專利名稱：滑翔式水下運(yùn)載器的回?zé)嵝钅芷鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄能器，尤其是一種滑翔式水下運(yùn)載器的回?zé)嵝钅芷?，屬?海洋工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
利用海洋溫差能作為驅(qū)動(dòng)能源的滑翔式水下運(yùn)載器，運(yùn)行于海洋的溫度躍 層。它的動(dòng)力系統(tǒng)中的相變工質(zhì)吸收海洋熱能、發(fā)生相變，進(jìn)而引起體積變化， 致使運(yùn)載器的浮力周期性地增加和減少，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)載器在溫躍層上、下滑翔。在 浮力不斷變化的過(guò)程中，依賴相變工質(zhì)的體積變化將能量轉(zhuǎn)移給能量傳遞液體， 能量傳遞液體將能量?jī)?chǔ)存在蓄能器的工作氣體中，以備需要調(diào)節(jié)浮力時(shí)適時(shí)地釋 放。為了實(shí)現(xiàn)水下運(yùn)載器的不斷上下滑翔，蓄能器應(yīng)該周期性地循環(huán)工作。
但是，蓄能器中的工作氣體在循環(huán)的后一階段，由于工作氣體繼續(xù)對(duì)外放熱， 損失熱量，經(jīng)歷了等容的放熱過(guò)程，致使壓力降低。結(jié)果，蓄能器內(nèi)的工作氣體 無(wú)法恢復(fù)到循環(huán)的初始狀態(tài)。為此，要保證溫差能動(dòng)力系統(tǒng)具備循環(huán)工作的特性， 需要對(duì)工作氣體補(bǔ)充額外的能量以實(shí)現(xiàn)循環(huán)的完整性。例如，在蓄能器的頂部加 裝一組電熱絲以加熱工作氣體。但是，在滑翔式水下運(yùn)載器中，攜帶額外的電源 有諸多困難，以致影響了滑翔水下運(yùn)載器的持續(xù)工作。
目前，水下運(yùn)載器的蓄能器都未能實(shí)現(xiàn)蓄能器的完整循環(huán)工作特性。已有 技術(shù)中，申請(qǐng)?zhí)枮?00410089274.9、名稱為"海洋能驅(qū)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)活塞式水下滑 翔運(yùn)載器"發(fā)明專利，是利用可變?nèi)莘e膽和聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)獲得運(yùn)載器向上或向下滑翔 的推力的，由于沒(méi)有采用適合的蓄能器裝置，使該技術(shù)不能應(yīng)用于海洋溫躍層厚 度較大的范圍。申請(qǐng)?zhí)枮?00410089280.4、名稱為"以機(jī)翼為換熱器獲取海水 熱能驅(qū)動(dòng)的工字型水下運(yùn)載器"發(fā)明專利，是將冷水層換熱器和熱水層換熱器設(shè) 置成工字型結(jié)構(gòu)，來(lái)利用海洋溫差能，由于未采用性能齊全的蓄能器，使之當(dāng)溫 度躍層發(fā)生擾亂或局部溫度分布變化時(shí)，水下運(yùn)載器的運(yùn)行將產(chǎn)生停頓甚至引起 運(yùn)載器下沉，使之繼續(xù)正常工作存在困難。申請(qǐng)?zhí)枮?00420109950. X、名稱為"利用海洋溫差能驅(qū)動(dòng)烷烴發(fā)動(dòng)機(jī)的滑翔式潛水器"實(shí)用新型專利，主要由工作 流體缸、工作氣體缸、內(nèi)膽和外膽組成，工作氣體缸作為滑翔機(jī)的蓄能器。