CN113431532B - 一种适用于冷泉区域的资源开采装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于冷泉区域的资源开采装置及方法，该装置包括采集机构、集气机构、输送机构和控制器，输送机构包括旋转输送架和旋转驱动件，采集机构沿预设方向依次排列设置在旋转输送架上，旋转驱动件与旋转输送架连接，集气机构与采集机构连接；旋转驱动件，用于通过旋转输送架驱使采集机构在第一位置和第二位置之间进行往返运动；第一位置为采集机构采集冷泉气体的位置；所述第二位置为集气机构向外界输送冷泉气体的位置。在本发明中，通过输送机构将采集机构输送至第一位置进行冷泉气体的采集，然后将采集机构输送至第二位置，在输送过程中，水压发生变化促使冷泉气体分解成冷泉气体进入集气机构中，由集气机构输送至外界。

Description

一种适用于冷泉区域的资源开采装置及方法

技术领域

本发明涉及海洋资源开采技术领域，尤其涉及一种适用于冷泉区域的资源开采装置及方法。

背景技术

冷泉是一种海底天然气渗漏的自然现象，该现象广泛分布在全球，其中冷泉渗漏出的气体的主要成分是甲烷，甲烷是一种比二氧化碳威力更强的温室气体。随着冷泉渗漏，大量的甲烷进入到海洋水体甚至大气中，加剧了全球气候变暖的情况，但甲烷可作为燃料及制造氢气、炭黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料，若能将冷泉渗漏出的冷泉气体收集起来，必定能有效缓解全球气候变暖的情况，甚至可以解决当前的能源危机，但是冷泉的喷发口一般位于深海海底，而海底的环境较为复杂，导致常规的开发手段无法维持持续的开采作业。

冷泉常分布在大陆边缘海底的沉积界面之下，正常情况下，海底的温度接近于9℃且水压非常大，而冷泉的温度略低于海底的温度，所以冷泉渗漏出的气体离开冷泉进入海水中时，在海底低温高压的条件作用下(水合物稳定区)，以气泡的形式溢出的气体在外表面生成一层“结冰层”，这个“冰层”就是天然气与水体形成的晶体结构即天然气水合物，由于海水的密度大于天然气包裹着水合物层的气泡的密度，所以包裹着水合物的气泡会在海水浮力的作用下向海面上浮，随着温度的升高或压力的减小，水合物包裹层会逐渐融化变成气体，冷泉渗漏出的气体就会进入到海洋水体甚至大气中，所以如何有效地将冷泉区域的资源进行持续的开采收集并利用起来是当务之急。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种适用于冷泉区域的资源开采装置，其能解决常规的开发手段无法持续对冷泉区域的资源进行开采作业的问题。

本发明的目的之二在于提供一种适用于冷泉区域的资源开采方法，其能解决常规的开发手段无法持续对冷泉区域的资源进行开采作业的问题。

为了达到上述目的之一，本发明所采用的技术方案如下：

一种适用于冷泉区域的资源开采装置，包括若干用于采集冷泉水合物的采集机构、若干用于向外界输送冷泉气体的集气机构、输送机构和控制器，所述输送机构包括用于沿预设方向进行自转的旋转输送架和旋转驱动件，所述采集机构沿预设方向依次排列设置在旋转输送架上，所述旋转驱动件与旋转输送架连接，所述集气机构的输入端与采集机构的输出端连接，所述采集机构、集气机构和旋转驱动件均与控制器连接；所述旋转驱动件，用于通过旋转输送架驱使采集机构在第一位置和第二位置之间进行往返运动；所述第一位置为采集机构采集冷泉水合物的位置；所述第二位置为集气机构向外界输送冷泉气体的位置。

优选的，所述采集机构包括内部设置有用于储存冷泉水合物的第一腔室的收集罐和封盖组件，所述收集罐的一端开设有用于采集冷泉水合物的第一开口，所述第一开口连通第一腔室，所述封盖组件盖合在第一开口上，所述收集罐的另一端与集气机构的输入端连接，所述旋转输送架与收集罐连接。

优选的，还包括转轴，所述收集罐通过转轴与旋转输送架连接。

优选的，所述封盖组件包括封盖驱动件和下盖板，所述下盖板的一端向外延伸形成连杆，所述连杆靠近下盖板的一端与收集罐活动连接，所述连杆的另一端与封盖驱动件连接，所述下盖板盖合在所述第一开口上，所述封盖驱动件与控制器连接；所述封盖驱动件，用于通过下盖板驱使所述开口处于打开和关闭其中一种状态。

优选的，还包括密封机构，所述密封机构包括设置在所述集气机构的输入端的上密封板、设置在所述采集机构的输出端的下密封板和设置在上密封板和下密封板之间的密封件，所述下密封板靠近上密封板的一侧端面上设置若干锁扣件，所述上密封板靠近下密封板的一侧端面对应锁扣件的位置设置有若干锁孔，所述上密封板和下密封板通过锁扣件通过锁扣件和锁孔可拆卸连接，所述锁扣件与控制器连接。

优选的，所述下密封板靠近上密封板的一侧端面还设置有若干第一磁铁模块，所述上密封板靠近下密封板的一侧端面对应第一磁铁模块的位置设置有第二磁铁模块，所述第一磁铁模块与第二磁铁模块可拆卸连接。

