基于珀耳帖元件的温度主动控制相变的浮力引擎装置的制作方法

本发明涉及一种用于水下的浮力引擎，特别是基于石蜡相变原理而改变浮力的浮力引擎装置。

背景技术：

浮力引擎装置通过调节水下潜器的净浮力，保证潜器在某一水层具有相对稳定的姿态，以克服潜器外壳受压变形、负载操作等导致的浮力变化干扰。现有的深海浮力引擎大都采用液体油泵进行吸排油来实现浮力调节，这些装置重量大、能耗高、噪声大。温差能式浮力调节装置是通过换热器俘获海洋温跃层的温差能，利用相变材料的收缩和膨胀原理来调节浮力。然而，温差能式浮力调节装置需要足够的温度差才能进行浮力调节，只能在低纬度、浅水层海域作业。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种相变浮力引擎装置，用以解决液压传动浮力调节方式装置大、能耗高、噪声大以及温差能浮力调节的作业水域受限的问题。

为实现上述目的，该发明的方案具体内容如下：

一种基于珀耳帖元件的温度主动控制相变的浮力引擎装置，由浮力发生单元、温度控制单元组成和数据采集及控制系统组成：

（1）浮力发生单元由硅胶薄膜、石蜡、端盖密封圈、螺栓螺母、开口环端盖、底座和螺钉构成；

（2）温度控制单元由珀耳帖元件、直流电源、散热鳍片、温控开关和水密接插件构成；

（3）数据采集及控制系统由温度传感器、温控开关、微控制器构成。

所述装置的储能舱由底座和硅胶薄膜联接形成，两者之间通过端盖密封圈和开口环形端盖进行密封。珀耳帖元件通过硅胶将其安装在舱体底座内侧；舱体底座的内螺纹与水密接插件的插座前端的外螺纹联接，插头配合插座使用，由水密接插件将珀耳帖元件与直流电源相连。石蜡由舱体底部的注蜡孔注入，舱内充满石蜡后用螺钉和密封垫片组合进行密封。石蜡在相变过程中体积发生变化时，硅胶薄膜与底座联接形成的腔体相应地收缩或扩张，以此实现装置的体积变化，从而获得浮力变化量使装置下沉或上浮。

装置需要上浮时，设定微控制器的目标温度值高于石蜡熔点，当温度传感器测得的实际温度值低于目标温度值时，微控制器控制第一温控开关和第二温控开关分别接通a1、a2，使珀耳帖元件加热石蜡；当温度传感器测得的实际温度值高于目标温度值时，微控制器控制第一温控开关和第二温控开关分别接通b1、b2，接通珀耳帖元件的正负极对调，珀耳帖元件冷却石蜡，通过散热鳍片将舱内的热量传递给海水，使得石蜡温度降低，控制石蜡温度达到目标温度值，使得石蜡呈液态体积膨胀，硅胶薄膜与底座联接形成的腔体扩张，装置排开水的体积变大，从而使得装置获得上浮的净浮力；同理，装置需要下沉时，设定微控制器的目标温度值低于石蜡熔点，微控制器控制第一温控开关和第二温控开关使石蜡温度控制在熔点以下，石蜡冷凝体积收缩，硅胶薄膜与中筒联接形成的腔体收缩，装置排开水的体积变小，从而使得装置获得下沉的净浮力。

本发明的有益效果：

1.本发明通过温度控制石蜡相变实现浮力调节有效地解决了传统浮力调节装置能耗高、噪声大的问题；

2.该装置工作原理简单，适用海域范围广，可用于设计小型、轻量的浮力装置。

附图说明

图1是本发明的总体原理示意图；

图中：1-微控制器；2-第一温控开关；3-直流电源；4-第二温控开关；5-螺栓螺母；6-开口环形端盖；7-石蜡；8-硅胶薄膜；9-温度传感器；10-端盖密封圈；11-螺钉；12-散热鳍片；13-底座；14-水密接插件；15-硅脂；16-珀耳帖元件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明由浮力发生单元、温度控制单元组成和数据采集及控制系统组成，其中浮力发生单元由硅胶薄膜8、石蜡7、端盖密封圈10、螺栓螺母5、开口环形端盖6、底座13和螺钉11构成；温度控制单元由珀耳帖元件16、直流电源3、第一温控开关2、第二温控开关4、散热鳍片12和水密接插件14构成；数据采集及控制系统由温度传感器9、微控制器1构成；

底座13与硅胶薄膜8联接在一起形成空腔，通过密封圈10和开口环端盖6进行密封，底座13的底部设有注蜡孔；珀耳帖元件16通过硅脂15将其安装在底座13内侧；底座13的内螺纹与水密接插件14的插座前端的外螺纹联接，插头配合插座使用，由水密接插件14将珀耳帖元件16与直流电源3相连。石蜡由舱体侧面的注蜡孔注入，舱内充满石蜡后用螺钉11和密封垫片组合进行密封。石蜡在相变过程中体积发生变化时，硅胶薄膜8与底座13联接形成的腔体相应地收缩或扩张，以此实现装置的体积变化，从而获得浮力变化量使装置下沉或上浮。

在舱内合理布置温度传感器9以获取石蜡的温度值，温度信号输入到微控制器1，同时温度值作为反馈控制量实现对通入珀耳帖元件的电流方向的控制。装置需要上浮时，设定微控制器1的目标温度值高于石蜡熔点，当温度传感器9测得的实际温度值低于目标温度值时，微控制器1控制第一温控开关2和第二温控开关4分别接通a1、a2，使珀耳帖元件16通电加热石蜡；温度传感器测得的实际温度值高于目标温度值，微控制器1控制第一温控开关2和第二温控开关4分别接通b1、b2，接通珀耳帖元件的正负极对调，珀耳帖元件16冷却石蜡，通过散热鳍片将舱内的热量传递给海水，使得石蜡7温度降低，以此控制石蜡温度达到目标温度值，使石蜡呈液态体积膨胀，硅胶薄膜与底座联接形成的腔体扩张，装置排开水的体积变大，从而使得装置获得上浮的净浮力；装置需要下沉时，微控制器1的温度设定值低于石蜡熔点，微控制器1控制第一温控开关2和第二温控开关4使石蜡温度控制在熔点以下，石蜡体积收缩，装置排开水的体积变小，从而使得装置获得下沉的净浮力。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于珀耳帖元件的温度主动控制相变的浮力引擎装置。该浮力引擎装置主要由浮力发生单元及温度控制系统等组成。浮力发生单元由硅胶薄膜、石蜡、端盖密封圈、螺栓螺母、开口环端盖、底座和螺钉构成；温度控制单元由珀耳帖元件、直流电源、散热鳍片、温控开关和水密接插件构成。在微控制器、温度控制系统共同作用下，石蜡的相变可通过控制其温度变化来实现，进而控制其体积的收缩或膨胀，使得装置的排水体积发生变化，以此调节装置浮力。该装置通过控制温度实现石蜡的体积变化来调节浮力，具有能耗低、噪声小的优点，工作原理简单，可用于设计小型、轻量的水下潜器。

技术研发人员：宋伟;汪志坚;王程;张訸
受保护的技术使用者：余姚市浙江大学机器人研究中心;浙江大学
技术研发日：2019.03.13
技术公布日：2019.05.24