阅读说明：本技术 气浮力驱动的动力装置 (Air buoyancy driven power device ) 是由 刘静君 刘靖 于 2019-12-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了气浮力驱动的动力装置,包括移动件、气动机构、曲柄旋转机构,其中,所述移动件至少为一个并且用于在液体介质中上下移动,所述气动机构用于控制移动件上下循环移动,所述曲柄旋转机构与移动件传动连接,所述移动件的上下循环移动带动曲柄旋转机构旋转；所述移动件包括壳体、用于储存气体的密封储气气袋以及在液体介质中用于带动移动件整体向下移动的重力块；本发明通过对移动件内的密封储气气袋进行充排气操作即可轻松控制移动件的上下移动,其可实现气浮力的收集、储存、运用和转换,为生活生产提供新的动力方式,不但操作简单,而且性能可靠。(The invention discloses a power device driven by air buoyancy, which comprises at least one moving piece, a pneumatic mechanism and a crank rotating mechanism, wherein the moving piece is used for moving up and down in a liquid medium; the moving piece comprises a shell, a sealed gas storage bag for storing gas and a gravity block which is arranged in a liquid medium and used for driving the moving piece to integrally move downwards; the invention can easily control the moving piece to move up and down by inflating and deflating the sealed air storage bag in the moving piece, can realize the collection, storage, application and conversion of air buoyancy, provides a new power mode for life production, and has simple operation and reliable performance.)

气浮力驱动的动力装置

技术领域

本发明涉及气动、浮动装置领域，特别涉及气浮力驱动的动力装置。

背景技术

众所周知，现在人类可以开发和利用的能源日渐减少，同时在使用这些能源时，对环境造成严重的污染。能源危机和环境恶化迫使人们去寻找新的、洁净的、可反复利用的新能源。太阳能、风能、潮汐能等等正在被人们开发和利用。但是由于这些能源受到环境、气候和地理条件的限制，使其开发和利用受到限制。

地球表面的70％被海洋覆盖、4％被内陆水域覆盖，这就意味着水资源所蕴含的能量取之不尽、用之不竭，但是由于人类开发力度和认知程度不够，始终没有全面开发利用这种资源，只有水靠水位落差冲击的水力发电系统在运用。水的浮力也是一种资源，目前对浮力的研究和利用只限于在水面上行驶的船只、水中游动的潜水器等。可见，水的浮力是一种自然资源，也是一种亟待开发和利用的动力资源，更是一种可循环利用、经济便捷、清洁环保、安全可靠的清洁资源。因此开发更方便、更廉价的可利用的水资源成为人类面临的重大任务之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供气浮力驱动的动力装置，其结构简单合理，而且可循环利用，更加经济便捷，清洁环保，安全可靠。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：气浮力驱动的动力装置，其特征在于：包括移动件、气动机构、曲柄旋转机构，其中，所述移动件至少为一个并且用于在液体介质中上下移动，所述气动机构用于控制移动件上下循环移动，所述曲柄旋转机构与移动件传动连接，所述移动件的上下循环移动带动曲柄旋转机构旋转；所述移动件包括壳体、用于储存气体的密封储气气袋以及在液体介质中用于带动移动件整体向下移动的重力块，所述密封储气气袋放置并固定在壳体的内腔中并且与气动机构连通，所述密封储气气袋在气动机构的充气作用下改变液体的分布状况使其膨胀并带动壳体和重力块在液体介质中向上移动，所述密封储气气袋在气动机构的排气作用下也改变液体的分布状况使其收缩并在重力块的重力作用下一并与壳体向下移动，充气和排气的交替变换以此来实现移动件的上下循环移动。

作为改进，所述壳体上设有若干个***孔，所述液体介质可通过***孔进出于壳体的内腔。

作为改进，所述移动件和曲柄旋转机构之间通过一连杆连接，所述连杆的末端转动连接于壳体的顶端，所述连杆的前端转动连接于曲柄旋转机构。

作为改进，所述连杆一端转动连接在曲柄旋转机构靠近边缘的位置上。

作为改进，所述气动机构包括气体输入管道和气体输出管道，所述密封储气气袋分别与气体输入管道、气体输出管道连接。

作为改进，所述密封储气气袋设置一个或两个以上，两个以上的密封储气气袋相互并联连接于气动机构，彼此独立。

作为改进，还包括用于导向移动件移动的定向支撑机构，所述定向支撑机构包括支架和导轨，所述导轨垂直设于支架上，所述移动件沿着导轨上下移动。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过对移动件内的密封储气气袋进行充排气操作即可轻松控制移动件的上下移动，有效地将上下移动的机械能转化成旋转能输出，其可实现气浮力的收集、储存、运用和转换，为生活生产提供新的动力方式，不但操作简单，而且性能可靠。通过增减密封储气气袋的数量，还可控制移动件的气浮力大小，通过调节充气和排气的交替快慢来控制曲柄旋转机构的转动快慢，用户可根据负载的不同需要对移动件的气浮力进行相适应调节，提高适应性，扩大适用范围。