优选的，所述锁扣件包括旋扭电机、活动连接在下密封板上的扭矩传动杆、锁盘和若干沿圆周方向设置在锁盘上的锁片，所述旋扭电机的输出端通过扭矩传动杆与锁盘连接，所述旋扭电机与控制器连接；所述旋扭电机，用于通过扭矩传动杆驱使锁盘带动锁片在第三位置和第四位置之间进行往返运动；所述第三位置为锁片与锁孔处于解锁状态的位置；所述第四位置为锁片与锁孔互相锁合的位置。

优选的，还包括监测机构，所述监测机构包括用于测量水压的水压传感器、用于测量海洋深度的海洋深度传感器、用于测量采集机构的移动速度的速度传感器和用于测量采集机构内的冷泉水合物的储量的结冰传感器，所述水压传感器、海洋深度传感器和速度传感器沿圆周方向环绕设置在采集机构的外壁，所述结冰传感器与采集机构的内部连接，所述结冰传感器、水压传感器、海洋深度传感器和速度传感器均与控制器连接。

优选的，所述集气机构包括用于储存冷泉气体的集气袋和内部设置有用于收纳集气袋的第二腔室的收集箱，所述收集箱远离采集机构的一端开设有第二开口，所述第二开口上盖合有上盖板，所述上盖板的一端与第二开口活动连接，所述上盖板的另一端和第二开口之间设置有门锁组件，所述收集箱靠近采集机构的一端设置有气阀，所述集气袋的输入端通过气阀与采集机构的输出端连接，所述门锁组件和气阀均与控制器连接。

为了达到上述目的之二，本发明所采用的技术方案如下：

一种适用于冷泉区域的资源开采方法，所述方法包括一应用于适用于冷泉区域的资源开采装置的控制器，适用于冷泉区域的资源开采装置包括若干用于采集冷泉水合物的采集机构、若干用于向外界输送冷泉气体的集气机构、输送机构和控制器，所述输送机构包括用于沿预设方向进行自转的旋转输送架和旋转驱动件，所述采集机构沿预设方向依次排列设置在旋转输送架上，所述旋转驱动件与旋转输送架连接，所述集气机构的输入端与采集机构的输出端连接，所述采集机构、集气机构和旋转驱动件均与控制器连接；所述旋转驱动件，用于通过旋转输送架驱使采集机构在第一位置和第二位置之间进行往返运动；所述第一位置为采集机构采集冷泉气体的位置；所述第二位置为集气机构向外界输送冷泉气体的位置；所述采集机构包括内部设置有用于储存冷泉水合物的第一腔室的收集罐和封盖组件，所述收集罐的一端开设有用于采集冷泉水合物的第一开口，所述第一开口连通第一腔室，所述封盖组件盖合在第一开口上，所述收集罐的另一端与集气机构的输入端连接，所述旋转输送架与收集罐连接；还包括转轴，所述收集罐通过转轴与旋转输送架连接；所述封盖组件包括封盖驱动件和下盖板，所述下盖板的一端向外延伸形成连杆，所述连杆靠近下盖板的一端与收集罐活动连接，所述连杆的另一端与封盖驱动件连接，所述下盖板盖合在所述第一开口上，所述封盖驱动件与控制器连接；所述封盖驱动件，用于通过下盖板驱使所述开口处于打开和关闭其中一种状态；还包括密封机构，所述密封机构包括设置在所述集气机构的输入端的上密封板、设置在所述采集机构的输出端的下密封板和设置在上密封板和下密封板之间的密封件，所述下密封板靠近上密封板的一侧端面上设置若干锁扣件，所述上密封板靠近下密封板的一侧端面对应锁扣件的位置设置有若干锁孔，所述上密封板和下密封板通过锁扣件通过锁扣件和锁孔可拆卸连接，所述锁扣件与控制器连接；所述所述下密封板靠近上密封板的一侧端面还设置有若干第一磁铁模块，所述上密封板靠近下密封板的一侧端面对应第一磁铁模块的位置设置有第二磁铁模块，所述第一磁铁模块与第二磁铁模块可拆卸连接；所述锁扣件包括旋扭电机、活动连接在下密封板上的扭矩传动杆、锁盘和若干沿圆周方向设置在锁盘上的锁片，所述旋扭电机的输出端通过扭矩传动杆与锁盘连接，所述旋扭电机与控制器连接；所述旋扭电机，用于通过扭矩传动杆驱使锁盘带动锁片在第三位置和第四位置之间进行往返运动；所述第三位置为锁片与锁孔处于解锁状态的位置；所述第四位置为锁片与锁孔互相锁合的位置；还包括监测机构，所述监测机构包括用于测量水压的水压传感器、用于测量海洋深度的海洋深度传感器、用于测量采集机构的移动速度的速度传感器和用于测量采集机构内的冷泉水合物的储量的结冰传感器，所述水压传感器、海洋深度传感器和速度传感器沿圆周方向环绕设置在采集机构的外壁，所述结冰传感器与采集机构的内部连接，所述结冰传感器、水压传感器、海洋深度传感器和速度传感器均与控制器连接；所述集气机构包括用于储存冷泉气体的集气袋和内部设置有用于收纳集气袋的第二腔室的收集箱，所述收集箱远离采集机构的一端开设有第二开口，所述第二开口上盖合有上盖板，所述上盖板的一端与第二开口活动连接，所述上盖板的另一端和第二开口之间设置有门锁组件，所述收集箱靠近采集机构的一端设置有气阀，所述集气袋的输入端通过气阀与采集机构的输出端连接，所述门锁组件和气阀均与控制器连接；所述控制器包括储存器和处理器；储存器，用于存储程序指令；处理器，用于运行所述程序指令，以执行以下步骤：

