专利名称：物体势能提升装置及发电设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种物体势能提升装置及发电设备，特别是一种利用大气压对液体的升举现象，通过液体浮力将比重小于该液体的物体的势能进行提升的装置以及利用该势能提升装置将物体势能转换为电能的势能发电设备。
背景技术：
能源问题是目前全世界广泛关注的问题，随着人们对能源的需求量日益增长，石油、煤炭及天然气的大量开采，地球上蕴藏的能源资源正在日益枯竭。寻找新的能源获取途径现已成为全世界能源科学工作者的重要使命。
目前，除石油、煤炭及天然气开采以外的能源获取途径主要来自太阳能利用、核能利用以及水利资源利用。
地面上对于太阳能的利用经常容易受到天气阴、晴变化的影响，其利用效率较低而且投资相对较大，而通过航天器将太阳能采集装置安装在大气层外，虽然可以免除云层的影响，但能源的传输非常困难且投资规模巨大，因此，太阳能始终无法进入大规模应用领域。
控制核反应，将反应能量转化为电能虽然可以避免大量的资源开采而且具有极高的能源生产效率，但是，核反应的安全控制非常复杂且耗资巨大，一旦发生核泄漏事故，对自然及人类的危害是不可估量的，同时，核反应材料也同样是地球上极其稀有的资源。
水利资源的利用主要包括水利发电、潮汐发电。它是目前相对较好的一种能源获取方式。它借助大自然天然形成的势能落差及潮汐涌动所产生的能量进行发电，是一种无污染且取之不尽的自然资源，但是，水利发电受到地域、地理位置的影响，而且需要建设大坝、水库或者拦截江河，其工程规模、建设投资极大，并且日常维护的费用开销也相对较大，而潮汐发电也同样存在地域限制问题，内陆地区无法实施，同时还受到潮汛周期的影响。
再有，就是风力发电，虽然建设投资相对较小，但同样受到地形、地区的限制，即使设置在山谷风口处的风力发电设备也同样会因风力大小变化而影响其正常的发电能力。
综上所述，虽然人类对自然的非开采型能源获取已经取得了长足的进步，但由于仍然存在着诸多的不足及缺陷，所以，使得人们在不断寻求自然资源利用方式的过程中，继续认识、探索那些尚未被认知的自然能源现象，以期获得对自然能源的更进一步的利用。事实上，许多自然现象中都有可能蕴藏着或多或少的自然能量。合理、巧妙的开发、利用这些能量，就有可能为人类社会提供无竭尽、无污染的巨大能源，这也正是能源科学工作者们竭尽心智为之奋斗的目标。
发明内容
本发明的主要目的在于利用托里拆利实验中所显示的大气压力现象提供一种基于大气压力的势能提升装置，该装置利用竖立在液体表面上并与液体连通的真空或负压容器内所出现的大气压升举液体的现象以及液体的浮力原理，将比重小于该液体比重的物体的势能通过所述容器进行提升。
本发明的另一目的在于针对上述自然资源利用中所存在的诸多不足及缺陷提供一种势能发电设备，该发电设备利用上述基于大气压力的势能提升装置对所述物体的势能进行势能至电能的能量转换。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种物体势能提升装置，它包括盛有液体的液池、柱形容器以及浮体。柱形容器底端敞口，顶端设有上密闭闸门。浮体的比重小于所述液体比重，大于空气比重。柱形容器立设在液池上，其底端位于液面下，其中部设有下密闭闸门，该下密闭闸门的位置与柱形容器内液体液面间的距离不小于所述浮体的最大尺寸。上密闭闸门上设有与外部真空泵连接用于抽出柱形容器内空气的抽气嘴。当柱形容器内空气的压力为负压时，液体进入柱形容器内，其高度恰好使该液体对液池液面的压强与大气压强相等。液池中固设有能使所述浮体在落入液池后产生横向位移的导向槽，该导向槽的出口位于所述柱形容器的底端下方，入口位于所述浮体落入液池的位置处。
在完成对上述技术方案中各部件的安装、设置后，外部真空泵对柱形容器内部抽真空(尽量降低其中的气压)，此时，上密闭闸门处于关闭状态，下密闭闸门处于开启状态。在柱形容器内的气压逐渐达到真空的过程中，液池中的液体在外部大气压的作用下，进入柱形容器内并上升到一定的高度，该高度恰好是进入柱形容器的液体对液池液面的压强数值与大气压强数值相等时所到达的高度。
