一種帶電磁閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種節(jié)能型帶電磁閥的溫差能驅(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)的相變液壓油囊；通過(guò)出油路與相變液壓油囊連接的蓄能器；通過(guò)進(jìn)油路與蓄能器連接的外油囊；通過(guò)第一回油路與外油囊連接的內(nèi)油囊；所述相變液壓油囊同時(shí)通過(guò)第二回油路與內(nèi)油囊及輔助油囊連接；通過(guò)電磁換向閥控制發(fā)電進(jìn)油路的通斷；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)。本發(fā)明能夠利用海水的溫差能自行上浮下沉；除此之外設(shè)備還可以在上浮過(guò)程的某個(gè)深度區(qū)間內(nèi)利用剩余的蓄能器能量高效發(fā)電并儲(chǔ)存。本發(fā)明設(shè)計(jì)精巧，溫差能利用率高，節(jié)省電能且能發(fā)電，提高了設(shè)備的壽命及可靠性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種帶電磁閥的溫差能驅(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)明涉及海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，尤其是一種節(jié)能型帶電磁閥的溫差能驅(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)上都是采用鋰電池的供電方式，然而鋰電池的能耗有相當(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)的系統(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)于這種 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)及發(fā)電系統(tǒng)在控制方式以及能耗上的缺 陷，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、運(yùn)行可靠、發(fā)電效率高的的節(jié)能型帶電磁閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面 運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)。
[0004] -種帶電磁閥的溫差能驅(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；
[0008] 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]通過(guò)依次帶有電磁換向閥、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；以及與所述馬達(dá)輸出端連接的發(fā)電單元；
[0011] 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；
[0012] 所述輔助油囊通過(guò)帶有另一單向閥的發(fā)電回油路與相變液壓油囊連接；
[0013] 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)；
[0014] 所述進(jìn)油路上的順序閥、第一回油路上的換向閥均受控于所述外油囊;所述進(jìn)油 路上的換向閥受控于內(nèi)油囊;所述第一回油路上的順序閥受控于所述蓄能器。
[0015] 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。
[0016] 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)、電流調(diào)節(jié)模塊、DC-DC模 塊、充電管理模塊和鋰電池組。作為優(yōu)選，電流調(diào)節(jié)模塊是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)發(fā) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速與角加速度調(diào)整模塊的輸出電流，以此實(shí)現(xiàn)磁力矩與發(fā)電機(jī)輸入力矩的平衡， 達(dá)到電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定的目的。
[0017] 作為優(yōu)選，所述發(fā)電進(jìn)油路上電磁換向閥選用密封性能好的截止式換向閥，閥導(dǎo) 通時(shí)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
[0018] 本發(fā)明中，所述進(jìn)油路上的順序閥、換向閥和該油路上的節(jié)流閥連接順序無(wú)嚴(yán)格 要求;所述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；以 滿(mǎn)足功能實(shí)現(xiàn)為準(zhǔn)。
[0019] 作為優(yōu)選，所述固液相變材料選用相變溫度為18.2°C的正十六烷。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%，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，正十六烷密度小于水，因此相變液壓油囊安裝在相變 腔體的下側(cè)。
[0020] 作為優(yōu)選，所述順序閥為外控式順序閥;所述換向閥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)。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。
[0021] 作為優(yōu)選，所述順序閥、換向閥的彈簧預(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。
[0022] 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)獾某錃饬繚M(mǎn)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)油路上換向閥的 彈簧力。
[0023] 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)?，氮?dú)鈮毫﹄S輔助油囊體積而變化。氮?dú)獾某錃饬繚M(mǎn)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。
[0024] 作為優(yōu)選，所述第一回油路上的順序閥的彈簧力設(shè)定值略低于固液相變材料完全 融化后蓄能器的壓力(若彈簧力設(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;若彈簧力設(shè)定值太高，則蓄能器壓力打不開(kāi)第一回 油路上順序閥，設(shè)備無(wú)法運(yùn)動(dòng)）；所述第一回油路上換向閥的彈簧力設(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(彈簧力這樣設(shè)置可以使最高點(diǎn)處第一回油路上的換向閥打 開(kāi)，設(shè)備下降幾米后彈簧力等于直至小于外油囊壓力，第一回油路上的換向閥逐漸關(guān)閉）， 進(jìn)油路上的順序閥的彈簧力設(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(彈簧力 這樣設(shè)置可使在最低點(diǎn)處外油囊壓力大于進(jìn)油路上的順序閥的彈簧力，進(jìn)油路上的順序閥 導(dǎo)通。同時(shí)若設(shè)備不下降到接近最低點(diǎn)，進(jìn)油路上的順序閥不通，設(shè)備繼續(xù)下降），進(jìn)油路上 的換向閥的彈簧力設(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(彈簧力這 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）。