通过第一磁铁模块和第二磁铁模块通电吸合，驱使下密封板的锁扣件套嵌在上密封板的锁孔中，再通过旋扭电机驱使锁片与锁孔互相锁合；

通过旋转驱动件驱使旋转输送架带动采集机构沿预设方向移动至第一位置，再通过封盖组件驱使第一开口处于打开状态，开始采集冷泉水合物至第一腔室；

通过结冰传感器判断第一腔室内的冷泉水合物储量是否达到第一预设值，若是，则通过封盖组件驱使第一开口处于关闭状态，若否，则通过封盖组件驱使第一开口保持关闭状态；

通过旋转驱动件驱使旋转输送架带动采集机构沿预设方向向第二位置移动；

通过水压传感器判断当前水压是否达到第二预设值，若否，则通过旋转输送架驱使采集机构向第二位置运动，若是，则打开气阀，驱使收集罐和集气袋连通，同时通过门锁组件驱使第二开口处于打开状态，以使集气袋开始储存冷泉气体；

通过海洋深度传感器判断当前水深是否达到第三预设值，若否，则通过旋转输送架驱使采集机构向第二位置运动，若是，则通过旋扭电机驱使锁片与锁孔处于解锁状态的位置，再通过第一磁铁模块和第二磁铁模块断电分离，驱使下密封板的锁扣件与上密封板的锁孔分离，回收集气袋。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过旋转驱动件驱使旋转输送架进行自转，以驱使连接有集气机构的采集机构在第一位置(采集冷泉水合物)和第二位置(对外界输送冷泉气体)之间进行往返运动；具体的，由于采集机构沿预设方向依次排列设置在旋转输送架上，从第二位置返回第一位置时，采集机构持续地对冷泉喷发口进行冷泉水合物的采集，即通过多个设置在旋转输送架上的采集机构依次到达第一位置采集冷泉水合物，并循环多次，以使得持续的开采作业，进一步的，从第一位置到第二位置时，采集机构所受的压力逐步降低，即利用降压法来促使冷泉水合物分解成冷泉气体，并进入到集气机构，再由集气机构向外界输送冷泉气体。

附图说明

图1为本发明中所述的采集机构自第二位置至第一位置的实际应用结构示意图。

图2为本发明中所述的采集机构自第一位置至第二位置的实际应用结构示意图。

图3为本发明中所述的输送机构的结构示意图。

图4为本发明中所述的采集机构的结构示意图。

图5为本发明中所述的上密封板的结构示意图。

图6为本发明中所述的下密封板的结构示意图。

图中：1-采集机构；11-第一腔室；12-收集罐；13-封盖组件；131-封盖驱动件；132-下盖板；133-连杆；2-集气机构；21-集气袋；22-第二腔室；23-收集箱；24-上盖板；25-门锁组件；26-气阀；3-输送机构；31-旋转驱动件；32-旋转输送架；4-密封机构；41-上密封板；42-下密封板；43-密封件；44-锁扣件；441-旋扭电机；442-扭矩传动杆；443-锁盘；444-锁片；45-锁孔；46-第一磁铁模块；47-第二磁铁模块；5-监测机构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

在本发明中，所述采集机构1和输送机构3均为耐高压耐腐蚀材料制成，所述旋转输送架32的作业范围为水下400米至海底，所述旋转驱动件31为用于驱使旋转输送架32沿预设方向进行自转的装置，包含但不限于电动机，所述旋转输送架32通过水下管柱或者海底锚固定在预定的海域，以抵抗水下的洋流，能够持续地在冷泉区域进行资源开采。

实施例一：

如图1-6所示，一种适用于冷泉区域的资源开采装置，包括若干用于采集冷泉水合物的采集机构1、若干用于向外界输送冷泉气体的集气机构2、输送机构3和控制器，所述输送机构3包括用于沿预设方向进行自转的旋转输送架32和旋转驱动件31，所述采集机构1沿预设方向依次排列设置在旋转输送架32上，所述旋转驱动件31与旋转输送架32连接，所述集气机构2的输入端与采集机构1的输出端连接，所述采集机构1、集气机构2和旋转驱动件31均与控制器连接；所述旋转驱动件31，用于通过旋转输送架32驱使采集机构1在第一位置和第二位置之间进行往返运动；所述第一位置为采集机构1采集冷泉水合物的位置；所述第二位置为集气机构2向外界输送冷泉气体的位置。在本实施例中，所述旋转输送架32整体呈圆形结构，以减少转动时海水带来的压力，优选的，所述采集机构1通过转轴与旋转输送架32连接，进一步的，转轴与采集机构1的上端，并且采集机构1的重量大于集气机构2的重量，以使采集机构1在整个采集和输送过程中均位于集气机构2的下方，即由上至下依次为集气袋21、收集箱23、上密封板41、下密封板42和收集罐12，便于采集机构1采集冷泉水合物和以及冷泉水合物分解生成的冷泉气体进入到集气机构2中。

