[0001] 本发明属于海洋开采技术领域，具体地说，涉及利用深海原位氢气能源的多金属结核采矿系统。

[0002] 深海中蕴藏着极为丰富的多金属结核矿产资源，矿石中含有大量的锰、钴、镍等战略金属元素，是新能源电池的重要原材料。开发深海多金属结核可以为我国新能源行业发展提供动力和支撑。深海多金属结核开发一般采用海底履带式集矿车采集矿石，履带车在4000‑6000米水深的海床上行驶，水面母船通过管道提供动力能源，由于水下距离较长，管道运输的能量损失较高，且长距离管道容易受到洋流影响，泄露风险较高，这对深海采矿系统造成威胁。深海采矿系统水下布置有监测作业的水下水下设备AUV和ROV，ROV供能与履带车管道供能相似，AUV需返回水面母船才能得到能源供给，这极大的限制了水下设备的水下作业时间。

[0003] 深海海底的深部岩层会与海水发生反应衍生出氢气矿藏，据大洋调查，深海氢气矿与深海多金属结核矿区有重叠区域。如果能够使用氢气作为采矿系统的能源，深海采矿作业效率将大幅度提升。日益成熟的氢动力能源技术(如氢动力汽车)为二者的结合提供了基础条件。

[0004] 有鉴于此特提出本发明。

[0035] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明。

[0036] 如图1至图6所示，利用深海原位氢气能源的多金属结核采矿系统，包括：

[0037] 燃料电池1的两侧分别连通设置有高压氧气罐2和高压氢气罐3；

[0038] 高压氢气罐3与连通设置有采气树6，采气树6位于海床埋设用于开采氢气矿12；

[0039] 燃料电池1电性连接有储能站7，储能站7电性连接有若干个充电装置8；

[0040] 高压氢气罐3与浮动采气平台相连通，高压氧气罐2连通设置有空气压缩机4，空气压缩机4的一侧连通设置有氧气储罐5。

[0041] 深海氢气开发与储能：

[0042] 第一步，使用浮动式海上采气平台开采氢气能源，使用管道收集后，部分储存于海床上的高压氢气储罐中，多余部分收集到海上平台。

[0043] 第二步，海上采气平台通过生物、化学等手段制备氧气，通过管道运输到海床上的高压氧气储罐5中。

[0044] 第三步，氢气和氧气供入燃料电池1，源源不断地产出电能，将其储存至海床上的储能站7中。储能站7设置有无线充电装置8，可靠近充电。

[0045] 水下作业车(矿车)及水下设备(AUV、ROV)能源供给：

[0046] 第四步，水下采矿车及水下设备设置有能源红线，当电能量低于红线时报警，就近驶向储能站7，到达相应充能点进行充电。

[0047] 第五步，红外信号感应端配合红外信号发射端配合进行水下设备类型识别，可自动识别水下设备进行充电。

[0048] 第六步，水下设备充满电后报警，驶离能源站继续采矿作业。

[0049] 具体的，如图1所示：高压氧气罐2与高压氢气罐3与燃料电池1的连通管道均设置有流量控制阀9。

[0050] 通过流量控制阀9，能够开工至高压气氧气罐和高压氢气罐3的出气量，能够精确的控制氢气和氧气的混合比例，使其燃料电池1(氢氧燃料电池1)发电，并将电能存储到储能站7中，随即储能站7对多个充电装置8进行供能作业。

[0051] 具体的，如图2所示：高压氢气罐3将氢气传输并存储到浮动采气平台，且与浮动采气平台连通的出气端设置有液压单向阀10。

[0052] 通过设置高压氢气罐3，能够保持氢气存储在内部，并形成高压空间，配合液压单向阀10，能够保持内部压力保持恒定，同时其压力能够配合流量控制阀9进行控制出气量。

[0053] 具体的，如图1所示：充电装置8包括接口充电和无线充电，充电装置8用于对水下设备补充电能。

[0054] 充电装置8包括两种充电方式，其接口充电通过电器柜83引出充电口，即可进行插电方式充电，本方案优选的采用无线充电进行投放使用，能够适应不同设备的充电适配。

