CN116249858A - 用于存储，运输，及使用氢的系统和方法 - Google Patents

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CN116249858A
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hydrogen
fuel storage
storage module
vehicle
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约翰-保罗·克拉克
杰森·蔡
保罗·埃雷门科
乔恩·戈登
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Global Hydrogen Corp
Original Assignee
Global Hydrogen Corp
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Abstract

本公开提供了用于存储，运输，和使用氢的系统和方法。在一些实施例中，该方法可以包括(a)将氢燃料存储在一个或多个燃料存储模块中；(b)将一个或多个燃料存储模块运输到交通工具加燃料站，其中一个或多个氢燃料兼容交通工具位于交通工具加燃料站处或附近；(c)将一个或多个燃料存储模块装载到一个或多个氢燃料兼容交通工具中，其中一个或多个燃料存储模块被配置为被可释放地耦合到一个或多个氢燃料兼容交通工具；和(d)在一个或多个燃料存储模块被耗尽或部分耗尽之后，将一个或多个燃料存储模块与一个或多个氢燃料兼容交通工具解耦。

Description

用于存储，运输，及使用氢的系统和方法
相关申请交叉引用
本非临时专利申请特此要求以下所有内容的权益和优先权：于2020年5月12日提交的，题为用于存储，运输，以及使用氢的系统和方法的美国临时专利申请No.63/023，713；于2020年6月12日提交的，题为存储模块的美国临时专利申请No.63/038，480；以及于2020年8月25日提交的，题为“用于存储，运输，以及使用氢的系统和方法”的美国临时专利申请No.63/070，153，所有这些都通过引用其整体并入本文。
背景技术
交通工具可以使用燃料源运行。燃料源可以具有对应于每单位质量燃料所存储或提取的能量的量的特定能量。燃料源可以被提供给多种交通工具以使这些交通工具能够生成能量并将电力输送到用于移动和运输的推进系统。
发明内容概要
氢可以作为清洁能源被利用以为多种交通工具(包括飞行器或其他有人驾驶或无人驾驶的交通工具)提供电力。与其他类型的燃料相比，例如柴油，汽油，或喷气燃料，其具有约为45兆焦耳每千克(MJ/kg)的比能(specific energies)，或锂离子电池，其具有约为0.95MJ/kg的比能，氢具有明显的优势。航空气体或喷气燃料的比能通常可在约43至约48MJ/kg的范围内。相比之下，氢具有超过140MJ/kg的比能。因此，1千克氢可以提供与约3千克汽油或煤油相同的能量。因此，使用氢作为交通工具的燃料源可以减轻交通工具的重量，同时提供与其他传统燃料源相当的能量。此外，燃烧氢作为燃料可以排放无害或无毒的副产物，例如水，同时最大限度地减少二氧化碳和一氧化二氮的排放，从而减少使用氢作为燃料源的多种运输方式对环境的影响。
本公开提供了用于存储，运输，和使用氢以实现无碳运输(即，零碳排放和无碳燃料)的系统和方法。本公开的系统和方法可用于服务或提供无碳运输市场(即，无碳燃料和排放的航空市场)。可以实施本公开的系统和方法以有助于氢的捕获，存储，运输，分配，和使用以给多种交通工具提供燃料和电力。本公开的系统和方法可用于安全地存储和运输氢，同时缓冲或保护氢免受存储条件的潜在变化(温度，压力等的变化)，和/或减轻这些变化的影响。本公开的系统和方法还可用于有效地运输氢，同时将燃料存储模块与可能损坏存储模块或包含在其中的氢的振动或外部运动隔离。
可以实施本公开的系统和方法以实现氢燃料箱或存储模块与氢生产或处理设备以及交通工具或飞行器系统或子系统(包括结构部件，电力输送系统，飞行器控制系统，推进系统，运输基础设施，和/或回收基础设施)的快速，方便，和精确的接合。本公开的系统和方法可用于实现将氢燃料存储模块高效地装载到交通工具中以及从交通工具中高效地卸载和检查用过的或部分用过的氢燃料存储模块。本公开的系统和方法可用于降低成本，劳动力，以及与氢的运输和输送相关联的基础设施的数量或复杂性。本公开的系统和方法可以进一步实现氢燃料存储模块的氢捕获，存储，运输，分配，和补充燃料的协调，以根据每个利益相关者或消费者当前或未来对氢燃料的需求向多种利益相关者或消费者提供氢燃料。
本公开的系统和方法还可以实现氢捕获，存储，运输，分配，和补充燃料的协调以根据每个利益相关者或消费者操作的交通工具的类型以及此类交通工具的此类操作的频率或时间表向多种利益相关者或消费者提供氢燃料。在一些例子中，本公开的系统和方法可用于生成多种利益相关者(例如，飞行员，地面操作员，监管人员，空中交通管制员)可能需要执行与管理或协调氢的输送和/或使用相关联的一项或多项功能的文件，信息，和/或清单，只需最少的培训。
一方面，本公开提供了用于无碳排放运输的系统和方法。该方法可以包括(a)将氢燃料存储在一个或多个燃料存储模块中；(b)将一个或多个燃料存储模块运输到交通工具加燃料站，其中一个或多个氢燃料兼容交通工具位于或预计位于交通工具加燃料站处或附近；(c)将一个或多个燃料存储模块装载到一个或多个氢燃料兼容交通工具中，其中一个或多个燃料存储模块被配置为被可释放地耦合到一个或多个氢燃料兼容交通工具；(d)在一个或多个燃料存储模块被耗尽或部分耗尽之后，将一个或多个燃料存储模块从一个或多个氢燃料兼容交通工具解耦。
在一些实施例中，该方法还可以包括：(e)为一个或多个被耗尽或部分耗尽的燃料存储模块补充燃料以重新部署在一个或多个氢燃料兼容交通工具上。
本公开技术的实施例提供了一种供氢动力交通工具使用的氢燃料供应方法。在一些实施例中，该方法包括在交通工具燃料油站接收一个或多个燃料存储模块，其中该一个或多个燃料存储模块在氢供应源(其可包括但不限于，氢生产设施，管道或其他运输导管，存储容器(conta iner)，或其他中间设施或介质)被填充氢，并且其中一个或多个燃料存储模块中的每一个包括存储胶囊和燃料出口配件，氢燃料通过该出口配件从存储胶囊中被分发。在交通工具加燃料站接收氢动力交通工具进行加燃料，其中氢动力交通工具具有燃料存储室，具有一个或多个燃料入口配件的燃料系统，以及被耦合到燃料系统的电力装置用于接收来自氢动力交通工具的燃料系统的氢燃料。从氢动力交通工具的燃料存储室中移出一个或多个被耗尽的燃料存储模块，并将一个或多个被填充的燃料存储模块装载到燃料存储室中。每个燃料出口配件被连接到一个或多个燃料入口配件中的相应一个，以将氢燃料从燃料存储模块传递到氢动力交通工具的燃料系统。一个或多个被耗尽的燃料存储模块被引导离开交通工具加燃料站以在氢供应源处再填充。
该方法可以包括使用氢动力交通工具中的被耗尽的燃料存储模块，将被耗尽的燃料存储模块的燃料出口配件从一个或多个燃料入口配件断开连接，以及从氢动力交通工具的燃料存储室移除耗尽的燃料存储模块。该方法可包括将燃料存储模块固定到燃料存储室中的氢动力交通工具的结构。该方法可包括将被耗尽的燃料存储模块装载到运输交通工具上以运输到用于再填充氢的氢供应源。在一些实施例中，燃料出口配件和燃料入口配件是快速连接配件，并且该方法包括可释放地互连匹配的快速连接配件。该方法可以包括经由燃料存储模块上的传感器监测燃料存储模块的健康状况。
一些实施例提供了一种用于氢动力飞行器的氢燃料供应方法，并且该方法包括在交通工具加燃料站提供氢动力飞行器。飞行器具有燃料存储室，具有一个或多个燃料入口配件的燃料系统，以及被耦合到用于从飞行器的燃料系统接收氢燃料的燃料系统的电力装置。氢燃料被耗尽的第一燃料存储模块从燃料系统被断开连接并从燃料存储室中被移除。第二燃料存储模块被从交通工具加燃料站装载到燃料存储室中，其中第二燃料存储模块预先在远程氢供应源处被填充有氢燃料。第二燃料存储模块包括存储胶囊和燃料出口配件，氢燃料通过该燃料出口配件从存储胶囊被分发。第二燃料存储模块的燃料出口配件被连接到飞行器燃料系统的燃料入口配件，以提供氢燃料为电力装置提供电力。被耗尽的第一燃料存储模块被引导离开交通工具加燃料站，并且在第一燃料存储模块被装载到飞行器上之后飞行器被移离交通工具加燃料站。飞行器沿着所选择的航线飞行，期间使用并被耗尽第一燃料存储模块中的氢燃料，并且将飞行器返回到交通工具加燃料站通过将所填充的燃料存储模块装载到飞行器中并将所填充的燃料存储模块连接到飞行器的燃料系统而进行补充燃料。
在一些实施例中，断开连接的步骤包括将多个耗尽的第一燃料存储模块断开连接和移除多个被耗尽的第一燃料存储模块。装载步骤包括将多个第二燃料存储模块装载到燃料存储室中。补充燃料的步骤可以包括在氢燃料从飞行器中被耗尽后从飞行器上移除第二燃料存储模块，将所移除的燃料存储模块替换为所填充的燃料存储模块，以及将所填充的燃料存储模块的燃料出口配件连接至飞行器燃料系统的燃料入口配件。该方法可以包括将第一燃料存储模块从交通工具加燃料设施运输到氢供应源以用氢燃料再填充。
在一些实施例中，该方法还可以包括：在将一个或多个燃料存储模块运输到交通工具加燃料站之前确定对一个或多个燃料存储模块的需求。可至少部分地基于加燃料站处的交通工具数量，交通工具的操作频率，或交通工具在典型行程期间行驶的距离来确定需求。
在一些实施例中，氢可以在位于远离交通工具加燃料站的氢生产设施中生产。氢可以在存储在一个或多个燃料存储模块中之前被处理。处理氢可以包括加压步骤，液化步骤，和/或纯化步骤。在一些实施例中，可以处理氢以在存储之前改变氢的压力，温度，和/或密度。
在一些实施例中，一个或多个燃料存储模块可以被配置成使用耦合机制被可释放地耦合到一个或多个氢燃料兼容交通工具。在一些实施例中，耦合机制可以包括快速释放耦合机制。
在一些实施例中，一个或多个燃料存储模块可以具有与(a)氢生成设施处的设备，(b)用于运输燃料存储模块的一种或多种运输交通工具，以及(c)一种或多种氢燃料兼容交通工具兼容的大小，形状，形状因数，或配置。一种或多种氢燃料兼容交通工具可被改装或改型以与一种或多种燃料存储模块兼容。一种或多种氢燃料兼容交通工具可以包括一个或多个氢燃料电池，该燃料电池被配置成使用存储在一个或多个燃料存储模块内的氢燃料发电。一种或多种氢燃料兼容交通工具可包括被配置成燃烧存储在一个或多个燃料存储模块内的氢燃料的发动机。
在一些实施例中，燃料存储模块可以包括多种材料。在一些实施例中，燃料存储模块可以包括被配置成含有氢的第一材料。在一些实施例中，第一材料可以包括不可渗透或半渗透的膜。在一些实施例中，燃料存储模块可以包括第二材料，其被配置以承载由氢施加于燃料存储模块的一个或多个内壁上的应力。在一些实施例中，第二材料可以包括碳纤维织物。在一些实施例中，燃料存储模块可以包括第三材料，其被配置以提供氢的隔热。在一些实施例中，燃料存储模块可以包括第四材料，其被配置以提供用于燃料存储模块的耐磨性和抗冲击性。在一些实施例中，第四材料可包括合成纤维。
在一些实施例中，该方法还可以包括至少部分地基于(a)当前和未来的氢生产率，(b)当前，历史，和预测的能源价格，(c)预计的运输时间，(d)一个或多个氢生产设施的位置，(e)一个或多个氢生产设施的生产能力，(f)用于给定消费或需求概况的运输物流，(g)一种或多种运输方式的可用性，(h)一个或多个交通工具加燃料站的位置，(i)消费者当前或未来支付氢的意愿，或(j)服务水平的保证来协调燃料存储模块的运输。协调燃料存储模块的运输可以最小化生产和运输成本并且可以最大化准时输送。
在一些实施例中，该方法还可以包括在燃料存储模块的整个寿命期间监测与一个或多个燃料存储模块相关联的一个或多个参数。在一些实施例中，一个或多个参数可以包括存储在燃料存储模块内的氢的温度，存储在燃料存储模块内的氢的压力，氢燃料存储模块的速度或加速度，从燃料存储模块排出或泄漏的气体量，由于燃料存储模块的加速或减速而施加在燃料存储模块上的负载，由于一种或多种振动或冲击而施加在燃料存储模块上的负载，或其在预定时间段内的任何变化。
本公开的另一方面提供了一种包括机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质，该机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行时实施以上或本文其他地方的任何方法。
本公开的另一方面提供了一种包括一个或多个计算机处理器和与其耦合的计算机存储器的系统。计算机存储器包括机器可执行代码，其在由一个或多个计算机处理器执行时实施上述或本文其他地方的任何方法。
在一些例子中，需要提供一种不使用或不需要环氧树脂来密封容具(vessel)或使容具不可渗透的轻质氢存储容具。所公开的是一种或多种轻质且不需要环氧树脂或树脂涂层的氢容具。此外，所公开的是一种用于生产氢容具的方法。
一方面，公开了一种用于存储流体的容具。该容具包括覆盖其中存储流体的外壳的柔性非刚性编层。编层包括在两个或更多个不同方向上编或织的多个纤维图案，以支撑由流体沿轴向方向和径向方向对外壳的内表面施加的不同压力负载。在一些实施例中，容具不需要大量使用环氧树脂来密封容具或降低气体渗透性。编层包括高模量高强度纤维。在一些实施例中，编层包括碳纤维。在一些实施例中，容具还包括与编层邻近的阻挡层和隔热层。
在一些实施例中，容具还包括负载传递接口，用于使用递增的剪切力和摩擦力传递来自编层中的纤维的轴向负载。在一些实施例中，负载传递接口包括位于容具开口处的一对环。在一些实施例中，负载传递接口包括由金属制成的端部配件。在一些实施例中，这对环被嵌套且彼此同心。在一些实施例中，这对环的形状和尺寸/轮廓可以转变来自编层中的纤维的轴向负载。在一些实施例中，负载传递接口被配置成随着来自编层的增加的轴向负载而增加夹紧负载。在一些实施例中，流体是气体或液体。在一些实施例中，流体包括氢。
所公开技术的方面提供了一种用于存储氢燃料的燃料存储模块，其包括保护性的，基本刚性的外部框架结构，以及由框架结构承载的氢燃料存储胶囊。该胶囊可以包括内部第一层，其限定其中包含氢燃料的内部容积，第一层包括基本上不透氢的材料以防止氢穿过内层。纤维增强被织的第二层与第一层邻近并在第一层的径向外侧，其中第二层捕获并支撑第一层并承载来自由内部容积中的氢燃料生成的负载的应力。耐磨第三层包围第二层，第二层被安置于第三层和第一层之间，其中第三层在第二层上提供保护性涂层。端盖被耦合到第一，第二，和第三层。端盖具有被固定到第二部分的第一部分并且固定地捕获第一和第二部分之间的第二层的端部以当内部容积中的氢燃料处于压力下时消除第二层的纤维中的应力。氢流量控制组件被耦合到端盖并与内部容积中的氢燃料连通。燃料出口配件被耦合到氢流量控制组件并被配置成可释放地连接到氢动力交通工具的燃料入口。
在一些实施例中，纤维增强被织的第二层包括所对准的纤维并且不含基质和/或不含环氧树脂。第二层可以包括所编的碳纤维套件。第二层可以具有相对的顶端部分和底端部分，并且端盖是被耦合到顶端部分的第一端盖。存储模块还可以具有被耦合到第二层的底端部分的第二端盖。传感器可以被安装到第一或第二端盖或可以被安置以检测内部容积中的氢燃料的状况。可邻近第二层提供隔热层。端盖可以包括负载传递接口，用于使用递增的剪切力和摩擦力传递来自第二层中的纤维的轴向负载。在一些实施例中，端盖的第一部分和第二部分被嵌套并且彼此同心。氢流量控制组件可以包括流量阀，压力调节器，和/或被耦合到压力调节器的控制模块。
根据以下详细描述，本公开的附加方面和优势对于本领域技术人员将变得明显的，其中仅显示和描述了本公开的说明性实施例。如将被认识到的，本公开能够具有其他和不同的实施例，并且其若干细节能够在多种明显的方面进行修改，所有这些都没有背离本公开。因此，附图和描述应被视为本质上是说明性的，而不是限制性的。
附图说明
本发明的新颖特征在所附权利要求中被具体阐述。通过参考以下阐明说明性实施例(其中利用了本发明的原理)的详细描述以及附图(本文也称“图”(“Figure”和“FlG”))，将更好地理解本发明的特征和优势”，其中：
图1是根据本技术的实施例的接收一个或多个氢燃料存储模块的氢燃料交通工具(显示为飞行器)的等距示图。
图2A示意性地示出了根据一些实施例的用于实现无碳运输的端到端框架。
图2B示意性地示出了根据一些实施例的用于存储和运输氢的端到端框架的示例。
图3A是根据本技术的一些实施例的氢燃料存储模块的等距视图。
图3B示意性地示出了根据一些实施例的氢燃料存储模块。
图3C是根据一些实施例的燃料存储模块的胶囊的部分剖切等距视图。
图4A示出了根据一些实施例装载到运输集装箱(container)中的燃料存储模块。
图4B示出了根据一些实施例的运输交通工具。
图4C是根据一些实施例的包含多个燃料存储模块的装载框架的等距视图。
图4D是显示从燃料存储模块中移除的图4C的装载框架的等距视图。
图4E是运输集装箱中的多个装载框架和燃料存储模块的等距视图。
图4F是不使用装载框架的运输集装箱中的多个燃料存储模块的等距视图。
图5A示意性地示出了根据一些实施例的可以被改装用于无碳运输的飞行器的示例。
图5B是根据本技术的实施例配置为与氢燃料存储模块一起使用的飞行器的部分透明示意图。
图6A，6B，6C，6D，6E，和6F示意性地示出了根据一些实施例的用于多个氢燃料存储模块的多种包装配置。
图7是通过一个或多个耦合机制被可释放地保持在燃料存储区域中并可释放地保持在适当位置的燃料存储模块的正视图。
图8是燃料接口系统的示意图，其可操作地将燃料存储模块的胶囊耦合到交通工具的氢燃料系统。
图9示出了根据一些实施例的燃料接口系统和交通工具的氢燃料系统的快速连接配件。
图10是根据一些实施例的存储容具的层的部分分解等距图。
图11是根据一些实施例的存储容具的放大截面图。
图12是根据一些实施例的存储容具的部分剖切视图。
图13是根据另一实施例的存储容具的上部的放大截面图。
图14是根据又一实施例的存储容具的上部的放大截面图。
图15是示出根据一些实施例的形成存储容具的过程的示意性流程图。
图16是被编程或以其他方式被配置以实施本文提供的方法的计算机系统的示意图。
图17是根据一些实施例的被配置成接收一个或多个氢燃料存储模块的被改装的飞行器的示意图。
图18A和18B是根据一些实施例的氢燃料网络的示意图。
具体实施方式
虽然本文已经显示和描述了本发明的多种实施例，但是对于本领域技术人员来说明显的是，这些实施例仅以示例的方式被提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员可以想到许多变化，改变，和替换。应当理解，可以采用本文描述的本发明实施例的多种替代方案。
每当术语“至少”，“大于”，或“大于或等于”出现在一系列两个或更多数值中的第一个数值之前时，术语“至少”，“大于”，或“大于或等于”应用于该系列数值中的每个数值。例如，大于或等于1，2，或3相当于大于或等于1，大于或等于2，或大于或等于3。
每当术语“不超过”，“小于”，或“小于或等于”出现在一系列两个或更多数值中的第一个数值之前，术语“不超过”，“小于”，或“小于或等于”应用于该系列数值中的每个数值。例如，小于或等于3，2，或1相当于小于或等于3，小于或等于2，或小于或等于1。
