一種帶調(diào)速閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶調(diào)速閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，包括：相變腔體；設(shè)置在相變腔體內(nèi)相變液壓油囊；通過(guò)出油路與相變液壓油囊連接的蓄能器；通過(guò)帶有順序閥、換向閥的進(jìn)油路與蓄能器連接的外油囊；通過(guò)帶有順序閥、換向閥的第一回油路與所述外油囊連接的內(nèi)油囊；所述相變液壓油囊通過(guò)帶有單向閥的第二回油路與內(nèi)油囊連接；第一回油路上的換向閥、進(jìn)油路上的順序閥受控于外油囊；第一回油路上的順序閥受控于蓄能器；進(jìn)油路上的換向閥受控于內(nèi)油囊；以及發(fā)電裝置。本發(fā)明利用海水的溫差能自行上浮下沉；本發(fā)明設(shè)計(jì)精巧，不需要任何電磁閥進(jìn)行控制，不耗電能，且能發(fā)電，無(wú)需外部控制，提高了設(shè)備的壽命及可靠性。
【專利說(shuō)明】
-種帶調(diào)速閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，尤其是一種帶調(diào)速閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖 面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋剖面運(yùn)動(dòng)設(shè)備是人們研究和探測(cè)海洋的重要工具。對(duì)于需要長(zhǎng)期持續(xù)地在海 洋中工作的監(jiān)測(cè)設(shè)備，傳統(tǒng)上都是采用裡電池的供電方式，然而裡電池的能耗有相當(dāng)一部 分用于設(shè)備的驅(qū)動(dòng)與控制，極大的降低了剖面運(yùn)動(dòng)設(shè)備的使用壽命。目前已經(jīng)有應(yīng)用溫差 能驅(qū)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，其對(duì)設(shè)備運(yùn)動(dòng)的控制靠電磁閥來(lái)完成，然而電磁閥幾十瓦的能耗對(duì)于 運(yùn)種在海洋中長(zhǎng)期值守的剖面運(yùn)動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)依然過(guò)大。另一方面，充足的海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)是 人們深入認(rèn)識(shí)海洋的必要條件，傳統(tǒng)上的剖面監(jiān)測(cè)設(shè)備受電池電量的限制無(wú)法提高剖面運(yùn) 動(dòng)次數(shù)。最后，剖面監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)一般都由單片機(jī)進(jìn)行電氣控制，一旦發(fā)生問(wèn)題便會(huì)導(dǎo)致 設(shè)備故障，降低了設(shè)備的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有海洋剖面運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在控制方式W及能耗上的缺陷，提出 一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、運(yùn)行可靠的帶有發(fā)電裝置的節(jié)能型溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。
[0004] -種帶調(diào)速閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，包括：
[0005] 盛放有固液相變材料和密封液體的相變腔體；
[0006] 設(shè)置在相變腔體內(nèi)被密封液體包覆的相變液壓油囊；
[0007] 通過(guò)帶有單向閥的出油路與所述相變液壓油囊連接的蓄能器；
[000引通過(guò)帶有順序閥、換向閥的進(jìn)油路與所述蓄能器連接的外油囊；
[0009] 通過(guò)帶有順序閥、換向閥的第一回油路與所述外油囊連接的內(nèi)油囊；
[0010] 所述相變液壓油囊通過(guò)帶有單向閥的第二回油路與內(nèi)油囊連接；
[0011] 所述外油囊和相變腔體設(shè)于一密封腔外，其余部件和油路均設(shè)于該密封腔內(nèi)；
[0012] 所述第一回油路上的換向閥、進(jìn)油路上的順序閥受控于所述外油囊；
[0013] 所述第一回油路上的順序閥受控于所述蓄能器;所述進(jìn)油路上的換向閥受控于內(nèi) 油囊；
[0014] W及發(fā)電裝置。
[0015] 本發(fā)明的技術(shù)方案中，系統(tǒng)內(nèi)自帶發(fā)電裝置，節(jié)省外接供電，適用性更強(qiáng)。
[0016] 作為優(yōu)選，所述發(fā)電裝置包括：
[0017] 通過(guò)依次帶有=個(gè)換向閥、馬達(dá)和單向閥的發(fā)電進(jìn)油路與所述蓄能器連接的輔助 油囊；
[0018] 與馬達(dá)輸出端連接的發(fā)電單元；
[0019] 所述輔助油囊通過(guò)帶有單向閥的油路與所述相變液壓油囊連接；
[0020] 所述發(fā)電進(jìn)油路上的兩個(gè)換向閥受控于所述外油囊，剩余一個(gè)換向閥受控于所述 內(nèi)油囊。
[0021] 作為優(yōu)選，所述進(jìn)油路上設(shè)有節(jié)流閥，所述第一回油路上也設(shè)有節(jié)流閥;所述馬達(dá) 入口的發(fā)電進(jìn)油路上設(shè)有調(diào)速閥。
