一種海洋溫差能發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海洋溫差能發(fā)電裝置，包括置于海水中的支架，支架的頂部設(shè)有同步轉(zhuǎn)動的主動輪和從動輪，支架的底部安裝有第一滑輪，所述主動輪和從動輪的下方設(shè)有第二滑輪和第三滑輪，并設(shè)有繞置在所述主動輪、從動輪、第一滑輪、第二滑輪和第三滑輪上的雙程形狀記憶合金彈簧，還包括受所述主動輪帶動的發(fā)電裝置。本發(fā)明根據(jù)形狀記憶合金在不同環(huán)境溫度下具有不同形狀的特性，可以將海水垂直方向上的熱能，轉(zhuǎn)換成發(fā)電裝置的動能，實現(xiàn)對海洋溫差能的開發(fā)和利用。
【專利說明】一種海洋溫差能發(fā)電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及傳動發(fā)電裝置，尤其涉及一種海洋溫差能發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]長期以來，由于以石油、煤炭等為代表的石化能源帶來的日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，和石化能源資源的匱乏而導(dǎo)致的全球能源危機，使得世界各國都認(rèn)知到，為了實現(xiàn)社會與經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，就必須優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，降低石化能源在一次能源中的比例。在可再生的清潔能源中，海洋溫差能儲量最大，是國際社會公認(rèn)的最具開發(fā)潛力的能源之一。所以怎樣有效地獲取海洋溫差能對于國家和整個世界的整體能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、緩解未來能源壓力都有重要意義。
[0003]到目前為止，在利用海洋溫差能發(fā)電的研究方面，絕大多數(shù)的研究都是基于低沸點工作介質(zhì)的熱動力學(xué)蘭肯循環(huán)而開展的。其原理都是通過熱交換器將暖海水的熱能轉(zhuǎn)移到工作介質(zhì)上，使其蒸發(fā)、膨脹、從而推動汽輪機發(fā)電，再利用從深海提升上來的冷海水使工作介質(zhì)冷凝。這種能量的轉(zhuǎn)換方式，在其規(guī)模擴大時，總是存在技術(shù)上的瓶頸，這啟發(fā)我們在開發(fā)海洋溫差能時，應(yīng)嘗試其他的能量轉(zhuǎn)換方式。
[0004]其中，利用形狀記憶合金材料的內(nèi)在熱彈性耦合特征的能量轉(zhuǎn)換方式，就是一種極具應(yīng)用前景的方式。形狀記憶合金(Shape Memory Alloys,簡稱SMA)是一種能夠記憶原有形狀的智能材料。當(dāng)合金在低于相變態(tài)溫度下，受到一有限度的塑性變形后，可由加熱的方式使其恢復(fù)到變形前的原始形狀，這種特殊的現(xiàn)象稱為形狀記憶效應(yīng)(Shape MemoryEffect,簡稱SME)。而當(dāng)合金在高于相變態(tài)溫度下，施以一應(yīng)力使其受到有限度的塑性變形(非線性彈性變形)后，可利用直接釋放應(yīng)力的方式使其恢復(fù)到變形前的原始形狀。作為廣泛應(yīng)用的一種智能材料，形狀記憶合金具有內(nèi)在的熱彈性耦合特征，能在材料內(nèi)部實現(xiàn)熱能和機械能之間的自動轉(zhuǎn)換，并能在溫度和應(yīng)力作用下誘發(fā)馬氏體相變和重定向。這一獨特特征使得形狀記憶合金在許多工程領(lǐng)域得到了應(yīng)用，并隨著材料科學(xué)與工程技術(shù)的發(fā)展而迅猛的發(fā)展。所以基于形狀記憶形合金這種對溫度的特殊敏感性，結(jié)合海洋中的溫差的分布，可以利用形狀記憶合金將海水溫差轉(zhuǎn)換為機械能和電能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了 一種海洋溫差能發(fā)電裝置，利用形狀記憶合金在不同海水層的溫度差使馬氏體相變來帶動設(shè)備發(fā)電，尤其利用一種具有雙程記憶效應(yīng)的形狀記憶合金，根據(jù)形狀記憶合金在不同環(huán)境溫度下具有不同形狀的特性，可以將海水垂直方向上的熱能，轉(zhuǎn)換成發(fā)電裝置的動能，實現(xiàn)對海洋溫差能的開發(fā)和利用。
