CN110429865B - 水下机器人温差能充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下机器人温差能充电装置，属于水下航行器技术领域，包括机器人本体，机器人本体上设置有温差能发电装置，温差能发电装置包括：换能腔体，呈环状套设在机器人本体上；温差发电单元，设置在换能腔体的外壁上；封盖，与换能腔体的外壁形成容纳温差发点单元的水密容纳腔；热管，通过铰座铰接在换能腔体的底部，且与换能腔体连通；驱动机构，用于驱动热管在水平和垂直方向上转动。在AUV航行状态下，热管处于水平收回的状态，充电状态下，热管转动至竖直状态，插入到热液口中。设于换能腔体上的温差发电单元热端受热升温，同时冷端为接近常温海水的低温状态，在这种温差作用下温差发电单元输出电能为AUV进行充电，以延长AUV的运行时间。

Description

水下机器人温差能充电装置

技术领域

本发明涉及水下航行器技术领域，具体地说，涉及一种水下机器人温差能充电装置。

背景技术

在海底热液附近有丰富的生物群落、矿产资源以及地质结构需要进行观测分析。AUV是一种可以完成上述任务的选择之一。目前AUV的供能方式主要为电池供电，运行一段时间后需要返航充电，而热液口一般位于海下2000米处，深海远离陆地使得观测设备的电能供应困难。

AUV电能补充方式一种为执行一段时长任务后返回母船，即单次任务模式。由技术人员将AUV回收后在母船或陆地对其进行充电或更换电池，然后执行下一次的航行任务，该种模式下AUV的任务执行时间及航程极大程度上取决于电池储电量的大小。母船在任务执行区域附近待命以对AUV进行回收，充电工作。此种电能供给方式需要AUV靠近岸基或者母船以完成充电工作。

第二种电能补充方式为海底对接充电，即在选定的海下区域预先布置好对接基站，基站通过海底接驳等方式与海底供电电缆连接。AUV电能降低到一定程度后通过自身导航系统返回至基站，通过基站对电池进行充电。此种电能供给方式需要有海底电缆以及充电基站的支持。

深海热液口一般远离大陆，对其的考察研究目前主要为单次航程使用载人潜水器或者AUV对其进行短时间探索。随着科学研究的发展，逐渐要求观测仪器能够对热液口进行长期的原位观测，AUV是具有一定的自主航行能力数据采集能力是对热液口进行探测观察的有力工具之一，而长时间远离大陆的观测任务首先需要解决电能供应问题。深海热液口所喷发的高温热液是一种天然的理想能源，在而海下热液口周围是4℃左右的低温海水，喷发出的热液与低温海水发生对流，被迅速降温。在热液口与其周围的海水之间可形成很大温差，是一种天热的温差能。现有的温差发电器在具有温差环境下可以将热能转换为电能，因此针对深海的热液环境，利用其天然的温差能可以作为AUV的电能供给方式。但目前并没有直接利用海底热液对AUV进行功能的装置。

发明内容

本发明的目的为提供一种水下机器人温差能充电装置，利用热液口喷发出的高温热液与周围海水形成天然温差，为AUV进行供电，以延长AUV的运行时间。

为了实现上述目的，本发明提供的水下机器人温差能充电装置，设置在水下机器人的机器人本体上，包括：

换能腔体，呈环状套设在机器人本体上；

温差发电单元，设置在换能腔体的外壁上；

封盖，与换能腔体的外壁形成容纳温差发点单元的水密容纳腔；

热管，通过铰座铰接在换能腔体的底部，且与换能腔体连通；

驱动机构，用于驱动热管在水平和垂直方向上转动。

上述技术方案中，在AUV航行状态下，热管处于水平收回的状态，在充电状态下，驱动机构驱动热管转动至竖直状态。通过AUV自身姿态调整将热管插入到热液口中。此时热管中的工质受热气化，高温气态工质挥发至换能腔体上半部分后遇冷凝结放热，从而完成将热液口喷发的高温热液中热能传递至换能腔体上半部分。液体状状工质沿管壁回流至热管，受热后再次气化完成一次循环放热。设于换能腔体的外壁上的温差发电单元热端受热升温，同时冷端为接近常温海水的低温状态，在这种温差作用下温差发电单元输出电能为AUV进行充电，以延长AUV的运行时间。

为了方便热管在水平和竖直方向之间旋转，作为优选，驱动机构包括安装在铰座上的主动齿轮、与热管固连的从动齿轮以及驱动主动齿轮转动的电机。

作为优选，热管的顶部为球状，嵌在铰座内，铰座在位于热管朝水平方向转动的一侧设有避让槽。优选热管水平方向时向机器人本体的后端旋转，避让槽在方便热管旋转的同时，对热管起到限位的作用，防止热管旋转过头。