[0022] 作為優(yōu)選，所述發(fā)電單元包括與馬達(dá)依次設(shè)置的發(fā)電機(jī)、DC-DC模塊、充電管理模 塊和裡電池組。
[0023] 本發(fā)明中：
[0024] 受內(nèi)油囊控制的發(fā)電進(jìn)油路上的換向閥為常閉閥口，僅在內(nèi)油囊壓力大于該換向 閥的彈黃彈力時(shí)斷開;受內(nèi)油囊控制的進(jìn)油路上的順序閥為常開閥口，僅在內(nèi)油囊壓力大 于該順序閥的壓力時(shí)閉合；
[0025] 受外油囊控制的兩個(gè)換向閥中一個(gè)為常閉閥口，一個(gè)是常開閥口，僅在外油囊壓 力滿足某一區(qū)間（小于該常閉閥口的彈黃力，大于該常開閥口的彈黃力）時(shí)，兩者同時(shí)閉合； 受外油囊控制的第一回油路上的換向閥為常閉閥口，僅在外油囊壓力大于該換向閥的彈黃 彈力時(shí)斷開；
[0026] 受蓄能器控制的第一回油路上的順序閥為常開閥口，僅在蓄能器的壓力大于該順 序閥的彈黃壓力時(shí)閉合。
[0027] 本發(fā)明中，閥口閉合是指油液可W流通此閥，閥口斷開是指油液不可W流通此閥； 常開、常閉是指閥在只受彈黃力作用時(shí)的狀態(tài)，常閉是指油液可W流通此閥，常開是指油液 無(wú)法流通此閥。
[0028] 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，自上而下假設(shè)具有上限位點(diǎn)、勻速下降點(diǎn)、勻速上升點(diǎn)和下限位 點(diǎn)；同時(shí)根據(jù)需要設(shè)置發(fā)電區(qū)間上限和發(fā)電區(qū)間下限。
[00巧]對(duì)于運(yùn)行系統(tǒng)：
[0030] 在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備在上限位點(diǎn)處，第一回油路上的順序閥在蓄能器控制下 閉合，在到達(dá)下限位點(diǎn)時(shí)斷開;第一回油路上的換向閥在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)下降到勻速下降點(diǎn)時(shí)斷 開，在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)上升到勻速下降點(diǎn)時(shí)閉合;進(jìn)油路上的順序閥在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)下降到勻速上升 點(diǎn)時(shí)閉合，上升到勻速上升點(diǎn)時(shí)斷開;進(jìn)油路上的換向閥在上限位點(diǎn)到勻速下降點(diǎn)過(guò)程中 斷開，在下限位點(diǎn)時(shí)閉合；
[0031] 對(duì)于發(fā)電裝置部分：
[0032] 設(shè)備下降時(shí)，輔助油囊壓力較大，受輔助油囊控制的換向閥斷開，發(fā)電進(jìn)油路斷 開;設(shè)備上升時(shí)，輔助油囊壓力較小，受輔助油囊控制的液控?fù)Q向閥閉合，上升到發(fā)電區(qū)間 (如圖12所示)下限時(shí)，外油囊控制的常閉閥口閉合(在發(fā)電區(qū)間下限之下時(shí)，外油囊壓力大 于此閥彈黃力，此閥一直被斷開），上升到發(fā)電區(qū)間上限時(shí)，外油囊控制的常開閥口斷開(在 發(fā)電區(qū)間上限之下時(shí)，外油囊壓力大于此閥彈黃力，此閥一直被閉合）。
[0033] 作為優(yōu)選，所述固液相變材料選用相變溫度為18.2°C的正十六燒或者相變溫度為 18±2°C的溫度敏感性水凝膠。其相變溫度處于上層海水與底層海水溫度之間固液相變時(shí) 體積變化8%-10%，相變材料為正十六燒時(shí)，密封液體選用水，相變材料凝固收縮時(shí)由水填 補(bǔ)凝固所產(chǎn)生的空間，正十六燒密度小于水，因此相變液壓油囊安裝在相變腔體的下側(cè);相 變材料為溫敏性水凝膠時(shí)，密封液體選用凝固點(diǎn)為-9.6 °C的正十二燒，相變材料凝固收縮 時(shí)由正十二燒填補(bǔ)凝固所產(chǎn)生的空間，溫敏性水凝膠密度大于正十二燒，因此相變液壓油 囊安裝在相變腔體的上側(cè)。作為更進(jìn)一步優(yōu)選，所述固液相變材料選用相變溫度為18.2°C 的正十六燒;密封液體選用水。
[0034] 本發(fā)明中，進(jìn)油路上的順序閥、換向閥和該油路上的節(jié)流閥各自控制功能相互獨(dú) 立，其在進(jìn)油路上的連接順序無(wú)嚴(yán)格要求，可根據(jù)實(shí)際需要確定；同樣的，第一回油路上的 順序閥、換向閥和該油路上的節(jié)流閥連接順序也無(wú)嚴(yán)格要求;發(fā)電進(jìn)油路中=個(gè)換向閥順 序也無(wú)嚴(yán)格要求;W滿足功能實(shí)現(xiàn)為準(zhǔn)。
[0035] 作為優(yōu)選，所述進(jìn)油路上、第一回油路上的順序閥均為外控式順序閥，均受外設(shè)的 液壓控制;所述進(jìn)油路上、第一回油路上、發(fā)電進(jìn)油路中的換向閥均可采用液控截止式換向 閥。順序閥的外控壓力較大，能到幾十MPa，液控截止式換向閥的控制壓力一般在幾bar到幾 MPa但是能承受幾十MPa的壓力，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇和設(shè)定。
[0036] 作為優(yōu)選，所述進(jìn)油路上、第一回油路上、發(fā)電進(jìn)油路順序閥、換向閥、的彈黃預(yù)壓 縮量均可調(diào)。且均在設(shè)備布放前根據(jù)布放的水深范圍調(diào)節(jié)好。
