[發明專利]基于光解水制氫技術的月球基地能源供應及應用系統

在審

• 申請號: 202110401123.6
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113174606A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 譚永華;汪廣旭;杜飛平;王君;李星;楊寶娥;尚冬琴;嚴宇
• 申請（專利權）人: 西安航天動力研究所
• 主分類號: C25B9/19
• 分類號: C25B9/19;C25B1/04;C25B1/55;C25B9/50;C25B9/65;H02J7/35;H02J7/00;H02J9/06
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡菀

1.一種基于光解水制氫技術的月球基地能源供應及應用系統，其特征在于：

包括太陽能光伏發電單元(2)、電源管理單元(3)、水貯箱(1)、光解水單元(4)、氫氧存儲單元(7)、氫氧-水轉換單元(5)、狀態監測單元(6)、化學推進單元(8)、環控生保單元(9)及負載(10)；

所述太陽能光伏發電單元(2)的電能輸出端接電源管理單元(3)的電能輸入端；

所述光解水單元(4)包括電解池(20)、質子交換膜(21)、產氫電極(18)、產氧電極(19)和聚光器(17)；所述質子交換膜(21)設置在電解池(20)內，并將電解池(20)左右分隔為產氫室(22)和產氧室(23)；所述產氧室(23)的進水口接水貯箱(1)的出水口；所述產氫電極(18)和產氧電極(19)分別設置在產氫室(22)和產氧室(23)內；所述聚光器(17)設置在產氧室(23)上方，用于收集太陽光；

所述氫氧存儲單元(7)包括氫氣水汽分離器(24)、氫貯箱(28)、氧氣水汽分離器(25)和氧貯箱(29)；所述光解水單元(4)的產氫室(22)出氣口接氫氣水汽分離器(24)的進氣口，氫氣水汽分離器(24)的出氣口接氫貯箱(28)的進氣口，氫氣水汽分離器(24)的出水口接水貯箱(1)的進水口；所述光解水單元(4)的產氧室(23)出氣口接氧氣水汽分離器(25)的進氣口，氧氣水汽分離器(25)的出氣口接氧貯箱(29)的進氣口，氧氣水汽分離器(25)的出水口接水貯箱(1)的進水口；

所述氫氧-水轉換單元(5)為分體式的氫氧燃料電池和電解水裝置，或者一體式可再生燃料電池；

所述氫氧燃料電池的氫氣進口接氫貯箱(28)的出氣口，其氧氣進口接氧貯箱(29)的出氣口，其出水口接水貯箱(1)的進水口，其電能輸出端接電源管理單元(3)的電能輸入端；所述電解水裝置的電能輸入端接電源管理單元(3)的電能輸出端，其進水口接水貯箱(1)的出水口，其氫氣出口接氫貯箱(28)的進氣口，其氧氣出口接氧貯箱(29)的進氣口；

所述一體式可再生燃料電池的氫氣進出口與氫貯箱(28)連接，其氧氣進出口與氧貯箱(29)連接，其進出水口與水貯箱(1)連接，其電能輸入輸出端與電源管理單元(3)連接；

所述化學推進單元(8)以氫氧為燃料提供動力，其氫氣進口接氫貯箱(28)的出氣口，其氧氣進口接氧貯箱(29)的出氣口，其電能輸入端接電源管理單元(3)的電能輸出端；

所述環控生保單元(9)用于對月球基地生存環境進行控制和保障，其氧氣進口接氧貯箱(29)的出氣口，其電能輸入端接電源管理單元(3)的電能輸出端，其出水口接水貯箱(1)的進水口；

所述負載(10)的電能輸入端接電源管理單元(3)的電能輸出端；

所述狀態監測單元(6)用于對太陽能光伏發電單元(2)、水貯箱(1)、氫氧存儲單元(7)、環控生保單元(9)、化學推進單元(8)以及負載(10)的工作狀態進行監測，并將用電需求反饋給電源管理單元(3)；

所述電源管理單元(3)根據狀態監測單元(6)反饋的用電需求進行供電。

2.根據權利要求1所述的基于光解水制氫技術的月球基地能源供應及應用系統，其特征在于：

所述氫氧存儲單元(7)還包括氫增壓泵(26)和氧增壓泵(27)；所述氫增壓泵(26)的進氣口接氫氣水汽分離器(24)的出氣口，其出氣口接氫貯箱(28)的進氣口；所述氧增壓泵(27)的進氣口接氧氣水汽分離器(25)的出氣口，其出氣口接氧貯箱(29)的進氣口。

3.根據權利要求1或2所述的基于光解水制氫技術的月球基地能源供應及應用系統，其特征在于：

所述太陽能光伏發電單元(2)包括太陽能電池板(13)、太陽能控制器(14)、蓄電池(15)和逆變器(16)；所述太陽能電池板(13)將太陽能直接轉換成電能，并通過太陽能控制器(14)將一部分電能儲存在蓄電池(15)內；所述逆變器(16)將太陽能電池板(13)和蓄電池(15)提供的低壓直流電逆變成220伏交流電后，向外輸出電能。

4.根據權利要求3所述的基于光解水制氫技術的月球基地能源供應及應用系統，其特征在于：

所述產氧電極(19)由自偏壓PN結和半導體光陽極耦合串聯而成。

5.根據權利要求4所述的基于光解水制氫技術的月球基地能源供應及應用系統，其特征在于：

所述的氫貯箱(28)和氧貯箱(29)的額定存儲壓力為2MPa-8MPa。