CN102418655A

CN102418655A - 一种能量转化装置

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Publication number: CN102418655A
Application number: CN 201110232110
Authority: CN
Inventors: 苏华隆; 苏俊华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-08-06
Filing date: 2011-08-06
Publication date: 2012-04-18

Abstract

所述的能量转化装置，是由四个结构完全相同的连通器缸体串联成一个整体，每个缸体设计成大、小圆筒结构，且底部连通、装入水银，在大圆筒一侧容器内装有半圆体转子，小圆筒一侧装有圆柱体活塞，四个大圆筒中的转子按不同方位串联安装在同一条主轴上，可随主轴绕大圆筒圆心轴线旋转，实质转子与主轴构成一种对称的等臂杠杆，在外力带动下转动，转子轻易地浸入和离开水银，且始终保持平衡，所以用很小的外力就能改变杠杆的平衡条件，引起水银面的升降，使小圆筒内的活塞周期性地被浸入水银中，活塞受到水银浮力和重力作用产生上，下运动，通过曲轴连杆把能量转化，使输出与输入的效能比大于1，装置适用制造各种动力机械及配套发电。

Description

一种能量转化装置

技术领域：

本发明涉及能量的转化技术，特别涉及一种利用重力势能和浮力能的相互作用，转化成可连续稳定输出能量的装置。

背景技术：

众所周知，在溶器中装入一定量的液体，当把一固体物质浸入溶器的液体中时，由于固体物质排开液体，容器中的液面将升高，反之，则液面降低。

从船闸的工作原理可知，它应用了连通器原理，可把数百吨、数千吨等的轮船从下游升到上游，或使轮船从上游降到下游。这一过程，根据物体的沿浮条件，既有浮力的作用，使水涨船高，也有重力的作用，使水降而船跟着下降。

根据冰箱、空调的制冷制热效能比关系，它输入一焦耳的电能或机械能，可产生2至3焦耳的内能，这是一种充分利用外界自然能的转化，使输出与输入的效能比大于1的典型例子。

本发明应用上述物理现象，把船闸中轮船的升降设计成本发明中活塞的升降，而船闸中的液体本发明用水银取代了水，船闸中水的升降利用水的自然落差产生的重力势能和连通器原理，本发明使水银升降，利用了固体物质半圆体转子和连通器原理，巧妙地使消耗很小的作用力，就能把半圆体转子在一个特制的连通器缸体内通过转动浸入或离开水银，最终使连通器中的水银面升高或降低，转化为活塞的升高或降低，向外输出能量。

发明内容：

如图1所示，本发明应用船闸的工作原理，装置由四个结构完全相同的连通器缸体，用同一条主轴6从四个缸体大圆筒1的圆心轴线上穿过，把四个缸体串联成一个整体，每个缸体由大圆筒1、小圆筒3、长方体4等组成。

大圆筒类似哨子形结构，横向固定安置，圆筒两边设有侧面盖2，从侧面盖2的圆心处穿入一主轴6，容器内设置一个半圆体转子5，转子5固定安装在主轴6上，主轴6在外力(或电磁力)驱动下可带动转子5绕大圆筒1中心轴线转动，半圆体转子5的体积略小于大圆筒1一半的体积。

小圆筒3竖立固定安置，容器内装入一个可作上、下运动的实心铁质圆柱体活塞10。如图2所示，活塞10外径略小于小圆筒3的内径。活塞10、连杆11、曲体片12、曲轴13，组成能量转化、输出统一机构。

长方体4一侧按大圆筒1圆切面的型状取料相焊接，另一侧按小圆筒3圆切面的形状取料相焊接，把大圆筒1容器与小圆筒3容器的底部连通，构成连通器。缸体容器内灌注适量的水银9后，水银经长方体可在大、小圆筒之间流动。

