CN116290927A - 燃料电池热电联供的集装箱房 - Google Patents

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Abstract

本说明书实施例提供一种燃料电池热电联供的集装箱房，使用风冷燃料电池在化学反应过程中产生的热能，以风暖的形式向生活空间供暖，并且设置控制装置将供暖以第一预设室温为界分为两个阶段，在低于第一预设室温的第一阶段，风冷燃料电池满功率运行并向生活空间输送大量热能，快速升高室温，此时产生的电能向用电器提供，在室温上升至第一预设室温后进入第二阶段，风冷燃料电池部分功率运行，此时产生的电能被辅助取暖装置利用，和风冷燃料电池产生的热能一起温和的升高室温。该集装箱房解决无电力供电地区的集装箱房的生活用电和取暖问题，热电联供，节能环保，噪音低，续航时间长，并且能够自动控制集装箱房中生活区域的温度，舒适性好。

Description

燃料电池热电联供的集装箱房
技术领域
本说明书涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池热电联供的集装箱房。
背景技术
集装箱房作为临时房屋的一种常见形式，广泛的应用于无电力供应地区。集装箱房通常安装汽油或柴油发电机获取电能，供应生活日常使用，但是发电机的重量大、移动不便，并且在使用的过程中，噪声大、污染大，发电机的热能无法回收，能量转化效率低；还有一些集装箱房通过储能电池取电，但是储能电池需要通过充电补充电能，不适应无电力供应地区或偏远地区。集装箱房内部的温度调节多由空调进行，且需要人工控制，智能化程度低。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种燃料电池热电联供的集装箱房，能够解决无电力供电地区的集装箱房的生活用电和取暖问题，热电联供，节能环保，噪音低，续航时间长，并且能够自动控制集装箱房中生活区域的温度，舒适性好。
本说明书实施例提供以下技术方案：
一种燃料电池热电联供的集装箱房，包括：
生活舱主体，所述生活舱主体具有生活空间，所述生活空间用于提供日常生活所需环境，并设置有用于检测所述生活空间的温度的环境温度传感器；
氢气气源；
连接所述氢气气源的空冷燃料电池；
连接所述空冷燃料电池和所述生活舱主体的暖风管道；
辅助取暖装置，用于所述生活空间取暖；
通讯连接所述环境温度传感器、辅助取暖装置和所述空冷燃料电池的控制装置，所述控制装置进行如下控制：
当所述环境温度传感器的读数小于第一预设室温时，控制所述空冷燃料电池以满功率状态运行产生第一热能和第一电能，其中，所述第一热能通过所述暖风管道输送至所述生活空间，所述第一电能用于为所述生活空间中的用电器供电；
当所述环境温度传感器的读数大于等于所述第一预设室温小于等于第二预设室温时，控制所述空冷燃料电池以部分功率状态运行产生第二热能和第二电能，其中，所述第二热能通过所述暖风管道输送至所述生活空间，所述第二电能用于为所述辅助取暖装置供电，以使所述辅助取暖装置在所述控制装置的控制下向所述生活空间提供辅助热能。
上述的燃料电池热电联供的集装箱房，利用空冷燃料电池工作时生成的热能为生活空间提供风暖，并且将生活空间的供暖以第一预设室温为界分为两个阶段，在生活空间温度低于第一预设温度的第一个阶段中，空冷燃料电池以满功率状态运行，其生成的热能以暖风的形式输送至生活区域中，迅速提高生活区域的温度，其运行发出的电能还能用于生活区域中大功率用电器的用电；当生活空间温度高于第一预设温度后，空冷燃料电池降低功率以部分功率状态运行，继续以暖风形式向生活区域输送其生成的热能，提升生活区域的温度，同时将生成的电能向辅助取暖装置提供，与辅助取暖装置一同向生活区域供热，供热过程更加温和，上述的供热过程智能化水平高，舒适性好。该集装箱房，能够实现取暖和用电的热电联供，使得整个系统的能量利用效率更高，并且使用燃料电池作为动力源，体积小、重量轻、噪声低，续航时间长，能够更好的适应于无电力供电地区。