[0037] 作為優(yōu)選，所述內(nèi)油囊外包圍有密封腔體，密封腔體內(nèi)壁與內(nèi)油囊外壁之間充有 氮?dú)?，氮?dú)鈮毫﹄S內(nèi)油囊體積而變化。氮?dú)獾某錃饬繚M足:外油囊的油液進(jìn)入內(nèi)油囊后，內(nèi) 油囊的壓力大于第一換向閥的彈黃力；內(nèi)油囊油液被相變液壓油囊吸收完成后，內(nèi)油囊的 壓力小于第一換向閥的彈黃力。
[0038] 作為優(yōu)選，所述輔助油囊外包圍有密封腔體，密封腔體內(nèi)壁與輔助油囊外壁之間 充有氮?dú)猓獨(dú)鈮毫﹄S輔助油囊體積而變化。氮?dú)獾某錃饬繚M足:相變液壓油囊從輔助油囊 和內(nèi)油囊吸液徹底后，輔助油囊壓力等于此時(shí)內(nèi)油囊壓力(此舉是保證輔助油囊與內(nèi)油囊 皆能為相變液壓油囊供油），且從輔助油囊進(jìn)入相變液壓油囊的油液量等于發(fā)電時(shí)從蓄能 器進(jìn)入輔助油囊的油液量。
[0039] 作為優(yōu)選，所述第一回油路上的順序閥的彈黃力設(shè)定值略低于固液相變材料完全 融化后蓄能器的壓力(若彈黃力設(shè)定值太低，則蓄能器壓力很低時(shí)設(shè)備便下沉，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備 在最低點(diǎn)處蓄能器無(wú)法給外油囊充液;若彈黃力設(shè)定值太高，則蓄能器壓力打不開該油路 上的順序閥，設(shè)備無(wú)法運(yùn)動(dòng)）；所述第一回油路上的換向閥的彈黃力設(shè)定值略大于設(shè)備剖面 運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)處外油囊的壓力值(彈黃力運(yùn)樣設(shè)置可W使最高點(diǎn)處該油路上的換向閥打開， 設(shè)備下降幾米后彈黃力等于直至小于外油囊壓力，該油路上的換向閥逐漸關(guān)閉）。所述進(jìn)油 路上的順序閥的彈黃力設(shè)定值略小于設(shè)備剖面運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)處外油囊的壓力值(彈黃力運(yùn)樣 設(shè)置可使在最低點(diǎn)處外油囊壓力大于該順序閥的彈黃力，該順序閥導(dǎo)通。同時(shí)若設(shè)備不下 降到接近最低點(diǎn)，該順序閥不通，設(shè)備繼續(xù)下降），所述進(jìn)油路上的換向閥的彈黃力設(shè)定值 略高于固液相變材料完全冷凝收縮后內(nèi)油囊的壓力值(彈黃力運(yùn)樣設(shè)置可確保固液相變材 料幾乎完全冷凝，內(nèi)油囊及輔助油囊油液最大限度進(jìn)入相變液壓油囊，為下一循環(huán)相變材 料融化產(chǎn)生高壓準(zhǔn)備條件）。
[0040] 作為優(yōu)選，內(nèi)油囊控制的發(fā)電進(jìn)油路上的換向閥彈黃力設(shè)定值大小在固液相變材 料完全冷凝收縮后內(nèi)油囊的壓力值與外油囊的油液最大限度進(jìn)入內(nèi)油囊后內(nèi)油囊壓力值 之間；作為進(jìn)一步優(yōu)選，內(nèi)油囊控制的發(fā)電進(jìn)油路上的換向閥彈黃力設(shè)定值為固液相變材 料完全冷凝收縮后內(nèi)油囊的壓力值與外油囊的油液最大限度進(jìn)入內(nèi)油囊后內(nèi)油囊壓力值 之均值(因?yàn)樵O(shè)備下降時(shí)內(nèi)油囊壓力較高，因此在設(shè)備下降階段此閥斷開;設(shè)備上升時(shí)內(nèi)油 囊壓力最低，因此上升階段此閥導(dǎo)通）。作為優(yōu)選，發(fā)電進(jìn)油路上由外油囊控制的兩個(gè)換向 閥中位機(jī)能相反，且兩者彈黃力設(shè)定值不相同，因此外油囊壓力在上述兩彈黃力設(shè)定值之 間時(shí)兩閥同時(shí)導(dǎo)通，其他壓力時(shí)一通一閉。上述=個(gè)液控截止式換向閥全部導(dǎo)通即設(shè)備在 上升階段且處于某一深度區(qū)間之內(nèi)時(shí)，主油路導(dǎo)通且開始發(fā)電。
[0041] 由于回油路上壓差較小，因此回油路上節(jié)流閥為普通節(jié)流閥；進(jìn)油路上壓差較高， 作為優(yōu)選，所述節(jié)流閥為精密節(jié)流閥。
[0042] 本發(fā)明中，相變液壓油囊與蓄能器內(nèi)均為液壓油。蓄能器可選擇隔膜式蓄能器或 者囊式蓄能器。其中密封液體與液壓油之間由液壓油囊隔斷，相變液壓油囊通過(guò)密封圈安 裝在相變腔體上，其密封方式為靜密封與傳統(tǒng)的活塞式的動(dòng)密封相比具有更好的密封性 能。
[0043] 本發(fā)明中，相變液壓油囊安裝在相變腔體內(nèi)，相變腔體內(nèi)的空余部分裝滿固液相 變材料與密封液體，外油囊、相變腔體暴露在海水中，其他零件及管路密封在密封腔之內(nèi)； 在出油路和進(jìn)油路，相變液壓油囊通過(guò)單向閥連接蓄能器，蓄能器與進(jìn)油路的順序閥連接， 進(jìn)油路上順序閥與液控截止式換向閥連接，液控截止式換向閥通過(guò)精密節(jié)流閥與外油囊連 接;在發(fā)電進(jìn)油路，蓄能器通過(guò)=個(gè)液控截止式換向閥連接調(diào)速閥，調(diào)速閥連接定量馬達(dá)， 馬達(dá)的油液通過(guò)單向閥回輔助油囊;在第一回油路和第二回油路，外油囊通過(guò)節(jié)流閥與外 控式順序閥連接，外控式順序閥通過(guò)液控截止換向閥連接內(nèi)油囊，內(nèi)油囊通過(guò)帶有單向閥 的第二回油路與相變液壓油囊相連;在發(fā)電回油路中，輔助油囊通過(guò)單向閥連接相變液壓 油囊;在控制油路:蓄能器連接回油路上外控式順序閥的控制腔，外油囊的油口連接進(jìn)油路 上外控式順序閥的控制腔、回油路上液控截止式換向閥的控制腔與發(fā)電進(jìn)油路上2個(gè)液控 截止式換向閥控制腔，內(nèi)油囊油口連接進(jìn)油路液控截止式換向閥的控制腔與發(fā)電進(jìn)油路上 1個(gè)液控截止式換向閥控制腔。