优选的，如图4所示，所述采集机构1包括内部设置有用于储存冷泉水合物的第一腔室11的收集罐12和封盖组件13，所述收集罐12的一端开设有用于采集冷泉气体的第一开口，所述第一开口连通第一腔室11，所述封盖组件13盖合在第一开口上，所述收集罐12的另一端与集气机构2的输入端连接，所述旋转输送架32与收集罐12连接。进一步的，所述封盖组件13包括封盖驱动件131和下盖板132，所述下盖板132的一端向外延伸形成连杆133，所述连杆133靠近下盖板132的一端与收集罐12活动连接，所述连杆133的另一端与封盖驱动件131连接，所述下盖板132盖合在所述开口，所述封盖驱动件131与控制器连接；所述封盖驱动件131，用于通过下盖板132驱使所述第一开口处于打开和关闭其中一种状态。

具体的，冷泉气体从海底的喷发口中排出后，受海底的高压低温的环境因素影响，冷泉气体会在极短的时间形成冷泉水合物(即由气态转变成固态)，在本实施例中，进行冷泉水合物采集时，预先采用封盖驱动件131通过连杆133驱使下盖板132绕连杆133和收集罐12的连接点向外翻转，驱使所述第一开口处于打开状态，其中所述封盖驱动件131可以为液压油缸等装置；优选的，所述连杆133靠近下盖板132的一端与收集罐12活铰接，并且旋转驱动件31通过旋转输送架32驱使收集罐12向喷发口方向移动，令到第一开口覆盖在喷发口上或者第一开口的位置停留喷发口的上方，以使冷泉气体形成的冷泉水合物进入到第一腔室11中(此时旋转输送架32处于停止状态)，进入到第一腔室11的冷泉水合物逐渐聚集并凝结成块，当第一腔室11中的充满冷泉水合物后，封盖驱动件131通过连杆133驱使下盖板132绕连杆133和收集罐12的连接点翻转，驱使所述第一开口处于关闭状态，在该过程中，由于下盖板132的向外侧翻转的，所以第一开口的开关不受第一腔室11内的冷泉水合物影响，充分利用第一腔室11内的空间来储存冷泉水合物，并且能够有效地将冷泉水合物封闭在第一腔室11中。

优先的，如图5-6所示，还包括密封机构4，所述密封机构4包括设置在所述集气机构2的输入端的上密封板41、设置在所述采集机构1的输出端的下密封板42和设置在上密封板41和下密封板42之间的密封件43，所述下密封板42靠近上密封板41的一侧端面上设置若干锁扣件44，所述上密封板41靠近下密封板42的一侧端面对应锁扣件44的位置设置有若干锁孔45，所述上密封板41和下密封板42通过锁扣件44通过锁扣件44和锁孔45可拆卸连接，所述锁扣件44与控制器连接。具体的，上密封板41和下密封板42的中部均开设有一安装孔，上密封板41中部的安装孔密封套嵌在集气机构2的输入端，下密封板42中部的安装孔密封套嵌在采集机构1的输出端，在本实施例中，采集机构1和集气机构2通过下密封板42和上密封板41进行密封连接，具体的，将下密封板42的锁扣件44与上密封板41的锁孔45进行互锁中，进一步的，所述密封件43为密封圈，当密封板的锁扣件44与上密封板41的锁孔45进行互锁时，上密封板41和下密封板42通过密封圈形成密封连接，以使采集机构1中的冷泉水合物分解出来的冷泉气体无法泄露到海洋中。优先的，所述锁扣件44包括旋扭电机441、扭矩传动杆442、锁盘443和若干沿圆周方向设置在锁盘443上的锁片444，所述旋扭电机441的输出端通过扭矩传动杆442与锁盘443连接，所述旋扭电机441与控制器连接；所述旋扭电机441，用于通过扭矩传动杆442驱使锁盘443带动锁片444在第三位置和第四位置之间进行往返运动；所述第三位置为锁片444与锁孔45处于解锁状态的位置；所述第四位置为锁片444与锁孔45互相锁合的位置。并且，所述下密封板42靠近上密封板41的一侧端面还设置有若干第一磁铁模块46，所述上密封板41靠近下密封板42的一侧端面对应第一磁铁模块46的位置设置有第二磁铁模块47，所述第一磁铁模块46与第二磁铁模块47可拆卸连接。在本实施例中，根据三点确定一个面的原理，在下密封板42靠近上密封板41的一侧端面至少设置有三个第一磁铁模块46，其中三个第一磁铁模块46不处于同一直线上，当第一磁铁模块46和第二磁铁模块47通电后，两者的极性不同，异性互吸，下密封板42与上密封板41通过第一磁铁模块46和第二磁铁模块47之间的吸力实现定位和连接，在第一磁铁模块46和第二磁铁模块47的互相吸合的过程中，扭矩传动杆442、锁盘443和锁片444穿过锁孔45，然后旋扭电机441通过扭矩传动杆442驱使锁盘443和锁片444转动，以使锁片444与锁孔45互相锁合(即从第三位转动到第四位置)，以实现采集机构1和集气机构2的自动对接，降低水下操作的难度，优选的，此时第一磁铁模块46和第二磁铁模块47无需保持通电。

