CN101003298A - 复合能源的自持式水下剖面浮标及其驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合能源的自持式水下剖面浮标,含有外皮囊、内皮囊、电磁阀、液压柱塞泵、质子交换膜燃料电池、直流伺服电机、主体外壳等。由密封底盘、热机工作腔、热机冷却腔、燃料电池冷却腔以及导流罩构成密封腔。通过质子交换膜燃料电池(PEMFC)的热电联供***可以实现自持式水下剖面浮标在近海和深海时的温差能驱动和电驱动两种工作驱动模式,以适应在不同深度下的工作要求,克服了自持式水下剖面浮标单一驱动模式的缺点,本发明采用PEMFC作为温差热机的内热源,提高了PEMFC的燃料利用率,改善了温差热机的工作性能,扩大了自持式水下剖面浮标的应用范围,增强了工作的可靠性。同时,本发明中还公开了利用上述复合能源的自持式水下剖面浮标的驱动方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用来测量水域剖面参数的仪器,尤其是涉及一种利用质子交换膜燃料电池的热电联供***作为综合动力源的新型自持式水下剖面浮标。
背景技术
自持式水下剖面浮标是一种通过改变自身浮力来进行剖面运动的新型水下监测设备。它可携带各种传感器进行大范围长时序地海洋参数测量,并且可以通过卫星定期将所获数据送回基站,因此它已成为了海洋环境监测的重要工具。目前,国外已成功研制了多种自持式水下剖面浮标,如由美国Webb Research、Falmoth Scientific公司和法国的Martec海洋研究所联合研制和发展的自持式拉格朗日自动循环剖面浮标ALACE,在ALACE浮标的基础上又先后成功研制了自持式拉格朗日剖面自动循环探测浮标PALACE、自持式剖面探测浮标APEX,基于MARVOR技术的自动液压剖面浮标PROVOR以及拉格朗日海洋声纳探测浮标SOLO。上述这些浮标不仅能实现自主沉浮,而且可携带更多的传感器、工作的时间更持久,浮在水面上时还可以直接与卫星通讯,实现双向的数据传输,最终发展成为Argo这样全球性的海洋浮标观测***。目前,自持式水下剖面浮标的浮力驱动***主要还是采用电能驱动,诸如利用锂电池或碱性电池驱动,电驱动浮力***虽然具有较高的工作可靠性,但也具有如下非常明显的缺点:航行时间和距离均要受到电池容量的约束;工作在深海环境下,有时会因工作介质由于压力变化而析出气泡而发生柱塞泵“气锁”失效;电池的功率密度低;相对更换电池的成本较高。
发明内容
本发明要解决现有技术中自持式水下剖面浮标的浮力驱动***的航行时间和距离受到电池容量的限制、***中注塞泵出现“气锁”失效、电池功率密度底、成本高的技术问题,提供一种复合能源的自持式水下剖面浮标,它是将质子交换膜燃料电池(以下简称为PEMFC)作为自持式水下剖面浮标的综合动力源,从而能够实现既可以通过PEMFC提供电能驱动液压柱塞泵实现在近海的电驱动剖面运动模式,也可以通过PEMFC热电联供***,在PEMFC为浮标内的用电器提供电能的同时,通过增加余热回收设备将PEMFC产生的热量供给温差热机,依靠PEMFC的余热来驱动浮标实现温差工作模式,这样不仅提高了PEMFC燃料的利用率,而且由于PEMFC的余热温度高于自然表层水温,因此使温差热机的工作性能也得到了明显地改善,从根本上解决了自持式水下剖面浮标工作海域受限的制约。因此以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为复合能源的自持式水下剖面浮标克服了电能或温差能单一驱动模式的缺点,扩大了自持式水下剖面浮标的应用范围,增强了工作的可靠性。