當(dāng)滑 翔機(jī)在暖水層航程中，由于水溫較高，感溫工質(zhì)吸收熱量，發(fā)生固一液相變，體 積膨脹，感溫工質(zhì)因體積膨脹推動(dòng)傳遞液體流入工作氣體缸的下部，抬高浮動(dòng)活 塞，擠壓工作氣體缸內(nèi)的氣體，氣體體積縮小。當(dāng)滑翔機(jī)航行在冷水層時(shí)，由于 水溫較低，感溫工質(zhì)向冷海水釋放熱量，發(fā)生液一固相變，體積縮小，產(chǎn)生一定 的真空度，能量傳遞液體回流入工作流體缸。當(dāng)滑翔機(jī)航行至上限深度處，利用 海水深度壓力將外膽內(nèi)的能量傳遞液體壓入內(nèi)膽，凈浮力為負(fù)，使滑翔機(jī)向下運(yùn) 動(dòng)；當(dāng)滑翔機(jī)航行到達(dá)預(yù)設(shè)的下限深度時(shí)，工作氣體克服海水深度壓力，將能量 傳遞液體從工作氣體缸壓入外膽后，使外膽恢復(fù)至原體積，凈浮力為正，滑翔機(jī) 向上浮游。但是，由于蓄能器內(nèi)的工作氣體無(wú)法恢復(fù)到循環(huán)的初始狀態(tài)，致使滑 翔機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)無(wú)法順利地持續(xù)工作。
目前，所有文獻(xiàn)所披露的蓄能器，都沒(méi)有妥善保證在海洋溫度躍層中應(yīng)用時(shí) 的循環(huán)工作特性。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明提供一種滑翔式水下運(yùn)載器蓄能 器，尤其是一種滑翔式水下運(yùn)載器回?zé)嵝钅芷??；枋剿逻\(yùn)載器回?zé)嵝钅芷骺?以利用回?zé)嵝?yīng)，使蓄能器自動(dòng)進(jìn)入熱力循環(huán)周期性的持續(xù)工作狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)滑 翔式水下運(yùn)載器的正常工作。
本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明包括缸體，輸液管，浮動(dòng)活塞， 缸蓋，回?zé)釋樱?型膠圈，能量傳遞液體，工作氣體，活塞環(huán)，絲堵。
缸體是一個(gè)圓柱型帶底的殼體，上口敞開(kāi)，缸體底部中心加工有螺孔，輸液 管的一端與缸體底部的螺孔以螺紋密封連接，輸液管另一端與水下運(yùn)載器工作流 體缸連通，能量傳遞液體從輸液管引入缸體下部?jī)?chǔ)存。
浮動(dòng)活塞制成碗型結(jié)構(gòu)，置于缸體中部，三道活塞環(huán)鑲嵌在浮動(dòng)活塞的外壁， 保證活塞的密封性，浮動(dòng)活塞通過(guò)三道活塞環(huán)與缸體內(nèi)壁滑動(dòng)配合。
回?zé)釋又糜诟?dòng)活塞上部的碗型凹口內(nèi)?；?zé)釋佑啥鄬鱼t合金的金屬絲網(wǎng)或 陶瓷網(wǎng)組成，結(jié)構(gòu)緊密，具有良好的蓄熱功能。
缸蓋與缸體的上端螺紋連接，O型膠圈置于缸蓋與缸體的上端之間，以保證 兩者連接的氣密性。缸蓋是一個(gè)倒扣的碗型結(jié)構(gòu)，其中心加工有螺孔，絲堵通過(guò) 螺孔與缸蓋緊密連接，以保持完好的氣密性。在缸體內(nèi)，浮動(dòng)活塞的上部充有工 作氣體。絲堵用于維修時(shí)釋放工作氣體的壓力。
當(dāng)滑翔機(jī)在暖水層航程中，感溫工質(zhì)吸收暖海水熱量，發(fā)生固液相變，體積 膨脹，將工作液體缸中的能量傳遞液體擠入回?zé)嵝钅芷鳌９ぷ鳉怏w受壓，體積減 小，工作氣體的體積變化量，就是系統(tǒng)的能量傳遞液體的排擠量。
