次，加氢的输出一端对外设置有多条加氢途径，能够解决制氢方式更新迭代所导致的设备整体需要更换的问题，避免一次性投入导致的不可逆影响，使制氢加氢站的生产途径更加灵活，防止先期投入的巨量浪费，并能够提高氢能源的利用率。

优选地，所述加氢管路上设置有加氢机，所述加氢机用于加氢管路与待加氢设备相连接，所述加氢机设置在加氢管路的末端。

进一步地，所述加氢机可设置有多个。

采用上述结构，能够保证制氢加氢站加氢功能的顺利实现，并显著提高加强效率。

优选地，所述加氢管路可分为第一添加管路、第二添加管路、第三添加管路及第四添加管路，所述第一添加管路、第二添加管路、第三添加管路及第四添加管路各自管路内的氢气压力不同。

进一步地，所述第一添加管路、第二添加管路、第三添加管路及第四添加管路内氢气压力大小关系，满足第一添加管路＞第二添加管路＞第三添加管路＞第四添加管路。

采用上述结构，能够实现加氢管路输出多种不同压力的氢气，并优化了实现的方式，使本发明的架构具有更优良的机械强度。

优选地，所述第一添加管路上设置有压力调整设备，所述第一添加管路上设置的压力调整设备采用气体压缩机。

进一步地，所述第一添加管路上还设置有第三存储罐，所述第三存储罐设置在第一添加管路上的压力调整设备之后，用于存储加压之后的氢气。

进一步地，所述第一添加管路上还设置有阀门，且所述阀门可设置有多个，所述阀门可设置在第一添加管路上的压力调整设备之前及第三存储罐之后。

采用上述结构，能够保证第一添加管路中的压力水平，提高本发明的加氢压力范围。

优选地，所述第二添加管路上设置有阀门，所述阀门设置有多个。

进一步地，所述第二添加管路上至少设置有一个电磁阀、一个手动阀。

采用上述结构，所用的双阀门设置，能够有效保证管路整体的安全系数。

优选地，所述第一添加管路与第二添加管路与同一个加氢机相连接。

采用上述结构，首先，能够单独打开第一添加管路时，能够有效的为高压设备进行充气，单独打开第二添加管路时，能够有效的为中压设备进行充气，其次，第一添加管路与第二添加管路内的氢气可以进行交叉充气，通常先打开第二添加管路进行平衡充气，再打开第一添加管路进行连续加注，能够显著提高本发明为中压设备的加氢速度。

优选地，所述第三添加管路上设置有压力调整设备，其所述第三添加管路上设置的压力调整设备采用减压阀。

进一步地，所述第三添加管路上还设置有阀门，且所述阀门可设置有多个，所述阀门可设置在压力调整设备之前和/或压力调整设备之后。

进一步地，所述第三添加管路末端连接有加氢机。

优选地，所述第四添加管路上设置有压力调整设备，其所述第四添加管路上设置的压力调整设备采用减压阀。

进一步地，所述第四添加管路上还设置有阀门，且所述阀门可设置有多个，所述阀门可设置在压力调整设备之前和/或压力调整设备之后。

进一步地，所述第四添加管路末端连接有加氢机。

采用上述结构，第三添加管路及第四添加管路，能够分别满足对要压力要求较低的不同低压设备进行充气，如氢气瓶组及低压金属储氢车辆的补加或快加需求，通过不同减压阀的设置能够将第三添加管路及第三添加管路中的输出氢气降低至不同水平，满足多种工作需求。

优选地，所述制氢加氢站系统还包括有直充支路，所述直充支路与第三添加管路及第四添加管路相连接，所述直充支路用于向第三添加管路及第四添加管路内补充氢气，所述直充支路可先用于进行平衡直充，再由第三添加管路及第四添加管路进行快加或补加。

进一步地，所述直充支路包括第四存储罐及外置气源，所述外置气源与第四存储罐通过管路相连接。

进一步地，所述直充支路还包括第一输出路及第二输出路，所述第一输出路及第二输出路与第四存储罐相连接，所述第一输出路与第三添加管路相连接，所述第二输出路与第四添加管路相连接。