一方面，本公开中描述的本技术提供了用于实现无碳排放运输的部件，系统，和方法。本公开的部件，系统，和方法可用于捕获，运输，分配，和使用氢作为燃料源。本文公开的部件，系统，和方法可以提供用于存储在燃料存储模块中的氢的一致，安全，高效，和稳健的处理，运输，分配，和使用。部件，系统，和方法可用于实施无碳排放运输的端到端框架。这些部件，系统，和方法可以为无碳运输提供被动安全的端到端框架，该框架不需要主动代理或实体来监测氢的运输或利用以在如果发生故障时确保安全。氢可以在多个燃料存储模块中沿着端到端框架被运输，这些燃料存储模块可以被很容易地装进和装出交通工具。燃料存储模块可能不或没有必要需要泵送氢。燃料存储模块可以在一个或多个氢生产设施中被装满，并可以被很容易地装载到运输交通工具(例如，汽车，卡车，火车，或轮船)中，用于运输到一个或多个交通工具加燃料站，以装载到所选择的交通工具上。因此，该系统可以实现加燃料过程，只需在容具之间进行一次氢燃料传递(即，在氢被装载到交通工具上并用于为交通工具提供电力之前，仅在生产设施或其他供应源处将燃料传递到燃料存储模块中)。
本文公开的实施例的燃料存储模块是轻质的且易于存储用于运输。燃料存储模块可以被配置成隔离氢并最小化存储模块内包含的氢的温度和/或压力的变化。燃料存储模块也可以被配置成将氢存储在受控环境中，同时最小化由于在运输过程中可能经历的磨损或冲击力而对燃料存储模块造成的损坏(例如，刺伤，穿孔，划伤等)。燃料存储模块可以是模块化的并且与多种交通工具兼容。燃料存储模块可以被配置成适合飞行器尺寸和操作限制。燃料存储模块可以允许最小化从远程源(例如，生产设施)捕获氢燃料，以及将存储模块与和此类存储模块兼容或使与之兼容的交通工具的推进系统相接合所需的设备的数量或复杂性。
本文公开的实施例的燃料存储模块被配置为容易地耦合到和/或接合到氢生成或氢处理设备以高效地填充存储模块。燃料存储模块可以被配置成容易地与氢生产和处理设备解耦，以高效地从罐的填充过渡到将罐装载到运输交通工具中以输送到一个或多个交通工具加燃料站。燃料存储模块可以被配置成容易地耦合到一个或多个快速释放转化连接器或机制和/或与之接合，所述快速释放转化连接器或机制可被集成到氢燃料兼容交通工具中以用于将燃料存储模块更高效地装载到此类交通工具中。燃料存储模块可以被配置成容易地与一个或多个快速释放转化连接器或机制解耦，以实现用过的燃料存储模块的快速移除和更换。氢燃料存储模块可具有与用于提供氢燃料，运输氢燃料，分配氢燃料，使用氢燃料用于移动或运输，和/或更换或再填充用过的燃料存储模块的一个或多个系统兼容的设计或形状因数(例如，大小和/或形状)。本公开的系统和方法可以提供减少填充氢燃料存储模块以及将存储模块装载和/或卸载到多种氢燃料兼容交通工具中所需的费用和时间量的附加益处。
交通工具
本文公开的系统和方法可用于向具有氢动力推进系统的一个或多个交通工具提供氢燃料。在至少一个实施例中，一个或多个交通工具是例如飞机和/或飞行器。图1示出了飞行器10，该飞行器10被配置成通过检修门24将一个或多个氢燃料存储模块20可移除地接收到燃料模块存储区域22或其他室中。氢燃料存储模块20可连接到飞行器燃料系统以提供氢燃料以为飞行器的一个或多个电力装置26提供电力。氢燃料存储模块20通过运输或装载交通工具28被容易且安全地装载到飞行器10上或从飞行器10上卸载，该运输或装载交通工具28具有运送组件30以将氢燃料存储模块20安置在打开的检修门24处并与打开的检修门24对准，以便平稳和简单地移进或移出飞行器的燃料模块存储区域22。虽然所示的实施例将交通工具显示为飞行器10，但是根据本技术的其他实施例可以包括其他交通工具。
在交通工具是飞行器的实施例中，飞行器可以包括任何大小或类别的民用涡轮喷气飞行器，例如，宽体涡轮喷气飞行器，窄体涡轮喷气飞行器，支线涡轮喷气飞行器，和/或商用涡轮喷气飞行器。飞行器可以包括任何大小或类别的民用涡轮螺旋桨或活塞动力飞行器，例如支线涡轮螺旋桨和活塞动力飞行器，通勤涡轮螺旋桨和活塞动力飞行器，和/或任何其他类型的涡轮螺旋桨或活塞动力飞行器。飞行器可以包括任何大小或类别的军用涡轮喷气飞行器，或任何大小或类别的军用涡轮螺旋桨和活塞动力飞行器。飞行器可以包括被配置用于长途飞行，中途飞行，和/或短途飞行的飞行器。在一些例子中，飞行器可以包括例如商用飞机，例如大型客机，中型客机，轻型客机，客机涡轮螺旋桨飞行器，和/或货运飞机。在其他例子中，飞行器可包括私人喷气式飞行器，包括例如超轻型喷气式飞机，轻型商务喷气式飞机，中型商务喷气式飞机，重型商务喷气式飞机，或军用喷气式飞机。或者，飞行器可以包括私人单引擎飞机，双涡轮螺旋桨飞机，特技飞行飞机，或水陆两用飞机。在一些例子中，飞行器可以包括垂直起降(VTOL)飞行器。在其他例子中，飞行器可以包括一个或多个短程飞机(air taxis)。本公开的部件，系统，和方法可以被修改和/或适用于任何类型的飞行器或空中交通工具。
在一些实施例中，飞行器可以包括旋翼飞行器，例如直升机。在一些情况下，旋翼飞行器可以是可包括多个旋翼的多旋翼飞行器。多个旋翼能够旋转以为旋翼飞行器生成升力。旋翼可以是推进单元，其可以使旋翼飞行器在空中自由移动。旋翼可以以相同的速率旋转和/或可以生成相同量的升力或推力。旋翼可以可选地以不同的速率旋转，这可以生成不同量的升力或推力和/或允许旋翼飞行器旋转。在一些情况下，一个，两个，三个，四个，五个，六个，七个，八个，九个，十个，或更多旋翼可以被提供在旋翼飞行器上。旋翼可以被布置成使得它们的旋转轴线彼此平行。在一些情况下，旋翼可具有相对于彼此成任何角度的旋转轴线，其可影响旋翼飞行器的运动。
飞行器可以是有人驾驶的(即，由飞行器上或飞行器内的乘客操作)。飞行器可以是无人驾驶的(即，由不在飞行器上或飞行器内的个人操作)。飞行器可以是自主的或半自主的。在一些例子中，飞行器可以能够响应来自遥控器的命令。遥控器可以不也不需要被物理连接到飞行器，并且可以从远处无线地与飞行器通信。在一些情况下，飞行器可以能够自主或半自主地运行。飞行器可以能够遵循一组预编程的指令。在一些情况下，飞行器可以通过响应来自遥控器的一个或多个命令而半自主地操作，同时以其他方式自主地操作。例如，来自遥控器的一个或多个命令可以启动飞行器根据一个或多个参数的一系列自主或半自主动作。
在一些例子中，一个或多个交通工具可以包括陆上，地下，水下，水面，空中，或天基交通工具。一个或多个交通工具可以被配置为在任何合适的环境中移动，例如在空中(例如，固定翼飞行器，旋翼飞行器，或既没有固定翼也没有旋翼的飞行器(例如热气球或飞艇))，水中(例如轮船或潜艇)，地面(例如机动交通工具，例如汽车，卡车，公共汽车，面包车，摩托车，自行车，或火车)，地下(例如地铁)，太空(例如太空飞行器，卫星，或探测器)，或这些环境的任意组合。
一个或多个交通工具能够在环境内相对于六个自由轴(例如，三个平移自由轴和三个旋转自由轴)自由移动。替代地，一个或多个交通工具的运动可以相对于一个或多个自由轴线被约束，例如通过预定路径，轨迹，或方向。该运动可由任何合适的致动机制致动，例如发动机，马达，或如下所述的氢电推进系统。一个或多个交通工具的致动机制可以由任何合适的能源提供电力，例如氢，或任何可从氢获得的能源，例如电能。一个或多个交通工具可以经由推进系统自行推进，如本文其他地方所述。
在一些情况下，一个或多个交通工具可以是自行推进的，例如在空中，水上或水中，太空中，或地上或地下自行推进。自推进交通工具可以利用推进系统，例如包括一个或多个发动机，马达，轮子，轴，磁体，旋翼，螺旋桨，叶片，喷嘴，或其任何合适组合的推进系统。在一些情况下，推进系统可用于使一个或多个交通工具能够从表面起飞，降落在表面上，保持其当前位置和/或方向(例如悬停)，改变方向，和/或改变位置。
推进系统可以包括一个或多个推进机制。一个或多个推进机制可以包括转子，螺旋桨，叶片，发动机，马达，轮子，轴，磁体，或喷嘴中的一个或多个。本文所述的交通工具可以具有一个或更多个，两个或更多个，三个或更多个，或四个或更多个推进机制。推进机制可能都是同一类型。或者，一个或多个推进机制可以是不同类型的推进机制。可以使用任何合适的方式将推进机制安装在交通工具上。推进机制可以被安装在交通工具的任何合适的部分上，例如顶部，底部，前部，后部，侧面，或其合适的组合。
在一些实施例中，推进机制可以使交通工具能够从表面垂直起飞或垂直降落在表面上而不需要交通工具的任何水平运动(例如，不需要沿着跑道行驶)。一个或多个交通工具的运动可以由任何合适的致动机制致动，例如发动机或马达。一个或多个交通工具的致动机制可以由任何合适的能源提供电力，例如使用一个或多个燃料电池生成的电能。交通工具可以经由推进系统被自行推进。一个或多个推进机制可以独立于其他推进机制而被控制。或者，推进机制可以被配置为被同时控制。
一个或多个交通工具可由用户远程控制或由一个或多个交通工具内或上的乘员本地控制。在一些实施例中，一个或多个交通工具可以是无人驾驶的可移动物体，例如UAV。无人驾驶的可移动物体，例如UAV，可以没有乘员在无人驾驶的可移动物体上。无人驾驶的可移动物体可由人或自主控制系统(例如，计算机控制系统)或其任何合适的组合来控制。无人驾驶可移动物体可以是自主或半自主机器人，例如被配置有人工智能的机器人。
一个或多个交通工具可以具有任何合适的大小和/或尺寸。在一些实施例中，一个或多个交通工具的大小和/或尺寸可以使人类乘员在交通工具内或交通工具上。或者，一个或多个交通工具的大小和/或尺寸可以小于能够使人类乘员在交通工具内或交通工具上的大小和/或尺寸。在一些情况下，一个或多个交通工具的最大尺寸(例如，长度，宽度，高度，直径，对角线)可为约1m，2m，3m，4m，5m，10m，20m，30m，40m，50m，或更大。在一些实施例中，一个或多个交通工具可以被配置成承载负载。负载可包括一个或多个乘客，货物，设备，仪器，燃料存储模块等。
一辆或多辆交通工具可以用设备改装或改型以与本文描述的氢燃料存储模块兼容。或者，该一辆或多辆交通工具可基于全新(clean-sheet)设计，使得该一辆或多辆交通工具专门设计为与本文所述的氢存储模块兼容。
一种或多种改装，改型，或全新设计的交通工具可以被配置为使用被包含在一个或多个氢燃料存储模块中的氢用于推进。交通工具10(图1)可以包括一个或多个系统或子系统，其被配置为可操作地耦合到氢燃料存储模块20。在一些例子中，交通工具可以具有燃料电池系统32，其可以包括一个或多个燃料电池34。燃料电池34可以通过燃料之间的电化学反应来发电。在一些例子中，燃料可以包括使用本文所述的氢存储模块20所存储和运输的氢。燃料电池生成的电可用于为交通工具10的一个或多个电力装置26(即，马达或发动机)提供电力。在一些实施例中，燃料电池34所生成的过量电可被存储在一种或多种能量中存储单元36(例如，电池)以备将来使用。在一些可选的实施例中，燃料电池系统32除了燃料电池之外还可以具有电解模块。燃料电池电化学反应的副产物(例如，水)的电解可以通过将副产物分解为其元素(例如，氧和氢)来去除副产物。副产物的电解也可以为燃料电池生成额外的燃料。电解模块可以由可再生能源提供电力。
如上所述，可以将存储在氢燃料存储模块20(图1)中的氢提供给交通工具10以为交通工具提供电力。在一些例子中，氢可用于为燃料电池34提供电力以发电。燃料电池所生成的电可用于驱动一个或多个电动马达和/或一个或多个螺旋桨38。燃料电池34所生成的电可用于驱动被可操作地耦合到螺旋桨的一个或多个电动马达，带罩的风扇，或不带罩的风扇。在其他例子中，氢可以在喷气发动机，涡轮风扇发动机，涡轮螺旋桨发动机，涡轮轴发动机，涡轮喷气发动机，或与本文所述的任何交通工具兼容的任何其他类型的内燃机中被燃烧。在一些例子中，氢可以被提供给H2推进系统。推进系统可以被配置成发电并驱动电动马达和/或一个或多个螺旋桨。在一些例子中，氢可以在涡轮风扇中被燃烧和/或用于驱动任何类型的交通工具或飞行器中的螺旋桨，带罩的风扇，或不带罩的风扇。
本技术的氢燃料存储模块20是基于端到端氢燃料的系统或框架的组成部分，以高效且有效地实现没有碳基燃料和无碳排放的氢动力运输。例如，图2A示出了根据本技术的方面的用于实施无碳排放运输的端到端过程或框架40。所示实施例的端到端框架40包括将一个或多个氢燃料存储模块20与位于氢供应源(其可包括但不限于，氢生产设施，管道或其他运输导管，存储容器或其他中间设施或介质)的氢产物和氢处理设备接合的步骤。例如，氢燃料模块可以在高度受控的温度，压力，和其他操作条件下直接从生产设施42被填充氢。出于存储和运输目的，氢可以被处理(例如，通过加压或液化步骤)以在被填充氢燃料的模块内增加氢的压力，降低氢的压力，增加氢的温度，降低氢的温度，增加氢的密度，和/或降低氢的密度。
所示的端到端框架包括另一个步骤，即捕获氢生产设施42处所生产的氢并将其直接存储在一个或多个氢燃料存储模块20中。因此，所示的端到端框架允许在氢作为交通工具推进系统的燃料被输送之前，允许单个氢燃料被传递到存储容具处的氢燃料存储模块20中。这种单次传递消除了在存储容具之间传递氢时可能发生的相当大的氢损失。所填充的氢燃料存储模块20可以被放置在运输交通工具44内用于运输和分配，例如基于所选择位置处的燃料需求和预测。
所示的端到端框架包括将存储在一个或多个氢燃料存储模块20中的氢运输和分配到一个或多个交通工具加燃料站46的另一步骤。一个或多个交通工具加燃料站46可以是例如，氢燃料存储模块装载站，机场，机库，或可安置氢燃料兼容交通工具用于装载或卸载氢燃料存储模块20的任何位置，从而用氢燃料为交通工具加燃料或补充燃料。在一些例子中，氢燃料存储模块20一旦被装载到氢燃料兼容交通工具(例如，飞行器10(图1))中就可以用作机载燃料罐。一个或多个氢燃料兼容交通工具48，例如飞行器10(图1)，可以位于交通工具加燃油站46内或附近。
所示的端到端框架40包括将氢存储模块20装载到一个或多个氢燃料兼容交通工具48(例如飞行器10(图1))上的另一个步骤。端到端框架40可以包括在交通工具48的操作期间使用或耗尽氢燃料存储模块20之后从交通工具48卸载氢燃料存储模块20的另一步骤。端到端框架40可以包括再填充和/或回收任何用过或部分用过的氢燃料存储模块20的另一步骤。如果用于储备燃料目的，一些氢燃料存储模块20可能不需要填充或再填充。在一些例子中，用过的或部分用过的氢燃料存储模块20可以被运输回氢生产设施42或其他存储设施以用于再填充或补充燃料。
图2B示出了根据本技术的方面的用于实施无碳排放运输的过程或框架40的另一个示例。在区域氢生产设施180生产和存储的氢可用于为一个或多个燃料存储模块20加燃料，补充燃料，和/或再充电181。被再充电的燃料存储模块20可经由IS0(国际标准化组织)集装箱被运输182到第一机场本地仓储183。被再充电的模块20可以被装载184到交通工具上，例如飞行器10(图1)，并且操作员可以同时执行一个或多个连接和/或功能核对。在飞行器装载，连接，和系统核对185完成后，飞行器10可以滑行和起飞186。
在从氢燃料存储模块20中提取氢燃料以为飞行器的发电装置26供电的飞行期间，飞行器可以被配置为执行氢燃料存储模块20或被可操作地耦合到氢燃料存储模块20的燃料电池的飞行中性能监测187。在到达其目的地后，飞行器10(图1)可以着陆188并滑行到航站楼。被耗尽的氢燃料存储模块20可以被断开连接189以用于移除和放置在本地仓储中。在一些例子中，所移除的氢燃料存储模块20可以被移动到第二机场本地仓储190a。在其他例子中，飞行器10可以经历检查190b，在这种例子中也可以在所移除的氢燃料存储模块20被再次装载184到飞行器10上之前被检查。在所移除的氢燃料存储模块20被移动到第二机场本地仓储190a的例子中，氢燃料存储模块20可以经历模块检查和检验191。
在一些例子中，与氢燃料存储模块20相关联的性能数据192可以被提供给工程团队用于评估。在一些例子中，可能会评估是否需要维护，修理，和/或大修193。在飞行器10和/或氢燃料存储模块20经历检查190b的例子中，还可以评估是否需要维护，修理，和/或大修193。如果需要维护，修理，和/或大修193，可以经由联运货运集装箱将用完的模块20运输194到材料和服务站195和/或修理场196。修理后，用完的氢燃料存储模块20可以被运输197返回到氢生产设施110用于燃料存储模块的再填充和/或补充燃料。另一方面，如果不需要维护，修理，和/或大修193，则可以将用完的氢燃料存储模块20运输197返回到氢生产或供应设施，用于氢燃料存储模块20的再填充和/或补充燃料。
生产
氢可以在一个或多个氢生产设施180(图2A)处被生产。一个或多个氢生产设施180可以被配置成使用可再生能源和/或可用的电网电力来生产氢。在一些替代实施例中，一个或多个氢生产设施180可以被配置为通过处理诸如生物质的燃料来生产氢。在一些例子中，可以使用电解产生氢。在电解过程中，电流可以将水分解成氢和氧。电流可以由可再生能源或无碳能源产生。在一些例子中，氢可通过天然气重整和/或气化产生。天然气重整和/或气化可利用通过天然气与高温蒸汽反应生成的合成气(例如，氢，一氧化碳，和少量二氧化碳的混合物)。一氧化碳可以与水反应产生额外的氢。合成气也可以通过生物质与高温蒸汽和氧气在加压气化炉中反应生成，其通过气化过程被转化为气态成分。所得到的合成气含有氢和一氧化碳，其与蒸汽反应以分离出氢。在其他例子中，可以使用可再生液体重整来生产氢。在这种例子中，可再生液体燃料(例如乙醇)可以与高温蒸汽反应产生氢。或者，可以使用发酵产生氢。在发酵过程中，生物质可以被转化为富含糖的原料，这些原料可以被发酵以产生氢。
在一些例子中，可以使用高温水分解产生氢，凭借由太阳能聚光器或核反应堆生成的高温驱动分解水以产生氢的化学反应。在一些例子中，可以使用光生物水分解来生产氢，凭借微生物(例如绿藻)在阳光下消耗水，产生氢作为副产物。在一些例子中，可以使用光电化学水分解来产生氢，凭借光电化学系统使用特殊的半导体和来自太阳光的能量从水中生产氢。
在一些例子中，氢可从富含氢的材料中获得，例如有机物质例如生物质和碳氢化合物。在一些实施例中，氢可从一种或多种烃燃料中获得，包括甲醇，乙醇，天然气，或化学氢化物。在一些其他实施例中，氢可从不含碳的化合物，例如氨(NH3)或硼氢化物(BH4-)中获得。
为存储模块加燃料
在至少一个实施例中，在氢生产设施180(图2B)中生产的氢被直接传递并存储在一个或多个燃料存储模块20(图2A，2B)中。在存储之前，氢可以经历一个或多个处理步骤(例如，在生产方法留下残余的杂质或被引入的杂质的例子中，加压，液化，和/或纯化)。图3A是根据本技术的至少一个实施例的氢燃料存储模块20的等距视图。所示实施例的氢燃料存储模块20包括支撑框架或桁架50，其牢固地保持一个或多个包含氢燃料54的罐或胶囊52。所示实施例的氢燃料存储模块20在桁架50内具有两个垂直堆叠的胶囊52(即，一个胶囊52在另一个上方)。然而，其他实施例的氢燃料存储模块20可以具有不同数量的胶囊52(即，一个或多于两个)。模块20还可以具有不同存储布置的胶囊52，例如水平并排，或水平和垂直并排，或其他取向。
