氢气再生太阳能飞行器

申请号 CN201380058156.9 申请日 2013-09-19 公开(公告)号 CN104768847A 公开(公告)日 2015-07-08
申请人 太阳方舟公司; 发明人 塞巴斯蒂安·福尼尔; 杰伊·戈德塞尔;
摘要 一种 飞行器 ,包括:容纳氢气的壳层,用于从所述壳层收集 水 的水收集系统,将使用所述水收集系统收集的水转换成氢气的 电解 器,以及使用通过所述电解器所产生的氢气再添满所述的壳层的氢气补给系统电解器。在一个 实施例 中,所产生的氢气也供应给一个用于飞行器 推进器 的氢 燃料 推进系统飞行器。
权利要求

1.一种飞行器,包括:
容纳氢气的壳层;
转换成氢气的电解器;以及
氢气补给系统,用于将通过所述电解器产生的氢气再充满所述壳层。
2.根据权利要求1所述的飞行器,进一步包括从所述壳层收集水的水收集系统,用于供所述的电解器使用。
3.根据权利要求1或2所述的飞行器,其中所述壳层包括非刚性翼形可充气结构。
4.根据权利要求3所述的飞行器,其中所述的非刚性翼形可充气结构包括一种用于提供除所述壳层内的氢气提供的浮之外的空气动力学升力的机翼几何形状。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的飞行器,包括太阳能辐射收集元件,用于收集太阳能辐射和从太阳能辐射发电,以供应电力到所述电解器。
6.根据权利要求2所述的飞行器,其中所述水收集系统包括设置在所述壳层的一外表面内的水收集渠道。
7.根据权利要求6所述的飞行器,其中所述水收集系统包括用于接收来自所述水收集渠道的水的贮水器及过滤床。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的飞行器,其中所述氢气补给系统包括用于供应氢气到所述壳层内的一个或多个氢气单元的氢气歧管
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的飞行器,其中所述壳层包括一个容纳氢气的内部壳层和一个包围该内部壳层的容纳惰性气体的外部壳层。
10.一种氢燃料飞行器,包括:
容纳氢气的壳层;
将水转换成氢气的电解器;
氢气补给系统,用于将通过所述电解器产生的氢气再充满所述壳层;以及用于推进所述飞行器的氢燃料推进系统。
11.根据权利要求10所述的氢燃料飞行器,进一步包括一个用于从所述壳层收集水供所述电解器使用的水收集系统。
12.根据权利要求10或11所述的氢燃料飞行器,其中所述壳层包括非刚性翼形可充气结构。
13.根据权利要求12所述的氢燃料飞行器,其中所述的非刚性翼形可充气结构包括一种可提供除所述壳层内的氢气提供的浮力之外的空气动力学升力的机翼几何形状。
14.根据权利要求10至13中的任一项所述的氢燃料飞行器,包括太阳能辐射收集元件,用于收集太阳能辐射和从太阳能辐射发电,以供电给所述电解器。
15.根据权利要求11所述的氢燃料飞行器,其中所述水收集系统包括设置在所述壳层的外表面内的水收集渠道。
16.根据权利要求15所述的氢燃料飞行器,其中所述水收集系统包括用于接收来自所述水收集渠道的水的贮水器及过滤床。
17.根据权利要求10至16中的任一项所述的氢燃料飞行器,其中所述氢气补给系统包括用于供应氢气到所述壳层内的一个或多个氢气单元的氢气歧管。
18.根据权利要求10至17中的任一项所述的氢燃料飞行器,其中所述壳层包括由一个容纳惰性气体的外部壳层所包围的一个容纳氢气的内部壳层。
19.根据权利要求10至18中的任一项所述的氢燃料飞行器,其中所述氢燃料推进系统包括氢燃料单元。
20.根据权利要求10至18中的任一项所述的氢燃料飞行器,其中所述氢燃料推进系统包括氢气内燃机

