[发明专利]分布式太阳能风能高原冻土热融湖塘漂浮装置、系统及工作方法在审
申请号: | 202010191348.9 | 申请日: | 2020-03-18 |
公开(公告)号: | CN111196337A | 公开(公告)日: | 2020-05-26 |
发明(设计)人: | 林森;陈海元;许广威 | 申请(专利权)人: | 江苏工程职业技术学院 |
主分类号: | B63B35/00 | 分类号: | B63B35/00;F03D9/20;F03D9/30;F24S20/40 |
代理公司: | 南通物格知识产权代理事务所(普通合伙) 32395 | 代理人: | 胡燕 |
地址: | 226000 *** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 分布式 太阳能 风能 高原 冻土 热融湖塘 漂浮 装置 系统 工作 方法 | ||
1.一种分布式太阳能风能高原冻土热融湖塘漂浮装置,其特征在于:包括第一球体(1)、第二球体(2)、第三球体(3)、拉伸弹簧(4)、摆杆(5)、摆球(6)和连接弹簧(7);所述第一球体(1)将第二球体(2)包裹于内,所述第二球体(2)将第三球体(3)包裹于内,所述第一球体(1)、第二球体(2)、第三球体(3)构成一个能够漂浮在水面上的球体结构;所述拉伸弹簧(4)的一端与所述第一球体(1)外层连接,所述拉伸弹簧(4)的另一端与摆杆(5)的一端固定连接,所述摆杆(5)的另一端与所述摆球(6)固定连接,所述第一球体(1)外层固定连接有若干连接弹簧(7)。
2.根据权利要求1所述的一种分布式太阳能风能高原冻土热融湖塘漂浮装置,其特征在于:所述第一球体(1)具有漂浮功能,材质具有良好的密封性、力学特性和环境特性。
3.根据权利要求1所述的一种分布式太阳能风能高原冻土热融湖塘漂浮装置,其特征在于:所述第二球体(2)材质为形状记忆合金,结构为微格金属,构成第二球体(2)的形状记忆合金在高温相奥氏体和低温相马氏体之间发生相互相变时具有大惯性,即高温相奥氏体和低温相马氏体两相相互相变的速度慢;所述第二球体(2)的高温相变记忆温度为小于漂浮装置所在区域近10年间晴朗天气下的日最低温度,第二球体(2)应保证身处于热融湖塘所处区域近10年间出现的最低气温与最高气温所构成的温度区间内,在其反复膨胀收缩的过程中,第一球体(1)始终处于膨胀状态,有收缩趋势,且不被湖水完全淹没,所述第三球体(3)则始终处于收缩状态,有膨胀趋势。
4.根据权利要求1所述的一种分布式太阳能风能高原冻土热融湖塘漂浮装置,其特征在于:所述第三球体(3)的材质为具有良好弹性性能的气凝胶。
5.根据权利要求1所述的一种分布式太阳能风能高原冻土热融湖塘漂浮装置,其特征在于:所述拉伸弹簧(4)的自由长度小于所述第一球体(1)自然状态时的半径长度。
6.根据权利要求1所述的一种分布式太阳能风能高原冻土热融湖塘漂浮装置,其特征在于:所述摆杆(5)为可调节长度的伸缩杆结构,内部中空。
7.根据权利要求1所述的一种分布式太阳能风能高原冻土热融湖塘漂浮装置,其特征在于:所述摆球(6)为实心球,摆球(6)与摆杆(5)共同作为拉伸弹簧(4)的负荷,使得拉伸弹簧(4)为非密圈状态。
8.根据权利要求1所述的一种分布式太阳能风能高原冻土热融湖塘漂浮装置,其特征在于:所述连接弹簧(7)的材质为形状记忆合金,构成连接弹簧(7)的形状记忆合金在高温相奥氏体和低温相马氏体之间发生相互相变时具有小惯性,即高温相奥氏体和低温相马氏体两相相互相变的速度快;所述连接弹簧(7)的高温相变记忆温度为小于漂浮装置所在区域近10年间晴朗天气下的日最低温度,连接弹簧(7)完全拉直的长度应小于第一球体(1)自然状态时的直径长度。
9.一种分布式太阳能风能高原冻土热融湖塘漂浮系统,其特征在于:通过众多分布在热融湖塘水面上的如权利要求1-8任意一项所述的漂浮装置中的第一球体(1)通过其外层的连接弹簧(7),与其周围的第一球体(1)经纬相连,构成网格状结构。
10.根据权利要求9所述的一种分布式太阳能风能高原冻土热融湖塘漂浮系统的工作方法,其特征在于:
综合利用太阳能和风能,为漂浮装置中的第一球体发生形态变化和移动碰撞提供能量;漂浮装置中的第一球体的形态变化体现在体积大小的变化,能够实现:为热融湖塘水体遮蔽太阳辐射或打开热融湖塘水体的散热通道,并能与不同气象条件智能匹配:
长时季节情形:春夏季,太阳辐射强烈,膨胀的第二球体使得第一球体体积变大,从而可以遮蔽更大面积的热融湖塘水面,避免太阳辐射的热量更多的进入热融湖塘;秋冬季,太阳辐射匮乏,收缩的第二球体使得第一球体体积变小,遮蔽热融湖塘水面面积随之减小,从而可以使热融湖塘敞开较之春夏季更大面积的水面,为热融湖塘储存的热量散发至环境,打开更大的通道;
短时天气情形:白天存在太阳辐射的热能,膨胀的第二球体使得第一球体体积变大,从而可以遮蔽更大面积的热融湖塘水面,避免太阳辐射的热量更多的进入热融湖塘;夜晚,不存在太阳辐射,收缩的第二球体使得第一球体体积以缓慢速度逐渐变小,从而可以使热融湖塘敞开较之白天更大面积的水面,为热融湖塘储存的热量散发至环境,打开更大的通道;能够获得太阳辐射的晴天和不能获得太阳辐射的阴天、多云天气、雨雪天气的情形,则与上述昼夜变化的情形相类似;
漂浮装置中的第一球体的移动碰撞会引起拉伸弹簧、摆杆和摆球的多维度运动,从而搅动热融湖塘水体,打破水体内的温度分层,将深层水体蕴含的热量传递至湖塘表面;
形状记忆合金材质的第二球体和连接弹簧不仅在由低温相马氏体向高温相奥氏体转变的过程中能够吸收热量,在高温相奥氏体时所呈现出的超弹性,亦能够承受较之一般金属更大更频繁的可回复应变,具有恶劣环境下更强的自我修复及可靠工作的能力;
漂浮装置的网格化结构系统则将整个装置中的第一球体们互联互通,紧密耦合,通过以点带面,提高了整个漂浮装置对于热量以及运动的敏感性,从而实现了对热融湖塘控热降温,延缓了热融湖塘的发育,削弱了热融湖塘对于高原冻土产生的不利影响。
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