CN211578889U - 一种氢动力系统及潜航器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种氢动力系统及潜航器，其中，氢动力系统用于水上或水下的航行器，包括：第一储存箱，其内部储存有用于与水反应以制备氢气的固体制氢剂；第二储存箱，其内部储存有用于与水反应以制备氧气的固体制氧剂。该氢动力系统具备续航时间长、安全性高和重量轻的优点。

Description

一种氢动力系统及潜航器

技术领域

本实用新型涉及氢动力技术领域，尤其涉及一种氢动力系统及潜航器。

背景技术

无人潜航器又称“潜水机器人”或“水下机器人”，是指没有人驾驶，靠遥控或自动控制的方式在水下航行的机器。其中，无人潜航器可以代替潜水员或载人小型潜艇进行深海探测、救生、排除水雷等高危险性水下作业。

现有的无人潜航器是以氢气和氧气作为动力来源，为此需要在机器上携带笨重的氢气罐和氧气罐。由于氢气罐和氧气罐所能携带的氢气和氧气量比较少，所以无人潜航器的续航时间也较短，而如果选择对氢气和氧气进行压缩，则成本又会非常高昂；同时，所携带的氢气和氧气，容易因密封不良而出现泄露的情况，存在较大的安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种氢动力系统及潜航器，用以解决现有技术中无人潜航器的动力系统续航时间短且安全性低的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供了：一种氢动力系统，用于水上或水下的航行器，包括：

第一储存箱，其内部储存有用于与水反应以制备氢气的固体制氢剂；

第二储存箱，其内部储存有用于与水反应以制备氧气的固体制氧剂。

作为上述技术方案的进一步改进，所述固体制氢剂包括氢化钙、氢化钠或铝基水解制氢材料。

作为上述技术方案的进一步改进，所述固体制氧剂包括过氧化钠。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括燃料电池，所述燃料电池用于将所述氢气和所述氧气产生的化学能转换为电能。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括：

第一水泵，用于抽取外部的水液以对所述固体制氢剂供水；

第二水泵，用于抽取外部的水液以对所述固体制氧剂供水；

控制器，用于根据所述燃料电池的输出电压以对所述第一水泵及所述第二水泵的功率进行调节；

所述第一水泵和所述第二水泵均与所述控制器电性连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一储存箱与所述燃料电池之间设置有用于监测所述氢气的流量的第一气体流量计；

所述第二储存箱与所述燃料电池之间设置有用于监测所述氧气的流量的第二气体流量计。

作为上述技术方案的进一步改进，所述燃料电池电性连接有用于检测其输出电压的电压计。

作为上述技术方案的进一步改进，所述固体制氢剂和所述固体制氧剂均通过渗透件来获得水，其中，所述渗透件用于通过渗透的方式吸取水分。

作为上述技术方案的进一步改进，所述渗透件包括吸水纤维。

本实用新型还提供了：一种潜航器，包括如上所述的氢动力系统。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提出一种氢动力系统，用于水上或水下的航行器，包括储存有固体制氢剂的第一储存箱和储存有固体制氧剂的第二储存箱，其中，通过固体制氢剂与水反应制取氢气，通过固体制氧剂与水反应制取氧气。

相较于气体，固体的分子间间距更小，所以，单位体积的固体制氢剂和固体制氧剂可以获得更多的氢气和氧气，并由此使得氢动力系统具备更长的续航时间。

由于固体制氢剂和固体制氧剂分别与水实时进行反应来制取氢气和氧气，所以无需对氢气和氧气进行储存，安全性高。

水上或水下航行器的工作环境位于水中，所以水的来源十分方便，无需系统额外携带水，并由此降低了氢动力系统及航行器的重量。

该氢动力系统具备续航时间长、安全性高和重量轻的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了一种氢动力系统的模块示意图；

图2示出了一种氢动力系统的结构示意图；

图3示出了一种控制器的模块示意图；

图4示出了一种潜航器的结构示意图。

主要元件符号说明：

1-固体制氢剂；2-固体制氧剂；3-燃料电池；4-第一储存箱；5-第二储存箱；6-第一水泵；7-第二水泵；8-控制器；9-渗透件；10-第一气体流量计；11-第二气体流量计；12-电压计；13-螺旋桨电机；14-处理模块；15-无线信号收发模块；20-氢动力系统；21-潜航器。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

水上或水下的航行器上安装有动力系统，通过动力系统提供的驱动力使得航行器可以在水中进行移动。由于航行器的工作环境位于水中，能源补给相对困难，所以动力系统的续航时间显得十分重要。

同时，为了不对水质造成污染，动力系统的所利用的能源必须绿色环保。

为此，本实施例提供了一种氢动力系统20，用于水上或水下的航行器，其具备续航时间长、安全性高、绿色环保等优点。

请参阅图1，氢动力系统20包括：

固体制氢剂1，用于与水反应以制备氢气；

固体制氧剂2，用于与水反应以制备氧气；

燃料电池3，用于将氢气和氧气产生的化学能转换为电能。

固体制氢剂1与水反应制取氢气，固体制氧剂2与水反应制取氧气，氢气和氧气分别通入到燃料电池3的两极并进行相应的化学反应。通过燃料电池3将化学能转换为电能以供螺旋桨电机13等用电器使用。