附图说明

图1是本发明第一实施例的整体结构示意图。

图2是本发明第二实施例中移动件的结构示意图。

图3是本发明第三实施例中充排气控制的电路图。

图4是本发明第一实施例中的移动件于液体介质中的结构示意图。

图中：移动件21、壳体1、密封储气气袋2、重力块3、曲柄旋转机构4、连杆5、电磁阀11、进气阀12、排气阀13、支架15、导轨16、气体输入管道19、气体输出管道20、***孔101。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，气浮力驱动的动力装置，包括移动件21、气动机构、曲柄旋转机构4，其中，所述移动件21至少为一个并且用于在液体介质中上下移动，所述气动机构用于控制移动件21上下循环移动，所述曲柄旋转机构4与移动件21通过连杆5传动连接，所述移动件21的上下循环移动带动曲柄旋转机构4旋转，在本技术方案中，所述曲柄旋转机构4的另一端与负载连接，所述气动机构与外界电源连接。移动件21在气动机构的作用下在液体介质中向上或向下移动（即浮沉运动），利用气浮力在液体介质中运动产生的能量作用在曲柄旋转机构4上，并以定向支撑机构为支点，使得曲柄旋转机构4可以转动，继而带动负载工作，将上下移动的机械力转换成旋转力，实现了对气浮力的收集、储存、运用和转换。在本技术方案中，所述负载可以是旋转的一般性通用机械设备，该动力装置只要旋转力矩相匹配就可以直接驱动机械设备运转，也可以开发利用到其他机器运转领域。

如图1所示，是本发明的实施例一，所述移动件21包括壳体1、用于储存气体的密封储气气袋2以及在液体介质中用于带动移动件21整体向下移动的重力块3，所述密封储气气袋2放置并固定在壳体1的内腔中并且与气动机构连通，壳体1倒置覆盖在密封储气气袋2外侧，壳体1主要用于带动曲柄旋转机构4旋转，是该气动装置的主要部件，壳体1表面均匀分布有若干***孔101，液体介质例如水通过***孔101可自由顺畅地进出壳体1的内腔，使其与腔外的液体压强保持一致。壳体1具有一定的强度，便于驱动曲柄旋转机构4旋转，壳体1由防锈蚀材料制成或表面涂有防锈蚀层。所述密封储气气袋2在气动机构的充气作用下改变液体的分布状况使其膨胀，由于膨胀后的密封储气气袋2的密度小于液体的密度，因此密封储气气袋2可以带动壳体1和重力块3在液体介质中向上移动。相反地，所述密封储气气袋2在气动机构的排气作用下改变液体的分布状况使其收缩，由于收缩后的密封储气气袋2的密度大于液体的密度，因此密封储气气袋2在重力块3的重力作用下一并与壳体1向下移动，移动件21的下降是由重力做功的。充气和排气的交替变换以此来实现移动件21的上下循环移动。所述密封储气气袋2所采用的材质是一种有弹性、可收缩、密封性能好的硅橡胶类材料，其不易破损或漏气。密封储气气袋2通过软管连接气动机构，在壳体1内自由膨胀和收缩，密封储气气袋2也是控制移动件21上下移动的重要部件。移动件21设置于靠近水面的位置，该位置压强较小，对移动件21的影响较小。

进一步地，在本实施例一中，所述密封储气气袋2设置一个，该移动件21排开液体介质的体积固定为V1，浮力固定为F1。所述密封储气气袋2排气收缩时，该密封储气气袋2在液体介质中所产生的气浮力减小，此时需要靠移动件21本身的自重下沉运动，但实际操作中单靠移动件21本身的自重是远远不能达到快速下沉的目的，因此，所述重力块3放置并固定在壳体1的外壁上，可以根据壳体1的大小进行设置，为了使得壳体1可以平衡地上下移动，所述重力块3可以设置为两个，并对称地固定在壳体1的两侧，防止壳体1倾斜。重力块3是具有一定质量的刚性物体，也可以是环形均布设置或两两对称设置。

