專利名稱：利用氣體熱脹冷縮而驅(qū)動(dòng)活塞做功發(fā)電的方法及發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用氣體熱脹冷縮的原理從而推動(dòng)發(fā)電機(jī)工作的發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
熱力學(xué)第二定律指出“不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其它影響”。反過來就是說只要產(chǎn)生其它影響，就可以從單一熱源取熱，使之部分熱能，不是全部熱能，轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉ΑＪ聦?shí)上，海水溫差發(fā)電，地?zé)岚l(fā)電這些發(fā)電機(jī)，就是通過創(chuàng)造一些“其它影響”而實(shí)現(xiàn)從海水、地?zé)徇@些“單一熱源”取熱，使部分熱能轉(zhuǎn)化為功的發(fā)電機(jī)。本人發(fā)明的專利申請(qǐng)?zhí)枮椤?01110206645. 7名稱為《吸收空氣能做功的方法及空氣太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)》”也是通過制造一些“其它影響”，人為創(chuàng)造一個(gè)“冷源”，外界常溫作為一個(gè)“熱源”，從而使某種工質(zhì)吸收空氣中的熱量而做功，制成發(fā)電機(jī)，它其實(shí)只是對(duì)海水溫差發(fā)電的原理作一些小改進(jìn)的一項(xiàng)小發(fā)明。因?yàn)楹Ｋ疁夭畎l(fā)電是以深層海水作冷源，而它則是改為用冰箱式的，人為的制造出一個(gè)冷源，所以是小發(fā)明。本發(fā)明《氣體熱脹冷縮發(fā)電機(jī)》也是根據(jù)熱力學(xué)第二定律只要“產(chǎn)生其它影響”，就可以從“單一熱源吸取熱量”，使之部分變?yōu)橛杏霉Χ瞥傻陌l(fā)電機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種在密閉容器內(nèi)的氣體吸收外界空氣中的熱能而熱脹冷縮推動(dòng)發(fā)電機(jī)工作的機(jī)器。方法步驟如下具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。首先，用銅片制成的金屬球充滿空氣。薄銅片制的金屬球傳熱性能較好，當(dāng)然，用鋁或鐵制成亦可。球內(nèi)空氣呈封閉狀態(tài)。據(jù)測(cè)定，氣體在溫度升高TC時(shí)，體積要膨脹1/273，相反，當(dāng)氣溫下降1°C時(shí)，氣體的體積要縮小1/273。根據(jù)球體計(jì)算公式球體積=n X (球半徑)3X4/3,即V=4 n R3/3。當(dāng)球體半徑為30厘米時(shí)，該球的體積達(dá)到113040(厘米)3。此時(shí)溫度如升高1°C，該球體積內(nèi)的空氣要膨脹414(厘米)3( 113040 + 273=414)。該球有一條連通球體的管道氣缸及活塞，現(xiàn)設(shè)計(jì)中的管道氣缸內(nèi)的活塞半徑為3. 5厘米，圓面積為38. 5 (厘米)2，(S= IIR2)，這樣，414 (厘米)3的膨脹氣體足可以推動(dòng)此活塞移動(dòng)10厘米左右(未計(jì)算膨脹氣體的壓力增大到多少時(shí)活塞才開始動(dòng))。我國(guó)各地一天的溫差約為3-12°C，假設(shè)某一天的溫差為5°C時(shí)，管狀氣缸內(nèi)的活塞可向前或向后移動(dòng)約50厘米左右，來回共移動(dòng)100厘米左右,從而帶動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),再帶動(dòng)齒輪組轉(zhuǎn)動(dòng)，使發(fā)電機(jī)發(fā)出電力。我國(guó)有些地方一日之內(nèi)氣溫變化較大，新疆有句歌謠早穿棉來午穿紗，圍著火爐吃西瓜，可見氣溫一日變化之大。如果把金屬球放在陽(yáng)光直接照射的地方，則晝夜溫差變化更大，效果更好?；钊\(yùn)動(dòng)的距離受固定軸上的兩個(gè)限位塞限制，從而避免大齒輪不會(huì)轉(zhuǎn)到左前方上的死角位，使傳動(dòng)桿與活塞成一直線，不能轉(zhuǎn)動(dòng)。限制范圍一般設(shè)定在一天氣溫變化在3-12°C的范圍內(nèi)，也可根據(jù)各地具體情況和是否放置于陽(yáng)光之下來設(shè)定限制范圍，總之，限定范圍要能保證機(jī)器正常運(yùn)作就行。
