真空热分解装置

专利2025-04-26  4


本申请涉及金属冶炼,特别是涉及真空热分解装置。


背景技术:

1、面向载人探月工程任务要求,需要建设可供人类长期居住以及开展科学研究和资源开发的月球基地。为了搭建和维护月球基地及各种作业设备,金属材料的稳定供给必不可少,月球资源的原位利用非常重要。

2、月壤中的金属元素主要存在形式为金属氧化物。相关技术中,为了得到相应的金属材料,一般利用氢或碳进行化学还原或者熔盐电解,然而此方法对于矿石品位都有一定需求,而且要用到难以直接获取的辅助材料,实施成本较高。


技术实现思路

1、基于此,有必要针对现有的获取金属材料的方式存在成本较高的问题,提供一种真空热分解装置。

2、一种真空热分解装置,所述真空热分解装置包括:

3、原料供给单元;

4、真空腔体,与所述原料供给单元间隔设置;

5、转运单元,用于将所述原料供给单元供应的原料转移至所述真空腔体内;

6、太阳能聚光单元,位于所述真空腔体上方,用于将太阳光聚集至所述真空腔体内;

7、产物收集单元,包括与所述真空腔体连接的氧气真空泵,所述氧气真空泵用于抽出所述真空腔体内的氧气。

8、在其中一个实施例中,所述原料供给单元包括推扫结构、原料储仓和投料漏斗;所述投料漏斗位于原料储仓的侧方;所述推扫结构位于所述原料储仓的上方;所述推扫结构用于将所述原料储仓内的原料推扫至所述投料漏斗,所述原料经所述投料漏斗掉落至所述转运单元。

9、在其中一个实施例中,所述转运单元包括传送带,所述传送带上设置有凹槽,所述原料经所述投料漏斗掉落至所述凹槽,所述传送带用于将所述原料转移至所述真空腔体内。

10、在其中一个实施例中,所述传送带上设置有称量结构,所述称量结构的位置与所述真空腔体的位置对应,所述称量结构用于获取所述真空腔体内的反应原料的质量。

11、在其中一个实施例中,所述产物收集单元包括收集漏斗和产物储仓;所述收集漏斗位于所述传送带的末端,所述产物储仓位于所述收集漏斗的下方;所述传送带用于将所述真空腔体内的产物转移至所述收集漏斗,所述产物经所述收集漏斗掉落至所述产物储仓。

12、在其中一个实施例中,所述真空腔体的侧面设置有氧气出气口,氧气出气口用于连接氧气管路,所述氧气管路的出气口与所述氧气真空泵的进气口连接;

13、所述产物收集单元还包括氧气储罐,所述氧气储罐的进气口与所述氧气真空泵的出气口连接。

14、在其中一个实施例中,所述真空热分解装置还包括用于密封所述真空腔体进口的进口密封部以及密封所述真空腔体出口的出口密封部。

15、在其中一个实施例中,所述真空腔体的上方设置有透光玻璃,以使所述太阳光透过所述透光玻璃照射于所述真空腔体。

16、在其中一个实施例中,所述太阳能聚光单元包括菲涅尔透镜和反射镜;所述反射镜位于所述菲涅尔透镜的上方;所述菲涅尔透镜用于将聚焦的太阳光反射至所述反射镜,经所述反射镜反射的太阳光透过所述透光玻璃照射于所述真空腔体。

17、在其中一个实施例中,所述真空热分解装置还包括状态检测单元,所述状态检测单元包括用于测量所述真空腔体温度的测温组件以及测量所述真空腔体压力的测压组件。

18、上述真空热分解装置,包括原料供给单元、转运单元、真空腔体、太阳能聚光单元和氧气真空泵;原料供给单元提供原料月壤,转运单元将原料输送至真空腔体内进行真空热分解反应;太阳能聚光单元为真空腔体中的热分解反应持续提供热量以维持高温环境;通过氧气真空泵将真空腔体中热分解反应产生的氧气及时抽离,从而维持真空腔体内部的高温真空环境。如此,即可通过太阳光聚焦提供持续高温加热条件,在真空、高温环境下,使得金属氧化物分解还原产生氧气和金属单质,最终实现金属原料的制取,从而实现月壤的连续真空热分解反应,为月球基地提供稳定的氧气和钛、铁、铝和镁等金属资源,满足基地建设、扩展以及日常运行维护需求,操作更为简便,实施成本更低。



