本發(fā)明屬于海洋開采，具體地說，涉及利用深海原位氫氣能源的多金屬結(jié)核采礦系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、深海中蘊(yùn)藏著極為豐富的多金屬結(jié)核礦產(chǎn)資源，礦石中含有大量的錳、鈷、鎳等戰(zhàn)略金屬元素，是新能源電池的重要原材料。開發(fā)深海多金屬結(jié)核可以為我國新能源行業(yè)發(fā)展提供動(dòng)力和支撐。深海多金屬結(jié)核開發(fā)一般采用海底履帶式集礦車采集礦石，履帶車在4000-6000米水深的海床上行駛，水面母船通過管道提供動(dòng)力能源，由于水下距離較長，管道運(yùn)輸?shù)哪芰繐p失較高，且長距離管道容易受到洋流影響，泄露風(fēng)險(xiǎn)較高，這對深海采礦系統(tǒng)造成威脅。深海采礦系統(tǒng)水下布置有監(jiān)測作業(yè)的水下水下設(shè)備auv和rov，rov供能與履帶車管道供能相似，auv需返回水面母船才能得到能源供給，這極大的限制了水下設(shè)備的水下作業(yè)時(shí)間。

2、深海海底的深部巖層會與海水發(fā)生反應(yīng)衍生出氫氣礦藏，據(jù)大洋調(diào)查，深海氫氣礦與深海多金屬結(jié)核礦區(qū)有重疊區(qū)域。如果能夠使用氫氣作為采礦系統(tǒng)的能源，深海采礦作業(yè)效率將大幅度提升。日益成熟的氫動(dòng)力能源技術(shù)(如氫動(dòng)力汽車)為二者的結(jié)合提供了基礎(chǔ)條件。

3、有鑒于此特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是：

2、利用深海原位氫氣能源的多金屬結(jié)核采礦系統(tǒng)，包括：

3、燃料電池；

4、所述燃料電池的兩側(cè)分別連通設(shè)置有高壓氧氣罐和高壓氫氣罐；

5、所述高壓氫氣罐與連通設(shè)置有采氣樹，所述采氣樹位于海床埋設(shè)用于開采氫氣礦；

6、所述燃料電池電性連接有儲能站，所述儲能站電性連接有若干個(gè)充電裝置；

7、所述高壓氫氣罐與浮動(dòng)采氣平臺相連通，所述高壓氧氣罐連通設(shè)置有空氣壓縮機(jī)，所述空氣壓縮機(jī)的一側(cè)連通設(shè)置有氧氣儲罐。

8、優(yōu)選的，所述高壓氧氣罐與高壓氫氣罐與燃料電池的連通管道均設(shè)置有流量控制閥。

9、優(yōu)選的，所述高壓氫氣罐將氫氣傳輸并存儲到浮動(dòng)采氣平臺，且與浮動(dòng)采氣平臺連通的出氣端設(shè)置有液壓單向閥。

10、優(yōu)選的，所述充電裝置包括接口充電和無線充電，所述充電裝置用于對水下設(shè)備補(bǔ)充電能。

11、優(yōu)選的，所述燃料電池的一側(cè)設(shè)置有出水管。

12、優(yōu)選的，所述水下設(shè)備包括安裝的驅(qū)動(dòng)電池，所述驅(qū)動(dòng)電池的一側(cè)設(shè)置有與充電裝置配合的電能接收端，水下設(shè)備的一側(cè)還設(shè)置有紅外信號發(fā)射端。

13、優(yōu)選的，所述充電裝置包括外部組件，所述外部組件的內(nèi)壁設(shè)置有升降組件，所述外部組件的內(nèi)壁固定連接有電器柜。

14、優(yōu)選的，所述外部組件包括殼體，所述殼體的一側(cè)固定連接有閉水倉，所述電器柜固定連接在閉水倉的內(nèi)壁，所述升降組件固定連接在殼體的內(nèi)壁，所述升降組件的上表面固定連接有若干個(gè)繩帶，若干個(gè)繩帶的頂端共同固定連接有浮板，所述浮板的上表面固定連接有用于無線充電的電能發(fā)射端；

15、所述殼體下表面的四角處均固定有用于海床固定的錨桿；

16、所述閉水倉的上表面設(shè)置有紅外信號感應(yīng)端。

17、優(yōu)選的，所述升降組件包括兩個(gè)平行設(shè)置的面板，兩個(gè)面板的四角處共同設(shè)置有剪力架，四個(gè)剪力架兩兩之間對稱設(shè)置，兩個(gè)對稱剪力架的相對面通過銷軸共同活動(dòng)連接有保持架和架板，所述剪力架的上下兩端均通過銷軸活動(dòng)連接在兩個(gè)面板的相對面，兩個(gè)架板和兩個(gè)剪力架的表面共同貫穿設(shè)置有螺紋桿，所述螺紋桿滑動(dòng)在兩個(gè)剪力架的內(nèi)壁，所述螺紋桿與左側(cè)架板的內(nèi)壁螺紋配合，兩個(gè)架板的相對面均固定有兩個(gè)保持桿，所述保持桿貫穿滑動(dòng)在兩個(gè)保持架的內(nèi)壁；

18、所述螺紋桿的右端開設(shè)有花鍵孔，所述花鍵孔的內(nèi)壁滑件配合有花鍵軸，所述花鍵軸的右端設(shè)置有對其驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器滑動(dòng)安裝在閉水倉的內(nèi)壁，所述閉水倉的內(nèi)壁開設(shè)有用于配合驅(qū)動(dòng)器滑動(dòng)的滑孔。