活塞運(yùn)動(dòng)是一個(gè)非常緩慢的過程，假如一天內(nèi)向前運(yùn)動(dòng)約50厘米，向后運(yùn)動(dòng)也約50厘米，一來一回才運(yùn)動(dòng)約100厘米左右，這樣緩慢的速度發(fā)電機(jī)是不會(huì)工作，發(fā)出電力來的，且活塞的運(yùn)動(dòng)速度也不是勻速的，這就像風(fēng)力發(fā)電機(jī)一樣，風(fēng)力發(fā)電機(jī)是通過增速機(jī)提高轉(zhuǎn)速，使槳葉在每秒三公尺的微風(fēng)速度下，使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘19-30轉(zhuǎn)的發(fā)電最低極限轉(zhuǎn)速，發(fā)出電力。所以，本發(fā)電機(jī)也必須裝有增速齒輪組，把活塞緩慢的運(yùn)動(dòng)，增速到發(fā)電機(jī)每分鐘25轉(zhuǎn)以上的發(fā)電極限旋轉(zhuǎn)速度，從而發(fā)出電力。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電力很不穩(wěn)定，因?yàn)榛钊倪\(yùn)動(dòng)并不是勻速的，且發(fā)出的電壓也很低，通常只有10伏左右的交流電，所以須經(jīng)充電整流器整流，再對(duì)蓄電瓶(池)充電，然后用有保護(hù)電路的數(shù)字逆變電源器逆變電源，把電瓶的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流220V的市電，以保證穩(wěn)定使用。球體上還裝有一個(gè)自動(dòng)調(diào)控閥，可以雙向調(diào)控球體內(nèi)的呈封閉狀態(tài)下的氣壓。當(dāng)球體內(nèi)的壓力過大或過小時(shí)，可自動(dòng)開啟讓空氣進(jìn)入或流出，使球內(nèi)氣壓與外界氣壓基本保持一致，球內(nèi)這時(shí)再呈封閉狀態(tài)的氣體才能熱脹冷縮，驅(qū)動(dòng)活塞作伸縮運(yùn)動(dòng)，以保證機(jī)器正常運(yùn)作。因?yàn)閺亩较?，氣溫變化太大，有時(shí)一日之間氣溫變化也很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出3_12°c的范圍內(nèi)。當(dāng)然，如超出的幅度不大，球內(nèi)的氣壓雖然會(huì)增大或縮小，但這不會(huì)影響機(jī)器的運(yùn)作，但超出幅度太大時(shí)，活塞就會(huì)被壓在管狀氣缸內(nèi)的某一端，不能動(dòng)彈，不能熱脹冷縮，形成死機(jī)狀態(tài)，這時(shí)，雙方向自動(dòng)調(diào)控閥就會(huì)自動(dòng)開啟，調(diào)控球內(nèi)氣體的壓力，使機(jī)器正常運(yùn)作。


圖1為本發(fā)明氣體熱脹冷縮發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。手動(dòng)打開自動(dòng)調(diào)控閥I的閥門，讓空氣進(jìn)入銅皮球2內(nèi)，使球內(nèi)氣壓與外界氣壓基本持平。球狀物體在氣壓變化時(shí)一般不會(huì)變形，所以采用球形。球用銅薄板皮制成，因金屬材料導(dǎo)熱性能好，強(qiáng)度夠大。銅皮球半徑為30厘米。然后關(guān)閉自動(dòng)調(diào)控閥，使球內(nèi)氣體呈封閉狀態(tài)。當(dāng)外界氣溫變化1°C時(shí)，根據(jù)氣體的性質(zhì)，氣體的體積要膨脹或收縮1/273，半徑為30厘米的球體的體積根據(jù)球體公式(4 n R3/3)計(jì)算結(jié)果為113040 (厘米)3，所以外界氣溫變化1°C時(shí)，該球內(nèi)氣體的體積要收縮或膨脹414 (厘米)3，(113040/273=414)。該球連通著管狀氣缸14內(nèi)的活塞3，活塞3的圓面積為38. 47(厘米)2，半徑為3. 5厘米，所以理論上這時(shí)活塞3連動(dòng)活塞桿4可移動(dòng)10. 76厘米(未計(jì)算活塞壓力增大到多少時(shí)才能運(yùn)動(dòng)，因活塞連著后面的一連串的結(jié)構(gòu)，只有當(dāng)壓力增大到一定值時(shí)活塞3才能動(dòng))。傳動(dòng)桿6的一端與活塞桿4鉸接,另一端與大齒輪7外圓周鉸接。傳動(dòng)桿6與活塞桿4鉸接處設(shè)有限位塞15，當(dāng)一天的溫差為3-12°C時(shí)，活塞桿4就推動(dòng)固定軸5上的傳動(dòng)桿6運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)大齒輪7的轉(zhuǎn)動(dòng)。大齒輪7的轉(zhuǎn)動(dòng)因受固定軸5上的兩個(gè)限位塞8 (即前限位阻擋塞和后限位阻擋塞)的活動(dòng)位置限制，不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)到與傳動(dòng)桿6成一直線的死角位置，形成死機(jī)狀態(tài)。兩個(gè)限位塞8的距離定在129. 12厘米一天氣溫變化的范圍內(nèi)。但如果金屬球是放在陽(yáng)光直接照射到的地方，則晝夜溫差變化更大，這時(shí)限位塞的位置可靈活調(diào)節(jié)距離。大齒輪7的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪組9的轉(zhuǎn)動(dòng),再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)10的轉(zhuǎn)動(dòng),發(fā)出電力。