一种氨燃料电池飞行器动力装置

1.本发明涉及飞行器动力系统技术领域，具体涉及一种氨燃料电池飞行器动力装置。


背景技术：

2.航空飞行器在现代社会中扮演着重要的角色，军用方面如长航时侦察飞行器和察打一体无人机等，民用方面如民航飞行、物流运输、管线巡视、治安管理和抢险救灾等都会广泛地应用飞行器。如何持续提高飞行器的任务执行效率是一个重要的话题，技术手段包括采用创新的气动设计以期减小飞行器的飞行阻力，或改进飞行器原有动力系统而提高其能量综合利用效率，或者采用新的动力形式延长飞行器的续航时间等。
3.进入21世纪以来，节能减排的呼声逐渐形成一股势不可挡的趋势与潮流，世界各国都在加大力度发展清洁能源以及高效能源动力转化技术。氨作为重要的无机化工产品，其在常温常压下为气态，其临界温度为132.4℃，常压下降温至-33℃或者是常温下增压至0.8mpa即可获取液氨，相比于氢需要在常压下-253℃液化的苛刻条件，氨是极易液化的；而就存储条件而言，液氢容器需要严苛的绝热结构设计，液氨则不需要；液氨的体积能量密度为12.1mj/l，约是液氢体积能量密度的1.4倍，单位体积的含氢量是液氢的1.5倍，氨是一种优秀的氢载体；氨的燃烧产物不含co2且氨本身的地球暖化系数为零，因此氨能是一种环境友好能源；氨的闪点为132℃，着火点为651℃，均高于氢，且其爆炸范围窄，最大爆炸压力约为氢的一半。常温常压下，氨是一种具有刺激性气味的气体，在达到危险浓度前就容易被察觉，因此，氨的安全性相比于氢会好很多。综上，氨作燃料易于储运的特点可用于弥补氢能产业链中氢不便于运输和储存的不足，作为高效的氢载体，有望成为下一代无碳燃料，助力实现双碳目标，其作为可再生能源载体，可用于电力调峰，减少弃电，对于减碳和能源自主具有重要的社会和经济价值。
4.目前，氨作为飞行器动力装置的燃料有两种应用形式，一种是作为燃气轮机的直接或间接燃料，于燃气轮机燃烧室内进行燃烧，后经尾喷管喷出从而产生前向推力；另一种则是将其作为燃料电池发电的直接或间接原料，产生的电能再通过电推进系统转化为驱动飞行器前进的机械能。固体氧化物燃料电池是一类高温固态燃料电池，其工作温度一般为600～1000℃，具有电转化效率高和燃料适应性广的优点，可直接使用氨作为其阳极燃料，在高温下，氨于固体氧化物燃料电池阳极裂解为氢气和氮气，因此实际上参与燃料电池电化学反应的是氢气，而固体氧化物燃料电池阳极常采用基于镍和陶瓷电解质材料的混合物，具备催化氨裂解的功能，因此，氨燃料与固体氧化物燃料电池的匹配度极佳，直接氨燃料固体氧化物燃料电池于飞行器上的应用将有利于拓展飞行器的续航时间，减少温室气体的排放，具有良好的工程应用价值。
5.现有的飞行器动力装置一般采用化石燃料活塞式发动机、化石燃料燃气轮机或者电池储能电力驱动的形式。采用化石燃料存在尾气排放污染大、发动机噪声大的缺点；采用电池储能电力驱动则会存在能量密度低、续航时间短的缺点。在一些小型无人机上也会采
用氢燃料电池电力驱动的动力系统，例如，文献号为cn 115477019a的中国发明专利公开了一种模块化氢能源无人机，该无人机包括主机身、动力模块和氢燃料供能模块，氢燃料供能模块包括设置于主机身的氢燃料电池模块、氢气瓶。通常，这种无人机的机载储氢形式为高压气态储氢，储氢系统体积能量密度较低，如需达到长航时的飞行器设计目标，则需占据较大的机身内的容积；固体氧化物燃料电池使用时采用高温气体将堆温从室温升至600～1000℃，升温速率一般为1～10℃/min，需要额外的高温气体发生装置，系统较为复杂。