燃料存储模块20的胶囊52在氢生产设施180(图2B)处经由一个或多个被连接到胶囊52的燃料注入口56被填充。燃料注入口56被配置为将来自外部氢燃料源的氢燃料传递进入每个燃料存储模块20中的一个或多个存储胶囊52。一个或多个燃料存储模块20可以被配置成在氢生产设施180(图2B)处与氢生产设备或氢处理设备接合。在一些例子中，氢处理设备可以包括被配置用于氢的加压，液化，或纯化的设备。氢最初可经由燃料注入口被供应至氢燃料存储容器，直到(i)燃料存储模块中的氢燃料的压力达到预定压力阈值或(ii)氢燃料的质量达到预定压力质量阈值。胶囊52还可以包括一个或多个过滤器，其被安置和配置成在进入飞行器或其他交通工具的燃料系统之前过滤氢燃料流。
在一个实施例中，每个氢燃料存储模块20(图3A)的胶囊52被配置为存储压力高达大约850巴的气态氢，并且具有大约70千克的质量和在15％-20％的范围内(例如17％)的质量分数。在本实施例中，每个燃料存储模块20的重量在大约400kg-450kg的范围内。在氢燃料为液态氢的实施例中，模块存储大约90kg-100kg燃料，具有在大约25％-30％(例如28％)范围的质量分数，大约320kg-360kg(例如343kg)模块重量范围，且保持大约30-50小时(例如40小时)的时间。用于气态氢的胶囊52可以在桁架50内与用于液态氢的胶囊52互换。
在一个实施例中，每个氢燃料存储模块20具有一个或多个控制模块58，其被耦合到存储胶囊52并被配置为监测燃料的压力并当存储容器中氢燃料的压力达到预定压力阈值时切断氢燃料到燃料存储容器的供应。在其他实施例中，氢生产设施还具有控制模块，其用于监测正在填充的氢燃料存储模块52中的燃料压力，并在填充过程中控制氢燃料流的供应或关闭。在其他实施例中，框架中的其他外部控制或通信模块可以监测氢燃料存储模块的健康状况。
如上所述，氢可以被装载并存储在一个或多个氢燃料存储模块20中。如本文所用，术语“氢燃料存储模块”可被互换地称为“燃料存储模块”，“燃料存储容器”，或“燃料存储罐”。氢存储模块可以是或包括配置成容纳氢的容器，罐，囊，或容具。氢存储模块可被配置成保持一定体积的气态或液态燃料。
燃料存储模块20可以被配置为存储燃料。该燃料可用作氢燃料电池或氢燃烧发动机的燃料源。氢燃料电池可用于使用电化学反应发电。燃料可以是以气态或液态提供的氢。燃料可作为压缩气体，液化气体，或在其自身蒸气压力下的液体存储。在氢用作氢燃烧发动机的燃料源的例子中，氢燃烧发动机可被配置成利用氢进行一种或多种热化学反应(例如，氧化反应或燃烧反应)以移动或推进包括氢燃烧发动机的交通工具。
燃料存储模块20可以具有被配置为与多种交通工具兼容的设计或形状因数。例如，所示实施例的燃料存储模块20的形状和尺寸可以通过交通工具的检修门24(图1)被装载并牢固地保持在飞行器10(图1)或其他交通工具的燃料室中。如所描述的，交通工具可以用与燃料存储模块兼容的设备进行改装或改型。或者，交通工具可以基于与燃料存储模块固有兼容的全新设计。在一些例子中，燃料存储模块可具有与不同类型或类别的交通工具兼容的不同大小，形状，或配置。本公开的系统和方法可以使用多个燃料存储模块来实施。多个燃料存储模块可以具有相似的大小，形状，尺寸，或配置。或者，取决于交通工具的具体类型，多个燃料存储模块可以具有不同的大小，形状，尺寸，或配置。
燃料存储模块可以被配置成在预定量的时间内保持氢。燃料存储模块或容器可以是轻质的以最大化可使用运输交通工具运输的燃料存储模块的数量。燃料存储模块或容器的大小和/或形状可以允许高效地包装用于运输的燃料存储模块。燃料存储模块可以抵抗磨损或冲击力。燃料存储模块可以抵抗温度变化。
本公开的燃料存储模块可被配置成将氢保持预定量的时间，该时间足以将氢从氢生产设施运输到一个或多个氢燃料兼容交通工具。预定时间量可以是至少约1天，2天，3天，4天，5天，6天，7天，8天，9天，10天，或更多天。在交通工具是具有基于螺旋桨的发动机的中程通勤飞行器的至少一个实施例中，下面更详细讨论的燃料存储模块20具有被配置成几乎无限期地(例如，数月或数年)保持氢为气态氢或保持氢为液态氢燃料大约30-50小时的构造。本文公开的燃料存储模块20可以提供多种益处，例如轻质，坚固，稳固，不透水，和隔热，以抵抗存储在燃料存储模块20的胶囊52内的氢的温度变化。燃料存储模块20的大小，形状，和/或配置也可以被高效地容纳在飞行器内。
一个或多个燃料存储模块20可以为预定量或容量的燃料提供存储。例如，存储在燃料罐中的燃料量可以是例如至少约10汽油加仑当量(GGE)，20GGE，30GGE，40GGE，50GGE，60GGE，70GGE，80GGE，90GGE，100GGE，150GGE，200GGE，250GGE，300GGE，350GGE，400GGE，450GGE，500GGE，600GGE，700GGE，800GGE，900GGE，1000GGE，或更多。在上面确定的通勤飞行器实施例中，燃料存储模块的形状和大小可以存储高达大约70-96GGE。
燃料存储模块20可以具有任何大小，形状，和/或重量。例如，燃料存储模块20的每个胶囊52可以大于，小于，或大约等于5加仑罐，10加仑罐，15加仑罐，20加仑罐，25加仑罐，30加仑罐，35加仑罐，40加仑罐，45加仑罐，50加仑罐，60加仑罐，70加仑罐，80加仑罐，90加仑罐，100加仑罐，200加仑罐，300加仑罐，400加仑罐，500加仑罐，600加仑罐，700加仑罐，800加仑罐，900加仑罐，1000加仑罐，或任何大于1000加仑罐的罐的大小。燃料箱的重量可至少约为0.01吨，0.03吨，0.05吨，0.07吨，0.1吨，0.2吨，0.3吨，0.5吨，0.7吨，1.0吨，或更多。在上述通勤飞行器实施例中，每个燃料存储模块20的形状和大小可以对应于大约380-410加仑罐并且具有大约0.3-0.4吨的重量。
在一些例子中，燃料存储模块可以包括截面形状。截面形状可以是圆形，椭圆形(ellipse)，或包括三个或更多个边的任何多边形。多边形可以包括一个或多个直边和/或一个或多个弯曲边。在一些例子中，燃料存储模块可以是圆柱形的。在一些例子中，燃料存储模块可以包括环形或具有多部分截面的任何形状。燃料存储模块可以包括具有用于存储和运输氢的任何合适大小，形状，或截面的三维封闭容积。在一些实施例中，燃料存储模块20具有不同于胶囊的截面形状的截面形状。例如，胶囊52可以是具有圆形截面的大致圆柱形箱，但是形成燃料存储模块的外部形状的桁架50可以具有大致矩形的形状，这允许燃料存储模块20容易且牢固地堆叠在彼此身上。桁架50还可以被配置成牢固地和可释放地堆叠或以其他方式与其他燃料存储模块20的桁架50互连。
燃料存储模块20可以能够包含处于预定压力的燃料(例如，氢)。在一些实施例中，燃料存储模块20的每个胶囊52能够容纳具有小于或等于约15000psig，13000psig，12000psig，11000psig，10000psig，8000psig，7000psig，6500psig，6000psig，5500psig，5000psig，4750psig，4500psig，4250psig，4000psig，3750psig，3500psig，3250psig，3000psig，2750psig，2500psig，2000psig，1500psig，1000psig，500psig，300psig，100psig，或更低的压力的燃料。在上面所确定的通勤飞行器实施例中，燃料存储模块20的胶囊52的形状和大小可以存储具有在高达大约70psig-14500psig范围内的压力的氢燃料。在所示的实施例中，每个胶囊52被配置成存储高达大约12314psig(～850巴)的气态氢燃料。
在一些实施例中，燃料存储模块20可以包括用于存储燃料(例如，氢)的燃料存储材料。燃料存储材料可以能够吸收和释放燃料并且可以具有有利的储氢属性。例如，燃料可以是经由吸附被存储在燃料存储材料的本体中，和/或经由吸附被存储在燃料存储材料的表面上。在一些其他实施例中，燃料可以通过使燃料与燃料存储材料发生化学反应而被存储在燃料存储材料中。在一些备选实施例中，燃料存储材料可以包括配位氢化物，例如丙酸钠。在一些例子中，燃料存储材料可包含一种或多种氢的液体载体。
燃料存储模块20可以被配置为防止或减少氢泄漏，即使当氢以高压被存储在存储模块内时。例如，所示实施例的燃料存储模块20的胶囊52被提供有基本不透氢的内罐层。因此，胶囊52被配置成使得在一段时间内从燃料存储模块20泄漏的氢可能少于15％，10％，7％，5％，3％，或1％。该时间段可以是至少约1分钟，5分钟，10分钟，15分钟，20分钟，30分钟，45分钟，60分钟，或120分钟的时间段。该时间段可以是至少约1天，2天，3天，4天，5天，6天，7天，8天，9天，10天，或更多天。情况也可能如此即使氢被存储在超过10psi，11psi，12psi，13psi，14psi，15psi，16psi，17psi，18psi，20psi，25psi，30psi，35psi，40psi，45psi，50psi，60psi，70psi，80psi，90psi，100psi，或更高的压力下。
燃料存储模块20可以具有这样的体积，该体积可以允许足够的氢存储而不妨碍交通工具的移动或飞行并且基本上不改变交通工具的质量，质心，重心，或体积。例如，在其中交通工具是客机的一个实施例中，燃料存储模块占据大约一排座位间距的体积(即，对应于大约四名乘客)和大约300-400kg的质量。四名乘客的质量大约为350kg，因此净质量差可以忽略不计。燃料存储模块还可以具有允许适当的重量和平衡以及安全和舒适地使用和/或进入飞行器的不同区域(例如，飞行器机身)的体积和形状因素，同时符合要求诸如，例如，出口要求。
燃料存储模块可以具有允许飞行器在多种设施(例如，机场航站楼，维护/存储机库等)中正常使用的体积和形状因数。在一些情况下，单个燃料存储模块的体积与交通工具外壳内的体积之比可小于或等于约1∶20，1∶15，1∶10，1∶8，1∶7，1∶6，1∶5，1∶4，1∶3，或1∶2。在一些例子中，体积比可大于本文所述的任何值。在一些情况下，所有燃料存储模块的总体积与交通工具外壳内的体积之比可小于或等于约1∶15，1∶10，1∶8，1∶7，1∶6，1∶5，1∶4，1∶3，或1∶2。在上面所确定的通勤飞行器实施例中，由燃料存储模块20提供的比大约为1：20。在一些例子中，体积比可大于本文所述的值。
在一些实施例中，当燃料被存储在燃料存储模块中时，燃料存储模块20可以生成升力。如前所述，燃料可以是氢，或比空气轻的另一种燃料。在那些实施例中，燃料存储模块中的燃料密度可显著低于燃料存储模块外部的空气密度。升力可以为交通工具提供升力(例如，空气静力升力)。额外的升力可以降低电力消费并且可以增加交通工具的飞行时间。燃料存储模块中的燃料压力可以低于中性浮力压力被提供，使得燃料存储模块可以达到比空气轻的状态以生成升力。在一些例子中，燃料存储模块可以被存储在有助于飞行器空气动力并生成升力的吊舱中。例如，吊舱可以是生成升力和/或增强飞行器的空气动力的机翼吊舱。
燃料的压力可以使用位于燃料存储模块20中的一个或多个气体压力传感器来监测。或者，燃料的压力可以使用一个或多个应变计来监测，该应变计被配置成通过测量燃料存储模块的壁发生多少变形来计算压力。燃料存储模块可以被配置成存储氢燃料并且可以允许随着时间的推移最小的燃料泄漏。在一些例子中，其他传感器可用于检测和监测模块的健康状况和潜在的维护需求。
材料
燃料存储模块20可以使用具有适合于存储和/或运输氢的一种或多种材料特性的材料形成。一种或多种材料特性可以输送必要的质量，强度，韧性，渗透性，和可燃性特征以帮助存储和/或运输存储在燃料存储模块内的氢。在一些例子中，一种或多种材料可以包括金属材料。例如，燃料存储模块52(图3A)的桁架50可以由金属材料制成。金属材料可以包括例如铝，铂，镁，钛，铁，钴，镍，铜，锌，银，和/或金。在一些例子中，一种或多种材料可以包括复合材料。例如，桁架50可以由纤维增强材料制成，例如碳纤维复合材料。如下面更详细地讨论的，胶囊52可以包括金属成分和/或纤维增强成分。复合材料可以包括例如玻璃纤维，碳纤维，碳纳米纤维，芳族聚酰胺，纤维增强聚合物，碳纤维增强聚合物，和/或玻璃增强塑料。
在一些实施例中，燃料存储模块20和/或胶囊52可以由刚性材料形成。例如，燃料存储模块可包括具有用于存储燃料的腔室的结构刚性胶囊52。在一些备选实施例中，燃料存储容器，例如燃料存储模块20的胶囊52，可以包括非刚性材料。在一些例子中，燃料存储容器可以包括用于存储氢燃料的燃料袋。燃料袋可以包括用于存储燃料的内部容积或腔室。燃料袋可以由柔性材料形成，例如织物，囊，弹性体材料，或任何其他材料。燃料袋的一个或多个部分可以自由弯曲或折叠。燃料袋可以或可以不由可膨胀或可拉伸的材料形成。燃料袋可以包括轻质(light-weight)的不透膜。燃料袋可以由轻质的聚合物形成。轻质的聚合物可以包括例如聚酯，聚酯纤维，聚酯薄膜，或增强尼龙。燃料袋可以由一种或多种有机材料形成。在一些情况下，整个燃料袋可由有机材料形成。当燃料袋未填充燃料时，燃料袋可具有放气配置。放气配置可以被折叠，被卷起，或被收拢起来。当燃料袋填充有燃料时，燃料袋可以在张力下被充分膨胀和伸展。燃料袋可以采用任何形状。在一些情况下，燃料袋可以是基本上球形，椭圆形(ellipsoidal)，圆柱形，棱柱形，环面形，泪滴形，碗形，或者可以是扁平球体，椭圆形，实心几何形状，或被充气时的任何其他形状。
在一些实施例中，燃料存储模块20可以包括刚性和非刚性材料。例如，燃料存储模块可以包括刚性的第一材料和非刚性的第二材料。第一材料和第二材料可以被提供为燃料存储模块的不同层。在一些例子中，第一材料和第二材料可以被集成到燃料存储模块的单层中。
在一些实施例中，燃料存储模块20和/或其部件，例如所示实施例的胶囊52，可由具有约160克-力/旦尼尔(g/D)的韧度的复合材料制成。韧度可以对应于表征复合材料中纤维的断裂强度的特殊参数。在一些实施例中，燃料存储模块材料的韧度可以小于160g/D。例如，韧度可以小于或等于约：160g/D，150g/D，140g/D，130g/D，120g/D，110g/D，100g/D，90g/D，80g/D，70g/D，60g/D，50g/D，40g/D，30g/D，20g/D，或10g/D。在一些其他实施例中，燃料存储模块材料的韧度可以大于160g/D。例如，韧度可以大于或等于约：160g/D，170g/D，180g/D，190g/D，200g/D，210g/D，220g/D，230g/D，240g/D，250g/D，或260g/D。在一些实施例中，燃料存储模块可以具有范围从约10兆帕(MPa)到约4,000MPa的抗拉强度。
燃料存储模块20的材料，例如所示实施例的胶囊52的材料，可以被配置为承受胶囊52的操作参数内的应力和/或应变。在一些实施例中，应变(即材料在所施加力的方向上的长度变化除以材料的初始未变形长度)可以是至少约1％，2％，3％，4％，5％，6％，7％，8％，9％，10％，或更多。在一些实施例中，应变可以至多为约10％，9％，8％，7％，6％，5％，4％，3％，2％，1％，或更少。在上述通勤飞行器实施例中，燃料存储模块20的胶囊52由复合材料制成以承受高达大约1150-1350的应力。
燃料存储模块20，特别是所示实施例的胶囊52，可以是阻燃的，因为燃料(例如，氢)可以是高度可燃的。在一些实施例中，燃料存储模块和/或其部件可以由多层形成。例如，每个胶囊52可以由一层或更多层，两层或更多层，三层或更多层，四层或更多层，五层或更多层，或六层或更多层形成。多层可包括内层和壳层。胶囊的内层可以被配置成容纳和/或包含燃料，并且壳层可以被布置在内层周围和/或被放置在内层之上。内层可以由高分子量聚合物形成并且可以用作防止燃料渗出燃料存储模块的屏障。壳层可以作为燃料存储模块的压力承重部件，并可提供轻质的结构加固。在一些实施例中，壳层可以由弹性碳纤维-环氧树脂复合材料制成。壳层的厚度可以等于或大于预定厚度以防止壳层在高压下破裂。壳层的厚度可以被设计成使得燃料存储模块在高压下保持弹性和顺应性。
燃料存储模块层
在一些例子中，燃料存储模块20及其部件可包括多个层和/或材料。多个层和/或材料中的每一个都可以被配置或优化以执行单个功能(例如，隔热，结构完整性，冲击保护，抗冲击性，或承载压力负载)。在一些例子中，多个层和/或材料可以被配置或优化以执行多种功能(例如，隔热，结构完整性，冲击保护，抗冲击性，和承载压力负载)。在一些例子中，燃料存储模块20可以包括一个或多个胶囊，它们是标准的，市售的消费者现成的存储罐。在这种例子中，燃料存储模块可以包括被配置成执行多种功能的单层或材料。
在一些例子中，例如图3A和3B中所示的示例性实施例中的燃料存储模块20的胶囊52，可以包括被配置成执行不同功能的多个层和/或材料。例如，胶囊52可以包括第一材料以容纳氢并降低渗透性。第一材料可以是由高分子量聚合物制成的膜。胶囊52还可以包括第二材料以承载来自所承载的压力负载的应力。第二材料可以包括碳纤维织物。第二材料可以是使燃料存储模块的重量最小化的轻质材料。胶囊52还可以包括第三材料。第三材料可以包括隔热体。隔热体可以包括软木或泡沫材料。隔热体可以被配置用于温度屏蔽以最小化燃料存储模块内的内容物的温度变化。
虽然图3B中所示的实施例包括隔热层，但其他实施例不包括隔热材料的中间层。在其他实施例中，隔热层可以处于不同的位置，例如在内层和碳纤维织物之间，或者可以使用多个隔热层。胶囊52还可以包括第四材料。第四材料可以被配置成为燃料存储模块或容器提供耐磨性和抗冲击性。第四材料可以包括合成纤维材料，例如芳族聚酰胺材料。
在一些例子中，胶囊52的层和/或燃料存储模块20的其他部件可以是两种或更多种材料的复合物并且能够提供一种或多种功能益处(例如，选择性渗透性或抗渗性，隔热性，负载分布等)。这些层可以以任何合适的顺序被布置。在一些例子中，一个或多个中间层可以被设置在胶囊的两个或多个相邻层之间。在一些例子中，可以省略提供第一功能益处的一个或多个层或用提供第二功能益处的另一层替换。在一些例子中，一层胶囊可以提供多种功能益处。在一些例子中，多种功能益处可以与胶囊的层相关联。这可以降低制造成本，增强胶囊的可制造性，和/或增强胶囊的性能。
在一些例子中，燃料存储模块可以包括桁架结构。桁架结构可被配置为承载和/或分配由包含在燃料存储模块内的加压氢施加在结构部件或燃料存储模块的一部分上的一个或多个内部负载。
图3B是燃料存储模块20的示例性胶囊52的关键部件和层的示意图。图3C是本技术的一个实施例的胶囊52的部分剖切等距视图。可以基于功能分解分析来选择胶囊52的关键部件和层，使得燃料存储模块20的胶囊52的结构的每个元件或层针对特定功能被优化。在一些例子中，用于保护燃料存储模块20及其部件的容器可以被单独提供或被集成为燃料存储模块的一部分。
如图3B和3C所示，燃料存储模块20的每个胶囊52可以包括最里面的第一层60，该第一层60包括选择性渗透或不可渗透的膜以容纳或保留氢燃料54。在至少一个实施例中，第一层60是柔性的，例如聚乙烯(PE)，聚乙烯醇(PVA)，或乙烯醋酸乙烯酯(EVA)，或其他基本上不透氢的高分子量聚合物材料，包括被容纳在高压(例如，～850巴)下的氢气。在其他实施例中，第一层60可以是由被粘附到碳纤维织层或其他纤维支撑层的一侧或两侧的PE或其他不透氢膜材料形成的层压结构。其他实施例可以使用其他材料。胶囊52具有紧邻第一层60的第二层62以承载来自第一层包含的加压氢负载的应力。在一些例子中，第二层62可以包括碳纤维织物，例如三轴碳编物或其他无缝的，基本上圆柱形的碳纤维织物。第二层62可以包括或不包括环氧树脂。在所示的实施例中，第二层62是没有环氧树脂或其他粘合剂或基体的碳纤维织物，其提供围绕氢不可渗透的最内层的非常坚固但轻质的应力承载层。