本发明还提供一种方案，所述控制装置还进行如下控制：
控制所述空冷燃料电池以部分功率状态运行，以及控制所述辅助取暖装置向所述生活空间提供辅助热能，使所述生活空间从所述第二预设室温上升至第三预设室温；
当所述环境温度传感器的读数大于所述第三预设室温时，控制所述空冷燃料电池切换至热待机状态。
本发明还提供一种方案，当所述环境温度传感器的读数大于等于所述第四预设室温且小于等于所述第三预设室温时，所述控制装置获取所述生活空间的温度变化速率，根据所述温度变化速率控制所述辅助取暖装置的热能输出功率，其中，所述第四预设室温大于所述第二预设室温小于所述第三预设室温。
本发明还提供一种方案，所述燃料电池热电联供的集装箱房还包括逆变器，所述逆变器电连接所述空冷燃料电池、所述用电器和所述辅助取暖装置，用于将所述第一电能和所述第二电能转化为交流电能。
本发明还提供一种方案，所述燃料电池热电联供的集装箱房还包括储能电池，所述储能电池电连接所述空冷燃料电池、所述逆变器。
本发明还提供一种方案，所述逆变器还包括功率检测模块，所述功率检测模块用于检测所述逆变器的输出功率。
本发明还提供一种方案，所述辅助取暖装置包括电热地暖、电热墙暖、暖风机、制热空调或油酊；
和/或，所述用电器包括电热水器、制冷空调。
本发明还提供一种方案，所述电热地暖包括地暖水箱、加热器、热交换器、地暖水泵和水温传感器，所述水温传感器用于检测所述地暖水箱的水温，所述控制装置通讯连接所述加热器、所述地暖水泵和所述水温传感器，所述控制装置还进行如下控制：
当所述环境温度传感器的读数大于等于所述第一预设室温小于等于第五预设室温时，若所述水温传感器的读数小于第一预设水温，控制所述加热器加热，以及关闭所述地暖水泵，若所述水温传感器的读数大于等于所述第一预设水温，控制所述加热器加热，以及运行所述地暖水泵使热水在所述热交换器和所述地暖水箱之间循环；
当所述环境温度传感器的读数大于第五预设室温时，所述控制装置获取所述生活空间的温度变化速率，根据所述温度变化速率控制所述地暖水泵的运行时间，以及关闭所述加热器；
其中，所述第五预设室温大于所述第二预设室温。
本发明还提供一种方案，当所述环境温度传感器的读数大于等于所述第一预设室温小于等于第五预设室温，且所述水温传感器的读数小于第一预设水温时，所述控制装置还用于控制断开所述用电器的电能供应。
本发明还提供一种方案，所述暖风管道包括供气支路和排气支路，所述供气支路设置有供气控制阀，所述排气支路设置有排气控制阀，所述控制装置通讯连接所述供气控制阀和所述排气控制阀，以根据所述环境温度传感器的读数调节所述供气支路和所述排气支路的气流流量比例。
与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：采用上述装置和控制过程的燃料电池热电联供的集装箱房，使用氢气作为空冷燃料电池的能源供给，自给供电，长久续航，氢气气源更换方便，生活舱使用更便利、灵活；通过利用空冷燃料电池在化学反应过程中产生的热能，实现热电联供，更环保，更静音，实现更高的能量转换效率；能够自动控制生活区域的温度，使用更简单、体感更舒适。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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它的附图。
图1是一种燃料电池热电联供的集装箱房的基本构造的俯视示意图；
图2是一种燃料电池热电联供的集装箱房的供热系统的部件示意图；
图3是一种燃料电池热电联供的集装箱房的供热系统的总控制流程图；
图4是一种燃料电池热电联供的集装箱房的供热系统启动控制流程；
图5是一种燃料电池热电联供的集装箱房的供热系统保温控制流程；
