[发明专利]一种温差能驱动的海洋剖面探测浮标及其工作方法

权利要求书

1.一种温差能驱动的海洋剖面探测浮标，其特征在于，包括换热管和外壳，所述外壳由壳体和两端的浮力材料组成，所述壳体内设置有能量转换箱、蓄能器、电磁换向阀A、电磁换向阀B、电磁换向阀C、液压马达、发电机、齿轮泵、液压缸A和液压缸B；

所述换热管内盛有相变材料，并通过管路与能量转换箱连接，所述能量转换箱为一圆柱形结构，其内也为相变材料，所述能量转换箱内设有换热皮囊，换热皮囊内为液压油，与相变材料互不接触；

所述蓄能器与能量转换箱经单向阀A相连接，所述蓄能器还分别与电磁换向阀A和电磁换向阀B连接，电磁换向阀A与液压马达相连接，液压马达还连接有发电机和储能模块，电磁换向阀B与液压缸B连接，同时通过节流口和电磁换向阀C与液压缸A连接，液压缸B与液压缸A相连接，且其管路上设置有单向阀B和齿轮泵，所述齿轮泵连接有步进电机；所述液压缸A通过单向阀C与换热皮囊相连接；所述蓄能器、液压缸B和液压缸A分别连接有压力计A、压力计B和压力计C，分别用于测量蓄能器、液压缸B和液压缸A的压力；

所述液压缸B连接有一外皮囊，所述外皮囊位于底部的浮力材料中，所述底部的浮力材料上设有开孔，通过开孔将外皮囊暴露在海水中；

所述壳体呈圆柱形，浮力材料为半椭球形结构，所述换热管的数量为多个，多个换热管沿壳体的长度方向分布，且均匀分布于壳体周围，即多个换热管环绕在壳体周围，换热管内外面同时接触海水，多个换热管均通过管路与能量转换箱连接；

浮力材料由两个半椭球形组成，分别位于壳体的顶部和底部，通过流体仿真计算得出流线型，减小了运动过程中海水阻力对装置的影响；

所述壳体两端均固定设置有一安装支架，换热管固定于两个安装支架之间；

温差能驱动的海洋剖面探测浮标的工作方法，包括：

当浮标放入海水中，此时蓄能器处于满能状态，先进行下潜运动，电磁换向阀A和电磁换向阀B处于常闭状态，打开电磁换向阀C，由于海水压强作用，暴露在海水中的外皮囊承受海水压强，外皮囊内的液压油经过节流口、电磁换向阀C进入液压缸A的腔E内，同时液压缸A的腔F内的拉线位移传感器，实时监测活塞运动以监控系统油量，外皮囊内油液减少，体积缩小，装置浮力减小，开始下潜，换热管内的相变材料常温下为液态，随着下潜深度增加，海水温度逐渐降低，相变材料发生相变，由液态转化为固态的过程中体积减小，能量转换箱内的相变材料对换热皮囊的压力减小，液压缸A内的油液由单向阀C向换热皮囊流动，同时液压缸A内的弹簧为活塞复位提供辅助动力，在浮标运动时通过海洋探测设备对海洋环境进行监测；

当浮标下潜到预定深度时，关闭电磁换向阀A和电磁换向阀C，打开电磁换向阀B，此时蓄能器进行释能，蓄能器内的油液通过电磁换向阀B的腔C，液压缸B的活塞向下移动，液压缸B的腔D内的油液压入外皮囊，外皮囊体积增大，装置浮力增加，开始上浮，上浮过程中海水温度逐渐变暖，换热管内的相变材料再次发生相变，由固态转化为液态，体积增大，在能量转换箱腔B的相变材料对换热皮囊进行挤压，换热皮囊通过单向阀A与蓄能器相连接，油液通过管路给蓄能器充能，压力计A实时监控蓄能器内压力，浮标上浮至预设位置，至此完成一个循环；

当浮标下潜到预定深度时，关闭电磁换向阀B和电磁换向阀C，打开电磁换向阀A，蓄能器释能，油液经电磁换向阀A带动液压马达转动，与液压马达通过联轴器相连的发电机开始发电，后通过整流电路整流，储存在储能模块内，为浮标供电。

2.根据权利要求1所述的温差能驱动的海洋剖面探测浮标，其特征在于，所述相变材料为相变温度18.2℃的正十六烷。

3.根据权利要求1所述的温差能驱动的海洋剖面探测浮标，其特征在于，所述液压缸A中设置有拉线位移传感器，液压缸B中设置有磁致伸缩位移传感器；

液压缸A包括腔E和腔F，腔E和腔F之间设置活塞，液压缸B包括腔C和腔D，腔C和腔D之间设置活塞，液压缸B的腔C与液压缸A的腔E相连接，腔D与外皮囊相连接。

4.根据权利要求1所述的温差能驱动的海洋剖面探测浮标，其特征在于，所述液压缸A和液压缸B的活塞下部均设置有弹簧座，液压缸A的活塞与弹簧座之间，以及液压缸B与弹簧座之间均设置有弹簧。