说明书全文

氢气再生太阳能飞行器

技术领域

[0001] 本技术总体上涉及航空航天和飞行器,并且更具体地讲,涉及混合飞行器和飞艇

背景技术

[0002] 飞行器,例如飞艇,使用例如氦气或氢气的上升气体来提供升力。混合飞行器从上升气体以及从同样提供空气动力学升力的翼形机翼二者来获得升力。太阳能混合飞行器在其壳层上使用大的表面积来收集用于发电的太阳能辐射,以便给电力驱动的螺旋桨供电。
[0003] 然而,由于全世界缺乏氦气,使用氢气作为有浮力的气体又重新受到关注。
[0004] 由于渗漏,有浮力的气体需要补充,通常要求连接上有浮力的气体的供给口。当飞行器在远处或远离具有补给站的工业中心时,这会有困难。
[0005] 因此会非常需要一种解决这些问题的改进型的混合飞行器设计。发明内容
[0006] 一般而言,本发明提供一种飞行器,例如飞艇,它具有能够再生并因此为飞行器补给氢气的氢气再生能力。氢气再生的实现一般而言是通过从飞行器表面(例如,雨、露水、凝结等)或从机载的水箱收集水,然后使用电解法将水转换成氢气。从这种机载电解水产生的氢气用于补给入容纳气体的壳层,以补偿从壳层渗漏的任何氢气。
[0007] 因此,本发明的一方面涉及一种飞行器,包括容纳氢气的壳层,将水转换成氢气的电解器,以及使用通过电解器产生的氢气再添满容纳氢气的壳层的氢气补给系统。在一个实施例中,所述飞行器包括用于从所述的容纳氢气的壳层收集水的水收集系统,以供应水到所述的电解器。
[0008] 本发明的另一方面涉及一种氢燃料飞行器,包括:容纳氢气的壳层,将水转换成氢气的电解器,使用通过所述电解器产生的氢气再添满容纳氢气的壳层的氢气补给系统,以及用于推进所述飞行器的氢燃料推进系统。在一个实施例中,所述飞行器包括用于从所述容纳氢气的壳层收集水以供应到所述电解器的水收集系统。
[0009] 以下参照附图描述本发明的其他的方面。

附图说明

[0010] 从结合附图的以下详细描述会明白本技术的进一步特征和优点,其中:
[0011] 图1是根据本发明的一个实施例的飞行器的等轴视图;
[0012] 图2是图1所示的飞行器的一个侧视图;并且
[0013] 图3是根据本发明的另一个实施例的全氢式飞行器的一个侧视图。
[0014] 要注意,在整个附图中,类似的特征用相同的附图标记表示。

