一种人工降水无人机辅助动力系统及方法

1.本发明涉及物理储能技术领域，尤其涉及一种人工降水无人机辅助动力系统及方法。


背景技术：

2.人工降水作业分为暖云催化和冷云催化，冷云催化一般采用向过冷云中播撒制冷剂或人工冰核，使云的微物理结构发生变化，干冰作为催化剂的一种，可使云体局部迅速降温，促使过冷水滴冻结或促使自然冰核迅速活化，产生大量冰晶。
3.近年来，随着无人机技术的快速发展，无人机越来越广泛的被用于搜救、巡逻、救援及防暴等特殊场景下，特别地，无人机也能够用于人工降雨作业，现有无人机通常采用蓄电池提供动力，然而蓄电池的续航能力会影响无人机完成作业效率，提高无人机续航能力具有重要意义。
4.随着经济和社会不断发展，能源消耗不断增加，太阳能、风能等可再生能源的规模也在不断提高，为了解决风能、太阳能具有的波动性和间歇性的缺点，储能技术作为一种储能和释能分时进行的技术，可以拓宽可再生能源的使用场景。压缩储能作为储能技术之一，具有投资成本低，储能密度高的特点。
5.压缩二氧化碳储能作为压缩储能的一种，相比于绝热压缩空气循环，其特点在于闭式循环，适用于密闭环境中，且二氧化碳具有合适的临界温度（约31℃）和适中的临界压力（约7.38mpa）,相比于空气更容易液化，同时具有做功能力大、设备紧凑的优点，是一种具有前景的储能系统工质。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种人工降水无人机辅助动力系统及方法，提高续航能力，增加作业效率。
7.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种人工降水无人机辅助动力系统，包括压缩机、二氧化碳储罐、第一加热器、换热器、透平、发电机、蓄电池、涡流管、第二加热器、旁通阀、混合阀、引射器；所述二氧化碳储罐密闭，其上设有一个入口和一个出口，用于存储固液两相状态的高压二氧化碳；所述压缩机的入口接外界二氧化碳，出口和所述二氧化碳储罐的入口管道相连，用于将外界二氧化碳压缩后输入至所述二氧化碳储罐中；所述二氧化碳储罐的出口分别和所述第一加热器的入口、旁通阀的一端通过管道相连；所述第一加热器的出口、换热器的冷侧通道、透平、涡流管的入口通过管道依次相连；所述透平的输出轴和所述发电机的输入轴同轴固连，用于带动所述发电机发电；
所述蓄电池和所述发电机电气相连，用于存储所述发电机输出的电能；所述涡流管的热端出口和换热器热侧通道的入口通过管道相连；所述第二加热器设置在所述二氧化碳储罐中，其一端通过管道穿出二氧化碳储罐后和换热器热侧通道的出口相连，另一端通过管道穿出二氧化碳储罐后和混合阀的一个入口相连，第二加热器两端管道和所述二氧化碳储罐密闭设置；所述涡流管的冷端出口和所述混合阀的另一个入口通过管道相连；所述引射器的引射流体入口通过管道和所述混合阀的出口相连、被引射流体入口通过管道和所述旁通阀的另一端相连，用于将输入的二氧化碳混合降温扩压后形成干冰播撒至云层，进行人工降雨作业。
8.本发明还公开了一种该人工降水无人机辅助动力系统的降雨方法，包括以下过程：储能过程：二氧化碳通过压缩机增压进入二氧化碳储罐中，以固液两相保存在二氧化碳储罐中；释能过程：部分液态二氧化碳由二氧化碳储罐经过第一加热器利用环境温度进行预热，再通过换热器加热后进入透平中做功，带动发电机发电，输出电能为蓄电池提供电能；二氧化碳在经过透平膨胀后进入涡流管中分流，从涡流管热端出口流出的高温气态二氧化碳经过换热器降温后进入第二加热器中冷凝，第二加热器浸没于固液两相二氧化碳中，从第二加热器内部流过的高温二氧化碳为二氧化碳储罐内部的固液两相二氧化碳输出热量，提高二氧化碳储罐内部压力；从第二加热器出口流出的冷凝后的二氧化碳进入混合阀中，与从涡流管低温气体出口流出的低温气液混合二氧化碳混合，进入引射器作为被引射流体，被从二氧化碳储罐流出的另一部分高压二氧化碳通过旁通阀进入引射器引射，二者混合降温扩压后形成干冰播撒至云层，进行人工降雨作业。