所示实施例的胶囊52还包括第三层64，其提供与外部热负载的隔热。在图3B中示意性说明的实施例中，第三层64在第二层62的外部并径向相邻，因此第二层62被捕获在第一层60和第三层64之间。隔热的第三层64可以由气凝胶或其他所选择的轻质材料，高隔热值材料制成，其控制进出第一层60和第二层62的热传递。在一些例子中，胶囊52包括在第三层64外部的第四层66，所以第三层64在第二层62和第四层66之间。注意，在一些实施例中，例如图3C中所示的实施例，胶囊52不包括第三层隔热材料，使得胶囊具有第一，第二，和第四层60，62，和66，并且第二层62在第一60和第四层66之间被捕获。
在所示实施例中，第四层66被配置为燃料存储模块20的胶囊52提供耐磨性和抗冲击性。第四层66可以由例如芳族聚酰胺材料(例如，
Figure BDA0004113822780000311
)或其他高度耐用，坚固，轻质的可在胶囊内层周围形成保护性壳的耐磨材料制成。在一些实施例中，燃料存储模块52可以包括在第四层66之上的附加外层，例如以提供所选择的有纹理的，有颜色的，保护性的，或美观的外表面。
层60，62，64，和66可以被彼此相邻堆叠，但除了在它们的端部部分之外它们不彼此牢固地粘附。因此，随着使用期间胶囊52内部的条件发生变化，包括填充，被运输，装载，激活以分发氢燃料，卸载，存储等，单个层可以能够相对于其他层移动。这提供了有弹性的，耐用的，且可适应的容器52。在其他实施例中，层60，62，64，和66中的一些或全部可以被彼此固定或结合，以防止被固定的层之间的任何相关运动。
在一些例子中，燃料存储模块20包括桁架50(图3A)结构，用于对由桁架承载的一个或多个胶囊52提供额外的结构支撑。所示实施例的桁架50结构提供耐用的保护性框架，例如形状和形式与飞行器10(e)的内部体积或区域的形状或结构兼容的开放式框架。在一些实施例中，桁架50可以被配置为与其他燃料存储模块的桁架垂直和/或水平堆叠，以便将相邻的燃料存储模块堆叠并可释放地锁定在一起。桁架50还被配置为在飞行器10的燃料存储区域内被移动到与飞行器的燃料系统匹配配合并锁定在适当位置以牢固地保持燃料存储模块20和相关联的胶囊50和飞行器10内的阀门硬件在操作的所有阶段对齐的完全安装位置。桁架50还被配置用于安装和配合其他交通工具，例如用于将燃料存储模块运输至氢生产设施或存储设施或从氢生产设施或存储设施运输出的运输交通工具。因此，燃料存储模块20的形式，形状，和功能可以被优化以用于飞行器或本文所述的任何交通工具。燃料存储模块20的形式和形状可以允许更高质量分数的氢(即，气态氢燃料大约15％-20％或更多，液态氢燃料大约25％-30％)以为了燃料消耗而被运输或存储，并且可以最大化每单位质量的燃料存储模块可以运输或存储的氢的量或体积，同时满足飞行器的形状和体积限制。
燃料存储模块20的构造和配置提供了稳固，安全，耐用，和模块化的氢燃料加注系统。储模块20在氢生产设施110(图2A)中通经由如上所述的单一传递过程被氢燃料填充存之后，氢燃料的提取可能不被允许直到将燃料存储模块20装入并可操作地互连到氢动力飞行器10或其他用于经由交通工具的氢燃料动力装置消耗的氢燃料兼容交通工具的燃料系统。所示实施例中的燃料存储模块20轻质的，具有有助于与飞行器或其他交通工具一起使用的高质量分数。燃料存储模块20还最小化，减轻，和/或减少氢燃料在存储和/或运输期间的泄漏或排放。当氢燃料不被氢燃料兼容交通工具使用或消耗时，燃料存储模块可以被配置用于氢燃料的低扩散。
运输
图4A示出了根据一些实施例装载到燃料模块存储系统69的运输容器68中的燃料存储模块20。图4B示出了根据一些实施例的用于将运输容器68和/或燃料存储模块20运输到端到端框架40(图2A，2B)内的位置和从端到端框架40内的位置运输运输容器68和/或燃料存储模块20的运输交通工具70。运输容器68可以是装运容器或其他运输结构，其可以安全地接收和包含用于散装运输多个燃料存储模块20。在所示实施例中，运输容器68被装载到或以其他方式被耦合到运输交通工具70以用于运输和分配到一个或多个加燃料站。运输交通工具70可以包括本文所述的任何类型的交通工具。在其他实施例中，不使用装运容器68，并且燃料存储模块20可以被固定到运输交通工具70上，例如运输车厢，货舱，货车等。
运输交通工具70可以被配置成将多个燃料存储模块20运输至多个飞行器或其他氢燃料兼容交通工具或从多个飞行器或其他氢燃料兼容交通工具运输多个燃料存储模块20。在一些例子中，运输交通工具70可包括陆地交通工具并且氢燃料兼容交通工具可包括空中交通工具。运输交通工具70可以将燃料存储模块20运输到一个或多个交通工具加燃料站，其被配置为将燃料存储模块20装载到飞行器10(图1)或其他氢燃料兼容交通工具上或从飞行器10(图1)或其他氢燃料兼容交通工具上卸载燃料存储模块20。运输交通工具70也可以是氢燃料兼容交通工具，其由来自被可操作地安装并连接到运输交通工具的燃料系统的燃料存储模块的氢燃料提供电力，以为其氢基发电装置提供电力。多个氢燃料兼容交通工具可位于一个或多个交通工具加燃料站处或附近。
在一些例子中，燃料存储模块20可以沿运输路线的不同点被装载到多个运输交通工具70中，以输送到一个或多个飞行器10(图1)或其他氢燃料兼容交通工具。多个运输交通工具70可至少包括第一交通工具。用于运输燃料存储模块20的多个运输交通工具70可以不同。在一些例子中，第一运输交通工具70可以被配置为沿运输路线运输燃料存储模块20第一距离，第二运输交通工具可以被配置为沿运输路线运输燃料存储模块20第二距离，以及依此类推，直到燃料存储模块20被输送到一个或多个交通工具加燃料站内或附近的所选择的飞行器或其他氢燃料兼容交通工具。燃料存储模块20的大小和/或形状可以与每个运输交通工具70兼容，该运输交通工具70被配置成沿着运输路线行进以将燃料存储模块输送到一个或多个交通工具加油站。
如上所述，在一些例子中，第一运输交通工具70可以包括陆地交通工具。陆地交通工具可以包括被设计或用于运输乘客或货物的任何陆基交通工具。陆地交通工具的示例可以包括汽车，卡车，公共汽车，和/或火车。卡车可包括轻型卡车(例如1级，2级，或3级)，中型卡车(例如4级，5级，或6级)，或重型卡车(例如7级或8级)。或者，第一交通工具可以包括轮船，船，飞行器，或本文所述的任何其他类型的交通工具。
第一运输交通工具70可以被配置为至少部分地根据一个或多个交通工具加燃料站对氢燃料的需求来承载多个燃料存储模块20。多个燃料存储模块可以包括至少1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，15，20，25，30，35，40，45，50，60，70，80，90，100，200，300，400，500，600，700，800，900，1000，或更多个燃料存储模块。在上面所确定的通勤飞行器实施例中，运输交通工具70通常将承载多达大约14-27个燃料存储模块20以服务多达大约4-9架飞行器。
在一些例子中，燃料存储模块20可以以水平或垂直的配置被布置在彼此之上或彼此相邻。在一些例子中，燃料存储模块20可以包括形成燃料存储模块20的外部部分的一个或多个平坦表面(例如，由燃料存储模块20的桁架50或其他外部结构提供)。在这种例子中，燃料存储模块20可以被堆叠在彼此之上和/或被布置成方形包装配置。在一些例子中，燃料存储模块20可以具有圆柱形。在这种例子中，燃料存储模块20可以被堆叠在彼此之上和/或被布置成六边形包装配置。在一些例子中，燃料存储模块20可以以蜂窝配置被放置或堆叠。在一些例子中，燃料存储模块20可以具有不同的大小和/或形状。
不同组的燃料存储模块20可以被安置或提供在三维空间中的不同参考平面上。参考平面可以以多种配置被取向(例如平行，斜(oblique)，倾斜(inclined)，正交，相交，不相交等)。在一些实施例中，不同组的燃料容器可被位于彼此相交的不同倾斜参考平面上。
在一些例子中，一个或多个燃料存储模块20可以使用运输框架结构或其他支撑组件和/或配合组件(例如夹具，钩子，带，系紧装置等)被刚性地保持在一个或多个运输交通工具70(图4B)上的适当位置。在一些实施例中，燃料存储模块20的一侧或多侧可以被固定在装运容器68中和/或与支撑组件接触，以增加支撑并使燃料存储模块20在运输过程中的移动最小化。
燃料存储模块20可以被装载到燃料模块存储系统69中，例如装运送容器68或其他运输容器，其可以被安装到用于运输和分配的运输交通工具上。燃料模块存储系统69可以包括一个或多个支撑结构，该支撑结构被配置成支撑燃料存储模块的端部和/或侧部。一些支撑结构可以包括颈槽，其形成围绕燃料存储模块的颈部的封闭体。
在一些实施例中，燃料模块存储系统69可以被配置成支撑一个或多个具有相同或不同特性的燃料存储模块20。燃料存储模块20可以具有任何大小，容量，形状，和/或重量并且可以由任何合适的材料制成。例如，燃料存储模块20可以具有大致圆柱形，矩形，球形等形状。
燃料模块存储系统69可以被安装或附接到运输交通工具70的任何合适的部分以用于运输。在一个实施例中，燃料模块存储系统可以被安装在运输交通工具的驾驶室后面。在另一个实施例中，燃料模块存储系统可以被安装在运输交通工具的一侧或多侧。在另一个实施例中，燃料模块存储系统可以被安装在运输交通工具的顶部，例如，在交通工具的车顶上或车顶内。在又一实施例中，燃料模块存储系统可以被安装在运输交通工具的拖车或可拆卸部分上。在其他实施例中，燃料存储系统可以使用配置的任何组合被安装到运输交通工具。例如，燃料模块存储系统可以被安装在运输交通工具车身的前部或后部。在多种实施例中，燃料模块存储系统附接至运输交通工具的位置和/或方式可基于多种因素，包括燃料容器的容量和类型，交通工具的类型，和业务要求。
在一些例子中，燃料模块存储系统69可以包括一个或多个用于支撑和/或固定一个或多个本文其他地方描述的燃料存储模块的模块化燃料容器支撑组件(下文称为支撑模块或支撑组件)。这种支撑组件可用于稳定，支撑，或以其他方式保护燃料存储模块免受由移动(例如在运输过程中)，外部冲击，自然因素，侵蚀等引起的损坏。在一些情况下，支撑组件可被配置成形成支撑一个或多个燃料存储模块20并使燃料存储模块20在运输期间的移动最小化的框架。在一些例子中，燃料模块存储系统69可以包括多个用于模块监测和泄漏检测的传感器。在一些例子中，燃料模块存储系统69可包括灭火系统。
燃料存储模块20可以使用一个或多个紧固件被机械耦合到运输交通工具70，燃料模块存储系统69，和/或一个或多个支撑组件。紧固件可以是支撑组件的固有部分(例如，榫卯，楔形和滑道，接头等)或支撑构件的外部(例如，线，锁，粘合剂，焊接等)。示例性类型的紧固件可以包括螺母和螺栓，钉子，锁，插销，线，接头，软焊，焊接，粘附等。在其他实施例中，燃料存储模块20可以被简单地彼此相邻放置或堆叠在运输交通工具70内或燃料模块存储系统内而无需任何紧固机制。
在多种实施例中，本文所述的支撑组件的部件或部分(例如，端部支撑构件，侧框架，桁架构件，侧支撑构件)可以使用任何合适的材料或材料的组合来构造。例如，所使用的材料可以包括诸如钢，铁，铝，钛，铜，黄铜，镍，银等金属，或者它们的任何合金或组合。这些材料还可以包括聚合物或复合材料，例如碳纤维或玻璃纤维。所用材料的选择和用量可基于多种因素，包括成本，强度重量比，支撑组件在所需配置中的地点或位置，关学原因等。在多种实施例中，支撑组件的一个或多个部件或部分(例如，端部支撑构件，侧框架)的尺寸可至少部分地基于其中支撑的燃料容器的特性(例如，尺寸，容量，燃料类型)，支撑组件的空间考虑等。
存储单元/联运货运集装箱
在一些实施例中，燃料存储模块20可以被放置在一个或多个存储单元或用于运输的集装箱内，例如装运容器68(图4A)。一个或多个存储单元可以被提供在或附接到运输交通工具70(图4B)的一部分。在一些例子中，一个或多个存储单元可以被集成和/或被一体地连接到运输交通工具的外壳或主体。存储单元可以被配置为联运货运集装箱。在一些例子中，存储单元可以是IS0668集装箱。
一个或多个存储单元可以被配置成遮蔽或保护燃料存储模块在运输到一个或多个加燃料站期间免受振动，冲击，磨损，和/或物理损坏。一个或多个存储单元可以被配置成为存储在燃料存储模块内的氢提供额外的隔热。在一些情况下，一个或多个存储单元可以被配置成最小化在运输到一个或多个交通工具加燃料站期间存储在燃料存储模块内的氢的温度变化。
一个或多个存储单元可以由轻质材料制成。一个或多个存储单元可以由刚性材料形成。燃料存储模块可以顺应存储单元的内部空间或体积的大小和/或形状。在一些例子中，燃料存储模块可以被插入存储单元中用于运输。在一些例子中，燃料存储模块可以被配置成滑入存储单元。燃料存储模块可以被固定到存储单元或运输交通工具的一部分以最小化运输期间的移动。燃料存储模块可以使用机械耦合器或可调节带固定。
在一些例子中，存储单元可以形成封闭容积。存储单元的内部空间可以具有对称的形状。在一些可选实施例中，存储单元的内部空间可以具有不规则形状。燃料存储模块的最大体积可基于存储单元的内部空间的最大体积来确定。在一些实施例中，如果燃料是高度易燃的(例如，氢)，则存储单元可以被部分地填充有惰性气体(例如，氦气)以降低燃料存储模块爆炸的风险。
在一些例子中，燃料存储模块可以被装载到联运货运集装箱中用于运输。联运货运集装箱可被配置为将燃料存储模块与振动，磨损，或外部热负载隔离。在一些例子中，联运货运集装箱可以被配置用于灭火。在一些例子中，联运货运集装箱可包括壳，该壳配置成如果被放置在联运货运集装箱内的燃料存储模块发生爆炸，则吸收或内化冲击。在一些例子中，多个燃料模块可以被装载到联运货运集装箱中并使用多个楔子固定以在运输期间提供支撑并使燃料模块的移动最小化。在一些例子中，多个楔子可以包括可插入多个燃料模块与联运货运集装箱的一个或多个内壁之间的间隙或空间之间的四个或更多个楔子。
在一些例子中，燃料存储模块和/或联运货运集装箱可以被配置用于联运运输/货运，凭借使用多个运输交通工具来运输燃料存储模块和/或联运货运集装箱从氢生产设施到一个或多个交通工具加燃料站。在一些例子中，多个运输交通工具可以包括第一组交通工具，其被配置成将燃料存储模块运输到位于一个或多个加燃料站处或附近的第二组氢燃料兼容交通工具。
在一些例子中，燃料存储模块或集装箱和/或联运货运集装箱，例如装运集装箱68(图4A)，可以包括一个或多个传感器72。一个或多个传感器72可以被配置以监测燃料存储模块20的位置或监测存储在燃料存储模块内的氢的内部温度和/或内部压力。在一些例子中，燃料存储模块或集装箱和/或联运货运集装箱可以包括选自由压力计，应变计，热电偶，和/或热敏电阻组成的组中的一个或多个传感器。在一些例子中，使用一个或多个传感器获得的一个或多个测量值可用于生成燃料存储模块的位置或燃料存储模块和/或联运货运集装箱的内部温度和/或内部压力的时间追踪历史。
在一些例子中，燃料存储模块20和/或联运货运集装箱68可以包括主动监测系统74，其监测燃料存储模块的位置或燃料存储模块和/或运输过程中的联运货运集装箱的内部温度和/或内部压力。主动监测系统74可以被配置成有助于在运输期间远程监测燃料存储模块20的位置或燃料存储模块和/或联运货运集装箱的内部温度和/或内部压力。在一些例子中，主动监测系统74可以包括一个或多个加速度计以监测任何振动，冲击，震动，或碰撞事件。可以实时和/或周期性地执行远程监测。在一些例子中，至少部分地基于使用一个或多个主动监测系统的传感器所获得的一个或多个测量值，可以实施一种算法来预测用于燃料存储模块和/或联运货运集装箱的结构性故障，过压状况，或潜在爆裂情况。
在一些例子中，燃料存储模块20或集装箱和/或联运货运集装箱68可以包括通风系统69(图4A)。通风系统76可以被配置成在氢从燃料存储模块或联运货运集装箱泄漏的情况下消散氢。或者，通风系统可以配置成在氢被可控地从燃料存储模块释放的情况下消散氢。燃料存储模块或集装箱和/或联运货运集装箱可以被配置成在运输期间排出至少一部分存储在燃料存储模块或集装箱中的氢。通风系统可以被配置成以受控方式释放氢。在一些例子中，通风系统可以配置成释放氢并与包含在联运货运集装箱中的另一种气体反应以使氢惰性。
将燃料存储模块装入氢燃料兼容交通工具
如本文其他地方所述，燃料存储模块20可从氢生产设施42(图2A，2B)运输到一个或多个交通工具加燃料站46。燃料存储模块20可以被运输到一个或多个交通工具加燃料站46内或附近的第一区域。与氢存储模块兼容的多个交通工具可位于一个或多个加燃料站内或附近的第二区域。氢存储模块可能需要从第一区域到第二区域的额外运输。在一些例子中，可以使用一个或多个陆地运输交通工具将氢存储模块20从第一区域运输到第二区域。
在一些例子中，燃料存储模块20可以被装载到一个或多个加固结构中或之上，例如装载框架75。如图4C和4D所示，装载框架75可以被配置成接收多个燃料存储模块20并且可以被配置成以固定配置布置为用于插入到氢燃料兼容交通工具(例如，飞行器10(图1))的多个模块20。装载框架75可以被配置为经由地面控制设备72(图1)被从第一区域移动到第二区域中的一个或多个氢燃料兼容交通工具，地面控制设备72可以将装载框架75运输到且输送进飞行器10或其他交通工具中。在一些例子中，可以使用一个或多个其他陆地交通工具将装载框架75从第一区域运输到第二区域中的一个或多个氢燃料兼容交通工具。在一些例子中，多个燃料存储模块20可以被可释放地耦合到装载框架75。在这种例子中，装载框架75可以被配置为对准燃料存储模块20以便安装到飞行器10或其他氢燃料兼容交通工具。
燃料存储模块20可以被装载到或插入到装载框架中。如本文其他地方所述，装载框架75可以被配置为转化连接器(例如，支架，框架，保持器，底座，吊架，托架等)，其被配置为以预定配置接收和布置一个或多个燃料存储模块20。
在一些例子中，装载框架75可以包括桁架结构(图4D)。桁架结构可以是将燃料存储模块20布置和固定在想要的配置，位置，和/或取向中的框架。该框架可以是轻质框架，其支撑并包围不同尺寸的集装箱(container)，容具，或燃料存储模块。桁架结构可将多个燃料存储模块以预定配置保持在一起。
装载框架75和/或装载框架的桁架结构可以被配置成保持燃料存储模块20，集装箱，胶囊52，或其他不同大小的容具。在一些例子中，装载框架和/或装载框架的桁架结构可以被配置成保持多个不同大小的圆柱形燃料罐。圆柱形燃料罐，例如胶囊52(图3A)可以被桁架结构包围，例如配置为轻质框架的桁架50(图3A)。桁架结构可以被配置为将燃料存储模块锁定到想要的位置和/或方向同时仍允许使用燃料存储模块的一个或多个连接器或端口的笼。