[0044] 本發(fā)明中，設(shè)及到的"第一""第二"僅僅是用于區(qū)別兩個(gè)或多個(gè)部件或者油路，對(duì) 運(yùn)些部件或油路的功能和順序等均沒(méi)有限定作用。
[0045] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)如下：
[0046] 本發(fā)明中固液相變材料通過(guò)深水低溫區(qū)的凝固收縮與淺水高溫區(qū)的融化膨脹為 系統(tǒng)提供動(dòng)力來(lái)源，蓄能器儲(chǔ)存能量并在液壓閥的控制下進(jìn)行能量的釋放，液壓閥的控制 完全采用系統(tǒng)內(nèi)部油壓及外部水壓所產(chǎn)生的外油囊油壓，不需電力控制，同時(shí)由于材料融 化產(chǎn)生的蓄能器高壓至設(shè)定值時(shí)設(shè)備自動(dòng)下沉，材料冷凝導(dǎo)致的內(nèi)油囊低壓至設(shè)定值后設(shè) 備自動(dòng)上浮，完全根據(jù)自身狀況運(yùn)動(dòng)不需要進(jìn)行人為設(shè)定，充分利用了溫差能，最大限度提 高了單日運(yùn)動(dòng)次數(shù)。除此之外設(shè)備還可W在上浮過(guò)程的某個(gè)深度區(qū)間內(nèi)利用剩余的蓄能器 能量發(fā)電，通過(guò)調(diào)速閥的使用使得所發(fā)電壓穩(wěn)定便于儲(chǔ)存。本發(fā)明設(shè)計(jì)精巧，溫差能利用率 高，不需要任何電磁閥進(jìn)行控制，無(wú)需耗電且能發(fā)電，無(wú)需外部人為控制，提高了設(shè)備的壽 命及可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0047] 圖1為本發(fā)明的帶有發(fā)電裝置的節(jié)能型溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)示意圖。
[0048] 圖2為處于運(yùn)動(dòng)范圍最上位時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。
[0049] 圖3為從外油囊吸液時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。
[0050] 圖4為從外油囊吸液完畢后系統(tǒng)勻速下沉狀態(tài)示意圖。
[0051] 圖5為下降到發(fā)電區(qū)間時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。
[0052] 圖6為下降脫離發(fā)電區(qū)間時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。
[0053] 圖7為下降到最低點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。
[0054] 圖8為給外油囊充液時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。
[0055] 圖9為上浮至勻速上升點(diǎn)后系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。
[0056] 圖10為勻速上浮至發(fā)電區(qū)間時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。
[0057] 圖11為上浮脫離發(fā)電區(qū)間時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)示意圖 [005引圖12為設(shè)備在海中布置方式示意圖。
[0化9] 上述附圖中：
[0060] 1、相變腔體;2、固液相變材料;3、相變液壓油囊;4、密封液體;5、輔助油囊的密封 腔;6、輔助油囊;7、單向閥；8、單向閥；9、內(nèi)油囊的密封腔體；10、內(nèi)油囊；11、單向閥；12、外 油囊；13、永磁同步直流發(fā)電機(jī)；14、聯(lián)軸器；15、液壓馬達(dá)；16、調(diào)速閥；17、截止式換向閥； 18、截止式換向閥；19、截止式換向閥；20、外控式順序閥；21a、發(fā)電進(jìn)油路;21b、發(fā)電回油 路;22、單向閥；23、蓄能器;24、液壓油；25、截止式換向閥；26、節(jié)流閥；27、節(jié)流閥；28、外控 式順序閥；29、截止式換向閥；30曰、第一回油路;3化、第二回油路;31、出油路;32、進(jìn)油路。
【具體實(shí)施方式】
[0061 ] W下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0062] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明的一種帶有發(fā)電裝置的節(jié)能型溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包 括:相變腔體1、相變液壓油囊3、輔助油囊密封腔5、輔助油囊6、單向閥7、單向閥8、內(nèi)油囊密 封腔體9、內(nèi)油囊10、單向閥11、外油囊12、永磁同步直流發(fā)電機(jī)13、聯(lián)軸器14、液壓馬達(dá)15、 調(diào)速閥16、截止式換向閥17、截止式換向閥18、截止式換向閥19、外控式順序閥20、單向閥 22、蓄能器23、截止式換向閥25、節(jié)流閥26、節(jié)流閥27、外控式順序閥28、截止式換向閥29; W 及將運(yùn)些部件連接的油路：出油路31、進(jìn)油路32、第一回油路30曰、第二回油路30b、發(fā)電進(jìn)油 路21a、發(fā)電回油路2化和多條控制油路。
