CN111409840A - 氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器，涉及氢能源无人机燃料技术领域；为了解决无人机携带氢气有限问题；具体包括微管，所述微管为氢气存储单元，微管的外表面外壁涂覆有易熔材料，所述微管为圆柱形结构，大量尺寸相同的圆柱形微管组成有同一个微管矩阵，微管矩阵截面相同，六个尺寸相同的微管矩阵组成有第一多微管矩阵，四个以上尺寸相同的微管矩阵组成有第二多微管矩阵。本发明通过储氢容器替代现有的储氢瓶，用于给无人机燃料单元供电，可大幅度提高储氢密度，高压储氢，灵活放置，柔性连接等，在不改变飞行容器重量和外部尺寸条件下，解决无人机携带氢气有限、轻量化的问题，延长续航里程和飞行时间。
Description
技术领域
本发明涉及氢能源无人机燃料技术领域，尤其涉及氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器。
背景技术
飞行器由多级伸缩多级伸缩气缸、密封容器、光源、电场和推进器构成，氢能源无人机一般采用燃料电池或氢燃料发动机作为动力装置，常温常压下液氢的密度为气态氢的845倍，液氢的体积能量密度比气态氢压缩存储高10多倍，因此目前世界上大部分的氢能源无人机都采用液态氢存储的方法，液态氢存储需将氢气冷却到-253摄氏度变为液态，然后将其储存在高真空的绝热容器中供使用，传统的储氢容器内层一般采用阻氢性能好的金属材料如不锈钢，由于绝热设计要求高，存储容器的重量主要消耗在绝热设计上，微管结构容器可用作航空器紧急情况下的供养储气系统，在充放气和充放速度、压力可控方面，必须保持合适的充放压力，一般为0.1-1.0MPa。
经检索，中国专利申请号为CN201811186277.2的专利，公开了一种氢电堆电动飞行器，包括质子交换膜氢电堆、动力蓄电池组、高压储氢罐、高压气体势能回收发电特种减压阀、永磁无刷驱动电机组及配套智能驱动电控系统。上述专利中的氢电堆电动飞行器存在以下不足：如果不能在方形无人机的中空机架内形成高压，就不能在内部大量储氢。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器，包括微管，所述微管为氢气存储单元，微管的外表面外壁涂覆有易熔材料，所述微管为圆柱形结构，大量尺寸相同的圆柱形微管组成有同一个微管矩阵，微管矩阵截面相同，六个尺寸相同的微管矩阵组成有第一多微管矩阵，四个以上尺寸相同的微管矩阵组成有第二多微管矩阵。
优选地：所述微管的材质为玻璃、石英或玄武岩，微管直径为200微米。
优选地：所述易熔材料为环氧胶或环氧橡胶。
优选地：所述微管为独立单元的储氢容器，微管形状的储氢容器放置于无人机机架中心。
优选地：所述第一多微管矩阵的储氢容器以无人机中心为中心，对称放置在机架上，呈垂直分布。
优选地：所述第二多微管矩阵的储氢容器以无人机中心为中心，对称放置在机架上，呈水平四边形或多边形分布，第二多微管矩阵通过金属焊接于机架的外壁。
优选地：所述储氢容器为缠绕芯管形状，芯管表面缠绕一个或多个柔性微管，缠绕芯管通过金属焊接于机架的外壁，水平固定。
优选地：所述金属焊接的材料为对玻璃和绕芯材质均有粘合力并且不透气的材料，材料为In50Sn。
优选地：所述微管的壁厚与微管半径在恒定截面部分的比为0.1％-10％，微管壁厚小于10mkm或小于2mkm。
优选地：所述微管和多微管结构制成的储氢容器通过焊接或者粘合工艺制成任意形状的结构。
本发明的有益效果为：通过储氢容器用于替代现有的储氢瓶，用于给无人机燃料单元供电，可大幅度提高储氢密度，高压储氢，灵活放置，柔性连接等，延长续航里程和飞行时间，微管或多微管结构分布在储氢容器各部位，通过柔性微管束连接到供氢系统，再进入动力装置的燃料单元，柔性微管和多微管也可以用作氢气从储存地到燃料单元高压输送管道，在铺设线路需要转弯时不需要连接套管，由于多微管结构由大量独立微管构成，每个储存氢气的微管容器都是独立单元，解决无人机携带氢气有限、轻量化的问题，如果一根微管损坏，并不影响其他微管储气，也不会发生危险，玻璃微管结构的容器可在高压状态下≥100MPa安全储存气体，在部分微管单元发生事故的情况下向空气中瞬间大量排放氢气的可能性减小，提高了高压储气的安全性。
附图说明
图1为本发明提出的氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器的第一多微管矩阵结构示意图；
图2为本发明提出的氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器的第二多微管矩阵结构示意图；
