一种基于燃料电池的集装箱保温系统的制作方法

1.本实用新型属于集装箱技术领域，尤其涉及一种基于燃料电池的集装箱保温系统。


背景技术：

2.现有的保温集装箱多采用以柴油为能源的机械保温方式，由柴油发电机为保温机组提供电能。采用柴油为能源的机械保温时，柴油燃烧所排放的氮氧化物及含硫磷化合物的废气对环境污染较为严重，已不符合国家绿色可持续发展战略以及环保、减排的发展理念；同时柴油发电机组噪音较大，在运输货物时对周边会产生噪音污染。此外，当保温集装箱途经寒冷或高温地区时，柴油因其特殊的物理特性而存在凝固或闪燃的风险，导致保温机组无法正常工作，引起运输货物的变质损失，这一问题至今是一个难以有效解决的问题。为了解决传统燃油发电系统存在的问题，现有技术采用锂电池供电方式，完全规避了燃油凝固或闪燃风险，具有结构简单、易于实现的优点。现有新能源锂电池保温集装箱虽然能有效解决传统燃油发电系统的固有弊端，但其具有续航时间短、充电时间长、在极寒条件下易损坏、可靠性低等不足。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种基于燃料电池的集装箱保温系统，能够改善传统柴油发电机供电方式的排放和噪音等问题，且能够避免新能源锂电池供电系统续航时间短、充电时间长等弊端。
4.为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种基于燃料电池的集装箱保温系统，包括氢气装置、燃料电池系统、变换器、保温机组和集装箱体，氢气装置的氢气出口与燃料电池系统氢气入口之间通过气路连接，燃料电池系统的电输出端与变换器输入端之间通过电气连接，将燃料电池系统的电输出变换到适用于保温机组的电源制式，变换器输出端与保温机组输入端之间通过电气连接，通过这种方式达到燃料电池系统为保温机组供电的目的，保温机组输出端与集装箱体之间通过气路连接，从而调节集装箱体内空气温度在货物的合适存储温度范围内。
5.进一步的是，还包括储能电池，储能电池与燃料电池系统中的辅助电部件输入端之间通过电气连接，在燃料电池系统启动时为燃料电池系统的辅助电部件供电，储能电池与变换器输出端之间通过电气连接，在燃料电池系统工作时可向储能电池充电，从而保证下一次启动供电，储能电池直接与保温机组输入端之间通过电气连接，在必要时可直接为保温机组供电。
6.进一步的是，还包括外部电源，外部电源与保温机组输入端之间通过电气连接，可持续为保温机组供电，且外部电源与储能电池之间通过电气连接，可为储能电池充电。
7.进一步的是，所述燃料电池系统中包括散热器，散热器的出风口与集装箱体之间通过气路连接，可在需要时为集装箱体提供暖气，具有加速升温和应急供热的功能。
8.进一步的是，所述散热器的出风口处设置有三通阀，分别连通至集装箱体和外界。
9.进一步的是，氢气装置包括储氢装置或制氢装置。
10.进一步的是，所述储氢装置采用高压储氢瓶，或制氢装置采用甲醇重整制氢装置。
11.进一步的是，所示变换器采用至少一级变换器。
12.进一步的是，所述保温机组包括制冷设备和/或制热设备。
13.采用本技术方案的有益效果：
14.由于燃料电池是一种将富氢燃料中的化学能转换为电能和热的发电装置，唯一产物是水；作为一种新能源的应用方式，燃料电池具有能量转换效率高(60％电效率)、零污染、噪音低、环境温度范围广、续航时间长、加注时间短、安全可靠等特点。在本实用新型中通过采用燃料电池驱动保温机组从而为集装箱提供保温条件，能够实现保温集装箱的保温功能，且能改善现有传统燃油能源发电系统噪声大、排放大、温度适应性差的问题，以及蓄电池续航时间短、充电时间长等不足之处。
附图说明
15.图1为本实用新型中一种基于燃料电池的集装箱保温系统的结构示意图；
16.图2为本实用新型第一种优化实施例方式中一种基于燃料电池的集装箱保温系统的结构示意图；
17.图3为本实用新型第二种优化实施例方式中一种基于燃料电池的集装箱保温系统的结构示意图；
18.图4为本实用新型第三种优化实施例方式中一种基于燃料电池的集装箱保温系统的结构示意图；
19.其中，1是氢气装置，2是燃料电池系统，3是变换器，4是保温机组，5是集装箱体，6是储能电池，7是外部电源。
具体实施方式