其中，1、制冷空调，2、电热水器，3、继电器A，4、继电器B，5、热交换器，6、环境温度传感器，7、继电器C，8、电热管，9、水温传感器，10、地暖水泵，11、继电器D，12、逆变器，13、储能电池，14、储氢系统，15、散热风扇，16、空冷燃料电池，17、暖风管道，171、供气支路，172、排气支路。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，本说明书的描述中，需要理解的是，本说明书的示例实施例中所描述的“上”、“下”、“内”、“外”等方位词，“第一”、“第二”、“第三”、等数量词，是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本说明书的示例实施例的限定。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
如背景技术中所述，集装箱房易于运输和布置，常用于无电力供应地区和/或低温地区，但是不论是燃油发电机组还是储能电池，在实际应用时都会遇到不便或问题，随着燃料电池技术的发展，为集装箱房的电能供应带来了新的解决方式。
燃料电池在启动后会因为其本身发生的化学反应生成热能，如果可以合理利用该热能，将有效提高能量的综合利用效率，发明人通过改变集装箱房的内部结构和设备选型，使用风冷燃料电池，设置连通箱内生活区域和风冷燃料电池的送风管路，使得生成的热能能够为生活区域供热。发明人同时考虑到集装箱房在低温环境中的适用性，将供热分成两个阶段，设置温度传感器、控制装置、辅助取暖装置实现两个阶段不同的供热过程。控制装置根据温度传感器测得的生活区域中的室内温度，对供热过程进行控制，具体的，根据设定的两个温度控制不同的供热模式，其中第一个预设温度为较低的温度，如果此时室温低于第一预设温度，进入第一个加热阶段，风冷燃料电池满功率运行，产生大量的热能，迅速提升生活区域的室温，此时所发电能可以用于生活区域中大功率用电器，比如为电热水器烧热水；当室温上升至超过第一个预设温度，生活区域中以具备较高基础室温，可以切换至升温温和的第二阶段，以将室温继续提升至第二个预设温度，在该阶段中，风冷燃料电池以部分功率运行，所产生的热能仍旧通过风暖的形式提供给生活区域，此时提供的风暖较之慢功率运行时的风暖更加温和，同时，辅助取暖装置启动，利用风冷燃料电池的电能产生辅助热能，与风暖一起继续升高生活区域的室温，能够提供更加舒适的升温过程，若有多余的电能还能给用电器使用。该方案中，燃料电池因为自身的特性，反应产物为水，满足环保要求，且噪音小，续航时间长，并且能够实现热电联供，满足无电力供应地区和/或低温地区的用电和取暖需要，通过上述的两阶段的升温过程，自动控制升温过程，智能化水平高，体感更加舒适。
以下结合附图，说明本申请各实施例提供的技术方案。
如图1至图5所示，本发明提供一种燃料电池热电联供的集装箱房，包括以下装置：
生活舱主体，例如使用20尺的标准集装箱为基础构建集装箱房，包括生活舱主体，生活舱主体具有生活空间，生活空间用于提供日常生活所需环境，生活空间可以包括如图1中所示的生活区，卫生间，生活空间中设置有环境温度传感器6，该环境温度传感器6用于检测生活空间的温度。生活区包括床、桌椅、衣柜等，卫生间包括洗浴设施、马桶等，生活区和卫生间中都可以配置多种生活用电器，包括但不限于电热水器、制冷空调。
氢气气源，例如如图1中所示的储氢系统14，储氢系统14包括若干个氢气钢瓶。通过设置合理数量的氢气钢瓶的数量，可以设置供电供热的续航时间。
空冷燃料电池16，例如质子交换膜型空冷电堆系统，该电堆系统连接氢气气源，以将从储氢系统14获取的氢气与从空气中获取的氧气反应，发出直流电能；空冷燃料电池16辅助以散热风扇15为主体的散热系统，向外送出空冷燃料电池16工作时产生的热能。
暖风管道17，连接空冷燃料电池16和生活舱主体的，能够将散热系统排出的热能送入上述的生活空间中。