[0063] 圖1中，相變腔體1為兩個(gè)。相變液壓油囊3安裝在相變腔體1內(nèi)，相變腔體1內(nèi)的空 余部分裝滿固液相變材料2與密封液體4，相變液壓油囊3被密封液體4包圍，外油囊12、相變 腔體1暴露在海水中，其他零件及管路密封在密封腔體之內(nèi)；
[0064] 本發(fā)明中，外控式順序閥和截止式換向閥均采用液控式結(jié)構(gòu)，通過(guò)外設(shè)的液體壓 力變化實(shí)現(xiàn)對(duì)其工作狀態(tài)的控制。
[0065] 各部件和各油路之間的關(guān)系如下：
[0066] 下面的出油路31、進(jìn)油路32、第一回油路30曰、第二回油路30b構(gòu)成運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的主油 路：
[0067] 出油路31:相變液壓油囊3通過(guò)單向閥22連接蓄能器23;
[0068] 進(jìn)油路32:蓄能器23連接外控式順序閥20,外控式順序閥20與液控截止式換向閥 25連接，液控截止式換向閥25通過(guò)精密節(jié)流閥26連接外油囊12;外控式順序閥20與液控截 止式換向閥25、精密節(jié)流閥26在進(jìn)油路32上的的相對(duì)順序不需要嚴(yán)格控制，可根據(jù)需要調(diào) 整；
[0069 ] 第一回油路30a:外油囊12通過(guò)節(jié)流閥27與外控式順序閥28連接，外控式順序閥28 通過(guò)液控截止換向閥29連接內(nèi)油囊10;節(jié)流閥27、外控式順序閥28、液控截止換向閥29在第 一回油路30a上的相對(duì)安裝順序沒(méi)有嚴(yán)格限制，可根據(jù)需要調(diào)整；
[0070]第二回油路30b:內(nèi)油囊10通過(guò)單向閥8與相變液壓油囊3相連；
[0071 ]下面介紹發(fā)電裝置的主要油路：
[0072] 發(fā)電進(jìn)油路21a:蓄能器23依次連接3個(gè)液控截止式換向閥19、液控截止式換向閥 18、液控截止式換向閥17，液控截止式換向閥17通過(guò)調(diào)速閥16連接液壓馬達(dá)15;液控截止式 換向閥19、液控截止式換向閥18、液控截止式換向閥17在發(fā)電進(jìn)油路2 Ia上的相對(duì)安裝位置 可根據(jù)需要調(diào)整，不需要嚴(yán)格按照?qǐng)D1布置;液壓馬達(dá)15通過(guò)單向閥11與輔助油囊6相連；
[0073] 發(fā)電回油路2化：同時(shí)輔助油囊6通過(guò)帶有單向閥7的發(fā)電回油路2化與相變液壓油 囊3相連，該油路直接與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的第二回油路30b直接連接，也可單獨(dú)設(shè)置；
[0074] 上述設(shè)及到的油路，比如進(jìn)油路32、發(fā)電進(jìn)油路21a可同時(shí)通過(guò)一條管路與進(jìn)油路 32連接，也可單獨(dú)設(shè)置管路；
[0075] 控制油路:蓄能器23連接第一回油路30a上外控式順序閥28的控制腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)外控 式順序閥28的控制。外油囊12分別連接進(jìn)油路32上外控式順序閥20的控制腔、第一回油路 30a上液控截止式換向閥29的控制腔、發(fā)電進(jìn)油路21a上兩個(gè)液控截止式換向閥17、液控截 止式換向閥18的控制腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)外控式順序閥20、液控截止式換向閥29、液控截止式換向閥 17、液控截止式換向閥18的控制。內(nèi)油囊10-路連接進(jìn)油路32上液控截止式換向閥25的控 制腔，另一路連接發(fā)電進(jìn)油路21a上液控截止式換向閥19的控制腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)液控截止式換向 閥25、液控截止式換向閥19的控制。
[0076] 定量馬達(dá)15通過(guò)聯(lián)軸器14連接永磁同步直流發(fā)電機(jī)13,產(chǎn)生的電能通過(guò)DC-DC模 塊及充電管理模塊(電路)儲(chǔ)存進(jìn)裡電池組。
[0077] 其中；
[0078] 固液相變材料選用相變溫度為18.2°C的正十六燒，其相變溫度處于上層海水與底 層海水溫度之間，其固相密度835Kg/m 3，液相密度為770.化g/m3，固液相變時(shí)體積變化8%， 密封液體選用水，相變材料凝固時(shí)由水填補(bǔ)凝固所產(chǎn)生的空間；
[0079] 密封液體與液壓油之間由液壓油囊隔斷，液壓油囊通過(guò)密封圈安裝在相變腔上， 其密封方式為靜密封，與傳統(tǒng)的活塞式的動(dòng)密封相比具有更好的密封性能。
[0080] 第一回油路30a上外控式順序閥28、第一回油路30a上液控截止換向閥29、進(jìn)油路 32上外控式順序閥20、進(jìn)油路上液控截止式換向閥25、發(fā)電進(jìn)油路21a上的液控截止式換向 閥19、液控截止式換向閥18、液控截止式換向閥17彈黃預(yù)壓縮量可調(diào)，且均在設(shè)備布放前根 據(jù)布放的水深范圍調(diào)節(jié)好。