當(dāng)滑翔機(jī)航行到冷水層下限深度時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行正浮力調(diào)節(jié)。這時(shí)，工作氣體 的壓力大于外膽所受的海水下限深度的壓力，氣體膨脹、對(duì)外作功，將蓄能器內(nèi) 部的能量傳遞液體壓入外膽，使外膽的體積變大，滑翔機(jī)獲得了正浮力。在這一 過(guò)程中，工作氣體壓力減小，體積增大。然后，由于氣缸和活塞都不是完全絕熱， 工作氣體受壓后，溫度較高，與周圍環(huán)境產(chǎn)生溫度差。這時(shí)，工作氣體經(jīng)歷等容 放熱過(guò)程，壓力繼續(xù)降低。具有回?zé)峁δ艿男钅芷髟谠撾A段先發(fā)揮吸熱效應(yīng)，依 靠回?zé)釋佣嗫住崛萘看蟮奶匦?，回?zé)釋友杆傥」ぷ鳉怏w放出的熱量，以備工 作氣體在溫度較低、需要吸熱時(shí)采用。接著，感溫工質(zhì)開(kāi)始新一輪的固液相變， 也是蓄能器重新參與儲(chǔ)能過(guò)程的間歇段。這時(shí)，工作氣體吸取回?zé)釋铀鶅?chǔ)存的熱 量，經(jīng)歷了等容吸熱過(guò)程，壓力回復(fù)到初始充氣壓力，實(shí)現(xiàn)了完整的循環(huán)工作。 在滑翔機(jī)從暖水層航行至冷水層、再回到暖水層的一個(gè)循環(huán)中，前半個(gè)循環(huán) 的平均溫度高于后半個(gè)循環(huán)的平均溫度，適當(dāng)?shù)臏夭钋『帽ＷC了回?zé)徇^(guò)程的效 果。如果蓄能器不具備回?zé)峁δ埽钅芷鲀?nèi)部的工作氣體無(wú)法恢復(fù)到初始狀態(tài)。 反之，當(dāng)蓄能器具備合適的回?zé)峁δ軙r(shí)，蓄能器內(nèi)部的工作氣體得以回復(fù)到初始 狀態(tài)。這樣，蓄能器自動(dòng)地進(jìn)入了熱力循環(huán)周期性的持續(xù)工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了滑翔 式水下運(yùn)載器的正常工作。
本發(fā)明利用回?zé)嵝?yīng)，使蓄能器自動(dòng)進(jìn)入熱力循環(huán)周期性的持續(xù)工作狀態(tài)， 以實(shí)現(xiàn)滑翔式水下運(yùn)載器的正常工作。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明利用回?zé)岬男钅芷骷夹g(shù)，運(yùn)載器可以長(zhǎng)期在水下 運(yùn)行，無(wú)需補(bǔ)充除了海洋溫差能以外的能源，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，運(yùn)行成本低 廉。該技術(shù)在涉及海洋水下工作的各個(gè)領(lǐng)域有重大實(shí)用價(jià)值。


圖1是本發(fā)明滑翔式水下運(yùn)載器的回?zé)嵝钅芷鞯慕Y(jié)構(gòu)原理圖。
圖中1、缸體，2、輸液管，3、浮動(dòng)活塞，4、缸蓋，5、回?zé)釋樱?、 0型 膠圈，7、能量傳遞液體，8、工作氣體，9、活塞環(huán)，10、絲堵。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施做進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明包括缸體l，輸液管2，浮動(dòng)活塞3，缸蓋4，回?zé)釋?5， 0型膠圈6，能量傳遞液體7，工作氣體8，活塞環(huán)9，絲堵IO。
缸體1是一個(gè)圓柱型帶底的殼體，上口敞開(kāi)，缸體l底部中心加工有螺孔， 輸液管2的一端與缸體1底部的螺孔以螺紋密封連接，輸液管2另一端與水下運(yùn) 載器工作流體缸連通，能量傳遞液體7從輸液管2引入缸體1下部?jī)?chǔ)存。