辅助取暖装置，例如电热地暖、电热墙暖、暖风机、制热空调或油酊等，用于生活空间取暖。
控制装置，例如PLC控制板、工控机、微型计算机等，控制装置通讯连接环境温度传感器6、辅助取暖装置和空冷燃料电池16，需要说明的是，此处的通讯连接包括有线通讯连接和无线通讯连接，实际实施中可以根据应用环境和设备类型灵活的选择。控制装置进行如下控制：
当环境温度传感器6的读数小于第一预设室温(如图3和图4中的10℃)时，控制空冷燃料电池16以满功率状态运行产生第一热能和第一电能，其中，第一热能通过暖风管道17输送至生活空间，第一电能用于为生活空间中的用电器供电；
当环境温度传感器6的读数大于等于第一预设室温(如图3和图4中的10℃)小于等于第二预设室温(如图3和图4的16℃)时，控制空冷燃料电池16以部分功率状态运行产生第二热能和第二电能，同样的，第二热能通过暖风管道17输送至生活空间，不同的是第二电能用于为辅助取暖装置供电，此时，辅助取暖装置在控制装置的控制下向生活空间提供辅助热能。
在上述方案中，通过将生活空间的升温分为两个阶段，在第一阶段中，生活空间的室温较低，风冷燃料电池以满功率状态运行，此时发热量和发电量均为最大，可以给生活空间输送大量暖风，使生活区域快速升温，此时的电能可以为各种用电器提供电能；当生活空间中的温度上升至第一预设温度后，升温进入第二阶段，此时风冷燃料电池以部分功率状态运行，暖风管道继续向生活空间提供暖风，同时在控制装置的控制下辅助取暖装置启动，与暖风一同以温和的方式继续升高生活空间的温度至第二预设温度。配置有上述装置的集装箱房，能够自动调节生活空间的温度，第一阶段的升温速度快，在具备基础温度后的第二阶段升温柔和，不仅智能化程度高，而且能够提供舒适的温度环境，此外，这种基于风冷燃料电池的供热和供电系统，实现取暖和用电的热电联供，整个系统的能量利用效率高，燃料电池作为动力源，体积小、重量轻、噪声低，续航时间长，能够更好的适应于无电力供电地区。
需要说明的是，在第一阶段中，用电器可以是生活空间中任何用电器，优选的，用电器为大功率用电器，例如在采用额定输出功率为1kW的质子交换膜型空冷电堆系统时，生活区的卫生间中配置有600W的电热水器，在低温环境中(如10℃以下)为生活区提供热水，可以提高居住舒适度，而且由于水的比热容大，加热升温过程慢，此时，燃料电池满负荷运转，可以满足电热水器启动加热的要求。还需要说明的是，集装箱房中还可以设置有储能电池，此时风冷燃料电池也可以为储能电池充电。
还需要说明的是，第一预设室温、第二预设室温可以根据集装箱房的使用环境灵活的选择，并不限于图3和图4以及上文中所述的10℃和16℃。同样的，本说明书以及说明书附图中涉及的具体设定温度(如图4关于生活区温度的18℃，以及地暖水箱水温的40℃、50℃、60摄氏度)仅为举例，不能理解为对本发明的限制，在具体实施中可以根据集装箱房的使用环境、居住人员的需求等灵活的设置，取用其他的设定温度。
还需要说明的是，上述的燃料电池热电联供的集装箱房的能够实现分阶段式升温的供热系统(包括氢气气源、空冷燃料电池、暖风管道、辅助取暖装置、控制装置、环境温度传感器)也可以应用于其他形式的简易房屋中，而不限于以集装箱为基础结构的简易房屋。
还需要说明的是，当生活空间的室温达到第二预设室温时，可以将风冷燃料电池切换至热待机状态。
在一些实施方式中，在上述结构和装置的基础上，控制装置还能继续将生活空间的室温从第二预设室温继续提升至第三预设室温，具体的，控制装置还进行如下控制：
控制空冷燃料电池以部分功率状态运行，以及控制辅助取暖装置向生活空间提供辅助热能，使生活空间从第二预设室温上升至第三预设室温(如图3和图4中的20℃)；
当环境温度传感器6的读数大于第三预设室温时，控制空冷燃料电池切换至热待机状态。
