CN115195575A - 一种液氢储能型冷藏运输装置及制冷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液氢储能型冷藏运输装置及制冷方法，所述冷藏运输装置包括运输载体、冷藏厢体、氢燃料电池模块、供冷模块和电脑控制模块；氢燃料电池模块包括空气供给装置、氢供给装置、氢燃料电池反应堆、冷却装置和蓄电池组；供冷模块包括载冷箱、两位两通电磁阀组、液体泵和供冷换热器；制冷方法包括：液态氢在压力驱动下进入换热器中进行蒸发吸热，降低载冷介质温度；低温载冷介质由供冷换热器与冷藏厢体内环境交换热量，升温后回流到载冷箱中进行冷却，完成载冷循环；本发明采用能量密度较大、无污染的液态氢进行气化吸热实现制冷，并结合氢燃料电池反应堆进行同步发电，实现了制冷‑发电集成，在达到零碳目标的同时提高了能源利用效率。

Description

一种液氢储能型冷藏运输装置及制冷方法
技术领域
本发明属于物流保鲜装置技术领域，具体涉及一种液氢储能型冷藏运输装置及制冷方法。
背景技术
传统机械冷藏运输装置依靠压缩机、冷凝器、节流阀(或膨胀阀)以及蒸发器等组成形成制冷装置，依靠制冷剂在系统中不断循环流动，发生状态变化，从而与外界发生热量交换，其中压缩机压缩制冷剂的动力是依靠发动机燃烧柴油而获得。然而，依靠燃油燃烧产生的能量以维持制冷系统运行对环境污染较大，在装置辆运行过程中会排放碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)以及一氧化碳(CO)等废气，是造成空气污染、全球变暖和酸雨的原因之一。随着人类环保理念的提升，现有技术中，已有一些冷藏运输装置改变了依靠燃油燃烧的传统制冷方式，主要包括干冰制冷、载冷板制冷以及液氮制冷等环保型制冷方式。对于干冰制冷方式，CN108791029A公开了一种干冰气调冷藏运输装置，依靠干冰气化潜热制冷。对于载冷板制冷方式，CN113803902A公开的冷藏运输装置通过载冷板将制冷回路和释冷回路连接实现冷藏运输；CN106196802A则公开了一种可精确控温载冷板制冷方式的冷藏运输装置。对于液氮制冷方式， CN108162845A公开了一种纯电动新能源液氮冷藏运输装置，该冷藏运输装置通过控制液氮杜瓦瓶的启闭来装置厢内温度；CN206812752U公开了一种冷藏车制冷系统，该系统为冷藏运输装置装置厢设计了两套独立的制冷系统，分别为热泵制冷机组和液氮制冷装置，液氮制冷装置作为备用制冷源可辅助热泵制冷机组以实现冷藏厢体的快速降温。然而，上述三种制冷方式也存在不足之处，例如，干冰制冷容易造成结霜，干冰蒸发所形成的二氧化碳气体会造成水果和蔬菜呼吸困难而坏死；载冷板制冷需要占据装置厢大量容积，且对载冷板充冷所需时间较长，人为控制性能较差；液氮制冷虽然可控性较强、制冷效果出众，但液氮制冷冻结速极快，容易破坏食品组织结构，从而影响食品品质。
综上所述，一种具备较好的实时可控性、较佳的冷藏效果、能够满足节能减排要求、能适应城市绿色配送发展需要的冷藏运输装置亟需解决。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种液氢储能型冷藏运输装置及制冷方法，所述冷藏运输装置利用液态氢蒸发对冷藏运输装置进行制冷，结合液态氢蒸发所形成氢气作为氢燃料电池的发电载体，实现制冷-发电集成，在达到零碳目标的同时提高能源利用效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种液氢储能型冷藏运输装置，包括运输载体、固定在所述运输载体上的冷藏厢体，所述冷藏运输装置还包括氢燃料电池模块、供冷模块以及电脑控制模块；
所述氢燃料电池模块包括空气供给装置、氢供给装置、氢燃料电池反应堆、冷却装置和蓄电池组；
所述供冷模块包括通过载冷介质运输管道依次连通的载冷箱、两位两通电磁阀组、液体泵和供冷换热器。
