專利名稱：利用海洋溫差能驅(qū)動烷烴發(fā)動機(jī)的滑翔式潛水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種潛水器，尤其是利用海洋溫差能驅(qū)動烷烴發(fā)動機(jī)的滑翔式潛水器，屬于船舶工程技術(shù)領(lǐng)域中水下居住或作業(yè)的設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前已有的潛水器都是需要攜帶能源以驅(qū)動前進(jìn)的。由于攜帶能源所需占用的容積和本身重量的限制，使攜帶能源的數(shù)量受到嚴(yán)格的控制，以至束縛了潛水器的運(yùn)行時間和航程，提高了運(yùn)行成本和制造成本。在已有技術(shù)中，專利號為01100006.6的滑翔潛艇發(fā)明專利，潛艇在水下滑翔時，需依靠人力或機(jī)械力驅(qū)使?jié)撏Ц綆У乃蚁蛲w注入或抽出水流，才能改變潛艇的浮力，無自帶能源無法運(yùn)轉(zhuǎn)，因此不能持久遠(yuǎn)程運(yùn)行。專利號為200320110216.0的縱列雙座船身式兩棲超輕型飛機(jī)發(fā)明專利，具有從水面起飛降落在陸地或從陸地起飛降落在水面的性能，兼有空中停車狀態(tài)下的滑翔操控性能，但不能潛入海面以下執(zhí)行潛航任務(wù)；它以二沖程發(fā)動機(jī)為動力，運(yùn)行成本和制造成本昂貴，無自帶能源就無法運(yùn)轉(zhuǎn)，不能持久遠(yuǎn)程運(yùn)行。2001年10月IEEE JOURNAL OF OCEANIC ENGINEERING第26卷第4期美國海軍研究所Douglas C.Webb等人發(fā)表的改變浮力獲得驅(qū)動力的滑翔潛水器，其發(fā)動機(jī)以氮?dú)鉃楣ぷ鳉怏w，以乙二醇為傳遞液體，由于氮?dú)庑再|(zhì)不甚穩(wěn)定，容易與乙二醇發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而變質(zhì)；乙二醇黏度低，氮?dú)馊菀诐B入以至影響乙二醇的功率傳遞，不能保證發(fā)動機(jī)的可靠和滑翔潛水器的正常運(yùn)行。
實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有潛水器需要自帶能源的弊病，本實(shí)用新型提供一種利用海洋溫差能驅(qū)動烷烴發(fā)動機(jī)的滑翔式潛水器，包括潛水器外殼、垂直尾翼、水平機(jī)翼和烷烴發(fā)動機(jī)，其中烷烴發(fā)動機(jī)由工作流體缸、工作氣體缸、內(nèi)膽、外膽、工作流體活塞、傳遞流體活塞、A截止閥、B截止閥、三通閥組成。工作流體缸、工作氣體缸和內(nèi)膽安置在潛水器外殼內(nèi)，外膽安裝在潛水器外殼的底部。
工作流體活塞和傳遞流體活塞分別置于工作流體缸和工作氣體缸內(nèi)。在工作流體缸內(nèi)工作流體活塞上面的部分是工作流體腔，在工作氣體缸內(nèi)傳遞流體活塞上面的部分是工作氣體腔。工作流體缸底部通過A截止閥與內(nèi)膽頂部相連，通過B截止閥分別與工作氣體缸的底部和三通閥的A端連接。內(nèi)膽底部與三通閥的B端相連，外膽與三通閥的C端相連。垂直尾翼安置在潛水器外殼的尾部上方；左右各一個水平機(jī)翼分別安置在潛水器外殼前半部的兩側(cè)。水平機(jī)翼與傳遞流體活塞聯(lián)動。
工作流體腔內(nèi)充滿工作流體。工作氣體腔內(nèi)充滿了氬氣，并使氬氣的壓力比潛水器運(yùn)行區(qū)域內(nèi)海水的最高壓力高。工作流體缸中工作流體活塞以下的部分、工作氣體缸中傳遞流體活塞以下的部分、內(nèi)膽和外膽內(nèi)均充滿了傳遞流體。當(dāng)烷烴發(fā)動機(jī)工作時，工作流體作固、液兩相變換。