[0006]一種海洋溫差能發(fā)電裝置，包括置于海水中的支架，支架的頂部設(shè)有同步轉(zhuǎn)動的主動輪和從動輪，支架的底部安裝有第一滑輪，所述主動輪和從動輪的下方設(shè)有第二滑輪和第三滑輪，并設(shè)有繞置在所述主動輪、從動輪、第一滑輪、第二滑輪和第三滑輪上的雙程形狀記憶合金彈簧，還包括受所述主動輪帶動的發(fā)電裝置。[0007]雙程形狀記憶合金彈簧是利用具有雙程記憶效應(yīng)的形狀記憶合金制成的彈簧，當(dāng)這種彈簧放在熱水中時，彈簧的長度立即收縮，在冷水中時，彈簧會立即回復(fù)原狀。
[0008]海洋中海水在垂直方向上有溫度差，深度越大，溫度越低。當(dāng)本發(fā)明的裝置放置在具有溫差的海水中后，位于支架頂部的雙程形狀記憶合金彈簧處于溫度較高的海水中，而支架底部的彈簧則處于溫度較低的海水中，由于上層的海水溫度較高，下層的海水溫度較低，根據(jù)雙程形狀記憶合金彈簧的雙程記憶效應(yīng)，處于溫度較高的海水區(qū)域內(nèi)的雙程形狀記憶合金彈簧收縮，產(chǎn)生兩個大小相等方向相反的拉應(yīng)力T，并分別作用于主動輪和從動輪，但是主動輪的半徑大于從動輪的半徑，在同等拉應(yīng)力T的拉動下，對主動輪產(chǎn)生的力矩要大于從動輪生產(chǎn)的力矩，從而使主動輪帶動從動輪轉(zhuǎn)動，并帶動發(fā)生裝置發(fā)電。
[0009]作為優(yōu)選的，設(shè)有與主動輪同軸固定的第一皮帶輪，所述從動輪同軸固定有第二皮帶輪，所述第一皮帶輪和第二皮帶輪上繞置有同步皮帶。
[0010]主動輪帶動第一皮帶輪，第一皮帶輪經(jīng)同步皮帶帶動第二皮帶輪轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)主動輪帶動從動輪轉(zhuǎn)動。
[0011]作為優(yōu)選的，所述主動輪、從動輪、第一滑輪、第二滑輪和第三滑輪的徑向邊緣均設(shè)有與所述雙程形狀記憶合金彈簧配合的凹槽。
[0012]雙程形狀記憶合金彈簧類似于皮帶，繞置在主動輪、從動輪、第一滑輪、第二滑輪和第三滑輪上，設(shè)置的凹槽，可防止雙程形狀記憶合金彈簧的滑脫。
[0013]作為優(yōu)選的，位于第二滑輪和第三滑輪之間的雙程形狀記憶合金彈簧所處的海水區(qū)域安裝有輔助加熱裝置。
[0014]在海水溫差較小的情況下，裝置不能正常運行，或者發(fā)電裝置的發(fā)電量不能滿足需求，還可以設(shè)置輔助加熱裝置，以提高第二滑輪和第三滑輪之間的雙程形狀記憶合金彈簧所處海水區(qū)域的溫度，加強雙程形狀記憶合金彈簧的收縮，增加主動輪所受到的拉應(yīng)力，提聞轉(zhuǎn)速。
[0015]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的輔助加熱裝置包括置于所述海水區(qū)域的加熱器，以及與加熱器連接并置于海面上的太陽能電池板。
[0016]輔助加熱裝置采用太陽能電池板作為能量供應(yīng)器，利用自然存在可再生太陽能，輔助加熱對應(yīng)的海水區(qū)域，增加海水在垂直方向上的溫差，保證裝置的正常運行。
[0017]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的加熱器為盒狀，所述的第二滑輪和第三滑輪放置在盒體內(nèi)。
[0018]加熱器可以設(shè)置為板狀或盒狀，本發(fā)明優(yōu)選使用盒狀，使第二滑輪和第三滑輪放置在盒體內(nèi)，增加雙程形狀記憶合金彈簧處于溫度較高海水中的長度，使其收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力更大。
[0019]作為優(yōu)選的，所述的第一滑輪為并排布置的兩個，利于保持裝置在運行過程中的平衡和穩(wěn)定。
[0020]作為優(yōu)選的，所述的雙程形狀記憶合金彈簧的材料為TiNi合金。