[0055] 具体的，如图1所示：燃料电池1的一侧设置有出水管11。

[0056] 具体的，如图3所示：水下设备包括安装的驱动电池，驱动电池的一侧设置有与充电装置8配合的电能接收端，水下设备的一侧还设置有红外信号发射端。

[0057] 具体的，如图4所示：充电装置8包括外部组件81，外部组件81的内壁设置有升降组件82，外部组件81的内壁固定连接有电器柜83。

[0058] 升降组件82能够保障电能发射端814贴合到水下设备的底部，使其能够满足足够的充电距离，电器柜83能够将相关的电器设备保护，避免受损。

[0059] 具体的，如图4和图5所示：外部组件81包括壳体811，壳体811的一侧固定连接有闭水仓812，电器柜83固定连接在闭水仓812的内壁，升降组件82固定连接在壳体811的内壁，升降组件82的上表面固定连接有若干个绳带815，若干个绳带815的顶端共同固定连接有浮板813，浮板813的上表面固定连接有用于无线充电的电能发射端814；

[0060] 壳体811下表面的四角处均固定有用于海床固定的锚杆816；

[0061] 锚杆816能够将充电装置8固定在海床的位置，使其不会随着水流作用出现位移。

[0062] 闭水仓812的上表面设置有红外信号感应端817。

[0063] 在水下设备需要充电时，其通过红外信号发射端发射对应的红外感应信标，充电装置8的红外信号感应端817进行区分识别水下设备(矿车、AUV和ROV)，当水下设备移动到指定的充电位置后，停止运动并进行充电。

[0064] 具体的，如图6所示：升降组件82包括两个平行设置的面板821，两个面板821的四角处共同设置有剪力架822，四个剪力架822两两之间对称设置，两个对称剪力架822的相对面通过销轴共同活动连接有保持架823和架板824，剪力架822的上下两端均通过销轴活动连接在两个面板821的相对面，两个架板824和两个剪力架822的表面共同贯穿设置有螺纹杆825，螺纹杆825滑动在两个剪力架822的内壁，螺纹杆825与左侧架板824的内壁螺纹配合，两个架板824的相对面均固定有两个保持杆829，保持杆829贯穿滑动在两个保持架823的内壁；

[0065] 螺纹杆825的右端开设有花键孔826，花键孔826的内壁滑件配合有花键轴827，花键轴827的右端设置有对其驱动的驱动器828，驱动器828滑动安装在闭水仓812的内壁，闭水仓812的内壁开设有用于配合驱动器828滑动的滑孔84。

[0066] 螺纹杆825转动时，两个架板824相向运动，螺纹噶按随之移动，基于驱动器828不会移动，使其花键轴827滑动在花键槽内，满足螺纹杆825的轴向运动，同时高度变化时，驱动器828滑动在滑孔84内，满足高度变化的适应。

[0067] 水下设备通过红外信号发射端发射的型号被充电装置8的红外信号感应端817识别出充电，随即升降组件82的驱动器828驱动花键轴827转动，随即花键轴827带着螺纹杆825转动，螺纹杆825转动时，两个架板824相互靠近，并在加压下剪力架822开始变形，使其两个面板821开始远离，使其上方面板821抬升，直至电能发射端814在浮板813的作用下贴合在水下设备的下方，同时拉绳失去拉力即可，此时电能发射端814在浮力作用下进行完全贴合，在充电完毕后即可复位，复位过程中随着剪力架822的复位，拉绳拉着浮板813向下移动即可。

[0068] 该方式能实现充电过程的稳定贴合，保障水下复杂环境在充电中电能发射端814与电能接收端之间不易游入杂物，保障长时间充电过程的安全性和稳定性。

[0069] 综上可知，本方案主要包括深海采氢平台、海底氢气储能(氢气转化为电能在储能站7进行储存)、水下设备。开发并利用深海橄榄岩蛇纹石化产生的氢气矿12藏，在海床上建立基于氢氧燃料电池1的氢气储能站7(氢气转化为电能)，给水下设备(包括深海多金属结核采矿车和采矿作业监测用AUV、ROV供能)。本发明构建了深海氢气开发‑深海采矿利用一体化技术体系，可以减少氢气能源在开发端和用户端之间的传输能耗，同时为深部氢气开发和深海采矿提供支撑。

[0070] 通过构建深海氢气开发和利用一体化技术体系，减少了氢气能源在开发端与用户端之间的传输能耗。同时，利用深海原位氢气能源作为驱动力，显著提升了深海采矿作业的效率和稳定性。此外，该系统利用氢氧燃料电池1进行电能转换与储存，确保水下设备在复杂环境中能够持续、可靠地获得能源供应，从而增强了深海采矿作业的安全性和持续性。

[0071] 以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。