CN110388307A - 一种利用深海热液喷口热液动能发电的装置 - Google Patents

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郑鹏
杨申申
张伟
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Abstract

本发明涉及一种利用深海热液喷口热液动能发电的装置，包括叶片、齿轮箱、发电机、整流器、交换器及蓄电池组，叶片通过叶片转动轴与齿轮箱的输入端连接，齿轮箱的输出端与发电机的输入端连接，发电机的输出端通过第一水密接插件与整流器的输入端连接，所述整流器的输出端与变换器的输入端连接，所述变换器的输出端与蓄电池组连接，所述蓄电池组与第二水密接插件连接。利用本发明可通过水密接插件为观测设备进行连接，从而为观测设备提供长时间的连续电能供给，解决了传统接结构中无法长时间连续检测，且受制于电池容量及无法搭载大功率观测设备的问题，其适用于深海几十兆帕的高压环境，且适用于深海热液口高温环境及海水的强腐蚀性。

Description

一种利用深海热液喷口热液动能发电的装置
技术领域
本发明涉及水下发电设备领域，尤其涉及一种利用深海热液喷口所喷出的热液动能进行发电的装置。
背景技术
深海热液喷口作为地壳和海洋间物质与能量的交换窗口，具有很高的能量密度，其中典型的热液口喷出的高温液体动能非常高，在海底高压环境下可以喷射数十米。热液喷口的测量和利用一直是全球关注的焦点，利用热液动能这种可再生的能量，可作为海洋热液观测的重要电能供应方式，为进行热液喷口观测的传感器等设备进行能源供给，具有很大的研究价值。
以往放置在热液喷口进行长期观测的传感器都是自带电池进行电力供给，该种自带电池供电的缺点是难以进行长达数年时间的连续检测，并且受制于电池容量，无法搭载功率大的科学观测设备。同时目前水下的发电装置还受制于以下两方面：一是因为耐压性差而无法承受深海几十兆帕的高压环境；二是因为材料的原因无法适用于热液口的高温环境和海水的强腐蚀性。
发明内容
本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种利用深海热液喷口热液动能发电的装置，其为观测设备提供长时间连续的电能供给，解决了在热液喷口科学观测能源供给的瓶颈。
本发明所采用的技术方案如下：
一种利用深海热液喷口热液动能发电的装置，包括叶片、齿轮箱、发电机、整流器、交换器及蓄电池组，所述叶片通过叶片转动轴与齿轮箱的输入端连接，所述齿轮箱的输出端与发电机的输入端连接，所述发电机的输出端通过第一水密接插件与整流器的输入端连接，所述整流器的输出端与变换器的输入端连接，所述变换器的输出端与蓄电池组连接，所述蓄电池组与用于与外部热液口观测设备提供电能的第二水密接插件连接；所述叶片转动轴与齿轮箱连接的一端、以及齿轮箱及发电机均位于充油腔外壳的充油腔内，所述整流器、变换器及蓄电池组均位于常压密封外壳的常压密封腔内；在所述充油腔外壳与常压密封外壳之间还设置补偿装置外壳，于所述补偿装置外壳的设置用于平衡内外压力的补偿装置。
其进一步技术方案在于：
叶片转动轴与充油腔外壳连接的一端通过机械密封装置密闭连接；
第一水密接插件螺接于补偿装置外壳上并用于实现充油腔与常压密封腔的电气连接，所述第二水密接插件螺接于常压密封外壳上并用于实现常压密封腔与外部设备的电气连接；
补偿装置外壳内部设有与所述充油腔连通的压力腔，在所述补偿装置外壳上还开设连通压力腔的充油通道，在所述充油通道的进口处设置堵头；
充油腔外壳与补偿装置外壳的一侧固接，所述补偿装置外壳的另一侧与常压密封外壳固接；
在所述充油腔外壳与补偿装置外壳一侧的连接处通过第一密封圈实现端面密封，所述补偿装置外壳另一侧与常压密封外壳的连接处通过第二密封圈实现端面密封；