还包括监测机构5，所述监测机构5包括用于测量水压的水压传感器、用于测量海洋深度的海洋深度传感器、用于测量采集机构1的移动速度的速度传感器和用于测量采集机构1内的冷泉水合物的储量的结冰传感器，所述水压传感器、海洋深度传感器和速度传感器沿圆周方向环绕设置在采集机构1的外壁，所述结冰传感器与采集机构1的内部连接，所述结冰传感器、水压传感器、海洋深度传感器和速度传感器均与控制器连接。在本实施例中，水压传感器、海洋深度传感器和速度传感器沿圆周方向环绕设置在收集罐12的外壁，以稳定收集罐12的重心，保持收集罐12在水中的状态。

优选的，所述集气机构2包括用于储存冷泉气体的集气袋21和内部设置有用于收纳集气袋21的第二腔室22的收集箱23，所述收集箱23远离采集机构1的一端开设有第二开口，所述第二开口上盖合有上盖板24，所述上盖板24的一端与第二开口活动连接，所述上盖板24的另一端和第二开口之间设置有门锁组件25，所述收集箱23靠近采集机构1的一端设置有气阀26，所述集气袋21的输入端通过气阀26与采集机构1的输出端连接，所述门锁组件25和气阀26均与控制器连接。在本实施例中，收集箱23靠近采集机构1的一端与上密封板41连接，所述门锁组件25可以为适用于水下环境的电磁锁或者液压锁等；当冷泉水合物开始分解时，门锁组件25处于开锁状态，驱使第二开口处于打开状态，使得被折叠收纳在第二腔室22的集气袋21能够在冷泉气体的作用下从第二腔室22中解放出来，并膨胀至一定程度。

实施例二：

在本实施例中，一种适用于冷泉区域的资源开采方法，所述方法包括一应用于实施例一中所述的适用于冷泉区域的资源开采装置的控制器，所述控制器包括储存器和处理器；储存器，用于存储程序指令；处理器，用于运行所述程序指令，以执行以下步骤：

通过第一磁铁模块46和第二磁铁模块47通电吸合，驱使下密封板42的锁扣件44套嵌在上密封板41的锁孔45中，再通过旋扭电机441驱使锁片444与锁孔45互相锁合；

具体的，由于采集机构1沿预设方向依次排列设置在旋转输送架32，所以采集机构1跟随着旋转输送架32的自转而旋转，在本实施例中，当采集机构1跟随着旋转输送架32旋转至第二位置时，采集机构1会与集气机构2互相分离，采集机构1继续跟随着旋转输送架32旋转，而集气机构2会向上浮升至水面(或者由ROV将集气机构2提升至水面)，由外界(船只等)将集气袋21中的冷泉气体收集起来(放气)，再将因放气而干瘪的集气袋21折叠起来，收纳到第二腔室22中，然后利用门锁组件25将上盖板24盖合在第二开口上，即将集气袋21收纳到收集箱23，然后将收集箱23重新投放到水中，通过ROV或者管道等驱使收集箱23连接有上密封板41的一端向采集机构1(此时此时采集机构1上未与集气机构2连接)设置有下密封板42的一端靠近，然后对第一磁铁模块46和第二磁铁模块47进行通电(通入不同方向的电流，驱使第一磁铁模块46和第二磁铁模块47的极性不同)，当第一磁铁模块46和第二磁铁模块47通电后，利用第一磁铁模块46和第二磁铁模块47的极性不同，使得第一磁铁模块46和第二磁铁模块47之间互相产生吸力，优选的，在下密封板42靠近上密封板41的一侧端面至少设置有三个第一磁铁模块46，其中三个第一磁铁模块46不处于同一直线上，上密封板41上的第二磁铁模块47的数量和位置对应第一磁铁模块46设置，根据三点确定一个面的原理，下密封板42与上密封板41会在第一磁铁模块46和第二磁铁模块47之间的吸力影响下实现定位和连接，同时，在第一磁铁模块46和第二磁铁模块47的互相吸合的过程中，扭矩传动杆442、锁盘443和锁片444穿过锁孔45，然后旋扭电机441通过扭矩传动杆442驱使锁盘443和锁片444转动，以使锁片444与锁孔45互相锁合(即从第三位转动到第四位置)，以实现采集机构1和集气机构2的自动对接，降低水下操作的难度。在本实施例中，当采集机构1和集气机构2连接在一起后，集气机构2与采集机构1一起跟随旋转输送架32的转动而移动，直至到互相分离。

通过旋转驱动件31驱使旋转输送架32带动采集机构1沿预设方向移动至第一位置，再通过封盖组件13驱使第一开口处于打开状态，开始采集冷泉水合物至第一腔室11；

具体的，当采集机构1和集气机构2连接后，采集机构1和集气机构2均跟随旋转输送架32沿预设方向进行转动，在该过程中，集气袋21始终被锁在收集箱23的第二腔室22中，避免集气袋21受损害或者在海水的作用下，产生与预设方向不同向的作用力，影响采集机构1在水中的姿态以及旋转输送架32的自转，当采集机构1的收集罐12到达第一位置(或者临近第一位置)，封盖驱动件131通过连杆133驱使下盖板132向外翻转，以使第一开口处于打开状态；此时第一开口覆盖在喷发口上或者第一开口的位置停留喷发口的上方，以使冷泉气体形成的冷泉水合物进入到第一腔室11中，进入到第一腔室11的冷泉水合物会以肉眼可见的速度迅速凝结起来；优选的，旋转输送架32上任一采集机构1在收集冷泉水合物时，旋转输送架32均会处于停止转动的状态，此时速度传感器会将当前的采集机构1的转速(由于采集机构1设置在旋转输送架32上，所以采集机构1的转速等于旋转输送架32的转速)，反馈至外界(船只等)，外界可以根据实际情况调整投放集气机构2的频率。