本发明通过以下技术方案予以实现的。本发明复合能源的自持式水下剖面浮标包括设置在总密封腔内的压力传感器、控制电路板和液压柱塞泵,所述总密封腔由依次联结的密封头盖、燃料电池冷却腔、热机冷却腔、热机工作腔和密封底盘组成;所述总密封腔的后端联结有外皮囊保护罩,从而构成主体;所述燃料电池冷却腔和热机冷却腔均为带有单密封夹层的筒状壳体,夹层内灌装有冷却介质;所述热机工作腔为双密封夹层的壳体,所述外夹层中设置有保温材料,所述内夹层中设置有温敏材料和换热器;所述总密封腔内固定有方型支架,所述控制电路板固定在方型支架的前端,所述方型支架上依次用螺钉分别安装有燃料电池控制板、氢气瓶、氧气瓶、质子交换膜燃料电池、直流伺服电机、液压柱塞泵以及柱塞泵二通电磁阀;所述氢气瓶和氧气瓶通过夹板由螺栓固定在一起并为质子交换膜燃料电池提供燃料和氧化剂;所述柱塞泵二通电磁阀上连接有蓄能器,在所述热机工作腔内设置有内皮囊,在外皮囊保护罩内设置有外皮囊;在所述燃料电池冷却腔、质子交换膜燃料电池、换热器、内皮囊和外皮囊之间的管道上设置有二通电磁阀和三通电磁阀,由所述二通电磁阀和所述三通电磁阀控制,具有下述三种情形之一:使质子交换膜燃料电池通过燃料电池冷却腔形成冷却回路;或使所述温敏材料的热量通过换热器中的冷却介质带入到所述热机冷却腔;或所述质子交换膜燃料电池的余热通过换热器传导给温敏材料,保温材料可以防止燃料电池的余热流失到外界环境中去,温敏材料因受热而融化膨胀。
本发明复合能源的自持式水下剖面浮标,其中,所述热机工作腔连接有二通管接头,并通过橡胶管连接三通管接头的一个端口,所述三通管接头的另外两个端口,一路接于正向导通的第一单向阀的输入端,另一路接于反向导通的第二单向阀的输出端;所述第一单向阀的输出端分为两路:一路与蓄能器相通,另一路经第一二通电磁阀连于外皮囊,反向导通的第二单向阀的输入端亦分为两路:一路直接接于内皮囊,另一路经过第二二通电磁阀连接于外皮囊。所述质子交换膜燃料电池的电池片加工成环形,各电池片叠加成电池堆后在中央形成通孔,所述方型支架由通孔中穿过。所述液压柱塞泵由液压柱塞泵直流伺服电机驱动螺母丝杠副传动给活塞,使活塞在液压柱塞泵壳体中作往复运动。所述温敏材料为石蜡类材料,所述传递介质为纯水。
本发明利用复合能源的自持式水下剖面浮标的驱动方法,包括以下步骤:(1-A)水下剖面浮标漂浮在水面上,并设定水下剖面浮标的浮力略大于重力,控制电路板存储预设的参数;(1-B)控制电路板控制二通电磁阀和直流伺服电机,驱动活塞向上运动,传递介质流出外皮囊,水下剖面浮标浮力减少并开始下沉,所述柱塞泵二通电磁阀关闭;所述水下剖面浮标通过携带的传感器记录数据,质子交换膜燃料电池为水下剖面浮标中的传感器、控制电路提供电能,两个冷却二通电磁阀同时打开,质子交换膜燃料电池与燃料电池冷却腔形成冷却回路,将余热散出到外界环境中去;(1-C)判断水下剖面浮标深度是否到达预定深度,否则,返回步骤(1-B);(1-D)压力传感器将信号反馈给控制电路板,控制电路板控制柱塞泵二通电磁阀和直流伺服电机反转,驱动活塞向下运动,传递介质被推进外皮囊内,水下剖面浮标因为浮力增加而上升;所述水下剖面浮标通过携带的传感器记录数据,两个冷却二通电磁阀同时打开,质子交换膜燃料电池与燃料电池冷却腔形成冷却回路,将余热散出到外界环境中去;(1-E)当水下剖面浮标上浮至水表面便完成一个工作循环。