本发明中，所述运输装置结合液态氢气化吸热制冷原理和氢燃料电池发电技术，以液态氢气化吸热制冷为依托，设计可以载冷的供冷模块，该供冷模块可以避免因外部温度的急剧变化而造成冷藏物品的变质损坏，使冷藏运输装置厢体内温度处于合适的温度范围内；将液态氢气化吸热后的氢气引入氢燃料电池中进行产电，不仅可以达到零碳目标，还可以实现制冷-发电集成；该制冷方法还具有能够兼顾被动制冷模式下实现慢速制冷以节约能源，以及主动制冷模式下实现快速制冷以快速提高冷藏厢体内温度的优点，进一步提高能源利用效率。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述冷藏厢体为从内到外依次为铝合金板、保温材料和铝合金板的三层结构组件。
优选地，所述保温材料包括导热系数≤0.1(W/(m·K)的隔热材料，例如导热系数为0.02(W/(m·K)、0.04(W/(m·K)、0.06(W/(m·K)、0.08(W/(m·K)或0.1(W/(m·K) 等，包括但不限于聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫和挤塑聚苯乙烯泡沫。
作为本发明优选的技术方案，所述载冷箱内部设置有载冷介质。
优选地，所述载冷介质包括冰点在-20℃～-60℃的溶液，例如-20℃、-30、 -40℃、-50℃或-60℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述载冷介质包括丙三醇水溶液和/或乙二醇水溶液。
其中，丙三醇与水的重量比为5:5的丙三醇水溶液的冰点为-23℃。
作为本发明优选的技术方案，所述空气供给装置包括通过空气供给管道依次连通的空气滤清器、空气压缩机、空气流量传感器、中冷器和增湿器。
优选地，所述空气滤清器的进气口与外部空气连通，所述空气压缩机和所述空气流量传感器之间设有空气压力传感器；所述中冷器的出气口与所述增湿器的第一进气口连通；所述增湿器的第一出气口与所述氢燃料电池反应堆的阴极入口连通。
优选地，所述增湿器的第二出气口连接有第一背压阀，所述第一背压阀用来限制所述增湿器内的压力并用来排除多余的水气。
优选地，所述空气供给装置还通过空气供给管道将所述氢燃料电池反应堆的阴极出口和所述增湿器的第二进气口连通，用于将该阴极出口的水汽和空气乏气所述增湿器中以回收水汽和空气乏气压力。
作为本发明优选的技术方案，所述氢供给装置包括通过氢输运管道依次连通的液态氢储罐、手动阀、电磁阀、第一换热器、减压阀、氢喷射器和氢气流量传感器。
优选地，所述手动阀和所述电磁阀之间设有高压压力传感器，所述减压阀和所述氢喷射器之间设有低压压力传感器；所述氢气流量传感器的出气口与所述氢燃料电池反应堆的阳极入口连通。
优选地，所述液态氢储罐为由内到外依次为硬质承载内胆、热防护层以及绝热外壳的三层结构组件。
优选地，所述氢供给装置还包括氢乏气回收装置。
优选地，所述氢乏气回收装置包括通过氢输运管道依次连通的水气分离器和循环泵；所述水气分离器的入口与所述氢燃料电池反应堆的阳极出口连通；所述水气分离器的第一出口与所述循环泵的入口连通。
优选地，所述水气分离器的第二出口连接有第二背压阀，所述第二背压阀用来限制所述水气分离器内的压力并用来排除多余的水气。
优选地，所述循环泵的出口连接至所述第一换热器和所述减压阀之间的氢输运管道上。
作为本发明优选的技术方案，所述冷却装置包括通过冷却液管道依次连通的散热器、蓄液箱和动力泵。
优选地，所述散热器的进液口与所述氢燃料电池反应堆的散热出口连通，所述动力泵的出液口与所述氢燃料电池反应堆的散热入口连通；所述散热器的位置高于所述蓄液箱。
作为本发明优选的技术方案，所述蓄电池组的阳极与所述氢燃料电池反应堆的阳极电性连接，所述蓄电池组的阴极与所述氢燃料电池反应堆的阴极电性连接。
作为本发明优选的技术方案，所述供冷模块还包括泄压阀、风机、用于测定所述载冷箱温度的第一温度传感器和用于测定所述冷藏厢体内温度的第二温度传感器。
优选地，所述两位两通电磁阀组包括与所述液体泵串接的第一两位两通电磁阀和串接于旁路通道的第二两位两通电磁阀。
