本實用新型屬于航空航天器能源系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種拋擲式固態(tài)硼氫化鈉燃料電池供氫系統(tǒng)，可以用于無人機、無人飛行器等等。

背景技術(shù)：

由于燃料電池發(fā)電效率高、氫氣燃料來源豐富并可再生、排放無污染等特性，符合現(xiàn)代社會新能源發(fā)展需求，得到大力發(fā)展，作為新能源供電和新能源動力應(yīng)用在微電網(wǎng)、基站、汽車等領(lǐng)域。傳統(tǒng)燃料電池氫源主要以高壓氫氣瓶為主，但無人機由于作業(yè)任務(wù)需要頻繁運輸，隨機攜運的高壓氫氣瓶存在泄漏易燃易爆等特性，需要充分的安全保障措施，因此導致工作量大大增加。

化學儲氫材料中，硼氫化鈉儲氫密度高，自身含氫量達到10.6％，約為常規(guī)金屬氫化物的5倍。硼氫化鈉在空氣中較穩(wěn)定，溶于水形成液態(tài)儲氫材料，沒有自燃、爆炸的危險。啟動時間短、反應(yīng)條件低，最低放氫溫度可達--40℃。與傳統(tǒng)化學氫化物的改質(zhì)相比(甲烷、甲醇等)，硼氫化鈉產(chǎn)氫流程簡單，系統(tǒng)簡單，產(chǎn)氫速度可調(diào)，因此作為燃料電池氫源有很好的應(yīng)用前景。

專利201420095666.5提到了一種燃料電池供氫系統(tǒng)，由裝有硼氫化鈉溶液的儲液罐、多個子反應(yīng)罐和冷凝裝置構(gòu)成。但硼氫化鈉溶液配比需要大量水，很大程度上增加了燃料電池系統(tǒng)重量，不能滿足質(zhì)量要求嚴格的無人機的燃料電池氫源需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種拋擲式 固態(tài)硼氫化鈉燃料電池供氫系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)氫供氫一體化，減輕燃料電池系統(tǒng)及無人機載荷重量、增加無人機巡航時長，并消除氫源儲運過程中的安全隱患。

本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種拋擲式固態(tài)硼氫化鈉燃料電池供氫系統(tǒng)，包括產(chǎn)氫模塊、供氫模塊、廢罐拋擲模塊和控制模塊；

所述產(chǎn)氫模塊包括N組能量罐組、注水電磁閥、供水電磁閥、水泵和水罐；每組能量罐組與一個注水電磁閥連接，各個注水電磁閥與供水電磁閥連接，供水電磁閥與水泵連接，水泵與水罐連接；每組能量罐組包括至少一個固態(tài)硼氫化鈉能量罐；

所述供氫模塊包括氫氣集氣接頭、氫氣緩沖罐、供氫減壓閥、供氫電磁閥、氫氣壓力傳感器；所述氫氣集氣接頭設(shè)有多個進氣口，每個進氣口分別與一個硼氫化鈉能量罐的出氣管相連，所述氫氣集氣接頭的出氣口與所述氫氣緩沖罐相連；所述供氫減壓閥的一端連接氫氣緩沖罐，另一端連接供氫電磁閥，供氫電磁閥的另一端與燃料電池反應(yīng)堆相連；所述氫氣壓力傳感器設(shè)置在氫氣集氣接頭上；

所述廢罐拋擲模塊包括支架和電磁底座，所述電磁底座固定在支架上，各個所述硼氫化鈉能量罐均安裝在電磁底座上，并能夠被電磁底座釋放；

所述控制模塊通過導線與水泵、供水電磁閥、注水電磁閥、供氫電磁閥、氫氣壓力傳感器、電磁底座相連。

在所述電磁底座上對應(yīng)每個硼氫化鈉能量罐均設(shè)有至少兩個磁金屬環(huán)，對應(yīng)每個磁金屬環(huán)，設(shè)有至少一個彈簧；

