一种应用于水下热滑翔机的温差三通阀装置

1.本实用新型涉及水下热滑翔机的技术领域，尤其涉及一种水下热滑翔机的温差三通阀装置。


背景技术：

2.温差能是海洋中储量巨大且比较稳定的可再生能源，因此利用海洋温差能作为驱动力的水下热滑翔机具有续航能力强，低能耗、低成本等特点。此类水下热滑翔机不需要螺旋桨推进，通过自身携带的动力装置将海洋温差能转化为压力能，从而驱动油液在内外皮囊间流动，改变自身浮力，驱动水下热滑翔机在水中航行。同时水下热滑翔机具有高可靠性、高机动性等特点，可以在一些极端的海洋环境条件下代替人类进行探索。
3.水下热滑翔机中的三通阀连接着外皮囊、内皮囊和蓄能器，通过控制三通阀使外皮囊连接内皮囊或蓄能器，使油液通过三通阀在其装置内进行转移，从而可以控制水下热滑翔机的升浮。当三通阀接通外皮囊和内皮囊时，油液从外皮囊流入内皮囊，水下热滑翔机浮力减小。当三通阀接通外皮囊和蓄能器时，油液从蓄能器流入外皮囊，水下热滑翔机浮力增加。因此三通阀在水下热滑翔机航行过程中起着至关重要的作用。但目前三通阀一般都是由电路控制，对于外部环境的变化并不能及时作出应对之策。而且三通阀的电路控制设计具有一定复杂性且由于海洋环境变化多端，如果发生意外，则会产生严重的后果。


