TW201836926A - 無人飛行器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種無人飛行器。該無人飛行器包括一飛行載具、一燃料電池裝置以及1燃料產生裝置。該飛行載具，包括一機身、複數個氣流擾動單元以及複數個馬達。該燃料電池裝置，用於進行第一化學反應以產生電力提供該飛行載具。該燃料產生裝置，用於進行至少一第二化學反應以產生供給該燃料電池裝置進行該第一化學反應所需要使用的至少一燃料。

Description

無人飛行器
本發明係關於一種無人飛行器，特別是採用燃料電池做為電力來源的無人飛行器。
現有無人機的主流是採用鋰電池或燃料電池，兩者相較下，燃料電池具有較高的能量轉換效率。一般而言，採用氫氣以及氧氣為主要燃料的燃料電池為了減輕重量，只會使用儲氫單元，至於氧氣，則是採用空氣中的氧氣。然而，空氣中的氧氣存在濃度會隨高度下降以及存在太多其他雜質的問題，因此無法有效的發揮燃料電池的高效率優點。再者，儲氫裝置也是需要較高的技術門檻以及成本。
除此之外，受限於儲氫單元以及鋰電池的尺寸限制，兩種電池的均存在續航能力不足的技術問題。
因此，解決上述電池存在的限制是一個急需解決的技術問題。
故，有必要提出一種無人飛行器以解決上述技術問題。
為解決上述習知技術的問題，本發明的目的在於 提供一種無人飛行器。本發明在無人飛行器上設置燃料產生裝置具有以下幾個優點：1.免除現有燃料電池的燃料儲存裝置的安全性疑慮；2.燃料產生的同時便可以立刻進行發電；3.不必受限於燃料儲存裝置的重量，可以裝載更多的用於產生燃料(如氫氣及氧氣)的原料(如硼氫化鈉及過氧化氫)；4.不受環境氧氣濃度影響，維持穩定的發電。
為達上述目的，本發明提供一種無人飛行器。該無人飛行器包括一飛行載具、一燃料電池裝置以及一燃料產生裝置。
該飛行載具，包括一機身、複數個氣流擾動單元以及複數個馬達。該燃料電池裝置，用於進行第一化學反應以產生電力提供該飛行載具。該燃料產生裝置，用於進行至少一第二化學反應以產生供給該燃料電池裝置進行該第一化學反應所需要使用的至少一燃料。
在一較佳實施例中，該無人飛行器包括一電池裝置，用於供給電力至該飛行載具及/或儲存該燃料電池裝置產生的電力。
在一較佳實施例中，該電池裝置為鋰電池。
在一較佳實施例中，該燃料產生裝置包括至少一原料輸入端、至少一反應槽、至少一過濾層以及至少一燃料輸出端。該至少一原料輸入端，用於輸入至少一原料。該至少一反應槽，用於讓該至少一原料進行反應產生該至少一燃料。該至少一過濾層，用於過濾該至少一燃料。該至少一燃料輸出端，用於輸送該至少一燃料至該燃料電池裝置。
在一較佳實施例中，該至少一原料為過氧化氫以及硼氫化納。
在一較佳實施例中，該至少一燃料為氫氣以及氧氣。
在一較佳實施例中，該第一化學反應包括：第一子反應：H2→2OH-→H2O+2e-；第二子反應：½O2+H2O+2e-→2OH-。
在一較佳實施例中，該第二化學反應包括：第三子反應：2H2O2 O 2+2H 2 O；第四子反應：NaBH4+2H2O4H2+NaBO2。
相較習知技術，本發明的無人飛行器上設置燃料產生裝置具有以下幾個優點：1.免除現有燃料電池的燃料儲存裝置的安全性疑慮；2.燃料產生的同時便可以立刻進行發電；3.不必受限於燃料儲存裝置的重量，可以裝載更多的用於產生燃料(如氫氣及氧氣)的原料(如硼氫化鈉及過氧化氫)；4.不受環境氧氣濃度影響，維持穩定的發電。
100、200‧‧‧無人飛行器
110‧‧‧飛行載具
111‧‧‧機身
112‧‧‧氣流擾動單元
113‧‧‧馬達
120‧‧‧發燃料電池裝置
130‧‧‧燃料產生裝置
131‧‧‧原料輸入端
132‧‧‧反應槽
133‧‧‧過濾層
134‧‧‧燃料輸出端
135‧‧‧原料
136‧‧‧燃料
137‧‧‧過氧化氫
138‧‧‧二氧化錳
139‧‧‧硼氫化鈉
140‧‧‧催化劑