在每個所述硼氫化鈉能量罐的下部均設(shè)有溝槽，每個溝槽對應(yīng)一個磁金屬環(huán)，所述磁金屬環(huán)的內(nèi)側(cè)與所述硼氫化鈉能量罐的外表面形狀吻合，并與溝槽等寬，所述磁金屬環(huán)的外側(cè)與彈簧的一端連接，彈簧的另一端與支架連接。

拋擲前，所述彈簧處于壓縮狀態(tài),磁金屬環(huán)嵌入溝槽,固定硼氫化鈉能量罐，拋擲時，控制模塊對電磁底座通電，磁金屬環(huán)被吸引，彈簧被進一步壓縮，磁 金屬環(huán)從硼氫化鈉能量罐上的溝槽脫出，硼氫化鈉能量罐被釋放。

各個所述硼氫化鈉能量罐是同等規(guī)格的。

在所述供水電磁閥的內(nèi)部設(shè)有流量傳感器。

所述燃料電池反應(yīng)堆的陰極水出口與水罐的入水口連接；

啟動前，根據(jù)無人機續(xù)航要求及燃料電池反應(yīng)堆的參數(shù)得到水罐初始攜帶的最少水量，預先向所述水罐中注入該最少水量的去離子水，啟動后，水罐中的后續(xù)水源由燃料電池反應(yīng)堆的陰極水提供。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：本實用新型實現(xiàn)了燃料電池系統(tǒng)的產(chǎn)氫供氫一體化。采用固態(tài)硼氫化鈉和水回收循環(huán)利用，減輕了燃料電池系統(tǒng)及無人機載荷重量。將反應(yīng)完的廢罐拋擲，減小了無人機載荷和電消耗，增加了無人機續(xù)航時長。能量罐的組合可適應(yīng)不同功率燃料電池系統(tǒng)，且替換傳統(tǒng)高壓儲氫瓶，消除了氫源儲運過程中的安全隱患。

附圖說明

圖1固態(tài)硼氫化鈉供氫系統(tǒng)圖；

圖2電磁底座正視圖；

圖3電磁底座俯視圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細描述：

本實用新型固態(tài)硼氫化鈉燃料電池供氫系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)包括產(chǎn)氫模塊、供氫模塊、廢罐拋擲模塊和控制模塊；其中產(chǎn)氫模塊中的能量罐通過軟管與供氫模塊中的緩沖罐相連；控制模塊通過導線與水泵、供水電磁閥、能量罐注水電磁閥、供氫電磁閥、氫氣壓力傳感器、拋擲模塊電磁底座相連。

所述產(chǎn)氫模塊包括至少一個固態(tài)硼氫化鈉能量罐11、水罐01、水泵02、供水電磁閥03、水流量傳感器、注水電磁閥04(一個注水電磁閥連接一個或多個能量罐，即能量罐分為N組，每組對應(yīng)一個注水電磁閥，每組中有一個或多個能量罐)，其中硼氫化鈉能量罐11通過軟管與水泵02相連，水泵02通過軟管與水罐01相連，其中供水電磁閥03設(shè)置在水罐上(供水電磁閥的一端通過分水接口與各個注水電磁閥相連，另一端與水泵02連接)，流量傳感器設(shè)置在供水電磁閥03的內(nèi)部；其中水罐01中首次裝少量去離子水，后續(xù)水源由燃料電池反應(yīng)堆05陰極水提供。

所述硼氫化鈉能量罐設(shè)計為同等規(guī)格，可根據(jù)不同功率燃料電池反應(yīng)堆05的氫氣需求幾個或一個成一組，同時供氫。每個能量罐有一個氫氣出口，所有能量罐的氫氣出口均連接到氫氣集氣接頭。

所述供氫模塊包括氫氣緩沖罐21、供氫電磁閥22、氫氣集氣接頭12(氫氣集氣接頭與各個能量罐的出氣管相連)、氫氣壓力傳感器、供氫減壓閥23；其中氫氣集氣接頭12的多個進氣口通過軟管分別與各個硼氫化鈉能量罐的出氣管相連，另一端與氫氣緩沖罐相連；供氫電磁閥21一端連接緩沖罐，另一端連接供氫減壓閥，供氫減壓閥的另一端與燃料電池反應(yīng)堆05相連；其中氫氣壓力傳感器設(shè)置在氫氣集氣接頭12上。

