应用于浮空器的可再生燃料电池的高效储气系统技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于浮空器的可再生燃料电池的高效储气系统，本发明专利技术充分利用浮空器内部巨大的体积，利用两只相互独立的气囊储存参与燃料电池反应的氢气和氧气，提高了气体的储存重量效率，减少了储气过程中的能量消耗，提高了可再生氢氧燃料电池系统的能量密度、循环效率和循环寿命。本发明专利技术利用氦气的阻燃特性，保证氢气囊和氧气囊的安全；利用气囊材料的力学性能，通过气囊的超压储气，减小气囊体积和重量，减小储气体积变化对浮空器内外压差的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于浮空器的可再生燃料电池的高效储气系统，属于航空航天

技术介绍
太阳能浮空器是一种极具发展潜力的新型飞行器，它以太阳能为动力来源，无需携带任何燃料，理论上可以实现永久空中飞行。白天，依靠铺设于浮空器表面的光伏电池，太阳能浮空器将太阳能转化为电能，一部分电能直接供螺旋桨和机载用电设备使用，维持浮空器的正常飞行，另一部分电能储存在储能装置中，供夜间使用。能源动力系统以一天为一个循环，不需消耗任何燃料，因此太阳能浮空器具有数周至数月的超长航时。相比常规飞行器，太阳能浮空器优势明显，应用前景非常广阔。可在生氢氧燃料电池是很理想的储能装置，其理论能量密度可达3400wh/kg，但受制于现实技术水平，特别是氢气和氧气的储存重量效率，目前其能量密度只能达到300—500wh/kg，循环效率低于50%，储能装置重量占太阳能浮空器的比重很大，导致浮空器尺寸巨大，可行性差。提高氢气和氧气的储存重量效率，对于提高可再生氢氧燃料电池的能量密度，进而减小太阳能浮空器的尺寸和重量，有着极其重要的意义。目前普遍采用的储气装置是复合材料缠绕金属内衬储气罐，储气压力在30_70MPa之间，主要依靠铝制内衬密封气体，复合材料承受气体压力。气罐的储气重量效率很低，且反复充放气会导致金属疲劳，因此气罐的循环使用次数很有限，制约了其在超长航时飞行器上的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出一种应用于浮空器的可再生燃料电池的高效储气系统，通过改变氢气和氧气的储存形式，提高储气重量效率，进而提高可再生氢氧燃料电池的能量密度、循环效率和循环寿命，减小太阳能浮空器的尺寸和体积。一种应用于浮空器的可再生燃料电池的高效储气系统，包括连接件、氢气囊、输气管路、可再生燃料电池和氧气囊；连接件、氢气囊、输气管路、可再生燃料电池和氧气囊均位于浮空器外壳内部，氢气囊通过连接件悬挂固定在浮空器外壳的顶部，氢气囊与浮空器外壳之间设有间隙，氧气囊通过另外一个连接件固定在外壳的底部，氢气囊通过输气管路与可再生燃料电池相连，氧气囊通过另一个输气管路与可再生燃料电池相连，浮空器外壳内部充满氦气。本专利技术的优点在于:(I)提高了储气重量效率和可再生燃料电池系统能量密度。现在一般采用高压气罐储气技术存储氢气和氧气，对于氢气的储存重量效率在7%左右。本专利技术的储气方式可将氢气的储存重量效率提高到20%左右。储存重量效率的增加，提高了可再生燃料电池系统的能量密度；(2)提高了可再生燃料电池系统循环效率。现有的采用高压气罐储气技术，在将燃料电池电解水产生的氢气和氧气储存进气罐时，需对氢气和氧气加压做功，一般需加压到30— 70MPa。加压过程需消耗大量的能量，降低了可再生燃料电池系统循环效率。本专利技术的气囊储气方式，不需对气体进行加压处理，电解水产生的氢气和氧气可以直接储存到气囊中，提高了可再生燃料电池系统循环效率；(3)降低了储气系统的耐压要求，提高了可再生燃料电池系统可靠性和循环寿命。由于气囊采用低压储气方式，相应的输气管路的耐压要求大大降低，简化了加压和降压设备，提高了可再生燃料电池系统可靠性。高压气罐为了密封气体，采用铝制内衬，反复充放气会导致金属疲劳，因此气罐的循环使用次数很有限，而采用柔性的气囊储气则不存在该问题，使用寿命大大提高。附图说明图1是本专利技术的结构组成示意图。图中:1-浮空器外壳；2_连接件；3_氢气囊；4_输气管路；5_可再生燃料电池；6_氧气囊；7-浮空器尾翼。