齒輪組9實(shí)際上是一組增速齒輪組，因?yàn)楸緳C(jī)活塞3的運(yùn)動(dòng)是一種非常緩慢的過程。假如某天的溫差為5°C，活塞運(yùn)動(dòng)的距離約為50厘米，一來一回才運(yùn)動(dòng)100厘米左右，這樣的速度發(fā)電機(jī)是不會(huì)工作發(fā)出電力來的，且活塞的運(yùn)動(dòng)也不是勻速的，就像風(fēng)力發(fā)電機(jī)一樣。風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過增速機(jī)提高轉(zhuǎn)速，使槳葉在每秒三公尺的微風(fēng)速度下，使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘19-30轉(zhuǎn)的發(fā)電最低極限轉(zhuǎn)速，發(fā)出電力。所以本氣體冷縮熱脹永動(dòng)發(fā)電機(jī)也必須裝有增速齒輪組9，把活塞緩慢的運(yùn)動(dòng)增速到發(fā)電機(jī)10每分鐘25轉(zhuǎn)以上的發(fā)電最低極限的旋轉(zhuǎn)速度，從而發(fā)出電力。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電力很不穩(wěn)定，因?yàn)榛钊倪\(yùn)動(dòng)并不是勻速的，且發(fā)出的電壓也很低，通常只有10伏左右的交流電，所以須經(jīng)充電整流器11整流，再對(duì)蓄電瓶12充電，然后用有保護(hù)電路的數(shù)字逆變電源器13逆變電源，把電瓶的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流220V的市電，以保證穩(wěn)定使用。球體上的自動(dòng)調(diào)控閥I可以雙向調(diào)控球體內(nèi)呈封閉狀態(tài)下的氣壓。從冬到夏，由夏到冬，外界氣溫變化很大，有時(shí)甚至一日之內(nèi)，外界氣溫變化也太大，這時(shí)，自動(dòng)調(diào)控閥就會(huì)自動(dòng)開啟，讓空氣流入或流出，使球內(nèi)的氣壓保持在一個(gè)合理的水平，保證機(jī)器正常運(yùn)作。綜上所述，本發(fā)明的《氣體熱脹冷縮發(fā)電機(jī)》并不是以前無數(shù)人曾幻想制造的那種不用消耗能量的，違反能量守恒的熱力學(xué)第一定律的發(fā)電機(jī)。它實(shí)際上是一種空氣太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)，它從空氣這單一熱源取熱，并把吸取的熱能部分地轉(zhuǎn)為功，發(fā)出電力，當(dāng)然，它不可能，也不必把吸取外界空氣的熱能完全百分之百地轉(zhuǎn)化為功。當(dāng)外界溫度升高時(shí)，球內(nèi)空氣吸取外界空氣的熱量而膨脹，推動(dòng)活塞向外運(yùn) 動(dòng)而做功，當(dāng)外界氣溫降低時(shí)，球內(nèi)空氣把熱量傳回給外界空氣，使自身溫度降低，體積收縮，壓力降低，此時(shí)外界壓力較高的空氣就推動(dòng)活塞向內(nèi)運(yùn)動(dòng)而做功，完成一個(gè)循環(huán)。所以它實(shí)際上是一種從空氣這單一熱源取熱并把部分熱能轉(zhuǎn)為機(jī)械功的一種裝置?？赡苡腥藭?huì)發(fā)出疑問熱力學(xué)第二定律說“不可能從單一熱源取熱，使之完全轉(zhuǎn)為有用功而不產(chǎn)生其他影響”。于是有人就錯(cuò)誤地理解為不可能從空氣、海洋這些單一熱源取熱而制成發(fā)電機(jī)，并不厭其煩地計(jì)算出海洋溫度如降低一度，其熱量作為能源足夠人類使用多少千年等等。有些人甚至一提到上述機(jī)器，就武斷地說是違反熱力學(xué)能量守恒的第一定律的第一類機(jī)器，或是違反熱力學(xué)第二定律的所謂第二類機(jī)器。我想這很可能造成使人們不敢研發(fā)吸取空氣和水中的熱能而制成發(fā)電機(jī)來為人類服務(wù)了。事實(shí)上，熱力學(xué)第二定律也可表述為“只要產(chǎn)生其他影響，就可以從單一熱源取熱使之部分而不是全部轉(zhuǎn)為有用功而制成發(fā)電機(jī)”。這才是一種積極進(jìn)取的表述方式。其實(shí)人類早就制造出無數(shù)的發(fā)電機(jī)，只是沒制造出違反熱力學(xué)第一、第二定律的發(fā)電機(jī)。中國(guó)古代人民很早就在河溪邊，制成用水流沖動(dòng)磨面用或提水用的機(jī)器，現(xiàn)在的水力發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、潮汐發(fā)電機(jī)、波浪發(fā)電機(jī)…都是發(fā)電機(jī)，至于海水溫差發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電更是從單一熱源取熱而制成的發(fā)電機(jī)。