具体实施方式

[0015] 在图1和图2所示的实施例中,飞行器10包括容纳氢气的壳层20,将水转换成氢气的电解器30,以及一个氢气补给系统,该氢气补给系统使用通过电解器产生的氢气再添满容纳氢气的壳层。在这个特定实施例中,所述的飞行器是一种混合飞行器。在图示的实施例中,该混合飞行器的所述壳层容纳有氢气(H2)作为有浮力的气体,用于提供升力或者结合空气动力学产生的机翼升力提供至少一部分升力给该混合飞行器。
[0016] 如图示的实施例所示,混合飞行器的壳层20包括一个非刚性的翼形可充气结构22,这个翼形可充气结构包括一种机翼几何形状,可提供除壳层内的氢气提供的浮力之外的空气动力学升力。所述的壳层内具有一个或多个氢气单元24。
[0017] 太阳能辐射收集元件(例如,光伏太阳能电池板40)收集太阳能辐射,以从太阳能辐射产生电力。所述的太阳能电池板40可以安装在太阳能电池板固定网架25上,该网架连接到壳层的外表面上或者直接嵌入所述的壳层中。太阳能用于给例如如图所示的主发动机50和辅助发动机52的各发动机供电。这些发动机驱动用于提供向前推力的螺旋桨。太阳能产生的电力也可以用于给例如方向襟翼和/或副翼的控制表面60供电。尽管可以像图示的实施例一样可提供固定的起落架,太阳能产生的电力也可以用于供给可收放的起落架70实现缩回和展开。来自太阳能电池板的电力也可以用于给机载电子产品(例如,通信装置、导航设备、防撞灯、机载照明、加热、冷却、通等)供电。过量的电力可以存储在飞行器上机载的电池或超级电容器中。来自太阳能电池板(或来自电池或超级电容器)的电力也用于产生氢气的水的电解。
[0018] 水收集系统收集来自任意多个来源的水,包括雨水、露水和凝结(或者甚至来自融)。如附图中的实例所示,水收集系统包括设置在壳层的外表面内的水收集渠道80。水收集系统包括用于接收来自水收集渠道的水的贮水器及过滤床。贮水器用于存储产生氢气的水。过滤床对水进行过滤以清除灰尘、污垢或碎屑,以便给电解器提供纯水。贮存箱和过滤床在图中共同地用附图标记32表示。
[0019] 除所述的电解器之外,氢气补给系统包括用于供应氢气到壳层内的一个或多个氢气单元的氢气歧管26。去离子塔34可以如图所示被设置(或其他去离子系统,例如离子交换系统)。
[0020] 因此,从飞行器收集的水用于产生氢气。这种机载氢气制备使得在需要时自动补给氢气成为可能。当在远处工作时,依赖于例如储氢罐或换料站的补给设施并不现实,因为这种设施并不总是可以使用并且/或者运行。因此,具有产生作为升力气体的氢气用于定期补给或补充的机载系统,就使得飞行器完全自力更生并且自给自足。
[0021] 可选地,飞行器可以包括一个氢气压力传感器,用于计量、感测或检测在内部壳层中的氢气压力。这种压力传感器可以提供一个压力信号微处理器、微控制器、计算机、计算设备、ASIC芯片或其他控制电路,用于通过计量器、显示器、仪表或读出器来表示在壳层内的氢气压力,或者可替代地,显示出预设的工作压力与壳层内的氢气的实际压力之间的压差。这种计量器或读出器可以用于确定何时需要补充氢气,也可以给飞行器操作员提供警报或警告,以表示氢气压过低并且需要补充。可选地,当控制系统接收到表示气压已降低到规定水平以下的信号时,控制系统可以通过自动控制氢气歧管中的,自动补充氢气到内部壳层中。
[0022] 在一个具体实施例中,所述的壳层是一种具有一个内部壳层和外部壳层的双壳体。这种结构提供一种失效保护氢安全壳系统。由于具有这种双壳层设计,内部壳层容纳氢气(升力气体),并且外部壳层容纳惰性气体(氮气、氦气等)。内部壳层和外部壳层的体积比可以这样选择,使得内部壳层的任何泄漏或故障不会导致氢气与空气的混合比例上2
升到大于4∶100(以体积计)。此外,所述的壳层优选地由氢气渗漏率不超过2L/m/天的织物制成。
[0023] 在另一个实施例中,飞行器可以具有进水口或进水端,用于接收供水到贮水器中。当水收集器所收集的水不足的情况下,这允许手动添加水到贮水器中。换句话讲,如果雨水、露水、凝结和/或雪的水量不足时,飞行器的飞行员或地勤人员可以简单地向贮水器中加水。
[0024] 在又一个实施例中,如图3的实例所示,飞行器10不仅可以产生向容纳壳层补充气体的氢气,以补偿所述壳层的渗漏,而且该飞行器还可以产生用于给基于氢气的推进系统90提供燃料的氢气,该推进系统可以是氢气燃料电池或氢气内燃机。在一个具体实施例中,氢气可以供给到氢气燃料电池,以产生用于驱动使相应的螺旋桨转动的一个或多个发动机的电力。在另一个具体实施例中,氢气可以在内燃机中燃烧。
[0025] 在所述的燃料电池的实施例中,氢气可以用于产生电能,用于给机载电子产品(例如,通信装置、导航设备、防撞灯、机载照明、加热、冷却、通风等)供电。因此,飞行器可以是全氢气飞行器,其中水转换成氢气,并且氢气用作提升的壳层中的有浮力的气体,用作推进器所需的燃料,并且用作给机载电子设备(加热、通风、空调等)和机载电子产品(航空电子设备、通信装置、导航设备等)供电的能源
[0026] 产生的过量氢气可以存储在一个氢气贮存箱中,该贮存箱具有通往氢燃料推进系统的燃料管线。氢气贮存箱(可以以气体或者在低温以液体形式存储氢气)可以设置在飞行器的机身内。
[0027] 图3示出了一个示例性的飞行器结构中的水流、氢气流和电力流。在图3的实例所示的飞行器10中,安装在壳层20顶面上的太阳能电池板40(或太阳能电池阵列)产生通过导电线或电缆41输送的电能到电解器30,以便给机载电气设备或电子设备供电。图3示出了贮水器及过滤床(共同地用附图标记32表示)和去离子塔34。水通过例如设置在壳层20上的凝结收集渠道的水收集系统80被输送到贮水器及过滤床32。氢气单元24在壳层20内部,电解器30产生的氢气通过氢气歧管26输送到这些氢气单元24中。氢气歧管26也可以被配置成输送氢气到氢气推进系统90。
[0028] 尽管附图图示了一种混合飞行器,但是应当理解的是,本发明可以应用于或适用于其他类型的飞行器。本说明书的目的是所述的飞行器意味着包括飞艇、空中站或基载站、飞行体、飞船或使用氢气作为升力气体的其他飞行机器或设备。
[0029] 已经就具体实施方式和结构方面描述了这项新技术,这些具体实施方式和结构仅用于示例。本领域技术人员会认识到,在不脱离本申请提出的发明构思的情况下可以进行许多明显的变化、改进和修改申请人请求的专用权的范围因此旨在仅由所附权利要求书来限制。
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