其中，所述第一两位两通电磁阀和所述第二两位两通电磁阀在液压形式上组成并联关系并同时执行通电或断电。
作为本发明优选的技术方案，所述电脑控制模块分别独立地与所述空气流量传感器、所述氢气流量传感器、所述高压压力传感器、所述低压压力传感器、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第一两位两通电磁阀以及所述第二两位两通电磁阀的信号输出端电性连接，用于检测冷藏运输装置状态。
优选地，所述电脑控制模块还分别独立地与所述空气压缩机、所述电磁阀、所述氢喷射器、所述动力泵、所述液体泵、所述风机以及所述循环泵的控制执行端电性连接，用于改变冷藏运输装置状态。
本发明中，冷藏运输装置产电的工作方式为：在电脑控制模块精准配比氢气和空气的物质量的前提下，氢燃料电池反应堆的阴极以空气供给装置输送来的空气作为氧化剂，而其阳极以氢供给装置输送来的氢气作为还原剂，通过电化学反应将化学能转变为电能。工作时，在阳极上，氢在催化剂的作用下分解成正离子H+和电子e－，其中，正离子通过质子交换膜传导到阴极(质子交换膜的特有属性使其只允许氢离子H+通过)，电子通过外电路到达阴极，电子在两极板之间形成电流；在阴极上，氢离子、电子和氧气反应生成水，生成的水以水蒸气或冷凝水的形式随多余的氧气从阴极出口及时排出，否则生成的水就会在燃料电池中逐渐积累，阻止新的燃料和氧化反应，导致水淹现象。电化学反应速度越快，氢燃料电池反应堆产生的电流越大，反之，迟缓的电化学反应则会导致较低的电流输出。通过各传感器的反馈信号，电脑控制模块按照事先制定好的产电控制算法，控制氢喷射器喷嘴的开启时间和频次，同时控制空气压缩机压缩频次，精确动态调控以平衡产电和负荷的关系，将电量供给电动机以驱动冷藏装置行驶或者其他外部附属用电设备；当不需要产电时，电脑控制模块控制电磁阀截止氢通道，阻止电化学反应。
本发明中，冷却装置的工作方式为：由于氢燃料电池反应堆的工作温度要求较严，可以通过实时检测冷却液管道中冷却液流经氢燃料电池进行换热后的温度变化，间接地测得氢燃料电池的实时温度变化，电脑控制模块按照预定的冷却控制算法将其转换为相应的指令信号以控制动力泵，加快或降低动力泵转速，以实现对冷却装置的精确控制。
第二方面，本发明还提供了一种第一方面所述冷藏运输装置的制冷方法，所述制冷方法包括：
S1：液态氢储罐中的液态氢在压力驱动下进入第一换热器中进行蒸发吸热，将冷量储存在供冷模块中，吸热后的液态氢气变为气态，进入氢燃料电池模块实现发电；
S2：供冷模块包括主动制冷模式与被动制冷模式，选定任一制冷模式后，再由供冷模块与冷藏厢体内的环境交换热量，实现制冷；
其中，所述主动制冷模式与所述被动制冷模式的选定规则包括：
判断电脑控制模块所设定的期望温度与冷藏厢体内实际温度的温度差是否大于等于z，z为大于等于4的实数，优选z为4；
若温度差≥z℃，启动主动制冷模式，实现快速制冷；
若温度差＜z℃，启动被动制冷模式，实现慢速制冷。
本发明中，更具体的制冷方法包括以下步骤：
S1，液态氢储罐中液态氢在压力驱动下进入第一换热器中进行蒸发吸热，降低载冷介质的温度，将冷量储存在载冷介质中；吸热后的液态氢气变为气态，进入氢燃料电池模块实现发电；
S2，载冷箱中低温的载冷介质，经具备主动/被动两种制冷模式的两位两通电磁阀组切换任一制冷模式后，再由供冷换热器与冷藏厢体内环境交换热量升温后回流到载冷箱中进行冷却，完成载冷循环。
步骤S1中，液态氢可以借助电能、风能、地热能、水电站等其能源经压缩装置压缩氢气得到，由于液态氢储罐可以实现存储液态氢，系统储能密度高，不需要大型的存储设备；液态氢储罐中液态氢在压力驱动下连续不断进入第一换热器中进行蒸发，气化成为高压氢气，通过吸收外部的热量，使载冷介质的温度降低。
步骤S2中，所述两位两通电磁阀组切换任一制冷模式包括：
操作者或电脑控制模块需要根据所期望的冷藏温度与冷藏厢体内部的实际温度间的温度差是否大于等于z进行判断，其中，z为大于等于4的实数，优选 z为4；
