一种新型的高储氢空中加氢无人机，通过金属储氢反应器等装置产生氢气，机翼表面置有膜材料可进一步将燃料电池产生的水转换为氢气重复利用；机尾下方由两截刚性可伸缩管所组成的加氢桁杆可为无人机补充氢能源。储氢反应器内部置有金属储氢材料及换热流体通道；液氢储罐采用双层真空的绝热容器以保证其良好的绝热性；气囊式缓冲罐内部装有压力传感器用于检测氢气的压力，通过负反馈机制及时控制氢气的进出量。氢燃料电池工作时产生的水可以通过敷有膜材料的储水装置进行光解，生成的氢气进入缓冲罐再次循环利用。该发明专利技术解决了目前无人机在飞行过程中氢气不足的问题，能够及时为工作中的氢能无人机补给能源，从而提升受氢机的高续航性能。续航性能。续航性能。
【技术实现步骤摘要】
一种新型高储氢空中加氢无人机
[0001]本专利技术属于氢能存储的
，具体涉及一种新型高储氢空中加氢无人机。
技术介绍
[0002]氢能与目前现有的化石能源比较，其使用过程中不会对环境造成污染，而且生成的产物为水，将产物水光解后再次产生氢气进行循环利用，氢能是目前最理想的绿色能源之一；飞机在空中飞行的时长和航程是衡量其飞行性能的重要指标。目前大多数的无人机存在工作时间短、续航里程不足的问题，导致其工作效率、作战或工作半径降低。
[0003]对于以化石燃料为能源驱动的无人机，通常采用增加飞机的载油量提升飞行性能；对于以电池为驱动力的无人机，人们选择性的增加电池的容量或者数量提升续航里程；对于以氢能为驱动力的无人机，则是增加储氢量以延长其留空时间。但是由于无人机自身体积的限制，不论采用哪种方式都不是很理想，因此，为了延长无人机的留空时间，提高快速机动能力，进而空中加氢无人机应运而生，该空中加氢无人机能及时为作业时的氢能无人机补充燃料。
[0004]氢能是21世纪公认的清洁能源，氢与大气中的氧气燃烧或反应后的产物为水；同时，产生的水又可被光解后再次生成氢气。氢能来自于水燃烧且燃烧后又生成水，不影响物质的循环，无毒无害，且属于二次能源。氢燃料电池的化学能转换效率在理论上可达100％，实际效率已达60％～80％，为普通内燃机的效率的2～3倍；将氢燃料电池的效率按60％计算，一千克的氢气能够产生19.8kwh的电量，相较于蓄电池而言极大的增加了无人机的续航能力。因此本专利技术以氢气为燃料，解决了目前化石能源燃烧产生的污染问题，同时缓解了环境的压力，也克服了蓄电池的寿命短、充电时间长、续航时间短等问题。
[0005]本专利技术涉及的高储氢空中加氢无人机采用的是一种以气固相反应器为核心的储氢系统，反应器内部填充固体储氢材料，包含但不仅限于硼氢化镁、硼氢化钠等配位氢化物和稀土系、钛系、锆系、镁系等金属氢化物。
[0006]加氢机采用气态、液态和固态储氢材料三种加注方式：双层抽真空的夹套式液氢储罐内的液氢采用刚性伸缩管所组成的桁杆直接加注；装有吸饱氢后固体储氢材料的储罐和铝内胆碳纤维全缠绕气体储罐通过加氢吊舱直接对受氢机进行加注。
技术实现思路
[0007]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种新型高储氢空中加氢无人机，以燃料电池为驱动力，具有续航时间长、零污染、循环利用、比能量高的优点；同时利用固体材料储氢，具有储氢量大、储氢效率高、安全性能好、操作方便等优点。本无人机具有三种加氢方式：通过刚性伸缩管所组成的桁杆加注液态氢、两个加氢吊舱分别加固体储氢材料和气态氢；在机翼面上安装膜材料储水装置来光解燃料电池产生的水，生成循环利用的氢气，可实现高空中为受氢机加注氢气，能有效提升受氢机的工作时间与续航里程。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]一种新型高储氢空中加氢无人机，包括机架(11)，其特征在于，机架(11)机身前段固定驱动装置(1)、遥感装置(2)、气囊式缓冲罐A(3)、气体氢气储罐A(4)，中段固定气囊式缓冲罐B(13)、燃料电池(14)、金属储氢反应器(15)，后段固定液氢储罐(12)，机翼尾部设有两截可伸缩的刚性伸缩管加氢桁杆(10)；机架(11)机翼两侧分别安装动力装置(5)，一侧机翼安装气体氢气储罐B(6)、膜材料储水装置(7)、气体加氢吊舱(8)；另一侧机翼安装膜材料储水装置(7)、固体氢气储氢罐(16)、固体加氢吊舱(17)；气体加氢吊舱(8)后方连接加氢锥套(9)；两侧加氢吊舱上的加氢设备采用插头锥套式软管，一个与气体氢气储罐A(4)、气体氢气储罐B(6)相连接，另一个与固体氢气储氢罐(16)相连接；机翼尾部的两截可伸缩的刚性伸缩管加氢桁杆(10)与液氢储罐(12)相连接。
[0010]所述的金属储氢反应器(15)采用螺旋管式反应器或板式反应器。
[0011]所述的螺旋管式反应器为：壳体(22)中部设有测温管(23)、侧盖(30)；中间设有气相进出口通道(36)，气相进出口通道(36)与壳体(22)之间设有螺旋管式微通道(20)及反应物床层(21)，螺旋管式微通道(20)上端连接管板(33)，下端连接铜隔板(28)，管板(33)通过螺母(31)、法兰(32)固定于壳体(22)，壳体(22)上端一侧设有换热流体出口缓冲排气槽(35)，端面设有换热流体出口(18)，气相进出口通道(36)与管板(33)之间设有密封圈(38)，气相进出口通道(36)上端为气相进出口(37)，气相进出口通道(36)内设有滤网(29)，管板(33)与壳体(22)之间上端空间为换热流体出口缓冲槽(19)，下端空间为换热流体入口缓冲槽(24)，壳体(22)下端一侧设有换热流体入口缓冲槽排气口(25)，底端设有换热流体入口(26)；壳体(22)固连支座(27)。
