一种用于海洋温差能俘获的热机系统

本发明属于海洋温差能俘获，具体涉及一种用于海洋温差能俘获的热机系统。

背景技术：

1、海洋拥有丰富的能源和矿产资源，是人类生存和实施可持续发展战略的重要领域。近年来，海洋资源开发和海洋环境勘探的迫切需求极大地刺激了海洋探测技术的发展。海洋剖面监测机器人是一种认识和了解海洋的重要工具，能够获取大量海洋生物数据和环境信息。然而能源不足严重限制了海洋剖面监测机器人的使用寿命、剖面频率以及观测范围。为了提高设备使用寿命、实现长期的海洋监测，近些年利用海洋可再生能源进行续航的水下航行器成为研究热点。

2、海洋温差能是一种由深层海水和表层海水的温度差所储存的热能，由于海水表层常年受到太阳的照射使海水温度升高，而深层海水受不到太阳照射所以温度低，由此产生的温差中含有巨大的能量，因此海洋温差能更适用于深海观测潜水器。

3、温差能俘获热机可以从海水中获取热能，并利用浮力驱动自身上下运动。搭载温差能俘获热机的海洋剖面监测机器人因其成本效益高、操作工时少等优势，在长期海洋观测中越来越具有吸引力。

4、然而，传统海洋温差能俘获热机的能量俘获量十分有限，人们普遍通过增加相变材料质量和增大热交换器尺寸，以提高温差能俘获量。然而相变材料的导热系数普遍较低，过多的相变材料会显著增加熔化时间，大大延长热机系统的能量俘获周期，而交换器尺寸的增大将导致热机系统自重的增加，限制海洋剖面监测机器人的有效载荷能力。

技术实现思路

1、本发明是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种在不增加相变材料质量和不增大热交换器尺寸的情况下，减小热机内液压系统的尺寸、降低热机系统的自身重量、提高海洋剖面监测机器人的有效载荷能力的用于海洋温差能俘获的热机系统。

2、本发明可通过下列技术方案来实现：

3、一种用于海洋温差能俘获的热机系统，包括：

4、油缸，其油腔内具有活塞；

5、相变腔，其内具有相变材料；

6、蓄能器，其与所述相变腔连通，当热机系统处于海平面时，所述相变腔内的相变材料融化并挤压所述相变腔内的液压油流入所述蓄能器中，俘获并存储温差能；

7、换向阀，所述蓄能器与所述相变腔分别通过所述换向阀与所述油缸连通；

8、第一内油囊，其与所述相变腔、所述油腔连通；

9、外油囊与第二内油囊，两者之间通过第二电磁阀连通；

10、当活塞位于最顶端时，所述蓄能器的高压信号传递至所述换向阀，所述蓄能器内的高压油通过所述换向阀后进入所述油腔并推动所述活塞下移，此时所述油腔内的液压油分别被压入所述第一内油囊以及所述外油囊内；

11、当活塞位于最底端时，所述第一内油囊的低压信号传递至所述换向阀，所述蓄能器内的高压油通过所述换向阀后进入所述油腔并推动所述活塞上移，此时所述油腔内的液压油被推入所述第一内油囊内，同时所述第二内油囊内的液压油被抽入所述油腔内，往复循环直至所述蓄能器内的高压油释放完毕。

12、作为本发明的进一步改进，所述油腔由小油腔与大油腔组成，位于所述小油腔内的所述活塞在其外周面上开设有环形槽。

13、作为本发明的进一步改进，当所述活塞位于所述油腔最顶端位置时，所述蓄能器通过第一管路与所述环形槽连通，此时所述环形槽通过第二管路与所述换向阀连通；

14、当所述活塞位于所述油腔最底端位置时，所述第一内油囊通过第三管路与所述环形槽连通，此时所述环形槽通过第四管路与所述换向阀连通。

15、作为本发明的进一步改进，当所述活塞位于所述油腔最顶端位置时，所述蓄能器通过所述换向阀与所述小油腔的最顶端连通，且所述小油腔的最底端通过所述换向阀与所述第一内油囊连通；

16、当所述活塞位于所述油腔最底端位置时，所述蓄能器通过所述换向阀与所述小油腔的最底端连通，且所述小油腔的最顶端通过所述换向阀与所述第一内油囊连通。

17、作为本发明的进一步改进，所述活塞具有小端面侧与大端面侧，所述小端面侧位于所述小油腔内，所述大端面侧位于所述大油腔内。

18、作为本发明的进一步改进，在所述活塞由上至下的移动过程中，所述活塞的小端面侧将所述小油腔底端的液压油经所述换向阀后推入所述第一内油囊中，同时所述活塞的大端面侧将所述大油腔底端的液压油推入所述外油囊中；

19、在所述活塞由下至上的移动过程中，所述活塞的小端面侧将所述小油腔顶端的液压油经所述换向阀后推入所述第一内油囊内，且所述活塞的大端面侧将所述大油腔顶端的液压油推入所述第一内油囊内，同时所述第二内油囊内的液压油被抽入所述大油腔的底端内。