當(dāng)潛水器升到溫躍層以上海水層時，水溫較高，工作流體吸熱，熔化，體積膨脹，向下推動工作流體活塞，將工作流體活塞下面的傳遞流體經(jīng)B截止閥流入工作氣體缸的下部，并抬高傳遞流體活塞，擠壓工作氣體腔內(nèi)的氣體。與此同時，三通閥的B端與C端連通，使外膽中的傳遞流體流入內(nèi)膽，潛水器總體容積減小，浮力也減小，潛水器將下沉。與傳遞流體活塞聯(lián)動的水平機(jī)翼向斜下方傾角而使?jié)撍飨蚯跋路交校瑵撍鬟M(jìn)入冷水層。
在冷水層中，水溫較低，工作流體放熱，開始凝固，并收縮體積，使工作流體活塞上抬，內(nèi)膽內(nèi)的傳遞流體經(jīng)A截止閥進(jìn)入工作流體缸的下部。與此同時，控制三通閥的A端與C端相通，工作氣體缸下部的傳遞流體流入外膽，使外膽體積膨脹，潛水器總體容積增大，潛水器浮力增大，獲得向上的升力。與傳遞流體活塞聯(lián)動的水平機(jī)翼向斜上方向迎角，使?jié)撍飨蛐鄙戏交?，潛水器進(jìn)入溫水層。
如此周而復(fù)始，潛水器持續(xù)以“之”字型向前滑行。潛水器的烷烴發(fā)動機(jī)也完成了一個熱力循環(huán)。
本實(shí)用新型的有益效果是，潛水器可以長期在水中運(yùn)行，無需補(bǔ)充能源，制造成本運(yùn)行成本低廉，在涉及海洋水下工作的各個領(lǐng)域有重大的實(shí)用價值。


圖1是本實(shí)用新型潛水器驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是本實(shí)用新型潛水器側(cè)視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述。
如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型包括工作流體缸1、工作氣體缸2、內(nèi)膽3、外膽4、工作流體活塞5、傳遞流體活塞6、潛水器外殼7、A截止閥8、B截止閥9、水平機(jī)翼11、垂直尾翼13、三通閥14。其中工作流體缸1、工作氣體缸2、內(nèi)膽3、外膽4、工作流體活塞5、傳遞流體活塞6、A截止閥8、B截止閥9、三通閥14構(gòu)成了烷烴發(fā)動機(jī)。
潛水器外殼7是一流線形中空殼體。工作流體缸1安置在外殼7內(nèi)的中前部，工作氣體缸2安置在外殼7內(nèi)的中部，內(nèi)膽3安置在外殼7內(nèi)的中后部，外膽4安置在外殼7的底部，工作流體活塞5置于工作流體缸1內(nèi)，傳遞流體活塞6置于工作氣體缸2內(nèi)。在工作流體缸1內(nèi)工作流體活塞5上面的部分是工作流體腔10，在工作氣體缸2內(nèi)傳遞流體活塞6上面的部分是工作氣體腔12。工作流體缸1底部通過A截止閥8與內(nèi)膽3頂部相連，通過B截止閥9分別與工作氣體缸2的底部和三通閥14的A端連接。內(nèi)膽3底部與三通閥14的B端相連，外膽4與三通閥14的C端相連。垂直尾翼13安置在潛水器外殼7的尾部上方；左右各一個水平機(jī)翼11安置在潛水器外殼7前半部的兩側(cè)。水平機(jī)翼11與傳遞流體活塞6聯(lián)動。
工作流體腔10內(nèi)充滿烷烴類化合物。對不同的海域，溫躍層以上海水層的溫度是不同的。當(dāng)海水溫度較低時，采用熔點(diǎn)為10℃正十五烷或者熔點(diǎn)為16.7℃正十六烷。當(dāng)潛水器運(yùn)行海域的海水溫度較高時，可以采用熔點(diǎn)為21.7℃正十七烷作為工作流體。工作氣體腔12內(nèi)充滿了氬氣，并使氬氣的壓力比潛水器運(yùn)行區(qū)域內(nèi)海水的最高壓力高。工作流體缸1中工作流體活塞5以下的部分、工作氣體缸2中傳遞流體活塞6以下的部分、內(nèi)膽3和外膽4內(nèi)均充滿了傳遞流體。傳遞流體采用熔點(diǎn)為-12℃的正十二烷。當(dāng)烷烴發(fā)動機(jī)工作時，工作流體作固、液兩相變換。