图3为本发明提出的氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器的微管矩阵结构示意图；
图4为本发明提出的氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器的储氢容器结构示意图。
图中：1第一多微管矩阵、2第二多微管矩阵、3微管矩阵、4储氢容器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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专利和简化描述，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专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
实施例1：
如图1-4所示，氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器，包括微管，所述微管为氢气存储单元，微管的外表面外壁涂覆有易熔材料，所述微管为圆柱形结构，大量尺寸相同的圆柱形微管组成有同一个微管矩阵3，微管矩阵3截面相同，六个尺寸相同的微管矩阵3组成有第一多微管矩阵1，四个以上尺寸相同的微管矩阵3组成有第二多微管矩阵2。
所述微管的材质为玻璃、石英或玄武岩，微管直径为200微米，材料要保证可以使用相应的磨具拉伸，拉伸之后软化形成具备很好的柔性，并且不会结晶。
所述易熔材料为环氧胶或环氧橡胶，还可以用其他具备以上理化特性的胶作为填充材料，当胶处于液体状态时粘性低，容易填满管与管之间的空间和微管内部。
所述微管为独立单元的储氢容器，微管形状的储氢容器放置于无人机机架中心，微管结构的储氢容器防火防爆，不会在损坏情况向空气中瞬间排放气体。
所述第一多微管矩阵1的储氢容器以无人机中心为中心，对称放置在机架上，呈垂直分布，由微管组成的多微管结构在意外情况下产生的火焰可扑灭。
所述第二多微管矩阵2的储氢容器以无人机中心为中心，对称放置在机架上，呈水平四边形或多边形分布，第二多微管矩阵2通过金属焊接于机架的外壁。
所述储氢容器为缠绕芯管形状，芯管表面缠绕一个或多个柔性微管，缠绕芯管通过金属焊接于机架的外壁，水平固定，期间需保证微管的最大弯曲直径，缠绕过程中环氧胶在紫外线或热辐射的作用下发生聚合反应，所形成的涂层既可以防止玻璃在高压气体作用下形成纳米级裂缝，还可以提高微管的强度。
所述金属焊接的材料为对玻璃和绕芯材质均有粘合力并且不透气的材料，材料为In50Sn。
所述微管的壁厚与微管半径在恒定截面部分的比为0.1％-10％，微管壁厚小于10mkm或小于2mkm，防止微管表面形成纳米级缝隙和裂纹，尽可能减轻储氢容器的重量。
所述微管和多微管结构制成的储氢容器通过焊接或者粘合工艺制成任意形状的结构，因此可以放置到储氢容器任何空心结构件中。
本实施例在使用时，微管或多微管结构分布在储氢容器各部位，通过柔性微管束连接到供氢系统，再进入动力装置的燃料单元，柔性微管和多微管也可以用作氢气从储存地到燃料单元高压输送管道，在铺设线路需要转弯时不需要连接套管，由于多微管结构由大量独立微管构成，每个储存氢气的微管容器都是独立单元，如果一根微管损坏，并不影响其他微管储气，也不会发生危险，玻璃微管结构的容器可在高压状态下≥100MPa安全储存气体，在部分微管单元发生事故的情况下向空气中瞬间大量排放氢气的可能性减小，从而提高了高压储气的安全性，通过增加机载氢含量达到延长飞行时间和提高安全性，缠绕芯管期间，需保证微管的最大弯曲直径，缠绕过程中环氧胶在紫外线或热辐射的作用下发生聚合反应，所形成的涂层既可以防止玻璃在高压气体作用下形成纳米级裂缝，还可以提高微管的强度。
实施例2：
如图1-4所示，氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器，包括微管，所述微管为氢气存储单元，微管的外表面外壁涂覆有易熔材料，所述微管为圆柱形结构，大量尺寸相同的圆柱形微管组成有同一个微管矩阵3，微管矩阵3截面相同，六个尺寸相同的微管矩阵3组成有第一多微管矩阵1，四个以上尺寸相同的微管矩阵3组成有第二多微管矩阵2。
所述微管的材质为玻璃、石英或玄武岩，微管直径为200微米，材料要保证可以使用相应的磨具拉伸，拉伸之后软化形成具备很好的柔性，并且不会结晶。
所述易熔材料为环氧胶或环氧橡胶，还可以用其他具备以上理化特性的胶作为填充材料，当胶处于液体状态时粘性低，容易填满管与管之间的空间和微管内部。