需要说明的是，在设置有储能电池的集装箱房中，当环境温度传感器6的读数大于第三预设室温时，可以首先使用储能电池中的电能，当储能电池中的电能低于设定阈值时，控制设备控制空冷燃料电池从热待机状态切换至工作发电状态。在上述基础上，各用电器可以通过继电器接入由空冷燃料电池和储能电池提供电能的微电网，如图2中，制冷空调1通过继电器A1接入微电网，控制装置通讯连接继电器A1，当环境温度传感器6的读数大于第三预设室温时，控制继电器A1打开，为制冷空调1提供电能。
在一些实施方式中，在设置第三预设温度的基础上，当环境温度传感器6的读数大于等于第四预设室温(如图4中的18℃)且小于等于第三预设室温时，控制装置获取生活空间的温度变化速率，根据温度变化速率控制辅助取暖装置的热能输出功率，其中，第四预设室温大于第二预设室温小于第三预设室温。
在上述方案中，辅助取暖装置可以包括电热地暖、电热墙暖、暖风机、制热空调或油酊中的任意一种。需要说明的是，图2至图5中以电热地暖为例进行说明，并不能理解为图示作为对本发明实施方式的限制。
优选的，使用电热地暖、电热墙暖或两种的组合作为辅助取暖装置。通过使用电热地暖、电热墙暖提供更加缓和、舒适的升温环境。
以电热地暖为例，如图2、图4、图5所示，电热地暖包括地暖水箱、加热器、热交换器5、地暖水泵10和水温传感器9，水温传感器9安装在地暖水箱中，用于检测地暖水箱的水温，控制装置还被设置成通讯连接加热器、地暖水泵10和水温传感器9，其中加热器可以是电热管8(如图2所示)控制装置还进行如下控制：
当环境温度传感器6的读数大于等于第一预设室温(如图4中的10℃)小于等于第五预设室温(如图4中的18℃)时，执行两种操作：若水温传感器9的读数小于第一预设水温(如图4中的40℃)，控制加热器加热，以及控制关闭地暖水泵10；若水温传感器9的读数大于等于第一预设水温，控制加热器加热，以及运行地暖水泵10使热水在热交换器5和地暖水箱之间循环；
当环境温度传感器6的读数大于第五预设室温时，控制装置获取生活空间的温度变化速率，根据温度变化速率控制地暖水泵10的运行时间，以及关闭加热器；
需要说明的是，第五预设室温被设定成大于第二预设室温，如图4中所示，设置第五预设室温为18℃，设置第二预设室温为16℃；五预设室温也可以被设定成大于16℃的其他温度(图中未示出)。
还需要说明的是，可以通过控制继电器的方式来控制加热器加热和地暖水泵10的水循环，如图2所示，继电器C7通讯连接控制装置并电连接电热管8，继电器D11通讯连接控制装置并电连接地暖水泵10。
在一些实施方式中，当生活区域的室温在第一预设室温和第二预设室温之间时，控制装置控制电热地暖执行保温动作，具体的保温控制过程参见图5所示。
在一些实施方式中，当环境温度传感器6的读数大于等于第一预设室温小于等于第五预设室温，且水温传感器9的读数小于第一预设水温时，控制装置还用于控制断开用电器的电能供应，例如断开继电器B4，不向电热水器2供应电能，实际实施中还可以灵活的设置断开其他多个用电的方式，例如也使用多个继电器的方式断开电能供应。上述方案中，能够集中风冷燃料电池产生的电能加热地暖水箱的水，使电热地暖能更快的供热。
在一些实施方式中，如图2至图4所示，燃料电池热电联供的集装箱房还包括逆变器12，逆变器12电连接空冷燃料电池16、用电器和辅助取暖装置，用于将第一电能和第二电能转化为交流电能。通过设置逆变器12将风冷燃料电池16的直流电能转化为交流电能，能够便于生活空间中安装的各类用电器取电，设备选型多。
在一些实施方式中，如图2燃料电池热电联供的集装箱房还包括储能电池13，储能电池13电连接空冷燃料电池16、逆变器12。通过设置储能电池13能够储存空冷燃料电池16产生的多余电能，并在空冷燃料电池16的发电量不足时，补充微电网中的电能；还能为空冷燃料电池16提供启动电能。
在一些实施方式中，逆变器12还包括功率检测模块，功率检测模块用于检测逆变器12的输出功率。通过检测检测逆变器12的输出功率，可以向控制系统反馈用电器的是否处于工作状态，特别是反馈大功率用电器的工作状态。