20.为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。
21.在本实施例中，参见图1所示，一种基于燃料电池的集装箱保温系统，包括氢气装置1、燃料电池系统2、变换器3、保温机组4和集装箱体5，氢气装置1的氢气出口与燃料电池系统2氢气入口之间通过气路连接，燃料电池系统2的电输出端与变换器3输入端之间通过电气连接，将燃料电池系统2的电输出变换到适用于保温机组4的电源制式，变换器3输出端与保温机组4输入端之间通过电气连接，通过这种方式达到燃料电池系统2为保温机组4供电的目的，保温机组4输出端与集装箱体5之间通过气路连接，从而调节集装箱体5内空气温度在货物的合适存储温度范围内。
22.作为上述实施例的优化方案1，如图2所示，还包括储能电池6，储能电池6与燃料电池系统2中的辅助电部件输入端之间通过电气连接，在燃料电池系统2启动时为燃料电池系统2的辅助电部件供电，储能电池6与变换器3输出端之间通过电气连接，在燃料电池系统2工作时可向储能电池6充电，从而保证下一次启动供电，储能电池6直接与保温机组4输入端之间通过电气连接，在必要时可直接为保温机组4供电。此处辅助电部件是指燃料电池系统
在启动时需要燃料电池系统外部的电源供电的部件，包括控制器、空气压缩机、水泵、加热器等部件。
23.储能电池6为燃料电池系统2启动时的辅助系统用电部件供电，燃料电池系统2启动后，燃料电池系统2辅助系统用电部件由燃料电池系统2本身供电，且可在为保温机组4供电的同时向储能电池6充电，保证下一次启动供电，必要如储氢量不足或燃料电池故障等时，储能电池6也能直接为保温机组4供电，具有备用紧急电源的功能。
24.作为上述实施例的优化方案2，如图3所示，还包括外部电源7，外部电源7与保温机组4输入端之间通过电气连接，可持续为保温机组4供电，且外部电源7与储能电池6之间通过电气连接，可为储能电池6充电。
25.外部电源7是当保温集装箱在站内或发电车上等时，通过外插电等方式进行外部供电，由于外部电源7一般比较稳定可靠且电量充足，因此可持续为保温机组4供电，也可为储能电池6充电。
26.作为上述实施例的优化方案3，如图4所示，所述燃料电池系统2中包括散热器，散热器的出风口与集装箱体5之间通过气路连接，可在需要时为集装箱体5提供暖气，具有加速升温和应急供热的功能。
27.优选的，所述散热器的出风口处设置有三通阀，分别连通至集装箱体5和外界。燃料电池系统2散热器通过三通阀分为两个出风口，外出风口通向外界，内出风口通向集装箱体5，可在需要时将由散热器排出的暖气输送至集装箱体5内，具有加速升温和应急供热的功能。
28.其中，氢气装置1包括储氢装置或制氢装置。
29.优选的，所述储氢装置采用高压储氢瓶，或制氢装置采用甲醇重整制氢装置。氢气装置1可采用高压储氢瓶、甲醇重整制氢等多种形式，高压储氢瓶是一种常用的储氢装置，利用高压提高储氢密度，甲醇重整制氢方式是通过燃料箱储存甲醇水溶液并配有甲醇重整制氢机。
30.其中，所示变换器3采用至少一级变换器。变换器可能采用dc/dc变换器，也可能采用dc/ac变换器，需要根据实际情况决定。
31.其中，所述保温机组4包括制冷设备和/或制热设备。
32.为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：
33.在工作时，通过控制高压储氢瓶的氢气阀组，利用储氢瓶内外压差为燃料电池系统2提供氢气，或者通过甲醇重整制氢机反应生成氢气，向燃料电池提供氢气。燃料电池系统2工作时氢气与氧气发生电化学反应输出电能，但由于燃料电池系统2的输出供电可能与保温机组4的电源制式或用电制式不符，可能需要通过一级或多级变换器3进行变换才能达到保温机组4的工作电压和用电制式，
34.保温机组4可工作在启停、连续或其他形式的工况，向集装箱体5内输送冷气或暖气，调节集装箱体5内空气温度，从而保证所运输的货物在运输时的满足储存温度条件；集装箱体5具有良好的隔热性能，负责装载和存储货物。
35.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还
会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。