[0012]所述的板式反应器为：换热流体通道(41)设有换热流体出口(26)、换热流体入口(18)，换热流体通道(41)内设有气相进出口(37)及金属氢化物(42)，上方设有盖板(4)。
[0013]所述的机架(11)采用硬质合金材料且具有一定强度，两机翼间的机身中间部位分为上下两层，上层装有燃料电池(13)，下层置有气体氢气储罐A(4)、气体氢气储罐B(6)，燃料电池与气体氢气储罐A(4)、气体氢气储罐B(6)相连，实现氢能向电能的转换。
[0014]所述的金属储氢反应器(15)连接气囊式缓冲罐B(13)，燃料电池(13)通过氢气调节阀(43)连接燃料电池(14),燃料电池(14)连接膜材料储水装置(7)，膜材料储水装置(7)通过压力传感器(44)、氢气阀门(45)连接气囊式缓冲罐B(13)。
[0015]所述的加氢锥套(9)前端为加氢接头(46)及自动锁紧受氢管口装置(47)。
[0016]所述的机翼尾部的加氢桁杆为硬管式，与液氢储罐相连接，用于给受氢机加注液态氢。
[0017]所述的机架(11)内具有遥感装置，遥控制装置上具有信号接收器用于操控无人机；具有驱动装置，通过遥感装置传递信号给驱动装置来改变无人机的起飞、降落以及飞行状态；具有DC/DC转换器，用于控制燃料电池电压的稳定的输出。
[0018]所述的加氢锥套(9)的加氢口为螺母式、法兰式或磁吸式，当连接方式为螺母式，加氢口为螺母；当连接方式采用不锈钢法兰连接，每个法兰上有8个丝口，法兰的密封面为榫卯式加氢口与受氢机的受氢口各安装一个10号钢制的透镜型的金属垫片，两个法兰采用丝扣式连接，受氢机受氢口处的法兰上具有螺丝，在加氢时榫卯式的密封面首先连接，密封面上有感应装置，检测到连接无误后螺丝自动上紧锁死；当采用磁吸式的方式连接，加氢口为公头，公头上有8个导电的端子，每个导电端子的电接端具有凸起部，凸起部的周围具有
磁体，受氢机的受氢口为母座，母座导电端子的电接端设有与凸起部对应的凹槽，凹槽的周围具有磁体，使得公头和母座连接的更加稳定。
[0019]本专利技术的有益效果是：
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种新型高储氢空中加氢无人机，包括机架（11），其特征在于，机架（11）机身前段固定驱动装置（1）、遥感装置（2）、气囊式缓冲罐A（3）、气体氢气储罐A（4），中段固定气囊式缓冲罐B（13）、燃料电池（14）、金属储氢反应器（15），后段固定液氢储罐（12），机翼尾部设有两截可伸缩的刚性伸缩管加氢桁杆（10）；机架（11）机翼两侧分别安装动力装置（5），一侧机翼安装气体氢气储罐B（6）、膜材料储水装置（7）、气体加氢吊舱（8）；另一侧机翼安装膜材料储水装置（7）、固体氢气储氢罐（16）、固体加氢吊舱（17）；气体加氢吊舱（8）后方连接加氢锥套（9）；两侧加氢吊舱上的加氢设备采用插头锥套式软管，一个与气体氢气储罐A（4）、气体氢气储罐B（6）相连接，另一个与固体氢气储氢罐（16）相连接；机翼尾部的两截可伸缩的刚性伸缩管加氢桁杆（10）与液氢储罐（12）相连接。2.根据权利要求1所述的一种新型高储氢空中加氢无人机，其特征在于，所述的金属储氢反应器（15）采用螺旋管式反应器或板式反应器。3.根据权利要求2所述的一种新型高储氢空中加氢无人机，其特征在于，所述的螺旋管式反应器为：壳体（22）中部设有测温管（23）、侧盖（30）；中间设有气相进出口通道（36），气相进出口通道（36）与壳体（22）之间设有螺旋管式微通道（20）及反应物床层（21），螺旋管式微通道（20）上端连接管板（33），下端连接铜隔板（28），管板（33）通过螺母（31）、法兰（32）固定于壳体（22），壳体（22）上端一侧设有换热流体出口缓冲排气槽（35），端面设有换热流体出口（18），气相进出口通道（36）与管板（33）之间设有密封圈（38），气相进出口通道（36）上端为气相进出口（37），气相进出口通道（36）内设有滤网（29），管板（33）与壳体（22）之间上端空间为换热流体出口缓冲槽（19），下端空间为换热流体入口缓冲槽（24），壳体（22）下端一侧设有换热流体入口缓冲槽排气口（25），底端设有换热流体入口（26）；壳体（22）固连支座（27）。4.根据权利要求2所述的一种新型高储氢空中加氢无人机，其特征在于，所述的板式反应器为：换热流体通道（41）设有换热流体出口（26）、换热流体入口（18），换热流体通道（41）内设有气相...
【专利技术属性】
技术研发人员：王玉琪，郑帅帅，王迪，管司楠，党婷婷，丁鑫，吴乐，郑岚，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：
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