當(dāng)潛水器升到溫躍層以上海水層時，水溫較高，工作流體吸熱，熔化，體積膨脹，向下推動工作流體活塞5，將工作流體活塞5下面的傳遞流體經(jīng)B截止閥9流入工作氣體缸2的下部，并抬高傳遞流體活塞6，擠壓工作氣體腔12內(nèi)的氣體。與此同時，控制三通閥14的B端與C端連通，使外膽4中的傳遞流體流入內(nèi)膽3，潛水器總體容積減小，浮力也減小，潛水器將下沉。與傳遞流體活塞6聯(lián)動的水平機(jī)翼11向斜下方傾角而使?jié)撍飨蚯跋路交?，潛水器進(jìn)入冷水層。
在冷水層中，水溫較低，工作流體放熱，開始凝固，并收縮體積，使工作流體活塞5上抬，內(nèi)膽3內(nèi)的傳遞流體經(jīng)A截止閥8進(jìn)入工作流體缸1的下部。與此同時，控制三通閥14的A端與C端相通，工作氣體缸2下部的傳遞流體流入外膽4，使外膽4體積膨脹，潛水器總體容積增大，潛水器浮力增大，獲得向上的升力。與傳遞流體活塞6聯(lián)動的水平機(jī)翼11向斜上方向迎角，使?jié)撍飨蛐鄙戏交校瑵撍鬟M(jìn)入溫水層。
如此周而復(fù)始，潛水器持續(xù)以“之”字型向前滑行。潛水器的烷烴發(fā)動機(jī)也完成了一個熱力循環(huán)。
權(quán)利要求1.一種利用海洋溫差能驅(qū)動烷烴發(fā)動機(jī)的滑翔式潛水器，包括潛水器外殼(7)、垂直尾翼(13)、水平機(jī)翼(11)，其特征在于還包括由工作流體缸(1)、工作氣體缸(2)、內(nèi)膽(3)、外膽(4)、工作流體活塞(5)、傳遞流體活塞(6)、A截止閥(8)、B截止閥(9)、三通閥(14)組成的烷烴發(fā)動機(jī)，潛水器外殼(7)是一流線形中空殼體，工作流體缸(1)安置在外殼(7)內(nèi)的中前部，工作氣體缸(2)安置在外殼(7)內(nèi)的中部，內(nèi)膽(3)安置在外殼(7)內(nèi)的中后部，外膽(4)安置在外殼(7)的底部，工作流體活塞(5)置于工作流體缸(1)內(nèi)，傳遞流體活塞(6)置于工作氣體缸(2)內(nèi)，在工作流體缸(1)內(nèi)工作流體活塞(5)上面的部分是工作流體腔(10)，在工作氣體缸(2)內(nèi)傳遞流體活塞(6)上面的部分是工作氣體腔(12)，工作流體缸(1)底部通過A截止閥(8)與內(nèi)膽(3)頂部相連，通過B截止閥(9)分別與工作氣體缸(2)的底部和三通閥(14)的A端連接，內(nèi)膽(3)底部與三通閥(14)的B端相連，外膽(4)與三通閥(14)的C端相連，垂直尾翼(13)安置在潛水器外殼(7)的尾部上方，水平機(jī)翼(11)安置在潛水器外殼(7)前半部的兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用海洋溫差能驅(qū)動烷烴發(fā)動機(jī)的滑翔式潛水器，其特征是所述的水平機(jī)翼(11)與傳遞流體活塞(6)聯(lián)動。
專利摘要利用海洋溫差能驅(qū)動烷烴發(fā)動機(jī)的滑翔式潛水器，包括由工作流體缸、工作氣體缸、內(nèi)膽、外膽、工作流體活塞、傳遞流體活塞、A截止閥、B截止閥、三通閥組成的烷烴發(fā)動機(jī)、垂直尾翼、水平機(jī)翼和潛水器外殼。當(dāng)潛水器升到溫躍層以上海水層時，水溫較高，工作流體吸熱，熔化，體積膨脹，向下推動工作流體活塞，使外膽中的傳遞流體流入內(nèi)膽，潛水器總體容積減小，浮力減小，潛水器下沉，與傳遞流體活塞聯(lián)動的水平機(jī)翼向斜下方傾角，潛水器向前下方滑行。當(dāng)潛水器降到溫躍層以下海水層時，水平機(jī)翼向斜上方向迎角，潛水器向斜上方滑行。如此周而復(fù)始，潛水器持續(xù)以“之”字型向前滑行。本實(shí)用新型可長期在水中運(yùn)行無需補(bǔ)充能源。
文檔編號F03G7/05GK2785976SQ200420109950
公開日2006年6月7日 申請日期2004年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
發(fā)明者馬捷, 張建棟, 杜樂樂, 倪園芳, 張鑫 申請人:上海交通大學(xué)