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种氨燃料电池飞行器动力装置，拟解决现有的飞行器动力装置技术中存在的尾气排放污染和噪声大、飞行器续航时间短、储能系统体积占比过大以及固体氧化物燃料电池升降温需要额外的装置的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种氨燃料电池飞行器动力装置，包括氨供给系统、外部空气系统、燃料电池系统、控制系统和动力输出系统；所述氨供给系统用于存储液氨，并将液氨转变为氨气；所述外部空气系统和燃料电池系统连通，为燃料电池系统电化学反应提供氧化剂；所述氨气和氧化剂在燃料电池系统中发生反应，并产生电能；所述燃料电池系统电力输出端和控制系统电连接；所述控制系统用于控制燃料电池系统以及电力输出管理；所述动力输出系统独立于控制系统之外；所述动力输出系统包括电子调速器、电机和螺旋桨，用于提供维持飞行器飞行所需动力。
8.进一步的，所述氨供给系统包括液氨储罐、液氨泵和热交换器组件；所述液氨储罐、液氨泵和热交换器组件依次连接；所述热交换器组件包括尾气热流路和液氨加热流路；所述液氨加热流路入口连通液氨泵，出口和燃料电池系统阳极连通；所述液氨储罐的液氨经液氨加热流路转变为氨气，并为燃料电池系统提供氨气。
9.进一步的，还包括掺混器；所述氨供给系统和掺混器连通，并提供用于掺混器混合的氨气；所述外部空气系统包括空气压缩机和空气压缩机驱动电机；所述空气压缩机驱动电机驱动空气压缩机将外部空气进行压缩，压缩后的外部空气进入掺混器中与氨气混合，混合后的混合气体通过管路输送至燃料电池系统中。
10.进一步的，所述燃料电池系统包括燃料电池、升降温气体分配器、升降温流路和尾气收集器；所述升降温气体分配器和尾气收集器分别设置于燃料电池两端；所述升降温流路设置于燃料电池内部，并分别与升降温气体分配器和尾气收集器连接；所述混合气体通过管路输送至升降温气体分配器中；所述升降温气体分配器对混合气体进行分配；所述混合气体流经升降温流路，并发生催化燃烧反应，从而提供燃料电池升温所需要的热量；所述尾气收集器用于收集燃料电池阴极和阳极的尾排气以及升降温流路的尾排气。
11.进一步的，所述燃料电池上还设有若干堆温传感器；所述堆温传感器用于实时感知燃料电池温度并反馈给控制系统。
12.进一步的，所述升降温流路内设有促使氨气催化氧化的催化剂。
13.进一步的，还包括燃烧器和废气涡轮；所述燃烧器和废气涡轮连接；所述氨供给系统和燃烧器连通，用于为燃烧器补充氨燃料；所述尾气收集器收集的尾气通过管路输送至燃烧器中燃烧，燃烧后产生的气体提供给废气涡轮，驱动废气涡轮运转从而带动空气压缩
机工作；所述空气压缩机和燃烧器连接。
14.进一步的，所述废气涡轮出口和热交换器组件的尾气热流路入口连通；所述尾气热流路出口连接有尾气处理器。
15.进一步的，所述控制系统包括燃料电池管理系统和储能电池；所述燃料电池管理系统分别和燃料电池电力输出端、储能电池、电子调速器、空气压缩机驱动电机和液氨泵电连接；所述电子调速器和电机电连接；所述电机用于驱动螺旋桨运动。
16.进一步的，所述燃料电池为固体氧化物燃料电池。
17.本发明的有益效果是：
18.1.本发明采用液氨作为飞行器的燃料，在实现无碳排放、无污染物排放和清洁环保的同时，获得了较高的系统体积能量密度，有利于延长飞行器的续航时间；
19.2.本发明采用直接氨燃料固体氧化物燃料电池作为氨化学能转化为电能的能量转化装置，具有效率高、额外附件少的优势；
20.3.本发明利用飞行器上储备的氨燃料即可实现固体氧化物燃料电池的升温，降低了系统的总重量，且升温回路独立于燃料电池阴阳极流场之外，可实现燃料电池使用过程中对堆温的灵活调控，减小了燃料电池部件之间的相互影响；
21.4.本发明采用关联燃料电池各区域的温度及升温速率与燃料电池升降温流路中反应气流量的控制方式，可起到使燃料电池升降温过程更加均匀的作用，避免因不平衡的热应力导致电堆结构损坏；
