CN217345560U - 一种基于固体氢的动力系统及外骨骼 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于固体氢的动力系统及外骨骼，包括：储氢罐，至少有一个，存储有固体氢；加热单元，至少一部分延伸入所述储氢罐内，对所述储氢罐内部进行加热；燃料电池，与所述储氢罐连接，使用所述储氢罐中的固体氢反应产生的氢气发电，为用电设备供电；储水箱，与所述燃料电池连接，储存来自燃料电池反应生成的水；隔膜泵，一端与所述储氢罐连接，另一端与所述储水箱连接，所述隔膜泵将所述储水箱中的水向所述储氢罐转移。本实用新型采用固体氢作为能源，系统内可以将氢能转化成电能，作为动力使用，可以大幅提高使用该动力系统的用电设备的续航时间。

Description

一种基于固体氢的动力系统及外骨骼

技术领域

本实用新型涉及固体氢技术领域，具体涉及一种基于固体氢的动力系统及外骨骼。

背景技术

人体机械外骨骼系统的研发始于20世纪60年代，最早应用于军事领域，旨在强化士兵的负荷能力，随后逐渐进入民用领域，多以医疗和工业生产为主要目的，作为帮助残障人士行走以及工人负荷执行制造、搬运任务的辅助工具，目前正在向负重能力更强、控制力和灵活性能更高的方向研发。

随着AI的成熟，目前软件控制方面的技术壁垒已经打破，反而是硬件拖累了发展。尤其在动力系统方面，分为外骨骼机器人电机驱动、液压驱动甚至是气动等，这三种方案适用于不同的产品，也各有优势，外骨骼机器人电机驱动的机器人的动力更强劲，也更不受约束，但人体负重较大，续航能力不够，这就限制了动力外骨骼的发展。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于固体氢的动力系统，包括：

储氢罐，至少有一个，存储有固体氢；

加热单元，至少一部分延伸入所述储氢罐内，对所述储氢罐内部进行加热；

燃料电池，与所述储氢罐连接，使用所述储氢罐中的固体氢反应产生的氢气发电，为用电设备供电；

储水箱，与所述燃料电池连接，储存来自燃料电池反应生成的水；

隔膜泵，一端与所述储氢罐连接，另一端与所述储水箱连接，所述隔膜泵将所述储水箱中的水向所述储氢罐转移。

作为本实用新型的一种优选方式，所述储氢罐设有温度传感器。

作为本实用新型的一种优选方式，所述加热单元为加热棒，所述加热单元由储氢罐的一端延伸至另一端。

作为本实用新型的一种优选方式，所述储水箱设有液位传感器。

作为本实用新型的一种优选方式，还包括稳压单元，所述稳压单元与所述燃料电池连接。

作为本实用新型的一种优选方式，所述稳压单元与用电设备电连接。

作为本实用新型的一种优选方式，所述储氢罐连接压力传感器。

作为本实用新型的一种优选方式，所述储水箱设于所述储氢罐与所述燃料电池之间。

作为本实用新型的一种优选方式，所述燃料电池至少设有一个。

一种基于固体氢的外骨骼，使用上述任一项所述的基于固体氢的动力系统，还包括控制器。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的一种基于固体氢的动力系统及外骨骼，采用固体氢作为能源，系统内可以将氢能转化成电能，作为外骨骼动力使用。通过加热与水合两种方式提高单位体积固体氢的释氢的效率，可以大幅提高使用该动力系统的用电设备的续航时间。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型基于固体氢的动力系统的储氢组件的示意图。

图2是本实用新型基于固体氢的动力系统的储氢组件的剖面示意图。

图3是本实用新型的基于固体氢的动力系统的发电组件的示意图。

图4是本实用新型的基于固体氢的动力系统的示意图。

图5是本实用新型的基于固体氢的外骨骼的示意图。

说明书附图标记说明：

1.储氢罐、11.温度传感器2.加热单元、3.燃料电池、4.储水箱、5.隔膜泵、 6.稳压单元、7.压力传感器、8.控制器、9.显示单元、10.外骨骼、11.动力系统、 111.储氢组件、112.发电组件、12.备用电源。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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“第二”、“第一”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，还可以是通信；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。

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。此外，术语“包括”意图在于覆盖不排他的包含，例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，没有限定于已列出的步骤或单元而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