[0025] 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。
[0026] 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。
[0027]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(mǎn)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)一單向閥連接蓄能器，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)電磁換向閥接定量馬達(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)油囊與輔助油囊分別通過(guò)兩個(gè)單獨(dú)的單向閥與相變液 壓油囊相連;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與回油路上液控截止式換向閥的控制腔，內(nèi)油囊油口連接 進(jìn)油路液控截止式換向閥的控制腔。
[0028]各閥動(dòng)作順序如表1所示：
[0029] 表1各閥動(dòng)作順序表 [00301
[0031]
[0032] 在沒(méi)有外力作用時(shí)，第一回油路上的順序閥為常開(kāi)閥門(mén)，外力大于彈簧彈力時(shí)才 會(huì)閉合;第一回油路上的換向閥則為常閉閥門(mén)，外力大于彈簧彈力時(shí)才會(huì)斷開(kāi);進(jìn)油路上的 順序閥為常開(kāi)閥門(mén)，外力大于彈簧彈力時(shí)才會(huì)閉合;進(jìn)油路上的換向閥為常閉閥門(mén)，外力大 于彈簧彈力時(shí)才會(huì)斷開(kāi)。
[0033] 本發(fā)明中：閥門(mén)閉合是指油液可以流通此閥，閥門(mén)斷開(kāi)是指油液不可以流通此閥； 常開(kāi)、常閉是指閥在只受彈簧力作用時(shí)的狀態(tài)，常閉是指油液可以流通此閥，常開(kāi)是指油液 無(wú)法流通此閥。
[0034] 在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)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(kāi);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(kāi)，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(kāi);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(kāi)，在下限位點(diǎn)時(shí)閉合。電磁換向閥則僅在發(fā)電區(qū)間閉合導(dǎo)通，其余位置均斷 開(kāi)。
[0035] 本發(fā)明中，涉及到的"第一" "第二"僅僅是用于區(qū)別兩個(gè)或多個(gè)油路，對(duì)這些油路 的功能和順序等均沒(méi)有限定作用。
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)如下：
[0037] 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，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的 液壓閥控制完全采用系統(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，節(jié)省 了電能。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)備還可以在上浮過(guò)程中利用剩 余的蓄能器能量發(fā)電，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速及角加速度實(shí)時(shí)調(diào)整輸出電流大小進(jìn)而維持了轉(zhuǎn)速恒 定，在提高發(fā)電效率的同時(shí)穩(wěn)定了輸出電壓。本發(fā)明設(shè)計(jì)精巧，溫差能利用率高，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 無(wú)需電控，節(jié)省了電能，發(fā)電效率高且電壓穩(wěn)定，提高了設(shè)備的可靠性及壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖1為本發(fā)明的節(jié)能型帶電磁閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)示意圖。
[0039] 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。
[0040] 圖3為內(nèi)油囊從外油囊吸液時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。
[0041] 圖4為下沉至勻速下降點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)示意圖
[0042] 圖5為下降到最低點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。圖6為給外油囊充液時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。
[0043] 圖7為上浮至勻速上升點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。
[0044] 圖8為勻速上浮至勻速下降點(diǎn)及發(fā)電時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)示意圖。
[0045] 圖9為設(shè)備在海中布置方式示意圖。
[0046] 上述附圖中：
[0047] 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、輔助油囊密封腔； 6、輔助油囊;7、單向閥；8、單向閥；9、內(nèi)油囊密封腔體；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、電磁換向閥；17、節(jié)流閥；18、外控式 順序閥；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；27a、第一回油路;27b、第二回油 路;28、出油路;29、進(jìn)油路。
【具體實(shí)施方式】
[0048]以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0049] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明的一種節(jié)能型帶電磁閥的溫差能驅(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、電磁換向閥16、節(jié)流閥17、外控式順序閥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;以及將這些部件連接的油路：出油路28、進(jìn)油路 29、第一回油路27a、第二回油路27b、發(fā)電進(jìn)油路21a、發(fā)電回油路21b和多條控制油路。
[0050] 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(mǎn)固液相變材料2與密封液體4，密封液體4包圍相變液壓油囊3，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)；