按本发明设计的连通器缸体式结构的能量转化装置，每个缸体既独立又统一。

独立是指四个缸体中，每个缸体和缸体内装入的水银9是独立的，对其它缸体互不影响。

统一是指四个缸体结构完全相同，每个缸体大圆筒1内分别套入的ABCD四个半圆体转子5，均用螺丝或焊接统一固定安装在同一条主轴6上，如图3所示；小圆筒3内的四个重锤活塞10通过连杆11、曲体片12，相互协调地连接在统一的曲轴13上。

本装置产生的能量转化过程是：当外力(或电磁力)带动主轴6转动时，固定在主轴6上的半圆体转子5随之转动，由于连通器缸体内装有水银，当半圆体转子5转到主轴6的下面时，半圆体转子5被浸入水银9中，水银被排开，使整个连通器缸体内的水银液面升高。在小圆筒3一侧的重锤活塞10被升高的水银浸着，水银对重锤活塞10产生浮力作用，由于ρ_铁＜ρ_水银，铁质重锤活塞10的自身重力小于水银对它产生的浮力，逼使活塞10向上运动，并可向外输出能量。

当半圆体转子5转到主轴6的上面时，半圆体转子5离开容器中的水银，整个连通器内的水银面下降，在小圆筒3一侧的重锤活塞10失去水银对它产生的浮力作用，重锤活塞10在重力作用下自由下落，这一过程也可向外输出能量。

上述过程，先是依靠外力带动半圆体转子5转动，引起水银面的升高、降低，促使活塞10的向上和向下运动，把活塞10的上、下运动，通过曲轴连杆转化为持续稳定的能量输出。

本发明采用的技术方案是：所述的装置，是由四个连通器缸体组成核心主体，每个缸体主要由大圆筒1，大圆筒侧面盖2，小圆筒3，连接大小圆筒的长方体4，装在大圆筒内的实心铁质半圆体转子5，驱动主轴6，防止水银外涉的密封圈7，配重惯性轮8，水银工作介质9，实心铁质圆柱体重锤活塞10，连杆11，左右配对曲体片12，曲轴13，装在驱动主轴和曲轴上的滚珠轴承14，轴承固定座15，缸体固定底座16等器件组成。

根据本发明设计的能量转化装置，能充分利用自然界的重力势能和浮力能，给驱动主轴6输入一个很小的外力作用，就能使转子5转动且轻易地浸入和离开水银，促成水银面升高和降低，使很小的能量输入，就能产生巨大的能量输出。

按本发明，分别装在连通器缸体大圆筒1容器内的四个ABCD半圆体转子5是核心器件，它可用铁质材料铸成的实心半圆体，也可做成空心的，在空心部分充满水银或铸满金属铅，使转子5的重力增大。另外在驱动主轴6上还设计安装多个配重惯性轮8(或用磁极间的磁力作用)，目的是尽量平衡水银对转子5产生的浮力。

四个缸体中的ABCD四个转子5，都以同一条主轴6为中心，转子5半圆平面紧贴主轴6，相邻的转子5之间的平面互成90度、座向按ABCD顺序一上一前、一下一后排布，如图3所示；然后用螺丝把转子5固定安装在同一条主轴6上，ABCD四个转子5分别装入各自的缸体大圆筒1中，要求转子5、主轴6、及大圆筒1三者的圆心轴线完全重合在同一条水平直线上。转子5外径与大圆筒1内壁之间留有0.5-1厘米的间隙距离，装有转子5的整条主轴6把四个缸体串联成一个整体，由于主轴6从大圆筒1的侧面缸盖2的圆心处穿出，该处必须装密封圈7，防止水银外涉.伸出缸体外部的主轴6，在相应位置应套上合适的滚珠轴承14和配重惯性轮8(或磁体)。