由于固体的分子间间距小，所以相较于储气罐内未被压缩的氢气和氧气，在相同体积的储存空间中，固体制氢剂1和固体制氧剂2能制备出更多的氢气和氧气。故利用固体制氢剂1和固体制氧剂2，可使得氢动力系统20具备更长的续航时间。

由于固体制氢剂1和固体制氧剂2分别与水实时进行反应来制取氢气和氧气，所以无需对制备出的氢气和氧气进行储存，安全性高。

航行器的工作环境位于水中，所以水的来源十分方便，为此无需系统额外携带水，从而降低了氢动力系统20及航行器的重量。

该氢动力系统20具备续航时间长、安全性高和重量轻的优点。同时，氢动力系统20在产生电能过程中，所生成的氢气、氧气、水，以及不排放的固体制氢剂1和固体制氧剂2的反应产物，都属于无毒无害的物质，清洁环保，不会对环境和水质造成污染。

在本实施例中，固体制氢剂1可采用氢化钙、氢化钠或铝基水解制氢材料等，固体制氧剂2可采用过氧化钠等。

固体制氢剂1和固体制氧剂2都为固体物质，相较于气体储存更加方便。

如图2所示，氢动力系统20包括有第一储存箱4和第二储存箱5分别用于储存固体制氢剂1和固体制氧剂2。其中，第一储存箱4和第二储存箱5可设置为圆柱体形、长方体形等形状。

相较于储气罐，第一储存箱4和第二储存箱5对于气密性及强度的要求更低，由此也使得第一储存箱4和第二储存箱5的制造成本比较低。

需要注意的是，第一储存箱4中的箱体材料不可与固体制氢剂1发生反应，同时，也不可与固体制氢剂1与水反应后的生成物发生反应；第二储存箱5中的箱体材料不可与固体制氧剂2发生反应，同时，也不可与固体制氧剂2与水反应后的生成物发生反应。

第一储存箱4和第二储存箱5上都可设置有盖体。打开盖体后，用户便可向第一储存箱4的内部添加固体制氢剂1，向第二储存箱5的内部添加固体制氧剂2，之后，盖上盖体，防止固体制氢剂1和固体制氧剂2出现泄露。

固体制氢剂1和固体制氧剂2需与水反应后才能生成氢气和氧气。为此，在本实施例中，氢动力系统20还包括有：

第一水泵6，用于抽取外部的水液以对固体制氢剂1供水；

第二水泵7，用于抽取外部的水液以对固体制氧剂2供水；

控制器8，用于根据燃料电池3的输出电压以对第一水泵6及第二水泵7的功率进行调节；

其中，第一水泵6和第二水泵7均与控制器8电性连接。

如图3所示，控制器8可包括处理模块14和电压计12等模块，其中，处理模块14可以使用处理器或单片机。

进一步地，控制器8上还可设置有无线信号收发模块15，工作人员可以通过无线信号收发模块15接收氢动力系统20中的电压信号、流量信号等，同时，工作人员也可以通过无线信号收发模块15向氢动力系统20发送相应的控制信号。

除此之外，可以通过连接电缆，进行信号的传输。

控制器8的功率较低，自身可配备有相应的供电系统，例如锂电池等。

进一步地，燃料电池3产生的电能也可以对控制器8的供电系统进行充电。

第一水泵6和第二水泵7的抽水口从外界抽取水液，其中，第一水泵6抽取的水液经水管输送到第一储存箱4内，第二水泵7抽取的水液经水管输送到第二储存箱5内。

为过滤杂质，第一水泵6和第二水泵7的抽水口可设置有过滤网。

在本实施例中，通过控制器8的作用可以调节第一水泵6和第二水泵7的功率，由此控制进入第一储存箱4和第二储存箱5的水量，从而实现对制得的氢气和氧气的量进行控制。同时，制取的氢气和氧气的多少，决定了燃料电池3所能产生的电能的大小。

通过第一水泵6和第二水泵7虽然可以控制抽水量，但是控制的精确度比较低。同时，由于水在流动的过程中还存在惯性，所以即使第一水泵6和第二水泵7关闭，水液还是可能在惯性的作用下流入到第一储存箱4和第二储存箱5内。

为了解决上述问题，可在第一水泵6与第一储存箱4之间的水液流通路径上以及第二水泵7与第二储存箱5之间的水液流通路径上设置渗透件9。

为方便安装，渗透件9可设置于第一储存箱4和第二储存箱5的入水口，利用渗透件9堵住第一储存箱4和第二储存箱5的入水口，使得水液在通过渗透件9后才能进入到第一储存箱4和第二储存箱5内。

