一种热浮式Kalina潜航器动力系统

一种热浮式kalina潜航器动力系统
技术领域
1.本发明提出一种热浮式kalina循环潜航器动力系统，属于海洋热能利用领域。


背景技术：

2.海洋是地球生态系统的重要组成部分，同时是世界上最大的资源宝库。随着人们对于资源的需求日益增长，逐年减少的陆地资源也驱使我们把目光着眼于海洋。为了应对能源危机，加速开发海洋资源，勘探水文信息，潜航器及相关技术被提上日程。在相关技术中，自主式潜航器由于具有对环境适应性好，结构简单，性能稳定，灵活机动等优点，得到了快速发展，大量应用于海底探测，深水作业，海洋生物监测，海水数据测量以及自然灾害预警等领域，但因其自身依靠电能驱动，受制于电池容量和性能影响，使得潜航器的续航能力和巡航速度受限。目前采用温差能驱动的潜航器普遍存在巡航速度低、抗涌能力差、易丢失等缺点。


技术实现要素：

3.根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种热浮式kalina潜航器动力系统，包括：潜航器机体，所述潜航器机体包括潜航器机翼和内部的动力系统；所述动力系统包括储热室，所述储热室的内部设置有柔性管，所述柔性管的内部设置有动力油，所述柔性管与储热室之间的区域填充有相变蓄热材料，所述柔性管与动力油腔相连通，所述动力油腔的一端通过活塞与n2蓄能器相连接，所述动力油腔的另一端通过活塞与内油馕相连接，所述内油馕与外油馕相连接，所述动力油腔与内油馕之间的连接杆上连接有储液室，所述储液室与蒸发冷凝装置相连接，所述蒸发冷凝装置与分离器相连接，所述分离器与低压透平相连接，所述低压透平上连接有螺旋桨，所述储液室还直接与分离器相连接，所述储液室还通过阀门与分离器相连接。
4.所述n2蓄能器上设置有锁止机构。
5.所述储液室、内油馕和n2蓄能器之间通过活塞组相连接。
6.所述蒸发冷凝装置的内部设置有氨水混合工质。
7.所述分离器为汽水分离器，当氨水混合工质进入分离器，水由重力作用流入储液室，高压氨气进入低压透平做功并驱动螺旋桨实现推进动作。
8.所述潜航器机体和潜航器机翼采用铝合金材质。
9.由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种热浮式kalina潜航器动力系统，该系统充分利用海洋温差能驱动kalina循环，基于氨水混合工质气液相变较大的相变焓(约为固液相变材料的5倍)，在相同海洋温差条件下，提供更大的功率输出，提升潜航器机动性能和抗涌性能。与现有海洋温差能驱动的潜航器相比，本发明去掉了繁杂的传动机构，采用活塞传动，工作原理简单，极大程度上简化了装置的复杂度，使装置的整体结构更为简单、操作方便，提升了装置的稳定性。
附图说明
10.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术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。
11.图1是一种热浮式kalina循环动力系统驱动的潜航器外观示意图示意图。
12.图2是一种热浮式kalina循环潜航器动力系统结构示意图图。
13.图3是一种热浮式kalina循环动力系统位于海表工况的工作流程图。
14.图4是一种热浮式kalina循环动力系统位于海底工况的工作流程图。
15.图5是一种热浮式kalina循环动力系统驱动的潜航器工作模式图。
16.图6是一种热浮式kalina循环动力系统锁止机构结构示意图。
17.在图中，1潜航器机体、2潜航器机翼、3动力系统、3-1储热室、3-2相变蓄热材料、3-3动力油、3-4柔性管，3-5动力油腔、3-6锁止机构、3-7n2蓄能器、3-8低压透平、3-9螺旋桨、3-10分离器、3-11活塞组、3-12阀门、3-13氨水混合工质、3-14蒸发冷凝装置、3-15储液室、3-16内油馕、3-17外油馕。
具体实施方式
18.为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
19.如图1所示的一种热浮式kalina潜航器动力系统，包括潜航器机体1，潜航器机翼2和动力系统3。
20.如图3所示，动力系统3包括：储热室3-1、相变蓄热材料3-2、动力油3-3、柔性管3-4，动力油腔3-5、锁止机构3-6、n2蓄能器3-7、低压透平3-8、螺旋桨3-9、分离器3-10、活塞组3-11、阀门3-12、氨水混合工质3-13、蒸发冷凝装置3-14、储液室3-15、内油馕3-16、外油馕3-17。