在一些例子中，多个燃料存储模块20可以被装载到多个不同的装载框架75中。在一些例子中，一个或多个装载框架可以被配置成接收具有不同大小和/或形状的多个燃料存储模块。装载框架75可以包括支架，其被配置为将多个燃料存储模块布置在多个预定位置和/或方向，使得装载框架和燃料存储模块20装配到交通工具的内部空间中。多个预定位置和/或方向可以被配置成使得燃料存储模块20可以被容易地连接到交通工具的现有系统或子系统(例如，交通工具的燃料电池系统或推进系统)。装载框架75可以被配置成以适形的方式装配到多种交通工具或交通工具内的多个区域中。
装载框架75和其中的多个燃料存储模块20可以被配置成根据想要的目的或所需的功能(例如，用于运输和/或用于装载到交通工具中以供消费)以适形的方式装配进多种交通工具或交通工具的多种结构部件。例如，图4E显示被安置在装运集装箱68中的多个装载框架75和相关联的燃料存储模块20。在其他实施例中，燃料存储模块可以被布置在装运集装箱68中而不使用装载框架，如图4F所示。装载框架75的大小，形状，和/或配置可以允许以与运输交通工具或氢燃料兼容交通工具一致或兼容的形状因子运输和装载多个燃料存储模块20。装载框架75的大小，形状，和/或配置可以使得它们适形以引导或安置燃料存储模块20以移动到氢燃料兼容交通工具10(图1)的内部容积中或在其中移动。装载框架75和多个燃料存储模块20的大小，形状，和/或配置可以与用于存储装载框架和/或燃料存储模块的传输交通工具的一部分适形以被运输到一个或多个交通工具加燃料站。
装载框架75可以具有用于灵活地插入，装载，和布置多个燃料存储模块20的模块化结构。装载框架75可以是可配置的和/或可重新配置的，以接受和处理不同数量或不同类型的燃料存储模块20。装载框架75可以被配置成接收在多种不同的位置，方向，和/或配置中的多个燃料存储模块20。
在一些例子中，装载框架75可以包括一个或多个轮子，滚子，和/或轴承以用于低摩擦运动。当一个或多个燃料存储模块被插入或装载到装载模块中时，装载框架和一个或多个燃料存储模块可以被配置为单个集成单元。装载框架可以被配置为将燃料存储模块20滑动或以其他方式安置到交通工具的一部分中(例如，飞行器10的机身区域)以有助于将燃料存储模块20耦合到(i)一个或多个快速释放连接器或(ii)交通工具的一个或多个系统或子系统(例如，燃料电池系统，推进系统，通风系统等)。
在一些例子中，装载框架75和燃料存储模块20可以滑动穿过交通工具的门并且可以在一个或多个方向上被推动(例如，向上，向下，向左，向右，向前，和/或向后)以将燃料存储模块20固定到一个或多个耦合机制。
一个或多个燃料存储模块20可以被插入或装载到氢燃料兼容交通工具中，该交通工具配置为使用存储在燃料存储模块内的氢燃料用于推进或移动。燃料存储模块20可以被放置在交通工具的任何部分中或上面(例如，顶部，底部，前部，后部，交通工具的机翼，或交通工具的机舱)。燃料存储模块20可以被放置在交通工具的任何内部或外部部分中或上，使得交通工具的空气动力不会受到负面影响或显著受损。
燃料存储模块可以在不使用任何工具的情况下被安装或装载到交通工具中。或者，可以使用最少数量的工具将燃料存储模块安装或装载到交通工具中。燃料存储模块可能需要也可能不需要专门的固定装置，装置，或机制来将燃料存储模块装载和/或固定在交通工具中。燃料存储模块可以在设定的时间内被安装或装载到交通工具中。设定的时间量最多可为约1小时，30分钟，20分钟，10分钟，5分钟，1分钟，或更短。在存储在燃料存储模块内的氢燃料被使用或用过之后，燃料存储模块可以是可互换的。
图5A示出飞行器10的示例，例如可以改型以适应一个或多个氢燃料存储模块20和可以与一个或多个氢燃料存储模块20一起使用的一个或多个燃料电池34的飞行器。图5B是被配置成与氢燃料存储模块20一起使用的飞行器10的部分透明示意图。一个或多个氢燃料存储模块20和/或一个或多个燃料电池34可以被放置在燃料模块存储区中22，在飞行器的不同位置上或附近(例如燃料存储区或空腔，货舱，尾翼，机翼，机身底部，机舱，内舱等)。一个或多个氢燃料存储模块20和/或一个或多个燃料电池34可以被放置在飞行器10的顶部，底部，前部，后部，和/或一个或多个侧部。在一些例子中，一个或多个氢燃料存储模块20和/或一个或多个氢燃料电池34可以被容纳在飞行器10的机舱区域，机翼区域，或客舱区域中。一个或多个氢燃料存储模块20和/或一个或多个氢燃料电池34可以被放置在飞行器300的任何部分中，该部分不是被设计以承载一名或多名乘客或飞行机组成员。
在如图5B所示的实施例中，燃料存储模块20被装载并牢固地保持在客舱82后部的燃料模块存储区22内的飞行器机身80中。燃料模块存储区22被配置成将燃料存储模块20牢固地保持和对准到飞行器的燃料电池系统84的连接点。在一些例子中，交通工具(例如，飞行器300)可以包括客舱或外壳，例如机身80，其可以包括一个或多个内部空腔或存储区，例如燃料模块存储区22。包括一个或多个燃料电池34和一个或多个燃料存储模块20的燃料电池系统84可以被提供或位于机身80的存储区内。燃料电池系统84可以被提供在交通工具上，且可以用于为交通工具提供电力。燃料存储模块20可经由与燃料电池34流体连通的单个管道，多个管道，或歧管系统132(图5B)被可操作地连接到燃料电池34。
燃料电池系统84和/或氢存储模块20可以被放置在飞行器10或其他交通工具的外壳内。燃料电池系统84和/或氢燃料存储模块20可以在外壳的一个或多个内腔内。交通工具可以包括含有空腔的中央主体。燃料电池系统和/或氢存储模块20可以在交通工具的中央主体内。
图6A示出了飞行器10的内部容积，其可以被配置为接收一个或多个燃料存储模块20。一个或多个燃料存储模块20可以被装载到飞行器10的机身80的内部容积内的燃料模块存储区域22中，例如在客舱82的后面(图5B)，并且在加载时稍微在飞行器10的重心后面。在一些非限制性示例中，飞行器的内部容积22的燃料模块存储区22可以被配置为接收多个燃料存储模块20a，20b，20c。一些燃料存储模块20b和20c可以具有相同的大小和/或形状。一些燃料存储模块20a和20b可以具有不同的大小和/或形状。燃料存储模块20a，20b，20c的大小和/或形状可以以适形方式装配在内部容积内。燃料存储模块20a，20b，20c的大小和/或形状可以最大化在内部容积内的模块存储区域22内占据的空间量。在一些例子中，燃料存储模块20a，20b，20c可以彼此堆叠。然而，可以使用任何其他合适的包装配置来将燃料存储模块20a，20b，20c装载到内部容积中。
图6B示出了用于多个燃料存储模块的可能包装配置的另一个示例。在一些情况下，多个较小的燃料存储模块20d可以被堆叠在多个较大的燃料存储模块20e的顶部。如图6C所示，在一些情况下，多个较大的燃料存储模块20e可以彼此堆叠在顶部，并且多个较小的燃料存储模块20d可以被放置在较大的燃料存储模块20e之间的间隙或空间中或附近。或者，如图6D所示，在一些例子中，多个燃料存储模块20e可以被布置成六边形包装配置。在一些例子中，多个较小的燃料存储模块20d可以被放置在较大的燃料存储模块20e之间的间隙或空间中或附近。图6E示了用于多个燃料存储模块20f和20g的包装配置的另一个示例。如图6F所示，多个燃料存储模块20f和20g可以被装载到飞行器内部容积内的燃料模块存储区域22中，同时被布置成图6E所示的包装配置。
耦合
燃料存储模块20可以被装载到飞行器10或其他交通工具中并使用一个或多个耦合机制被固定到交通工具。图7是一些实施例的正视图，其中燃料存储模块20通过被连接到燃料模块存储区22中的机体的耦合机制90被可释放地保持在所选择的位置。例如，耦合机制90可以是夹紧构件或其他被附接到被固定在机体的锚轨上的机制。夹紧构件可释放地夹在燃料存储模块20的桁架50的较低部分，以将燃料存储模块固定在燃料模块存储区22内的预定位置。其他实施例可以使用其他耦合机制。一个或多个耦合机制90可能不或不需要使用工具来将燃料存储模块20装载和/或固定到飞行器10或其他交通工具。一个或多个耦合机制90可以被配置成控制燃料存储模块20相对于交通工具，交通工具中的一个或多个燃料电池，和/或交通工具的推进系统的空间设置。
在一些例子中，燃料存储模块20可以如上所述被固定或可释放地耦合到装载设备28。装载设备可以被配置有转化连接器(例如，支架，框架，保持器，底座，吊架，托架等)以以预定配置接收和布置一个或多个燃料存储模块。在这种例子中，装载设备可以被配置成将燃料存储模块安置到交通工具(例如，飞行器10)中，该交通工具使用一个或多个耦合机制被可释放地耦合到交通工具的一个或多个结构部件。
一个或多个耦合机制可以包括永久耦合或可释放耦合。在一些情况下，燃料存储模块可使用粘合剂，结合，焊接，紧固件(例如螺钉，螺母，螺栓，销)，过盈配合，卡扣配合等耦合到交通工具的一个或多个结构部件。耦合机制可将燃料存储模块固定在相对于交通工具，交通工具的燃料电池，或交通工具的推进系统的预定位置和/或方向。
耦合机制可以被配置成防止无意中的解耦并且可以在交通工具正移动时限制燃料存储模块的移动(例如，平移和/或旋转)。在一些实施例中，耦合机制可适于减少或防止燃料存储模块和/或包含燃料存储模块的装载模块的某些移动。例如，耦合机制可以包括一个或多个稳定元件(例如，阻尼器)，用于减少或消除交通工具在运动中时燃料存储模块和/或包含燃料存储模块的装载模块的不希望的运动(例如，摇晃和/或振动)。
燃料存储模块20可以使用一个或多个耦合机制被可移除地附接到交通工具。耦合机制可以包括例如卡扣配合，紧固件，夹具，托架，吊架，框架，联锁元件，匹配元件，绳索，吸盘等。本文所述的耦合机制可以包括快速释放耦合机制。快速释放耦合机制可以使用户能够通过短序列的简单运动(例如，旋转或扭转运动；滑动运动；拉杆；按下按钮，开关，或柱塞；等)快速机械地耦合和/或解耦多个部件。例如，快速释放耦合机制可能需要不超过一个，两个，三个，或四个运动来执行耦合和/或解耦动作。在一些情况下，用户可以在不使用工具的情况下手动地耦合和/或解耦快速释放耦合机制。
接合/连接性
燃料存储模块20可以被配置为与交通工具的推进系统和/或交通工具的一个或多个燃料电池接合。在一些例子中，推进系统可以包括氢电推进系统。在其他例子中，推进系统可以包括喷气发动机或用于燃烧氢燃料的任何类型的内燃机，如本文其他地方所述。燃料存储模块可以被配置为向交通工具推进系统的一个或多个部件提供氢燃料。
在一些例子中，燃料存储模块20可以被配置为向一个或多个燃料电池34提供氢燃料。燃料存储模块20可具有一个或多个燃料输出。燃料输出可以将燃料传递到交通工具的另一部分，例如燃料电池34。在一个示例中，存储在燃料存储模块内的氢燃料可以被输出到燃料电池以与另一种燃料(例如空气或氧)混合。燃料电池使用氢燃料生成的电可用于移动或推进交通工具。
燃料存储模块20可以被配置为经由管道系统与一个或多个燃料电池34接合，使得燃料存储模块20和一个或多个燃料电池34流体连通。管道系统可以包括一个或多个管道，该管道被配置为有助于氢燃料流向一个或多个燃料电池34。燃料电池34可以被提供在交通工具的内部。在一些例子中，如图5B所示，内部部分可以是交通工具的机舱。
燃料存储模块20可以被可操作地耦合到管道系统，管道系统被配置为将氢分配到一个或多个燃料电池。管道系统和/或燃料存储模块可以包括一个或多个压力或流量调节器以控制被分配给燃料电池或推进系统的氢量。在一些例子中，压力或流量调节器可以被配置成控制氢燃料分配到燃料电池或推进系统的速率。氢可以作为气体被分配给一个或多个燃料电池。
图8是燃料接口系统100的示意图，其将燃料存储模块20的胶囊52可操作地耦合到氢燃料系统和飞行器10(图1)或其他交通工具的电力装置。所示实施例的燃料接口系统100包括一个或多个流量阀102和压力调节器104，其被连接到相应的胶囊52上的氢流量配件106，例如在如下文更详细讨论的封闭组件上。流量阀102和压力调节器104控制来自相应胶囊52的氢燃料流。每个压力调节器104被连接到下游阀108，下游阀108被依次连接到快速连接喷嘴或配件110，快速连接喷嘴或配件110可释放地连接到交通工具氢燃料输送系统的燃料管线114的匹配快速连接配件112。在所示的实施例中，流量阀102还被耦合到输入阀116和填充接受器118，其被配置成当在例如上述氢生产设施180(图2B)处填充胶囊52时接收氢燃料。燃料接口系统100还包括被耦合到胶囊52的排气歧管120以在氢流入或流出胶囊52期间使系统排气。
燃料存储模块可以被配置成与交通工具的燃料输送系统122接合。燃料输送系统122可以包括限定燃料从燃料存储模块到一个或多个燃料电池的流动路径的一个或多个管道或燃料管线。管道可以包括主燃料管道和/或多个分配管道。每个分配管道可以被连接到对应的燃料模块。例如，第一分配管道可以被连接到第一燃料模块，使得来自第一燃料模块的第一燃料可以沿着第一分配管道流动。类似地，第二分配管道可以被连接到第二燃料模块，使得来自第二燃料模块的第二燃料可以沿着第二分配管道流动。同样地，第三分配管道可以被连接到第三燃料模块，使得来自第三燃料模块的第三燃料可以沿着第三分配管道流动。第一燃料，第二燃料，和/或第三燃料可以包含氢。在一些例子中，三个或更多个分配管道可用于将氢从多个燃料存储模块引导至燃料电池。分配管道可以被连接到被直接连接到燃料电池的主燃料管道。在一些备选实施例中，燃料模块可以各自独立地连接到主燃料管道而不需要单独的分配管道。每个燃料模块可以被放进与一个或多个燃料电池选择性的流体连通中。可以使用一个或多个共享管道，单独管道，或其任何组合来促进该连通。多个管道可以以气体管道，空气风道，软管，管子等的形式提供。管道可以由柔性或刚性材料形成。管道可由对燃料具有化学耐受性的适当塑料或金属材料制成。管道可以使燃料层流通过管道。
在图8所示的实施例中，在快速连接配件112下游的交通工具氢燃料输送系统122的燃料管线114被耦合到位于上述氢燃料电池系统32上游的低压调节器124和止回阀126。所示实施例的燃料接口系统100仅是可以被使用的一种配置的示例。其他实施例可以包括具有不同部件和/或布局的燃料接口系统100。
图9示出了根据一些实施例可以被使用的快速连接配件110和112。胶囊52的快速连接配件110是被耦合到被连接到下游阀158的柔性软管或燃料管线的母连接。交通工具的氢燃料输送系统122的快速连接配件112是被配置成可释放地插入到母快速连接配件110的公配件以提供完全密封的接口，基本上防止在快速连接配件110和112之间的连接处的氢泄漏。而公配件110在胶囊侧，母配件112在交通工具燃料系统侧上，在其他实施例中可以交换连接，使得公配件110在交通工具燃料系统侧并且母配件112在燃料存储模块侧。其他实施例可以提供与其他配件的快速连接配置。此外，一些实施例被配置用于在公配件112和母配件110之间手动连接和断开连接。其他实施例可以被配置用于自动的连接和断开连接过程。类似地，接口的燃料接口系统100的填充接受器118也可以具有快速连接系统，例如公配件或母配件，用于配合氢生产设施处的匹配部件以用于填充或再填充燃料存储模块20的胶囊52。
燃料模块20可以保持与分配管道和/或任何其他管道流体连通。或者，它们可以与管道选择性地流体连通。燃料模块可以被带入或带出与管道的流体连通。例如，阀可以控制模块和分配管道之间的燃料流。在一些实施例中，每个燃料模块可以具有对应的阀，其可允许控制每个单独的燃料模块是否与管道流体连通。阀可以被独立控制，这可以允许燃料模块独立地被带入或带出与一个或多个管道的流体连通。在一些例子中，控制器可用于选择性地控制哪些燃料模块被用于将氢燃料输送到交通工具的推进系统。
在一些实施例中，可以沿着主燃料管道提供流量调节器。例如，流量调节器可以被提供在燃料存储模块和燃料电池之间。控制模块128可以被配置成控制流量调节器的操作以控制燃料从燃料存储模块到燃料电池的流。例如，控制模块128可以控制燃料流过管道的开/关状态。控制模块还可以控制和调节通过管道的燃料的流速和/或流动压力。控制模块可沿着连续谱或以一个或多个预定燃料流水平控制燃料的流速和/或流动压力。控制模块可以包括控制器，该控制器被配置成控制多个气流控制阀以控制氢燃料到燃料电池的流。控制模块可以提供信号，该信号可以在从燃料模块到燃料电池的任何衔接点处控制燃料流。例如，控制模块可以控制从燃料模块到分配管道或其他类型的管道，或从分配管道到主管道，或沿着主管道，或在主管道和燃料电池之间的流。控制模块可以控制燃料流，这可以影响燃料流的方向。例如，当正使用一个或多个燃料电池发电时，控制模块可以控制一个或多个阀或流量调节器，以控制从燃料模块流向到燃料电池的一个或多个管道(例如，分配管道到主管道)的燃料量或速率。
在一些情况下，可以使用气流控制阀来控制燃料存储模块和燃料电池之间的氢流。气流控制阀可以具有二元打开和关闭位置。或者，气流控制阀可以是比例阀，其可以控制在燃料存储模块和燃料电池之间流动的气体的流速。例如，比例阀可以具有比可允许较小流速的部分打开配置允许更大流速的全开配置。可选地，可以使用调节阀，节流阀，计量阀，或针阀。可以使用回流阀或止回阀。阀可以具有任意数量的端口。例如，可以使用二通阀。或者，三通口，四通口，或其他类型的阀可用于替代配置。本文对阀的任何描述可应用于任何其他类型的流量控制机制。流量控制机制可以是任何类型的二元流量控制机制(例如，仅包含打开和关闭位置)或可变流量控制机制(例如，其可包括多种程度的打开和关闭位置)。流量控制机制可以包括例如止回阀，截止阀，电磁阀，泄放阀，泄压阀，压力调节阀，调节器，旁通阀，过滤器，和/或额外的流量部件。在一些例子中，燃料存储模块和燃料电池之间的氢流可以使用一个或多个电子控制的截止阀，例如电磁阀来控制。
在一些例子中，流量控制机制可以包括一个或多个调节器。一个或多个调节器可以是压力调节器，质量流量控制器，或本领域已知的任何其他流量控制部件。例如，调节器可以包括限制元件(例如，可以对流量提供可变限制的阀，例如球阀，蝶阀，提升阀等)，装载元件(例如，可以向限制元件施加力/负载的零件，例如重物，弹簧，活塞致动器，与弹簧组合的隔膜致动器，气动致动器，电控致动器，或电机等)，和测量元件(例如隔膜，质量流量计，压力传感器，温度传感器等)。
一个或多个致动器可用于控制流量控制机制。致动器可以与至少一个燃料路径(在本文中也被称为“燃料流动路径”或“流体流动路径”)流体连通，该燃料路径被配置成将氢燃料输送到燃料存储模块和/或从燃料存储模块输送氢燃料。致动器可以在致动点和/或其他位置与燃料路径流体连通。致动器可以与燃料路径流体连通以便感测燃料流参数(例如，流速)。例如，致动器可以是由燃料压力致动的机械弹簧(例如，由此打开或关闭旁通阀)。其他机械致动配置可以包括，例如，齿轮或平移台，气动致动(例如，燃料压力可以压缩致动旁通阀的液压流体)，磁致动(例如，燃料压力可以移动匹配的磁性部件邻近的磁性部件，直到部件经受足够的磁吸引力以机械地配合，从而打开或关闭阀)等。在一些例子中，致动器可以被可操作地耦合到传感器，例如压力传感器。在一些例子中，致动器可以未被可操作地耦合到传感器但可能隐含地感测参数(例如，弹簧负载可以随着改变燃料压力的结果而改变)。
传感器130可以与燃料输送系统集成。在一些例子中，这样的传感器130可以与一个或多个流量控制机制，致动器，或控制单元(例如，处理器，控制器，或电子控制单元(ECU))通信。在一些例子中，单独的阀和/或流量控制部件可以由控制单元电子地控制(例如，自动控制或用户控制)。在一些例子中，单独的阀和/或流量控制部件可以通过控制单元电子地控制以及机械地控制(例如，自动控制或用户控制)。