[0051] 出油路28:相變液壓油囊3通過(guò)單向閥22連接蓄能器23;
[0052] 進(jìn)油路29: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、節(jié)流閥26的相對(duì)位置沒(méi)有嚴(yán)格控制，可根據(jù)實(shí)際需要確定；
[0053] 第一回油路27a:外油囊12通過(guò)節(jié)流閥17與外控式順序閥18連接，外控式順序閥18 通過(guò)液控截止換向閥19連接內(nèi)油囊10;節(jié)流閥17、外控式順序閥18和液控截止換向閥19的 相對(duì)位置沒(méi)有嚴(yán)格控制，可根據(jù)實(shí)際需要確定；
[0054] 第二回油路27b:內(nèi)油囊10通過(guò)單向閥8與相變液壓油囊3相連，輔助油囊6通過(guò)單 向閥7與相變液壓油囊3相連；
[0055] 發(fā)電進(jìn)油路21a:蓄能器23連接電磁換向閥16，電磁換向閥16連接液壓馬達(dá)15;發(fā) 電進(jìn)油路21a所在管路可直接與蓄能器23相連，也可與進(jìn)油路29同時(shí)通過(guò)共用的管路與蓄 能器23相連;液壓馬達(dá)15通過(guò)單向閥11與輔助油囊6相連。
[0056] 發(fā)電回油路21b:輔助油囊6通過(guò)帶有單向閥的發(fā)電回油路21b與相變液壓油囊3相 連；
[0057]控制油路:蓄能器23連接第一回油路27a上外控式順序閥18的控制腔，實(shí)現(xiàn)蓄能器 23對(duì)外控式順序閥18的控制；外油囊12分別連接進(jìn)油路29上外控式順序閥20的控制腔、第 一回油路27a上液控截止式換向閥19的控制腔，實(shí)現(xiàn)外油囊12對(duì)外控式順序閥20、液控截止 式換向閥19的控制，內(nèi)油囊10連接進(jìn)油路29上液控截止式換向閥25的控制腔，實(shí)現(xiàn)內(nèi)油囊 10對(duì)液控截止式換向閥25的控制。
[0058]上述出油路28、進(jìn)油路29、第一回油路27a和第二回油路27b構(gòu)成了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的主 要油路;發(fā)電進(jìn)油路21a和發(fā)電回油路21b構(gòu)成了系統(tǒng)的發(fā)電油路。
[0059 ]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)電流調(diào)節(jié) 模塊、DC-DC模塊及充電管理電路儲(chǔ)存進(jìn)鋰電池組。電流調(diào)節(jié)模塊是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，通 過(guò)檢測(cè)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與角加速度調(diào)整模塊的輸出電流，以此實(shí)現(xiàn)磁力矩與發(fā)電機(jī)輸入力矩 的平衡，因此提高了發(fā)電效率并實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。
[0060] 其中：
[0061] 固液相變材料選用相變溫度為18.2°C的正十六烷，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. lKg/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；
[0062] 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。
[0063] 第一回油路27a上外控式順序閥18、第一回油路27a上液控截止換向閥19、進(jìn)油路 29上外控式順序閥20、進(jìn)油路上液控截止式換向閥25彈簧預(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。外控式順序閥18、截止換向閥19、外控式順序閥20、截止式 換向閥25均為液控式結(jié)構(gòu)，均受外設(shè)的液壓控制。
[0064] 由于第一回油路27a上壓差較小，因此第一回油路27a上節(jié)流閥17為普通節(jié)流閥； 進(jìn)油路29上壓差較高，進(jìn)油路29上的節(jié)流閥26為具有很高節(jié)流精度的精密節(jié)流閥。
[0065]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)ǎ粗當(dāng)嚅_(kāi)； 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)ǎ粗當(dāng)嚅_(kāi);對(duì) 于單向閥11，當(dāng)發(fā)電進(jìn)油路21a上的閥導(dǎo)通且蓄能器23壓力大于輔助油囊6內(nèi)壓力時(shí)，單向 導(dǎo)通，反之?dāng)嚅_(kāi);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)?，反?斷開(kāi)。
[0066] 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29上液控截止 式換向閥25的彈簧力；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29 液控截止式換向閥25的彈簧力。
[0067] 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(mǎn)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與內(nèi)油囊皆 能為相變液壓油囊供油），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。
[0068] 第一回油路27a上外控式順序閥18的彈簧力設(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27a上液控截止換向閥19的彈簧力設(shè)定值略微大于設(shè)備剖面 運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)處（圖9中上限位對(duì)應(yīng)位置)外油囊12油液的壓力值，進(jìn)油路29上外控式順序閥 20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（圖9中下限位對(duì)應(yīng)位置)外油囊12油液的 壓力值，進(jìn)油路29上液控截止式換向閥25的彈簧力設(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。
[0069] 一種節(jié)能型帶電磁閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)的工作原理如下： [0070]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9所示:錨塊固 定于海底，錨塊與浮力材料之間固定有導(dǎo)向纜繩;本發(fā)明的節(jié)能型帶電磁閥的溫差能驅(qū)動(dòng) 海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(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)。 [0071 ]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彈簧力設(shè)定值，因此外控式順序閥20處于關(guān)閉狀 態(tài)；由于液控截止式換向閥19的彈簧力設(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19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彈簧 力設(shè)定值，因此液控截止式換向閥25導(dǎo)通;蓄能器23壓力較低，因此外控式順序閥18斷開(kāi)； 如圖2所示。