[0021]具有記憶效應(yīng)的合金有Au-CcU Ag-Cd, Cu-Zn, T1-N1、T1-N1-Pd、T1-Nb 等，本發(fā)明優(yōu)選使用記憶效應(yīng)較好的TiNi合金。
[0022]作為優(yōu)選的，所述的主動輪的半徑為所述從動輪半徑的3倍。
[0023]主動輪相對從動輪越大,主動輪受拉應(yīng)力產(chǎn)生的力矩更大,更容易帶動從動輪,在本發(fā)明中，考慮到各方面的因素，將主動輪的半徑設(shè)置為從動輪的3倍。
[0024]作為優(yōu)選的，所述支架外側(cè)安裝有防護(hù)網(wǎng)，可阻擋海底生物進(jìn)入支架內(nèi)，防止海底生物影響裝置的正常運行。
[0025]本發(fā)明的海洋溫差能發(fā)電裝置具有以下優(yōu)點:
[0026]1、充分利用了新型功能材料形狀記憶合金的獨特材料性質(zhì)，無需從陸上遠(yuǎn)距離傳輸能量，將海底火山口附近溫度場中的能量轉(zhuǎn)換成驅(qū)動發(fā)電裝置的動力，能很好地適應(yīng)海底特殊的工作環(huán)境；
[0027]2、與傳統(tǒng)的陸上遠(yuǎn)距離輸電方式相比，大大減少了工程上實現(xiàn)的難度；與蓄電池相比，可長期持續(xù)地把海洋中的溫差能轉(zhuǎn)換成電能，減少了蓄電池定期更換的技術(shù)難度；
[0028]3、在垂直溫差過小導(dǎo)致裝置不能運行時，可用太陽能輔助加熱，增加裝置的應(yīng)用范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)的主視圖；
[0030]圖2是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)的俯視圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0032]如圖1所示，一種海洋溫差能發(fā)電裝置，主要包括支架1、主動輪6、從動輪7、一對皮帶輪、同步皮帶10、第一滑輪11、第二滑輪3、第三滑輪4、雙程形狀記憶合金彈簧2、太陽能輔助加熱裝置、以及由主動輪6輸出軸帶動的發(fā)電裝置。
[0033]支架I為長方體形狀的框架，由角鋼與鋼板通過螺母拼接而成。主動輪6和從動輪7安裝在支架I的頂部，第一滑輪11放置在支架I底部，第二滑輪3和第三滑輪4分別安裝在主動輪6和從動輪7下方的支架I上，雙程形狀記憶合金彈簧2繞置在主動輪6、從動輪7、第一滑輪11、第二滑輪3和第三滑輪4上，其中第一滑輪11為并排布置的兩個。
[0034]如圖2所示，支架I的頂部固定有鋼板，鋼板中間開有一個長方形的開口，主動輪6和從動輪7放置在開口內(nèi)，且主動輪6和從動輪7的轉(zhuǎn)軸兩端帶有滾針軸承，滾針軸承放置在開口兩側(cè)的軸承支座12和軸承支座13內(nèi)，鋼板上開有螺栓孔，軸承支座通過螺栓固定在鋼板上。主動輪6和從動輪7上分別同軸固定有皮帶輪8和皮帶輪9，兩個皮帶輪之間繞置有同步皮帶10，實現(xiàn)主動輪6和從動輪7的同步轉(zhuǎn)動。
[0035]第二滑輪3和第三滑輪4分別位于主動輪6和從動輪7下方，安裝在對應(yīng)的支架橫梁上，雙程形狀記憶合金彈簧2將第二滑輪3和第三滑輪4與主動輪6和從動輪7構(gòu)成一個循環(huán)體。
[0036]主動輪6、從動輪7、第一滑輪11、第二滑輪3和第三滑輪4的徑向邊緣均設(shè)有與雙程形狀記憶合金彈簧2配合的凹槽，雙程形狀記憶合金彈簧2就位于凹槽內(nèi)，不易滑脫。
[0037]為增加本發(fā)明裝置的使用范圍，在第二滑輪3和第三滑輪4之間的雙程形狀記憶合金彈簧2所處的海水區(qū)域安裝有輔助加熱裝置，用于提高該海水區(qū)域的溫度，增加海水垂直高度上的溫差，使裝置能夠在溫差較小的海水中發(fā)電。輔助加熱裝置包括加熱器5和太陽能電池板，加熱器5放置在第二滑輪3和第三滑輪4所處的海水區(qū)域中，太陽能電池板安裝在海面上，用于吸收太陽能為加熱器5提供能源。加熱器5為盒體狀，其內(nèi)部能夠容納第二滑輪3和第三滑輪4，增加雙程形狀記憶合金彈簧2在高溫海水中的長度，使收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力更大，發(fā)電效率更高。