具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种应用于浮空器的可再生燃料电池的高效储气系统，如图1所示，包括连接件2、氢气囊3、输气管路4、可再生燃料电池5和氧气囊6 ；连接件2、氢气囊3、输气管路4、可再生燃料电池5和氧气囊6均位于浮空器外壳I内部，氢气囊3通过连接件2悬挂固定在浮空器外壳I的顶部，氢气囊3与浮空器外壳I之间设有间隙，氧气囊6通过另外一个连接件2固定在外壳I的底部，氢气囊3通过输气管路4与可再生燃料电池5相连，氧气囊6通过另一个输气管路4与可再生燃料电池5相连，浮空器外壳I内部充满氦气。所述的氢气囊3和氧气囊6采用高强度、高阻隔、轻质柔性薄膜材料，材料可以有效阻隔气体泄漏，并承受拉应力。所述的氢气囊3和氧气囊6采用超压储气方式，根据气囊材料的抗拉强度，适当加压所储气体，以减小气囊体积和重量，提高气囊储气重量效率。本专利技术中采用两只内部气囊储存参与燃料电池反应的氢气和氧气，氢气囊3和氧气囊6分开布置，通过连接件2与浮空器外气囊I固定，氢气囊3依靠重力并通过连接件2悬挂在浮空器外壳I上部，与浮空器外壳I保持一定间距，防止互相摩擦产生静电，氢气囊3和氧气囊6中间充满氦气,可以保证安全。本专利技术充分利用浮空器内部巨大的体积，利用两只相互独立的气囊储存参与燃料电池反应的氢气和氧气，提高气体的储存重量效率，减少储气过程中的能量消耗，且不存在金属疲劳问题，可提高可再生氢氧燃料电池系统的能量密度、循环效率和循环寿命。工作过程:氢气囊3和氧气囊6参与可再生燃料电池5的反应过程。可再生燃料电池5放电反应时，氢气囊3和氧气囊6依靠气囊的内外压差，分别将氢气和氧气通过输气管路4输入可再生燃料电池5中，参与放电反应；可再生燃料电池5电解水时，电解产生的氢气和氧气通过输气管路4分别输入氢气囊3和氧气囊6中储存起来。氢气和氧气在可再生燃料电池5中反应,产生电能；电机将电能转化为机械能，并带动螺旋桨旋转，为浮空器提供动力。浮空器尾翼7用来保证浮空器的稳定性和操纵性。本专利技术用氢气囊和氧气囊代替传统的高压储气罐，储存参与可再生燃料电池反应的氢气和氧气，具有以下特征:1、采用氢气囊3和氧气囊6代替传统的高压储气罐，储存参与可再生燃料电池5反应的氢气和氧气。2、氢气囊3和氧气囊6采用超压储气方式，根据气囊材料的抗拉强度，适当加压所储气体，以减小气囊体积和重量，提高气囊储气重量效率。3、氢气囊3和氧气囊6分开布置，通过连接件2与浮空器外壳I固定，氢气囊3依靠重力并通过连接件2悬挂在浮空器外壳I上部，与浮空器外壳I保持一定间距，防止互相摩擦产生静电，氢气囊3和氧气囊6中间充满氦气，可以保证安全。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于浮空器的可再生燃料电池的高效储气系统，包括连接件（2）、氢气囊（3）、输气管路（4）、可再生燃料电池（5）和氧气囊（6）；连接件（2）、氢气囊（3）、输气管路（4）、可再生燃料电池（5）和氧气囊（6）均位于浮空器外壳（1）内部，氢气囊（3）通过连接件（2）悬挂固定在浮空器外壳（1）的顶部，氢气囊（3）与浮空器外壳（1）之间设有间隙，氧气囊（6）通过另外一个连接件（2）固定在外壳（1）的底部，氢气囊（3）通过输气管路（4）与可再生燃料电池（5）相连，氧气囊（6）通过另一个输气管路（4）与可再生燃料电池（5）相连，浮空器外壳（1）内部充满氦气。

【技术特征摘要】
1.一种应用于浮空器的可再生燃料电池的高效储气系统，包括连接件(2)、氢气囊(3)、输气管路(4)、可再生燃料电池(5)和氧气囊(6); 连接件(2)、氢气囊(3)、输气管路(4)、可再生燃料电池(5)和氧气囊(6)均位于浮空器外壳(I)内部，氢气囊(3)通过连接件(2)悬挂固定在浮空器外壳(I)的顶部，氢气囊(3)与浮空器外壳(I)之间设有间隙，氧气囊(6)通过另外一个连接件(2)固定在外壳(I)的底部，氢气...

【专利技术属性】
技术研发人员：马东立，包文卓，乔宇航，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：