[0081] 由于第一回油路30a上壓差較小，因此第一回油路30a上節(jié)流閥27為普通節(jié)流閥； 進(jìn)油路32上壓差較高，進(jìn)油路32上的節(jié)流閥26為具有很高節(jié)流精度的精密節(jié)流閥。
[0082] 對(duì)于單向閥7,輔助油囊6壓力大于相變液壓油囊3內(nèi)壓力時(shí)，單向?qū)?，反之?dāng)嚅_； 對(duì)于單向閥8,當(dāng)內(nèi)油囊10壓力大于相變液壓油囊3壓力時(shí)，單向閥8單向?qū)?，反之?dāng)嚅_;對(duì) 于單向閥11，當(dāng)發(fā)電進(jìn)油路21a上的閥全部導(dǎo)通且蓄能器23壓力大于輔助油囊6內(nèi)壓力時(shí)， 單向?qū)?，反之?dāng)嚅_;對(duì)于單向閥22,當(dāng)相變液壓油囊3大于蓄能器23內(nèi)壓力時(shí)，單向?qū)ǎ?反之?dāng)嚅_。
[0083] 包裹內(nèi)油囊的密封腔體9內(nèi)為氮?dú)?，氮?dú)鈮毫﹄S內(nèi)油囊10體積而變化。設(shè)計(jì)時(shí)，氮 氣的充氣量應(yīng)保證外油囊12油液進(jìn)入內(nèi)油囊10后，內(nèi)油囊10壓力大于進(jìn)油路32上液控截止 式換向閥25的彈黃力；內(nèi)油囊10油液被相變液壓油囊3吸收后，內(nèi)油囊10壓力小于進(jìn)油路液 控截止式換向閥25的彈黃力。
[0084] 輔助油囊6外包圍有密封腔體5,密封腔體5內(nèi)壁與輔助油囊6外壁之間充有氮?dú)猓?氮?dú)鈮毫﹄S輔助油囊6體積而變化。氮?dú)獾某錃饬繚M足:相變液壓油囊3從輔助油囊6和內(nèi)油 囊10吸液徹底后，輔助油囊6壓力等于此時(shí)內(nèi)油囊10壓力(此舉是保證輔助油囊6與內(nèi)油囊 10皆能為相變液壓油囊3供油），且從輔助油囊6進(jìn)入相變液壓油囊3的油液量等于發(fā)電時(shí)從 蓄能器23進(jìn)入輔助油囊6的油液量。
[0085] 第一回油路30a上外控式順序閥28的彈黃力設(shè)定值略微低于相變材料完全融化后 蓄能器23的壓力，第一回油路30a上液控截止換向閥29的彈黃力設(shè)定值略微大于設(shè)備剖面 運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)處(圖12中上限位對(duì)應(yīng)位置)外油囊12油液的壓力值，進(jìn)油路32上外控式順序閥 20的彈黃力設(shè)定值略小于設(shè)備剖面運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)處（圖12中下限位對(duì)應(yīng)位置)外油囊12油液 的壓力值，進(jìn)油路32上液控截止式換向閥25的彈黃力設(shè)定值略高于相變材料完全冷凝收縮 后內(nèi)油囊10的壓力值。
[0086] 發(fā)電進(jìn)油路21a上的截止式換向閥19彈黃力設(shè)定值為固液相變材料2完全冷凝收 縮后內(nèi)油囊10的壓力值與外油囊12的油液最大限度進(jìn)入內(nèi)油囊10后內(nèi)油囊10壓力值之均 值。發(fā)電進(jìn)油路21a上截止式換向閥18與截止式換向閥17中位機(jī)能相反，且截止式換向閥18 彈黃力設(shè)定值大于截止式換向閥17彈黃力設(shè)定值，兩者彈黃力設(shè)定值的大小由發(fā)電區(qū)間對(duì) 應(yīng)的水深區(qū)間壓力決定。
[0087] 本發(fā)明中，各閥口的動(dòng)作順序如表1所示：
[008引表1各閥動(dòng)作順序表
[0089]
[0090] 本實(shí)施例中，帶有發(fā)電裝置的節(jié)能型溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理如 下：
[0091] 首先根據(jù)所需的運(yùn)動(dòng)深度范圍將設(shè)備進(jìn)行上下位的物理限制，如圖12所示:錯(cuò)塊 固定于海底，錯(cuò)塊與浮力材料之間固定有導(dǎo)向纜繩;本發(fā)明的帶有發(fā)電裝置的節(jié)能型溫差 能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在該纜繩上滑動(dòng);按照實(shí)際要求設(shè)置好上限位點(diǎn)和下限位點(diǎn)。
[0092] 初始狀態(tài)時(shí)，設(shè)備處于正浮力狀態(tài)且被限位在運(yùn)動(dòng)范圍的上限。由于設(shè)備處于最 高位，外油囊12壓力低于外控式順序閥20彈黃力設(shè)定值、低于液控截止式換向閥18彈黃力 設(shè)定值及液控截止式換向閥17的彈黃力設(shè)定值，因此外控式順序閥20處于關(guān)閉狀態(tài)，液控 截止式換向閥18處于導(dǎo)通狀態(tài)，液控截止式換向閥17處于斷開狀態(tài)；由于液控截止式換向 閥29的彈黃力設(shè)定值略大于處于最高位的外油囊12壓力，因此液控截止式換向閥29導(dǎo)通； 由于此時(shí)內(nèi)油囊10油液最少，壓力低于液控截止式換向閥25彈黃力設(shè)定值與液控截止式換 向閥19的彈黃力設(shè)定值，因此液控截止式換向閥25與液控截止式換向閥19都導(dǎo)通，如圖2所 /J、- O
[0093] 由于淺層海水溫度高于材料相變溫度，相變材料2融化膨脹升壓，因此單向閥22導(dǎo) 通，相變液壓油囊3中的高壓油經(jīng)單向閥22充液至蓄能器23中，隨著相變材料2融化，蓄能器 23壓力逐漸升高，當(dāng)壓力升高到外控式順序閥28的設(shè)定值時(shí)，外控式順序閥28打開，第一回 油路30a導(dǎo)通，外油囊12中的油液進(jìn)入內(nèi)油囊10,設(shè)備從正浮力狀態(tài)變?yōu)樨?fù)浮力狀態(tài)，設(shè)備 下沉，如圖3所示。