若温度差≥z℃，操作者或电脑控制模块启动主动制冷模式，接通两位两通电磁阀组和液体泵的电源，两位两通电磁阀组通电后连通载冷箱和液体泵间的通道，液体泵快速将载冷箱内的载冷介质泵入供冷换热器中，以实现快速制冷；
若温度差<z℃，操作者或电脑控制模块启动被动制冷模式，断开两位两通电磁阀组和液体泵的电源，两位两通电磁阀组断电后接通与液体泵并联的旁通通道，该旁通通道依靠供冷换热器和载冷箱间的高度差实现重力驱动载冷介质的循环，以实现慢速制冷。
进一步地，制冷方法可按如下两种情况进行详细说明：
第一温度传感器向电脑控制模块动态传递载冷介质的温度信息，操作者根据冷藏厢体内有无货物，为冷藏厢体内的温度设定一个期望的设定值，电脑控制模块对比第一温度传感器反馈的检测值与设定值，判定以下两种情况：
(1)若第一温度传感器反馈的检测值高于设定值，发出警报，提示操作者先为载冷介质进行储冷；
(2)若第一温度传感器反馈的检测值低于于设定值，电脑控制模块则对比第二温度传感器反馈的检测值与设定值，根据第二温度传感器反馈的检测值和设定值两者间的温度差同样分为两种情况：
A、若两者间的温度差大于等于z℃，电脑控制模块启动主动制冷模式，以实现快速制冷，将冷藏厢体内的温度提升至所期望的温度；
B、若两者间的温度差小于z℃，电脑控制模块启动被动制冷模式，利用慢速制冷维持冷藏厢体内的温度在设定值上下波动。
所述制冷方法，依据各温度传感器的反馈值和操作者的设定值对冷藏厢体内的温度进行动态调节，能够对冷藏厢体内的温度作出更为精准的控制，保证供冷模块能够准确有效的将冷藏厢体内的温度维持在设定的范围之内。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明涉及一种结合基于液态氢气化吸热原理完成液态氢气气化制冷和基于储冷技术实现载冷，并依托氢燃料电池发电技术共同构成一种液氢储能型冷藏运输装置；所述冷藏运输装置充分利用了氢储量丰富、储能密度高、利用率高的优势，促进了液态氢在冷链物流的应用；利用载冷介质进行显热蓄冷可以改善厢体内温度随外界温度变化的动态响应，避免因外部温度的急剧变化而造成冷藏物品的变质损坏，使冷藏运输装置厢体内温度处于合适的温度范围，尤其在冷藏运输装置因故障导致无法制冷以及能源耗尽等情况下，延长冷藏时间，保证冷藏运输装置具备一定补救功用；
(2)本发明中使用的氢燃料电池发电技术可以将液态氢气化吸热后的氢气引入氢燃料电池中进行产电，既实现了零碳排放又实现了制冷-发电集成，提升了电动冷藏运输装置的行驶里程；
(3)本发明所述冷藏运输装置利用主动与被动制冷模式相结合的制冷方法实现了快速制冷和缓慢制冷两种制冷模式，取得较佳的冷量使用效果。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种液氢储能型冷藏运输装置的结构示意图。
图2为本发明实施例1的一种液氢储能型冷藏运输装置中液态氢储罐的结构示意图。
图3为本发明实施例1提供的一种液氢储能型冷藏运输装置中氢燃料电池模块产电及装置制冷的工作原理流程图。
图4为本发明实施例1提供的一种液氢储能型冷藏运输装置制冷方法的工作原理示意图。
图5为本发明实施例1提供的主动制冷模式工作原理示意图。
图6为本发明实施例1提供的被动制冷模式工作原理示意图。
其中，1-运输载体；2-冷藏厢体；3-氢燃料电池模块；31-空气供给装置；311- 空气供给管道；312-空气滤清器；313-空气压缩机；314-空气流量传感器；315- 中冷器；316-增湿器；317-空气压力传感器；318-第一背压阀；32-氢供给装置； 321-氢输运管道；322-液态氢储罐；3221-硬质承载内胆；3222-热防护层；3223- 绝热外壳；323-手动阀；324-电磁阀；325-第一换热器；326-减压阀；327-氢喷射器；328-氢气流量传感器；329-高压压力传感器；3210-低压压力传感器；3220- 氢乏气回收装置；32201-水气分离器；32202-循环泵；3230-第二背压阀；33-氢燃料电池反应堆；34-冷却装置；341-冷却液管道；342-散热器；343-蓄液箱；344- 动力泵；35-蓄电池组；4-供冷模块；41-载冷介质运输管道；42-载冷箱；43-两位两通电磁阀组；431-第一两位两通电磁阀；432-第二两位两通电磁阀；44-载冷介质；45-液体泵；46-供冷换热器；47-泄压阀；48-风机；49-第一温度传感器； 410-第二温度传感器；电脑控制模块-5；