20、作为本发明的进一步改进，所述第一内油囊通过第一单向阀与所述相变腔单向导通。

21、作为本发明的进一步改进，所述相变腔通过第二单向阀与所述蓄能器单向导通。

22、作为本发明的进一步改进，所述第二内油囊通过第三单向阀与所述大油腔单向连通。

23、作为本发明的进一步改进，所述大油腔通过第四单向阀与所述外油囊单向导通。

24、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

25、1、热机系统改变了液压油在整个系统内部的分布和利用方式，使得液压油能够在几个不同的部分——如油缸、相变腔、蓄能器、内外油囊之间循环流动，通过对液压油的多次少量转移和利用，可以实现与传统设计相同的功能，既保证了液压系统的正常运行，又有效地减少了单个部件所需容纳的液压油体积，最终成功降低了热机系统的整体重量，从而显著提升了海洋剖面监测机器人的有效载荷能力和续航性能；

26、2、体积与重量优化：摒弃了传统设计方案中单一且庞大的液压油储存容器，通过精密设计的液压回路和油缸结构，使得在不增加相变材料用量和热交换器尺寸的前提下，有效缩小了热机系统的总体积和重量，这对于海洋环境下使用的设备至关重要，减轻重量意味着能够提高有效载荷和续航能力；

27、3、高效能量转换：通过液压油的多次少量流动，代替原先可能需要的大容量一次性能量转移，提高了能量利用效率，并确保了热机系统的正常运行。这一设计确保了在温差能被捕获和转换的过程中，系统仍然保持高效率和紧凑性；

28、4、增强有效载荷与续航：由于热机系统的小型化和轻量化，海洋剖面监测机器人可以装载更多的科研仪器和其他必要设备，同时续航能力和深海作业范围得到显著提升，有利于开展更为广泛和深入的海洋探测任务；

29、5、推动海洋能源技术发展：本发明提供的解决方案不仅对当前的海洋监测机器人有直接影响，也为未来大规模开发和利用海洋温差能提供了新的设计思路和技术参考，对促进清洁能源技术的进步和可持续发展具有长远的战略意义。

技术特征：

1.一种用于海洋温差能俘获的热机系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于海洋温差能俘获的热机系统，其特征在于，所述油腔由小油腔与大油腔组成，位于所述小油腔内的所述活塞在其外周面上开设有环形槽。

3.根据权利要求2所述的一种用于海洋温差能俘获的热机系统，其特征在于，当所述活塞位于所述油腔最顶端位置时，所述蓄能器通过第一管路与所述环形槽连通，此时所述环形槽通过第二管路与所述换向阀连通；

4.根据权利要求2所述的一种用于海洋温差能俘获的热机系统，其特征在于，当所述活塞位于所述油腔最顶端位置时，所述蓄能器通过所述换向阀与所述小油腔的最顶端连通，且所述小油腔的最底端通过所述换向阀与所述第一内油囊连通；

5.根据权利要求2所述的一种用于海洋温差能俘获的热机系统，其特征在于，所述活塞具有小端面侧与大端面侧，所述小端面侧位于所述小油腔内，所述大端面侧位于所述大油腔内。

6.根据权利要求5所述的一种用于海洋温差能俘获的热机系统，其特征在于，在所述活塞由上至下的移动过程中，所述活塞的小端面侧将所述小油腔底端的液压油经所述换向阀后推入所述第一内油囊中，同时所述活塞的大端面侧将所述大油腔底端的液压油推入所述外油囊中；

7.根据权利要求1所述的一种用于海洋温差能俘获的热机系统，其特征在于，所述第一内油囊通过第一单向阀与所述相变腔单向导通。

8.根据权利要求1所述的一种用于海洋温差能俘获的热机系统，其特征在于，所述相变腔通过第二单向阀与所述蓄能器单向导通。

9.根据权利要求2所述的一种用于海洋温差能俘获的热机系统，其特征在于，所述第二内油囊通过第三单向阀与所述大油腔单向连通。

10.根据权利要求2所述的一种用于海洋温差能俘获的热机系统，其特征在于，所述大油腔通过第四单向阀与所述外油囊单向导通。

技术总结本发明公开了一种用于海洋温差能俘获的热机系统，属于海洋温差能俘获技术领域。包括：油缸，其油腔内具有活塞；相变腔，其内具有相变材料；蓄能器，其与相变腔连通；换向阀，蓄能器与相变腔分别通过换向阀与油缸连通；第一内油囊，其与相变腔、油腔连通；外油囊与第二内油囊，两者之间通过第二电磁阀连通。该热机系统改变了液压油在整个系统内部的分布和利用方式，使得液压油能够在几个不同的部分之间循环流动，通过对液压油的多次少量转移和利用，既保证了液压系统的正常运行，又有效地减少了单个部件所需容纳的液压油体积，最终成功降低了热机系统的整体重量，从而显著提升了海洋剖面监测机器人的有效载荷能力和续航性能。技术研发人员：夏庆超,杨喆,周大鹏,姚则晟,杨灿军受保护的技术使用者：浙江大学宁波“五位一体”校区教育发展中心技术研发日：技术公布日：2024/7/15