本发明利用复合能源的水下滑翔器的另一种驱动方法,包括以下步骤:(2-A)控制电路板预设参数,蓄能器内预充压力、总密封腔内部分真空、温敏材料完全融化到液态;(2-B)打开外皮囊与内皮囊之间的第二二通电磁阀,外皮囊内的传递介质进入内皮囊,此时水下剖面浮标整体浮力减小,开始下沉;此时所述两个冷却二通电磁阀同时打开,质子交换膜燃料电池与燃料电池冷却腔形成冷却回路,将余热散出到外界环境中去;(2-C)两个三通电磁阀,其中一个的2、3位,和另外一个的1、3位接通,使热机工作腔中的换热器与热机冷却腔接通;当前水位的海水温度小于温敏材料的相变温度时,温敏材料的热量通过换热器中的冷却介质带入热机冷却腔,最终释放到外部环境中;(2-D)随着温敏材料的放热降温,温敏材料相变为固态,此时内皮囊中的传递介质经过蓄能器与换热器之间的单向阀流入热机工作腔;(2-E)当水下剖面浮标下沉到预定深度时,由压力传感器将信号传送给控制电路板,控制电路板控制发出控制蓄能器与外皮囊之间的第一二通电磁阀打开,蓄能器中的传递介质流入外皮囊,水下剖面浮标开始上升;此时,两个冷却二通电磁阀同时关闭,一个三通电磁阀的1、3位,和另一个三通电磁阀的2、3位接通,质子交换膜燃料电池的余热通过换热器传导给温敏材料,保温材料10可以防止燃料电池23的余热流失到外界环境中去;(2-F)温敏材料因受热而发生相变融化,体积膨胀,传递介质从热机工作腔经过蓄能器与换热器之间的单向阀流入蓄能器,以储备能量;(2-G)当水下剖面浮标上浮至水表面便完成一个工作循环。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明具有的特点及有益效果在于,由于采用PEMFC作为自持式水下剖面浮标的复合驱动能源,使自持式水下剖面浮标具备电能和温差能两种航行驱动模式,因此复合能驱动的自持式水下剖面浮标能适应在不同深度下的工作要求,并且由于采用PEMFC作为温差热机的内热源,使PEMFC的燃料利用率能得到明显的提高,温差热机的工作性能也得到了明显的改善,从根本上解决了由于自然海域温度的分布以及季节的变化对表层水温的影响而致使水下剖面浮标工作海域受限的制约。
附图说明
图1是本发明复合能源的自持式水下剖面浮标结构示意图;
图2-1是图1所示水下剖面浮标前部结构局部放大图;
图2-2是图1所示水下剖面浮标中部结构局部放大图;
图2-3是图1所示水下剖面浮标后部结构局部放大图;
图3是本发明水下剖面浮标工作在近海环境时,电驱动方法的流程图;
图4-1和图4-2是本发明水下剖面浮标工作在深海环境时,温差驱动方法的流程图;
图5是本发明水下剖面浮标的电路控制关系图。
下面是说明书附图中主要部位附图标记的说明:
1——外皮囊保护罩 2——外皮囊 4——密封底盘
8——热机工作腔 9——传递介质 10——保温材料
11——换热器 12——温敏材料 16-1、16-2——单向阀
17——热机冷却腔 18——蓄能器 21——直流伺服电机
23——质子交换膜燃料电池 24——燃料电池冷却腔 25——方型支架
28——氢气瓶 31——密封头盖 36——控制电路板
37——燃料电池控制半 38——氧气瓶 45——活塞
46—液压柱塞泵壳体 47-1、47-2——三通电磁阀 53——内皮囊
14-1、14-2——第一、二二通电磁阀 40-1、40-2——冷却二通电磁阀、
48——柱塞泵二通电磁阀
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。
