CN108292767B - 用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统及利用其的单组元推进方法 - Google Patents

用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统及利用其的单组元推进方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统及利用其的单组元推进方法，更详细而言，涉及在运行采用RFC(Regenerative Fuel Cell，再生型燃料电池)系统的电推进航空器时通过单组元推进剂来确保比现有方式更多的能量从而能够作为航空器起飞及除此之外的推进源来应用的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统及利用其的单组元推进方法。

Description

用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统及利用其的单组元 推进方法
技术领域
本发明涉及用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统及利用它的单组元推进方法，更详细而言，涉及在运行采用RFC(Regenerative Fuel Cell，再生型燃料电池)系统的电推进航空器时通过单组元推进剂来确保比现有方式更多的能量从而能够作为航空器起飞及除此之外的推进源来应用的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统及利用它的单组元推进方法。
背景技术
采用RFC系统的电推进航空器一般同时使用太阳能电池和燃料电池。例如，为了进行长时间的飞行，白天将利用太阳能电池获取的能量中的一部分作为飞行能量来使用，剩余能量通过对水进行电解而以氢和氧的气体形态储存到罐中，在没有太阳的夜晚使用作为燃料电池储存的氢和氧来获取电力之后维持推进力。即，采用RFC系统的电推进航空器使用将反应物、氧化物或还原物等用作燃料的燃料电池装置和水分解装置来进行充电/放电。
这种采用RFC系统的电推进航空器在起飞时使用最多的能量。为了在起飞时确保尽量多的能量，采用RFC系统的电推进航空器不仅在太阳能最多的时刻起飞，而且在氢及氧罐中以最大压力储存氢气和氧气。这是因为，如果以最大压力储存的氢和氧进行电化学反应则能够获取最大输出。即，通过以最大压力储存氢气和氧气，从而经过电化学反应来充分确保起飞时所需的电力。此外，由于采用这种RFC系统的电推进航空器需要排空用于储存经由氢和氧的键合而生成的水的水罐，因此该电推进航空器具有无法储存足以起飞的能量并降低设计自由度的问题。
与此相关联地，在韩国专利公开第10-2004-0008414号(“无人航空器的驱动系统”，公开日2004年1月31日，以下称作现有技术)中公开了利用太阳能电池和内燃机的无人航空器。但是，上述现有技术也具有无法确保起飞时的充分能量的问题。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决上述问题而提出的，本发明的目的在于提供在运行采用RFC系统的电推进航空器时通过单组元推进剂来确保比现有方式更多的能量从而能够作为航空器起飞及除此之外的推进源来应用的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统及利用它的单组元推进方法。
技术方案
本发明涉及一种用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统，其特征在于，包括：电源部100，其用于生产或储存电力；燃料电池部200，其与用于供给氢和氧的燃料供给部201连接，并且利用所述氢和氧来生成电力和反应物；控制部300，其进行控制以利用由所述电源部100和所述燃料电池部200生成的电力中的任一种电力；驱动部400，其利用所述电源部100或所述燃料电池部200的电力而被驱动；燃料储存部500，其用于容纳燃料或者用于储存由所述燃料电池部200生成的反应物；以及推进部600，其利用所述燃料储存部500的燃料或反应物来产生推进力。
此外，其特征在于，所述推进部600还包括催化部700，所述催化部700用于使所述燃料储存部500的燃料或反应物进行催化反应。
此外，其特征在于，所述燃料储存部500还包括过氧化氢罐510，所述过氧化氢罐510与所述燃料储存部500连接，并且在所述过氧化氢罐510的内部容纳过氧化氢。
此外，其特征在于，所述控制部300进行控制以利用由所述电源部100生成的电力或所储存的电力，来对容纳在所述燃料储存部500中的反应物进行电解，并且将经由所述电解生成的氢和氧分别储存到氢罐210和氧罐220中。
此外，其特征在于，在所述燃料储存部500的内部容纳有由水和过氧化氢混合而成的过氧化氢水溶液，或者容纳有由所述燃料电池生成的反应物。
此外，其特征在于，所述反应物选自由水和过氧化氢混合而成的过氧化氢水溶液、水和过氧化氢中的任一者。
此外，所述燃料供给部201包括用于容纳氢的氢罐210和用于容纳氧的氧罐220。