a-氢燃料电池反应堆的阴极入口；b-氢燃料电池反应堆的阴极出口；
c-氢燃料电池反应堆的阳极入口；d-氢燃料电池反应堆的阳极出口；
e-氢燃料电池反应堆的散热出口；f-氢燃料电池反应堆的散热入口；
g-氢燃料电池反应堆的阳极；h-氢燃料电池反应堆的阴极；
k-增湿器的第一进气口；m-增湿器的第一出气口；
n-增湿器的第二进气口；s-增湿器的第二出气口；
u-水气分离器的入口；v-水气分离器的第一出口；w-水气分离器的第二出口。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种液氢储能型冷藏运输装置及制冷方法，所述冷藏运输装置的结构示意图如图1所示，所述冷藏运输装置包括运输载体1、用螺栓连接固定在所述运输载体1上的冷藏厢体2，所述冷藏运输装置还包括氢燃料电池模块3、供冷模块4以及电脑控制模块5；
所述氢燃料电池模块3包括空气供给装置31、氢供给装置32、氢燃料电池反应堆33、冷却装置34和蓄电池组35，其中，在图1中，所述蓄电池组35位于运输载体1悬架侧端底座上；
所述空气供给装置31的作用是对进入氢燃料电池反应堆33的空气进行过滤、增压、冷却、加湿、压力调节，空气压力和流量的检测并反馈，控制空气的输送和关闭以及乏气回收，提供适合氢燃料电池反应堆33工作的氧气；
所述空气供给装置31包括通过空气供给管道311依次连通的用于滤除空气中灰尘和沙粒的空气滤清器312、用于增加空气压力的空气压缩机313、用于测定吸入所述氢燃料电池反应堆33内空气流量的空气流量传感器314、用于降低增压后空气温度的中冷器315以及用于保持质子交换膜具有适当含水率以提高氢燃料电池发电性能的增湿器316；所述空气滤清器312的进气口与外部空气连通；所述空气压缩机313和所述空气流量传感器314之间设有用于修正空气流量的空气压力传感器317；所述中冷器315的出气口与增湿器的第一进气口k连通；增湿器的第一出气口m与氢燃料电池反应堆的阴极入口a连通；
所述氢供给装置32的功用是储氢、调压、泄放保护、氢回收、排水气压力以及氢压力和流量的检测并反馈，控制氢气的输送和关闭，提供适合氢燃料电池反应堆33工作的氢气；
所述氢供给装置32包括通过氢输运管道321依次连通的用于储存液态氢的液态氢储罐322、用于手动控制氢输运的手动阀323、用于自动调整氢输运流量的电磁阀324、用于液态氢气化吸热的第一换热器325、用于降低氢气压力的减压阀326、用于调节氢气供给量以平衡产电和负荷的氢喷射器327和用于测定吸入氢燃料电池反应堆33内氢气流量的氢气流量传感器328；其中，液态氢在所述液态氢储罐322中的存储温度至少要低于-250℃；所述手动阀323和所述电磁阀324之间设有用于测定液态氢压力的高压压力传感器329，当高压压力传感器 329检测到液态氢储罐322压力低于一定值时，电脑控制模块5将提示加氢；所述减压阀326和所述氢喷射器327之间设有用于测定氢气压力的低压压力传感器3210，低压压力传感器3210所检测的压力信号将帮助电脑控制模块5精确控制氢气供给量，使得氢气供给量只取决氢喷射器327的开启时间和频次；氢气流量传感器328的出气口与氢燃料电池反应堆的阳极入口c连通；
所述冷却装置34的功用是通过散热，使电池保持在适合的工作环境；所述冷却装置34包括通过冷却液管道341依次连通的用于将冷却液所吸收的热量散发到大气中的散热器342、具备调蓄功能的蓄液箱343和用于主动输送冷却液的动力泵344；所述散热器342的进液口与氢燃料电池反应堆的散热出口e连通；所述动力泵344的出液口与所述氢燃料电池反应堆的散热入口f连通，用于对冷却液进行循环冷却，冷却液可选择为去离子水或者乙二醇水溶液；所述散热器 342的位置高于所述蓄液箱343，以便所述散热器342中的冷却液流能依靠重力流入所述蓄液箱343中；