在本实施例中，固体制氢剂1和固体制氧剂2均可通过渗透件9来获得水，其中，渗透件9用于通过渗透的方式吸取水分。

渗透件9具有吸水性，可采用吸水纤维等。其中，吸水纤维的数量及尺寸可根据需要进行设置。在本实施例中，可设置有几千根吸水纤维。

需要注意的是，单根吸水纤维的尺寸不宜过大，否则，会导致单根吸水纤维渗透水所需的时间过长，从而影响到制氢、制氧的效率。

以第一水泵6为例，对渗透件9的作用进行说明。第一水泵6抽取水后，水液通过水管泵向第一储存箱4，水液在进入第一储存箱4前，会先被吸水纤维所吸收，只有当吸水纤维吸收的水达到其能上限后，水液才会流入到第一储存箱4内与固体制氢剂1接触并反应，由此起到控制所制取的氢气的量。

渗透件9具有限流的作用，只要当水量及水压达到一定值时，水液才会通过渗透件渗透至第一储存箱4和第二储存箱5内。

在本实施例中，为了对输送到燃料电池3中的氢气和氧气的流量进行监测，第一储存箱4与燃料电池3之间可设置有用于监测氢气的流量的第一气体流量计10，第二储存箱5与燃料电池3之间可设置有用于监测氧气的流量的第二气体流量计11。

通过对进入到燃料电池3中的氢气和氧气的流量进行监测，便可准确的计算出燃料电池3的发电量。

进一步地，燃料电池3可电性连接有用于检测输出电压的电压计12。其中，利用电压计12可以观察燃料电池3的输出电压是否稳定。

在本实施例中，第一气体流量计10、第二气体流量计11和电压计12均可以控制器8电性连接。其中，电压计12可集成于控制器8上。

第一气体流量计10、第二气体流量计11自身均可配备有电源，例如锂电池等。

为驱使氢航行器移动，燃料电池3电性连接有输出电机，例如螺旋桨电机13等。

参见图1，对氢动力系统20的工作流程进行简要说明：

相互独立的第一水泵6和第二水泵7可从航行器所处的例如河水、湖水、江水或海水等水域中抽取水液，并分别泵向第一储存箱4和第二储存箱5；在渗透件9的作用下，水液渗透至第一储存箱4和第二储存箱5内；固体制氢剂1和固体制氧剂2与水液反应后，分别制备出氢气和氧气；氢气和氧气经气管分别进入到燃料电池3的两极；氢气和氧气在进行相应的反应后，燃料电池3产生电能，并由此驱动螺旋桨电机13。

氢气和氧气在流入燃料电池3前会分别经过第一气体流量计10和第二气体流量计11，在这过程中，第一气体流量计10和第二气体流量计11会产生流量信号并反馈给控制器8。

第一水泵6和第二水泵7的泵压由控制器8控制，其中，通过泵压可控制渗透件9的渗水速率。控制器8通过对氢气和氧气的流量数据进行监测，并对预设氢气和氧气的最佳比例进行比较，由此控制第一水泵6和第二水泵7达到最佳运行功率。

同时，在燃料电池3产生电能后，电压计12会将检测到反馈的电压信号负反馈给控制器8，由此控制第一水泵6和第二水泵7的泵压，从而使得燃料电池3能够稳定地输出电压至设定值。

如图4所示，在本实施例中，还提出一种潜航器21，包括上文中的氢动力系统20。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种氢动力系统，用于水上或水下的航行器，其特征在于，包括：

第一储存箱，其内部储存有用于与水反应以制备氢气的固体制氢剂；

第二储存箱，其内部储存有用于与水反应以制备氧气的固体制氧剂。

2.根据权利要求1所述的氢动力系统，其特征在于，所述固体制氢剂包括氢化钙、氢化钠或铝基水解制氢材料。

3.根据权利要求1所述的氢动力系统，其特征在于，所述固体制氧剂包括过氧化钠。

4.根据权利要求1所述的氢动力系统，其特征在于，还包括燃料电池，所述燃料电池用于将所述氢气和所述氧气产生的化学能转换为电能。

5.根据权利要求4所述的氢动力系统，其特征在于，还包括：

第一水泵，用于抽取外部的水液以对所述固体制氢剂供水；

第二水泵，用于抽取外部的水液以对所述固体制氧剂供水；

控制器，用于根据所述燃料电池的输出电压以对所述第一水泵及所述第二水泵的功率进行调节；

所述第一水泵和所述第二水泵均与所述控制器电性连接。

6.根据权利要求4所述的氢动力系统，其特征在于，所述第一储存箱与所述燃料电池之间设置有用于监测所述氢气的流量的第一气体流量计；

所述第二储存箱与所述燃料电池之间设置有用于监测所述氧气的流量的第二气体流量计。

7.根据权利要求4所述的氢动力系统，其特征在于，所述燃料电池电性连接有用于检测其输出电压的电压计。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的氢动力系统，其特征在于，所述固体制氢剂和所述固体制氧剂均通过渗透件来获得水，其中，所述渗透件用于通过渗透的方式吸取水分。

9.根据权利要求8所述的氢动力系统，其特征在于，所述渗透件包括吸水纤维。

10.一种潜航器，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的氢动力系统。

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