[实用新型]海洋温差能驱动的水下运载器浮沉装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种水下运载器浮沉装置，特别是一种海洋温差能驱动的水下运载器浮沉装置，属于海洋水下工程技术领域。

背景技术

海洋中的海水在日照的作用下，大量吸热，形成不同温度的海水层，沿着海水的深度依次分布。部分种类工质的体积将随着所处环境温度的变化而膨胀或收缩。这种工质容积的变化，如果能够引起海洋中潜行的水下运载器体积变化，就会造成运载器水中浮力的增减和运载器的升降沉浮。借助于运载器的水平翼和尾翼的协同作用，可以依次获得运载器的前进驱进力。

部分烷烃化合物在摄氏10度到20度之间，将发生固液相变，因而引起本身容积的明显变化，烷烃化合物作为海洋温差能驱动的水下运载器的相变工质，装填于运载器的动力装置中，以获得海洋热能作为驱动力。但是，烷烃化合物的遇冷凝固和体积缩小，会造成动力装置管道的堵塞或气缸活塞部件的阻滞，必定切断动力装置工作的连续性。

根据国内外的文献报道，相变工质的换热部件是采用设置在运载器体外的圆柱体型空心圆筒，将相变工质引入气缸活塞组件，以传递工质的体积变化。但是，此类部件都不能解决动力装置管道堵塞和气缸活塞部件阻滞、以至阻断动力装置连续工作的困难；其次，各种海洋温差能驱动的运载器使用的外胆，都是采用悬置于运载器体外孤立的圆桶型皮囊，以利用相变工质的容积变化引起的外胆体积改变，形成驱动力。但是，以海洋温差能为来源所获的运载器的前进驱动功率是十分微小的。孤立悬置的外胆必定大幅度增加运载器前进的阻力，极大地降低运载器的速度。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种海洋温差能驱动的水下运载器浮沉装置。该装置可以保证水下运载器的机动性、可靠性、工作连续性和水动力特性优良。

本实用新型的技术方案是装置中用来使相变工质与海水换热的换热缸，布置在运载器本体中的首尾部，以利于相变工质的吸热和放热；在换热缸中设置一片弹性橡胶膜以隔断相变工质和传递液体，无论相变工质的物相如何变化，总能够将本身的容积变化以压力的形式传递出来，形成运载器的驱动力；装置中的外胆是环绕在运载器壳体中部的环状皮囊，其外轮廓与运载器的外表面光滑连接，浑然一体，即使外胆容积明显变化，也不至于引起运载器外型水动力性能的显著变化，达到提高运载器运行性能的目的。

本实用新型装置包括换热缸、法兰、异戊橡胶膜、出流单向阀、进流单向阀、蓄能器、活塞、内胆、外胆、三通阀、相变工质、传递液体、储能气体、连接管。

两个换热缸分别放置在水下运载器的首尾两端。换热缸的外壳由椭球形面体和圆柱形筒体两部分组成，其椭球形面体部分就是运载器壳体的首尾部。法兰焊接在运载器壳体首尾的两个椭球形面与其本身的圆柱形面光滑连接的相贯线内侧。异戊橡胶膜固定在法兰上，将换热缸分割成两个空间。椭球形体内填充相变工质，圆柱形筒体内填充传递液体。相变工质通过该椭球形面与海水进行内外热交换。活塞安装在蓄能器内，将蓄能器分割成两个空间，封闭部分填充着储能气体；与连接管连通的空间容纳传递液体。

两个换热缸的圆柱形部分通过连接管相连。换热缸的圆柱形部分还通过连接管分别与内胆、外胆及蓄能器相连。外胆是环绕在运载器壳体中部的环状皮囊，环状皮囊的外轮廓与运载器壳体光滑连接。进流单向阀安装在换热缸与内胆之间的连接管上；出流单向阀安装在换热缸与蓄能器之间的连接管上。三通阀安装在内胆、外胆和蓄能器之间的连接管上。

初始时刻，管道及内胆、外胆中都充有乙二醇。出流单向阀、进流单向阀及三通阀都处于关闭状态。运载器浮于海面与表层暖水处于稳定的热平衡状态。换热缸中的相变工质完全为液态，此时蓄能器中的氮气被压缩。

通过程序控制三通阀的B-C端连通，外胆在海水的压力作用下将其中传递液体压入内胆。随着外胆体积减小，水下运载器开始下潜，关闭三通阀。随着水下运载器下潜，周围环境海水温度逐渐下降，换热缸的相变工质开始释放热量。当水下运载器的周围海水温度低于相变工质的相变温度时，相变工质开始凝固，体积收缩。此时，换热缸中的压力下降，进流单向阀开启，三通阀的A-C端连通，蓄能器中传输液体在高压氮气的作用下流入外胆。随着外胆体积增大，恒定质量的水下运载器总体积增大，水下运载器开始上浮，关闭三通阀。在水下运载器进入暖水区之前，相变工质完全凝固，体积达到最小。