另外，本发明所涉及的利用用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统的单组元推进方法的特征在于，包括：推进步骤S100，在如起飞等需要推进力的情况下，利用容纳在燃料储存部500的内部的燃料或反应物来产生推进力；以及驱动步骤S200，在消耗所有的所述燃料或反应物的情况下，利用由电源部100或燃料电池部200生成或储存的电力来对驱动部400进行驱动。
此外，其特征在于，所述推进步骤S100通过使容纳在所述燃料储存部500的内部的燃料或反应物进行催化反应而产生推进力。
此外，其特征在于，在所述推进步骤S100中混合容纳在所述燃料储存部500的内部的反应物和容纳在与所述燃料储存部500连接的过氧化氢罐510的内部的过氧化氢。
此外，其特征在于，所述驱动步骤S200包括：燃料电池驱动步骤S210，在利用所述燃料电池部200生成电力的情况下，通过使容纳在氢罐210中的氢和容纳在氧罐220中的氧键合来生成电力，从而对驱动部400进行驱动；以及反应物储存步骤S211，将在所述燃料电池驱动步骤S210中经由氢和氧的键合而生成的反应物储存到燃料储存部500中。
并且，其特征在于，所述驱动步骤S200包括：太阳能电池驱动步骤S220，在利用通过所述电源部100生成或储存的电力的情况下，利用由所述电源部100生成的电力或所储存的电力来对驱动部400进行驱动；以及电解步骤S221，使用由所述电源部100生成的电力的一部分，来对由所述燃料电池部200生成的反应物进行电解。
有益效果
如上所述，根据本发明所涉及的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统及利用它的单组元推进方法具有如下的优点：在采用RFC系统的电推进航空器起飞时，通过利用单组元推进剂来确保比现有方式更多的能量，从而补充不足的推进力并能够进行起飞。
附图说明
图1是本发明所涉及的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统的一实施例的结构图。
图2是本发明所涉及的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统的另一实施例的结构图。
图3是本发明所涉及的用于再生型燃料电池的单组元推进方法的顺序图。
-附图标记说明-
100：电源部
200：燃料电池部 201：燃料供给部
210：氢罐 220：氧罐
300：控制部
400：驱动部
500：燃料储存部 510：过氧化氢罐
600：推进部
700：催化部
S100：推进步骤
S200：驱动步骤 S210：燃料电池驱动步骤
S211：反应物储存步骤 S220：太阳能电池驱动步骤
S221：电解步骤
具体实施方式
下面，使用附图对本发明的技术思想进行更具体说明。
附图只是为了更具体地说明本发明的技术思想而图示的一例，本发明的技术思想并不限定于附图形式。
图1是本发明所涉及的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统的一实施例的结构图，图2是本发明所涉及的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统的另一实施例的结构图。
如图1及图2所示，本发明的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统包括电源部100、燃料电池部200、控制部300、驱动部400、燃料储存部500及推进部600。
电源部100用于生产电力或用于储存电力。例如，所述电源部100也可以是如利用太阳能来生产电力的太阳能电池等的新再生能源，还可以是如储存电力的电池等的通常的能量储存装置。
燃料电池部200为利用氢和氧来生产电力和水的燃料电池。更详细说明，所述燃料电池部200与供给氢和氧的燃料供给部201连接。作为一例，燃料供给部201可包括氢罐210和氧罐220，燃料电池部200与氢罐210和氧罐220分别连接。在所述氢罐210中满满地容纳有氢，在所述氧罐220中满满地容纳有氧。即，容纳在所述氢罐210及氧罐220内部的氢和氧通过在所述燃料电池部200中进行反应而生成电力和反应物。如此生成的电力用于对驱动部400进行驱动，反应物向燃料储存部500移动并被储存。此时，所述反应物也可以是水，还可以是过氧化氢。此外，所述反应物也可以是由水和过氧化氢混合而成的过氧化氢溶液。
控制部300进行控制以根据状况由所述电源部100或燃料电池部200生成电力。
例如，在所述电源部100为太阳能电池的情况下，所述控制部300进行控制以在有太阳的白天利用太阳能电池生成电力，此时生成的电力用于对驱动部400进行驱动或使容纳在燃料储存部500中的反应物进行电解。此外，所述控制部300进行控制以将通过使反应物电解而生成的氢和氧分别储存到氢罐210和氧罐220。
此外，所述控制部300进行控制以在夜晚利用燃料电池来生成电力。更详细说明，所述燃料电池部200通过使容纳在氢罐210和氧罐220中的氢和氧反应而生成电力，所述电力用于对驱动部400进行驱动。此时，由于氢和氧的反应而生成水，所述水被储存到燃料储存部500。
此外，在所述电源部100为电池的情况下，所述控制部300进行控制以利用储存到所述电池的电力来使容纳在燃料储存部500中的反应物进行电解。如果需要推进力，则所述控制部300利用容纳在燃料储存部500中的燃料或反应物来在推进部600产生推进力。