在一些例子中，一个或多个压力换能器，压力计，热电偶，或其他传感器可以沿着燃料存储模块和燃料电池之间的多个流体流动路径被部署。在一些例子中，控制单元可以接收温度，压力，和/或其他传感器数据并且可以向一个或多个电磁阀提供信号以打开或关闭以控制(例如，关闭或打开)适当的燃料路径。此外，可以向交通工具的操作者显示燃料路径的状态和/或配置。此外，控制单元可以显示可能与燃料路径相关的其他系统参数(例如，燃料液位，剩余范围，故障状况等)。控制单元可以与燃料输送系统的多种部件通信。由这种通信产生的数据，控制信号，和/或参数可用于控制燃料流动路径，反之亦然。例如，故障状态或从燃料输送系统所接收的信号可用于决定使用哪个燃料流动路径或燃料存储模块。
控制单元128可以与一个或多个传感器130通信。传感器130可以是压力传感器，温度传感器，加速度计，光学传感器，震动传感器，损伤传感器，声学传感器，或任何其他类型的传感器。压力传感器类型的示例可以包括压阻式应变计，电容式压力传感器，电磁压力传感器，压电压力传感器，光学压力传感器，电位压力传感器，谐振压力传感器，热压力传感器，和/或电离压力传感器。在一些实施例中，可以提供可以向控制单元提供电子信号的换能器(例如，用于压力和温度)。在一些实施例中，多个传感器可以与控制单元通信。多个传感器可以是相同类型的传感器，或者可以包括不同类型的传感器。例如，一个或多个温度传感器和一个或多个压力传感器可以与控制单元通信。在一些实施例中，温度传感器和/或压力传感器可能能够检测或测量环境条件或存储在燃料存储模块内的氢燃料的温度和/或压力。
在向燃料电池提供氢气之前，可以关闭所有的气流控制阀。燃料存储模块可以在其中包含氢气，可以通过关闭的气流控制阀防止氢气流向燃料电池。可以从控制器向每个气流控制阀提供信号，该信号可以导致气流控制阀打开。在一些情况下，可以在飞行器即将起飞时提供打开气流控制阀的信号。当交通工具的一个或多个推进单元要被提供电力时，和/或当交通工具的其他非推进部件要被提供电力时，信号也可以被生成。当气流控制阀被打开时，氢气可以从燃料存储模块流向燃料电池，从而可以生成电来为交通工具提供电力。氢气可被快速提供给燃料电池。在一些情况下，来自气囊的氢气可在0.01秒，0.05秒，0.1秒，0.2秒，0.3秒，0.4秒，0.5秒，0.6秒，0.7秒，0.8秒，0.9秒，1秒，1.2秒，1.5秒，2秒，3秒，或5秒内到达燃料电池。可以使用控制器来控制到燃料电池的氢气的量，流速，和/或压力以控制一个或多个气流控制阀。
燃料电池
如上所述，氢燃料兼容交通工具可以包括一个或多个燃料电池34。在一些例子中，氢燃料兼容交通工具可以包括推进系统，该推进系统包括或被可操作地耦合到一个或多个燃料电池。一个或多个燃料电池可以被配置成使用氢和空气来发电。燃料电池还可能产生副产物，例如热能和/或水。在一些例子中，水可包括水蒸气。例如，上文结合图5B所讨论的飞行器10的燃料电池34利用多个由Plug Power，Inc制造的类型的燃料电池堆。燃料电池34可以经由被连接到包含氢燃料的胶囊52的管道系统或歧管系统132从燃料存储模块20接收氢气。燃料电池34可以具有用于接收空气的进气口。燃料电池34可以被放置在飞行器10或其他交通工具的结构部件中或附近，该结构部件被配置为接收增强的空气流(例如，由于结构部件的位置或形状)。燃料电池34可以具有出水口134，其被配置成排出由燃料电池34生成的水。在一些例子中，燃料电池34可以包括散热系统136以消散由燃料电池的操作生成的热量。
燃料电池可以被配置成经由一个或多个管道或流体流动路径138从燃料存储模块接收第一燃料。第一燃料可以包括氢。燃料电池可以被进一步配置成接收第二燃料。第二燃料可以是以气态或液态被提供的氧。第二燃料可以经由燃料电池中的入口孔被输送到燃料电池。在一些实施例中，第二燃料可以从周围环境被输送到燃料电池。第二燃料可以经由通过入口孔的强力气流被输送。环境空气可以包括可以被燃料电池用作第二燃料的氧。
燃料电池可以被配置成通过电化学反应使第一燃料(例如，氢)与第二燃料反应来发电。第一燃料可以是来自燃料存储容器的氢。第二燃料可以是来自环境空气的氧。或者，第二燃料可以由另一个存储模块(例如，氧气罐)提供。可以提供电触点以将燃料电池的电输出连接到交通工具的一个或多个推进系统或单元，交通工具的电力消耗单元，或交通工具的能量存储单元(例如，电池)。在一些实施例中，传感器可以被电连接到燃料电池，并且被配置为动态地检测和记录燃料电池的电输出。
在一些例子中，燃料电池可以是质子传导燃料电池。燃料电池可以包含阴极，阳极，和电解质。燃料电池可以被配置成接收第一燃料(例如氢气)和第二燃料(例如氧气)。氢气可以由位于交通工具上和/或被可释放地耦合至交通工具的燃料存储模块提供。氧气可以从周围环境中的空气中获得。电解质可以允许带正电的氢离子(或质子)在燃料电池的两侧之间移动。阳极和阴极可含有催化剂，其使燃料发生氧化反应，生成正氢离子和电子。氢离子可以在反应后通过电解质被吸引。同时，可以通过外电路将电子从阳极吸引到阴极，产生直流电。在阴极，氢离子，电子，和氧可以反应以形成水。在一些实施例中，为了输送所想要的量的能量，多个燃料电池(例如，燃料电池组)可以被串联组合以产生更高的电压，或并联组合以允许提供更高的电流。电池表面积也可以在燃料电池堆中被增加，以允许来自每个电池的更高电流。燃料电池可以以不同的设计和配置被提供，例如，质子交换膜燃料电池(PEMFC)，熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，磷酸燃料电池(PAFC)，固体氧化物燃料电池(SOFC)等。
在一些情况下，燃料电池可以根据交通工具的需要或要求运行。例如，当交通工具的电力消耗单元或推进系统需要更多能量时，燃料电池可以工作以产生更多能量。在这种情况下，燃料电池可能会以更快的速度消耗燃料。当在交通工具上提供较少的能量需求时，燃料电池可以产生较少的能量。例如，燃料电池可以以较慢的速度消耗燃料。或者，燃料电池可以独立于能量需求消耗燃料。在一些例子中，燃料电池可以被可操作地耦合到一个或多个电池。一个或多个电池可以使用由燃料电池生成的电来充电或再充电。电池可以被配置为提供电以驱动一个或多个电动马达和/或一个或多个螺旋桨。
如上所述，燃料电池可以被配置成使用第一燃料和第二燃料发电。如上所述，第一燃料可以包括氢气(H2)并且第二燃料可以包括氧气(O2)。燃料电池可以被配置为通过电化学反应使来自燃料存储容器的氢气与氧气反应来发电。氧气可以从周围环境的空气中获得。
燃料电池中的电化学反应可以生成副产物。副产物可能是液体。当第一燃料是氢并且第二燃料是氧时，可以生成水作为电化学反应的副产物。副产物可以经由与燃料电池流体连通的排放口或出口从燃料电池中排出。如果不将副产物从交通工具中移除，则副产物可能会增加交通工具的负载。所增加的交通工具的负载会增加交通工具的重量并减少交通工具的行驶范围。在一些实施例中，交通工具工具可以被配置成从交通工具中移除副产物，以减少负载并增加交通工具的飞行时间。可以使用强制对流经由蒸发移除副产物。
副产物管理
在一些例子中，可以提供有助于强制对流和/或移除副产物的通风。在副产物是良性副产物(例如水)的例子中，副产物可以被安全地分散到环境中。或者，可以通过使副产物承受电解以使副产物分解成其元素来除去副产物。副产物的电解也可以用于为燃料电池生成额外的燃料。在一些例子中，水副产物可以用作冷却剂。
燃料电池可能会产生热量，因为电化学反应通常是放热的。热量可能会影响燃料电池以及交通工具其他内部部件的性能/可靠性。在一些例子中，通风系统可用于从燃料电池移除热量，以调节燃料电池的工作温度，以及提高燃料电池的性能和/或可靠性。可以通过施加强制对流来蒸发副产物来移除热量以冷却燃料电池。可以提供可能有助于强制对流和/或移除热量的通风。在一些例子中，可以使用一个或多个与交通工具外皮适形(即，大小和/或形状顺应其形状)的散热器来管理或消散热量。一个或多个散热器可以与燃料电池或被集成到交通工具中的另一热管理系统热连通。
在一些例子中，交通工具可以包括第一通风系统。在一些例子中，交通工具的燃料电池和/或推进系统可以包括与第一通风系统流体连通的第二通风系统。在一些例子中，第二通风系统可以与交通工具的第一通风系统集成。
在一些例子中，交通工具的通风系统可以进一步被配置成消散从燃料电池或燃料存储模块无意中释放(例如，通过泄漏)的氢燃料。在一些例子中，交通工具的通风系统可以被配置为消散从燃料存储模块可控地释放的氢燃料以减轻爆裂情况。
通风系统可以被配置成使副产物暴露于强制对流(例如，强制气流)，以便从交通工具中去除副产物。通风系统可以在副产物和交通工具周围的周围环境之间提供流体连通。拥有通风系统可以提高副产物被去除的速度。
通风系统可以被配置成使用强制对流从交通工具蒸发和去除水。水可能在通风系统中被暴露于强制对流。可以借助于在水面上生成气流的一个或多个交通工具推进单元来生强制对流。或者，可以借助一个或多个内部风扇或泵来产生强制对流。强制对流可导致空气快速流过副产物。强制气流可以在交通工具的外壳内。强制气流的方向可基本平行于副产物的表面。或者，强制气流的方向可基本垂直于表面，或相对于表面成任何其他角度(例如，约15度，30度，45度，60度，或75度)。
通气系统可包括一个或多个进气孔和一个或多个排气孔。进气孔和排气口可以被提供在交通工具的外壳上。气流可通过进气孔被引导到通风系统中。在一些例子中，交通工具的一个或多个推进单元可包括螺旋桨。交通工具的推进单元可以迫使空气从周围环境通过进气孔进入交通工具的内部或体积。在一些实施例中，进气孔可被安置于交通工具的螺旋桨附近(例如，在螺旋桨臂长度的1％，3％，5％，或10％内)。或者，进气孔可以不在或不需要在交通工具的螺旋桨的附近。推进单元可以被配置成迫使空气流入交通工具的中央空腔中，燃料电池及其副产物被存储在该处。副产物可能会被气流蒸发并通过排气口排出。排气口可位于交通工具的中央车身上。排气口可位于副产物可能聚集的区域附近。可以从交通工具中去除副产物以减轻交通工具的重量。可以降低交通工具的重量以减少为交通工具提供电力所需的电力量，从而增加飞行时间和交通工具交通工具的范围。
在一些例子中，燃料电池可以被可操作地耦合到散热系统以管理由燃料电池产生的热能。燃料电池可以以适形方式被耦合到散热系统以高效地消散由燃料电池生成的热。燃料电池产生的多余热量可以被重新使用或回收。在一些例子中，多余的热量可以被提供给交通工具的机翼或尾翼，以激发飞行期间生成的一个或多个边界层，并有助于层流跨过机翼或尾流。在一些例子中，多余的热量可以被提供给交通工具的机翼以执行除冰。
电力输送
燃料电池生成的电可以被提供给交通工具的推进系统。在一些例子中，推进系统可以包括一个或多个电动马达。在一些例子中，由燃料电池生成的电可以被提供给被配置成控制一个或多个电动马达的运行的马达控制器。一个或多个电动马达可以被安装和/或容纳在非改装交通工具的发动机通常被安装和/或容纳的地方。在一些例子中，推进系统可以包括大功率马达。在一些例子中，推进系统可以包括齿轮箱。在一些例子中，推进系统可能不或不需要齿轮箱。在一些例子中，推进系统可以包括一个，两个，或更多个使用由燃料电池生成的电驱动的螺旋桨。
在一些例子中，燃料电池可以被可操作地耦合到电力输送系统。电力输送系统可以被配置成将燃料电池生成的电或电能传输或输送至交通工具的一个或多个推进单元。可以使用千伏(kV)电输送和分配系统来分配电力。在一些例子中，电力输送和分配系统可以被配置为低于270V，540V，或1kV。在一些例子中，电力输送和分配系统可以被配置为大于1kV。
补充燃料和检查
交通工具的燃料电池可用于发电直到一个或多个氢燃料存储模块被耗尽。一旦氢燃料被耗尽或部分耗尽，燃料存储模块20(图2B)可以被收集或从飞行器10或其他交通工具移除并再填充。燃料存储模块20可以被运输到补充燃料站，氢生产设施，和/或用于再填充的另一氢源。在所示实施例中，燃料存储模块20被运输到氢生产设施42以补充燃料。在一些例子中，燃料存储模块或模块的部件可以在被重新部署到另一交通工具或同一交通工具上之前被改型和/或测试。在一些例子中，可以在加燃料之前检查被耗尽或部分耗尽的氢燃料存储模块。在一些例子中，可在飞行前，飞行期间，或飞行后检查被耗尽或部分耗尽的氢燃料存储模块。在其他例子中，可以在安装到交通工具之前，期间，或之后检查被耗尽或部分耗尽的氢燃料存储模块。
解耦(DECOUPLING)
燃料存储模块20可以在安装和使用之后从交通工具被移除。在一些例子中，燃料存储模块可以与交通工具的一个或多个部分解耦。将燃料存储模块与交通工具解耦可以包括解除或脱离最初用于将燃料存储模块固定或装载到交通工具中的一个或多个耦合机制。在一些例子中，解耦可能涉及脱离一个或多个互锁耦合机制。
在一些实施例中，解耦机制可用于解耦燃料存储模块20。解耦机制可以是例如机械臂，致动器，弹簧，或机械升降机。机械升降机可影响水平移动以使燃料存储模块与交通工具解耦。机械升降机可影响垂直移动以使燃料存储模块与交通工具解耦。被配置为解耦和/或移除燃料存储模块的解耦机制可以包括适于附接到要从交通工具移除的燃料存储模块的端部构件。例如，端部构件可以是磁体，钩子，抽吸装置，或夹具。在解耦和/或移除期间，燃料存储模块可以被平移而不被旋转。在替代实施例中，燃料存储模块可以在移除期间被旋转。在一些例子中，解耦机制可用于影响垂直，水平，圆形，或径向移动，或此类移动的任何组合，以将燃料存储模块与交通工具解耦。
在燃料存储模块20与交通工具的一个或多个结构部件解耦之后，燃料存储模块可以被配置为滑出交通工具的内部部分或体积。燃料存储模块可以被运输到补充燃料站，氢生产设施，和/或用于再填充的另一氢源。
联网
在一些例子中，本文公开的系统和方法可以使用被配置为确定一个或多个交通工具加燃料站处的对氢燃料需求的准时系统来实施。一个或多个氢燃料兼容交通工具，例如上面讨论的飞行器10，可以位于一个或多个交通工具加燃料站46(图2A)中或附近。准时系统可以被配置为基于每个加燃料站的交通工具数量，此类交通工具的操作频率，和/或此类交通工具在典型行程期间或基于历史和所预测的未来操作模式行驶的距离来确定对氢燃料的需求。
准时系统可以被配置为基于将燃料存储模块从氢生产设施运输到交通工具加燃料站所需的时间来协调一个或多个燃料存储模块到一个或多个加燃料站的输送。在一些例子中，准时系统可以被配置为基于位于交通工具加燃料站中或附近的一个或多个交通工具的到达时间或出发时间来协调一个或多个燃料存储模块到一个或多个加燃料站的输送。在一些例子中，准时系统可以被配置为协调一个或多个燃料存储模块到多个不同的加燃料站的输送以满足不同加燃料站处对氢燃料的需求。在一些例子中，准时系统可以被配置为协调一个或多个燃料存储模块到第一交通工具加油站的输送，并且可以被配置为在一个或多个交通工具从第一交通工具加燃料站行进到第二交通工具加燃料站之后协调一个或多个燃料存储模块到第二个交通工具加燃料站的输送。在一些例子中，输送可能在多个阶段被执行(例如，从生产仓库到区域配送中心再到加燃料处)。在一些例子中，可以使用多种不同的运输模式来执行输送。在一些例子中，可以基于诸如天气，季节性，历史数据，和/或来自运营商或多种利益相关者的需求或生产报告的因素来计划或协调输送。
在一些例子中，本公开的系统和方法可以使用被配置为基于对氢的需求以及当前和未来的氢生产率来协调燃料存储模块的装运的算法来实施。在一些例子中，该算法可以被配置为考虑当前，历史，和预测的能源/电价，预计的运输时间，一个或多个氢生产设施的位置，一个或多个氢生产设施的生产能力，对于给定的消费或需求概况的运输物流，一种或多种运输模式的可用性，一个或多个交通工具加燃料站的位置，消费者当前或未来支付氢的意愿，和/或服务保证水平。在一些例子中，算法可以被配置为识别最优生产地点(例如，通过位置和/或生产能力)并针对给定的消费或需求概况优化运输物流(例如，最佳运输方式的选择)，最大限度地降低生产和运输成本并最大限度地准时交货。在一些例子中，该算法可以被配置为优化位于不同区域的多种氢生产设施的氢生产。
在一些例子中，本公开的系统和方法可用于自动生成装运文件以协调燃料存储模块进出交通工具加燃料站的装运和输送/运输。在一些例子中，本公开的系统和方法可用于生成诸如重量和平衡清单或燃料计算之类的文档，其可以帮助协调装运，运输，输送，和燃料存储模块的使用。在一些例子中，本公开的系统和方法可用于生成包括使用本文所述的任何传感器，传感器系统，或传感器套件所获得的一个或多个传感器读数或测量值的文档。
监测算法
在本文描述的任何实施例中，可以提供或实施传感器套件以在燃料存储模块的整个寿命期间(即，从用氢填充燃料存储模块到燃料存储模块的运输到燃料存储模块在一个或多个氢燃料兼容交通工具中的装载到由氢燃料兼容交通工具的氢燃料的消耗到燃料存储模块的卸载到检查和/或为氢燃料存储模块补充燃料)监测与燃料存储模块相关联的多个参数。多个参数可以包括存储在燃料存储模块内的氢的温度，存储在燃料存储模块内的氢的压力，氢燃料存储模块的速度或加速度，从燃料存储模块排出或泄漏的气体量，由于燃料存储模块的加速或减速而施加在燃料存储模块上的负载，由于一次或多次振动或冲击而施加在燃料存储模块上的负载，或此类参数在一段时间内的任何变化。在本文描述的任何实施例中，可以实施监控算法以主动监测和处理使用传感器套件所获得的读数或测量值。在一些例子中，监测算法可以被配置为检测故障场景和/或减轻此类故障场景(例如，通过向控制器或致动器发送一个或多个命令以排放燃料存储模块或切断从燃料存储模块到一个或多个燃料电池的燃料输送)。
本公开的另一方面提供了一种包括机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质，该机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行时实施以上或本文其他地方的任何方法。
本公开的另一方面提供了一种系统，其包括一个或多个计算机处理器和与其耦合的计算机存储器。计算机存储器包括机器可执行代码，其在由一个或多个计算机处理器执行时实施以上或本文其他地方的任何方法。
存储模块
存储容具(例如，用于氢燃料的胶囊52)已经如本文所述结合金属和复合材料被开发以允许增加罐的操作压力同时减轻重量。在一些实施例中，容具可以具有上面讨论的构造。在其他实施例中，容具可以使用聚合物，铝，或其他金属衬里，碳纤维复合物以细丝缠绕在衬里周围以提供气体操作压力所需的强度。为防止氢逸出，传统容具可能会在外层使用复合物。该复合物可以包括纤维和基质。基质可以是环氧树脂或树脂。环氧树脂被用于补偿或抵消不在缠绕纤维方向上的层间负载，剪切力，和横向负载。然而，环氧树脂或其他基质材料会显著增加存储容具的重量，从而导致燃料和运输成本增加。额外的重量还可以减少交通工具可以承载或支撑的有效载荷量。因此，需要减轻存储容具的重量。
本公开提供了一种改进的存储容具设计，其显著减少了容具中环氧树脂的量，从而导致重量减轻。在一些实施例中，可以显著减少或消除环氧树脂的使用。本文公开的改进的存储容具设计可以被配置成通过在不同方向被织的纤维的平衡来处理层间和横向纤维负载，而不需要使用环氧树脂。在本文公开的一些实施例中，存储容具可具有拉长形状，具有其中存储氢的中空内部部分。存储在容具中的氢可以是液态，气态，高压下的液态，或处于从液态到气态连续体的任何物质状态的氢。本文公开的储氢容具可以包含轻质材料，并且可以不需要如其他常规氢存储容具所要求的那样大量使用环氧树脂。