22.5.本发明的氨燃料电池飞行器动力装置包括燃烧器、废气涡轮和热交换器等部件，充分利用各环节产生的尾气的余热，整体提高系统的燃料利用率与能量转化效率；
23.6.本发明的氨燃料电池飞行器动力装置为燃料电池与储能电池混合动力装置，具备一定的安全余度。
附图说明
24.图1是本发明实施例所述的一种氨燃料电池飞行器动力装置的原理图。
25.附图中：1-液氨储罐、2a-液氨阀、2b-补燃氨气阀、2c-掺混氨气阀、2d-掺混空气阀、2e-补燃空气阀、2f-阴极进气阀、3-液氨泵、4a-尾气热流路、4b-液氨加热流路、5-掺混器、6-升降温气体分配器、7a-燃料电池阳极、7b-燃料电池阴极、8-堆温传感器、9-升降温流路、10-升降温气体收集器、11-燃烧器、12-废气涡轮、13-空气压缩机、14-尾气处理器、15-燃料电池管理系统、16-储能电池、17-电子调速器、18-电机和19-螺旋桨。
具体实施方式
26.下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步详细说明，但是本发明不局限于以下实施例。
27.实施例一：
28.见附图1。一种氨燃料电池飞行器动力装置，包括氨供给系统、外部空气系统、燃料电池系统、控制系统和动力输出系统；所述氨供给系统用于存储液氨，并将液氨转变为氨气；所述外部空气系统和燃料电池系统连通，为燃料电池系统电化学反应提供氧化剂；所述氨气和氧化剂在燃料电池系统中发生反应，并产生电能；所述燃料电池系统电力输出端和
控制系统电连接；所述控制系统用于控制燃料电池系统以及电力输出管理；所述动力输出系统独立于控制系统之外；所述动力输出系统包括电子调速器17、电机18和螺旋桨19，用于提供维持飞行器飞行所需动力。由上述结构可知，现有的飞行器动力装置技术中存在的尾气排放污染和噪声大、飞行器续航时间短、储能系统体积占比过大以及固体氧化物燃料电池升降温需要额外的装置的问题，本发明的氨燃料电池飞行器动力装置包括氨供给系统、外部空气系统、燃料电池系统、控制系统和动力输出系统，氨供给系统用于存储液氨，并将液氨转变为氨气，例如可利用液氨储罐存储液氨，利用热交换器组件将液氨转变为氨气，氨气出口与燃料电池系统阳极入口连接，作为电化学反应的原材料。外部空气系统和燃料电池系统连通，通过引入外部空气，外部空气通过外部空气系统与燃料电池系统阴极入口连接，为燃料电池电化学反应提供氧化剂。例如，可以通过涡轮和空气压缩机为燃料电池系统阴极入口提供压缩空气。氨气和氧化剂在燃料电池系统中发生反应，并产生电能，燃料电池系统电力输出端和控制系统电连接。使用时，燃料电池系统产生的电能经控制系统可直接输出或储存于储能电池再输出，控制系统可将电能提供给动力输出系统，用于提供维持飞行器飞行所需动力，电能转化为机械能，可经电子调速器17调节输出参数，最后带动飞行器上的螺旋桨19转动。本发明采用液氨作为飞行器的燃料，在实现无碳排放、无污染物排放、清洁环保的同时，获得了较高的系统体积能量密度，有利于延长飞行器的续航时间。同时，将氨燃料直接作为燃料电池的反应物而不经催化裂解等过程，可降低动力装置的重量，增加可靠性。
29.实施例二：
30.见附图1。在实施例一的基础上，所述氨供给系统包括液氨储罐1、液氨泵3和热交换器组件；所述液氨储罐1、液氨泵3和热交换器组件依次连接；所述热交换器组件包括尾气热流路和液氨加热流路；所述液氨加热流路入口连通液氨泵3，出口和燃料电池系统阳极连通；所述液氨储罐1的液氨经液氨加热流路转变为氨气，并为燃料电池系统提供氨气。由上述结构可知，氨供给系统用于存储液氨，并将液氨转变为氨气，具体包括液氨储罐1、液氨泵3和热交换器组件。液氨储罐1用于存储液化的氨燃料，采用加压液化存储或者低温液化存储均可；可在液氨储罐1出口安装液氨阀2a，用于控制液氨燃料的进出；液氨阀2a通过液氨管路与液氨泵3连接，液氨泵3提供液氨在管路内流动的动力，如图1所示液氨最终流入由尾气热流路4a和液氨加热流路4b组成的热交换器组件的液氨入口，在液氨加热流路4b内发生热交换升温并逐渐转变为氨气；氨气出口可连接燃料电池系统阳极7a入口，作为电化学反应的原材料。
