专利名称：滑翔式水下运载器的回热蓄能器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种蓄能器，尤其是一种滑翔式水下运载器的回热蓄能器，属于 海洋工程技术领域。
背景技术：
利用海洋温差能作为驱动能源的滑翔式水下运载器，运行于海洋的温度跃 层。它的动力系统中的相变工质吸收海洋热能、发生相变，进而引起体积变化， 致使运载器的浮力周期性地增加和减少，以实现运载器在温跃层上、下滑翔。在 浮力不断变化的过程中，依赖相变工质的体积变化将能量转移给能量传递液体， 能量传递液体将能量储存在蓄能器的工作气体中，以备需要调节浮力时适时地释 放。为了实现水下运载器的不断上下滑翔，蓄能器应该周期性地循环工作。
但是，蓄能器中的工作气体在循环的后一阶段，由于工作气体继续对外放热， 损失热量，经历了等容的放热过程，致使压力降低。结果，蓄能器内的工作气体 无法恢复到循环的初始状态。为此，要保证温差能动力系统具备循环工作的特性， 需要对工作气体补充额外的能量以实现循环的完整性。例如，在蓄能器的顶部加 装一组电热丝以加热工作气体。但是，在滑翔式水下运载器中，携带额外的电源 有诸多困难，以致影响了滑翔水下运载器的持续工作。
目前，水下运载器的蓄能器都未能实现蓄能器的完整循环工作特性。已有 技术中，申请号为200410089274.9、名称为"海洋能驱动的联动活塞式水下滑 翔运载器"发明专利，是利用可变容积胆和联动机构获得运载器向上或向下滑翔 的推力的，由于没有采用适合的蓄能器装置，使该技术不能应用于海洋温跃层厚 度较大的范围。申请号为200410089280.4、名称为"以机翼为换热器获取海水 热能驱动的工字型水下运载器"发明专利，是将冷水层换热器和热水层换热器设 置成工字型结构，来利用海洋温差能，由于未采用性能齐全的蓄能器，使之当温 度跃层发生扰乱或局部温度分布变化时，水下运载器的运行将产生停顿甚至引起 运载器下沉，使之继续正常工作存在困难。申请号为200420109950. X、名称为"利用海洋温差能驱动烷烃发动机的滑翔式潜水器"实用新型专利，主要由工作 流体缸、工作气体缸、内胆和外胆组成，工作气体缸作为滑翔机的蓄能器。当滑 翔机在暖水层航程中，由于水温较高，感温工质吸收热量，发生固一液相变，体 积膨胀，感温工质因体积膨胀推动传递液体流入工作气体缸的下部，抬高浮动活 塞，挤压工作气体缸内的气体，气体体积縮小。当滑翔机航行在冷水层时，由于 水温较低，感温工质向冷海水释放热量，发生液一固相变，体积縮小，产生一定 的真空度，能量传递液体回流入工作流体缸。当滑翔机航行至上限深度处，利用 海水深度压力将外胆内的能量传递液体压入内胆，净浮力为负，使滑翔机向下运 动；当滑翔机航行到达预设的下限深度时，工作气体克服海水深度压力，将能量 传递液体从工作气体缸压入外胆后，使外胆恢复至原体积，净浮力为正，滑翔机 向上浮游。但是，由于蓄能器内的工作气体无法恢复到循环的初始状态，致使滑 翔机的动力系统无法顺利地持续工作。
目前，所有文献所披露的蓄能器，都没有妥善保证在海洋温度跃层中应用时 的循环工作特性。
发明内容
为了弥补现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种滑翔式水下运载器蓄能 器，尤其是一种滑翔式水下运载器回热蓄能器。滑翔式水下运载器回热蓄能器可 以利用回热效应，使蓄能器自动进入热力循环周期性的持续工作状态，以实现滑 翔式水下运载器的正常工作。
本发明是通过下述技术方案实现的。本发明包括缸体，输液管，浮动活塞， 缸盖，回热层，0型胶圈，能量传递液体，工作气体，活塞环，丝堵。
缸体是一个圆柱型带底的壳体，上口敞开，缸体底部中心加工有螺孔，输液 管的一端与缸体底部的螺孔以螺纹密封连接，输液管另一端与水下运载器工作流 体缸连通，能量传递液体从输液管引入缸体下部储存。
浮动活塞制成碗型结构，置于缸体中部，三道活塞环镶嵌在浮动活塞的外壁， 保证活塞的密封性，浮动活塞通过三道活塞环与缸体内壁滑动配合。