通过结冰传感器判断第一腔室11内的冷泉水合物储量是否达到第一预设值，若是，则通过封盖组件13驱使第一开口处于关闭状态，若否，则通过封盖组件13驱使开口保持打开状态；

具体的，所述结冰传感器通过声波、光、电或者振动来区分冰、水与空气等，其中冰、水与空气的性质不一样，反馈到结冰传感器的信号也会不一样，以使得结冰传感器能够区分出第一腔室11内的冷泉水合物储量，当结冰传感器判断第一腔室11中未充满冷泉水合物或者冷泉水合物储量未达到第一预设值，则通过封盖组件13驱使开口保持打开状态，继续采集冷泉气体形成的冷泉水合物；当结冰传感器判断第一腔室11中充满冷泉水合物或者冷泉水合物储量达到第一预设值(其中第一预设值可以为第一腔室11的容积与冷泉水合物的体积之比)，封盖驱动件131通过连杆133驱使下盖板132绕连杆133和收集罐12的连接点翻转，驱使所述第一开口处于关闭状态(下盖板132盖合在第一开口上)，在该过程中，由于下盖板132的向外侧翻转的，所以第一开口的开关不受第一腔室11内的冷泉水合物影响，充分利用第一腔室11内的空间来储存冷泉水合物，并且能够有效地将冷泉水合物封闭在第一腔室11中。

进一步的，还可通过结冰传感器的检测结果来判断获取收集罐12的第一腔室11收集冷泉水合物的时间，结合速度传感器当前检测到的旋转输送架32自转的速度，进而调整转驱动件驱使旋转输送架32自转的速度，提高冷泉水合物的采集效率。

通过旋转驱动件31驱使旋转输送架32带动采集机构1沿预设方向向第二位置移动；

具体，当该采集机构1的收集罐12的第一腔室11充满冷泉水合物或者冷泉水合物储量达到第一预设值，则旋转输送架32将该采集机构1向第二位置的方向移动，以使下一个采集机构1的收集罐12到达第一位置继续采集冷泉气体形成的冷泉水合物，如此类推。

通过水压传感器判断当前水压是否达到第二预设值，若否，则通过旋转输送架32驱使采集机构1向第二位置运动，若是，则打开气阀26，驱使收集罐12和集气袋21连通，同时通过门锁组件25驱使第二开口处于打开状态，以使集气袋21开始储存冷泉气体；

具体的，装有冷泉水合物的采集机构1由旋转输送架32逐级向第二位置上移，当水压传感器感应到当前水压达到第二预设值(冷泉水合物分解生成冷泉气体的临界压值)，则打开气阀26，驱使收集罐12和集气袋21连通，在本实施例中，在第一腔室11中的冷泉水合物分解出来的冷泉气体的密度较小，并且集气袋21位于收集罐12的上方，则冷泉气体自然向上流动通过气阀26进入集气袋21中，随着进入集气袋21的气体逐渐增多，集气袋21逐渐膨胀，导致集气袋21所受的浮力逐步增大，即集气袋21向旋转输送架32提供一个与切线平行且向上的浮力，当采集机构1和集气机构2均跟随旋转输送架32的转动向第二位置运动时，集气袋21的浮力可减少旋转驱动件31的负载，实现低耗能运行。

进一步的，在气阀26打开之后，可通过结冰传感器的检测结果来判断获取第一腔室11内冷泉水合物分解的时间，结合速度传感器当前检测到的旋转输送架32自转的速度，再次调整转驱动件驱使旋转输送架32自转的速度，以使旋转输送架32自转的速度达到最佳的平衡点，使得冷泉水合物充分分解。

通过海洋深度传感器判断当前水深是否达到第三预设值，若否，则通过旋转输送架32驱使采集机构1向第二位置运动，若是，则通过旋扭电机441驱使锁片444与锁孔45处于解锁状态的位置，再通过第一磁铁模块46和第二磁铁模块47断电分离，驱使下密封板42的锁扣件44与上密封板41的锁孔45分离，回收集气袋21。