本文公开的氢存储容具可以包括数层材料。如上文结合图3B和3C所讨论的，胶囊52或其他存储容具的实施例包括第一层60，其可以是熔化结合或超声波焊接的，基本上氢不可渗透的阻挡层，其可以在支撑载体上使用PE，PVA，或EVA的组合以形成如上所述的层压内衬层。第二层62可以是隔热层，第三层64可以是负载承载层，第四层66可以是耐磨层。一些实施例不包括隔热层。这些层一起可以包括非刚性层压堆叠，其能够将氢密封在由轻质材料制成的容具中。
负载承载层64可以使用高拉伸强度纤维。纤维可以被组合成由许多纤维组成的结构层，纤维可以在不同的方向上以适应容具内的多种负载。纤维层可被形成为编物，织物，一系列缠绕丝束或多种设想的分层方法。在所示的实施例中，第三层64是无缝的圆柱形碳纤维织物，其延伸并包围第一层60和第二层62。分层方法能够使纤维的取向方向适应容具的轮廓的位置和几何形状以优化承重。更靠近氢存储容具的圆柱形区域，纤维可以主要是环向的和轴向取向的。如下文更详细地讨论，形成容具主体(即，胶囊52)的一些或所有层可以被密封地布置以提供包含氢燃料的密封外壳。例如，基于纤维的第三层64可以被夹在封闭组件的两个同心环之间，其中这些环可以在圆锥表面处接合。纤维可以被锚定在外环上，且压力负载可以将内环向外推入锥形圆中。同心环之间的这种楔入动作可以将纤维夹到合适的位置。纤维层可以使用层压金属电阻点焊接头端接。纤维层可以被夹在外环上。
纤维层64可以被编或织以提高系统的可制造性并优化整个结构层的纤维取向的平衡。用于纤维编物的一种优选材料是碳纤维。碳纤维编物可以被形成为片状或管状。在形成碳编物时，可以聚集大量碳纤维以形成丝束。然后可以织或编单独的丝束。在优选材料中，股线可以±45°被织以形成织物。可能优选碳被编成使得纤维相对于片材或套件的纵向长度以45°角延伸。对于圆柱形方法，负载主要是压力乘以厚度半径(PR/T)量级的环向负载和PR/2T量级的轴向负载。因此，圆柱形部分中的优选纤维取向可以是一组轴向纤维与两部分环向纤维(因为环向负载在数量级上是轴向负载的两倍)。朝向容具的端部，可以提供或实施离轴或45度纤维以适应端部的复杂应力区域。
类似的原理可以被应用于设计非圆柱形的容具。可以针对不同的容具形状确定环向应变和轴向应变，并且可以根据环向应变和轴向应变之间的关系编纤维。如果此类容具还包括圆顶部分，则这些部分也可以使用离轴或45度纤维。在一些例子中，复杂形状可能具有两个以上(例如轴向和环向)方向的应力。对于这些例子，纤维可能必须在两个以上的方向上被取向，其中更大比例的纤维在应力增加的方向上被取向。本文所述的碳编物可以由市售的碳纤维(包括石墨纤维)制成。
纤维编物可以根据特定的纤维取向比来配置以适应容具内的负载。纤维编物可以包括所优选的纤维取向比以适应主要负载。纤维取向可能沿容具的长度不同，这取决于几何形状强加的结构需要以及取决于容具内存储的燃料类型(例如，氢)。编物可以被形成在能够实现不断进化的纤维取向的心轴上。上述原理和编技术可以用于设计不同形状的氢存储容具。可以调整纤维的编角以提高性能。例如，纤维可以在x-y平面中以45°的角度被编。可以考虑以任何角度(除了45°)编纤维，以提供不同的定制强度和需求。例如，可以添加额外的环向纤维或轴向纤维以优化环向和轴向强度。在一些实施例中，编物可以是三维(3D)碳纤维编物。在该实施例中，贯穿厚度的纤维可以有助于传递纤维层中的层间负载或剪切负载。
在一些实施例中，容具层的端部被捕获或以其他方式被连接到封闭组件以提供容具的密封端部。封闭组件可以包括形成负载传递接口的匹配部件。负载传递接口可以被配置为终止纤维经受的负载。负载传递接口可以包括机械或结构接头。接头可以包括多个同心环(例如，一对同心环)，其形状和轮廓被定制以通过摩擦或剪切将纤维轴向负载传递到接头中。环形配件可以被设计成提供增加的同心夹紧负载和增加的轴向纤维负载。环形配件可以被设计成夹具承重纤维，同时将低渗透性和隔热层过渡到配件的内表面并且将耐磨层过渡到配件的外部。这可以在不在层中产生应力折痕的情况下实现。
图10显示根据一些实施例的封闭组件200和存储氢胶囊52的层/部件的示意图。氢存储胶囊52可以具有拉长的光滑轮廓，具有用于传递负载的圆锥形或圆顶形端部。如图10所示是形成如上所述的第三层64的被编的纤维层，形成如上所述的第一层60的内衬层。所示实施例的封闭组件200包括匹配的内凸台202和外凸台204，它们连接到至少一些层以在端部(即，胶囊52的顶端206)将层牢固地锚定在一起。
尽管本文描述的实施例显示了拉长的圆柱形胶囊52或其他存储容具，但是本公开不限于这样的形状。取决于氢存储容具可被耦合到的交通工具或设备的要求，例如其他椭圆形，圆柱形，或椭圆形(ova l)也可以是合适的。类似地，端部形状不一定是圆锥形或圆顶形，也可以是例如球形或矩形。
封闭组件200可以包括连接配件或其他管嘴，以促进氢存储胶囊52与飞行器10(图1)或其他交通工具或其他设备件的燃料系统之间的连接。胶囊52可以在顶端和底端的每一个处具有封闭组件200。封闭组件的外凸台204和内凸台202可由金属制成，例如不锈钢，或任何其他适当的材料。外凸台204可以被提供在纤维编物的外部，而内凸台202的至少一部分可以被纤维编层64覆盖，其所在配置消除了当胶囊包含压力下的氢燃料时在纤维编物中的应力。
衬里60形成内部阻挡层，其被配置成防止氢渗透通过胶囊52或其他容具的壁。氢不可渗透的衬里60可以包括内层和一个或多个外层。内层可以直接接触氢气，而外层可以为衬里提供加强。衬里可以是薄的和轻质的以便仅提供低氢渗透性而本身没有能力承载足够的负载。衬里60可以被配置成具有高抗冲击性以防止开裂和氢气或液态氢的逸出。衬里60可以防止氢泄漏和氢容具本身的化学降解。衬里60可以是热塑性材料，例如高密度聚乙烯(HDPE)，或金属层例如铝。另外，衬里可以由使用支撑载体的EVA制成。衬里可以使用注射成型，旋转成型工艺，或热成型工艺制造。EVA衬里可以被层压或平挤。
图11是根据一些实施例的氢存储容具(即，胶囊52)的放大部分截面图。图11还示出了存储容具的侧视图。参考图11，氢(其可以处于沿着从液体到气体的连续体的状态)在对应于上述第一层60(图3B)的最内阻挡层上施加压力。所公开的系统可以使用来自氢的压力来密封容具。在一些实施例中，在阻挡层60和纤维针织物之间对应于上面讨论的第二层62(图3B)是隔热层，对应于上面讨论的第三层64(图3B)，其可以由气凝胶或其他轻质高隔热值的材料制成。外抗磨损层可以对应于上面讨论的第四层66(图3B)。在阻挡层60和/或隔热层64的末端附近是封闭组件200的应力集中减少元件208。应力集中减少元件208可以是由诸如橡胶的软材料制成的机械或结构接头，并被塑造成楔形。应力集中减少元件208可以有助于胶囊52主体内部的氢负载传递到封闭组件200或其他端部配件(外部主体)中，同时防止隔热层和阻挡层在被转向罐的内部凸台时产生褶皱或收拢。
存储容具的层可以包括纤维堆叠，其主要是柔性的和非刚性的。这些层可以被配置为一起工作，每个层提供一组特定的功能。
胶囊52的所示封闭组件200可以包括被可密封地耦合到内层60的内凸台202。在所示实施例中，内凸台202具有环形主体部分210和螺纹配合环形主体部分610的衬里保持器212，使得内层610的边缘部分被捕获在环形主体部分210和衬里保持器212之间的密封配置中。衬里保持器212可以包括中央通道，例如与胶囊的内部容积连通，并且可以接收流量控制组件的连接器的螺纹孔，该流量控制组件具有一个或多个阀和/或调节器，这些阀和/或调节器被耦合到燃料出口配件，例如上文所讨论的快速断开配件112。封闭组件的衬里保持器212可以被密封并且还包括用于监测胶囊52和其中氢的健康状况(包括燃料温度和/或压力)的传感器或监测器。
所示的封闭组件200具有环形外凸台204，其被牢固地耦合到内凸台202并与内凸台202基本同心。在内凸台202和外凸台204之间是阻挡层60，隔热层64，和纤维针织层62。外凸台204的外部可以是抗磨损层66(例如，由Kevlar制成)。所示实施例的内凸台202和外凸台204具有楔形接口，凸台沿着该接口彼此配合。凸台202和204可通过紧固环或牢固配合凸台的其他紧固件而被牢固地保持彼此配合。封闭组件200的同心凸台的形状可以被适应性制作以将负载从纤维织物传递到端部配件。
阻挡层60可以用于将氢包含在容具内。阻挡层60可以包括低渗透性材料，例如聚乙烯醇(PVA)或乙烯醋酸乙烯酯(EVA)。阻挡层610可足以将几乎所有的氢气捕获在容具内。
隔热层64可以调节容具内的温度以确保氢内容物的安全运输。隔热可以减少来自外部环境的热传递，从而降低液态氢的蒸发速率。隔热层64可以包括具有低导热性的介孔材料，例如气凝胶。由于此类材料的大表面积，开口气孔率，和小孔径，它们可能是有利的。例如，气凝胶是最轻的固体材料，并且具有所有材料中最低的声导率。
纤维层62可以支撑阻挡层并且可以包含内部气体的压力负载。纤维层62可以包括编，织，或针织碳纤维，或其他高拉伸强度纤维，例如Dynema纤维。编或织纤维可以被形成为使得它们包括在两个或更多个方向上的重叠层。一些纤维可以沿容具的纵向轴线纵向地，径向地，或以多种角度被织，以提高容具在周向和轴向方向上的强度。氢存储容具的壁可能会承受多轴负载和应变。在一些氢存储容具的设计中，环向负载可能超过轴向负载。例如，对于圆柱形设计，环向负载可能是轴向负载的两倍。本文所公开的纤维针织物62可以被配置为相对于轴向方向提供更多的相对于环向方向的支撑。纤维针织层62可以用作堆内的主要承重构件，消除容具内的高压氢负载。纤维针织层62可以是编的或织的，使得其构成纤维可以单独地被取向在两个或更多个不同的方向上，允许基于纤维在结构中所处的位置进行强度优化。因此，这些纤维取向可以取决于存储容具是圆柱形，椭圆形，还是其他形状而变化。纤维方向也可以相对于容具的结构形貌变化，这取决于表面形状几何结构的作用。
纤维针织物62可以被夹到外凸台204和内凸台202。纤维针织物62因此可以消除来自氢在氢存储容具的内层(阻挡层和隔热层)上的压力的轴向应力和环向应力。
抗磨损层66可用于保护容具免受可能损坏罐的外部或环境力或冲击。这些力可能包括物体撞击罐，罐被掉落，重物被放置在罐顶部，以及由爆炸或其他破坏引起的压力波。抗磨损层可以包括保护性材料，例如Kevlar或玻璃纤维。抗磨损层可以位于氢存储容具的同心环结构的外部。
图11(细节A)另外示出夹具组件214以将纤维针织物62粘附/耦合到氢存储容具的内部主体。包括针织图案的碳纤维层216可以使用层压金属电阻点焊接头218被终止并被夹到外部主体。焊接过程可以将碳纤维放置在具有层压金属层的交替层中。夹具组件214可以与由所捕捉的氢产生的压力协同工作以楔入和密封氢存储容具。
图12示出氢存储容具的部分剖视图。剖视图显示了封闭组件200的内凸台202和外凸台204，以及其间的材料层。当从上面看时，内凸台202和外凸台204可以具有同心环横截面。内外凸台的接口可以是圆锥形。内凸台202可以被包围在多层材料中(例如，三个堆叠层)。阻挡层60可以是第一层，隔热层64可以是第二层，纤维针织层62可以是第三层。剖视图示出了纤维针织物62的轴向和环向取向的纤维。纤维针织物62可以使用夹具组件214被夹到外凸台204。当压力被从容具内向外施加时，它产生楔入效应将纤维针织物，隔热层，和阻挡层夹在内部主体和外部主体之间的适当位置。纤维针织物反过来又保持了罐的结构完整性，尽管由所截留的氢造成了压力。外凸台204可以被耐磨层66(例如，Kevl ar层)包围。由于锥形，内环或凸台可能无法轴向移动通过外环或凸台。此外，当环被压力轴向推动时，两个环之间的楔形物中的任何东西都会被夹得更紧。非圆柱形氢罐还可以包括锥形接口，或向罐中心凸出并向端部(可能是圆顶形也可能不是圆顶形)逐渐变细的接口。
图13是胶囊52上部的放大截面图，其显示了根据替代实施例的封闭组件200。在所示实施例中，阻挡层60，纤维层62，和耐磨层60的端部被捕获在内凸台202和外凸台204之间。所示实施例的纤维层62是堆叠或以其他方式铺设在一起的多个子层62a的组件，其中多个子层62a中的纤维相对于其他子层62a可以具有相同或不同的角取向。封闭组件200具有围绕内凸台202的颈部232被同心安置的锁定元件230，并且锁定元件230被捕获并被压缩在内和外凸台202和204之间。锁定元件230具有多个锁定翅片234，其从被连接到颈部232的中心套件236径向延伸。锁定翅片234被配置为在锁定翅片234之间的环形空间中接收一个，两个，或其他少量的纤维子层62a。
所示实施例的内凸台202远离锁定元件230突出，环形外凸台204被安置于颈部232上方和周围，因此锁定元件被捕获在内和外凸台202和204之间。紧固构件238被耦合到外凸台204并被配置为牢固地将上凸台204压入与锁定元件230的配合。在所示的实施例中，紧固构件238是螺母或其他螺纹构件，其拧到螺纹的颈部232的上端部分上并拧到颈部232上。当紧固件238被紧固时，它压在上凸台上，该上凸台压在锁定翅片234上，锁定翅片234压在胶囊的层和配合锁定元件的子层上。锁定翅片234的向外的端部可以包括柔性应力减轻构件240以最小化层60，66，和子层62b首次配合锁定翅片处的负载。采用这种结构，锁定翅片234提供了较大的配合表面积，因此胶囊层与锁定元件230之间的摩擦配合和保持力非常大。因此，封闭组件200的这种结构提供了刚性和完全密封的接口，不会泄漏氢燃料，尤其是当氢燃料处于压力下时。
图14是胶囊52的上部的放大的截面图，其示出了根据另一个替代实施例的封闭组件200。封闭组件200具有内凸台202和衬里保持器212，其抵靠在内凸台的环形主体部分210的底表面250捕获阻挡层的上边缘部分。纤维层62被牢固地捕获在内凸台202的上表面和环形外凸台204的底表面之间。在所示的实施例中，封闭组件还具有锁定环252，其被配置成使得纤维层62的上边缘部分包裹在锁定环252上，使纤维层62自身对折。纤维层62的尾端254也被捕获并锁定在外凸台204的底面和内凸台202的上表面之间。上凸台204被牢固地固定到合适的位置以与内凸台形成夹紧布置。当胶囊包含压力下的氢燃料时，具有锁定环252的这种配置提供了氢不可渗透的密封并且消除了在端部的纤维层62的纤维中的应力。这种配置只是封闭组件200的构造的一个示例，并且其他实施例可以使用具有其他配置的端部封闭件200。
图15显示了根据一些实施例的形成氢存储容具的过程。存储容具可以包括具有多个材料层的内部主体和外部主体以及用于将被编的纤维层粘附/耦合到内部主体的夹具组件。
在第一操作220中，阻挡层被形成在内部主体之上。阻挡层可以通过例如锻造，冲压，机加工，模压，层压，超声焊接的工艺，和其他工艺被形成。在第二操作222中，隔热层被施加在阻挡层上。隔热层可以由低导热系数的材料制成，例如气凝胶。隔热层可以或可以不使用光粘合剂，超声结合，或销结合(pi n bonding)被固定到阻挡层。在一些实施例中，胶囊52不包括隔热层，因此跳过该步骤。
在第三操作224中，纤维针织物被形成在隔热层上方。纤维针织物可以在两个或更多个方向上被编或织。纤维针织物可以使用或不使用光粘合剂，超声结合，或销结合被固定到隔热层。纤维针织物也可以被放置在两层热塑性薄膜之间，并将层销结合在一起，将纤维卡在中间。可以使用夹具装置将碳纤维针织物夹到外部主体上。在第四操作226中，抗磨损层可以被形成在外部主体上方。抗磨损层可以包括Kevlar。
计算机系统
另一方面，本公开提供了被编程或以其他方式被配置为实施本公开的方法的计算机系统。图16显示了计算机系统2001，其被编程或以其他方式被配置以实施无碳运输的方法。该方法可以包括确定对氢燃料存储模块的需求以及协调将一个或多个氢燃料存储模块到位于一个或多个交通工具加燃料站处或附近的一个或多个氢燃料兼容交通工具的输送或运输。计算机系统2001可以是用户的电子设备或相对于电子设备远程坐落的计算机系统。电子设备可以是移动电子设备。
计算机系统2001可以包括中央处理单元(CPU，本文也称为“处理器”和“计算机处理器”)2005，其可以是单核或多核处理器，或用于并行处理的多个处理器。计算机系统2001还包括存储器或存储位置2010(例如随机存取存储器，只读存储器，闪存)，电子存储单元2015(例如硬盘)，用于与一个或多个其他系统通信的通信接口2020(例如网络适配器)，和外围设备2025，例如高速缓存，其他存储器，数据存储器，和/或电子显示适配器。存储器2010，存储单元2015，接口2020，和外围设备2025通过诸如主板的通信总线(实线)与CPU2005通信。存储单元2015可以是用于存储数据的数据存储单元(或数据存储库)。计算机系统2001可以在通信接口2020的帮助下被可操作地耦合到计算机网络(“网络”)2030。网络2030可以是因特网，内联网和/或外联网，或者与因特网通信的内联网和/或外联网。网络2030在一些例子中是电信和/或数据网络。网络2030可以包括一个或多个计算机服务器，其可以实现分布式计算，例如云计算。网络2030，在一些例子中在计算机系统2001的帮助下，可以实现对等网络，这可以使被耦合到计算机系统2001的设备能够充当客户端或服务器。
CPU 2005可以执行一系列机器可读指令，这些指令可以被体现在程序或软件中。指令可以被存储在存储器位置，例如存储器2010。指令可以被引导至CPU 2005，其随后可以编程或以其他方式配置CPU 2005以实现本公开的方法。CPU 2005执行的操作示例可以包括提取，解码，执行，和写回。
CPU 2005可以是电路的一部分，例如集成电路。系统2001的一个或多个其他部件可以被包括在该电路中。在一些例子中，电路是专用集成电路(ASIC)。
存储单元2015可以存储文件，例如驱动器，库，和所保存的程序。存储单元2015可以存储用户数据，例如用户偏好和用户程序。在一些例子中的计算机系统2001可以包括一个或多个位于计算机系统2001外部(例如，在通过内联网或因特网与计算机系统2001通信的远程服务器上)的附加数据存储单元。
计算机系统2001可以通过网络2030与一个或多个远程计算机系统通信。例如，计算机系统2001可以与用户的远程计算机系统通信(例如，氢燃料兼容交通工具的操作员，用于运输一个或多个氢燃料存储模块的运输交通工具的操作员，氢生产设施的技术人员，管理氢燃料电池输送和分配的准时网络的实体等)。远程计算机系统的示例包括个人计算机(例如便携式PC)，无键盘电脑或平板电脑(例如
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iPad，/>
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GalaxyTab)，电话，智能手机(例如/>
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iPhone，Android使能设备，/>
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)，或个人数字助理。用户可以经由网络2030访问计算机系统2001。