如图1、图2-1、图2-2和图2-3所示,本发明复合能源的自持式水下剖面浮标包括外皮囊保护罩1、外皮囊2、配重3、密封底盘4、二通管接头5、密封螺钉6、O形密封圈7、热机工作腔8、传递介质9、保温材料10、换热器11、温敏材料12、橡胶管13、二通电磁阀14、三通管接头15、单向阀16、热机冷却腔17、蓄能器18、蓄能器支架19、热机冷却介质20、直流伺服电机21、电池紧固螺栓22、质子交换膜燃料电池23、燃料电池冷却腔24、方型支架25、紧固螺栓26、固定夹板27、氢气瓶28、支撑套筒29、电池冷却介质30、密封头盖31、天线32、固定螺钉33、方型支架连接块34、固定螺钉35、控制电路板36、燃料电池控制板37、氧气瓶38、紧定螺钉39、冷却二通电磁阀40、燃料电池夹板41、电池固定套筒42、橡胶管43、螺母丝杠副44、活塞45、液压柱塞泵壳体46、三通电磁阀47、柱塞泵二通电磁阀48、方型支架连接板49、蓄能器支架上盖50、阀支架51、内皮囊支架上盖52、内皮囊53、内皮囊支架54等。由密封底盘4连接热机工作腔8,热机工作腔8的顶部连接于热机冷却腔17的底部,热机冷却腔17的顶部连接于燃料电池冷却腔24的底部,燃料电池冷却腔24的顶部连接于密封头盖31,各部件之间通过密封螺钉6和O形密封圈7连接,从而构成水下剖面浮标的总密封腔。方型支架25通过方型支架连接块34和方型支架连接板49由螺钉固定在水下剖面浮标的壳体之中。在方型支架25上由前至后分别安装了控制电路板36、燃料电池控制板37、质子交换膜燃料电池23、氢气瓶28、氧气瓶38、液压柱塞泵以及柱塞泵二通电磁阀48。
质子交换膜燃料电池23的电池片被加工成环形,在电池中间穿入尼龙套筒42,上下两块来板41通过紧固螺栓22将电池片夹紧,整块燃料电池堆通过紧定螺钉固定在方型支架25上。燃料电池控制板37监测和控制质子交换膜燃料电池23的正常运行。氢气瓶28和氧气瓶38同样通过夹板27由紧固螺栓26被固定在一起,然后通过紧定螺钉固定在方型支架25上为质子交换膜燃料电池23提供反应所需的燃料和氧化剂。直流伺服电机21驱动丝杠螺母副44,推动柱塞泵壳体46内的活塞45作往复运动。整个液压泵和柱塞泵二通电磁阀48以及外皮囊2组成水下剖面浮标的电驱动液压***。液压柱塞泵由液压柱塞泵直流伺服电机21驱动螺母丝杠副44传动给活塞45,使其在液压柱塞泵壳体46中能作上下往复运动。
由柱塞泵二通电磁阀48来控制水下剖面浮标对浮力驱动***的选择。热机工作腔8设计为带有双夹层的圆柱型密封体,温敏材料12灌装于热机工作腔8的夹层内层。热机工作腔8的夹层外层灌装有保温材料10,热机工作腔8首先连接二通管接头5,然后通过橡胶管13连接三通管接头15的一个端口,三通管接头15的另外两个端口,一路接于正向导通的单向阀16-1的输入端,另一路接于反向导通的单向阀16-2的输出端,单向阀16-1的输出端分为两路:一路与蓄能器18相通,另一路经第一二通电磁阀14-1连于外皮囊2,反向导通的单向阀16-2的输入端亦分为两路:一路直接接于内皮囊53,另有一路经过第二二通电磁阀14-2连接于外皮囊2。内皮囊53由内皮囊支架54支撑并用内皮囊支架上盖52固定。蓄能器18由蓄能器支架19支撑,用蓄能器支架上盖50固定。阀支架51用来固定电磁阀14-1和14-2。在密封底盘4的下部装有配重3,用来调整水下剖面浮标在水中的浮力与重力的比率。选用具有温度敏感性的石蜡类作为温敏材料12灌装在热机工作腔8内部夹层,能够在不同温度下实现固态与液态的转变,保温材料10用于对温敏材料12的绝热保温。在内皮囊53、外皮囊2以及液压循环***内灌装以纯水作为传递介质9。热机冷却腔17和燃料电池冷却腔24都是一种单夹层式的密封壳体,里面灌装以纯水作为冷却介质,分别为温差热机以及燃料电池实现冷却散热。对于温差热机和燃料电池的冷却回路分别由二通电磁阀40和三通电磁阀47来实现控制。
