CN104481828B - 一种海洋监测设备的供电装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海洋监测设备的供电装置及方法。使用本发明能够为海洋监测设备供电，且设备简便、可靠性高、成本低、无污染、寿命长。本发明利用固液相变材料随温度变化而进行相变变化的特点，将装有固液相变材料的相变筒与海水直接接触，使得相变筒中的固液相变材料在设备上浮下潜的过程中反复地凝固与融化，将海洋温差能转化为体积变化，为高压蓄能器充能，然后通过一系列管道与阀门，控制高压蓄能器释放能量驱动液压马达转动来带动发电机发电，为设备的控制系统和测量设备供电。

Description

一种海洋监测设备的供电装置及方法
技术领域
本发明涉及海洋环境监测技术领域，具体涉及一种海洋监测设备的供电装置及方法。
背景技术
当前，来自海洋方向的多种安全威胁日益严重。我国在南海问题上存在着主权被侵犯、岛礁被侵占、海域被分割、资源遭掠夺、开发被阻挠、安全受威胁的严重局面，南海危机步步升级。为更好地对海洋环境进行探测和观察，收集海洋相关数据与资料，各类应用于海洋环境监测的设备与装置相继研发成功并投入使用。对于这些需要长期持续地在海洋中工作的监测设备，目前国内外产品都采用锂电池供电，虽然能够维持设备工作3～5年，但是存在以下不足：
1)设备能够携带的锂电池数量有限，设备的工作寿命有限。同时，这些电池使得设备重量和体积较大。
2)由于投放位置远，工作位置不固定，电池耗尽后海洋监测设备就被抛弃了，需要重新投放监测设备，耗资巨大。又或者是定期上浮人工补充能量，这样又大大的限制了其工作深度和广度。
3)对于抛弃的设备，锂电池会污染海洋环境。
4)电池容易发生故障，使设备达不到设计寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种海洋监测设备的供电装置，能够利用海洋温差为海洋监测设备供电，且设备简便、可靠性高、成本低、无污染、寿命长。
本发明的海洋监测设备的供电装置，包括相变筒、活塞、单向阀I、高压蓄能器、液压马达、发电机、阀门、低压蓄能器和单向阀II；其中，高压蓄能器位于低压蓄能器的重力场上方，相变筒通过单向阀II与低压蓄能器连接，高压蓄能器通过单向阀I与相变筒连接，高压蓄能器通过阀门与低压蓄能器连接；液压马达位于高压蓄能器与阀门之间的管路上，并与发电机连接；
其中，相变筒暴露在海水中，其内部空间被活塞分为上、下两个部分，相变筒上部空间充装固液相变材料，所述固液相变材料的液态密度大于固态密度，且熔点介于表层海水和深层海水之间；低压蓄能器中充装惰性气体和液压油，高压蓄能器中充装惰性气体；单向阀II的流通方向为低压蓄能器流向相变筒；单向阀I的流通方向为相变筒流向高压蓄能器。
本发明的海洋监测设备的供电装置的供电方法，包括如下步骤：
步骤1，初始状态时，所述供电装置安装在海洋监测设备上，所述相变筒暴露在海水中，阀门、单向阀I和单向阀II均处于非导通状态；
步骤2，供电装置随海洋监测设备下潜、上浮，完成一个工作循环，供电装置进行蓄电；
步骤3，当需要供电时，打开阀门，液压马达在液压油的冲击下转动，并带动发电机发电；当蓄能器压力下降到初始值时，关闭阀门，发电完成，供电装置回到初始状态。
有益效果：
本发明利用固液相变材料随温度变化而进行相变变化的特点，将装有固液相变材料的相变筒与海水直接接触，感受海水的温度变化，使得相变筒中的固液相变材料在设备上浮下潜的过程中反复地凝固与融化，将海洋温差能转化为体积变化，为高压蓄能器充能。然后通过一系列管道与阀门，控制高压蓄能器释放能量驱动液压马达转动来带动发电机发电，为设备的控制系统和测量设备供电。大大提高了海洋监测设备的工作寿命，降低了投放成本，减少了对海洋环境的污染，提高了其工作可靠性。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