具体的，通过海洋深度传感器获取采集机构1当前的位置的水深，从而判断当前水深是否达到第三预设值，若否，则通过旋转输送架32驱使采集机构1向第二位置运动，若是，则旋扭电机441通过扭矩传动杆442驱使锁盘443和锁片444转动，以使锁片444与锁孔45互相解锁(即从第四位转动到第三位置)，值得注意的是，解锁过程中第一磁铁模块46和第二磁铁模块47处于互相吸合的状态，若从第一位置到第二位置的过程中，第一磁铁模块46和/或第二磁铁模块47出现断电，那么进行解锁之前，应当重新对第一磁铁模块46和/或第二磁铁模块47通电，使得第一磁铁模块46和第二磁铁模块47处于互相吸合的状态，避免锁片444与锁孔45互相卡死，无法解锁；解锁完成后，则对第一磁铁模块46和第二磁铁模块47进行断电，以使第一磁铁模块46和第二磁铁模块47不再互相吸合，采集机构1和集气机构2互相分离，集气机构2不再与采集机构1一起受旋转输送架32的驱使而移动；在海水的浮力的作用下，集气机构2向上浮，再由ROV等装置回收至船上，对集气袋21中的冷泉气体进行集中储存，再将集气袋21折叠收纳到第二腔室22中，进行下一轮的投放。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于冷泉区域的资源开采装置，其特征在于：包括若干用于采集冷泉水合物的采集机构、若干用于向外界输送冷泉气体的集气机构、输送机构和控制器，所述输送机构包括用于沿预设方向进行自转的旋转输送架和旋转驱动件，所述采集机构沿预设方向依次排列设置在旋转输送架上，所述旋转驱动件与旋转输送架连接，所述集气机构的输入端与采集机构的输出端连接，所述采集机构、集气机构和旋转驱动件均与控制器连接；所述旋转驱动件，用于通过旋转输送架驱使采集机构在第一位置和第二位置之间进行往返运动；所述第一位置为采集机构采集冷泉水合物的位置；所述第二位置为集气机构向外界输送冷泉气体的位置。

2.如权利要求1所述的适用于冷泉区域的资源开采装置，其特征在于：所述采集机构包括内部设置有用于储存冷泉水合物的第一腔室的收集罐和封盖组件，所述收集罐的一端开设有用于采集冷泉水合物的第一开口，所述第一开口连通第一腔室，所述封盖组件盖合在第一开口上，所述收集罐的另一端与集气机构的输入端连接，所述旋转输送架与收集罐连接。

3.如权利要求2所述的适用于冷泉区域的资源开采装置，其特征在于：还包括转轴，所述收集罐通过转轴与旋转输送架连接。

4.如权利要求2所述的适用于冷泉区域的资源开采装置，其特征在于：所述封盖组件包括封盖驱动件和下盖板，所述下盖板的一端向外延伸形成连杆，所述连杆靠近下盖板的一端与收集罐活动连接，所述连杆的另一端与封盖驱动件连接，所述下盖板盖合在所述第一开口上，所述封盖驱动件与控制器连接；所述封盖驱动件，用于通过下盖板驱使所述开口处于打开和关闭其中一种状态。

5.如权利要求1所述的适用于冷泉区域的资源开采装置，其特征在于：还包括密封机构，所述密封机构包括设置在所述集气机构的输入端的上密封板、设置在所述采集机构的输出端的下密封板和设置在上密封板和下密封板之间的密封件，所述下密封板靠近上密封板的一侧端面上设置若干锁扣件，所述上密封板靠近下密封板的一侧端面对应锁扣件的位置设置有若干锁孔，所述上密封板和下密封板通过锁扣件和锁孔可拆卸连接，所述锁扣件与控制器连接。

6.如权利要求5所述的适用于冷泉区域的资源开采装置，其特征在于：所述下密封板靠近上密封板的一侧端面还设置有若干第一磁铁模块，所述上密封板靠近下密封板的一侧端面对应第一磁铁模块的位置设置有第二磁铁模块，所述第一磁铁模块与第二磁铁模块可拆卸连接。

7.如权利要求5所述的适用于冷泉区域的资源开采装置，其特征在于：所述锁扣件包括旋扭电机、活动连接在下密封板上的扭矩传动杆、锁盘和若干沿圆周方向设置在锁盘上的锁片，所述旋扭电机的输出端通过扭矩传动杆与锁盘连接，所述旋扭电机与控制器连接；所述旋扭电机，用于通过扭矩传动杆驱使锁盘带动锁片在第三位置和第四位置之间进行往返运动；所述第三位置为锁片与锁孔处于解锁状态的位置；所述第四位置为锁片与锁孔互相锁合的位置。

8.如权利要求1所述的适用于冷泉区域的资源开采装置，其特征在于：还包括监测机构，所述监测机构包括用于测量水压的水压传感器、用于测量海洋深度的海洋深度传感器、用于测量采集机构的移动速度的速度传感器和用于测量采集机构内的冷泉水合物的储量的结冰传感器，所述水压传感器、海洋深度传感器和速度传感器沿圆周方向环绕设置在采集机构的外壁，所述结冰传感器与采集机构的内部连接，所述结冰传感器、水压传感器、海洋深度传感器和速度传感器均与控制器连接。

9.如权利要求1所述的适用于冷泉区域的资源开采装置，其特征在于：所述集气机构包括用于储存冷泉气体的集气袋和内部设置有用于收纳集气袋的第二腔室的收集箱，所述收集箱远离采集机构的一端开设有第二开口，所述第二开口上盖合有上盖板，所述上盖板的一端与第二开口活动连接，所述上盖板的另一端和第二开口之间设置有门锁组件，所述收集箱靠近采集机构的一端设置有气阀，所述集气袋的输入端通过气阀与采集机构的输出端连接，所述门锁组件和气阀均与控制器连接。