作为优选，换能腔体的底部设有深入铰座内并与热管对接的接口。

作为优选，温差发电单元为若干贴合在换能腔体的外壁上的TEG发电片。

作为优选，换能腔体由密封腔内壁和密封腔外壁构成，在密封腔内壁与密封腔外壁之间设有支撑肋，密封腔内壁上设有绝热涂层。

作为优选，密封腔内壁通过焊接的方式与所述的机器人本体固连，封盖通过焊接的方式固连在密封腔外壁上。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的水下机器人温差能充电装置将发电单元与AUV相结合，能够为海下热液口的观测勘探提供一种新的AUV电能供给方式。可以实现AUV原位长时间观测勘探，节省了更换电池的成本，延长了AUV的工作时间，进一步提升其工作效率获得更多的观测数据。

附图说明

图1为本发明实施例的水下机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例的温差能充电装置的爆炸图；

图3为本发明实施例的换能腔体的结构示意图，其中(1)为主视图，(2)为(1)的A-A剖视图；

图4为本发明实施例的温差能充电装置与机器人本体连接的剖视图；

图5为本发明实施例的温差能充电装置在位于热液口处时的剖视图；

图6为本发明实施例的水下机器人的状态图，其中(a)为航行状态图，(b)为热管旋转状态图，(c)为充电状态图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例

参见图1至图6，本实施例的由温差能驱动的水下机器人包括AUV本体1和温差充电装置2。

其中温差充电装置2包括若干TEG温差发电单元3，换能腔体4，封盖5，热管6，铰座7，驱动电机8，主动齿轮9和从动齿轮10。换能腔体4由密封腔内壁4-3和密封腔外壁4-1构成，在密封腔内壁4-3与密封腔外壁4-1之间设有支撑肋4-4，密封腔内壁4-3上设有绝热涂层4-2。TEG温差发电单元3贴合于密封腔外壁4-1上，主动齿轮9由驱动电机8驱动，从动齿轮10与热管6固连。

在AUV航行状态下，热管6处于水平收回的状态。在充电状态下，热管6由驱动电机8驱动主动齿轮9、从动齿轮10组成的齿轮对，从动齿轮10与热管6固连，主动齿轮9的旋转带动热管6转动至竖直状态。通过AUV自身姿态调整将热管6插入到热液口中。此时热管6中的工质受热气化，高温气态工质11挥发至换能腔体4上半部分后遇冷凝结放热，从而完成将热液口喷发的高温热液中热能传递至换能腔体4上半部分。液体状状工质12沿管壁回流至热管6，受热后再次气化完成一次循环放热。贴于密封腔外壁4-1的TEG温差发电单元3的热端受热升温，同时TEG温差发电单元3的冷端为接近常温海水的低温状态，在这种温差作用下TEG温差发电单元输出电能为AUV进行充电。

本实施例的热管6与铰座7为球面铰接，在铰座7上设有避让槽，可实现90度旋转，热管6在AUV航行时为水平状态，需要进行充电时为垂直状态。在充电状态下热管还可以起到对AUV进行锚固作用。

在充电状态下，除热管6可以吸收热液口喷发的热量之外，高温热液也流过AUV本体1的下半部分，将吸收的热量传递给内部工质，进一步转化为电能。

Claims (5)

1.一种水下机器人温差能充电装置，设置在水下机器人的机器人本体上，其特征在于，包括：

换能腔体，呈环状套设在所述机器人本体上；

温差发电单元，热端设置在所述换能腔体的外壁上，冷端为接近常温的海水，在温差作用下温差发电单元输出电能为水下机器人进行充电；

封盖，与所述换能腔体的外壁形成容纳所述温差发电单元的水密容纳腔；

热管，通过铰座铰接在所述换能腔体的底部，且与所述换能腔体连通；热管的顶部为球状，嵌在所述铰座内，所述铰座在位于热管朝水平方向转动的一侧设有避让槽；

驱动机构，包括安装在所述铰座上的主动齿轮、与所述热管固连的从动齿轮以及驱动所述主动齿轮转动的电机，用于驱动所述热管在水平和垂直方向上转动；

通过水下机器人自身姿态调整将所述热管插入到热液口中，所述热管中的工质受热气化，高温气态工质挥发至所述换能腔体上半部分后遇冷凝结放热，从而完成将热液口喷发的高温热液中热能传递至换能腔体上半部分；液体状工质沿管壁回流至热管，受热后再次气化完成一次循环放热。

2.根据权利要求1所述的水下机器人温差能充电装置，其特征在于，所述的换能腔体的底部设有深入所述铰座内并与所述热管对接的接口。

3.根据权利要求1所述的水下机器人温差能充电装置，其特征在于，所述的温差发电单元为若干贴合在所述换能腔体的外壁上的TEG发电片。

4.根据权利要求1所述的水下机器人温差能充电装置，其特征在于，所述的换能腔体由密封腔内壁和密封腔外壁构成，在所述密封腔内壁与所述密封腔外壁之间设有支撑肋，所述密封腔内壁上设有绝热涂层。

5.根据权利要求4所述的水下机器人温差能充电装置，其特征在于，所述的密封腔内壁通过焊接的方式与所述的机器人本体固连，所述的封盖通过焊接的方式固连在所述的密封腔外壁上。

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