一种利用水下油气管道内外温度差的发电装置的制作方法

本发明涉及一种发电装置，具体的是涉及一种利用水下油气管道内外温度差的发电装置，属于水下微电子装备供电应用领域。

背景技术：

水下微电子装备的持续供电是保证水下电子装备正常运行的重要条件，水下固定安装的电子装备通常采用岸上远程供电或是水下电池组供电，这两种供电方式都有自身弊端。

岸上远程供电方式需要水下线缆，距离较远，需要升压，会有输电干扰存在，且远程水下线缆存在外界停船、挖沙抛锚等因素影响造成损伤的可能，同时针对每个水下装备工作节点而言，供电电压变换差异较大，难以统一水下电压变换模块，为后期装备维修工作造成麻烦。

综合自供电方案中，水下电池组的供电时间有限，需要定时更换电池或对电池组进行水下充电，为后期水下微电子装备使用带来较多的维护工作，为了延长水下微电子装备的工作时间，需要考虑为水下电池组增加一些电能补充装备。

因此，需研制一种发电效率高、维护成本低的水下油气管道内外温度差的发电装置为水下微电子装备自供电电池组提供电能补充，从而延长水下电池自供电时间或是保证水下电子装备长期工作，是解决上述技术问题的关键所在。

技术实现要素：

针对上述背景技术中存在的诸多缺陷与不足，本发明对此进行了改进和创新，目的在于提供一种能够实现高效收集管道散发热量，提高温差发电片的发电效率达到为水下微电子装备自供电电池组提供电能补充，增强水下自供电装备供电能力。

为解决上述问题并达到上述的发明目的，本发明涉及一种利用水下油气管道内外温度差的发电装置是通过采用下列的设计结构以及采用下列的技术方案来实现的：

作为本发明一种利用水下油气管道内外温度差的发电装置的改进，该装置包括定位安装架(1)和温差发电集成模块(2)以及电源转换模块(3)，所述温差发电集成模块(2)通过紧固件活动安装在两个定位安装架(1)之间，所述电源转换模块(3)通过紧固件活动安装在另外两个定位安装架(1)之间，温差发电集成模块(2)与电源转换模块(3)电连接。

作为本发明上述的改进，所述定位安装架(1)包括定位支撑架和活动安装在定位支撑架下部的抓手以及对称安装在定位支撑架两端的可调螺杆，可调螺杆与抓手升降动配合，可调螺杆底部并通过防脱件与抓手固定。

作为本发明上述的进一步改进，所述温差发电集成模块(2)包括基座(21)、温差发电片(22)和以及散热片(23)以及基座护套(24)，其中，基座(21)上端安装有温差发电片(22)，温差发电片(22)上安装有散热片(23)，散热片(23)浸泡在水中，基座(21)嵌套安装于基座护套(24)内。

作为本发明上述的更进一步改进，所述基座(21)与温差发电片(22)之间填充有热面导热硅胶(25)，所述温差发电片(22)与散热片(23)之间填充有冷面导热硅胶(26)；

温差发电片(22)四周通过发电片周边密封胶(27)与基座(21)和基座护套(24)紧密贴合；散热片(23)四周通过散热片周边密封胶(20)与基座护套(24)紧密贴合；

所述基座(21)与基座护套(24)之间的间隙通过保温材料(28)填充，在基座(21)底部与基座护套(24)之间四周封口处采用基座底部周边密封胶(29)进行灌封。

作为本发明上述的又进一步改进，所述基座(21)整体呈底部为圆弧形的长方体结构，在基座(21)上方开设有温差发热片安装槽(211)，在基座(21)两侧长度方向对称开设有若干个基座侧身定位孔(212)，基座(21)下方开设有基座底部填充槽(213)，在基座底部填充槽(213)圆弧面上成排开设有数个基座底部定位孔(214)。

作为本发明上述的再进一步改进，所述温差发热片安装槽(211)尺寸略大于温差发电片(22)尺寸，且温差发电片(22)安装于温差发热片安装槽(211)后，温差发电片(22)顶面高于基座(21)上表面；所述基座底部填充槽(212)内填充基座底部热面导热硅胶(215)。

作为本发明上述的再更进一步改进，所述基座护套(24)底部为圆弧结构，基座护套(24)内部设有散热片支撑台阶(241)，基座护套(24)长度方向两侧对称从上至下依序开设有数个基座护套侧身安装孔(242)和基座护套侧身定位孔(243)，基座护套(24)宽度方向两端对称开设有与定位安装架(1)相吻配的基座护套定位孔(244)。

作为本发明上述的又再更进一步改进，所述基座护套(24)的高度高于基座(21)的高度，基座(21)与基座护套(24)通过紧固件固定。

作为本发明上述的又再更加进一步改进，在基座护套(24)底部还吻配设有缓冲垫(4)，缓冲垫(4)上开设有与基座底部定位孔(214)相适配的固定孔。

作为本发明上述的还更加进一步改进，在定位安装架(1)上安装多块温差发电集成模块(2)，每个温差发电集成模块(2)安装有多片温差发电片(22)；每块温差发电集成模块(2)上的多片温差发电片(22)采用串联的连接方式，多块温差发电集成模块(2)采用并联的连接方式。

