海底熱液能量收集裝置屬于利用海底火山釋放出的熱能進(jìn)行發(fā)電的裝置。

背景技術(shù)：

世界經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化雖然給人們的生活帶來了很多便利，但是這種便利是建立在過度消耗化石能源的基礎(chǔ)之上的。據(jù)統(tǒng)計，目前人類對化石能源的消耗已經(jīng)超過了現(xiàn)有預(yù)測儲存量的一半，如果人類對化石能源的消耗速率再增長2％，則這一資源將會迅速枯竭耗盡。因此，尋找新的清潔型能源已經(jīng)成為最主要的社會問題。

海底熱液是幾千米深的海底火山釋放出的熱能加熱海水形成的，熱液噴口處的溫度可達(dá)400℃，與周圍數(shù)米范圍內(nèi)的海水形成較大的溫差，而且長期穩(wěn)定存在。利用這一能源、并將其轉(zhuǎn)換為電能，有望獲得新的清潔型能源。傳統(tǒng)的海洋溫差發(fā)電沿用蒸汽輪機(jī)技術(shù)，先將海洋溫差轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，然后機(jī)械能再驅(qū)動蒸汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。整個系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率低、體積龐大、控制復(fù)雜，難以在海底長期穩(wěn)定工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種利用海底熱液的能量收集裝置；該裝置包括集中站和溫差發(fā)電單元；仿照潛水艇外形設(shè)計成可短距離自主運(yùn)動的溫差發(fā)電單元；自主運(yùn)動的溫差發(fā)電單元配備有螺旋槳、溫差發(fā)電模塊、高密度低溫物質(zhì)、散熱單元、整流/濾波電路、儲能電池。解決海底熱能收集難得問題。

本發(fā)明的裝置當(dāng)溫差發(fā)電單元逐漸靠近海底火山噴口時，由于外部海水與內(nèi)部低溫物質(zhì)之間形成的溫度差，基于塞貝克效應(yīng)，溫差發(fā)電單元內(nèi)的溫差發(fā)電模塊就處于發(fā)電狀態(tài)，儲能電池也處于蓄電狀態(tài)。電池蓄滿電后，溫差發(fā)電單元就會到一定距離外的海底電能收集站，把收集的電能轉(zhuǎn)到集中站，然后再次運(yùn)動到海底火山噴口區(qū)域收集電能，如此反復(fù)，積少成多。一個電能收集站類似一個蜂巢，發(fā)電單元類似放飛的蜜蜂。數(shù)十上百的發(fā)電“蜜蜂”不知疲倦的往返于集中站與海底火山噴口區(qū)域之間，收集、轉(zhuǎn)運(yùn)電能。

因此本發(fā)明的技術(shù)方案為一種利用海底熱液的能量收集裝置，該裝置包括：若干溫差發(fā)電單元和集中站；所述溫差發(fā)電單元包括：運(yùn)動控制模塊、溫差發(fā)電模塊、高密度低溫物質(zhì)、散熱單元、整流/濾波電路、儲能電池、電力傳輸模塊，其中運(yùn)動控制模塊用于溫差發(fā)電單元的運(yùn)動控制和路徑規(guī)劃，高密度低溫物質(zhì)位于溫差發(fā)電單元的核心位置，散熱單元位于溫差發(fā)電單元的外部，高密度低溫物質(zhì)與散熱單元之間設(shè)置溫差發(fā)電模塊，溫差發(fā)電模塊發(fā)出的電力通過整流/濾波電路存儲到儲能電池中；所述集中站包括：電力接收系統(tǒng)、電力存儲系統(tǒng)；其中電力接收系統(tǒng)包括若干電力接收單元，用于同時對多個溫差發(fā)電單元的電力接收；電力存儲系統(tǒng)包括若干電力存儲單元。

進(jìn)一步的，所述溫差發(fā)電單元中的運(yùn)動控制模塊包括：聲吶單元、航跡規(guī)劃單元、動力輸出單元；航跡規(guī)劃單元根據(jù)聲吶單元的檢測結(jié)果規(guī)劃自身航跡，通過動力輸出單元控制溫差發(fā)電單元的運(yùn)動。

進(jìn)一步的，所述集中站還包括電力輸出裝置，用于將收集的電力向外輸出。

基于塞貝克效應(yīng)的海底熱液能量收集裝置，當(dāng)溫差發(fā)電單元處于發(fā)電模式時，完全沒有噪音產(chǎn)生，只有在往返于電能收集站時會因小型螺旋槳運(yùn)動而產(chǎn)生一定的噪音，但由于功率很小，可以忽略不計，因而具有維護(hù)周期長、壽命長，并且沒有環(huán)境污染、可靠性高的特點(diǎn)。利用這一電能，有望獲得新的清潔型能源。