在小圆筒3容器一侧，活塞10与连杆11、连杆11与配对曲体片12之间有固定轴，在轴上套上滚珠轴承14，组成滚动连接，曲体片12与曲轴13紧固连接，且相互垂直。四对曲体片12之间，每相邻的两对互成90度，每相隔的两对互相平行、座向按顺序一下一后，一上一前，四对曲体片12分别与曲轴13连成一体后、各段之间曲轴13的圆心轴线应在同一条直线上。在曲轴13上应套入滚珠轴承14。曲体片12与连杆11连接的轴心点绕曲轴13旋转一周形成的圆的直径，就是活塞10作上下运动的距离，这一距离与水银面的升降落差高度要求严格相等。这类似内燃机的冲程和附属的能量输出机构。

连通器缸体内需灌注适量的水银，(当然也可用其它液体代替)，这是能量转化的主要工作介质。

现以A缸体为例，说明灌注水银的方法，先调节驱动主轴6，使A缸体半圆体转子5停在驱动主轴6的上面，且转子5平面处于水平面上，接着调节曲轴13，使A缸体小圆筒3容器中的圆柱体重锤活塞10位于最低点，然后向A缸体内加入水银9，使水银面与转子5平面刚刚接触为止。最后按相同的方法将水银灌入BCD各缸体中。因为每个缸体结构完全一样，每个缸体加入的水银量是相等的。

按本发明设计的装置，能获得输出与输入效能比大于1的主要原因，就是由于主轴6在外力(或电磁力)驱动下、带动ABCD四个转子5绕各自的大圆筒1中心轴线转动过程中，实质主轴6与四个转子5构成一种完全对称的等臂杠杆，轴心就是杠杆的支点，ABCD四个转子5在外力驱动下同步转动的任意时刻，不管转子5分别浸入水银中的体积多少，转子5受到的力始终都能使杠杆保持平衡状态。

下面根据主轴6与转子5构成的等臂杠杆，在转过任意角度时的受力情况，用杠杆原理分析转子5受到的力相对于杠杆支点的具体关糸。显然，每个半圆体转子5，受到重力和浮力两种力的作用。

对于重力，ABCD四个半圆体转子5，按本发明设计的排布特点，重力相对于转动杠杆的支点---轴心，可将转子5沿轴线平移即可合成一个完整的圆柱体，所以，重力对于轴心可分解成完全对称，方向竖直向下的两个分力G₁、G₂，使杠杆绕支点---轴心往顺时针转动的力矩、与往逆时针转动的力矩大小相等，方向相反，转子5随主轴6的圆心为支点转动的任何时刻，任意角度，半圆体转子5受到的重力都能使杠杆保持平衡状态。

对于浮力，如图4所示，灰色半圆图案表示半圆体转子5的横截面，黑色圆点表示主轴6的横截面，水平横线表示缸体中的水银介面(实际水银面因动态升降高低有变化，在这里对转子的受力分析没影响，因为水银面的升与降，对四个转子，只要浸入的体积相等，产生的浮力就相等)，水平线下面部份的灰色图案表示转子5浸在水银中的部份，图中标的箭头粗略表示转子5受到的浮力大小和方向。

工作前，设ABCD四个缸体中的半圆体转子5处在初始状态的0度位置，当ABCD半圆体转子5按设定的方向同步转过45度时，处于图4中a的位置，其中Aa与Da浸入水银中的体积相等，Ba与Ca浸入水银中的体积相等，这时水银对Aa与Da产生的浮力大小相等，对Ba与Ca产生的浮力大小相等。由于各半圆体转子5所受的浮力都是以驱动主轴6的圆心为支点，其中Aa与Ba产生的力矩使杠杆绕支点往顺时针方向转动，Ca与Da产生的力矩使杠杆绕支点往逆时针方向转动，Aa、Ba的合成力矩与Ca、Da的合成力矩大小相等，方向相反，作用结果相互抵消，使杠杆保持平衡状态。

当半圆体转子5同步转过90度、135度、180度直到360度等时，ABCD各半圆体转子5分别处在bcd等位置，使转子5绕主轴6的圆心为支点、往顺时针方向转动的合成力矩、与往逆时针方向转动的合成力矩依然大小相等，方向相反，使杠杆仍然保持平衡状态。