所述廢罐拋擲模塊包括支架，用于能量罐的位置排布；還包括電磁底座06，用于能量罐的固定和釋放；其中支架固定在無人機機艙內(nèi)底部，電磁底座06固定在支架上；

其中電磁底座06如圖2和圖3所示，由裝有線圈的兩個磁金屬環(huán)和兩個彈簧構(gòu)成，所述磁金屬環(huán)嵌套在能量罐罐體溝槽內(nèi)，例如可以是半圓形、弧形等，能量罐下部有與電磁底座06的磁金屬環(huán)等寬的溝槽，彈簧的彈力使金屬環(huán)嵌在能量罐溝槽內(nèi)，此時彈簧處于壓縮狀態(tài)，磁金屬環(huán)固定能量罐防止移動，通電時磁金屬環(huán)產(chǎn)生磁力，彈簧被進一步壓縮，釋放能量罐；

本系統(tǒng)的使用方法如下：燃料電池啟動前，能量罐按順序排布在支架上，電磁底座06固定能量罐。水罐中裝少量去離子水，控制模塊啟動供水電磁閥、水泵和一組注水電磁閥，啟動一組能量罐產(chǎn)氫；氫氣經(jīng)過氫氣集氣接頭進入氫 氣緩沖罐，打開供氫電磁閥供氫；當氫氣壓力傳感器檢測到氫氣壓力低于預設(shè)值下限時，關(guān)閉該組能量罐電磁閥，同時標記該組能量罐為廢罐，然后按順序打開另一個或一組注水電磁閥；當無人機飛行至預設(shè)廢罐回收點，控制模塊斷開廢罐磁力底座供電，廢罐從無人機底部拋擲。

以2kw無人機固態(tài)硼氫化鈉燃料電池供電系統(tǒng)為例，峰值功率2kw，運行平均功率1kw。

設(shè)計一個標準小規(guī)格硼氫化鈉能量罐產(chǎn)氫速率5L/min，該燃料電池系統(tǒng)需要兩個能量罐同時供氫。在水罐中裝100g去離子水，控制模塊控制開啟水泵和供水電磁閥，開啟第一組的兩個能量罐注水電磁閥，去離子水進入能量罐產(chǎn)氫。氫氣通過氫氣集氣接口進入氫氣緩沖罐。控制模塊控制供氫電磁閥開啟，氫氣進入燃料電池反映堆。當氫氣壓力傳感器數(shù)值小于20bar時，控制模塊開啟第二組兩個能量罐注水電磁閥，關(guān)閉第一組兩個能量罐注水電磁閥，依次供氫。當無人機飛行到預設(shè)廢罐回收點，控制模塊控制電磁底座06開啟，拋擲廢罐，減輕無人機整體重量。

該系統(tǒng)12個能量罐可供無人機飛行144min，供氫系統(tǒng)重2.8kg；20個能量罐供無人機飛行240min，供氫系統(tǒng)重4.5kg；能量罐大小可以根據(jù)需求功率合理設(shè)計和改變，例如可以設(shè)計一個定制大規(guī)格硼氫化鈉能量罐可供電600wh，6個能量罐供無人機飛行216min，供氫系統(tǒng)重3kg。

本實用新型提供了一種拋擲式固態(tài)硼氫化鈉燃料電池供氫系統(tǒng)及方法，使用固態(tài)硼氫化鈉能量罐代替高壓儲氫瓶，消除了氫源儲運過程中的安全隱患和沖氫過程的安全隱患。本系統(tǒng)實現(xiàn)了產(chǎn)氫供氫一體化，簡化了傳統(tǒng)氫瓶充氫的操作步驟。該系統(tǒng)使用標準化可拋擲能量罐方案，增加了無人機巡航時長。

上述技術(shù)方案只是本實用新型的一種實施方式，對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本實用新型公開了原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限于本實用新型上述具體實施例所描述的結(jié)構(gòu)，因此前面描述的只是優(yōu)選的，而并不具有限制性的意義。