工作原理是：工作人员将该发电装置通过安装架(1)上的可调螺杆将其在固定安装在水下油气管道(5)上，水下油气管道(5)内的热量会沿着管壁自发将热量传导至基座(21)，热量沿基座(21)自发传导至温差发电片(22)的热面，温差发电片(22)热面的热量通过发电粒子后到温差发电片(22)的冷面经散热片(23)与外界的水进行热交换，散热片(23)散热越快，越能保证温差发电片(22)冷面温度保持在较低水平，使温差发电片(22)冷面与热面之间形成较大的温度差，温度差越大，发电量越多，当温差发电片(22)热面和冷面温度差形成后，就会形成持续的电能输出，将输出的电压通过导线传输至电源转换模块(3)，电源转换模块(3)进行处理，将输出电压稳定输出给蓄电池充电，蓄电池再向水下电子装备供电。

本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：

1、本发明能解决水下电子装备持续供电和运行维护问题，既能为水下电子装备持续供电，又能减少运行维护成本，增强水下自供电装备供电能力；

2、本发明采用防水、保温、隔热和大面积包敷热量收集技术，设计了一种特殊的温差发电片发电装置，提高了温差发电片的发电效率；

3、本发明采用模块化设计，定位安装架、温差发电集成模块和电源转换模块均为独立模块，方便安装；

4、本发明定位安装架采用半抱管结构设计，方便水下机器人进行现场操作。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明的发电装置整体结构示意图；

图2是本发明的温差发电集成模块(2)部件的整体结构示意图；

图3是本发明基座(21)部件的主视图；

图4是本发明基座(21)部件的整体结构示意图；

图5是本发明基座护套(24)部件的主视图；

图6是本发明的基座护套(24)部件的整体结构示意图；

其中，图中标号1—定位安装架；

2—温差发电集成模块；20—散热片周边密封胶，21—基座，211—温差发热片安装槽，212—基座侧身定位孔，213—基座底部填充槽，214—基座底部定位孔，215—基座底部热面导热硅胶，22—温差发电片，23—散热片，24—基座护套，241—散热片支撑台阶，242—基座护套侧身安装孔，243—基座护套侧身定位孔，244—基座护套定位孔，25—热面导热硅胶，26—冷面导热硅胶，27—发电片周边密封胶，28—保温材料，29—基座底部周边密封胶；

3—电源转换模块；

4—缓冲垫；

5—水下油气管道。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创造特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及具体实施方式对本发明的技术方案作更进一步详细的说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如说明书附图所示的一种利用水下油气管道内外温度差的发电装置，该装置包括定位安装架1和温差发电集成模块2以及电源转换模块3，所述温差发电集成模块2通过紧固件活动安装在两个定位安装架1之间，所述电源转换模块3通过紧固件活动安装在另外两个定位安装架1之间，温差发电集成模块2与电源转换模块3电连接。

进一步的，定位安装架1包括定位支撑架和活动安装在定位支撑架下部的抓手以及对称安装在定位支撑架1两端的可调螺杆，可调螺杆与抓手升降动配合，可调螺杆底部并通过防脱件与抓手固定。

进一步的，温差发电集成模块2包括基座21、温差发电片22和以及散热片23以及基座护套24，其中，基座21上端安装有温差发电片22，温差发电片22上安装有散热片23，散热片23浸泡在水中，基座21嵌套安装于基座护套24内。

具体的，基座21与温差发电片22之间填充有热面导热硅胶25所述温差发电片22与散热片23之间填充有冷面导热硅胶26；

温差发电片22四周通过发电片周边密封胶27与基座21和基座护套24紧密贴合；散热片23四周通过散热片周边密封胶20与

基座护套24紧密贴合；

所述基座21与基座护套24之间的间隙通过保温材料28填充，在基座21底部与基座护套24之间四周封口处采用基座底部周边密封胶29进行灌封。

在本发明中，基座21与基座护套24之间有间隙，间隙内填充保温材料28，用于隔离基座21与外界水之间的热量交换，起到对基座21进行保温的作用；在基座21底部与基座护套24之间四周封口处采用基座底部周边密封胶29进行灌封，防止外界水进入基座21与基座护套24之间影响保温材料28的效果。

温差发电片22与散热片23接触的面为冷面，温差发电片22与基座21接触的面为热面，温差发电片22的冷面与散热片23之间填充有冷面导热硅胶26，使其与散热片23接触更紧密，有利于温差发电片22的冷面热量通过散热片23与外界水进行交换，快速降低温差发电片22的冷面温度，使温差发电片22的冷面和热面之间有较大温度差。

进一步的，基座21整体呈底部为圆弧形的长方体结构，在基座21上方开设有温差发热片安装槽211，在基座21两侧长度方向对称开设有若干个基座侧身定位孔212，基座21下方开设有基座底部填充槽213，在基座底部填充槽213圆弧面上成排开设有数个基座底部定位孔214。