所述充油腔外壳、补偿装置外壳及常压密封外壳均采用钛合金材料制成。
本发明的有益效果如下：
本发明结构简单，使用方便，利用本发明可通过水密接插件为观测设备进行连接，从而为观测设备提供长时间的连续电能供给，解决了传统接结构中无法长时间连续检测，且受制于电池容量及无法搭载大功率观测设备的问题，其适用于深海几十兆帕的高压环境，且适用于深海热液口高温环境及海水的强腐蚀性。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明中叶片转动轴的密封图。
其中：1、叶片；2、机械密封装置；3、充油腔；4、充油腔外壳；5、第一密封圈；6、第一紧固螺丝；7、补偿装置；8、补偿装置外壳；801、压力腔；802、充油通道；9、第二密封圈；10、第二紧固螺丝；11、常压密封腔；12、常压密封外壳；13、第一水密接插件；14、第二水密接插件；15、堵头；16、紧固螺钉；17、弹簧座；18、弹簧；19、动环辅助密封圈；20、动环；21、静环；22、静环辅助密封圈；23、防转销；24、齿轮箱；25、发电机；26、整流器；27、变换器；28、蓄电池组。
具体实施方式
下面说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2所示，一种利用深海热液喷口热液动能发电的装置包括叶片1、齿轮箱24、发电机25、整流器26、交换器27及蓄电池组28，叶片1通过叶片转动轴与齿轮箱24的输入端连接，齿轮箱24的输出端与发电机25的输入端连接，发电机25的输出端通过第一水密接插件13与整流器26的输入端连接，整流器26的输出端与变换器27的输入端连接，变换器27的输出端与蓄电池组28连接，蓄电池组28与用于与外部热液口观测设备提供电能的第二水密接插件14连接；叶片转动轴与齿轮箱24连接的一端、以及齿轮箱24及发电机25均位于充油腔外壳4的充油腔3内，整流器26、变换器27及蓄电池组28均位于常压密封外壳12的常压密封腔11内；在充油腔外壳4与常压密封外壳12之间还设置补偿装置外壳8，于补偿装置外壳8的设置用于平衡内外压力的补偿装置7，该补偿装置7采用弹簧压缩来补偿内部压力，使充油腔3与外部环境压力保持相同，保证机械密封装置2的正常工作。
叶片转动轴与充油腔外壳4连接的一端通过机械密封装置2密闭连接。如图3所示，该机械密封装置2具有泄漏量小、寿命长的优点，适合长时间放置在深海工作，本发明采用博格曼公司的机械密封装置，其主要由紧固螺钉16、弹簧座17、弹簧18、动环辅助密封圈19、动环20、静环21、静环辅助密封圈22及防转销23组成。
如图2所示，第一水密接插件13螺接于补偿装置外壳8上并用于实现充油腔3与常压密封腔11的电气连接，第二水密接插件14螺接于常压密封外壳12上并用于实现常压密封腔11与外部设备的电气连接。补偿装置外壳8内部设有与充油腔3连通的压力腔801，在补偿装置外壳8上还开设连通压力腔801的充油通道802，在充油通道802的进口处设置堵头15。上述充油腔外壳4与补偿装置外壳8的一侧固接，补偿装置外壳8的另一侧与常压密封外壳12固接。
在充油腔外壳4与补偿装置外壳8一侧的连接处通过第一密封圈5实现端面密封，补偿装置外壳8另一侧与常压密封外壳12的连接处通过第二密封圈9实现端面密封。上述充油腔外壳4、补偿装置外壳8及常压密封外壳12均采用钛合金材料制成。通过采用钛合金材料制成的结构具有高强度适合承压，其具有较高的耐腐蚀性能抵抗海水腐蚀，耐热性能高适合应用于热液口的高温环境。
本发明除了第一密封圈5、第二密封圈9之外，充油腔3、常压密封腔11及压力腔801与外界环境均采用O型圈进行端面密封，通过螺钉压紧，第一水密接插件13、第二水密接插件14及堵头15也采用O型圈进行端面密封。