31.还包括掺混器5；所述氨供给系统和掺混器5连通，并提供用于掺混器5混合的氨气；所述外部空气系统包括空气压缩机13和空气压缩机驱动电机20；所述空气压缩机驱动电机20驱动空气压缩机13将外部空气进行压缩，压缩后的外部空气进入掺混器5中与氨气混合，混合后的混合气体通过管路输送至燃料电池系统中。由上述结构可知，一方面，外部空气系统和燃料电池系统连通，为燃料电池系统电化学反应提供氧化剂，具体为空气压缩机13的出口与燃料电池阴极7b入口连接，为燃料电池电化学反应提供氧化剂。另一方面，氨燃料电池飞行器动力装置引入外部空气后经由空气压缩机13压缩后可通过掺混空气阀2d进入掺混器5中与氨气混合；混合后的混合气通过管路输送至燃料电池系统中，为燃料电池系统后续工作提供支撑。
32.所述燃料电池系统包括燃料电池、升降温气体分配器6、升降温流路9和尾气收集器10；所述升降温气体分配器6和尾气收集器10分别设置于燃料电池两端；所述升降温流路9设置于燃料电池内部，并分别与升降温气体分配器6和尾气收集器10连接；所述混合气体通过管路输送至升降温气体分配器6中；所述升降温气体分配器6对混合气体进行分配；所述混合气体流经升降温流路9，并发生催化燃烧反应，从而提供燃料电池升温所需要的热量；所述尾气收集器10用于收集燃料电池阴阳极的尾排气以及升降温流路9的尾排气。由上述结构可知，氨燃料电池飞行器动力装置引入外部空气后经由空气压缩机13压缩后，可通过掺混空气阀2d进入掺混器5中与氨气混合；混合后的混合气体通过管路输送至燃料电池升降温气体分配器6中，由燃料电池升降温气体分配器6依据燃料电池各部位的当前温度和升温速率进行反应气的分配，混合气流经内埋于燃料电池内部的燃料电池升降温流路9，并发生催化燃烧反应，例如在升降温流路9内部的催化剂的催化作用下发生催化燃烧反应释放热量，从而提供燃料电池升温所需要的热量；催化燃烧反应后的气体进入燃料电池尾气收集器10中；同时，燃料电池阴极和阳极的尾排气也被尾气收集器10收集。本发明采用直接氨燃料固体氧化物燃料电池作为氨化学能转化为电能的能量转化装置，具有效率高、额外附件少的优势。
33.所述燃料电池上还设有若干堆温传感器8；所述堆温传感器8用于实时感知燃料电池温度并反馈给控制系统。由上述结构可知，堆温传感器8实际上不止一个，而是设置在燃料电池不同区域不同位置的一系列温度传感器，用于实时感知燃料电池温度并将数据反馈给燃料电池管理系统15，再由燃料电池管理系统15对燃料电池升降温气体分配器6进行管控，为不同的燃料电池升降温流路9分配不同流量的升降温气体。例如局部反馈温度过高或升温速率过快，则减少经过该区域的燃料电池升降温流路9内的混合气流量，以使该区域升温速率与其他部位匹配，避免燃料电池因不同区域升温速率不一致导致产生较大的热应力而使燃料电池遭到破坏，降温过程同理。本发明的升温回路独立于燃料电池阴阳极流场之外，可实现燃料电池使用过程中对堆温的灵活调控，减小了燃料电池部件之间的相互影响；采用关联燃料电池各区域之间的温度及升温速率与燃料电池升降温流路9中反应气流量的控制方式，可起到使燃料电池升温过程更加均匀的作用，避免因不平衡的热应力导致电堆结构损坏。