进一步地，所述第一输出路上设置有阀门，所述阀门设置有多个。

进一步地，所述第一输出路上至少设置有一个电磁阀、一个手动阀。

进一步地，所述第二输出路上设置有阀门，所述阀门设置有多个。

进一步地，所述第二输出路上至少设置有一个电磁阀、一个手动阀。

采用上述结构，首先，能够通过第一输出路实现对低压设备的预加注，通常能够预加注至10mpa，然后通过第三添加管路对氢气瓶组进行补加至20mpa，可以显著降低低压设备加气中的工作能耗，并且不影响正常的加注速度，其次，能够通过第二输出路及第四添加管路的设置，能够对低压设备实施分级加注，根据实际生产的需求，能够自由调整加气的线路，最大化提高加气的效率及质量。

优选地，所述第一存储罐及第二存储罐间的管路上设置有压力调整设备，所述第一存储罐及第二存储罐间的压力调整设备采用气体压缩机。

进一步地，所述第一存储罐及第二存储罐间的压力调整设备之后还设置有阀门。

优选地，所述制氢设备与第一存储罐间还设置有氢气净化装置，所述氢气净化装置用于净化并提纯制氢设备产生的氢气。

采用上述结构，能够有效去除制氢设备流入第一存储罐的氢气中所含的氧气、一氧化碳、硫化物和水，使第一存储罐中的氢气达到使用的要求。

优选地，所述制氢加氢站系统还包括站控系统，所述站控系统能够用于采集制氢加氢站系统管路各处的用气量、气体流量及气体压力，并将采集数据存储，所述站控系统还能够用于采集制氢加氢站内的车辆信息。

具体的，本发明的第二方面，提供了一种制氢加氢方法，包括以下步骤：

对车辆进行低压充气，并接收第一压力值；

第一判断，判断第一压力值是否达到第一阈值，若是，则调整充气方式为高压充气，并接收第二压力值，若否，则继续进行低压充气，接收并更新第一压力值；

完成判断，判断第二压力值是否达到充气标准值，若是，则完成充气，若否，则继续进行高压充气，接收并更新第二压力值。

采用上述方案，能够根据实际充气状态，自由的对车辆的充气方式进行调整，保证充气过程更加高效，并降低充气过程中可能产生的能源浪费问题，如只采用高压充气导致的能耗过高的问题，所述第一压力值及第二压力值均为待充气设备内部的氢气压力值，所述充气标准值为待充气设备内部充满气时的氢气压力值。

优选地，所述对车辆进行低压充气，并接收第一压力值步骤之前，还包括步骤：判断充气方式，通过接收的制氢加氢站内车辆信息确认加氢的方式。

进一步地，所述判断充气方式步骤，包括以下步骤：

接收车辆信息，并生成车辆数值；

充气判断，判断车辆数值是否达到等待阈值，若是，则待充气车辆进行高压充气，若否，则对待充气车辆进行低压充气。

采用上述方案，能够根据制氢加氢站实际的工作压力，合理调整充气方式，将高能耗高风险的高压充气，与低能耗低风险的低压充气交替进行，最大化利用制氢加氢站的多路径加氢优势，提高制氢加氢站工作效率及工作质量。

优选地，所述对车辆进行低压充气，并接收第一压力值步骤之后，第一判断步骤之前还包括步骤：预设判断，判断第一压力值是否达到预设阈值，若是，则进行巡检判断，若否，则继续进行低压充气，接收并更新第一压力值；

巡检判断，判断车辆数值是否达到等待阈值，若是，则调整充气方式为高压充气，并接收第二压力值，若否，则待充气车辆继续进行低压充气，接收并更新第一压力值。

采用上述方案，为充气过程添加了二级保障，能够根据制氢加氢站实际的工作压力，对充气过程，进行实时的调整，对充气过程进行精细化管理。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.本发明能够满足加氢站对于多种加氢能力的要求，能够实现在70mpa-5mpa范围内的多档广域的加氢途径，同时本系统也不限制制氢的方式，能够适应于水电解制氢、化工原料重整制氢及新型制氢法等多种制氢方式；

2.本发明加氢的输出一端对外设置有多条加氢途径，能够解决制氢方式更新迭代所导致的设备整体需要更换的问题，避免一次性投入导致的不可逆影响，使制氢加氢站的生产途径更加灵活，防止先期投入的巨量浪费，并能够提高氢能源的利用率；