在本发明中，圆弧形结构的基座21与水下油气管道的外圆弧圆心重合，使基座21与油气管道贴合更紧密，保证油气管道热量顺利传导至基基座21上；基座底部定位孔的轴线均过基座底部圆弧圆心，且深度不击穿温差发热片安装槽211

基座21采用导热性能优良和抵抗水体腐蚀强的材料为基材，用于支撑温差发电片22安装、包敷管道进行热量收集和热传导；在本实施例中，基座21选用导热性能良好的铜作为基材。

更具体的，温差发热片安装槽211尺寸略大于温差发电片22尺寸，且温差发电片22安装于温差发热片安装槽211后，温差发电片22顶面高于基座21上表面；所述基座底部填充槽212内填充基座底部热面导热硅胶215。

在本发明中，选用尺寸为62mm*62mm，发电粒子数为336对的温差发电片22，在基座21加工时，温差发热片安装槽211的整体尺寸为64mm*644mm，每个温差发热片安装槽211可以安装10片温差发电片22，每个温差发电片22之间的间距为2mm，温差发电片22安装后，所有间隙均用密封胶进行灌封。

更具体的，基座护套24底部为圆弧结构，基座护套24内部设有散热片支撑台阶241，基座护套24长度方向两侧对称从上至下依序开设有数个基座护套侧身安装孔242和基座护套侧身定位孔243，基座护套24宽度方向两端对称开设有与定位安装架1相吻配的基座护套定位孔244。

在本发明中，散热片支撑台阶241能够对温差发电片22起到支撑作用，用于保护温差发电片22。由于温差发电片22通常为陶瓷材料，承受压力有限，当温差发电装置水下安装时，外界水的压力会较大，水的压力经散热片23传导后，由散热片支撑台阶241将水压分散到基座护套24上，再由基座护套24将压力传导至油气管道上，防止水压直接作用在温差发电片22上将其压坏。基座护套侧身定位孔243用于连接固定基座护套24和基座21；基座护套侧身安装孔242用于连接固定基座护套24和散热片23。基座护套定位孔244为不完全贯穿的定位孔位。

更具体的，基座护套24的高度高于通基座21的高度，基座21与基座护套24通过紧固件固定。

在本发明中，紧固件为内六角沉头螺钉，基座21与基座保护套202采用内六角沉头螺钉连接。

更具体的，在基座护套24底部还吻配设有缓冲垫4，缓冲垫4上开设有与基座底部定位孔214相适配的固定孔。

进一步的，在定位安装架1上安装多块温差发电集成模块2，每个温差发电集成模块2安装有多片温差发电片22；每块温差发电集成模块2上的多片温差发电片22采用串联的连接方式，多块温差发电集成模块2采用并联的连接方式。

在本发明中，在定位安装架1上安装有5块温差发电集成模块2，每个温差发电集成模块2安装10片温差发电片22。由于温差发电片22发电效率受热面和冷面温度差影响，发电效率较低且单片温差发电片22的发电粒子数有限，需要将每块温差发电集成模块2上的多片温差发电片22采用串联的连接方式才能得到所需电压和电流，再将数块温差发电集成模块2采用并联的连接方式对水下油气管道进行大面积包敷收集热量进行发电，使其输出的直流电压在一个相对稳定的范围。

综上所述，本发明更为具体的实施方式是：上述设计结构的一种利用水下油气管道内外温度差的发电装置在进行使用之前，需要将其进行安装作为备用。

安装时，首先，工作人员先将定位安装架和温差发电集成模块组装完成，再通过紧固件将数个温差发电集成模块2安装于两定位安装架1之间，然后，再通过紧固件将电源转换模块3安装于另外两定位安装架1之间，最后，通过导线将电源转换模块3与温差发电集成模块2的电能输出端连接，从而完成本发明的安装，随后待为使用。

使用时，操作人员根据供电需要，先将每块温差发电集成模块2上的多片温差发电片22采用串联的连接方式才能得到所需电压和电流，再将数块温差发电集成模块2采用并联的连接方式，使其直流电压输出稳定在10v-25v之间，有较宽的电压输出范围；电源转换模块3选用电压输入范围为dc10v-25v的dc-dc转换器，发电装置安装完成后，水下油气管道5内的热量会沿着管壁自发将热量传导至基座21，热量沿基座21自发传导至温差发电片22的热面，温差发电片22热面的热量通过发电粒子后到温差发电片22的冷面经散热片23与外界的水进行热交换，散热片23散热越快，越能保证温差发电片22冷面温度保持在较低水平，使温差发电片22冷面与热面之间形成较大的温度差，温度差越大，发电量越多，当温差发电片22热面和冷面温度差形成后，就会形成持续的电能输出，将输出的电压通过导线传输至电源转换模块3，电源转换模块3进行处理，将输出电压稳定输出给水下微电子装备蓄电池充电，蓄电池再向水下电子装备供电。

最后，需要说明的是，以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。