[发明专利]水下聚光热压往复式喷水推进器

说明书

本发明公开了一种水下聚光热压往复式喷水推进器，主要包括聚光元件，真空集热管，气缸，光伏电池片，电机，电磁阀，控制器。聚光元件聚光用于集热和发电。真空集热管中注有工质，工质受热逐渐气化，达到一定压力后进入气缸中膨胀做功，气缸中的海水经过渐缩喷管加速向后喷出,使推进器向前航行。所述真空集热管至少包括2个分区，通过回压回热电磁阀相互联通实现热压回复，加热和冷却过程分别在不同分区同时进行。光伏电池片为电机、电磁阀和控制器供电。电机使真空集热管旋转，交替进行加热、冷却。压力控制电磁阀安装在真空集热管与气缸的连接管道上，控制工质做功的初始压力。本发明充分利用太阳能，无需额外携带能源即可实现长期水下航行。

技术领域

本发明属于水下推进系统领域，涉及一种太阳能聚光集热，使工质膨胀压出水做功的装置，具体涉及到一种水下聚光热压往复式喷水推进器。

背景技术

随着对海洋的探索开发越来越多，推动了各类水下航行设备的发展。目前水下航行在推进方式上主要分为传统螺旋桨推进、喷水推进、仿生结构推进等几种。螺旋桨推进具有效率低及航速受限的缺点，喷水推进具有良好的操纵性、隐蔽性，能达到高航速。就驱动能源而言，各类推进器大多是由携带的电池提供的电能。专利CN103523192A公布了一种采用喷水推进技术的水下航行器，利用水泵吸水及压水，从不同喷射口喷出产生推力及控制转向，结构简单紧凑；专利CN104906800A公布了一种压电喷水推进系统及安装此系统的玩具船，其体积小巧，通过改变压电陶瓷上的输出电压产生不同的推力，控制方便。

传统的喷水推进装置以电池作为唯一能量来源，而利用电池所能携带的能量有限，显然不利于进行水下长期远距离航行。在中低纬度的大洋上，太阳能是丰富易得的能源，即使在水下20米深处，晴朗天气条件下的能量密度也能达到120W/㎡，这时利用太阳能聚光真空管集热能达到足够高的温度。而且对于光伏发电所利用的太阳光谱中的蓝光，在海水中的衰减最慢，这也有利于聚光并用光伏电池发电。因此本发明提出了利用聚光元件收集太阳能作为动力源与控制器电源的方案。

发明内容

为了使水下喷水推进器结构简化，降低密封要求，并能充分利用太阳能，无需另外携带电源，适合于远洋长期航行，本发明提供了一种水下聚光热压往复式喷水推进器。

水下聚光热压往复式喷水推进器包括聚光元件，真空集热管，压力控制电磁阀，电机，回压回热电磁阀，气缸，渐缩喷管，单向阀，进水管道，光伏电池片，控制器和各连接管道。聚光元件汇聚太阳光分别给真空集热管加热和光伏电池片发电。真空集热管中注有工质，工质受热逐渐气化，达到一定压力后进入气缸中膨胀做功，气缸中海水被推入渐缩喷管，加速向后喷出，使推进器向前航行。

所述聚光元件为透射式聚光元件，具体可以是用折射率高于水的透明材料制作的菲涅尔镜或用折射率低于水的透明材料根据凹透镜光学原理制作的透镜，形状可以是平面状或曲面状，如圆柱面。

所述真空集热管至少包括2个分区，置于推进器前端，沿周向均匀分布，各分区内注有低沸点工质，真空集热管由电机带动旋转，当真空集热管某一分区被加热时，其他分区被冷却，加热和冷却过程同时进行，缩短了做功周期；在受热的真空集热管分区和被冷却的真空集热管分区之间，通过回压回热电磁阀连接，实现压力与热量回收，提高了能量利用率；在轴向上真空集热管与气缸通过压力控制电磁阀相连。进一步地，真空集热管的结构由外向内包括真空层和工质层，工质层横截面的圆周方向的尺寸远大于径向；所述低沸点工质要求沸点高于航行水域最高水温，并且汽化潜热相对小。

所述气缸与渐缩喷管相连，气缸壁具有较高的导热系数，工质在气缸中膨胀做功，推动活塞进而将气缸中海水推入渐缩喷管；工质做功完毕，主要通过气缸壁及活塞进行冷却。

所述渐缩喷管与气缸连通，海水在渐缩喷管内将压能转化为动能，加速喷出。

所述单向阀安装在渐缩喷管出口和进水管道上，使得工质做功时，海水只能沿喷管出口喷出；在气缸冷却时，海水只能沿进水管道进入气缸。