34.所述升降温流路9内设有促使氨气催化氧化的催化剂。由上述结构可知，混合气流经内埋于燃料电池内部的燃料电池升降温流路9，在升降温流路9内部的催化剂的催化作用下发生催化燃烧反应释放热量，从而提供燃料电池升温所需要的热量。例如，促使氨气催化氧化的催化剂可以是pt、cu、cr2o3、coo、fe2o3、moo3、mno2等中的一种或几种的混合。
35.实施例三：
36.见附图1。在实施例二的基础上，还包括燃烧器11和废气涡轮12；所述燃烧器11和废气涡轮12连接；所述氨供给系统和燃烧器11连通，用于为燃烧器11补充氨燃料；所述尾气收集器10收集的尾气通过管路输送至燃烧器11中燃烧，燃烧后产生的气体提供给废气涡轮12，驱动废气涡轮12运转从而带动空气压缩机13工作；所述空气压缩机13和燃烧器11连接。由上述结构可知，氨供给系统和燃烧器11连接，用于为燃烧器11补充氨燃料从而提高废气涡轮12的做功能力；燃料电池尾气收集器10收集燃料电池阴阳极的尾排气以及燃料电池升降温流路9的尾排气，通过管路输送至燃烧器11中参与燃烧；燃烧后产生的高温高压气体提
供给废气涡轮12，驱动废气涡轮12运转从而带动空气压缩机13工作；空气压缩机13的出口可通过补燃空气阀2e与燃烧器11连接，为燃烧器11内氨氢混合燃料的完全燃烧提供额外的氧化剂。
37.所述废气涡轮12出口和热交换器组件的尾气热流路入口连通；所述尾气热流路出口连接有尾气处理器14。由上述结构可知，废气涡轮12出口排出温度和压力均降低的尾气，通过管路输送至热交换热器的尾气热流路4a入口，充分利用尾气中的剩余热量为液氨气化提供能量；尾气热流路4a出口与尾气处理器14入口连接，处理完毕的气体排放至外界环境中。本发明的氨燃料电池飞行器动力装置包含燃烧器11、废气涡轮12和热交换器组件等部件，充分利用各环节产生的尾气的余热，整体提高系统的燃料利用率与能量转化效率。
38.所述控制系统包括燃料电池管理系统15和储能电池16；所述燃料电池管理系统15分别和燃料电池电力输出端、储能电池16、电子调速器17、空气压缩机驱动电机20和液氨泵3电连接；所述电子调速器17和电机18电连接；所述电机18用于驱动螺旋桨运动。由上述结构可知，控制系统用于控制氨燃料电池飞行器动力装置和电力输出管理，控制系统具体包括燃料电池管理系统15和储能电池16，燃料电池电力输出端与燃料电池管理系统15电力连接，燃料电池的控制以及电力输出管理均由燃料电池管理系统15完成。燃料电池管理系统15与储能电池16电力连接，可实现储能电池16的充放电管理，储能电池16可以是二次储能电池。燃料电池管理系统15与空气压缩机驱动电机20电力连接，可在燃料电池尚未完成启动时，利用储能电池16内的电能为空气压缩机驱动电机20供电。燃料电池管理系统15还与电子调速器17电力连接，提供驱动电机18运作的电能；电子调速器17与电机18电力连接，驱动电机18并控制电机18转速，电机18与螺旋桨19机械连接，可采用直连或经变速箱后机械连接的形式。本发明的氨燃料电池飞行器动力装置为燃料电池与储能电池16混合动力装置，具备一定的安全余度。
39.所述燃料电池为固体氧化物燃料电池。由上述结构可知，固体氧化物燃料电池是一类高温固态燃料电池，其工作温度一般为600～1000℃，具有电转化效率高和燃料适应性广的优点，可直接使用氨作为其阳极燃料，氨燃料与固体氧化物燃料电池的匹配度极佳，直接氨燃料固体氧化物燃料电池于飞行器上的应用将有利于拓展飞行器的续航时间，减少温室气体的排放，具有良好的工程应用价值。
40.当需要使用本发明氨燃料电池飞行器动力装置时：