[0038]在本實施例中，主動輪6的半徑為從動輪7半徑的3倍，雙程形狀記憶合金彈簧2采用記憶效應(yīng)較好的TiNi合金制成，且支架I外側(cè)安裝有防護(hù)網(wǎng)，能夠阻擋海底生物進(jìn)入發(fā)電裝置內(nèi)。
[0039]本發(fā)明的裝置放置在垂直方向上有較大溫度梯度的海水中，上層海水溫度較高，下層海水溫度較低，使雙程形狀記憶合金彈簧2的上面部分處在溫度較高的海水中，而下面部分則處在溫度較低的海水中。雙程形狀記憶合金彈簧處于較高溫度海水中的部分，因溫度較高收縮而產(chǎn)生兩個大小相等方向相反的拉應(yīng)力T，而處于下層溫度較低的海水中時，雙程形狀記憶合金彈簧遇冷后能夠恢復(fù)到原始狀態(tài)。由于支架頂部的主動輪6和皮帶輪8同軸設(shè)置，從動輪7和皮帶輪9同軸設(shè)置，且兩個皮帶輪通過同步皮帶10傳動聯(lián)接，則主動輪6和從動輪7只能同向轉(zhuǎn)動。同時，主動輪6的半徑大于從動輪7半徑，因此在同等拉應(yīng)力T的拉動下，主動輪6產(chǎn)生的力矩要大于從動輪7產(chǎn)生的力矩，因此，圖1中裝置的各個轉(zhuǎn)動輪將順時針方向轉(zhuǎn)動，從而通過輸出軸帶動發(fā)電裝置發(fā)電，為海上作業(yè)設(shè)備帶來源源不斷的動力。
【權(quán)利要求】
1.一種海洋溫差能發(fā)電裝置，包括置于海水中的支架(1)，其特征在于，支架(I)的頂部設(shè)有同步轉(zhuǎn)動的主動輪(6 )和從動輪(7 )，支架(I)的底部安裝有第一滑輪(11)，所述主動輪(6 )和從動輪(7 )的下方設(shè)有第二滑輪(3 )和第三滑輪(4 )，并設(shè)有繞置在所述主動輪(6)、從動輪(7)、第一滑輪(11)、第二滑輪(3)和第三滑輪(4)上的雙程形狀記憶合金彈簧(2),還包括受所述主動輪(6)帶動的發(fā)電裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的海洋溫差能發(fā)電裝置，其特征在于，設(shè)有與主動輪(6)同軸固定的第一皮帶輪(8)，所述從動輪(7)同軸固定有第二皮帶輪(9)，所述第一皮帶輪(8)和第二皮帶輪(9 )上繞置有同步皮帶(10 )。
3.如權(quán)利要求1所述的海洋溫差能發(fā)電裝置，其特征在于，所述主動輪(6)、從動輪(7)、第一滑輪(11)、第二滑輪(3)和第三滑輪(4)的徑向邊緣均設(shè)有與所述雙程形狀記憶合金彈簧(2)配合的凹槽。
4.如權(quán)利要求1所述的海洋溫差能發(fā)電裝置，其特征在于，位于第二滑輪(3)和第三滑輪(4)之間的雙程形狀記憶合金彈簧(2)所處的海水區(qū)域安裝有輔助加熱裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的海洋溫差能發(fā)電裝置，其特征在于，所述的輔助加熱裝置包括置于所述海水區(qū)域的加熱器(5)，以及與加熱器(5)連接并置于海面上的太陽能電池板。
6.如權(quán)利要求5所述的海洋溫差能發(fā)電裝置，其特征在于，所述的加熱器(5)為盒狀，所述的第二滑輪(3)和第三滑輪(4)放置在盒體內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的海洋溫差能發(fā)電裝置，其特征在于，所述的第一滑輪(11)為并排布置的兩個。
8.如權(quán)利要求1所述的海洋溫差能發(fā)電裝置，其特征在于，所述的雙程形狀記憶合金彈簧(2)的材料為TiNi合金。
9.如權(quán)利要求8所述的海洋溫差能發(fā)電裝置，其特征在于，所述的主動輪(6)的半徑為所述從動輪(7)半徑的3倍。
10.如權(quán)利要求9所述的海洋溫差能發(fā)電裝置，其特征在于，所述支架(I)外側(cè)安裝有防護(hù)網(wǎng)。
【文檔編號】F03G7/06GK103670981SQ201310615973
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】王林翔, 楊軍, 張 誠 申請人:浙江大學(xué)