参照图1-5所示，本实用新型一种基于固体氢的动力系统的实施例，包括：

储氢罐1，至少有一个，存储有固体氢。

加热单元2，至少一部分延伸入所述储氢罐1内，对所述储氢罐1内部进行加热。

燃料电池3，与所述储氢罐1连接，使用所述储氢罐1中的固体氢反应产生的氢气发电，为用电设备供电。

储水箱4，与所述燃料电池3连接，储存来自燃料电池3反应生成的水。

隔膜泵5，一端与所述储氢罐1连接，另一端与所述储水箱4连接，所述隔膜泵5将所述储水箱4中的水向所述储氢罐1转移。

其中，所述储氢罐1采用复合材料多层包覆的轻量化设计，满足耐压耐腐蚀要求，所述储氢罐1里面装有固体氢。所述固体氢即铝基氢化物，质量储氢密度大于9wt.％。所述储水箱4设于所述储氢罐1与所述燃料电池3之间，以减少连接管道长度。

所述加热单元2与所述储氢罐1连接，且至少一部分延伸入所述储氢罐1 内，对所述储氢罐1的内腔进行加热。所述加热单元2为加热棒，所述加热单元2由储氢罐1的一端延伸至另一端。所述加热棒贯穿所述储氢罐1，对所述储氢罐1内腔进行整体的、均匀的加热。所述铝基氢化物在所述加热单元2的加热下反应，并释放氢气。

所述加热单元2的加热温度可根据需要调节，例如所述加热单元2加热至 100摄氏度时，铝基氢化物可以放氢，放氢后铝基氢化物生成高活性铝粉。所述储氢罐1将生成的氢气向所述燃料电池3输出，所述燃料电池3是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器，是将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置。所述燃料电池 3接受氢气并利用其发电，所述燃料电池3为后端的用电设备供电。

所述燃料电池3发电的同时产生水，所述燃料电池3通过连接的管道将反应产生的水向所述储水箱4输出，并存储于储水箱4内。

所述隔膜泵5分别连接储水箱4与储氢罐1。所述隔膜泵5用于将所述储水箱4中的水抽取并向所述储氢罐1中输出。

所述储氢罐1中由固体氢释氢后产生的高活性铝粉在与水混合后水合放氢气，氢气再次生成。

因此，在该动力系统11中，此固体氢为铝基氢化物，质量储氢密度大于9wt.％，需要供氢时，加热单元2加热到100摄氏度时固体氢可以放氢，放氢后固体氢生成高活性铝粉。而燃料电池3启动工作生成水，将水回收到储水箱4内，通过隔膜泵5泵入到装有高活性铝粉的储氢罐1内，水和高活性铝粉可以水合放氢。从而此动力系统11中固体氢储氢密度将超过15wt.％。

所述储氢罐1设有温度传感器11，所述温度传感器11用于监测所述储氢罐 1中的温度，所述储氢罐1中的温度会影响所述固体氢的反应，因此需要对所述储氢罐1的温度进行监测。

当所述储氢罐1中温度低于设定的反应温度时，所述温度传感器11将发出信号，所述加热单元2对所述储氢罐1加热。当所述储氢罐1中的温度高于设定的反应温度时，所述温度传感器11也将发出信号，所述加热单元2停止加热。

所述储水箱4设有液位传感器。所述液位传感器用于监测所述储水箱4中存储的水量，以确保不会溢出。当所述储水箱4中的水达到设定的最高水位值，所述液位传感器将发出高液位信号，当所述储水箱4中的水低于最低水位值，则所述液位传感器也将发出低液位信号。所述液位传感器还用于实时监测所述储水箱4中的水位值。

还包括稳压单元6，所述稳压单元6与所述燃料电池3连接。所述稳压单元6连接所述燃料电池3，所述燃料电池3产生的电流向所述稳压单元6输出，所述稳压单元6对所述电流进行稳压，将电流调整至适用后端用电设备。

所述稳压单元6与用电设备电连接，所述燃料电池3产生的电流经过所述稳压单元6再向后端的用电设备输出

所述储氢罐1连接压力传感器7。所述压力传感器7用于监测氢气压力，便于判断供氢是否充足。当氢气压力低于预设的压力值时，所述压力传感器7 发出低压信号，所述加热单元2开始加热，或所述隔膜泵5开启注水。