所述蓄电池组35的阳极与氢燃料电池反应堆的阳极g电性连接；蓄电池组 35的阴极与氢燃料电池反应堆的阴极h电性连接；蓄电池组35将电量供给电动机以驱动冷藏装置行驶或者其他外部附属用电设备。
所述供冷模块4包括通过载冷介质运输管道41依次连通的具备调蓄功能的载冷箱42、用于切换主动/被动两种制冷模式的两位两通电磁阀组43、用于主动输运载冷介质44的液体泵45和用于与冷藏厢体2内部空气发生热交换的供冷换热器46；载冷箱42内部设置有借助第一换热器325用于与低温的液态氢交换热量以实现制冷的载冷介质44，具体地，液态氢在换热器325中蒸发吸热，降低载冷介质44的温度；载冷介质44在供冷模块4中循环流动，实现冷量的传递和输运；其中，供冷模块4还包括用于保护闭合环形回路的泄压阀47，用于将供冷换热器46产生的冷量吹入冷藏厢体2内部的风机48、用于测定载冷箱 42温度的第一温度传感器49和用于用于测定冷藏厢体2内部温度的第二温度传感器410；所述两位两通电磁阀组43包括与液体泵45串接的第一两位两通电磁阀431和串接于旁路通道的第二两位两通电磁阀432；其中，
为实现制冷模式的切换，第一两位两通电磁阀431和第二两位两通电磁阀 432在液压形式上组成并联关系并同时执行通电或断电；当执行通电时，第一两位两通电磁阀431的阀门开启，液体泵45启动，第二两位两通电磁阀432的阀门关闭，旁路通道关闭，主动制冷模式开启；当执行断电时，第一两位两通电磁阀431的阀门关闭，液体泵45关闭，第二两位两通电磁阀432的阀门开启，旁路通道接通，被动制冷模式开启。
为了保证冷藏厢体2具有较好的隔热性能，冷藏厢体2从内到外依次为铝合金板、保温材料和铝合金板的三层保温隔热结构组件；所述保温材料为聚苯乙烯泡沫。
为了将氢燃料电池反应堆的阴极出口b中的水汽和空气乏气引入增湿器316 中以回收水汽和空气乏气压力，空气供给装置31还通过空气供给管道311将氢燃料电池反应堆的阴极出口b和增湿器的第二进气口n连通。
为了限制所述增湿316器内的压力并用来排除多余的水，增湿器的第二出气口s连接有第一背压阀318。
为了实现对氢气的回收利用，氢供给装置32还包括氢乏气回收装置3220，氢乏气回收装置3220包括通过氢输运管道321依次连通的用于水气分离的水气分离器32201和用于输运氢气的循环泵32202，水气分离器的入口u与氢燃料电池反应堆的阳极出口d连通，水气分离器的第一出口v与循环泵32202的入口连通，水气分离器32201的功用是为了避免水分进入氢输运管道321内结冰，造成阻塞；为了将氢气再次引入氢燃料电池反应堆33，循环泵32202的出口通过氢输运管道321连通于第一换热器325和减压阀326之间的氢输运管道321 上；为了防止电堆的水淹发生，循环泵32202和水气分离器32201应布置在氢燃料电池反应堆33下方，用以及时抽取和排出多余水气。
为了限制所述水气分离器32201内的压力并用来排除多余的水，水气分离器的第二出口w连接有第二背压阀3230。
为了绝热地储存液态氢，液态氢储罐322是从内到外依次为用于承受液态氢压力的硬质承载内胆3221、用于抗辐射热的热防护层3222以及用于被动热防护的绝热外壳3223的三层结构组件。液态氢储罐322的结构示意图如图2所示。
为了保证载冷介质44在较低温度时仍保持为液态，载冷介质44选取为冰点在-20℃到-60℃的溶液，本实施例中选取为丙三醇与水的重量比5:5的丙三醇水溶液，该丙三醇水溶液的冰点为-23℃。
所述电脑控制模块5分别独立地与空气流量传感器314、氢气流量传感器 328、高压压力传感器329、低压压力传感器3210、第一温度传感器49、第二温度传感器410、第一两位两通电磁阀431以及第二两位两通电磁阀432的信号输出端电性连接，用于检测冷藏运输装置状态；所述电脑控制模块5还分别独立地与空气压缩机313、电磁阀324、氢喷射器327、动力泵344、液体泵45、风机48以及循环泵32202的控制执行端电性连接，用于改变冷藏运输装置状态。