本文描述的方法可以通过被存储在计算机系统2001的电子存储位置上(例如在存储器2010或电子存储单元2015上)的机器(例如，计算机处理器)的可执行代码的方式来实现。机器可执行代码或机器可读代码可以以软件的形式被提供。在使用过程中，代码可以由处理器2005被执行。在一些例子中，代码可以被从存储单元2015中获得并被存储在存储器2010上以供处理器2005随时访问。在一些情况下，电子存储单元2015可以被排除，并且机器可执行指令被存储在存储器2010中。
代码可以被预编译和配置以与具有适于执行代码的处理器的机器一起使用，或者可以在运行期间被编译。代码可以以一种编程语言被提供，该语言可以被选择以使代码能够以预编译或编译后的方式执行。
本文提供的系统和方法的各方面，例如计算机系统2001，可以在编程中被体现。该技术的多个方面可以被认为是“产品”或“制造品”，通常以机器(或处理器)可执行代码和/或在一种类型的机器可读介质中承载或体现的关联数据的形式。机器可执行代码可以被存储在电子存储单元上，例如存储器(例如，只读存储器，随机存取存储器，闪存)或硬盘。“存储”类型的介质可以包括计算机，处理器等的任何或所有有形存储器，或其相关联模块，例如多种半导体存储器，磁带驱动器，磁盘驱动器等，它们可以提供随时用于软件编程的非暂时性存储。有时可能会通过因特网或多种其他电信网络传送全部或部分软件。这样的通信例如可以使得能够将软件从一台计算机或处理器加载到另一台计算机或处理器中，例如从管理服务器或主计算机加载到应用服务器的计算机平台中。因此，可以携带软件元件的另一种类型的介质包括光波，电波，和电磁波，它们可以跨本地设备之间的物理接口，通过有线和光陆线网络，以及通过多种空中链路被传输。承载这种波的物理元件，例如有线或无线链路，光链路等，也可以被认为是携带软件的介质。如本文所用，除非被限于非暂时性，有形“存储”介质，诸如计算机或机器“可读介质”之类的术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。
因此，诸如计算机可执行代码的机器可读介质可以采用多种形式，包括但不限于有形存储介质，载波介质，或物理传输介质。可以使用非易失性存储介质，包括例如光盘或磁盘，或任何计算机中的任何存储设备等，来实现图中所示的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，例如这种计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴电缆；铜线和光纤，包括计算机系统内总线的电线。载波传输介质可以采用电信号或电磁信号，或声波或光波的形式，例如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间生成的那些。因此，计算机可读介质的常见形式包括例如：软盘，软磁盘，硬盘，磁带，任何其他磁性介质，CD-ROM，DVD或DVD-ROM，任何其他光学介质，穿孔卡纸磁带，任何其他带有孔图案的物理存储介质，RAM，ROM，PROM和EPROM，FLASH-EPROM，任何其他存储芯片或盒式磁带，传输数据或指令的载波，传输此类载波的电缆或链路，或计算机可以从中读取程序代码和/或数据的任何其他介质。这些形式的计算机可读介质中的许多可以涉及承载一个或多个指令的一个或多个序列到处理器以供执行。
计算机系统2001可以包括电子显示器2035或与电子显示器2035通信，电子显示器2035包括用户界面(UI)2040，用于提供例如用于监测一个或多个氢燃料存储模块的运输或使用的门户。该门户可以通过应用程序编程接口(AP I)被提供。用户或实体还可以经由UI与门户中的多种元素进行交互。UI的示例包括但不限于图形用户界面(GUI)和基于网络的用户界面。
本公开的方法和系统可以通过一种或多种算法来实现。算法可以由中央处理单元2005执行软件的方式来实现。算法可以被配置为确定对氢燃料存储模块的需求并且协调一个或多个氢燃料存储模块到位于一个或多个交通工具加燃料站处或在一个或多个交通工具加燃料站附近的一辆或多辆氢燃料兼容交通工具的输送或运输。
交通工具改装
在本文描述的任何实施例中，氢燃料兼容交通工具可以包括被改装或改型以与本文描述的燃料存储模块兼容的一个或多个交通工具。在一些例子中，本文所述的一个或多个交通工具可以使用转换套件被改装或改型成氢燃料兼容交通工具。转换套件可以包含一种或多种部件，其能够使交通工具使用氢燃料进行推进，移动，或运输。例如，转换套件可以包括一个或多个氢燃料电池，一个或多个被配置为使用氢来生成推力的推进单元(例如，电动马达)，被配置为接收和保持交通工具内的燃料存储模块的结构部件(例如，框架)，将氢燃料从燃料存储模块分配到氢燃料电池的管道系统，电力传动系统，以及连接器和配件以将燃料存储模块(或任何保持燃料存储模块的框架结构)可释放地耦合到氢燃料兼容的交通工具。转换套件可以是针对交通工具(例如支线飞行器)操作员的售后改型解决方案。转换套件可以包含任何数量的氢基推进所需的部件。可以定制转换套件用于在任何交通工具或任何飞行器上改型。转换套件的部件可以是模块化的，使得部件可以以不同的配置被组合或组装，以用于在具有不同形状，大小，轮廓，或设计的多个不同飞行器上改型。在一些情况下，转换套件可以包括电子硬件和/或软件以使操作员能够控制或调节转换套件的一个或多个部件。
在一些例子中，燃料存储模块的形状可以是大体上圆柱形的。在其他例子中，燃料存储模块可以具有非圆柱形形状(例如，圆锥形，长方体，或多边形形状)。
在本文所述的任何实施例中，氢燃料存储模块可以配置成存储气态氢燃料，液态氢燃料，气态和液态氢燃料的组合，或作为超临界流体的氢。取决于氢燃料兼容交通工具的运输要求，气态和液态氢燃料可以被互换。气态氢燃料的密度可以低于液态氢燃料，并且可以提供比液态氢燃料更小的范围，但可以提供成本节约，因为压缩过程消耗更少的能量。气态氢燃料也可以在加压或压缩状态下被存储在燃料存储模块中达延长的时间段(例如，至少约1周，1个月，1年，或更长)而不会从模块中显著泄漏。相反，液态氢燃料可以提供比气态氢燃料更大的范围，因为液态氢燃料比气态氢燃料密度更大，但可能需要更昂贵的压缩和液化过程。取决于氢燃料兼容交通工具的运输要求，操作员可以取决于操作需要选择使用气态或液态氢燃料或两者兼而有之。在任何例子中，本文描述的燃料存储模块可用于存储气态氢燃料和/或液态氢燃料。在一些实施例中，氢燃料可以在从约1兆帕(MPa)至约200MPa范围内的压力下被存储。
氢燃料存储模块可以用于存储液态氢燃料。在运输过程中，液态氢燃料可能会升温(尽管有任何隔热)并开始蒸发，从而在燃料存储模块内增强压力。为了减轻压力的增强，燃料存储模块可以被配置成以受控速率排放至少一部分所存储的氢燃料。燃料存储模块可以排放至少一部分所存储的氢燃料，直到燃料存储模块被输送到加燃料站以供氢燃料兼容交通工具使用或消费。(i)为氢存储模块加燃料和(ii)将氢燃料存储模块输送到加燃料站之间的总时间最多可以为约5天，4天，3天，2天，1天，或更少。在一些情况下，加燃料和输送之间的总时间可能超过5天。在任何例子中，燃料存储模块都可以被配置为在延长的时间段内保留氢燃料而泄漏最少。
在本文所述的任何实施例中，氢燃料存储模块可以包括多个不同大小，形状，或存储容量，这取决于交通工具类型或与特定交通工具类型或行驶路线相关联的运输要求。氢燃料存储模块可以与同一交通工具类别或交通工具种类中的不同交通工具兼容。
如图17所示，氢燃料存储模块20可以被放置或存储在所改装的飞行器10内。所改装的飞行器10可以包括被改装为氢燃料兼容交通工具的飞行器。飞行器10可以使用如本文所述的改装套件被改装到氢燃料兼容交通工具内，并且可以被配置成与本文所述的任何存储模块一起使用。在一些例子中，燃料存储模块20可以被放置在所改装的飞行器10的机身80的客舱区域内。在这种例子中，燃料存储模块20可以被放置在一个或多个乘客座位在飞行器进行改装之前通常位于的地方(例如，通过使用改装套件)。在本文所述的任一实施例中，氢燃料存储模块20可以与一个或多个氢燃料电池流体连通(例如，经由管道或导管)。一个或多个氢燃料电池可位于飞行器10的机翼区域或机舱区域上或附近。
在本文所述的任何实施例中，氢燃料存储模块可以被插入到框架结构中。框架结构可以被配置成接收一个或多个燃料存储模块。燃料存储模块可以被可释放地耦合到框架结构。框架结构可以被插入或装载到氢燃料兼容交通工具中。框架结构可以被可释放地耦合到氢燃料兼容交通工具或其结构部件。框架结构可以被配置成安置和/或取向燃料存储模块，使得燃料存储模块能够在插入氢燃料兼容交通工具时与多种部件(例如，连接器，配件，管道，导管，管道系统，电线等)接合。使用框架结构上的一个或多个对准和锁定机制可以将模块自动安置或取向在适合的位置或配置中。此类机制的示例可以包括导轨，轨道，凹槽，闩锁，夹具，弹簧，止动器，磁体等。在一些例子中，燃料存储模块与改装套件的多种部件或氢燃料兼容交通工具的多种子系统的接合可以包括快速释放机制的配合。这种接合可以将燃料存储模块放置于与一个或多个氢燃料电池流体连通。在一些例子中，这种接合可以允许燃料存储模块与一个或多个控制器的可操作耦合，该控制器用于调节来自燃料存储模块的氢燃料的输送和/或氢燃料电池和任何兼容的推进系统(例如，电动马达)的操作。使用用于接合的快速释放机制可以在短时间段内(例如，最多约5分钟，4分钟，3分钟，2分钟，1分钟，或更短时间)实现燃料存储模块的安全且容易的耦合和解耦。快速释放机制还可以减少装载和卸载时间，这可以提高操作员效率并使飞行器能够更快地投入运行，减少停机时间。
在本文所述的任何实施例中，燃料存储模块可以包括一个或多个用于状态监测(即，监测存储在模块内的内容物的状态，或监测燃料的状况或结构完整性)的传感器。一个或多个传感器可以包括例如压力传感器，温度传感器，运动传感器，和/或本文其他地方描述的任何其他传感器。
参考图18A和18B，本公开的系统和方法可以用于实现氢燃料网络400。氢燃料网络400可以包括生产和填充阶段402，在该阶段期间一个或多个氢燃料存储模块20被填充有氢燃料。在一些例子中，氢燃料可以使用绿色电网电力生产。氢燃料网络400还可以包括多式联运阶段404，在该阶段期间，一个或多个氢燃料存储模块20经由公路，铁路，和/或海运被运输到一个或多个运输交通工具44加燃料站。氢燃料网络400还可以包括燃料装载操作阶段406，在该阶段氢燃料存储模块20被装载到一个或多个氢燃料兼容交通工具中，例如飞行器10，使用标准的，市售的设备，例如地面支持装载交通工具28。氢燃料网络400还可以包括逆向物流阶段408，在该阶段期间，一个或多个被耗尽或部分用过的燃料存储模块20被检查并被批准用于再填充和/或再使用。
虽然本文已经显示和描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域技术人员来说显然的是，这些实施例仅以示例的方式被提供。并非旨在将本发明由说明书内提供的具体示例的限制。尽管已经参考前述说明书描述了本发明，但是本文的实施例的描述和图示不意味着以限制意义来解释。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现在将想到许多变化，改变，和替换。此外，应当理解，本发明的所有方面并不限于本文所述的取决于多种条件和变量的具体描述，配置，或相对比例。应当理解，在实施本发明时可以采用本文描述的本发明实施例的多种替代方案。因此，考虑本发明还应涵盖任何此类替代，修改，变化，或等同物。所附权利要求旨在限定本发明的范围，并且这些权利要求及其等同物范围内的方法和结构由此被覆盖。

Claims (20)

1.一种供氢动力交通工具使用的氢燃料供应方法，包括：
在交通工具加燃料站处接收一个或多个燃料存储模块，其中所述一个或多个燃料存储模块在氢供应源处被填充有氢，并且其中所述一个或多个燃料存储模块中的每一个包括存储胶囊和氢燃料通过其从所述存储胶囊中被分发的燃料出口配件；
在所述交通工具加燃料站处接收氢动力交通工具以用于加燃料，其中所述氢动力交通工具具有燃料存储室，具有一个或多个燃料入口配件的燃料系统，以及被耦合到所述燃料系统用于接收来自所述氢动力交通工具的所述燃料系统的燃料的电力装置；
从所述氢动力交通工具的所述燃料存储室中移除一个或多个被耗尽的燃料存储模块；
将所述一个或多个燃料存储模块装载入所述燃料存储室；
将每个燃料出口配件连接到一个或多个燃料入口配件中的相应一个，以将所述氢燃料从所述燃料存储模块传递到所述氢动力交通工具的所述燃料系统；和
将所述一个或多个被耗尽的燃料存储模块引导离开所述交通工具加燃料站以在所述氢供应源处再填充。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
取用所述氢动力交通工具的所述燃料存储室中所述被耗尽的燃料存储模块；
将所述被耗尽的燃料存储模块的所述燃料出口配件与所述一个或多个燃料入口配件断开连接；和
从所述氢动力交通工具的所述燃料存储室中移除所述被耗尽的燃料存储模块。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述氢动力交通工具是飞行器。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述一个或多个燃料存储模块固定到所述燃料存储室中的所述氢动力交通工具的结构。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在交通工具加燃料站接收一个或多个燃料存储模块包括从运输交通工具移除所述一个或多个燃料存储模块，该运输交通工具被配置为将所述燃料存储模块输送到所述交通工具加燃料站。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述被耗尽的燃料存储模块装载到运输交通工具上以运输到氢供应源以用氢再填充。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料出口配件和所述燃料入口配件是快速连接配件，其中连接包括将每个所述燃料出口快速连接配件可释放地互连到所述燃料入口快速连接配件中的相应一个。
8.根据权利要求1所述的方法，其中连接包括将每个燃料出口配件手动连接到所述一个或多个燃料入口配件中的相应一个。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在交通工具加燃料站处接收包括接收在远离所述交通工具加燃料站的氢供应源处被填充的所述一个或多个燃料存储模块。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述氢燃料供应源是氢生产设施。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个燃料存储模块具有与(i)氢供应源处的设备，(ii)用于运输所述燃料存储模块的一个或多个运输交通工具，以及(iii)所述一个或多个氢燃料兼容交通工具兼容的大小，形状，形状因素，或配置。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括经由所述燃料存储模块上的传感器监测所述燃料存储模块的健康状况。
13.一种存储和运输氢的方法，包括：
将氢燃料存储在一个或多个燃料存储模块中；
将所述一个或多个燃料存储模块运输到交通工具加燃料站，其中一个或多个氢燃料兼容交通工具位于或预计位于所述交通工具加燃料站处或附近；
将所述一个或多个燃料存储模块装载入所述一个或多个氢燃料兼容交通工具中，其中所述一个或多个燃料存储模块被配置为被可释放地耦合到所述一个或多个氢燃料兼容交通工具；和
在所述一个或多个燃料存储模块被耗尽或部分耗尽之后，将所述一个或多个燃料存储模块与所述一个或多个氢燃料兼容交通工具解耦，
其中，所述一个或多个燃料存储模块具有与(i)氢供应源处的设备，(ii)用于运输所述燃料存储模块的一个或多个运输交通工具，和(iii)所述一个或多个氢燃料兼容交通工具兼容的大小，形状，形状因数，或配置。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括为所述一个或多个被耗尽或部分耗尽的燃料存储模块补充燃料以用于在所述一个或多个氢燃料兼容交通工具上的重新部署。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括在将所述一个或多个燃料存储模块运输到所述交通工具加燃料站之前确定对所述一个或多个燃料存储模块的需求，其中所述需求至少部分地基于所述加燃料站处的交通工具数量，所述交通工具的运行频率，或所述交通工具在典型行程中行驶的距离被确定。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述一个或多个氢燃料兼容交通工具包括一个或多个氢燃料电池，所述氢燃料电池被配置为使用存储在所述一个或多个燃料存储模块内的所述氢燃料发电。
17.一种用于氢动力飞行器的氢燃料供应方法，包括：
在交通工具加燃料站处提供所述氢动力飞行器，其中所述飞行器具有燃料存储室，具有一个或多个燃料入口配件的燃料系统，以及被耦合到所述燃料系统用于从所述飞行器的所述燃料系统接收氢燃料的电力装置；
将被耗尽或部分耗尽的氢燃料的第一燃料存储模块与所述燃料系统断开连接；
从所述燃料存储室中移除被断开连接的所述第一燃料存储模块；
将第二燃料存储模块从所述交通工具加燃料站装载入所述燃料存储室中，其中所述第二燃料存储模块在远程氢供应源处被填充或再填充所述氢燃料，并且其中所述第二燃料存储模块包括存储胶囊以及燃料出口配件，氢燃料通过该出口配件从所述存储胶囊中被分发；
将所述第二燃料存储模块的所述燃料出口配件连接到所述飞行器的燃料系统的所述燃料入口配件，以提供氢燃料为所述电力装置提供电力；
将所述被耗尽的第一燃料存储模块引导远离所述交通工具加燃料站；
在所述第一燃料存储模块被装载上飞机后，将所述飞行器移离所述交通工具加燃料站；
沿着所选择的路线飞行所述飞行器，在此期间使用并耗尽来自所述第一燃料存储模块的所述氢燃料，以及
通过将被填充的燃料存储模块装载入所述飞行器并将所述被填充的燃料存储模块连接到所述飞行器的燃料系统，将所述飞行器返回到所述交通工具加燃料站以补充燃料。
18.根据权利要求17所述的方法，其中断开连接包括将多个被耗尽的第一燃料存储模块断开连接和移除所述多个被耗尽的第一燃料存储模块；其中
装载包括将多个第二燃料存储模块装载入所述燃料存储室中。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，补充燃料包括在氢燃料被从飞行器中耗尽之后从所述飞行器移除所述第二燃料存储模块，并且用所述被填充的燃料存储模块更换被移除的所述燃料存储模块并且将所述被填充的燃料存储模块的所述燃料出口配件连接到所述飞行器的燃料系统的所述燃料入口配件。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括将所述第一燃料存储模块从所述交通工具加燃料设施运输到氢供应源以重新填充氢燃料。
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