[发明专利]一种利用海水压力能驱动的微型发电装置

说明书

本发明属于海洋发电装置领域，并公开了一种利用海水压力能驱动的微型发电装置。该装置包括低压腔和发电单元，发电单元设置有中央通道和外侧通道，中央通道、外侧通道以及低压腔三者能连通，在连通之处设置有电磁阀，中央通道和外侧通道之间设置有永磁体，外侧通道中设置有线圈和与该线圈连接的复位机构；电磁阀通电后，中央通道与外侧通道隔断，外侧通道与低压腔连通，在海水压力作用下线圈在外侧通道中向一侧运动；电磁阀断电后，低压腔与外侧通道隔断，中央通道与外侧通道连通，线圈在外侧通道中向另一侧运动；线圈在外侧通道中运动切割磁场线，实现海水压力能发电。通过本发明，实现海水压力能转化为电能，结构简单，体积小，能量转化率高。

技术领域

本发明属于海洋发电装置领域，更具体地，涉及一种利用海水压力能驱动的微型发电装置。

背景技术

随着海洋开发与探索的需求日益增加，海洋生物遥测技术越来越多地被应用于海洋观测，一方面可以获得动物的生活习性和运动轨迹的理化数据，深化人类对于海洋生物的了解，另一方面可以对难以观测或者观测成本高的水域进行环境监测，深化人类对于海洋生态与环境的认识。海洋动物标签进行数据采集、存储及传输都需要能量(通常用的是电能)，为了得到更长时间与更丰富的观测数据，提高遥测标签的电能供应是至关重要的。目前大部分遥测标签能量来源依然是电池，而由于对电池重量以及体积的限制，标签能携带的电池能量是有限的，很难支持遥测标签对海域进行长时间多种类环境参数的观测，对于陆地动物的遥测标签，已经有一些利用太阳能增加使用时长的设计，而面向水下生物时，由于水面以下的太阳辐照度变得很低，使用太阳能为海洋遥测标签供电也变得不切实际。对于许多海洋生物，其为了寻找食物会定期进行深海潜水，动物上浮与下潜过程中的海水压力差产生的压力能是一种潜在的能为遥测标签供电的能量来源。

许多海洋物种为了寻找食物会定期进行深海潜水，根据现有遥测标签技术实地测量得到的抹香鲸与北极象海豹的连续潜水剖面，抹香鲸与象海豹每天的平均潜水深度与次数分别为800米、23次与600米、57次。如果将抹香鲸与象海豹携带的现有遥测标签上使用的1号电池作占空间(约为53毫升)换为同等体积的耐压空腔，则理论上标签每天可利用的压力能等于“平均潜水深度处的水压×潜水次数×空腔体积”。经简单计算可以得到，抹香鲸与象海豹携带的标签每天可利用的压力能分别为10千焦耳与18千焦耳。对比CTD-SRDLs标签电池156千焦耳的总电量，抹香鲸与象海豹携带的遥测标签300天寿命内可利用的总压力能分别为3000千焦耳与5400千焦耳，分别是电池电量的19倍与35倍。因此，充分利用海洋动物下潜与上浮的压力变化产生的压力能，可以极大提升标签的能量供应，使之支持更多传感器并显著延长标签寿命，全面提升其数据采集能力。

在利用海水压力能发电的领域，美国的Michael W.Shafer在其论文Ahydrostatic pressure-cycle energy harvester(Proc.SPIE 9431,Active and PassiveSmart Structures and Integrated Systems 2015,94310F(2April 2015)；doi:10.1117/12.2084279)中提出了一种用于海洋动物遥测标签供电的海水压力能收集器，该装置主要包括一个微型旋转式水轮机以及与之相连的一个微型旋转式发电机，电磁截止阀以及低压腔，在动物潜水至一定深度后，外界海水压力大于低压腔内的压力，海水进入水轮机，带动水轮机以及发电机转动从而实现发电，此发明的实验室测试系统的实测能量转换效率比较低(2％左右)，应用较困难；与国内浙江大学的王峰、顾临怡在论文《基于开关液压源的深海水压型能量供给技术研究》([J].机械工程学报,2004(05):141-144.)中提出的一种基于海水静水压力能的水下能量供给系统进行对比分析，其提出的压力能发电装置的缺点在于：装置体积非常庞大，不可能应用于海洋动物遥测标签中。

发明内容