1111‧‧‧腳架
第1圖繪示根據本發明的第一較佳實施例的無人飛行器的方塊圖；第2圖繪示第1圖的燃料產生裝置的細部正視圖；第3圖繪示第1圖中燃料產生裝置的細部側視圖第4圖繪示根據本發明的第二較佳實施例的無人飛行器的方塊圖；第5圖繪示根據第4圖的無人飛行器的示意圖；以及第6圖繪示根據第4圖的無人飛行器的爆炸示意圖。
以下各實施例的說明是參考圖式，用以說明本發明可用以實施的特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「內」、「外」、「側面」等，僅是參考圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
參考第1圖至第3圖，第1圖繪示根據本發明的第一較佳實施例的無人飛行器100的方塊圖；第2圖繪示第1圖的燃料產生裝置130的細部正視圖；第3圖繪示第1圖中燃料產生裝置130的細部側視圖。該無人飛行器100包括一飛行載具110、一燃料電池裝置120以及一燃料產生裝置130。
該飛行載具110，包括一機身111、複數個氣流擾動單元112、複數個馬達113以及複數個腳架1111。該燃料電池裝置120，用於進行一第一化學反應以產生電力提供該飛行載具110。該燃料產生裝置130，用於進行至少一第二化學反應以產生供給該燃料電池裝置120進行該第一化學反應所需要使用的至少一燃料136。該複數個腳架1111用於讓該飛行載具110停放於地面上。
詳細地，該第一化學反應是將化學能轉換為電能的反應。本較佳實施例使用的燃料為氫氣以及氧氣，以下針對氫氧燃料電池的運作原理進行說明，該氫氧燃料電池含有陰陽兩個電極，分別充滿電解液，而兩個電極間則為具有滲透性的 薄膜所構成。氫氣由燃料電池的陽極進入(第一子反應)，氧氣(或空氣)則由陰極進入(第二子反應)燃料電池，工作全反應式如下所示：陽極：H2→2OH-→H2O+2e-
陰極：½O2+H2O+2e-→2OH-
全反應：½O2+2H++2e-→2H2O
經由催化劑作用，使得陽極的氫原子分解成兩個氫質子與兩個電子，其中質子被氧『吸引』到薄膜的另一邊，電子則經由外電路形成電流後，到達陰極，形成一個完整的流程，只要燃料不斷地供應，燃料電池便源源不絕的發出電力，而水是燃料電池唯一的排放物。氫氧燃料電池的特點在於只需要在常溫常壓下即可進行反應。詳細地，該第一化學反應就是上述的第一子反應以及第二子反應，其全反應就是陽極的反應以及陰極的反應的相加。
該燃料產生裝置130包括至少一原料輸入端131、至少一反應槽132、至少一過濾層133以及至少一燃料輸出端134。該至少一原料輸入端131，用於輸入至少一原料135。較佳地，在本較佳實施例中，該至少一原料135為過氧化氫(氧氣)以及硼氫化納(氫氣)。該至少一反應槽132，用於讓該至少一原料135進行反應產生該至少一燃料136。如上所述，本較佳實施例中的燃料136為氫氣以及氧氣。該至少一過濾層133，用於過濾該至少一燃料136。詳細地，該過濾層133包括濾紙、矽膠以 及海綿。該至少一燃料輸出端134，用於輸送該至少一燃料136至該燃料電池裝置120。詳細地，在該至少一反應槽132中進行的該至少一第二化學反應就是產生氫氣以及氧氣的兩種化學反應。在過氧化氫(雙氧水)137中加入二氧化錳138作為催化劑產生氧氣(第三子反應)；在硼氫化鈉139水解反應中加入適當催化劑140產生氫氣(第四子反應)。
第三子反應：
第四子反應：
本發明的特點在於該燃料產生裝置130能夠直接將產生的燃料(氫氣及/或氧氣)直接供給該燃料電池裝置120使用，因此不需要另外設置燃料儲存裝置(如高壓鋼瓶等...)，同時，因為高壓鋼瓶之類的燃料儲存裝置為了安全考量，有相當程度的重量都是在鋼瓶本身，而非燃料；在不需要使用燃料儲存裝置的情況下，可以將多餘的載重能力用於收納原料135。