实际结果表明，无论四个半圆体转子5同步绕主轴6的圆心转过多少角度，重力与浮力相对于轴心为支点的杠杆，它们分别所受的力的合成力矩，始终大小相等，方向相反，作用能互相抵消，在转动的任何时刻都使杠杆保持平衡状态。

如果从主观上人为改变杠杆的这种原有平衡，根据杠杆平衡条件，只要在杠杆上任意一边的力臂施加一个很小的作用力就能达到目的，上述方案也正是本发明的核心内容。

本发明关于驱动主轴6与套在它上面的滚珠轴承14还有一个需要解决的受力平衡问题，从图4中水平线以下的灰色部份图案明显看出，ABCD四个半圆体转子5转动的任何时刻，一共产生竖直向上总的合成浮力，相当于四个半圆体转子5合成一个完整的圆柱体浸没在水银中产生的浮力。由于本发明设计的转子5体积很大，其产生的浮力也很大，这么大的竖直向上的浮力，对于滚珠轴承14而言，转动过程中会增大摩擦阻力，使输入的驱动能量增加，为了平衡转子5竖直向上合成的总浮力，本发明将转子设计成铁质实心的，或做成空心的充入水银或铸入铅，同时还在缸体外部的驱动主轴6上适当位置分别紧套入多个配重惯性轮8(或用磁极间的磁力作用)。

此惯性轮有两个作用，一是利用惯性使主轴6旋转更加平稳。二是增大主轴6竖直向下的重力，使ABCD四个半圆体转子5、主轴6、惯性轮8三者所受竖直向下重力的总和，等于四个半圆体转子5分别浸在水银中产生竖直向上浮力的总和，使主轴6在竖直方向上受到的合力为零，套在主轴6上的滚珠轴承14受到的压力为零。这样，驱动主轴6相当于悬浮在滚珠轴承间。

综上所述，由于ABCD四个半圆体转子5构成的杠杆在转动过程中始终保持平衡，主轴6在竖直方向上的受力也平衡，套在主轴6上的滚珠轴承14在转动中产生的阻力很小，所以，只要用很小的力就可改变杠杆的原有平衡，在转动过程中建立新的平衡，使输入功率很小就可带动ABCD四个半圆转子5转动，迫使缸体中的水银产生上升和下降，引起活塞10上升和下降，向外输出巨大的能量。

本发明的有益效果在于：按本发明的设计，对于输入的驱动外力，不是直接对提高水银液面做功。而是利用等臂杠杆，间接地把提高水银的液面要克服的重力变成浮力，使ABCD四个转子5在转动过程中受到水银的浮力作用，浮力围绕杠杆支点产生的力矩能互相抵消，不管转过多少角度，都能保持杠杆平衡。若要改变或打破杠杆的原来平衡，根据杠杆的平衡条件，就是本发明所需输入驱动力小的原因。所以，用很小的外力就能轻易地把很大体积的水银液面提高，其结果使输入的外力驱动转子5转动所做的功，明显小于直接提高相应体积的水银要克服重力所做的功。

本发明在一个特制的连通器缸体空间内，就能将重锤的重力势能和水银对它产生的浮力能进行转化，装置可根据实际用途设计制造大、中、小型适合各种可移动的或固定的做功机械，特别适合大功率发电机配套发电，设备长期工作不会产生高温，高压。能量转化过程中不会产生废气，废水，废物，不会污染环境，转化输出能量巨大，取之不尽，是一种真正的未来理想能源。