海水溫差發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電這類發(fā)電機(jī)雖然無污染、無噪音，能源再生，取之不盡，用之不歇，但由于受地理環(huán)境的制約和成本高昂，熱效率低，技術(shù)要求高等的影響，目前經(jīng)濟(jì)效益還不很顯著，嚴(yán)重制約了這類機(jī)器的發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機(jī)受地理?xiàng)l件限制較小，所以能比較普及使用，而本發(fā)明的《氣體熱脹冷縮發(fā)電機(jī)》受地理?xiàng)l件限制更小，所以更易普及。本發(fā)明由于實(shí)際上是一種吸取空氣中的熱能而做功的發(fā)電機(jī)，所以能源也是取之不盡，用之不歇，且造價(jià)低廉，既無污染，又無噪音，也不受地理環(huán)境的限制。如制成有通風(fēng)條件的室內(nèi)用的，球直徑在一米左右的中小型機(jī)，就可為普通家庭的用電提供一種廉價(jià)的電能，改善各家庭的能源結(jié)構(gòu)，如設(shè)計(jì)是放在室外的、陽(yáng)光能直接照射的機(jī)型，則球的直徑可大大縮小。至于特小型機(jī)則可為兒童玩具提供永久的電源。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。故凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明之形狀、構(gòu)造及原理所作的等效變化，均應(yīng)涵蓋于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用氣體熱脹冷縮而驅(qū)動(dòng)活塞做功發(fā)電的方法，它包括如下步驟①往密封的金屬球體內(nèi)充滿氣體，金屬球體吸收外界溫度，金屬球體內(nèi)氣體膨脹；②膨脹的氣體推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)；③活塞推動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪帶動(dòng)提速齒輪組轉(zhuǎn)動(dòng)，提速齒輪組帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電；④發(fā)電機(jī)發(fā)出的低壓的、不穩(wěn)定的交流電經(jīng)充電整流器整流后對(duì)蓄電瓶充電；⑤數(shù)字逆變器把蓄電瓶發(fā)出的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣?20V的市電供人們使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法而制成的氣體熱脹冷縮發(fā)電機(jī)，其特征在于包括有金屬球體、管狀氣缸、活塞、活塞桿、傳動(dòng)桿、大齒輪、提速齒輪組、發(fā)電機(jī)、充電整流器、蓄電瓶和數(shù)字逆變器，金屬球體與管狀氣缸相連通，活塞置于管狀氣缸內(nèi)，活塞桿連接住活塞，傳動(dòng)桿一端鉸接在活塞桿上，另一端鉸接在大齒輪的外圓周上，大齒輪與提速齒輪組嚙合，提速齒輪組與發(fā)電機(jī)主軸連接，發(fā)電機(jī)依次與充電整流器、蓄電瓶和數(shù)字逆變器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體熱脹冷縮發(fā)電機(jī)，其特征在于在活塞桿上設(shè)有限位塞， 活塞桿來回移動(dòng)的軌跡上設(shè)有前限位阻擋塞和后限位阻擋塞。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體熱脹冷縮發(fā)電機(jī)，其特征在于在金屬球體上設(shè)有自動(dòng)調(diào)控閥。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用氣體熱脹冷縮而驅(qū)動(dòng)活塞做功發(fā)電的方法，它包括如下步驟①往密封的金屬球體內(nèi)充滿氣體，金屬球體吸收外界溫度，金屬球體內(nèi)氣體膨脹；②膨脹的氣體推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)；③活塞推動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪帶動(dòng)提速齒輪組轉(zhuǎn)動(dòng)，提速齒輪組帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電；④發(fā)電機(jī)發(fā)出的低壓的、不穩(wěn)定的交流電經(jīng)充電整流器整流后對(duì)蓄電瓶充電；⑤數(shù)字逆變器把蓄電瓶發(fā)出的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣?20V的市電供人們使用。
文檔編號(hào)F03G7/10GK103032287SQ201210457608
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者李定忠 申請(qǐng)人:李定忠