进一步地，所述移动件21和曲柄旋转机构4之间通过一连杆5连接，所述连杆5的末端转动连接于壳体1的顶端，所述连杆5的前端转动连接于曲柄旋转机构4。具体地，所述连杆5一端转动连接在曲柄旋转机构4靠近边缘的位置上，即远离曲柄旋转机构4的旋转轴线的位置上，有效地将移动件21上下移动所产生的作用力带动曲柄旋转机构4旋转，实现机械能的方向转化。

进一步地，所述气动机构包括气体输入管道19和气体输出管道20，所述密封储气气袋2分别与气体输入管道19、气体输出管道20连接。所述气体输入管道19上依次设有充气泵、电磁阀和进气阀12，所述密封储气气袋2通过相应的进气阀12连接于气体输入管道19。所述气体输出管道20上设有电磁阀11，所述密封储气气袋2通过电磁阀11连接外界大气，且密封储气气袋2通过相应的排气阀13连接于气体输出管道20。当曲柄旋转机构4旋转到上死点时，排气阀13打开，使密封储气气袋2排气，移动件21向下移动，并带动曲柄旋转机构4向下转动；曲柄旋转机构4旋转到下死点时，进气阀12打开，使密封储气气袋2充气，移动件21向上移动，并带动曲柄旋转机构4向上转动。另外，充气量也是一个影响移动件21连续运动的重要指标，充气量不够或密封储气气袋2充气时间变长，移动件21的运动周期就会变慢，影响了曲柄旋转机构4的输出动力，因此，需要保证有足够的充气量。由此可知，曲柄旋转机构4旋转一周的时间是由两部分组成的，一部分是密封储气气袋2充气后移动件21向上移动并带动曲柄旋转机构4从下死点向上转动到上死点的时间，这部分称为上升时间，另外一部分是密封储气气袋2排气后移动件21向下移动并带动曲柄旋转机构4从上死点向下转动到下死点的时间，这部分称为下降时间，上升时间和下降时间统称为曲柄旋转机构4的旋转周期。假设需要产生1Kg的力，则需密封储气气袋2充入1L的气体，此时密封储气气袋2排开1Kg的水（相当于产生了1Kg的力）。经试验得知，当气动机构往密封储气气袋2充入1L气体后，曲柄旋转机构4的上升时间为0.5s，当气动机构排气时，曲柄旋转机构4的下降时间为0.3s，总的来说，曲柄旋转机构4旋转一周的时间为0.8s。当然了，气动机构充气和排气的快慢取决于充气泵的功率大小，并不局限于上述具体的周期和时间，可以根据实际情况去选用。

进一步地，如图4所示，本发明还包括用于导向移动件21移动的定向支撑机构，所述定向支撑机构包括支架15和导轨16，所述导轨16垂直设于支架15上，所述移动件21沿着导轨16上下移动。定向支撑机构可保证移动件21在液体介质中按一定方向运动，并支撑各部件正常工作。

如图2所示，是本发明的实施例二，与实施例一不同的地方在于，为了满足带动不同负载的正常工作，该气动装置的做功大小需要有所不同，即移动件21的上下移动要有不同能量的变化，因此，密封储气气袋2设置两个以上，密封储气气袋2相互并联连接于气动机构，彼此独立（即互不干涉）。移动件21的排开水体积为V=V1+V2+……，浮力为F=F1+F2+……，可知，移动件21的气浮力为若干密封储气气袋2受到的气浮力的总和，通过增减密封储气气袋2的个数，就可以调节移动件21的气浮力大小。

进一步地，移动件1呈蜂巢状设置，其具有多个腔室，密封储气气袋2设置于对应的腔室内，每个密封储气气袋2相互独立，互不影响。实施例二中的移动件21可改变整体的能量大小，从而调整移动件21输送到曲柄旋转机构4上的能量大小。

如图3所示，是本发明的实施例三，与实施例一不同的地方在于，气动机构的控制为电子控制，其设置有电控器和电磁阀，根据预设程序分别启闭进气阀或排气阀，对于本领域技术人员来说应当理解。

本发明可应用在工业、农业、交通运输、居家生活等需要动力的场所，它可以直接带动驱动负载运作。

本发明的工作原理：

根据阿基米德定律，浸在液体里的物体都要受到一个向上的浮力，浮力的大小等于物体所排开的液体的重量，用公式可表示为：

F=ρgv，其中F-浮力、ρ-液体的密度、g-重力加速度、v-排开液体的体积。

这个作用于物体的浮力，是由万有引力所引起的，而且这个浮力的大小又是可知的。当物体浸入液体中，必然占有液体的空间，被占用空间的液体如果是一种不可压缩的液体时，就要沿着物体各表面向四周排开。被排开液体的重量就是浮力。本发明就是利用了物体浮力，将物体的浮力动能转换为机械能，进一步地驱动机器的运转。将移动件21浸入盛有液体的容器中，例如以水作为这种液体的介质，水的密度为997.1kg/m3，比重为1．00g/cm3，由阿基米德定律可知，移动件21受到一个向上的浮力作用，它的大小F=ρgv。当我们改变移动件21的体积，使它排开水的重量变化时，移动件21在水中的位置也要随着改变。从而发生两种现象：