[0094] 隨著外油囊12往內(nèi)油囊10充液，內(nèi)油囊10壓力升高至液控截止式換向閥25的設(shè)定 彈黃值時(shí)，截止式換向閥25關(guān)閉；內(nèi)油囊10壓力升高至液控截止式換向閥19的設(shè)定彈黃值 時(shí)，截止式換向閥19關(guān)閉；下沉一小段距離后，當(dāng)外油囊壓力大于液控截止式換向閥29的彈 黃力設(shè)定值時(shí)，液控截止式換向閥29關(guān)閉，第一回油路30a斷開，到達(dá)勻速下降點(diǎn)，設(shè)備勻速 下沉，如圖4所示。
[00M]隨著設(shè)備勻速下沉，當(dāng)?shù)竭_(dá)發(fā)電區(qū)間（如圖12所示)時(shí)，液控截止式換向閥17導(dǎo)通， 但因液控截止式換向閥19是斷開的，因此發(fā)電進(jìn)油路21a依然斷開，如圖5所示。
[0096] 隨著設(shè)備勻速下沉，當(dāng)下沉脫離發(fā)電區(qū)間（如圖12所示)時(shí)，液控截止式換向閥18 斷開，如圖6所示。
[0097] 設(shè)備下沉到最低點(diǎn)時(shí)，由于外控式順序閥20的彈黃力設(shè)定值略小于剖面運(yùn)動(dòng)最低 點(diǎn)處外油囊12油液的壓力值，外控式順序閥20導(dǎo)通，如圖7所示。
[0098] 因?yàn)樯钏畢^(qū)水溫低于相變材料2的相變溫度，相變材料2冷凝收縮，相變液壓油囊3 內(nèi)逐漸產(chǎn)生真空，輔助油囊6與內(nèi)油囊10的低壓油分別通過(guò)單向閥7與單向閥8為相變液壓 油囊巧h油，輔助油囊6與內(nèi)油囊10壓力降低，內(nèi)油囊10油壓降至液控截止式換向閥19的彈 黃力設(shè)定值時(shí)，液控截止式換向閥19導(dǎo)通，內(nèi)油囊10油壓降至液控截止式換向閥25的彈黃 力設(shè)定值時(shí)，液控截止式換向閥25導(dǎo)通;因外控式順序閥20已導(dǎo)通，因此液控截止式換向閥 25導(dǎo)通時(shí)蓄能器23給外油囊12充液，外油囊12體積增大，設(shè)備逐漸上??；因蓄能器23放油導(dǎo) 致壓力降低，外控式順序閥28斷開，如圖8所示。
[0099] 上浮小段距離后，當(dāng)外油囊12壓力低于外控式順序閥20的彈黃設(shè)定值時(shí)，外控式 順序閥20關(guān)閉，進(jìn)油路關(guān)閉，到達(dá)勻速上升點(diǎn)，設(shè)備勻速上浮，如圖9所示。
[0100] 隨著設(shè)備勻速上浮，當(dāng)?shù)竭_(dá)發(fā)電區(qū)間（如圖12所示)時(shí)，液控截止式換向閥18導(dǎo)通， 因此發(fā)電進(jìn)油路21a導(dǎo)通，高壓油推動(dòng)液壓馬達(dá)15轉(zhuǎn)動(dòng)，由于蓄能器23油液流出，蓄能器23 壓力降低，調(diào)速閥16通過(guò)檢測(cè)節(jié)流口兩側(cè)壓差自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)流口大小，維持流速恒定，馬達(dá)為 定量馬達(dá)，因此轉(zhuǎn)速恒定，永磁同步直流發(fā)電機(jī)恒壓發(fā)電，如圖10所示。
[0101] 當(dāng)上浮脫離發(fā)電區(qū)間（如圖12所示)時(shí)，液控截止式換向閥17斷開，發(fā)電進(jìn)油路21a 斷開，如圖11所示。
[0102] 隨著上浮，外油囊12壓力降低，上浮經(jīng)過(guò)勻速下降點(diǎn)（如圖12所示）后，外油囊12壓 力小于液控截止式換向閥29的彈黃力時(shí)，液控截止式換向閥29導(dǎo)通，由于此時(shí)外控式順序 閥28依然關(guān)閉，第一回油路30a不通，設(shè)備依然上浮直至最上位，如圖2所示，至此一個(gè)循環(huán) 完成。
[0103] 本發(fā)明不需要任何電磁閥進(jìn)行控制，節(jié)省了電能；能夠利用海水的溫差能自行上 浮下沉;能夠根據(jù)海水溫度自適應(yīng)的改變相變時(shí)間，相變完成后立即上浮或下沉，極大提高 了剖面運(yùn)動(dòng)次數(shù);除此之外設(shè)備在上浮的某段區(qū)間內(nèi)發(fā)電并儲(chǔ)存，提高了觀測(cè)儀器的使用 壽命;本發(fā)明中的控制全部直接來(lái)自液壓管路的油壓，沒(méi)有采用傳統(tǒng)的壓力傳感器及電控 設(shè)備，節(jié)省了成本并提高了系統(tǒng)的可靠性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種帶調(diào)速閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:包括： 盛放有固液相變材料和密封液體的相變腔體； 設(shè)置在相變腔體內(nèi)被密封液體包覆的相變液壓油囊； 通過(guò)帶有單向閥的出油路與所述相變液壓油囊連接的蓄能器； 通過(guò)帶有順序閥、換向閥的進(jìn)油路與所述蓄能器連接的外油囊； 通過(guò)帶有順序閥、換向閥的第一回油路與所述外油囊連接的內(nèi)油囊； 所述相變液壓油囊通過(guò)帶有單向閥的第二回油路與內(nèi)油囊連接； 所述外油囊和相變腔體設(shè)于一密封腔外，其余部件和油路均設(shè)于該密封腔內(nèi)； 所述第一回油路上的換向閥、進(jìn)油路上的順序閥受控于所述外油囊;所述第一回油路 上的順序閥受控于所述蓄能器;所述進(jìn)油路上的換向閥受控于內(nèi)油囊； 以及發(fā)電裝置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶調(diào)速閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，其特征在 于:所述發(fā)電裝置包括： 通過(guò)依次帶有三個(gè)換向閥、馬達(dá)和單向閥的發(fā)電進(jìn)油路與所述蓄能器連接的輔助油 囊； 與馬達(dá)輸出端連接的發(fā)電單元； 所述輔助油囊通過(guò)帶有單向閥的發(fā)電回油路與所述相變液壓油囊連接； 所述發(fā)電進(jìn)油路上的兩個(gè)換向閥受控于所述外油囊，剩余一個(gè)換向閥受控于所述內(nèi)油 囊。