一种活塞式海洋热能驱动的蓄热发动机

1.本发明属于海洋温差能技术领域，尤其涉及一种活塞式海洋热能驱动的蓄热发动机。


背景技术：

2.海洋温跃层中蕴含了大量温差能，海表温度可达20℃以上，而在300-1000米深度海水温度仅为4℃，如能将这一温差能合理利用，将为自主式水下滑翔机航程的提升提供支撑。我国的东海、南海及环台湾岛海域具有丰富的海洋温差热能资源，为海洋热能驱动的水下滑翔机提供了非常有利的客观环境条件。但是，目前研究的海洋热能驱动的水下滑翔机普遍存在结构复杂、需电能作为辅助能量来源和能量转换效率低等缺点，因此，设计一种结构简单、操作方便、完全由海洋热能驱动的自主式水下滑翔机对未来海洋监测和信息收集具有重要的研究意义。


技术实现要素：

3.根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种应用于海洋热能收集利用的活塞式海洋热能驱动的蓄热发动机，包括蓄热腔和蓄能器，所述蓄热腔的中部设置有动力油管，所述蓄热腔内与动力油管之间填充有相变材料，所述动力油管内存放有动力油，所述蓄能器包括动力油腔，所述蓄能器内设置有氮气，所述动力油管通过管路与动力油腔相连接，所述蓄能器与活塞相连接，所述活塞与内油囊相连接，所述内油囊与外油囊相连接，利用相变材料相变产生的体积变化，压缩蓄能器中的氮气，驱动蓄热发动机实现升沉运动，从而将海洋热能转化为机械能。
4.由于采用了上述技术方案，本发明设计的一种活塞式海洋热能驱动的蓄热发动机具有如下有益效果：利用相变材料的特点，有效收集利用海洋温差能。活塞式蓄热发动机完全由收集的海洋温差能驱动，不需要额外电能作为补充能量。与现有海洋热能驱动的水下滑翔机相比，本发明采用了活塞作为关键传动部件，工作原理简单，使装置的整体结构更加简单、操作方便。活塞式蓄热发动机正常工作所需要的相变材料、动力油等材料价格低廉，制造投入成本低，对自主式水下滑翔机的应用研究具有重要意义。
附图说明
5.为了更清楚地说明本申请的设计结构和技术方案，下面将对描述蓄热式发动机结构和工作流程中的附图进行简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
6.图1是一种活塞式海洋热能驱动的蓄热发动机的结构示意图。
7.图2是一种活塞式海洋热能驱动的蓄热发动机的工作流程图。
8.图中：1-1蓄热腔、1-2相变材料、1-3动力油管、1-4蓄能器、1-5动力油腔、1-6活塞、
1-7内油囊、1-8外油囊。
具体实施方式
9.为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明中的附图，对本发明具体实施的工作流程进行清楚完整的描述：
10.如图1所示的一种活塞式海洋热能驱动的蓄热发动机，其中蓄热腔1-1内包括相变材料1-2和动力油管1-3，相变材料1-2在海洋表面和海洋底部吸收(或释放)热量并产生体积变化，引发动力油管1-3内动力油体积变化，从而引起在动力油腔1-5中动力油的体积变化，使得蓄能器1-4中的氮气被压缩(或膨胀)，储存(或释放)能量，同时带动活塞1-6向左(或向右)移动，导致内油囊1-7体积变大(或变小)，引起外油囊1-8体积变小(或变大)，从而使整个装置在水里的净浮力降低(或升高)，实现装置在海表面和深层海水之间下沉和上浮，该发明最终实现将海洋热能转化为机械能，并驱动装置在海水表面和深层海水之间往复运动。
11.活塞式海洋热能驱动的蓄热发动机工作流程如图2，现对其工作过程进行介绍。如图2(a)所示，当整个装置处于海洋表面时，由于海水表面温度高于相变材料的相变温度，所以蓄热腔1-1内的相变材料1-2吸热熔化，由于液态相变材料的体积高于固态相变材料，相变材料的膨胀压迫动力油管1-3内的动力油流至动力油腔1-5，动力油腔1-5内动力油体积的增加迫使活塞1-6向左移动，一方面压缩蓄能器1-4中的氮气将能量储存于其中，另一方面在内油囊1-7中产生负压，在环境压力的作用下，外油囊1-8内的动力油流入内油囊1-7，此时外油囊1-8体积减小，整个装置的浮力减小，下降过程开始；如图2(b)所示，随着装置的下降，蓄热腔1-1周围的海水温度下降，温度下降至相变材料1-2的相变温度后，相变材料1-2开始凝固，体积收缩，压力减小，此时蓄能器1-4中的氮气将储存能量释放出来，推动活塞1-6向右移动，并将动力油腔1-5内的动力油压入蓄热腔1-1内的动力油管1-3，活塞1-6的向右运动将内油囊1-7中的动力油压至外油囊1-8，外油囊1-8体积变大，装置的浮力变大，上升过程开始，装置回到海水表面如图2(a)所示状态，开始准备进行下一次的循环。在上述过程中，本发明中的活塞式蓄热发动机将海洋热能最终转化为驱动装置往复运动的机械能。
12.活塞式海洋热能驱动的蓄热发动机可以从以下几方面进行总结：
13.(1)工作原理简单，利用相变材料的工作特点收集海洋热能，将能量储存在蓄能器中，最终转化为机械能用于驱动装置上升下沉；
14.(2)不同于之前的水下滑翔机结构，本发明采用活塞作为主要传动结构，使装置结构更加简单，阀门管路少，制造成本低，操作方便；
15.(3)常见的海洋热能驱动滑翔机均需要电能作为辅助能源，但本发明中的装置，仅依靠收集的海洋热能，便能自行在海水表面和深层海水之间完成往复运动；
16.(4)本发明装置结构简单，方便安装，可应用于任何利用海洋热能提供动力的场合。


技术特征：
1.一种活塞式海洋热能驱动的蓄热发动机，其特征在于包括：蓄热腔(1-1)和蓄能器(1-4)，所述蓄热腔(1-1)的中部设置有动力油管(1-3)，所述蓄热腔(1-1)内与动力油管(1-3)之间填充有相变材料(1-2)，所述动力油管(1-3)内存放有动力油，所述蓄能器(1-4)包括动力油腔(1-5)，所述蓄能器(1-4)内设置有氮气，所述动力油管(1-3)通过管路与动力油腔(1-5)相连接，所述蓄能器(1-4)与活塞(1-6)相连接，所述活塞(1-6)与内油囊(1-7)相连接，所述内油囊(1-7)与外油囊(1-8)相连接，利用相变材料(1-2)相变产生的体积变化、压缩蓄能器(1-4)中的氮气，驱动蓄热发动机实现升沉运动，从而将海洋热能转化为机械能。

技术总结
本发明公开了一种活塞式海洋热能驱动的蓄热发动机，具体包括：蓄热腔、相变材料、动力油管、蓄能器、动力油腔、活塞、内油囊、外油囊等部分。所述活塞式蓄热发动机仅依靠相变材料收集海洋热能来驱动装置运动，不需要额外的电能提供能量；所述相变材料一般采用正十六烷，其具有相变温度适合、体积变化率大等优点；所述蓄能器用来储存相变材料收集的海洋热能；所述活塞作为传动结构用来传递动力油的体积变化；所述外油囊用来调节整个装置的净浮力，最终实现将海洋热能转化为机械能，用来驱动海洋数据收集和监测设备。收集和监测设备。收集和监测设备。


技术研发人员：姜东岳 刘彤 陈贵军
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2022.02.17
技术公布日：2022/7/1