1、移动件21的重量小于排开水的重量 物体上浮F<Ga，

2、移动件21的重量大于排开水的重量 物体下沉F>Ga，

这两种现象反映出移动件21在水中的运动，为了实现这两种现象，我们向密封储气气袋2内充入气体（密封储气气袋2是有弹性、可伸缩、可密封的材料制成），密封储气气袋2的体积就要增大并且膨胀，水受密封储气气袋2增大表面压强的作用，沿着密封储气气袋2表面向四周排开，当排开水的体积重量大于F时，移动件21整体向上运动（上浮）。当我们让充入的气体从密封储气气袋2中排出时，密封储气气袋2收缩，水也相应返回原有的空间，密封储气气袋2排出气体后，移动件21的重量小于F时，移动件21整体向下运动（下沉）。由此可知，用这种方法可以让移动件21在水中运动，像潜水艇、潜水器一样。本发明通过一个连杆5将移动件21和一个曲柄旋转机构4相连接，利用移动件21的上下移动并以定向支撑机构为支点去推动曲柄旋转机构4做旋转运动，就可以将移动件21的上下运动转换成为旋转运动。而曲柄旋转机构4产生的旋转力矩就可以带动负载运转。如果让移动件21连续地运动，曲柄旋转机构4就可以不停的旋转，这样就实现了浮力的收集、储存和转换过程。

此外，还需要进一步说明的是，当移动件21从始点向上移动到终点时，运动了一定距离，移动件21做功，在上述这个过程中移动件21产生了能量，移动件21将这个能量通过连杆5传递到曲柄旋转机构4上，就是将浮力势能转化为动能。当移动件21从终点向下移动至始点时，由于重力移动件21也运动了一定距离，在上述这个过程中移动件21也产生了能量，移动件21也做了功，也通过连杆5将这个重力势能转化为动能。总的来说，移动件21在向上移动的过程中，能量是由浮力势能所产生的，这个能量驱动曲柄旋转机构4从始点旋转到上死点上，而移动件21在向下移动的过程中，能量是由重力势能所产生的，这个能量驱动曲柄旋转机构4从上死点旋转到始点上。因此，曲柄旋转机构4获得的能量是一个合力，它是由浮力势能、重力势能、摩擦力所消耗的能量、液体对移动件21的阻力所消耗的能量等组成的。当曲柄旋转机构4上收集的能量在没有带负载的情况下将向空气中释放，并以热能的方式损耗掉，当曲柄旋转机构4连接有旋转物体时将向旋转物体释放，并转化成其他形式的能量供负载使用。

浮力是以势能方式存在于大自然中，当液体所处的环境改变时和满足一定条件后，就由势能转变成动能，通过这种方式将浮力的能量激发出来，以供人类使用。

经多次试验后，现以两例实测案例说明：

（1）与中低压离心通风机配套实例：

用4-72-11 NO 2.8风机为例，其技术参数为：转速2900转/分，风量1330-2450立方米/小时，轴功率0.44-0.58千瓦，选用电机为1.5千瓦。改用本发明驱动风机，用1.5升密封储气气袋充排气工作，实际气泵消耗功率只用300瓦，与原有配套电机1.5千瓦相比减少了1.2千瓦。

（2）与离心水泵配套实例：

用40B17离心水泵为例，其技术参数为：转速2900转/分，流量11立方米/小时，扬程17.4米，轴功率0.923千瓦，选用电机1.5千瓦。改用本发明驱动水泵，用3升密封储气气袋充排气工作，实际气泵消耗功率为500瓦，与原有配套电机1.5千瓦相比减少了1千瓦。

综上所述，本发明通过对移动件21内的密封储气气袋2进行充排气操作即可轻松控制移动件21的上下移动，有效地将上下移动的机械能转化成旋转能输出，其可实现气浮力的收集、储存、运用和转换，为生活生产提供新的动力方式，不但操作简单，而且性能可靠。通过增减密封储气气袋2的数量，还可控制移动件21的气浮力，通过调节充气和排气的交替快慢来控制曲柄旋转机构4的转动快慢，用户可根据负载的不同需要对移动件21的气浮力进行相适应调节，提高适应性，扩大适用范围。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。