3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的帶調(diào)速閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，其特征 在于:所述進(jìn)油路上設(shè)有節(jié)流閥，所述第一回油路上也設(shè)有節(jié)流閥;所述馬達(dá)入口的發(fā)電進(jìn) 油路上設(shè)有調(diào)速閥。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶調(diào)速閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，其特征在 于:所述發(fā)電單元包括與馬達(dá)依次設(shè)置的發(fā)電機(jī)、DC-DC模塊、充電管理模塊和鋰電池組。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶調(diào)速閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，其特征 在于:所述固液相變材料選用相變溫度為18.2°C的正十六烷或者相變溫度為18±2°C的溫 度敏感性水凝膠。6. 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的帶調(diào)速閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，其特征 在于，所述順序閥均為外控式順序閥；所述換向閥均為液控截止式換向閥；所述順序閥、換 向閥的彈簧預(yù)壓縮量均可調(diào)。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶調(diào)速閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，其特征在 于： 所述內(nèi)油囊外包圍有密封腔體，密封腔體內(nèi)壁與內(nèi)油囊外壁之間充有氮?dú)猓獨(dú)獾某?氣量滿足:外油囊的油液進(jìn)入內(nèi)油囊后，內(nèi)油囊的壓力大于進(jìn)油路上的換向閥的彈簧力；內(nèi) 油囊油液被相變液壓油囊吸收徹底后，內(nèi)油囊的壓力小于進(jìn)油路上的換向閥的彈簧力； 所述輔助油囊外包圍有密封腔體，密封腔體內(nèi)壁與輔助油囊外壁之間充有氮?dú)猓獨(dú)?的充氣量滿足:相變液壓油囊從輔助油囊和內(nèi)油囊吸液徹底后，輔助油囊壓力等于此時(shí)內(nèi) 油囊壓力，且從輔助油囊進(jìn)入相變液壓油囊的油液量等于發(fā)電時(shí)從蓄能器進(jìn)入輔助油囊的 油液量。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶調(diào)速閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，其特征在 于： 所述第一回油路上:順序閥的彈簧力設(shè)定值略低于固液相變材料完全融化后蓄能器的 壓力;換向閥的彈簧力設(shè)定值略大于設(shè)備剖面運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)處外油囊的壓力值； 所述進(jìn)油路上：順序閥的彈簧力設(shè)定值略小于設(shè)備剖面運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)處外油囊的壓力 值，換向閥的彈簧力設(shè)定值略高于固液相變材料完全冷凝收縮后內(nèi)油囊的壓力值； 內(nèi)油囊控制的發(fā)電進(jìn)油路上的換向閥彈簧力設(shè)定值大小在固液相變材料完全冷凝收 縮后內(nèi)油囊的壓力值與外油囊的油液最大限度進(jìn)入內(nèi)油囊后內(nèi)油囊壓力值之間； 發(fā)電進(jìn)油路上由外油囊控制的兩個(gè)換向閥中位機(jī)能相反，且兩者彈簧力設(shè)定值不相 同。9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶調(diào)速閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，其特征在 于，進(jìn)油路上節(jié)流閥為精密節(jié)流閥。10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶調(diào)速閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，其特 征在于，相變材料為正十六烷時(shí)，密封液體為水，相變材料為溫度敏感性水凝膠時(shí)，密封液 體為正十二烷。
【文檔編號(hào)】F15B13/02GK105822609SQ201610286473
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】楊燦軍, 夏慶超, 陳燕虎, 金波, 李德駿
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)