附圖說明

圖1是海底熱液能量收集(溫差發(fā)電單元)裝置的工作原理圖。

圖中△T表示溫差發(fā)電單元外部溫度減去內(nèi)部溫度，曲線“1”時間段與圖(1)對應(yīng)，海底火山噴發(fā)區(qū)域的高溫液體與溫差發(fā)電單元內(nèi)部介質(zhì)的溫差實(shí)現(xiàn)熱-電轉(zhuǎn)換，溫差發(fā)電單元逐漸靠近海底火山噴發(fā)區(qū)域時，溫差發(fā)電單元內(nèi)部介質(zhì)的溫度也隨之升高，因此發(fā)電效率呈現(xiàn)先增加后減小趨勢；曲線“2”時間段與圖(2)對應(yīng)，溫差發(fā)電單元已經(jīng)到達(dá)海底火山噴發(fā)區(qū)域，此時溫差發(fā)電單元內(nèi)、外溫度達(dá)到平衡狀態(tài)；當(dāng)溫差發(fā)電單元的儲能電池蓄滿電后，如圖(3)所示(對應(yīng)曲線“3”時間段)，溫差發(fā)電單元將運(yùn)動到一定距離的海底電能收集站，在這個過程中由于溫差發(fā)電單元內(nèi)部的溫度高于海水溫度，因此實(shí)現(xiàn)逆向溫差發(fā)電，補(bǔ)充由于溫差發(fā)電單元往返運(yùn)動所消耗的電能；曲線“4”時間段與圖(4)對應(yīng)，溫差發(fā)電單元將收集到的電能轉(zhuǎn)到海底電能收集站，然后再次運(yùn)動到熱液區(qū)域收集電能，如此反復(fù)。

圖2是本次發(fā)明的一種海底熱液能量收集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

1.溫差發(fā)電模塊；2.高密度低溫物質(zhì)；3.散熱單元；4.儲能電池；5.整流/濾波電路；6.供電線。

圖3是溫差發(fā)電模塊的原理圖。

1.高溫端；2.導(dǎo)體；3.低溫端；4.儲能單元；5.電子；6.空穴。

具體實(shí)施方案

溫差發(fā)電單元的外形仿照潛水艇的外形設(shè)計，如圖2所示。一方面，對于溫差發(fā)電單元(圖2中1)，為了使發(fā)電效率達(dá)到最大，優(yōu)先選擇高效的傳熱系統(tǒng)和半自動散熱系統(tǒng)(圖2中3)；另一方面，對于儲電單元(圖2中4)，應(yīng)用于深海的儲能電池必須考慮以下幾點(diǎn)：最大工作深度、電池容量、功率密度(即單位體積或重量電池所儲存的電能)、充電時間和費(fèi)用等問題。根據(jù)已經(jīng)在深海得到成功應(yīng)用的案例，有兩種儲能電池可供選擇：鉛酸電池和鋰聚合物電池。鉛酸電池具有最高的性價比，即存儲相同容量的電能所需要的花費(fèi)最少，但是相比于鋰聚合物電池，鉛酸電池具有較小的功率密度。鋰聚合物電池唯一的缺點(diǎn)就是價格比較昂貴?？啥叹嚯x自主運(yùn)動的溫差發(fā)電單元是在機(jī)體中進(jìn)行電能的儲存，可用空間比較小，因此選用鋰聚合物電池作為儲電電池(圖2中4)。

如圖1所示，當(dāng)溫差發(fā)電單元逐漸靠近海底火山噴口時，由于外部海水與內(nèi)部低溫物質(zhì)之間形成的溫度差，基于塞貝克效應(yīng)，溫差發(fā)電單元內(nèi)的溫差發(fā)電模塊(圖2中1)就處于發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生的電能經(jīng)過整流/濾波電路(圖2中5)儲存在蓄能電池(圖2中4)中，當(dāng)儲電單元的電池(圖2中4)蓄滿電后，溫差發(fā)電單元就會在聲波定位儀或動態(tài)定位系統(tǒng)的指引下自主運(yùn)動到一定距離外的海底電能收集站，把收集的電能通過供電線(圖2中6)轉(zhuǎn)移到集中站，然后再次運(yùn)動到海底火山噴口區(qū)域收集電能。