驱动部400利用由所述电源部100或燃料电池部200生成的电力或所储存的电力来进行驱动。例如进行说明，所述驱动部400在白天利用由太阳能电池生成的电力来进行驱动，在夜晚利用由燃料电池部200生成的电力来进行驱动。此时，作为一例，在采用RFC系统的航空器中，驱动部400可以是螺旋桨。
燃料储存部500中容纳有燃料，或者还储存有由所述燃料电池部200生成的反应物。
参照图1作为一实施例进行说明，在所述燃料储存部500的内部容纳有燃料。作为所述燃料也可以混合水和过氧化氢后容纳。在采用RFC系统的航空器中使用该燃料的情况下，当起飞时需要最多的能量时使用该燃料。即，采用利用本发明的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统的RFC系统的航空器中，在起飞时通过使容纳在燃料储存部500中的燃料进行催化反应而在推进部600产生推进力。此外，所述反应物可以是选自由水和过氧化氢混合而成的过氧化氢水溶液、水或过氧化氢中的任一者。
参照图2作为又一实施例进行说明，所述燃料储存部500与容纳过氧化氢的过氧化氢罐510连接。此时，所述燃料储存部500只容纳水，通过从所述过氧化氢罐510向所述燃料储存部500流入过氧化氢，从而混合水和过氧化氢。如此混合的水和过氧化氢在催化部700中通过催化反应而产生推进力。
推进部600利用在所述催化部700中进行催化反应的燃料来产生推进力。即，在采用RFC系统的航空器中，推进部600为如火箭发动机等的推进剂。
这种所述推进部600在采用RFC系统的航空器起飞时产生最大的推进力。之后，由于在飞行过程中不需要较多的推进力，因此通过利用太阳能电池或燃料电池来生产电力以对驱动部400(螺旋桨)进行驱动而飞行。
催化部700发挥使所述燃料储存部500的燃料进行催化反应的作用。即，通过使所述燃料储存部500的燃料进行催化反应而在推进部600产生推进力。
下面，对利用上述所说明的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统的单组元推进方法进行说明。
图3是利用用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统的单组元推进方法的顺序图。
如图3所示，以采用利用太阳能电池和燃料电池来驱动的RFC系统的航空器为例，对利用本发明所涉及的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统的单组元推进方法进行说明。
如前述说明那样，采用RFC系统的航空器使用太阳能电池和燃料电池来进行飞行。
但是，采用RFC系统的航空器在起飞时需要较多的推进力。为了解决该问题，在本发明中起飞时使用单组元推进剂来进行起飞，并且由于在飞行时不需要较多的推进力，因此利用由太阳能电池和燃料电池生成的电力来进行飞行。
本发明所涉及的利用用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统的单组元推进方法由推进步骤S100及驱动步骤S200组成。
在推进步骤S100中利用容纳在燃料储存部500内部的燃料来产生推进力。即，在采用RFC系统的航空器起飞时，通过利用容纳在燃料储存部500内部的燃料来产生较大的推进力而进行起飞。
此时，也可以以由水和过氧化氢混合的状态使用所述燃料。
此外，在所述燃料储存部500的内部只容纳有水，所述燃料储存部500也与过氧化氢罐510连接。即，通过容纳在所述过氧化氢罐510内部的过氧化氢向燃料储存部500流入，从而混合水和过氧化氢。
此外，在所述推进步骤S100中可通过使容纳在所述燃料储存部500内部的燃料进行催化反应而产生推进力。
因此，在所述推进步骤S100中通过使用容纳在燃料储存部500内部的燃料来产生推进力而进行起飞。此时，也可以消耗容纳在所述燃料储存部500内部的所有燃料。之后，在飞行时，由燃料电池生成的水被储存到腾空的燃料储存部500中。
在驱动步骤S200中，经过所述推进步骤S100起飞的采用RFC系统的航空器在以规定的推进力进行飞行的情况下不需要较多的推进力，因此利用太阳能电池或燃料电池进行飞行。
举例说明，则采用RFC系统的航空器在没有太阳的夜晚经过驱动步骤S200且使用燃料电池来进行飞行。此时，所述驱动步骤S200包括燃料电池驱动步骤S210和反应物储存步骤S211。
在利用所述燃料电池生成电力的情况下，燃料电池驱动步骤S210通过使容纳在氢罐210和氧罐220中的氢和氧键合而生成电力。之后，在驱动部400(螺旋桨)中使用所生成的电力。
在反应物储存步骤S211中，将在所述燃料电池驱动步骤S210中经由氢和氧的键合而生成的水储存到燃料储存部500。此时，储存到所述燃料储存部500的水在太阳能电池运转并生成电力时进行电解而分离为氢和氧。
相反，采用RFC系统的航空器在有太阳的白天通过驱动步骤S200且使用太阳能电池来进行飞行。此时，所述驱动步骤S200包括太阳能驱动步骤S220和电解步骤S221。
在利用所述太阳能电池生成电力的情况下，太阳能电池驱动步骤S220通过所述太阳能电池来生成电力，并且在驱动部400(螺旋桨)使用如此生成的电力。