41.首先需要对固体氧化物燃料电池进行升温，一般情况下需由室温升至600℃～1000℃；燃料电池尚未处于工作状态时由储能电池16为燃料电池管理系统15供电以保障各传感器各组件正常运行，借助储能电池16提供的电能带动空气压缩机驱动电机20工作，进而将引入空气压缩机13的外部空气增压升温；增压升温后的空气一方面通过补燃空气阀2e后进入燃烧器11，另一方面则通过掺混空气阀2d进入掺混器5中；与此同时，液氨储罐1端头的液氨阀2a开启，液氨泵3在燃料电池管理系统15提供的电力驱动下开始工作，将液氨通过液氨泵3泵入液氨加热流路4b中，液氨加热流路4b中预埋电加热装置，可在燃烧器11尚未有气态氨供给时将液氨气化为氨气，气化后的氨气一方面通过补燃氨气阀2b进入燃烧器11，在燃烧器11内与压缩空气掺混后燃烧，燃烧后高温高压的气体进入废气涡轮12中做功，逐渐取代空气压缩机驱动电机20为空气压缩机13压缩空气提供机械能。从废气涡轮12出来的尾气进入换热器组件的尾气热流路4a中，逐步取代电加热装置为液氨气化提供热量，最后
经由尾气处理器14去除其中的污染物后排放至外界环境中。另一方面，气化后的氨气经过掺混氨气阀2c后进入到掺混器5中，与压缩空气混合均匀后输送至燃料电池升降温气体分配器6中，气体分配器6依据电堆不同区域的温度和升温速率合理控制输送至各燃料电池升降温流路9中的混合气流量，以便控制电堆不同区域的升温速率。
42.燃料电池升降温流路9内设计有促使氨催化氧化的催化剂，在该催化剂的作用下，氨气和空气中的氧气反应生成氮气和水并释放热量，利用该过程中释放的热量实现燃料电池升温。流出升降温流路的气体包含氮气、水蒸气、未参与反应的氨气和空气，这些气体由燃料电池尾气收集器10收集，再输送至燃烧器11中与补燃的氨气和压缩空气混合后进行二次燃烧，充分利用燃料的热值。
43.待监测到燃料电池的堆温升至可正常工作的温度范围后，即可关闭掺混氨气阀2c和掺混空气阀2d，开始向燃料电池阳极7a提供氨气，阴极7b提供压缩空气，使燃料电池开始工作，可设置阴极进气阀2f和阳极进气阀2g用于控制氨气和压缩空气的流入，流出燃料电池阴阳极的尾排气同样被燃料电池尾气收集器10收集再输送至燃烧器11中。若在燃料电池工作过程中发现堆温逐渐下降以至于低于最低工作温度限制，则可在不停止燃料电池供电的同时开启掺混氨气阀2c和掺混空气阀2d，为燃料电池的升温回路提供燃料和氧化剂。燃料电池产生的电能输送至燃料电池管理系统15，燃料电池管理系统15将电能分配至飞行器动力驱动部分、储能电池16充电、空气压缩机驱动电机20和液氨泵3。当需要燃料电池停止工作时，则切断燃料电池阴极和阳极的物料供给，打开掺混空气阀2d，利用压缩空气流经燃料电池升降温流路9带走燃料电池的热量，实现燃料电池的降温，同样也可调控每条流路的气流量实现电堆各区域均匀降温。
44.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种氨燃料电池飞行器动力装置，其特征在于：包括氨供给系统、外部空气系统、燃料电池系统、控制系统和动力输出系统；所述氨供给系统用于存储液氨，并将液氨转变为氨气；所述外部空气系统和燃料电池系统连通，为燃料电池系统电化学反应提供氧化剂；所述氨气和氧化剂在燃料电池系统中发生反应，并产生电能；所述燃料电池系统电力输出端和控制系统电连接；所述控制系统用于控制燃料电池系统以及电力输出管理；所述动力输出系统独立于控制系统之外；所述动力输出系统包括电子调速器(17)、电机(18)和螺旋桨(19)，用于提供维持飞行器飞行所需动力。2.根据权利要求1所述的一种氨燃料电池飞行器动力装置，其特征在于：所述氨供给系统包括液氨储罐(1)、液氨泵(3)和热交换器组件；所述液氨储罐(1)、液氨泵(3)和热交换器组件依次连接；所述热交换器组件包括尾气热流路和液氨加热流路；所述液氨加热流路入口连通液氨泵(3)，出口和燃料电池系统阳极连通；所述液氨储罐(1)的液氨经液氨加热流路转变为氨气，并为燃料电池系统提供氨气。3.