其中，1-相变筒，2-固液相变材料，3-活塞，4-单向阀I，5-高压蓄能器，6-液压马达，7-发电机，8-阀门，9-低压蓄能器，10-单向阀II，11-液压油。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种海洋监测设备的供电装置，所述供电装置安装在海洋检测设备上，其结构示意如图1所示，包括相变筒1、活塞3、单向阀I 4、高压蓄能器5、液压马达6、发电机7、阀门8、低压蓄能器9和单向阀II 10，其中，高压蓄能器5位于低压蓄能器9的重力场上方，相变筒1通过单向阀II 10与低压蓄能器9连接，高压蓄能器5通过单向阀I 4与相变筒1连接，高压蓄能器5通过阀门8与低压蓄能器9连接，液压马达位于高压蓄能器5与阀门8之间的管路上，并与发电机连接。其中，相变筒1暴露在海水中；单向阀II 10的流通方向为低压蓄能器9流向相变筒1；单向阀I 4的流通方向为相变筒1流向高压蓄能器5。
其中，相变筒1的内部空间被活塞3分为上、下两个部分，相变筒1上部空间充装固液相变材料2，其中，固液相变材料2的液态密度大于固态密度，且熔点介于表层海水和深层海水之间；低压蓄能器9中充装氮气和液压油11，高压蓄能器5中充装氮气。相变筒1的下部和高压蓄能器5中也可以充装一定的液压油。
初始时，供电装置随海洋检测设备悬浮在海水表面，相变筒1暴露在海水中，相变筒1内的固液相变材料2呈液态，阀门8、单向阀I 4和单向阀II 10均处于非导通状态。当海洋监测设备下潜测量海洋参数时，海水温度随下潜深度增加逐步降低，当海水温度降至固液相变材料2的融点以下时，固液相变材料2凝固，体积减小，压力减小，单向阀10打开，低压蓄能器中的液压油11在氮气的压力下流向相变筒1，直至固液相变材料2体积不再变化；当设备重新上浮至海水表面时，随着海水温度的升高，大于相变材料熔点，相变筒1内的固液相变材料2融化，体积增大，压力增大，单向阀4导通，从低压蓄能器9流入的液压油11由相变筒1流向高压蓄能器5，直至固液相变材料2的体积不再变化；当固液相变材料2的相变完成后，需要供电时，开启阀门8，高压蓄能器5中压力高于低压蓄能器9压力，液压油11由高压蓄能器5流向低压蓄能器9，从而驱动液压马达6转动，从而带动发电机7发电。当高压蓄能器5压力下降到初始值时，关闭阀门8，发电完成。此时供电装置回到初始状态，完成了一个工作循环。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种海洋监测设备的供电装置，其特征在于，包括相变筒(1)、活塞(3)、单向阀I(4)、高压蓄能器(5)、液压马达(6)、发电机(7)、阀门(8)、低压蓄能器(9)和单向阀II(10)；其中，高压蓄能器(5)位于低压蓄能器(9)的重力场上方，相变筒(1)通过单向阀II(10)与低压蓄能器(9)连接，高压蓄能器(5)通过单向阀I(4)与相变筒(1)连接，高压蓄能器(5)通过阀门(8)与低压蓄能器(9)连接；液压马达(6)位于高压蓄能器(5)与阀门(8)之间的管路上，并与发电机(7)连接；
其中，相变筒(1)暴露在海水中，其内部空间被活塞(3)分为上、下两个部分，相变筒(1)上部空间充装固液相变材料(2)，所述固液相变材料(2)的液态密度大于固态密度，且熔点介于表层海水和深层海水之间；低压蓄能器(9)中充装惰性气体和液压油(11)，高压蓄能器(5)中充装惰性气体；单向阀II(10)的流通方向为低压蓄能器(9)流向相变筒(1)；单向阀I(4)的流通方向为相变筒(1)流向高压蓄能器(5)。
2.一种采用如权利要求1所述的海洋监测设备的供电装置的供电方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，初始状态时，所述供电装置安装在海洋监测设备上，所述相变筒(1)暴露在海水中，阀门(8)、单向阀I(4)和单向阀II(10)均处于非导通状态；
步骤2，供电装置随海洋监测设备下潜、上浮，完成一个工作循环，供电装置进行蓄电；
步骤3，当需要供电时，打开阀门(8)，液压马达(6)在液压油(11)的冲击下转动，并带动发电机(7)发电；当高压蓄能器(5)压力下降到初始值时，关闭阀门(8)，发电完成，供电装置回到初始状态。
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