阅读说明：本技术 一种用于水下潜行器的太阳能温差能复合发电系统 (Solar temperature difference energy composite power generation system for underwater vehicle ) 是由 �田润 何强 陈凌云 于 2021-09-14 设计创作，主要内容包括：本发明的目的在于提供一种用于水下潜行器的太阳能温差能复合发电系统,包括光伏组件、蓄电池、有机朗肯循环发电模块、相变储热模块,所述有机朗肯循环发电模块包括换热器、动力涡轮、闪蒸器、冷凝器、储液罐,所述相变储热模块包括导热硅脂、相变储热材料、热管。本发明在水面时进行光伏发电给蓄电池充电,相变材料储存太阳能光伏组件的余热在水下进行温差发电,潜行器在上浮和下潜的过程中透平发电装置进行电力储存,实现了水上水下“不间断”发电,解决了现有水下潜行器的单一能源与能量转化效率较低的技术问题,克服了现在水下潜行器无法保证续航的问题,从而解决水下潜行器的续航能力较短的技术难题,实现了水下潜行器的长续航。(The invention aims to provide a solar energy and temperature difference energy composite power generation system for an underwater vehicle, which comprises a photovoltaic assembly, a storage battery, an organic Rankine cycle power generation module and a phase change heat storage module, wherein the organic Rankine cycle power generation module comprises a heat exchanger, a power turbine, a flash evaporator, a condenser and a liquid storage tank, and the phase change heat storage module comprises heat conduction silicone grease, a phase change heat storage material and a heat pipe. The solar submersible vehicle is used for carrying out photovoltaic power generation to charge the storage battery when on the water surface, the phase-change material stores the waste heat of the solar photovoltaic component to carry out temperature difference power generation under water, the turbine power generation device stores power in the processes of floating and submerging of the submersible vehicle, thereby realizing the 'uninterrupted' power generation under water and water, solving the technical problem that the existing submersible vehicle has lower single energy and energy conversion efficiency, overcoming the problem that the existing submersible vehicle cannot ensure the endurance, further solving the technical problem that the endurance of the underwater submersible vehicle is shorter, and realizing the long endurance of the underwater submersible vehicle.)

一种用于水下潜行器的太阳能温差能复合发电系统

技术领域

本发明涉及的是一种发电系统，具体地说是水下潜行器发电系统。

背景技术

随着人们对海洋资源的探索需求与日俱增,水下潜行器可进行大范围不间断的海洋资源勘测和水下环境测绘,在海洋资源勘测等领域具备广泛的应用前景。面对多样化和长时间的观测任务，水下潜行器的电力供给是限制其长时间续航工作的关键。目前，水下潜行器采用电池供电，在需要更换电池或是给电池充电时，需要浮出水面和母船进行对接，电池拆卸不便、海上作业环境恶劣、电池寿命短等问题严重影响水下潜行器的工作性能。为解决潜行器的动力问题，大多数研究聚焦在海洋可再生能源的利用。

专利“一种太阳能水下机器人”(CN203780780U)提出了用太阳能给水下机器人供给电力，该系统在水面上性能较好，但电力来源单一导致水下机器人无法进行水下长续航工作。专利“海洋温差能发电装置及水下探测器”(CN104675648A)提出了一种基于固-液相变的海洋温差能发电装置，利用相变液化材料驱动发电机发电，但是该温差能发电装置存在机械能-电能转化效率较低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供解决现有的单一的电力来源、能量转化效率较低的技术问题，从而解决水下潜行器的续航能力较短等技术难题的一种用于水下潜行器的太阳能温差能复合发电系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种用于水下潜行器的太阳能温差能复合发电系统，其特征是：包括光伏组件、蓄电池、有机朗肯循环发电模块、相变储热模块，所述有机朗肯循环发电模块包括换热器、动力涡轮、闪蒸器、冷凝器、储液罐，所述相变储热模块包括导热硅脂、相变储热材料、热管，光伏组件通过电压预充电控制器连接蓄电池，导热硅脂贴在光伏组件下方并连接热管，热管的出口包括两路，第一路连接换热器热侧入口，换热器热侧出口通过第一阀门连接热管入口，第二路连接相变储热材料入口，相变储热材料出口通过第二阀门连接热管入口，储液罐里的有机工质经工质泵连通换热器冷侧入口，换热器冷侧出口连接闪蒸气入口，闪蒸器出口连接动力涡轮，闪蒸器里的过热蒸汽经动力涡轮进入冷凝器入口，冷凝器出口连接储液罐，动力涡轮与第一发电机同轴，第一发电机通过第一逆变装置连接蓄电池。

本发明还可以包括：

1、相变储热材料上方设置温差发电片，温差发电片上方设置冷却通道，冷却通道、冷凝器以及海水构成循环回路，温差发电片通过整流装置连接蓄电池。

2、还包括透平发电装置，透平发电装置包括外壳，外壳里设置轮机叶片，轮机叶片通过转轴连接第二发电机，第二发电机通过第二逆变装置连接蓄电池。

3、光伏组件位于水面工作时，通过电压与充电控制器将产生的电能输入蓄电池中实现发电，同时光伏组件产生的余热经过导热硅脂传递至热管中，第二阀门打开，相变储热材料通过热管吸收热量进行储热，第一阀门打开，有机工质经过泵到达换热器吸收热量，通过闪蒸器闪蒸形成过热蒸汽，蒸汽经过动力涡轮带动第一发电机工作，第一发电机发出的电能通过第一逆变装置输送到蓄电池中，其后蒸汽进入冷凝器，以海水为冷端冷凝变成液体，回到储液罐实现循环。