3.本发明能够单独打开第一添加管路时，能够有效的为高压设备进行充气，单独打开第二添加管路时，能够有效的为中压设备进行充气；

4.本发明的第一添加管路与第二添加管路内的氢气可以进行交叉充气，通先打开第二添加管路进行平衡充气，再打开第一添加管路，进行连续加注，能够显著提高本发明为中压设备的加氢速度；

5.本发明的第三添加管路及第四添加管路，能够分别满足对要压力要求较低的不同低压设备进行充气，如氢气瓶组及低压金属储氢车辆的补加或快加需求，通过不同减压阀的设置能够将第三添加管路及第三添加管路中的输出氢气降低至不同水平，满足多种工作需求；

6.本发明能够通过第一输出路实现对低压设备的预加注，通常能够预加注至10mpa，然后通过第三添加管路对氢气瓶组进行补加至20mpa，可以显示降低低压设备加气中的工作能够，并且不影响正常的加注速度；

7.本发明能够通过第二输出路及第四添加管路的设置，能够对低压设备实施分级加注，根据实际生产的需求，能够自由调整加气的线路，最大化提高加气的效率及质量。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明制氢加氢站系统的管路连接示意图；

图2为本发明制氢加氢站系统一种实施方式的管路连接示意图；

图3为本发明制氢加氢方法的流程图；

图4为本发明制氢加氢方法一种实施方式的流程图。

附图标记说明：

通过上述附图标记说明，结合本发明的实施例，可以更加清楚的理解和说明本发明的技术方案。

1、制氢设备；2、缓存设备；21、第一存储罐；22、第二存储罐；23、第三存储罐；24、第四存储罐；3、压力调整设备；4、加氢管路；41、第一添加管路；42、第二添加管路；43、第三添加管路；44、第四添加管路；45、直充支路；451、第一输出路；452、第二输出路；453、外置气源；46、加氢机；5、氢气净化装置。

具体实施方式：

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

如图1-图2所示，本发明的第一方面，提供了一种制氢加氢站系统，所述制氢加氢站系统包括制氢设备1、缓存设备2及压力调整设备3，所述制氢设备1、缓存设备2及压力调整设备3通过管路相连接，所述制氢设备1用于产生氢气，所述缓存设备2用于存储制氢加氢站系统中的氢气，所述压力调整设备3用于调整流经其的氢气气流的压力，所述压力调整设备3能够设置有多个，所述缓存设备2包括第一存储罐21及第二存储罐22，所述第一存储罐21通过管路与制氢设备1相连接，所述第二存储罐22与第一存储罐21通过管路相连接，且所述第二存储罐22与第一存储罐21连接的管路上设置有压力调整设备3，所述第二存储罐22上还连接有加氢管路4，所述加氢管路4能够向外输出多种不同压力的氢气。

采用上述结构，首先，能够满足加氢站对于多种加氢能力的要求，能够实现在70mpa-5mpa范围内的多档广域的加氢途径，同时本系统也不限制制氢的方式，能够适应于水电解制氢、化工原料重整制氢及新型制氢法等多种制氢方式，其次，加氢的输出一端对外设置有多条加氢途径，能够解决制氢方式更新迭代所导致的设备整体需要更换的问题，避免一次性投入导致的不可逆影响，使制氢加氢站的生产途径更加灵活，防止先期投入的巨量浪费，并能够提高氢能源的利用率。

在本发明的一些优选实施方式中，所述缓存设备2采用内胆为铝合金或高密度聚乙烯的全缠绕碳纤维复合材料储罐，进一步，所述缓存设备2外壳上还加装有氢气泄漏检测系统，所述氢气泄漏检测系统包括压力及温度传感器。

如图1-图2所示，所述加氢管路4上设置有加氢机46，所述加氢机46用于加氢管路4与待加氢设备相连接，所述加氢机46设置在加氢管路4的末端。采用上述结构，能够保证制氢加氢站加氢功能的顺利实现，并显著提高加强效率。

在本发明的一些优选实施方式中，所述加氢机46可设置有3个。

如图1-图2所示，所述加氢管路4可分为第一添加管路41、第二添加管路42、第三添加管路43及第四添加管路44，所述第一添加管路41、第二添加管路42、第三添加管路43及第四添加管路44各自管路内的氢气压力不同，所述第一添加管路41、第二添加管路42、第三添加管路43及第四添加管路44内氢气压力大小关系，满足第一添加管路41＞第二添加管路42＞第三添加管路43＞第四添加管路44。采用上述结构，能够实现加氢管路4输出多种不同压力的氢气，并优化了实现的方式，使本发明的架构具有更优良的机械强度。