本实施例中，氢燃料电池模块3产电及装置制冷的工作原理流程图如图3 所示；图2中，电脑控制模块5通过CAN总线分别与空气供给装置31、氢供给装置32、氢燃料电池反应堆33、冷却装置34、蓄电池组35、供冷模块4电性连接，以方便电脑控制模块5对氢燃料电池产电及制冷的检测和控制，其中，CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络；氢燃料电池反应堆33借助DC/DC电压转换器将氢燃料电池反应堆33的电量传递给蓄电池组35，其中，DC/DC电压转换器为能在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电压转换器；与电脑控制模块5电性连接的各装置或模块生成的数据信息传送给电脑控制模块5，电脑控制模块5接收数据，经收据处理后发送控制指令给相关装置或模块；该电脑控制模块5中包含有精准控制产电-负荷性能的产电控制算法、能精准控制冷却性能的冷却控制算法。
本实施例中具体的制冷方法包括以下步骤，其中，制冷方法的工作原理示意图如图4所示。
S1，液态氢储罐322中液态氢在压力驱动下进入第一换热器325中进行蒸发吸热，降低载冷介质44的温度，将冷量储存在载冷介质44中；吸热后的液态氢气变为气态，进入氢燃料电池模块3实现发电；
S2，载冷箱42中低温的载冷介质44，经具备主动/被动两种制冷模式的两位两通电磁阀组43切换任一制冷模式后，再由供冷换热器46与冷藏厢体2内环境交换热量升温后回流到载冷箱42中进行冷却，完成载冷循环。
步骤S2中，所述两位两通电磁阀组43切换任一制冷模式包括：
电脑控制模块5根据所期望的冷藏温度与冷藏厢体2内部的实际温度的温度差是否大于等于z进行判断，其中，z选取4；
若温度差≥4℃，操作者或电脑控制模块5启动主动制冷模式，接通两位两通电磁阀组43和液体泵45的电源，两位两通电磁阀组43通电后连通载冷箱42 和液体泵45间的通道，液体泵45快速将载冷箱42内的载冷介质44泵入供冷换热器46中，以实现快速制冷；主动制冷模式的工作原理图如图5所示，其中，“→”是为了进一步展示载冷介质44的流通方向。
若该温度差<4℃，操作者或电脑控制模块5启动被动制冷模式，断开两位两通电磁阀组43和液体泵45的电源，两位两通电磁阀组43断电后接通与液体泵45并联的旁通通道，该旁通通道依靠供冷换热器46和载冷箱42间的高度差实现重力驱动载冷介质44的循环，以实现慢速制冷；被动制冷模式的工作原理图如图6所示。其中，“→”是为了进一步展示载冷介质44的流通方向。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细装置，但本发明并不局限于上述详细装置，即不意味着本发明必须依赖上述详细装置才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明操作的等效替换及辅助操作的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种液氢储能型冷藏运输装置，包括运输载体、固定在所述运输载体上的冷藏厢体，其特征在于，所述冷藏运输装置还包括氢燃料电池模块、供冷模块以及电脑控制模块；
所述氢燃料电池模块包括空气供给装置、氢供给装置、氢燃料电池反应堆、冷却装置和蓄电池组；
所述供冷模块包括通过载冷介质运输管道依次连通的载冷箱、两位两通电磁阀组、液体泵和供冷换热器。
2.根据权利要求1所述的冷藏运输装置，其特征在于，所述冷藏厢体为从内到外依次为铝合金板、保温材料和铝合金板的三层结构组件；
优选地，所述保温材料包括导热系数≤0.1(W/(m·K)的隔热材料。
3.根据权利要求1或2所述的冷藏运输装置，其特征在于，所述载冷箱内部设置有载冷介质；