10.一种适用于冷泉区域的资源开采方法，所述方法包括一应用于适用于冷泉区域的资源开采装置的控制器，其特征在于：适用于冷泉区域的资源开采装置包括若干用于采集冷泉水合物的采集机构、若干用于向外界输送冷泉气体的集气机构、输送机构和控制器，所述输送机构包括用于沿预设方向进行自转的旋转输送架和旋转驱动件，所述采集机构沿预设方向依次排列设置在旋转输送架上，所述旋转驱动件与旋转输送架连接，所述集气机构的输入端与采集机构的输出端连接，所述采集机构、集气机构和旋转驱动件均与控制器连接；所述旋转驱动件，用于通过旋转输送架驱使采集机构在第一位置和第二位置之间进行往返运动；所述第一位置为采集机构采集冷泉气体的位置；所述第二位置为集气机构向外界输送冷泉气体的位置；所述采集机构包括内部设置有用于储存冷泉水合物的第一腔室的收集罐和封盖组件，所述收集罐的一端开设有用于采集冷泉水合物的第一开口，所述第一开口连通第一腔室，所述封盖组件盖合在第一开口上，所述收集罐的另一端与集气机构的输入端连接，所述旋转输送架与收集罐连接；还包括转轴，所述收集罐通过转轴与旋转输送架连接；所述封盖组件包括封盖驱动件和下盖板，所述下盖板的一端向外延伸形成连杆，所述连杆靠近下盖板的一端与收集罐活动连接，所述连杆的另一端与封盖驱动件连接，所述下盖板盖合在所述第一开口上，所述封盖驱动件与控制器连接；所述封盖驱动件，用于通过下盖板驱使所述开口处于打开和关闭其中一种状态；还包括密封机构，所述密封机构包括设置在所述集气机构的输入端的上密封板、设置在所述采集机构的输出端的下密封板和设置在上密封板和下密封板之间的密封件，所述下密封板靠近上密封板的一侧端面上设置若干锁扣件，所述上密封板靠近下密封板的一侧端面对应锁扣件的位置设置有若干锁孔，所述上密封板和下密封板通过锁扣件和锁孔可拆卸连接，所述锁扣件与控制器连接；所述下密封板靠近上密封板的一侧端面还设置有若干第一磁铁模块，所述上密封板靠近下密封板的一侧端面对应第一磁铁模块的位置设置有第二磁铁模块，所述第一磁铁模块与第二磁铁模块可拆卸连接；所述锁扣件包括旋扭电机、活动连接在下密封板上的扭矩传动杆、锁盘和若干沿圆周方向设置在锁盘上的锁片，所述旋扭电机的输出端通过扭矩传动杆与锁盘连接，所述旋扭电机与控制器连接；所述旋扭电机，用于通过扭矩传动杆驱使锁盘带动锁片在第三位置和第四位置之间进行往返运动；所述第三位置为锁片与锁孔处于解锁状态的位置；所述第四位置为锁片与锁孔互相锁合的位置；还包括监测机构，所述监测机构包括用于测量水压的水压传感器、用于测量海洋深度的海洋深度传感器、用于测量采集机构的移动速度的速度传感器和用于测量采集机构内的冷泉水合物的储量的结冰传感器，所述水压传感器、海洋深度传感器和速度传感器沿圆周方向环绕设置在采集机构的外壁，所述结冰传感器与采集机构的内部连接，所述结冰传感器、水压传感器、海洋深度传感器和速度传感器均与控制器连接；所述集气机构包括用于储存冷泉气体的集气袋和内部设置有用于收纳集气袋的第二腔室的收集箱，所述收集箱远离采集机构的一端开设有第二开口，所述第二开口上盖合有上盖板，所述上盖板的一端与第二开口活动连接，所述上盖板的另一端和第二开口之间设置有门锁组件，所述收集箱靠近采集机构的一端设置有气阀，所述集气袋的输入端通过气阀与采集机构的输出端连接，所述门锁组件和气阀均与控制器连接；所述控制器包括储存器和处理器；储存器，用于存储程序指令；处理器，用于运行所述程序指令，以执行以下步骤：

通过第一磁铁模块和第二磁铁模块通电吸合，驱使下密封板的锁扣件套嵌在上密封板的锁孔中，再通过旋扭电机驱使锁片与锁孔互相锁合；

通过旋转驱动件驱使旋转输送架带动采集机构沿预设方向移动至第一位置，再通过封盖组件驱使第一开口处于打开状态，开始采集冷泉水合物至第一腔室；

通过结冰传感器判断第一腔室内的冷泉水合物储量是否达到第一预设值，若是，则通过封盖组件驱使第一开口处于关闭状态，若否，则通过封盖组件驱使第一开口保持关闭状态；

通过旋转驱动件驱使旋转输送架带动采集机构沿预设方向向第二位置移动；

通过水压传感器判断当前水压是否达到第二预设值，若否，则通过旋转输送架驱使采集机构向第二位置运动，若是，则打开气阀，驱使收集罐和集气袋连通，同时通过门锁组件驱使第二开口处于打开状态，以使集气袋开始储存冷泉气体；

通过海洋深度传感器判断当前水深是否达到第三预设值，若否，则通过旋转输送架驱使采集机构向第二位置运动，若是，则通过旋扭电机驱使锁片与锁孔处于解锁状态的位置，再通过第一磁铁模块和第二磁铁模块断电分离，驱使下密封板的锁扣件与上密封板的锁孔分离，回收集气袋。

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