21.所述储液室3-15用于为氨水混合工质3-13提供低压环境，使做功后的乏汽在低压条件下进入储液室3-15被水吸收。
22.所述分离器3-10为汽水分离器，当氨水混合工质3-13进入分离器，水由重力作用流入储液室3-15，高压氨气进入低压透平3-8做功，驱动螺旋桨3-9实现推进动作。
23.所述蒸发冷凝装置3-14内部包含蒸发器和冷凝器，在海表时，作为蒸发器，加热氨水混合工质3-13，使氨蒸发，在深层海域，作为冷凝器，使氨水混合工质3-13散热，降温冷凝。
24.所述螺旋桨3-9采用铝合金材质，三叶全浸螺旋桨，正桨，用于驱动潜航器向前航行。
25.所述储热室3-1包含相变蓄热材料3-2和动力油3-3，所述相变蓄热材料3-2呈现圆筒形附着在储热室3-1内壁上，以便吸收海洋热能发生形变，相变蓄热材料3-2内部的空腔中插入柔性管3-4，所述动力油3-3填充在柔性管3-4中，通过动力油3-3来传递相变蓄热材料3-2吸收海洋热能后产生的体积变化。
26.所述n2蓄能器3-7内部储有氮气，相变蓄热材料3-2相变使得空腔尺寸发生改变，
将一部分储热室3-1内的动力油3-3经由管道推入动力油腔3-5中从而推动活塞，压缩压缩n2蓄能器3-7中的氮气，将机械能转换为n2中的内能。
27.所述锁止机构3-6安装在n2蓄能器3-7上，用于控制n2蓄能器3-7内能量的储存和释放，当n2蓄能器3-7储能完毕，锁止机构3-6关闭，直到储热室3-1内相变蓄热材料3-2放热凝固并收缩，为动力油3-3腾出空间，锁止机构3-6打开，释放n2蓄能器3-7内储存的能量，释放的能量通过活塞组3-11推动内油馕3-16的油流向外油馕3-17流动。
28.所述内油馕3-16通过活塞组3-11与储热室3-1中动力油腔相连，当动力油腔3-5内动力油体积变化会带动活塞组3-11从而引起内油馕3-16体积变化。
29.所述外油馕3-17通过管道与内油馕3-16直接相连，通过内油馕3-16的体积变化改变外油馕3-17的体积，从而改变整个装置受到的浮力大小，从而控制装置在水中的上浮和下沉。
30.实施例1
31.当潜航器位于海表时，如图3所示。储热室3-1内的相变蓄热材料3-2吸收海表热能膨胀，将动力油3-3经柔性管3-4压至动力油腔3-5，活塞组3-11右移，机械能储存于n2蓄能器3-7，当相变蓄热材料3-2吸热膨胀过程结束后，锁止机构3-6关闭，在相变蓄热材料3-2吸热膨胀过程期间，内油馕3-16内产生负压，内油馕3-16与外油馕3-17之间的阀门3-12打开，在大气压力和活塞组3-11共同作用下，外油馕3-17内的油被压至内油馕3-16，外油馕3-17体积减小，减小潜航器受到的浮力，使潜航器下沉；与此同时，蒸发器内的氨-水混合工质3-13受热使氨蒸发，氨-水混合工质3-13进入分离器3-10后水由重力作用流入储液室3-15，高压氨气进入低压透平3-8做功，驱动螺旋桨3-9实现推进动作，活塞组3-11的右移动作为储液室3-15提供低压环境，做功后的乏汽在低压条件下进入储液室3-15被水吸收。
32.实施例2
33.当潜航器位于海底时，如图4所示。储热室3-1内相变蓄热材料3-2放热凝固并收缩，为动力油3-3腾出空间，打开n2蓄能器3-7锁止机构3-6，n2膨胀做功，活塞组3-11左移，内油馕3-16与外油馕3-17之间的阀门3-12打开，推动内油馕3-16的油向外油馕3-17流动，潜航器总质量不变，体积增大，为上浮提供正浮力；与此同时，储液室3-15和冷凝器之间的阀门3-12打开，活塞组的左移动作将储液室3-15内的氨-水混合工质3-13压至冷凝器实现降温冷凝，并为下一kalina循环做功做准备。
34.实施例3
35.热浮式kalina循环驱动的水下潜航器将以图5所示轨迹向前运动，其轨迹呈非对称锯齿结构：当潜航器由海表向海底运动时，由热浮力动力系统提供主要推力，在潜航器由海底向海表运动的前半段，由热浮力动力系统提供主要滑翔动力，运动轨迹如图5中实线所示；当潜航器进入温跃层后，kalina循环开始工作，提供主要推力，运动轨迹如图5中虚线所示；位于海表位置时，潜航器与卫星通讯实现探测信号发送与控制命令接收。
36.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。