浮動(dòng)活塞3制成碗型結(jié)構(gòu)，置于缸體1中部，三道活塞環(huán)9鑲嵌在浮動(dòng)活塞 3的外壁，保證活塞的密封性，浮動(dòng)活塞3通過(guò)三道活塞環(huán)9與缸體1內(nèi)壁滑動(dòng) 配合。
回?zé)釋?置于浮動(dòng)活塞3上部的碗型凹口內(nèi)?；?zé)釋?由多層鉻合金的金屬 絲網(wǎng)或陶瓷網(wǎng)組成，結(jié)構(gòu)緊密，具有良好的蓄熱功能。
缸蓋4與缸體1的上端螺紋連接，0型膠圈6置于缸蓋4與缸體1的上端之 間，以保證兩者連接的氣密性。缸蓋4是一個(gè)倒扣的碗型結(jié)構(gòu)，其中心加工有 M8的螺孔，絲堵10通過(guò)螺孔與缸蓋4緊密連接，以保持完好的氣密性。在缸體 1內(nèi)，浮動(dòng)活塞3的上部充有工作氣體8。絲堵10用于維修時(shí)釋放工作氣體8 的壓力。
缸體1和缸蓋4均采用不銹鋼材質(zhì)制成，浮動(dòng)活塞3采用含鉻的合金鋼材質(zhì) 制成，活塞環(huán)9采用彈簧鋼材質(zhì)制成，輸液管2采用黃銅材質(zhì)。能量傳遞液體7 采用含水量為40%的水_乙二醇液體，工作氣體8采用性質(zhì)穩(wěn)定的氮?dú)狻?br> 當(dāng)滑翔機(jī)在暖水層航程中，感溫工質(zhì)吸收暖海水熱量，發(fā)生固液相變，體積 膨脹，將工作液體缸中的能量傳遞液體7擠入回?zé)嵝钅芷?。工作氣體8受壓，體 積減小，工作氣體8的體積變化量，就是系統(tǒng)的能量傳遞液體7的排擠量。
當(dāng)滑翔機(jī)航行到冷水層下限深度時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行正浮力調(diào)節(jié)。這時(shí)，工作氣體 8的壓力大于外膽所受的海水下限深度的壓力，氣體膨脹、對(duì)外作功，將蓄能器 內(nèi)部的能量傳遞液體7壓入外膽，使外膽的體積變大，滑翔機(jī)獲得了正浮力。在 這一過(guò)程中，工作氣體8壓力減小，體積增大。然后，由于氣缸和活塞都不是完
全絕熱，工作氣體8受壓后，溫度較高，與周圍環(huán)境產(chǎn)生溫度差。這時(shí)，工作氣 體8經(jīng)歷等容放熱過(guò)程，壓力繼續(xù)降低。具有回?zé)峁δ艿男钅芷髟谠撾A段先發(fā)揮 吸熱效應(yīng)，依靠回?zé)釋?多孔、熱容量大的特性，回?zé)釋?迅速吸取工作氣體8 放出的熱量，以備工作氣體8在溫度較低、需要吸熱時(shí)采用。接著，感溫工質(zhì)開(kāi) 始新一輪的固液相變，也是蓄能器重新參與儲(chǔ)能過(guò)程的間歇段。這時(shí)，工作氣體 8吸取回?zé)釋?所儲(chǔ)存的熱量，經(jīng)歷了等容吸熱過(guò)程，壓力回復(fù)到初始充氣壓力， 實(shí)現(xiàn)了完整的循環(huán)工作。
在滑翔機(jī)從暖水層航行至冷水層、再回到暖水層的一個(gè)循環(huán)中，前半個(gè)循環(huán) 的平均溫度高于后半個(gè)循環(huán)的平均溫度，適當(dāng)?shù)臏夭钋『帽ＷC了回?zé)徇^(guò)程的效 果。如果蓄能器不具備回?zé)峁δ?，蓄能器?nèi)部的工作氣體8無(wú)法恢復(fù)到初始狀態(tài)。 反之，當(dāng)蓄能器具備合適的回?zé)峁δ軙r(shí)，蓄能器內(nèi)部的工作氣體8得以回復(fù)到初 始狀態(tài)。這樣，蓄能器自動(dòng)地進(jìn)入了熱力循環(huán)周期性的持續(xù)工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了滑 翔式水下運(yùn)載器的正常工作。