在本发明的一些优选实施方式中，所述第一添加管路41的氢气输出压力为75mpa，所述第二添加管路42的氢气输出压力为40mpa，所述第三添加管路43的氢气输出压力为25mpa，所述第四添加管路44的氢气输出压力为10mpa。

如图2所示，所述第一添加管路41上设置有压力调整设备3，所述第一添加管路41上设置的压力调整设备3采用气体压缩机，所述第一添加管路41上还设置有第三存储罐23，所述第三存储罐23设置在第一添加管路41上的压力调整设备3之后，用于存储加压之后的氢气，所述第一添加管路41上还设置有阀门，且所述阀门可设置有多个，所述阀门可设置在第一添加管路41上的压力调整设备3之前及第三存储罐23之后。采用上述结构，能够保证第一添加管路41中的压力水平，提高本发明的加氢压力范围。

在本发明的一些优选实施方式中，所述第一添加管路41上的气体压缩机设置有两台，且并联设置，两台气体压缩机一备一用。

如图2所示，所述第二添加管路42上设置有阀门，所述第二添加管路42上设置有一个电磁阀、一个手动阀。采用上述结构，所用的双阀门设置，能够有效保证管路整体的安全系数，如在高压储罐的各个出口都先设置一个手阀，一旦下游有故障，包括管路泄漏和电磁阀故障，可以第一时间关闭各出口处的手阀。

如图2所示，所述第一添加管路41与第二添加管路42与同一个加氢机46相连接。采用上述结构，首先，能够单独打开第一添加管路41时，能够有效的为高压设备进行充气，单独打开第二添加管路42时，能够有效的为中压设备进行充气，其次，第一添加管路41与第二添加管路42内的氢气可以进行交叉充气，通先打开第二添加管路41进行平衡充气，再打开第一添加管路42进行连续加注，能够显著提高本发明为中压设备的加氢速度。

如图2所示，所述第三添加管路43上设置有压力调整设备3，其所述第三添加管路43上设置的压力调整设备3采用减压阀，所述第三添加管路43上还设置有阀门，且所述阀门可设置有多个，所述阀门可设置在压力调整设备3之前和/或压力调整设备3之后，所述第三添加管路43末端连接有加氢机46，所述第四添加管路44上设置有压力调整设备3，其所述第四添加管路44上设置的压力调整设备3采用减压阀，所述第四添加管路44上还设置有阀门，且所述阀门可设置有多个，所述阀门可设置在压力调整设备3之前和/或压力调整设备3之后，所述第四添加管路44末端连接有加氢机46。

采用上述结构，第三添加管路43及第四添加管路44，能够分别满足对要压力要求较低的不同低压设备进行充气，如氢气瓶组及低压金属储氢车辆的补加或快加需求，通过不同减压阀的设置能够将第三添加管路43及第三添加管路43中的输出氢气降低至不同水平，满足多种工作需求。

如图1及图2所示，所述加氢管路4还包括有直充支路45，所述直充支路45与第三添加管路43及第四添加管路44相连接，所述直充支路45用于向第三添加管路43及第四添加管路44内补充氢气，所述直充支路45包括第四存储罐24及外置气源453，所述外置气源453与第四存储罐24通过管路相连接，所述直充支路45还包括第一输出路451及第二输出路452，所述第一输出路451及第二输出路452与第四存储罐24相连接，所述第一输出路451与第三添加管路43相连接，所述第二输出路452与第四添加管路44相连接，所述第一输出路451上设置有一个电磁阀、一个手动阀，所述第二输出路452上设置有一个电磁阀、一个手动阀。

采用上述结构，首先，能够通过第一输出路451实现对低压设备的预加注，通常能够预加注至10mpa，然后通过第三添加管路43对氢气瓶组进行补加至20mpa，能够显著降低向设备加气的工作能耗，并且不影响正常的加注速度，其次，能够通过第二输出路452及第四添加管路44的设置，能够对低压设备实施分级加注，根据实际生产的需求，能够自由调整加气的线路，最大化提高加气的效率及质量。

