一種海洋生命保障能源供應系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種海洋生命保障能源供應系統，包括順序相連的海水過濾裝置、制氫反應室、氫燃料電池、氣體存儲倉以及燃燒反應倉。所述系統體積小，重量輕，可應用于海底設備，在充分利用地球資源、解決海島區域及海底設備、極地探測設備或基地供氧、淡水及能源的需求上有較大優勢，并可進一步拓展應用于深空探測，可實現在太空中的多類物質如氧、氫、水之間的分離和合成轉換，滿足宇航員生活需求。
【專利說明】
一種海洋生命保障能源供應系統
技術領域
[0001]本實用新型屬于生命保障系統領域，特別是海洋運輸及深海、極地探測應用領域，具體涉及一種海洋生命保障能源供應系統。
【背景技術】
[0002]海洋疆域遼闊，海水儲量巨大。隨著海洋運輸和勘探工作乃至地區安全工作的日益重要，遠離基地的持續供能和用水問題日益重要。此方面，海島上的淡水需求成為一個核心問題。同時，遠洋運輸設備或海上、海島生活基地中的各類海底裝備對氧氣、淡水及能源的需求也成為一個較為嚴峻的問題。對于海底作業來說，供氧尤其成為極其重要的因素。例如，潛水人員需要背負氧氣罐才能潛入海底作業，氧氣罐笨重且存儲氧氣容量有限;一些大型潛水系統或設備，需要上浮后才能存儲獲得足夠氧氣，當氧氣使用完畢后需要再次上浮，影響工作效率。可以看到，這些技術大多均只能提供單一化產物和能源，對于承擔相應海洋作業的人員而言，實際上需要的是全方位的物質和能源供應。迄今，學術界和工業界尚未發展出在極端環境如海底下持續、低成本的可連續供應人員基本用水、用氧和用能需求的技術。如果能提供一種方便快捷、高效且體積小重量輕的對應設施，則水下作業將成為一件簡單方便的事情，會大大促進人類的遠洋探測活動甚至長期高品質的生活于海底。
[0003]海水中含鹽量極高且雜質過多，無法被人類直接使用；但其在地球中的存在量巨大，促使人們愈加認識到海水將成為人類未來必須依托的一個重要能源資源。目前使用的海水電解設備笨重龐大，效率不高，能耗較大，多利用風能、太陽能等新能源發電供電，受天氣和環境因素影響較大，因此一般建立在偏遠沿海區域，而利用新能源受限較大，這嚴重制約了實際應用。由于能耗巨大、成本過高、經濟效益低，電解海水的各類項目均無法進行大規模的推廣，更難以推廣至海底作業環境下持續、低成本的可連續供應人員基本用水、用氧和用能需求的領域。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型針對現有技術的缺陷，提供了一種滿足人員基本生活和用能需求的海洋生命保障能源供應系統。
[0005]具體而言，所述海洋生命保障能源供應系統，包括順序相連的海水過濾裝置、制氫反應室、氫燃料電池、氣體存儲倉以及燃燒反應倉;所述海水過濾裝置還與所述氫燃料電池相連。
[0006]所述氣體存儲倉由并列的氧氣存儲倉和氫氣存儲倉組成;所述氫燃料電池的正極經氧氣存儲倉與燃燒反應倉相連，所述氫燃料電池的負極經氫氣存儲倉與燃燒反應倉相連。
[0007]為了控制海水進入系統的流量，所述海水過濾裝置還可以通過設有栗和閥門的管道與海水相連。為了確保海水與液相合金燃料充分接觸，防止雜質與液相合金燃料反應，提高制備氫氣以及氫燃料電池的反應效率和使用壽命，所述海水過濾裝置內設有孔徑400?600nm的防腐蝕性塑料濾網。
[0008]所述制氫反應室內優選設有液相合金，使過濾后的海水與液相合金反應制備氫氣。所述液相合金由液態金屬和產氫金屬混合而成;所述液態金屬選自鎵、鎵銦合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鉍銦合金、鉍銦錫合金、鉍銦錫鋅合金、鉍基合金、如鉍銦合金、鉍銦錫合金、鉍銦錫鋅合金;所述產氫金屬選自鋁、鋅、鎂。由于本實用新型采用的海水和鋁、鋅等金屬的來源廣泛，液態金屬消耗很少，因此成本較低，具有廣闊的應用前景。
[0009]為了實現資源的充分利用，所述制氫反應室內還可以設有分離器和液態金屬回收裝置，以實現液態金屬的循環利用。
[0010]為了實現氫氣和氧氣的充分反應，所述燃燒反應倉內設有點火裝置。所述燃燒反應倉內可調整氫氣和氧氣的流量，以確保系統安全。
[0011]為了全面實現生命保障功能，所述氧氣存儲倉可與氧氣呼吸罩相連;所述燃燒反應倉可分別與輔助供暖倉和飲用水倉相連。