所述燃料电池3至少设有一个，也可为两个，根据后端用电设备的用电需求可设置不同数量的燃料电池3。

所述动力系统11还包括控制器8、显示单元9、备用电源12，所述控制器 8与所述温度传感器11、压力传感器7、稳压单元6、燃料电池3、显示单元9、备用电源12等设备连接。所述控制器8用于控制整个动力系统11，包括设定参数。所述显示单元9为显示屏用于显示温度传感器11、压力传感器7、稳压单元6、燃料电池3、备用电源12等设备的运行数据。所述备用电源12用于为动力系统11提供备用电。

在本动力系统11中包括储氢组件111与发电组件112，所述储氢组件111 包括储氢罐1、储水箱4、隔膜泵5等设备，所述发电组件112包括燃料电池3、稳压单元6、控制器8等设备。

所述动力系统11的加热放氢阶段，整个过程中温度传感器11检测储氢罐 1内的温度，压力传感器7检测氢气压力，来判断是否满足燃料电池3功率需要，当供氢不足时，控制器8控制启动加热单元2加热，当供氢充足时，则停止加热。加热放氢结束后才会进入水合放氢阶段。水合放氢阶段，铝基氢化物已经生成高活性铝粉，整个过程中温度传感器11检测储氢罐1内的温度，压力传感器7检测氢气压力，来判断是否满足燃料电池3功率需要，当供氢不足时，控制器8控制启动隔膜泵5注水，当供氢充足时，则停止注水。燃料电池3工作过程中生成的水，全部回收到储水箱4内，当液位传感器显示低于最低液位时，可以从外部补充清水。

一种基于固体氢的外骨骼10，使用上述任一项所述的基于固体氢的动力系统11，还包括控制器8。

所述基于固体氢的动力系统11为外骨骼10供电，此系统采用固体氢作为能源，系统内可以将氢能转化成电能，作为外骨骼10动力使用。采用固体氢作为能源，系统内可以将氢能转化成电能，作为外骨骼10动力使用。根据需要可以采用加热等方式将氢气释放出来，可以实现加热控制，温度监控。通过采集温度、压力、电流、电压等信息，可以实现氢电联动控制。用复合材料多层包覆的轻量化设计，满足耐压耐腐蚀要求的储氢罐1，此为提高系统能量密度而专门为配合固体氢外骨骼10的动力系统11开发的压力容器。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的一种基于固体氢的动力系统及外骨骼，利用固体氢作为能源，此质量储氢密度大于9wt.％，再将燃料电池启动工作生成水和活性铝粉二次反应放氢，固体氢储氢密度将超过15wt.％。此系统可以通过氢气发生装置释放出氢气，提供燃料电池发电，从而形成一套能量密度高、长续航及绿色环保的外骨骼动力系统。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于固体氢的动力系统，其特征在于，包括：

储氢罐，至少有一个，存储有固体氢；

加热单元，至少一部分延伸入所述储氢罐内，对所述储氢罐内部进行加热；

燃料电池，与所述储氢罐连接，使用所述储氢罐中的固体氢反应产生的氢气发电，为用电设备供电；

储水箱，与所述燃料电池连接，储存来自燃料电池反应生成的水；

隔膜泵，一端与所述储氢罐连接，另一端与所述储水箱连接，所述隔膜泵将所述储水箱中的水向所述储氢罐转移。

2.根据权利要求1所述的一种基于固体氢的动力系统，其特征在于，所述储氢罐设有温度传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于固体氢的动力系统，其特征在于，所述加热单元为加热棒，所述加热单元由储氢罐的一端延伸至另一端。

4.根据权利要求1所述的一种基于固体氢的动力系统，其特征在于，所述储水箱设有液位传感器。

5.根据权利要求1所述的一种基于固体氢的动力系统，其特征在于，还包括稳压单元，所述稳压单元与所述燃料电池连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于固体氢的动力系统，其特征在于，所述稳压单元与用电设备电连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于固体氢的动力系统，其特征在于，所述储氢罐连接压力传感器。

8.根据权利要求1所述的一种基于固体氢的动力系统，其特征在于，所述储水箱设于所述储氢罐与所述燃料电池之间。

9.根据权利要求1所述的一种基于固体氢的动力系统，其特征在于，所述燃料电池至少设有一个。

10.一种基于固体氢的外骨骼，其特征在于，使用权利要求1-9任一项所述的基于固体氢的动力系统，还包括控制器。

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