19、有益效果：

20、本方案實(shí)現(xiàn)了海底采礦車和auv、rov的水下供能，提高了采礦系統(tǒng)作業(yè)效率，減少了深海采礦能源傳輸系統(tǒng)成本。

21、同時(shí)基于海底低溫環(huán)境有效抑制了氫氣電池發(fā)電放熱情況，與陸地氫氣使用相比更加安全，通過在水下完成了深海氫氣礦藏的應(yīng)用，減少了運(yùn)輸過程中的能源損失，減少了從開采到利用的能源消耗，實(shí)現(xiàn)了高效率的深海氫氣能源開發(fā)。

22、下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

技術(shù)特征：

1.利用深海原位氫氣能源的多金屬結(jié)核采礦系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用深海原位氫氣能源的多金屬結(jié)核采礦系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓氧氣罐(2)與高壓氫氣罐(3)與燃料電池(1)的連通管道均設(shè)置有流量控制閥(9)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用深海原位氫氣能源的多金屬結(jié)核采礦系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓氫氣罐(3)將氫氣傳輸并存儲到浮動(dòng)采氣平臺，且與浮動(dòng)采氣平臺連通的出氣端設(shè)置有液壓單向閥(10)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用深海原位氫氣能源的多金屬結(jié)核采礦系統(tǒng)，其特征在于，所述充電裝置(8)包括接口充電和無線充電，所述充電裝置(8)用于對水下設(shè)備補(bǔ)充電能。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用深海原位氫氣能源的多金屬結(jié)核采礦系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池(1)的一側(cè)設(shè)置有出水管(11)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用深海原位氫氣能源的多金屬結(jié)核采礦系統(tǒng)，其特征在于，所述水下設(shè)備包括安裝的驅(qū)動(dòng)電池，所述驅(qū)動(dòng)電池的一側(cè)設(shè)置有與充電裝置(8)配合的電能接收端，水下設(shè)備的一側(cè)還設(shè)置有紅外信號發(fā)射端。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用深海原位氫氣能源的多金屬結(jié)核采礦系統(tǒng)，其特征在于，所述充電裝置(8)包括外部組件(81)，所述外部組件(81)的內(nèi)壁設(shè)置有升降組件(82)，所述外部組件(81)的內(nèi)壁固定連接有電器柜(83)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用深海原位氫氣能源的多金屬結(jié)核采礦系統(tǒng)，其特征在于，所述外部組件(81)包括殼體(811)，所述殼體(811)的一側(cè)固定連接有閉水倉(812)，所述電器柜(83)固定連接在閉水倉(812)的內(nèi)壁，所述升降組件(82)固定連接在殼體(811)的內(nèi)壁，所述升降組件(82)的上表面固定連接有若干個(gè)繩帶(815)，若干個(gè)繩帶(815)的頂端共同固定連接有浮板(813)，所述浮板(813)的上表面固定連接有用于無線充電的電能發(fā)射端(814)；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用深海原位氫氣能源的多金屬結(jié)核采礦系統(tǒng)，其特征在于，所述升降組件(82)包括兩個(gè)平行設(shè)置的面板(821)，兩個(gè)面板(821)的四角處共同設(shè)置有剪力架(822)，四個(gè)剪力架(822)兩兩之間對稱設(shè)置，兩個(gè)對稱剪力架(822)的相對面通過銷軸共同活動(dòng)連接有保持架(823)和架板(824)，所述剪力架(822)的上下兩端均通過銷軸活動(dòng)連接在兩個(gè)面板(821)的相對面，兩個(gè)架板(824)和兩個(gè)剪力架(822)的表面共同貫穿設(shè)置有螺紋桿(825)，所述螺紋桿(825)滑動(dòng)在兩個(gè)剪力架(822)的內(nèi)壁，所述螺紋桿(825)與左側(cè)架板(824)的內(nèi)壁螺紋配合，兩個(gè)架板(824)的相對面均固定有兩個(gè)保持桿(829)，所述保持桿(829)貫穿滑動(dòng)在兩個(gè)保持架(823)的內(nèi)壁；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了利用深海原位氫氣能源的多金屬結(jié)核采礦系統(tǒng)，涉及海洋開采技術(shù)領(lǐng)域，本該系統(tǒng)包括深海采氫平臺、儲能站和水下設(shè)備，構(gòu)建了深海氫氣開發(fā)與利用的一體化技術(shù)體系。通過在海床上建立氫氧燃料電池的氫氣儲能站，將深海橄欖巖蛇紋石化產(chǎn)生的氫氣轉(zhuǎn)化為電能，并存儲于儲能站中，為水下設(shè)備提供能源。系統(tǒng)利用浮動(dòng)采氣平臺開采氫氣，并通過流量控制閥精確控制氫氧混合比例，以保障燃料電池的高效運(yùn)行。系統(tǒng)的儲能站具備無線充電功能，通過紅外識別和升降組件確保充電過程的穩(wěn)定貼合，有效防止雜物進(jìn)入充電接口，保障充電安全性和長期作業(yè)穩(wěn)定性。本發(fā)明能夠顯著減少氫氣能源在開發(fā)端和用戶端之間的傳輸能耗，為深海采礦提供可靠的能源支撐，提升了作業(yè)效率和安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：馬寧,陳旭光,劉茜茜,張弦,李三忠,郭玲莉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國海洋大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19