4、光伏组件位于水下时，第二阀门关闭，温差发电片以相变储热材料为热端，以通入海水的冷却通道为冷端发电，电能经过整流装置输入到蓄电池中。

5、光伏组件、蓄电池、有机朗肯循环发电模块、相变储热模块下潜时，轮机叶片在水流的带动下转动继而带动同轴布置的第二发电机工作，第二发电机产生的电能通过第二逆变装置输送给蓄电池，每上浮下潜一次实现一次工作循环。

本发明的优势在于：本发明通过设计一种用于水下潜行器的太阳能-温差能复合发电系统，当潜行器在水面时通过太阳能发电模块进行光伏发电为负载提供电力同时给蓄电池充电，同时相变材料储存太阳能光伏组件的余热在水下进行温差发电，潜行器在上浮和下潜的过程中透平发电装置进行电力储存，实现了水上水下“不间断”发电，解决了现有水下潜行器的单一能源与能量转化效率较低的技术问题，克服了现在水下潜行器无法保证续航的问题，从而解决水下潜行器的续航能力较短的技术难题，实现了水下潜行器的长续航。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明透平发电装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-2，本发明一种用于水下潜行器的太阳能-温差能复合发电系统，包括太阳能发电模块、相变储热模块、温差发电模块、有机朗肯循环发电模块和透平发电装置发电模块。具体包括光伏组件1、电压与充电控制器2、逆变装置3、蓄电池4、发电机5、整流装置6、逆变装置7、发电机8、透平发电装置9、相变储热材料10、温差发电片11、冷凝器12、动力涡轮13、闪蒸器14、换热器15、热管16、导热硅脂17、阀门18、阀门19、工质泵20、储液罐21、深层海水22、冷却通道23。

太阳能发电模块包括光伏组件1、电压与充电控制器2，光伏组件1经过电压与充电控制器2和蓄电池4连接。

相变储热模块包括导热硅脂17、相变储热材料10、热管16、截止阀，导热硅脂17贴在光伏组件1下连接蛇形热管16，热管16中的工质吸热后分两路通过截止阀控制，一路连接换热器15热侧入口，换热器15热侧出口与热管16入口连接，一路与相变储热材料10连接，放热后经过热管16流回，最后回到光伏组件1处形成闭合回路。

温差发电模块包括温差发电装置和整流装置6，温差发电装置包括温差发电组件和冷却通道23，温差发电装置经过整流装置6与蓄电池4相连。

有机朗肯循环发电模块包括换热器15、储液罐21、动力涡轮13、发电机5、冷凝器12、工质泵20、逆变装置3、闪蒸器14，有机工质经过工质泵20与换热器15冷侧入口连接，换热器15冷侧出口与闪蒸器14入口连接，闪蒸器14出口连接动力涡轮13，过热蒸汽经过动力涡轮13后进入冷凝器12入口，冷凝器12出口与储液罐21连接。动力涡轮13与发电机5同轴布置，发电机5经过逆变装置3与蓄电池4连接。

透平发电装置发电模块包括透平发电装置9、发电机8、转轴24和稳压器7，透平发电装置安装在水下潜行器的中间，发电机8与透平发电装置9同轴布置，发电机8经过稳压器7与蓄电池4连接。

光伏组件1与热管16之间进行热传导，热管16将热量传导给相变储热材料10，温差发电组件以相变储热材料10为热源，以深层海水22为冷源，将温差能直接转化为电能。

太阳能发电模块和温差发电模块是作为主要能量转化装置进行电力供给。

透平发电装置9发电模块利用水下潜行器下潜时的重力势能，使透平发电装置通过转轴24带动发电机8旋转，进而转化为电能。

利用光伏组件1的高温在换热器15内与有机工质进行换热。闪蒸器14促使有机工质蒸发变为过热蒸汽。将海水直接作为冷凝器12的冷却水，不再单独添加冷却水箱。有机朗肯循环发电模块的作用是利用光伏组件1的余热和深层海水22的温度差异进行发电。

如图2所示，所述透平发电装置发电模组包括发电机8、转轴24、外壳25、轮机叶片26。

水下潜行器在水面时光伏组件1工作，通过电压与充电控制器2将产生的电能输入蓄电池4中实现发电，同时光伏组件1产生的余热经过导热硅脂传递至热管16中，降低了光伏组件1的温度，提高了太阳能发电效率。阀门19打开，相变储热器10通过热管吸收热量进行储热。阀门18打开，在有机朗肯循环发电模块中有机工质经过泵20到达换热器15吸收热量，继续前进通过闪蒸器14闪蒸形成过热蒸汽，蒸汽经过动力涡轮13带动发电机5工作，发电机5发出的电能通过逆变装置3输送到蓄电池4中，其后蒸汽进入冷凝器12，以深层海水22为冷端冷凝变成液体，回到储液罐21实现循环。

水下潜行器在水下时阀门19关闭，温差发电片11以相变储热材料10为热端，以通入深层海水22的冷却通道23为冷端发电，电能经过整流装置6输入到蓄电池5中。

当水下潜行器下潜时，位于水下潜行器中间的轴流式发电机9在水流的带动下转动继而带动同轴布置的发电机8工作，发电机8产生的电能通过逆变装置7输送给蓄电池5，每上浮下潜一次实现一次工作循环。