[0012]本實用新型提供的系統可以將經過海水過濾裝置的海水在制氫反應室中反應產生氫氣，將氫氣供給氫燃料電池產生電力來電解海水產出氧氣與氫氣并將其分離儲存于氧氣存儲倉與氫氣存儲倉中；部分氧氣輸出至氧氣呼吸罩中供于人體呼吸；同時，氧氣與氫氣輸入燃燒反應倉中，打開點火裝置，燃燒獲得純水存儲于飲用水倉中供人體飲用，同時輸出熱能存儲于輔助供暖倉中供人體取暖。
[0013]本實用新型所述海洋生命保障能源供應系統體積小，重量輕，可應用于海底設備，例如潛水服、潛水裝置等，為其提供氧氣、淡水及熱能動能等，解決了海底作業所需的氧氣、淡水需求及海底設備、極地探測設備或基地的能源需求；同時，所述系統中產氫所用原料(海水、液態合金等)均可循環利用，成本低、效率高。所述海洋生命保障能源供應系統在充分利用地球資源、解決海島區域及海底設備、極地探測設備或基地供氧、淡水及能源的需求上有較大優勢，并可進一步拓展應用于深空探測，只需將海水換成常規的水，可實現在太空中的多類物質如氧、氫、水之間的分離和合成轉換，滿足宇航員生活需求。
【附圖說明】
[0014]圖1是實施例2所述海洋生命保障能源供應系統的結構示意圖；其中，1、海水過濾裝置，2、制氫反應室，3、氫燃料電池，4、氧氣存儲倉，5、氫氣存儲倉，6、燃燒反應倉，7、輔助供暖倉，8、飲用水倉，9、氧氣呼吸罩，1、液相合金，11、點火裝置。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
[0016]實施例1
[0017]本實施例提供了一種海洋生命保障能源供應系統，部分參考圖1所示;包括順序相連的海水過濾裝置1、制氫反應室2、氫燃料電池3、氣體存儲倉以及燃燒反應倉6;所述海水過濾裝置I還與氫燃料電池3相連；
[0018]所述海水過濾裝置I內設有孔徑500nm的防腐蝕性塑料濾網，并通過設有栗和閥門的管道與海水相連；
[0019]所述氣體存儲倉由并列的氧氣存儲倉4和氫氣存儲倉5組成;所述氫燃料電池3的正極經氧氣存儲倉4與燃燒反應倉6相連;所述氫燃料電池3的負極經氫氣存儲倉5與燃燒反應倉6相連；
[0020]所述燃燒反應倉6內設有點火裝置11;
[0021]所述氧氣存儲倉4與氧氣呼吸罩9相連;所述燃燒反應倉6分別與輔助供暖倉7和飲用水倉8相連。
[0022]實施例2
[0023]本實施例提供了一種海洋生命保障能源供應系統，如圖1所示;與實施例1相比，區別僅在于，所述制氫反應室2中設有液相合金;所述液相合金由75 %鎵和25 %銦組成的鎵銦合金與鋁片以質量比9:1均勻混合而成;所述制氫反應室2內還設有分離器和液態金屬回收裝置，以實現鎵銦合金的回收和循環利用。
[0024]以上實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范圍應由權利要求限定。
【主權項】
1.一種海洋生命保障能源供應系統，其特征在于，包括順序相連的海水過濾裝置、制氫反應室、氫燃料電池、氣體存儲倉以及燃燒反應倉； 所述海水過濾裝置還與所述氫燃料電池相連； 所述氣體存儲倉由并列的氧氣存儲倉和氫氣存儲倉組成;所述氫燃料電池的正極經過氧氣存儲倉與燃燒反應倉相連，所述氫燃料電池的負極經過氫氣存儲倉與燃燒反應倉相連。2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述海水過濾裝置還通過設有栗和閥門的管道與海水相連。3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述海水過濾裝置內設有孔徑400?600nm的防腐蝕性塑料濾網。4.根據權利要求1?3任意一項所述的系統，其特征在于，所述制氫反應室內設有液相I=IO5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述制氫反應室內設有分離器和液態金屬回收裝置。6.根據權利要求1?3任意一項所述的系統，其特征在于，所述燃燒反應倉內設有點火目.ο7.根據權利要求1?3任意一項所述的系統，其特征在于，所述氧氣存儲倉還與氧氣呼吸罩相連。8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述燃燒反應倉還與輔助供暖倉相連。9.根據權利要求1或8所述的系統，其特征在于，所述燃燒反應倉還與飲用水倉相連。
【文檔編號】H01M8/04089GK205429074SQ201521000322
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年12月4日
【發明人】劉靜, 路金蓉
【申請人】中國科學院理化技術研究所