根据权利要求2所述的一种氨燃料电池飞行器动力装置，其特征在于：还包括掺混器(5)；所述氨供给系统和掺混器(5)连通，并提供用于掺混器(5)混合的氨气；所述外部空气系统包括空气压缩机(13)和空气压缩机驱动电机(20)；所述空气压缩机驱动电机(20)驱动空气压缩机(13)将外部空气进行压缩，压缩后的外部空气进入掺混器(5)中与氨气混合，混合后的混合气体通过管路输送至燃料电池系统中。4.根据权利要求3所述的一种氨燃料电池飞行器动力装置，其特征在于：所述燃料电池系统包括燃料电池、升降温气体分配器(6)、升降温流路(9)和尾气收集器(10)；所述升降温气体分配器(6)和尾气收集器(10)分别设置于燃料电池两端；所述升降温流路(9)设置于燃料电池内部，并分别与升降温气体分配器(6)和尾气收集器(10)连接；所述混合气体通过管路输送至升降温气体分配器(6)中；所述升降温气体分配器(6)对混合气体进行分配；所述混合气体流经升降温流路(9)，并发生催化燃烧反应，从而提供燃料电池升温所需要的热量；所述尾气收集器(10)用于收集燃料电池阴极和阳极的尾排气以及升降温流路(9)的尾排气。5.根据权利要求4所述的一种氨燃料电池飞行器动力装置，其特征在于：所述燃料电池上还设有若干堆温传感器(8)；所述堆温传感器(8)用于实时感知燃料电池温度并反馈给控制系统。6.根据权利要求4所述的一种氨燃料电池飞行器动力装置，其特征在于：所述升降温流路(9)内设有促使氨气催化氧化的催化剂。7.根据权利要求6所述的一种氨燃料电池飞行器动力装置，其特征在于：还包括燃烧器(11)和废气涡轮(12)；所述燃烧器(11)和废气涡轮(12)连接；所述氨供给系统和燃烧器(11)连通，用于为燃烧器(11)补充氨燃料；所述尾气收集器(10)收集的尾气通过管路输送至燃烧器(11)中燃烧，燃烧后产生的气体提供给废气涡轮(12)，驱动废气涡轮(12)运转从而带动空气压缩机(13)工作；所述空气压缩机(13)和燃烧器(11)连接。8.根据权利要求7所述的一种氨燃料电池飞行器动力装置，其特征在于：所述废气涡轮(12)出口和热交换器组件的尾气热流路入口连通；所述尾气热流路出口连接有尾气处理器(14)。9.根据权利要求8所述的一种氨燃料电池飞行器动力装置，其特征在于：所述控制系统
包括燃料电池管理系统(15)和储能电池(16)；所述燃料电池管理系统(15)分别和燃料电池电力输出端、储能电池(16)、电子调速器(17)、空气压缩机驱动电机(20)和液氨泵(3)电连接；所述电子调速器(17)和电机(18)电连接；所述电机(18)用于驱动螺旋桨运动。10.根据权利要求1所述的一种氨燃料电池飞行器动力装置，其特征在于：所述燃料电池为固体氧化物燃料电池。

技术总结
本发明公开了一种氨燃料电池飞行器动力装置，属于飞行器动力系统技术领域，包括氨供给系统、外部空气系统、燃料电池系统、控制系统和动力输出系统；所述氨供给系统用于存储液氨，并将液氨转变为氨气；所述外部空气系统和燃料电池系统连通，为燃料电池系统电化学反应提供氧化剂；所述氨气和氧化剂在燃料电池系统中发生反应，并产生电能；所述燃料电池系统电力输出端和控制系统电连接；所述控制系统用于控制燃料电池系统以及电力输出管理。本发明能有效解决现有的飞行器动力装置技术中存在的尾气排放污染和噪声大、飞行器续航时间短、储能系统体积占比过大以及固体氧化物燃料电池升降温需要额外的装置的问题。升降温需要额外的装置的问题。升降温需要额外的装置的问题。


技术研发人员：曹林 杜玉环 李浩 居婷 张治华 范瑜 李瑞博 赵凯 胡金源
受保护的技术使用者：重庆交通大学绿色航空技术研究院
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/6/7