本发明的具体工作过程如下：
通过将本发明通过支架安装在深海热液喷口的上方，热液喷口喷出的热液驱动叶片1带动叶片转动轴转动，叶片转动轴连接到充油腔3内的齿轮箱24进行增速，将叶片1在热液作用下产生动能传递至发电机25，发电机25产生电能通过第一水密接插件13输送至整流器26转换为直流电，再经过变换器27转换为可为蓄电池组28充电的电能，蓄电池组28通过第二水密接插件14为观测设备提供长时间的电力供应。
本发明结构简单，使用方便，利用本发明可通过水密接插件为观测设备进行连接，从而为观测设备提供长时间的连续电能供给，解决了传统接结构中无法长时间连续检测，且受制于电池容量及无法搭载大功率观测设备的问题，其适用于深海几十兆帕的高压环境，且适用于深海热液口高温环境及海水的强腐蚀性。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.一种利用深海热液喷口热液动能发电的装置，其特征在于：包括叶片(1)、齿轮箱(24)、发电机(25)、整流器(26)、交换器(27)及蓄电池组(28)，所述叶片(1)通过叶片转动轴与齿轮箱(24)的输入端连接，所述齿轮箱(24)的输出端与发电机(25)的输入端连接，所述发电机(25)的输出端通过第一水密接插件(13)与整流器(26)的输入端连接，所述整流器(26)的输出端与变换器(27)的输入端连接，所述变换器(27)的输出端与蓄电池组(28)连接，所述蓄电池组(28)与用于与外部热液口观测设备提供电能的第二水密接插件(14)连接；所述叶片转动轴与齿轮箱(24)连接的一端、以及齿轮箱(24)及发电机(25)均位于充油腔外壳(4)的充油腔(3)内，所述整流器(26)、变换器(27)及蓄电池组(28)均位于常压密封外壳(12)的常压密封腔(11)内；在所述充油腔外壳(4)与常压密封外壳(12)之间还设置补偿装置外壳(8)，于所述补偿装置外壳(8)的设置用于平衡内外压力的补偿装置(7)。
2.如权利要求1所述的一种利用深海热液喷口热液动能发电的装置，其特征在于：所述叶片转动轴与充油腔外壳(4)连接的一端通过机械密封装置(2)密闭连接。
3.如权利要求1所述的一种利用深海热液喷口热液动能发电的装置，其特征在于：所述第一水密接插件(13)螺接于补偿装置外壳(8)上并用于实现充油腔(3)与常压密封腔(11)的电气连接，所述第二水密接插件(14)螺接于常压密封外壳(12)上并用于实现常压密封腔(11)与外部设备的电气连接。
4.如权利要求1所述的一种利用深海热液喷口热液动能发电的装置，其特征在于：所述补偿装置外壳(8)内部设有与所述充油腔(3)连通的压力腔(801)，在所述补偿装置外壳(8)上还开设连通压力腔(801)的充油通道(802)，在所述充油通道(802)的进口处设置堵头(15)。
5.如权利要求1～4任一权利要求所述的一种利用深海热液喷口热液动能发电的装置，其特征在于：所述充油腔外壳(4)与补偿装置外壳(8)的一侧固接，所述补偿装置外壳(8)的另一侧与常压密封外壳(12)固接。
6.如权利要求5所述的一种利用深海热液喷口热液动能发电的装置，其特征在于：在所述充油腔外壳(4)与补偿装置外壳(8)一侧的连接处通过第一密封圈(5)实现端面密封，所述补偿装置外壳(8)另一侧与常压密封外壳(12)的连接处通过第二密封圈(9)实现端面密封。
7.如权利要求5所述的一种利用深海热液喷口热液动能发电的装置，其特征在于：所述充油腔外壳(4)、补偿装置外壳(8)及常压密封外壳(12)均采用钛合金材料制成。
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