回热层置于浮动活塞上部的碗型凹口内。回热层由多层铬合金的金属丝网或 陶瓷网组成，结构紧密，具有良好的蓄热功能。
缸盖与缸体的上端螺纹连接，O型胶圈置于缸盖与缸体的上端之间，以保证 两者连接的气密性。缸盖是一个倒扣的碗型结构，其中心加工有螺孔，丝堵通过 螺孔与缸盖紧密连接，以保持完好的气密性。在缸体内，浮动活塞的上部充有工 作气体。丝堵用于维修时释放工作气体的压力。
当滑翔机在暖水层航程中，感温工质吸收暖海水热量，发生固液相变，体积 膨胀，将工作液体缸中的能量传递液体挤入回热蓄能器。工作气体受压，体积减 小，工作气体的体积变化量，就是系统的能量传递液体的排挤量。
当滑翔机航行到冷水层下限深度时，开始进行正浮力调节。这时，工作气体 的压力大于外胆所受的海水下限深度的压力，气体膨胀、对外作功，将蓄能器内 部的能量传递液体压入外胆，使外胆的体积变大，滑翔机获得了正浮力。在这一 过程中，工作气体压力减小，体积增大。然后，由于气缸和活塞都不是完全绝热， 工作气体受压后，温度较高，与周围环境产生温度差。这时，工作气体经历等容 放热过程，压力继续降低。具有回热功能的蓄能器在该阶段先发挥吸热效应，依 靠回热层多孔、热容量大的特性，回热层迅速吸取工作气体放出的热量，以备工 作气体在温度较低、需要吸热时采用。接着，感温工质开始新一轮的固液相变， 也是蓄能器重新参与储能过程的间歇段。这时，工作气体吸取回热层所储存的热 量，经历了等容吸热过程，压力回复到初始充气压力，实现了完整的循环工作。 在滑翔机从暖水层航行至冷水层、再回到暖水层的一个循环中，前半个循环 的平均温度高于后半个循环的平均温度，适当的温差恰好保证了回热过程的效 果。如果蓄能器不具备回热功能，蓄能器内部的工作气体无法恢复到初始状态。 反之，当蓄能器具备合适的回热功能时，蓄能器内部的工作气体得以回复到初始 状态。这样，蓄能器自动地进入了热力循环周期性的持续工作状态，实现了滑翔 式水下运载器的正常工作。
本发明利用回热效应，使蓄能器自动进入热力循环周期性的持续工作状态， 以实现滑翔式水下运载器的正常工作。
本发明的有益效果本发明利用回热的蓄能器技术，运载器可以长期在水下 运行，无需补充除了海洋温差能以外的能源，结构简单，性能可靠，运行成本低 廉。该技术在涉及海洋水下工作的各个领域有重大实用价值。
图1是本发明滑翔式水下运载器的回热蓄能器的结构原理图。
图中1、缸体，2、输液管，3、浮动活塞，4、缸盖，5、回热层，6、 0型 胶圈，7、能量传递液体，8、工作气体，9、活塞环，10、丝堵。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施做进一步的说明。
如图1所示，本发明包括缸体l，输液管2，浮动活塞3，缸盖4，回热层 5， 0型胶圈6，能量传递液体7，工作气体8，活塞环9，丝堵IO。
缸体1是一个圆柱型带底的壳体，上口敞开，缸体l底部中心加工有螺孔， 输液管2的一端与缸体1底部的螺孔以螺纹密封连接，输液管2另一端与水下运 载器工作流体缸连通，能量传递液体7从输液管2引入缸体1下部储存。
浮动活塞3制成碗型结构，置于缸体1中部，三道活塞环9镶嵌在浮动活塞 3的外壁，保证活塞的密封性，浮动活塞3通过三道活塞环9与缸体1内壁滑动 配合。
回热层5置于浮动活塞3上部的碗型凹口内。回热层5由多层铬合金的金属 丝网或陶瓷网组成，结构紧密，具有良好的蓄热功能。
缸盖4与缸体1的上端螺纹连接，0型胶圈6置于缸盖4与缸体1的上端之 间，以保证两者连接的气密性。缸盖4是一个倒扣的碗型结构，其中心加工有 M8的螺孔，丝堵10通过螺孔与缸盖4紧密连接，以保持完好的气密性。在缸体 1内，浮动活塞3的上部充有工作气体8。丝堵10用于维修时释放工作气体8 的压力。
缸体1和缸盖4均采用不锈钢材质制成，浮动活塞3采用含铬的合金钢材质 制成，活塞环9采用弹簧钢材质制成，输液管2采用黄铜材质。能量传递液体7 采用含水量为40%的水_乙二醇液体，工作气体8采用性质稳定的氮气。