实施例:
以下通过实施例并参照附图对本发明的结构原理做进一步的说明。对本实施例而言,以复合能源的自持式水下剖面浮标的设计参数是:工作深度为1500M;密封底盘4、热机工作腔8、热机冷却腔17、燃料电池冷却腔24以及密封头盖31均使用铝合金材料组成密封腔;外形尺寸如下:密封腔总长2500mm,主体外壳直径250mm,壁厚12mm。外皮囊2容积为900毫升。液压柱塞泵密封腔直径90mm,活塞行程150mm。液压柱塞泵壳体46、活塞45、螺母丝杠副44以及柱塞泵密封盖及支撑架均为铝合金材料。直流伺服电机21工作电压为12V,功率为60W。质子交换膜燃料电池23的额定功率为100W,电压12V,有效膜面积32cm2,外形尺寸长98mm,宽60mm,高99mm。燃料电池控制板37监测和控制质子交换膜燃料电池23的正常运行。蓄能器18采用工作容积为2L工作压力20Mpa的隔膜蓄能器。电磁阀14、单向阀16的工作压力为15Mpa。温敏材料为C16H34(16烷),固液相变温度16℃,灌装于热机工作腔8内部。传递介质采用纯水灌装于内皮囊53、外皮囊2以及液压循环***内。蓄能器18的预充压力为15兆帕,密封壳体内部保持0.7个大气压。在热机冷却腔17、燃料电池冷却腔24以及冷却循环***内也采用纯水作为冷却介质。本实施例中的电路控制关系如图5所示。
本发明复合能源的自持式水下剖面浮标在近海或深海环境时,采用不同驱动模式的工作过程是:
一、当自持式水下剖面浮标工作在近(浅)海环境时,采用电驱动航行模式
如图3所示,首先,水下剖面浮标漂浮在水面上,其姿态保持竖直状态,浮力略大于重力。控制电路板36发出信号给柱塞泵二通电磁阀48和直流伺服电机21,使得柱塞泵二通电磁阀48打开,同时控制电路板36驱动直流伺服电机21旋转。直流伺服电机21通过螺母丝杠副44驱动活塞45向上运动,由于外皮囊2与液压柱塞泵壳体46相通,进而传递介质9流出外皮囊2进入液压柱塞泵壳体46,水下剖面浮标浮力减小,开始下沉,此时柱塞泵二通电磁阀48关闭。到达预定深度时压力传感器给出反馈信号,控制电路板36给出信号,使得柱塞泵二通电磁阀48打开,与此同时,控制直流伺服电机21反向旋转,柱塞泵壳体46中的活塞向下运动,传递介质9被推进外皮囊2内,水下剖面浮标因为浮力增加而上升。在上升和下降的过程中,水下剖面浮标通过携带的传感器记录数据,质子交换膜燃料电池23为水下剖面浮标中的传感器、控制电路提供电能,二通电磁阀40-1、40-2同时打开,质子交换膜燃料电池23与燃料电池冷却腔24形成冷却回路,将余热散出到外界环境中去。
二、当自持式水下剖面浮标工作在深海环境时,采用PEMFC内温差驱动航行模式