在本发明的一些优选实施方式中，所述外置气源453采用长管氢气拖车或液氢槽罐车提供。

在本发明的一些优选实施方式中，所述外置气源453与直充支路45连接管路上还设置有液氢气化装置，通过液氢气化装置与直充支路45相连接。

如图2所示，所述第一存储罐21及第二存储罐22间的管路上设置有压力调整设备3，所述第一存储罐21及第二存储罐22间的压力调整设备3采用气体压缩机，所述第一存储罐21及第二存储罐22间的压力调整设备3之后还设置有阀门。采用上述结构，第一存储罐21及第二存储罐22的两级存储设置，能够自由调整第二存储罐22内的气体压力。

如图1及图2所示，所述制氢设备1与第一存储罐21间还设置有氢气净化装置5，所述氢气净化装置5用于净化并提纯制氢设备1产生的氢气。采用上述结构，能够有效去除制氢设备1流入第一存储罐21的氢气中所含的氧气、一氧化碳、硫化物和水，使第一存储罐21中的氢气达到使用的要求。

在本发明的一些优选实施方式中，所述制氢设备1采用水电解制氢、化工原料重整制氢中的一种，所述氢气净化装置5能够用于水电解制氢和/或化工原料重整制氢的氢气净化工作，如去除生产氢气中的氧气、一氧化碳、硫化物、水。

所述制氢加氢站系统还包括站控系统，所述站控系统能够用于采集制氢加氢站系统管路各处的用气量、气体流量及气体压力，并将采集数据存储，所述站控系统还能够用于采集制氢加氢站内的车辆信息。

如图3所示，本发明的第二方面，提供了一种制氢加氢方法，包括以下步骤：

对车辆进行低压充气，并接收第一压力值；

第一判断，判断第一压力值是否达到第一阈值，若是，则调整充气方式高低压充气，并接收第二压力值，若否，则继续进行低压充气，接收并更新第一压力值；

完成判断，判断第二压力值是否达到充气标准值，若是，则完成充气，若否，则继续进行高压充气，接收并更新第二压力值。

采用上述方案，能够根据实际充气状态，自由的对车辆的充气方式进行调整，保证充气过程更加高效，并降低充气过程中可能产生的能源浪费问题，如只采用高压充气导致的能耗过高的问题，所述第一压力值及第二压力值均为待充气设备内部的氢气压力值，所述充气标准值为待充气设备内部充满气时的氢气压力值。

在具体实施过程中，第一路通过另一台氢气压缩机继续升压，注入到另一个耐压75mpa的高压储罐中，再通过手阀，电磁阀与加氢机46联接；第二路是直接通过手阀、电磁阀与加氢机46联接，这样设置的目的是在给车载70mpa的气瓶充气时只打开第一路电磁阀进行平衡充气，而在给车载35mpa的气瓶充气时，可以先打开第二路的电磁阀，使用给40mpa的气路给车载氢气瓶进行平衡充气，待车载气瓶压力达设置的阈值如30mpa时，再用75mpa的高压储罐进行补气，这样就可以更快，连续地加注。

如图4所示，所述对车辆进行低压充气，并接收第一压力值步骤之前，还包括步骤：判断充气方式，通过接收的制氢加氢站内车辆信息确认加氢的方式。

在本发明的一个优选实施方式中，所述判断充气方式步骤，包括以下步骤：

接收车辆信息，并生成车辆数值；

充气判断，判断车辆数值是否达到等待阈值，若是，则待充气车辆进行高压充气，若否，则对待充气车辆进行低压充气。

采用上述方案，能够根据制氢加氢站实际的工作压力，合理调整充气方式，将高能耗高风险的高压充气，与低能耗低风险的低压充气交替进行，最大化利用制氢加氢站的多路径加氢优势，提高制氢加氢站工作效率及工作质量，所述车辆数值为制氢加氢站内的待加氢车辆数量。

如图4所示，所述对车辆进行低压充气，并接收第一压力值步骤之后，第一判断步骤之前还包括步骤：预设判断，判断第一压力值是否达到预设阈值，若是，则进行巡检判断，若否，则继续进行低压充气，接收并更新第一压力值；

巡检判断，判断车辆数值是否达到等待阈值，若是，则调整充气方式为高压充气，并接收第二压力值，若否，则待充气车辆继续进行低压充气，接收并更新第一压力值。

采用上述方案，为充气过程添加了二级保障，能够根据制氢加氢站实际的工作压力，对充气过程，进行实时的调整，对充气过程进行精细化管理。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。