所述微管为独立单元的储氢容器，微管形状的储氢容器放置于无人机机架中心，微管结构的储氢容器防火防爆，不会在损坏情况向空气中瞬间排放气体。
所述第一多微管矩阵1的储氢容器以无人机中心为中心，对称放置在机架上，呈垂直分布，由微管组成的多微管结构在意外情况下产生的火焰可扑灭。
所述第二多微管矩阵2的储氢容器以无人机中心为中心，对称放置在机架上，呈水平四边形或多边形分布，第二多微管矩阵2通过金属焊接于机架的外壁。
所述储氢容器为螺旋形状，由一个或多个围绕飞行容器重心平衡分布的微管构成，螺旋微管通过金属焊接于机架的外壁，水平固定。
所述金属焊接的材料为对玻璃和绕芯材质均有粘合力并且不透气的材料，材料为In50Sn。
所述微管的壁厚与微管半径在恒定截面部分的比为0.1％-10％，微管壁厚小于10mkm或小于2mkm，防止微管表面形成纳米级缝隙和裂纹，尽可能减轻储氢容器的重量。
所述微管和多微管结构制成的储氢容器通过焊接或者粘合工艺制成任意形状的结构，因此可以放置到储氢容器任何空心结构件中。
本实施例在使用时，微管或多微管结构分布在储氢容器各部位，通过柔性微管束连接到供氢系统，再进入动力装置的燃料单元，柔性微管和多微管也可以用作氢气从储存地到燃料单元高压输送管道，在铺设线路需要转弯时不需要连接套管，由于多微管结构由大量独立微管构成，每个储存氢气的微管容器都是独立单元，如果一根微管损坏，并不影响其他微管储气，也不会发生危险，玻璃微管结构的容器可在高压状态下≥100MPa安全储存气体，在部分微管单元发生事故的情况下向空气中瞬间大量排放氢气的可能性减小，从而提高了高压储气的安全性，通过增加机载氢含量达到延长飞行时间和提高安全性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器，包括微管，其特征在于，所述微管为氢气存储单元，微管的外表面外壁涂覆有易熔材料，所述微管为圆柱形结构，大量尺寸相同的圆柱形微管组成有同一个微管矩阵(3)，微管矩阵(3)截面相同，六个尺寸相同的微管矩阵(3)组成有第一多微管矩阵(1)，四个以上尺寸相同的微管矩阵(3)组成有第二多微管矩阵(2)。
2.根据权利要求1所述的氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器，其特征在于，所述微管的材质为玻璃、石英或玄武岩，微管直径为200微米。
3.根据权利要求2所述的氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器，其特征在于，所述易熔材料为环氧胶或环氧橡胶。
4.根据权利要求3所述的氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器，其特征在于，所述微管为独立单元的储氢容器，微管形状的储氢容器放置于无人机机架中心。
5.根据权利要求1所述的氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器，其特征在于，所述第一多微管矩阵(1)的储氢容器以无人机中心为中心，对称放置在机架上，呈垂直分布。
6.根据权利要求5所述的氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器，其特征在于，所述第二多微管矩阵(2)的储氢容器以无人机中心为中心，对称放置在机架上，呈水平四边形或多边形分布，第二多微管矩阵(2)通过金属焊接于机架的外壁。
7.根据权利要求6所述的氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器，其特征在于，所述储氢容器为缠绕芯管形状，芯管表面缠绕一个或多个柔性微管，缠绕芯管通过金属焊接于机架的外壁，水平固定。
8.根据权利要求7所述的氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器，其特征在于，所述金属焊接的材料为对玻璃和绕芯材质均有粘合力并且不透气的材料，材料为In50Sn。
9.根据权利要求4所述的氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器，其特征在于，所述微管的壁厚与微管半径在恒定截面部分的比为0.1％-10％，微管壁厚小于10mkm或小于2mkm。
10.根据权利要求9所述的氢动力无人驾驶飞行器的储氢容器，其特征在于，所述微管和多微管结构制成的储氢容器通过焊接或者粘合工艺制成任意形状的结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200714 |