如图4-1和图4-2所示,开始工作时,自持式水下剖面浮标处在水表层,其姿态保持竖直状态,蓄能器18内预充一定的压力,该压力稍大于工作深度的压力。密封壳体内部保持部分真空。温敏材料12完全融化到液态,体积膨胀到最大。打开第二二通电磁阀14-2,外皮囊2内的传递介质进入内皮囊53,此时水下剖面浮标整体浮力减小,开始下沉。此时二通电磁阀40-1、40-2同时打开,质子交换膜燃料电池23与燃料电池冷却腔24形成冷却回路,将余热散出到外界环境中去,三通电磁阀47-1的2、3位,47-2的1、3位接通,使热机工作腔8中的换热器11与热机冷却腔17接通。在下沉过程中随着海水深度的增加,水下剖面浮标的环境温度也在不断降低,当海水小于温敏材料12的相变温度时,温敏材料12的热量通过换热器11中的冷却介质带入到热机冷却腔17,最终释放到外部环境中去。温敏材料12因放热降温,相变为固态,体积收缩,此时作为内皮囊53中的传递介质9经过单向阀16-2流入热机工作腔8。当水下剖面浮标下沉到预定深度时,由压力传感器将信号传送给控制电路板36,控制电路板36发出控制信号将第一二通电磁阀14-1打开,蓄能器18中的传递介质9流入外皮囊2,外皮囊体积增大,水下剖面浮标上升。在上升过程中,二通电磁阀40-1、40-2同时关闭,47-1的1、3位,47-2的2、3位接通,质子交换膜燃料电池23的余热通过换热器11传导给温敏材料12,保温材料10可以防止燃料电池23的余热流失到外界环境中去。因此温敏材料12因受热而发生相变融化,体积膨胀。传递介质9从热机工作腔8经过单向阀16-1流入蓄能器19,以储备能量。当自持式水下剖面浮标上浮至水表面便完成一个工作循环。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可以作出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。
Claims (7)
1.一种复合能源的自持式水下剖面浮标,包括设置在总密封腔内的压力传感器、控制电路板和液压柱塞泵,其特征在于:
所述总密封腔由依次联结的密封头盖、燃料电池冷却腔、热机冷却腔、热机工作腔和密封底盘组成;所述总密封腔的后端联结有外皮囊保护罩,从而构成主体;
所述燃料电池冷却腔和热机冷却腔均为带有单密封夹层的筒状壳体,夹层内灌装有冷却介质;所述热机工作腔为双密封夹层的壳体,所述外夹层中设置有保温材料,所述内夹层中设置有温敏材料和换热器;
所述总密封腔内固定有方型支架,所述控制电路板固定在方型支架的前端,所述方型支架上依次用螺钉分别安装有燃料电池控制板、氢气瓶、氧气瓶、质子交换膜燃料电池、直流伺服电机、液压柱塞泵以及柱塞泵二通电磁阀;所述氢气瓶和氧气瓶通过夹板由螺栓固定在一起并为质子交换膜燃料电池提供燃料和氧化剂;所述柱塞泵二通电磁阀上连接有蓄能器,在所述热机工作腔内设置有内皮囊,在外皮囊保护罩内设置有外皮囊;
在所述燃料电池冷却腔、质子交换膜燃料电池、换热器、内皮囊和外皮囊之间的管道上设置有二通电磁阀和三通电磁阀,由所述二通电磁阀和所述三通电磁阀控制,具有下述三种情形之一:
使质子交换膜燃料电池通过燃料电池冷却腔形成冷却回路;或
使所述温敏材料的热量通过换热器中的冷却介质带入到所述热机冷却腔;或
所述质子交换膜燃料电池的余热通过换热器传导给温敏材料,保温材料可以防止燃料电池的余热流失到外界环境中去,温敏材料因受热而融化膨胀。
2.根据权利要求1所述复合能源的自持式水下剖面浮标,其特征在于:所述热机工作腔连接有二通管接头,并通过橡胶管连接三通管接头的一个端口,所述三通管接头的另外两个端口,一路接于正向导通的第一单向阀的输入端,另一路接于反向导通的第二单向阀的输出端;所述第一单向阀的输出端分为两路:一路与蓄能器相通,另一路经第一二通电磁阀连于外皮囊,反向导通的第二单向阀的输入端亦分为两路:一路直接接于内皮囊,另一路经过第二二通电磁阀连接于外皮囊。