在一些实施方式中，如图2所示，暖风管道17包括供气支路171和排气支路172，供气支路171设置有供气控制阀，排气支路172设置有排气控制阀，控制装置通讯连接供气控制阀和排气控制阀，以根据环境温度传感器6的读数调节供气支路171和排气支路172的气流流量比例。在上述方案中，通过控制进入生活空间的暖空气的比例，调节升温的速度。
在其他一些实施方式中，控制装置还可以根据生活空间的温度变化速率调节供气支路171和排气支路172的气流流量比例。
在一些实施方式中，燃料电池热电联供的集装箱房的舱壁还设置有保温材料。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种燃料电池热电联供的集装箱房，其特征在于，包括：
生活舱主体，所述生活舱主体具有生活空间，所述生活空间用于提供日常生活所需环境，并设置有用于检测所述生活空间的温度的环境温度传感器；
氢气气源；
连接所述氢气气源的空冷燃料电池；
连接所述空冷燃料电池和所述生活舱主体的暖风管道；
辅助取暖装置，用于所述生活空间取暖；
通讯连接所述环境温度传感器、辅助取暖装置和所述空冷燃料电池的控制装置，所述控制装置进行如下控制：
当所述环境温度传感器的读数小于第一预设室温时，控制所述空冷燃料电池以满功率状态运行产生第一热能和第一电能，其中，所述第一热能通过所述暖风管道输送至所述生活空间，所述第一电能用于为所述生活空间中的用电器供电；
当所述环境温度传感器的读数大于等于所述第一预设室温小于等于第二预设室温时，控制所述空冷燃料电池以部分功率状态运行产生第二热能和第二电能，其中，所述第二热能通过所述暖风管道输送至所述生活空间，所述第二电能用于为所述辅助取暖装置供电，以使所述辅助取暖装置在所述控制装置的控制下向所述生活空间提供辅助热能。
2.根据权利要求1所述的燃料电池热电联供的集装箱房，其特征在于，所述控制装置还进行如下控制：
控制所述空冷燃料电池以部分功率状态运行，以及控制所述辅助取暖装置向所述生活空间提供辅助热能，使所述生活空间从所述第二预设室温上升至第三预设室温；
当所述环境温度传感器的读数大于所述第三预设室温时，控制所述空冷燃料电池切换至热待机状态。
3.根据权利要求2所述的燃料电池热电联供的集装箱房，其特征在于，当所述环境温度传感器的读数大于等于所述第四预设室温且小于等于所述第三预设室温时，所述控制装置获取所述生活空间的温度变化速率，根据所述温度变化速率控制所述辅助取暖装置的热能输出功率，其中，所述第四预设室温大于所述第二预设室温小于所述第三预设室温。
4.根据权利要求1所述的燃料电池热电联供的集装箱房，其特征在于，所述燃料电池热电联供的集装箱房还包括逆变器，所述逆变器电连接所述空冷燃料电池、所述用电器和所述辅助取暖装置，用于将所述第一电能和所述第二电能转化为交流电能。
5.根据权利要求4所述的燃料电池热电联供的集装箱房，其特征在于，所述燃料电池热电联供的集装箱房还包括储能电池，所述储能电池电连接所述空冷燃料电池、所述逆变器。
6.根据权利要求4所述的燃料电池热电联供的集装箱房，其特征在于，所述逆变器还包括功率检测模块，所述功率检测模块用于检测所述逆变器的输出功率。
7.根据权利要求1所述的燃料电池热电联供的集装箱房，其特征在于，所述辅助取暖装置包括电热地暖、电热墙暖、暖风机、制热空调或油酊；
和/或，所述用电器包括电热水器、制冷空调。
8.根据权利要求7所述的燃料电池热电联供的集装箱房，其特征在于，所述电热地暖包括地暖水箱、加热器、热交换器、地暖水泵和水温传感器，所述水温传感器用于检测所述地暖水箱的水温，所述控制装置通讯连接所述加热器、所述地暖水泵和所述水温传感器，所述控制装置还进行如下控制：