技术特征:

1.一种真空热分解装置,其特征在于,所述真空热分解装置包括:

2.根据权利要求1所述的真空热分解装置,其特征在于,所述原料供给单元(100)包括推扫结构(110)、原料储仓(120)和投料漏斗(130);所述投料漏斗(130)位于所述原料储仓(120)的侧方;所述推扫结构(110)位于所述原料储仓(120)的上方;所述推扫结构(110)用于将所述原料储仓(120)内的原料推扫至所述投料漏斗(130),所述原料经所述投料漏斗(130)掉落至所述转运单元(200)。

3.根据权利要求2所述的真空热分解装置,其特征在于,所述转运单元(200)包括传送带(210),所述传送带(210)上设置有凹槽(211),所述原料经所述投料漏斗(130)掉落至所述凹槽(211),所述传送带(210)用于将所述原料转移至所述真空腔体(300)内。

4.根据权利要求3所述的真空热分解装置,其特征在于,所述传送带(210)上设置有称量结构,所述称量结构的位置与所述真空腔体(300)的位置对应,所述称量结构用于获取所述真空腔体(300)内的反应原料的质量。

5.根据权利要求3所述的真空热分解装置,其特征在于,所述产物收集单元(500)包括收集漏斗(520)和产物储仓(530);所述收集漏斗(520)位于所述传送带(210)的末端,所述产物储仓(530)位于所述收集漏斗(520)的下方;所述传送带(210)用于将所述真空腔体(300)内的产物转移至所述收集漏斗(520),所述产物经所述收集漏斗(520)掉落至所述产物储仓(530)。

6.根据权利要求1所述的真空热分解装置,其特征在于,所述真空腔体(300)的侧面设置有氧气出气口(310),氧气出气口(310)用于连接氧气管路,所述氧气管路的出气口与所述氧气真空泵的进气口(511)连接;

7.根据权利要求1所述的真空热分解装置,其特征在于,所述真空热分解装置还包括用于密封所述真空腔体(300)进口的进口密封部(320)以及密封所述真空腔体(300)出口的出口密封部(330)。

8.根据权利要求1所述的真空热分解装置,其特征在于,所述真空腔体(300)的上方设置有透光玻璃(410),以使所述太阳光透过所述透光玻璃(410)照射于所述真空腔体(300)。

9.根据权利要求8所述的真空热分解装置,其特征在于,所述太阳能聚光单元(400)包括菲涅尔透镜(420)和反射镜(430);所述反射镜(430)位于所述菲涅尔透镜(420)的上方;所述菲涅尔透镜(420)用于将聚焦的太阳光反射至所述反射镜(430),经所述反射镜(430)反射的太阳光透过所述透光玻璃(410)照射于所述真空腔体(300)。

10.根据权利要求1所述的真空热分解装置,其特征在于,所述真空热分解装置还包括状态检测单元,所述状态检测单元包括用于测量所述真空腔体(300)温度的测温组件以及测量所述真空腔体(300)压力的测压组件。


技术总结
本申请涉及一种真空热分解装置,包括原料供给单元、转运单元、真空腔体、太阳能聚光单元和氧气真空泵;原料供给单元提供原料月壤,转运单元将原料输送至真空腔体内进行真空热分解反应;太阳能聚光单元为真空腔体中的热分解反应持续提供热量以维持高温环境;通过氧气真空泵将真空腔体中热分解反应产生的氧气及时抽离,从而维持真空腔体内部的高温真空环境。通过太阳光聚焦提供持续高温加热条件,在真空、高温环境下,使得金属氧化物分解还原产生氧气和金属单质,最终实现金属原料的制取,为月球基地提供稳定的氧气和钛、铁、铝和镁等金属资源,满足基地建设、扩展以及日常运行维护需求,操作更为简便,实施成本更低。

技术研发人员:李水清,肖思祺,黄骞
受保护的技术使用者:清华大学
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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