再者，在本較佳實施例中，氧氣也是使用自行反應產生的高濃度(理論值為100%)的純氧，相較現有技術中使用大氣中的氧氣的燃料電池，本發明具有較高的發電效率。
在第2圖中，左右兩邊分別是用於產生氫氣以及氧氣的兩個原料輸入端131、兩個反應槽132以及兩個過濾層133。在第3圖中，是以產生氫氣的原料輸入端131、反應槽132、 過濾層133以及燃料輸出端134的部分為例進行說明。
詳細地，該複數個氣流擾動單元112是槳，可以根據該複數個馬達113而產生任一方向的氣流，驅使該無人飛行器100移動。
在本較佳實施例中，該燃料產生裝置130產生的燃料136(氫氣以及氧氣)直接供給該燃料電池裝置120進行發電之用，因此能夠不受限於現有技術的燃料儲存裝置。因此可以最大化的攜帶用於產生燃料136的原料135，有效增加該無人飛行器的續航時間。
參考第4圖至第6圖。第4圖繪示根據本發明的第二較佳實施例的無人飛行器200的方塊圖；第5圖繪示根據第4圖的無人飛行器200的示意圖；以及第6圖繪示根據第4圖的無人飛行器200的爆炸示意圖。本較佳實施例與第一較佳實施例的差別在於：本較佳實施例增加一電池裝置140，用於供給電力至該飛行載具110及/或儲存該燃料電池裝置120產生的電力。該電池裝置140讓該無人飛行器100的電力使用具有更大的彈性，因為該無人飛行器100所消耗的電力不會保持固定，當該燃料電池裝置120產生過多的電力時，便可以將多餘的電力先儲存於該電池裝置140中，當該無人飛行器100所需的電力突然增大或者燃料消耗完畢時，再使用該電池裝置140中儲存的電力提供該無人飛行器100進行運作。
以上僅是本發明的較佳實施方式，應當指出，對 於熟悉本技術領域的技術人員，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。

Claims (8)

  1. 一種無人飛行器，包括：一飛行載具，包括一機身、複數個氣流擾動單元以及複數個馬達；一燃料電池裝置，用於進行第一化學反應以產生電力提供該飛行載具；以及一燃料產生裝置，用於進行至少一第二化學反應以產生供給該燃料電池裝置進行該第一化學反應所需要使用的至少一燃料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的無人飛行器，進一步包括一電池裝置，用於供給電力至該飛行載具及/或儲存該燃料電池裝置產生的電力。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的無人飛行器，其中該電池裝置為鋰電池。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的無人飛行器，其中該燃料產生裝置包括：至少一原料輸入端，用於輸入至少一原料；至少一反應槽，用於讓該至少一原料進行反應產生該至少一燃料；至少一過濾層，用於過濾該至少一燃料；以及至少一燃料輸出端，用於輸送該至少一燃料至該燃料電池裝置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的無人飛行器，其中該至少一原料為過氧化氫以及硼氫化納。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的無人飛行器，其中該至少一燃料為氫氣以及氧氣。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的無人飛行器，其中該第一化學反應包括：第一子反應：H 2→2OH -→H 2O+2e -第二子反應：½O 2+H 2O+2e -→2OH -。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的無人飛行器，其中該第二化學反應包括：第三子反應： 第四子反應：
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