当所述环境温度传感器的读数大于等于所述第一预设室温小于等于第五预设室温时，若所述水温传感器的读数小于第一预设水温，控制所述加热器加热，以及关闭所述地暖水泵，若所述水温传感器的读数大于等于所述第一预设水温，控制所述加热器加热，以及运行所述地暖水泵使热水在所述热交换器和所述地暖水箱之间循环；
当所述环境温度传感器的读数大于第五预设室温时，所述控制装置获取所述生活空间的温度变化速率，根据所述温度变化速率控制所述地暖水泵的运行时间，以及关闭所述加热器；
其中，所述第五预设室温大于所述第二预设室温。
9.根据权利要求8所述的燃料电池热电联供的集装箱房，其特征在于，当所述环境温度传感器的读数大于等于所述第一预设室温小于等于第五预设室温，且所述水温传感器的读数小于第一预设水温时，所述控制装置还用于控制断开所述用电器的电能供应。
10.根据权利要求1所述的燃料电池热电联供的集装箱房，其特征在于，所述暖风管道包括供气支路和排气支路，所述供气支路设置有供气控制阀，所述排气支路设置有排气控制阀，所述控制装置通讯连接所述供气控制阀和所述排气控制阀，以根据所述环境温度传感器的读数调节所述供气支路和所述排气支路的气流流量比例。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08270961A (ja) * 1995-03-31 1996-10-18 Rinnai Corp 温水循環式暖房機の温水温度制御装置
CN206872610U (zh) * 2017-03-31 2018-01-12 广东合即得能源科技有限公司 生物质热电联产的生态养猪系统
CN108651285A (zh) * 2017-03-31 2018-10-16 广东合即得能源科技有限公司 利用猪粪就地实现热电联供的智能化养猪场
CN110230839A (zh) * 2019-06-14 2019-09-13 哈尔滨理工大学 一种燃气壁挂炉和燃料电池组合采暖供热系统
CN110525237A (zh) * 2019-08-30 2019-12-03 奇瑞商用车（安徽）有限公司 电动汽车燃料电池的热电联供系统及其控制方法
CN112109595A (zh) * 2020-10-14 2020-12-22 山东中科先进技术研究院有限公司 一种燃料电池的控制系统
CN214778163U (zh) * 2021-05-28 2021-11-19 四川荣创新能动力系统有限公司 一种基于燃料电池的集装箱保温系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08270961A (ja) * 1995-03-31 1996-10-18 Rinnai Corp 温水循環式暖房機の温水温度制御装置
CN206872610U (zh) * 2017-03-31 2018-01-12 广东合即得能源科技有限公司 生物质热电联产的生态养猪系统
CN108651285A (zh) * 2017-03-31 2018-10-16 广东合即得能源科技有限公司 利用猪粪就地实现热电联供的智能化养猪场
CN110230839A (zh) * 2019-06-14 2019-09-13 哈尔滨理工大学 一种燃气壁挂炉和燃料电池组合采暖供热系统
CN110525237A (zh) * 2019-08-30 2019-12-03 奇瑞商用车（安徽）有限公司 电动汽车燃料电池的热电联供系统及其控制方法
CN112109595A (zh) * 2020-10-14 2020-12-22 山东中科先进技术研究院有限公司 一种燃料电池的控制系统
CN214778163U (zh) * 2021-05-28 2021-11-19 四川荣创新能动力系统有限公司 一种基于燃料电池的集装箱保温系统

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