[0072] 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18的設(shè)定值時(shí)，外控式順序閥18打開(kāi)，第一回 油路27a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。
[0073] 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 彈簧值時(shí)，換向閥25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19的彈 簧力設(shè)定值時(shí)，液控截止式換向閥19關(guān)閉，第一回油路27a斷開(kāi)，到達(dá)勻速下降點(diǎn)，設(shè)備勻速 下沉，如圖4所示。
[0074] 設(shè)備下沉到最低點(diǎn)時(shí)，由于外控式順序閥20的彈簧力設(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5所示。
[0075] 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3補(bǔ)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25的彈 簧力設(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?。灰蛐钅芷?3放油導(dǎo)致壓力降低，外控式順序 閥18斷開(kāi)，如圖6所示。
[0076]上浮小段距離后，當(dāng)外油囊12壓力低于外控式順序閥20的彈簧設(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7所示。
[0077] 設(shè)備勻速上浮，電磁換向閥16換向，發(fā)電進(jìn)油路21a導(dǎo)通，蓄能器23的剩余高壓油 經(jīng)電磁換向閥16進(jìn)入定量馬達(dá)15,調(diào)節(jié)電流的大小使電磁換向閥16的磁力矩等于馬達(dá)輸入 的力矩，這樣使轉(zhuǎn)速恒定，永磁同步直流發(fā)電機(jī)恒壓發(fā)電，如圖8所示。發(fā)電完畢后，電磁換 向閥16斷電，發(fā)電進(jìn)油路21a斷開(kāi)。
[0078] 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9所示）后，外油囊12壓 力小于液控截止式換向閥19的彈簧力時(shí)，液控截止式換向閥19導(dǎo)通，由于此時(shí)外控式順序 閥18依然關(guān)閉，第一回油路27a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。
[0079]本發(fā)明的動(dòng)力系統(tǒng)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)明中的動(dòng)力系統(tǒng)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，節(jié)省了成本并提高了系統(tǒng)的可靠性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種帶電磁閥的溫差能驅(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； 通過(guò)依次帶有電磁換向閥、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；以及與所述馬達(dá)輸出端連接的發(fā)電單元； 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； 所述輔助油囊通過(guò)帶有另一單向閥的發(fā)電回油路與相變液壓油囊連接； 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)； 所述進(jìn)油路上的順序閥、第一回油路上的換向閥均受控于所述外油囊;所述進(jìn)油路上 的換向閥受控于內(nèi)油囊;所述第一回油路上的順序閥受控于所述蓄能器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電磁閥的溫差能驅(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。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電磁閥的溫差能驅(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)、電流調(diào)節(jié)模塊、DC-DC模塊、充電管理模塊 和鋰電池組。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電磁閥的溫差能驅(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，密封液體為水。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電磁閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，其特征在 于，所述順序閥為外控式順序閥；所述換向閥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)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的帶電磁閥的溫差能驅(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)?，氮?dú)獾某?氣量滿(mǎn)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)油路上換向閥的彈簧力。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電磁閥的溫差能驅(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)?，氮?dú)獾?充氣量滿(mǎn)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1所述的帶電磁閥的溫差能驅(qū)動(dòng)海洋剖面運(yùn)動(dòng)及發(fā)電系統(tǒng)，其特征在 于，所述第一回油路上的順序閥的彈簧力設(shè)定值略低于固液相變材料完全融化后蓄能器的 壓力;所述第一回油路上的換向閥的彈簧力設(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)油路上的順序閥的彈簧力設(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，所述進(jìn)油路上的換向閥的彈簧力設(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。9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶電磁閥的溫差能驅(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，第一回油路上節(jié)流閥為普通節(jié)流閥。
【文檔編號(hào)】F03G7/00GK105952690SQ201610281327
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】陳燕虎, 夏慶超, 楊燦軍, 金波, 李德駿
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)