3.根据权利要求1所述复合能源的自持式水下剖面浮标,其特征在于:所述质子交换膜燃料电池的电池片加工成环形,各电池片叠加成电池堆后在中央形成通孔,所述方型支架由通孔中穿过。
4.根据权利要求1所述复合能源的自持式水下剖面浮标,其特征在于:所述液压柱塞泵由液压柱塞泵直流伺服电机驱动螺母丝杠副传动给活塞,使活塞在液压柱塞泵壳体中作往复运动。
5.根据权利要求1所述复合能源的自持式水下剖面浮标,其特征在于:所述温敏材料为石蜡类材料,所述传递介质为纯水。
6.一种利用如权利要求1所述复合能源的自持式水下剖面浮标的驱动方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1-A)水下剖面浮标漂浮在水面上,并设定水下剖面浮标的浮力略大于重力,控制电路板存储预设的参数;
(1-B)控制电路板控制二通电磁阀和直流伺服电机,驱动活塞向上运动,传递介质流出外皮囊,水下剖面浮标浮力减少并开始下沉,所述柱塞泵二通电磁阀关闭;所述水下剖面浮标通过携带的传感器记录数据,质子交换膜燃料电池为水下剖面浮标中的传感器、控制电路提供电能,两个冷却二通电磁阀同时打开,质子交换膜燃料电池与燃料电池冷却腔形成冷却回路,将余热散出到外界环境中去;
(1-C)判断水下剖面浮标深度是否到达预定深度,否则,返回步骤(1-B);
(1-D)压力传感器将信号反馈给控制电路板,控制电路板控制柱塞泵二通电磁阀和直流伺服电机反转,驱动活塞向下运动,传递介质被推进外皮囊内,水下剖面浮标因为浮力增加而上升;所述水下剖面浮标通过携带的传感器记录数据,两个冷却二通电磁阀同时打开,质子交换膜燃料电池与燃料电池冷却腔形成冷却回路,将余热散出到外界环境中去;
(1-E)当水下剖面浮标上浮至水表面便完成一个工作循环。
7.一种利用如权利要求1所述复合能源的水下滑翔器的驱动方法,其特征在于:包括以下步骤:
(2-A)控制电路板预设参数,蓄能器内预充压力、总密封腔内部分真空、温敏材料完全融化到液态;
(2-B)打开外皮囊与内皮囊之间的第二二通电磁阀,外皮囊内的传递介质进入内皮囊,此时水下剖面浮标整体浮力减小,开始下沉;此时所述两个冷却二通电磁阀同时打开,质子交换膜燃料电池与燃料电池冷却腔形成冷却回路,将余热散出到外界环境中去;
(2-C)两个三通电磁阀,其中一个的2、3位,和另外一个的1、3位接通,使热机工作腔中的换热器与热机冷却腔接通;当前水位的海水温度小于温敏材料的相变温度时,温敏材料的热量通过换热器中的冷却介质带入热机冷却腔,最终释放到外部环境中;
(2-D)随着温敏材料的放热降温,温敏材料相变为固态,此时内皮囊中的传递介质经过蓄能器与换热器之间的单向阀流入热机工作腔;
(2-E)当水下剖面浮标下沉到预定深度时,由压力传感器将信号传送给控制电路板,控制电路板控制发出控制蓄能器与外皮囊之间的第一二通电磁阀打开,蓄能器中的传递介质流入外皮囊,水下剖面浮标开始上升;此时,两个冷却二通电磁阀同时关闭,一个三通电磁阀的1、3位,和另一个三通电磁阀的2、3位接通,质子交换膜燃料电池的余热通过换热器传导给温敏材料,保温材料10可以防止燃料电池23的余热流失到外界环境中去;
(2-F)温敏材料因受热而发生相变融化,体积膨胀,传递介质从热机工作腔经过蓄能器与换热器之间的单向阀流入蓄能器,以储备能量;
(2-G)当水下剖面浮标上浮至水表面便完成一个工作循环。
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