优选地，所述载冷介质包括冰点在-20℃～-60℃的溶液；
优选地，所述载冷介质包括丙三醇水溶液和/或乙二醇水溶液。
4.根据权利要求3所述的冷藏运输装置，其特征在于，所述空气供给装置包括通过空气供给管道依次连通的空气滤清器、空气压缩机、空气流量传感器、中冷器和增湿器；
优选地，所述空气滤清器的进气口与外部空气连通，所述空气压缩机和所述空气流量传感器之间设有空气压力传感器；所述中冷器的出气口与所述增湿器的第一进气口连通；所述增湿器的第一出气口与所述氢燃料电池反应堆的阴极入口连通；
优选地，所述增湿器的第二出气口连接有第一背压阀；
优选地，所述空气供给装置还通过空气供给管道将所述氢燃料电池反应堆的阴极出口和所述增湿器的第二进气口连通。
5.根据权利要求4所述的冷藏运输装置，其特征在于，所述氢供给装置包括通过氢输运管道依次连通的液态氢储罐、手动阀、电磁阀、第一换热器、减压阀、氢喷射器和氢气流量传感器；
优选地，所述手动阀和所述电磁阀之间设有高压压力传感器，所述减压阀和所述氢喷射器之间设有低压压力传感器；所述氢气流量传感器的出气口与所述氢燃料电池反应堆的阳极入口连通；
优选地，所述液态氢储罐为由内到外依次为硬质承载内胆、热防护层以及绝热外壳的三层结构组件；
优选地，所述氢供给装置还包括氢乏气回收装置；
优选地，所述氢乏气回收装置包括通过氢输运管道依次连通的水气分离器和循环泵；所述水气分离器的入口与所述氢燃料电池反应堆的阳极出口连通；所述水气分离器的第一出口与所述循环泵的入口连通；
优选地，所述水气分离器的第二出口连接有第二背压阀；
优选地，所述循环泵的出口连接至所述第一换热器和所述减压阀之间的氢输运管道上。
6.根据权利要求5所述的冷藏运输装置，其特征在于，所述冷却装置包括通过冷却液管道依次连通的散热器、蓄液箱和动力泵；
优选地，所述散热器的进液口与所述氢燃料电池反应堆的散热出口连通，所述动力泵的出液口与所述氢燃料电池反应堆的散热入口连通；所述散热器的位置高于所述蓄液箱。
7.根据权利要求6所述的冷藏运输装置，其特征在于，所述蓄电池组的阳极与所述氢燃料电池反应堆的阳极电性连接，所述蓄电池组的阴极与所述氢燃料电池反应堆的阴极电性连接。
8.根据权利要求7所述的冷藏运输装置，其特征在于，所述供冷模块还包括泄压阀、风机、用于测定所述载冷箱温度的第一温度传感器和用于测定所述冷藏厢体内温度的第二温度传感器；
优选地，所述两位两通电磁阀组包括与所述液体泵串接的第一两位两通电磁阀和串接于旁路通道的第二两位两通电磁阀。
9.根据权利要求8所述的冷藏运输装置，其特征在于，所述电脑控制模块分别独立地与所述空气流量传感器、所述氢气流量传感器、所述高压压力传感器、所述低压压力传感器、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第一两位两通电磁阀以及所述第二两位两通电磁阀的信号输出端电性连接，用于检测冷藏运输装置状态；
优选地，所述电脑控制模块还分别独立地与所述空气压缩机、所述电磁阀、所述氢喷射器、所述动力泵、所述液体泵、所述风机以及所述循环泵的控制执行端电性连接，用于改变冷藏运输装置状态。
10.一种液氢储能型冷藏运输装置的制冷方法，其特征在于，所述制冷方法采用如权利要求1-9任一项所述的冷藏运输装置进行，所述制冷方法包括：
S1：液态氢储罐中的液态氢在压力驱动下进入第一换热器中进行蒸发吸热，将冷量储存在供冷模块中，吸热后的液态氢气变为气态，进入氢燃料电池模块实现发电；
S2：供冷模块包括主动制冷模式与被动制冷模式，选定任一制冷模式后，再由供冷模块与冷藏厢体内的环境交换热量，实现制冷；
其中，所述主动制冷模式与所述被动制冷模式的选定规则包括：
判断电脑控制模块所设定的期望温度与冷藏厢体内实际温度的温度差是否大于等于z，z为大于等于4的实数，优选z为4；
若温度差≥z℃，启动主动制冷模式，实现快速制冷；
若温度差＜z℃，启动被动制冷模式，实现慢速制冷。
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