附图说明：

图1：装置结构示意图。

图2：装置工作原理图。

图3：驱动主轴6、半圆体转子5、配重惯性轮8、滚珠轴承14排布结构图。

图4：主轴6与转子5构成的等臂杠杆受力分析图。

具体实施方式：

按本发明的装置结构：连通器缸体的大圆筒1、小圆筒3、连接大小圆筒的长方体4均可用常规厚度为1-2毫米的钢板焊接制成，大圆筒1的内径为2.02米，宽度为1.05米，小圆筒3内径为1.02米，高度为2.20米，连接大小圆筒的长方体4做成边长为1米×1米的正方形，宽度为0.5米，(实际是大小圆筒的间距)，大小圆筒连接处按圆弧切线形状取料焊接。半圆体转子5直径为2.00米，宽为1米，用铁铸成，表面要求光滑。驱动主轴6用钢质材料做成，直径取0.1-0.2米，长度为6.2米的圆柱体。重锤活塞10用铁铸成，直径为1米，高为1米的圆柱体。曲轴13、曲体片12、连杆11用钢质材料加工而成。

根据上述数据，半圆体转子的面积为1.57平方米，体积为1.57立方米，每个半圆体转子转到主轴下面时，它完全浸没在水银中，它排开水银的体积为V_排＝V_转子＝1.57立方米，小圆筒的内径为1.02米，它的面积为0.817m²，转子完全浸没在水银中排开水银的体积，使水银在整个缸体中上升的高度经近似计算为：h＝0.58米，V_活塞＝π.r².h_活 _塞＝3.14×0.5²×1＝0.785m³，G_活塞＝ρ_铁.g.V_活塞＝7.9×10³×10×0.785＝62015N，F_活塞浮＝ρ_水银.g.V_活塞＝13.6×10³×10×0.785＝106760N，活塞上升过程中做功为：W_上升＝(F_活塞浮-G_活塞).h＝(106760-62015)×0.58＝25952J，活塞下降过程中重力做功为：W_下降＝G_活塞×h＝62015×0.58＝35969J，活塞上升和下降一次完成一个工作循环做功为：W_上 _下＝W_上升+W_下降＝25952+35969＝61921J，四个活塞完成一个工作循环做的总功为：W_四总＝61921×4＝247684J，若一秒钟时间完成一个工作循环，输出的总功率为：P＝W_四总/t＝247684/1＝247684W。

综上所述，由于驱动主轴使转子转动的阻力很小，输入的驱动功率也很小，可见，本发明利用重力势能和浮力能连续转化输出的能量是巨大的，若将多组装置并联，可建成大型发电厂，若将装置设计成小型化，可制成各种运动机械等。

Claims

1.一种能量转化装置具有下列特征：

1、装置由四个结构完全相同的连通器缸体，用同一条主轴6从四个缸体大圆筒1的圆心轴线上穿过，把四个缸体串联成一个整体，每个缸体由大圆筒1、大圆筒侧面盖2、小圆筒3、长方体4、密封圈7构成，大圆筒1横置安装，小圆筒3竖立安装，在大、小圆筒底部之间用一长方体4连通，构成连通器、在连通器缸体内装入适量的水银9(或其它液体)。

2、根据权项1所述的装置，还具有以下特征，在四个缸体大圆筒1一侧容器内分别套入一个半圆体转子5，转子5外径与大圆筒1内壁之间留有0.5-1厘米的间隙空间，四个缸体中的转子5都以同一条主轴6为中心，转子5的半圆平面紧贴主轴6，相邻的转子之间的平面互成90度、座向按ABCD顺序一上一前、一下一后排布，用螺丝或焊接固定安装在主轴6上，在缸体外部的主轴6相应位置，套上合适的滚珠轴承14和配重惯性轮8(或磁体)，主轴6在外力(或电磁力)驱动下带动四个转子5绕各自的大圆筒1圆心轴线同步转动，使四个半圆体转子5周期性地分别浸入各自的缸体水银中，引起水银面的升降。

3、根据权项1所述的装置，还具有以下特征，在四个缸体小圆筒3一侧容器内分别套入一个圆柱体活塞10，活塞的外径略小于小圆筒3的内径，四个缸体中的活塞10可在各自的小圆筒3内周期性地受到水银的浮力和自身重力作用做上下运动，每个重锤活塞10通过连杆11、曲体片12，相互协调地连接在同一轴心线的曲轴13上，构成能量转化、输出统一机构。