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申请/专利权人：北京理工大学

摘要：本发明提供光伏光热驱动的月壤水冰自适应多级开采系统及方法，该系统利用太阳能聚光分频技术产生电能进行水电解制氢、产生高温热源对电动水冰钻取装置提供热源；月壤水冰通过就地加热钻取方式进行开采，并对钻头进行优化，采用热电技术，利用月球背面的低温环境将热能得到充分利用，同时为风扇提供电能，使得钻头内部气压自适应调节；由于集自适应开采、分离提纯、余热回收于一体，大大加强水蒸气的汽化潜回收，同时防止装置结冰，本装置可以高效开采月壤水冰。

主权项：1.一种光伏光热驱动的月壤水冰自适应多级开采系统及方法，其特征在于，包括太阳能聚光器1，太阳能集热器2，太阳能分频器3，光伏电池4，水电解装置5，氢气存储装置6，氧气存储装置7，电动水冰钻取装置8，风扇9，热电转换装置10，气体分离膜11，换热器12，杂质气体存储装置13，冷阱14,低温蒸馏装置15，气体密封罩16，热交换器17其中：太阳能聚光器1，用于汇集月球极区永久阴影区附近的光照区的阳光；太阳能集热器2，将太阳光谱中的长波太阳光的太阳能转化为高温热能，并通过工质给电动水冰钻取装置8提供热源；太阳能分频器3，通过折射、反射或者透射来实现不同波段太阳光线的分离，使得短波太阳光照射到光伏板4上实现太阳能转化为电能，长波太阳光照射到集热器2上实现太阳能转化为热能；光伏电池4，将太阳光谱中短波太阳光的太阳能转化为电能，转化的电能分别供给电动水冰钻取装置8的动力系统以及水电解装置5，分别实现电动水冰钻取装置8的转动钻取以及水电解装置5对系统收集提纯的水进行电解；水电解装置5，用于将系统收集提纯的水电解为氢气和氧气，实现将水冰转化为超净水资源，并将电解的氢气和氧气分别通向氢气存储装置6和氧气存储装置7进行存储；氢气存储装置6、氧气存储装置7，均用于对相应气体的存储；电动水冰钻取装置8，用于钻开月壤冰面；风扇9，用于实现自适应控制气体流速，使得最上方空腔气体不结冰，实现气体潜热的高效利用，当空腔内部气体温度降低时，热电转换装置10的发电量减少，风扇9的动力减少，空腔内气体流速减慢，气体潜热利用更加充分，温度升高，从而使得热电转换装置10的发电量增加，风扇9的动力增加，空腔内气体流速增加，气体潜热利用减少，温度降低，从而实现在装置不结冰的情况下水冰的自适应开采；热电转换装置10，用于将电动水冰钻取装置8的空腔内的热能转化为电能，为风扇9提供电源；气体分离膜11，用于对水冰升华的气体进行分离以及减慢电动水冰钻取装置8的空腔内气体的流速，实现水蒸气的分离纯化以及水冰气体的潜热利用；下方空腔的水冰气体通过气体分离膜11时，水蒸气将会顺利通过进入上方空腔，而SO2、NH3、CO2、H3S、CxHy气体则从侧面排出，通向杂质气体存储装置13进行存储；同时，气体分离膜11能够大大减缓气体上升的速率，使得气体在空腔内的停留时间增长，充分与壁面水冰进行换热，实现水冰升华气体潜热的充分利用；并且，由于气体分离膜的存在，各个空腔的温度从下而上温度逐渐降低，控制最上方空腔温度达到结冰点以上，实现整个装置不结冰堵塞；换热器12，用于传输太阳能集热器2的热量，换热器盘旋在电动水冰钻取装置8的内部空柱上，为电动水冰钻取装置8提供热量，使得周围的水冰升华成水蒸气进入空腔；杂质气体存储装置13，用于收集气体分离膜11以及冷阱14与低温蒸馏装置15分离出来的SO2、NH3、CO2、H3S、CxHy气体；冷阱14，用于对来自电动水冰钻取装置8的水蒸气凝集，同时与低温蒸馏装置15作用实现水的提纯净化，主要过程为：水蒸气经过冷阱14去除挥发性有机化合物，使水在冷阱14中凝集，使其满足水电解制备H2和O2的要求；在冷阱14中与水分离的其他挥发成分根据沸点的不同，通过低温蒸馏装置15实现分离提纯；气体密封罩16，用于防止水蒸气散失，同时密封罩的内反射表面具有积蓄热量的作用，防止水蒸气在密封罩内凝结；热交换器17,用于吸收光伏电池4的发电余热，降低光伏电池的表面温度。

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