9.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明采用电能作为能量输入，采用二氧化碳作为储能工质。将电能通过压缩机转化为二氧化碳工质的压力势能进行存储，通过透平将所储存的能量进行释放，同时干冰可作为人工降雨的催化剂进行播撒，在满足无人机作业的同时可有效利用环境余热为蓄电池提供电能，提高无人机续航能力。
附图说明
10.图1是本发明的结构示意图；图2是引射器的结构示意图。
11.图中，1-压缩机，2-二氧化碳储罐，3-第一加热器，4-换热器，5-透平，6-发电机，7-蓄电池，8-涡流管，9-涡流管热端出口，10-涡流管冷端出口，11-第二加热器，12-旁通阀，13-混合阀，14-引射器，15-引射流体入口，16-被引射流体入口，17-混合室，18-扩压管。
具体实施方式
12.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
13.如图1所示，本发明公开了一种人工降水无人机辅助动力系统，包括压缩机、二氧化碳储罐、第一加热器、换热器、透平、发电机、蓄电池、涡流管、第二加热器、旁通阀、混合阀、引射器；所述二氧化碳储罐密闭，其上设有一个入口和一个出口，用于存储固液两相状态的高压二氧化碳；所述压缩机的入口接外界二氧化碳，出口和所述二氧化碳储罐的入口管道相连，用于将外界二氧化碳压缩后输入至所述二氧化碳储罐中；所述二氧化碳储罐的出口分别和所述第一加热器的入口、旁通阀的一端通过管道相连；所述第一加热器的出口、换热器的冷侧通道、透平、涡流管的入口通过管道依次相连；所述透平的输出轴和所述发电机的输入轴同轴固连，用于带动所述发电机发电；所述蓄电池和所述发电机电气相连，用于存储所述发电机输出的电能；所述涡流管的热端出口和换热器热侧通道的入口通过管道相连；所述第二加热器设置在所述二氧化碳储罐中，其一端通过管道穿出二氧化碳储罐后和换热器热侧通道的出口相连，另一端通过管道穿出二氧化碳储罐后和混合阀的一个入口相连，第二加热器两端管道和所述二氧化碳储罐密闭设置；所述涡流管的冷端出口和所述混合阀的另一个入口通过管道相连；所述引射器的引射流体入口通过管道和所述混合阀的出口相连、被引射流体入口通过管道和所述旁通阀的另一端相连，用于将输入的二氧化碳混合降温扩压后形成干冰播撒至云层，进行人工降雨作业。
14.本发明还公开了一种该人工降水无人机辅助动力系统的降雨方法，包括以下过程：储能过程：二氧化碳通过压缩机增压进入二氧化碳储罐中，以固液两相保存在二氧化碳储罐中；释能过程：部分液态二氧化碳由二氧化碳储罐经过第一加热器利用环境温度进行预热，再通过换热器加热后进入透平中做功，带动发电机发电，输出电能为蓄电池提供电能；二氧化碳在经过透平膨胀后进入涡流管中分流，从涡流管热端出口流出的高温气态二氧化碳经过换热器降温后进入第二加热器中冷凝，第二加热器浸没于固液两相二氧化碳中，从第二加热器内部流过的高温二氧化碳为二氧化碳储罐内部的固液两相二氧化碳输出热量，提高二氧化碳储罐内部压力；从第二加热器出口流出的冷凝后的二氧化碳进入混合阀中，与从涡流管低温气体
出口流出的低温气液混合二氧化碳混合，进入引射器作为被引射流体；从旁通阀流过的高压二氧化碳从引射流体入口进入混合室中，与从引射流体入口中流入的低压二氧化碳在混合室中混合，如图2所示，经过扩压管扩压形成干冰，二者混合降温扩压后形成干冰播撒至云层，进行人工降雨作业。
15.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
16.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。