技术实现要素：

4.针对上述产生的问题，本实用新型的目的在于提供一种应用于水下热滑翔机的温差三通阀装置，解决了三通阀无法感知海洋外部环境的变化，且电路控制设计复杂的技术问题，可随航行时环境温度的变化而自动工作，节约能源，且无污染。
5.为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
6.一种应用于水下热滑翔机的温差三通阀装置，所述水下热滑翔机包括内皮囊、外皮囊和蓄能器，所述温差三通阀装置包括：
7.换热器，所述换热器中储存有相变材料；
8.液压装置，所述换热器的出口和所述液压装置的入口通过管道连通，所述液压装置和管道内储存有液压油，所述液压装置的活塞与阀杆的一端连接；
9.蓄能装置，所述蓄能装置的活塞与所述阀杆的另一端连接，所述阀杆的外壁设有螺纹，所述液压装置和所述蓄能装置能够推动所述阀杆左右运动；
10.传动齿轮，所述传动齿轮设置在所述阀杆的一侧，所述传动齿轮与所述阀杆相啮合，所述传动齿轮上连接有传动杆；
11.三通阀，所述三通阀包括阀体和阀芯，所述阀体分别与所述内皮囊、所述外皮囊和所述蓄能器通过管道连通，所述阀芯设置在所述阀体内，所述传动齿轮和所述阀芯之间通过所述传动杆连接。
12.本发明进一步设置为：所述阀体为中空的圆柱形，所述阀芯可转动的设置在所述
阀体内，且所述阀芯的外壁与所述阀体的内壁密封抵接。
13.本发明进一步设置为：所述阀芯上设有截面为扇形的导油缺口。
14.本发明进一步设置为：所述蓄能装置内充满氮气。
15.本发明进一步设置为：所述传动杆的上端穿过所述阀体与所述阀芯连接。
16.本实用新型由于采用上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：
17.本实用新型的换热器内的相变材料根据所处温度进行膨胀或收缩，进而驱动液压装置和蓄能装置，同时带动阀体内的阀芯转动，使外皮囊选择性连接内皮囊或蓄能器，不需要电力驱动及电力控制，且自发随着水下热滑翔机的下潜深度而变化，可适应外部环境变化，结构简单，不需要电路精细控制。
附图说明
18.图1是本实用新型的应用于水下热滑翔机的温差三通阀装置的示意图；
19.图2是本实用新型的换热器内的相变材料收缩后的示意图；
20.图3是本实用新型的换热器内的相变材料膨胀后的示意图；
21.图4是本实用新型的温差三通阀装置接通内皮囊和外皮囊的示意图；
22.图5是本实用新型的温差三通阀装置接通外皮囊和蓄能器的示意图。
23.附图标记：1、内皮囊；2、外皮囊；3、蓄能器；4、换热器；41、相变材料；5、液压装置；51、液压油；6、阀杆；7、蓄能装置；8、传动齿轮；9、传动杆；10、阀体；11、阀芯；111、导油缺口。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型的附图和具体实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.本实用新型实施例提供的一种应用于水下热滑翔机的温差三通阀装置，请参阅图1所示，水下热滑翔机包括内皮囊1、外皮囊2和蓄能器3，温差三通阀装置用于控制油液在内皮囊1、外皮囊2和蓄能器3内进行转移，从而控制水下热滑翔机的上浮与下潜，温差三通阀装置包括：换热器4、液压装置5、阀杆6、蓄能装置7、传动齿轮8和三通阀，三通阀包括阀体10和阀芯11。
26.其中，换热器4中储存有相变材料41，相变材料41根据所处环境的温度高低会膨胀或收缩，换热器4的出口和液压装置5的入口通过管道连通，液压装置5和管道内储存有液压油51，蓄能装置7内充满氮气，液压装置5和蓄能装置7内均具有活塞，阀杆6位于液压装置5和蓄能装置7之间，液压装置5的活塞与阀杆6的一端连接，蓄能装置7的活塞与阀杆6的另一端连接，阀杆6的外壁设有螺纹，液压装置5和蓄能装置7的活塞运动能够推动阀杆6在液压装置5和蓄能装置7之间左右往复运动，由图2和图3所示，换热器4内的相变材料41膨胀时，相变材料41挤压管道内的液压油51，由液压油51推动液压装置5内的活塞运动，液压装置5的活塞推动阀杆6向右运动，同时蓄能装置7进行蓄能；换热器4内的相变材料41收缩时，蓄能装置7开始释放能量，蓄能装置7的活塞推动阀杆6向左运动。
27.如图1、图4和图5所示，传动齿轮8可转动的安装在水下热滑翔机内，传动齿轮8设
置在阀杆6的一侧，且传动齿轮8与阀杆6的螺纹相啮合，阀杆6在左右运动时可带动传动齿轮8正向或反向转动，传动齿轮8上连接有传动杆9，阀体10分别与内皮囊1、外皮囊2和蓄能器3通过管道连通，阀芯11设置在阀体10内，传动杆9的上端穿过阀体10，传动齿轮8和阀芯11之间通过传动杆9连接，传动齿轮8通过传动杆9带动阀芯11同步转动，阀芯11的正向转动接通内皮囊1和外皮囊2，阀芯11的反向转动接通外皮囊2和蓄能器3。
28.需要指出的是，本文提及的方位词“左右”、“正向”和“反向”是以本实用新型的附图中零部件的相对位置为基准定义的，只是为了描述技术方案的清楚及方便，应当理解，此方位词的应用对本技术的保护范围不构成限制。
29.当水下热滑翔机所处的温度高于换热器4内相变材料41的相变温度时，换热器4中的相变材料41由固态转化为液态，开始体积膨胀，相变材料41挤压管道中的液压油51，液压油51推动液压装置5内的活塞运动，液压装置5内的活塞推动阀杆6向右运动，阀杆6带动传动齿轮8正向转动，同时传动齿轮8通过传动杆9带动阀芯11也进行正向转动，从而三通阀接通内皮囊1和外皮囊2，阀杆6在带动传动齿轮8正向转动的同时，也通过挤压蓄能装置7内的氮气使其进行蓄能。
30.当水下滑翔机所处的温度低于相变温度时，换热器4中的相变材料41开始收缩，液压装置5中的液压油51不再推动液压装置5内的活塞运动，蓄能装置7开始释放能量，蓄能装置7内的活塞推动阀杆6进行向左运动，阀杆6向左运动带动传动齿轮8反向转动，传动齿轮8通过传动杆9带动阀芯11反向转动，从而三通阀接通外皮囊2和蓄能器3。
31.进一步地，阀体10为中空的圆柱形，阀芯11可转动的设置在阀体10内，且阀芯11的外壁与阀体10的内壁密封抵接，阀芯11上设有截面为扇形的导油缺口111，当导油缺口111正对内皮囊1和外皮囊2时，内皮囊1和外皮囊2被接通，当导油缺口111正对外皮囊2和蓄能器3时，外皮囊2和蓄能器3被接通。
32.接下来说明本实用新型的应用于水下热滑翔机的温差三通阀装置的工作过程：
33.(1)水下热滑翔机下潜过程
34.水下热滑翔机在海平面时，海水温度高于换热器4内的相变材料41的相变温度，因此换热器4内相变材料41由固态转变为液态，体积膨胀，挤压液压装置5内的液压油51，液压油51推动液压装置5内的活塞运动，液压装置5的活塞推动阀杆6运动，蓄能装置7开始蓄能，阀杆6带动传动齿轮8、传动杆9和阀芯11正向转动，使三通阀接通内皮囊1与外皮囊2，在压差的作用下，外皮囊2中的油液通过三通阀流向内皮囊1，从而导致水下热滑翔机浮力下降，当浮力下降至小于重力时，水下热滑翔机开始下潜。
35.当水下热滑翔机下潜至海水温度低于相变材料41的相变温度所处的深度以下时，换热器4内的相变材料41开始由液态转变为固态，其体积收缩，不再挤压液压装置5内的液压油51，液压油51也不再推动液压装置5内的活塞，蓄能装置7开始释放能量，并推动蓄能装置7内的活塞运动，蓄能装置7内的活塞推动阀杆6反向运动，阀杆6带动传动齿轮8、传动杆9和阀芯11反向转动，使三通阀接通外皮囊2与蓄能器3，油液从蓄能器3通过三通阀流入外皮囊2，此时水下热滑翔机浮力开始增大，但仍小于重力，因此水下热滑翔机继续下潜。
36.(2)水下热滑翔机上浮过程
37.当水下热滑翔机继续下潜一端时间后，浮力逐渐增大至与重力相等，此时所处深度为最大下潜深度，浮力继续增大后，则浮力大于重力，水下热滑翔机开始上浮。
38.当水下热滑翔机上浮至相变温度所处的深度以上时，换热器4内相变材料41开始由固态转变为液态，相变材料41体积膨胀并挤压液压装置5内的液压油51，从而推动液压装置5内的活塞运动，液压装置5内的活塞推动阀杆6向右运动，阀杆6推动蓄能装置7的活塞，使蓄能装置7重新蓄能，阀杆6通过传动齿轮8和传动杆9带动阀芯11正向转动，使三通阀接通内皮囊1和外皮囊2，油液从外皮囊2通过三通阀流入内皮囊1，导致水下热滑翔机浮力开始下降，但此时浮力仍大于重力，故水下热滑翔机继续上浮，直至海平面，完成一次滑翔过程。
39.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
40.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此本实用新型将不会限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。