当滑翔机在暖水层航程中，感温工质吸收暖海水热量，发生固液相变，体积 膨胀，将工作液体缸中的能量传递液体7挤入回热蓄能器。工作气体8受压，体 积减小，工作气体8的体积变化量，就是系统的能量传递液体7的排挤量。
当滑翔机航行到冷水层下限深度时，开始进行正浮力调节。这时，工作气体 8的压力大于外胆所受的海水下限深度的压力，气体膨胀、对外作功，将蓄能器 内部的能量传递液体7压入外胆，使外胆的体积变大，滑翔机获得了正浮力。在 这一过程中，工作气体8压力减小，体积增大。然后，由于气缸和活塞都不是完
全绝热，工作气体8受压后，温度较高，与周围环境产生温度差。这时，工作气 体8经历等容放热过程，压力继续降低。具有回热功能的蓄能器在该阶段先发挥 吸热效应，依靠回热层5多孔、热容量大的特性，回热层5迅速吸取工作气体8 放出的热量，以备工作气体8在温度较低、需要吸热时采用。接着，感温工质开 始新一轮的固液相变，也是蓄能器重新参与储能过程的间歇段。这时，工作气体 8吸取回热层5所储存的热量，经历了等容吸热过程，压力回复到初始充气压力， 实现了完整的循环工作。
在滑翔机从暖水层航行至冷水层、再回到暖水层的一个循环中，前半个循环 的平均温度高于后半个循环的平均温度，适当的温差恰好保证了回热过程的效 果。如果蓄能器不具备回热功能，蓄能器内部的工作气体8无法恢复到初始状态。 反之，当蓄能器具备合适的回热功能时，蓄能器内部的工作气体8得以回复到初 始状态。这样，蓄能器自动地进入了热力循环周期性的持续工作状态，实现了滑 翔式水下运载器的正常工作。
本发明利用回热效应，使蓄能器自动进入热力循环周期性的持续工作状态， 以实现滑翔式水下运载器的正常工作。
权利要求
1、一种滑翔式水下运载器的回热蓄能器，包括缸体(1)，输液管(2)，浮动活塞(3)，缸盖(4)，回热层(5)，O型胶圈(6)，能量传递液体(7)，工作气体(8)，活塞环(9)，丝堵(10)，其特征在于缸体(1)是一个圆柱型带底的壳体，上口敞开，缸体(1)底部中心加工有螺孔，输液管(2)的一端与缸体(1)底部的螺孔以螺纹密封连接，输液管(2)另一端与水下运载器工作流体缸连通，能量传递液体(7)从输液管(2)引入缸体(1)下部储存；浮动活塞(3)制成碗型结构，置于缸体(1)中部，三道活塞环(9)镶嵌在浮动活塞(3)的外壁，浮动活塞(3)通过三道活塞环(9)与缸体(1)内壁滑动配合；回热层(5)置于浮动活塞(3)上部的碗型凹口内；缸盖(4)与缸体(1)的上端螺纹连接，O型胶圈(6)置于缸盖(4)与缸体(1)的上端之间，缸盖(4)是一个倒扣的碗型结构，其中心加工有螺孔，丝堵(10)通过螺孔与缸盖(4)紧密连接，在缸体(1)内，浮动活塞(3)的上部充有工作气体(8)；回热层(5)由多层铬合金的金属丝网或陶瓷网组成。
2、 根据权利要求1所述的滑翔式水下运载器的回热蓄能器，其特征是所述 的缸体(1)和缸盖(4)均采用不锈钢材质制成，浮动活塞(3)采用含铬的合 金钢材质制成，活塞环(9)采用弹簧钢材质制成，输液管(2)采用黄铜材质， 能量传递液体(7)采用含水量为40%的水一乙二醇液体，工作气体(8)采用 性质稳定的氮气。
全文摘要
滑翔式水下运载器的回热蓄能器，属于海洋工程技术领域，包括缸体，输液管，浮动活塞，缸盖，回热层，O型胶圈，能量传递液体，工作气体，活塞环，丝堵。本发明利用感温工质发生固液相变，工作气体受压储能，温度升高，与周围环境产生温度差，工作气体经历等容放热过程，回热层吸取工作气体放出的热量，随后，感温工质开始新一轮固液相变，工作气体吸取回热层所储存的热量，在等容吸热过程中，工作气体压力回复到初始充气压力，实现了完整的循环工作。本发明利用回热层蓄能技术，使蓄能器自动进入热力循环周期性的持续工作状态，以实现滑翔式水下运载器的正常工作，具有重大实用价值。
文档编号F28D20/02GK101196383SQ20071017326
公开日2008年6月11日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者夏冬莺, 捷 马 申请人:上海交通大学