在电解步骤S221中使用由所述太阳能电池生成的电力的一部分来对通过所述燃料电池生成的水进行电解，从而分离为氢和氧。此时，经分离的氢和氧分别储存到氢罐210和氧罐220中，在使用燃料电池的情况下使用氢和氧。
本发明的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统不仅能够应用到采用RFC系统的航空器，而且能够应用到汽车、船舶、其它移动设备及电源装置等中。
本发明并不限定于上述实施例，当然具有多种应用范围，并且当然在不脱离权利要求书所请求保护的本发明的主旨范围内能够实施各种变形。

Claims (11)

1.一种用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统，其特征在于，包括：
电源部(100)，其用于生产或储存电力；
燃料电池部(200)，其与用于供给氢和氧的燃料供给部(201)连接，并且利用所述氢和氧来生成电力和反应物；
控制部(300)，其进行控制以利用由所述电源部(100)和所述燃料电池部(200)生成的电力中的任一种电力；
驱动部(400)，其利用所述电源部(100)或所述燃料电池部(200)的电力而被驱动；
推进部(600)，其利用燃料或反应物来产生推进力；以及
燃料储存部(500)，其用于容纳用于所述推进部(600)在起飞时产生推进力的所述燃料或反应物，且用于储存由所述燃料电池部(200)生成的反应物。
2.根据权利要求1所述的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统，其特征在于，
所述推进部(600)还包括催化部(700)，所述催化部(700)用于使所述燃料储存部(500)的燃料或反应物进行催化反应。
3.根据权利要求1所述的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统，其特征在于，
所述燃料储存部(500)还包括过氧化氢罐(510)，所述过氧化氢罐(510)与所述燃料储存部(500)连接，并且在所述过氧化氢罐(510)的内部容纳过氧化氢。
4.根据权利要求1所述的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统，其特征在于，
所述控制部(300)进行控制以利用由所述电源部(100)生成的电力或所储存的电力，来对容纳在所述燃料储存部(500)中的反应物进行电解，并且将经由所述电解生成的氢和氧分别储存到氢罐(210)和氧罐(220)中。
5.根据权利要求1所述的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统，其特征在于，
在所述燃料储存部(500)的内部容纳有由水和过氧化氢混合而成的过氧化氢水溶液，或者容纳有由所述燃料电池生成的反应物。
6.根据权利要求1所述的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统，其特征在于，
所述反应物选自由水和过氧化氢混合而成的过氧化氢水溶液、水和过氧化氢中的任一者。
7.一种用于再生型燃料电池的单组元推进方法，所述单组元推进方法利用根据权利要求1所述的用于再生型燃料电池的单组元推进剂系统，其特征在于，所述单组元推进方法包括：
推进步骤(S100)，在需要推进力的情况下，利用容纳在燃料储存部(500)的内部的燃料或反应物来产生推进力；以及
驱动步骤(S200)，在消耗所有的所述燃料或反应物的情况下，利用由电源部(100)或燃料电池部(200)生成或储存的电力来对驱动部(400)进行驱动。
8.根据权利要求7所述的用于再生型燃料电池的单组元推进方法，其特征在于，
所述推进步骤(S100)通过使容纳在所述燃料储存部(500)的内部的燃料或反应物进行催化反应而产生推进力。
9.根据权利要求7所述的用于再生型燃料电池的单组元推进方法，其特征在于，
在所述推进步骤(S100)中混合容纳在所述燃料储存部(500)的内部的反应物和容纳在与所述燃料储存部(500)连接的过氧化氢罐(510)的内部的过氧化氢。
10.根据权利要求7所述的用于再生型燃料电池的单组元推进方法，其特征在于，
所述驱动步骤(S200)包括：
燃料电池驱动步骤(S210)，在利用所述燃料电池部(200)生成电力的情况下，通过使容纳在氢罐(210)中的氢和容纳在氧罐(220)中的氧键合来生成电力，从而对驱动部(400)进行驱动；以及
反应物储存步骤(S211)，将在所述燃料电池驱动步骤(S210)中经由氢和氧的键合而生成的反应物储存到燃料储存部(500)中。
11.根据权利要求7所述的用于再生型燃料电池的单组元推进方法，其特征在于，
所述驱动步骤(S200)包括：
太阳能电池驱动步骤(S220)，在利用通过所述电源部(100)生成或储存的电力的情况下，利用由所述电源部(100)生成的电力或所储存的电力来对驱动部(400)进行驱动；以及
电解步骤(S221)，使用由所述电源部(100)生成的电力的一部分，来对由所述燃料电池部(200)生成的反应物进行电解。
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