本發(fā)明利用回?zé)嵝?yīng)，使蓄能器自動(dòng)進(jìn)入熱力循環(huán)周期性的持續(xù)工作狀態(tài)， 以實(shí)現(xiàn)滑翔式水下運(yùn)載器的正常工作。
權(quán)利要求
1、一種滑翔式水下運(yùn)載器的回?zé)嵝钅芷?，包括缸體(1)，輸液管(2)，浮動(dòng)活塞(3)，缸蓋(4)，回?zé)釋?5)，O型膠圈(6)，能量傳遞液體(7)，工作氣體(8)，活塞環(huán)(9)，絲堵(10)，其特征在于缸體(1)是一個(gè)圓柱型帶底的殼體，上口敞開(kāi)，缸體(1)底部中心加工有螺孔，輸液管(2)的一端與缸體(1)底部的螺孔以螺紋密封連接，輸液管(2)另一端與水下運(yùn)載器工作流體缸連通，能量傳遞液體(7)從輸液管(2)引入缸體(1)下部?jī)?chǔ)存；浮動(dòng)活塞(3)制成碗型結(jié)構(gòu)，置于缸體(1)中部，三道活塞環(huán)(9)鑲嵌在浮動(dòng)活塞(3)的外壁，浮動(dòng)活塞(3)通過(guò)三道活塞環(huán)(9)與缸體(1)內(nèi)壁滑動(dòng)配合；回?zé)釋?5)置于浮動(dòng)活塞(3)上部的碗型凹口內(nèi)；缸蓋(4)與缸體(1)的上端螺紋連接，O型膠圈(6)置于缸蓋(4)與缸體(1)的上端之間，缸蓋(4)是一個(gè)倒扣的碗型結(jié)構(gòu)，其中心加工有螺孔，絲堵(10)通過(guò)螺孔與缸蓋(4)緊密連接，在缸體(1)內(nèi)，浮動(dòng)活塞(3)的上部充有工作氣體(8)；回?zé)釋?5)由多層鉻合金的金屬絲網(wǎng)或陶瓷網(wǎng)組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑翔式水下運(yùn)載器的回?zé)嵝钅芷?，其特征是所?的缸體(1)和缸蓋(4)均采用不銹鋼材質(zhì)制成，浮動(dòng)活塞(3)采用含鉻的合 金鋼材質(zhì)制成，活塞環(huán)(9)采用彈簧鋼材質(zhì)制成，輸液管(2)采用黃銅材質(zhì)， 能量傳遞液體(7)采用含水量為40%的水一乙二醇液體，工作氣體(8)采用 性質(zhì)穩(wěn)定的氮?dú)狻?br> 全文摘要
滑翔式水下運(yùn)載器的回?zé)嵝钅芷?，屬于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，包括缸體，輸液管，浮動(dòng)活塞，缸蓋，回?zé)釋樱琌型膠圈，能量傳遞液體，工作氣體，活塞環(huán)，絲堵。本發(fā)明利用感溫工質(zhì)發(fā)生固液相變，工作氣體受壓儲(chǔ)能，溫度升高，與周圍環(huán)境產(chǎn)生溫度差，工作氣體經(jīng)歷等容放熱過(guò)程，回?zé)釋游」ぷ鳉怏w放出的熱量，隨后，感溫工質(zhì)開(kāi)始新一輪固液相變，工作氣體吸取回?zé)釋铀鶅?chǔ)存的熱量，在等容吸熱過(guò)程中，工作氣體壓力回復(fù)到初始充氣壓力，實(shí)現(xiàn)了完整的循環(huán)工作。本發(fā)明利用回?zé)釋有钅芗夹g(shù)，使蓄能器自動(dòng)進(jìn)入熱力循環(huán)周期性的持續(xù)工作狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)滑翔式水下運(yùn)載器的正常工作，具有重大實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)F28D20/02GK101196383SQ20071017326
公開(kāi)日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者夏冬鶯, 捷 馬 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)