完成抽真空操作后，整个设备进入初始工作状态。开始工作时，将浮体由液面上方投入液池中。浮体在投入液池时，其距液面的高度为至少能使浮体在进入液池后下沉的深度大于浮体自身的高度。浮体投入液池的位置为导向槽的入口端。由于浮体在进入液体后将惯性下沉，在这一过程中，导向槽使浮体向柱形容器敞口的底端处移动，在水的阻力、浮力的作用下，浮体的下沉速度达到0后，浮体也同时移至柱形容器的底端下方，随即升浮。浮体在液池中的运动轨迹近似于V形。当浮体到达柱形容器的底端后随即进入柱形容器内直至柱形容器内的液面最高处。这一过程中，浮体在柱形容器内经过下密闭闸门后，下密闭闸门关闭。当浮体到达柱形容器顶部(液面处)时，上密闭闸门开启。由于下密闭闸门关闭后将柱形容器内的液体被隔断，所以，上密闭闸门开启后，柱形容器内的液体不会回流进入液池。将浮体从柱形容器的顶端由上密闭闸门处取出并移至柱形容器外侧，并对准浮体初始落入液池的位置。此时，由于浮体所处的位置距液面的高度大于其初始落入液池时的释放高度，所以，该浮体具有的势能高于其落入液池时在初始位置所具有的势能。
在上述这一过程中，浮体的势能实际上来自于柱形容器中液体对它的升浮作用，即通过液体的浮力，使浮体的势能得以提升。例如，当液体为水、浮体比重为水的0.8倍、柱形容器中的空气压力接近于0时，其液面的高度约为10米。当浮体初始被释放时，其距离水池液面的高度为1米。当浮体在柱形容器中通过水的浮力而上升后，其获得的势能大大超过了其位于初始释放位置时的势能。
上述这一现象可以根据万有引力定律、阿基米德定律以及托里拆利的大气压实验现象进行原理解释。
众所周知，在著名的托里拆利实验中，使用的水银柱在1个标准大气压下的高度是76厘米。压强的计算公式为P＝ρ·g·H其中，P＝大气压强ρ＝液体密度g＝重力加速度H＝液体高度在上述试验中，如果将水银换成水后，则，水柱的高度按照以上公式计算为10.337米。
如果在水柱的底部放入一个比重小于水的静止的物体时，根据阿基米德定律，该物体将沿水柱向上升浮，并达到水柱顶部。此时，物体的势能获得提高。如果将物体平移出水柱的顶部，并释放该物体，在万有引力的作用下，该物体自由落下，将势能转换为动能。通过具体的实验可以发现，当该物体再次回到水柱底部的初始状态位置时，该物体具有了更高的能量。如果将这一能量进行有效的转换，就可以将大气压力中蕴藏的自然能量不断的输出，创造新的能量来源。
基于上述大气压力势能提升装置的技术方案，可以制成一种发电设备，它包括传动机构及输入端与传动机构的输出端连接的发电机，还包括势能-动能转换装置。
势能-动能转换装置由一条以上的延伸臂、转动轴及支架构成。
所有延伸臂的底端均匀分布固设在转动轴上，顶端沿转动轴径向向外放射延伸，形成风车状旋转体。每一个延伸臂的顶端都设有浮体承接部。当所述风车状旋转体停止转动时，总有一个浮体承接部恰好位于所述势能提升装置中柱形容器的顶部外侧。转动轴架设在支架上，并与所述传动机构的转动输入端连接。
当浮体从上述势能提升装置中的柱形容器顶端由上密闭闸门处取出并移至浮体落入液池的释放位置时，浮体的下方恰好置有势能-动能转换装置上安装的浮体承接部，释放浮体后，浮体落在浮体承接部上，由于重力的原因，浮体将延伸臂下压并带动风车状旋转体整体转动，当浮体承接部转动到达最低限度位置时，浮体脱离浮体承接部重新落入液池中。
在浮体带动风车状旋转体转动的过程中，上密闭闸门重新关闭，同时下密闭闸门重新开启，由于浮体占据了一定的体积，并且由于开启上密闭闸门后会有少量的空气进入柱形容器的顶端内，所以，当浮体离开后，柱形容器内的液位有所下降，此时，开动真空泵，将柱形容器内顶部的多余空气抽出，液位重新回到初始位置。
另外，风车状旋转体的转动，使发电机通过传动机构的带动而转动，从而发出电能。
在承托浮体的延伸臂向下转动时，位于该延伸臂上方相邻的另一个延伸臂向柱形容器的顶部方向转动。当浮体离开承托部，开始自由下落时，所述延伸臂上方相邻的另一个延伸臂上安装的另一个浮体承托部恰好停留在释放浮体的位置下方。在这个过程中，所有部件的位置又回到了初始工作状态。
当脱离浮体承接部的浮体重新落入液池后，整个设备重复上述运行过程，由此，浮体将周而复始地不断落入液池并浮起，从而带动风车状旋转体转动，将浮体的势能转换为电能。
由于上述设备在运行过程中，风车状旋转体的转动是断续的，为使发电机连续转动，可以在传动机构中安装储能部件，使其输出转动轴连续转动，达到发电的目的。也可以采用设置多个势能提升装置，使各个浮体的释放按照时间顺序设置，同时，加长转动轴，并对应安装多个风车状旋转体，带动势能-动能转换装置的转动轴不停的转动，为发电机提供不间断的动能。
当浮体浮起后，其本身所具有的势能远远大于其落入液池时的初始势能。当浮体带动势能-动能转换装置运转后，其势能通过势能-动能转换装置而转化为电能，该电能大于上、下密闭闸门、真空泵、浮体助提器等部件在工作中的能量消耗，因此，本发明完全能够对外源源不断的提供电能。
众所周知，由于地球本身所具有的引力，使覆盖在地球表面的大气层具有了大气压力，而且这个压力随着地球的存在而永远存在。大气压所具有的能量将是取之不尽的。通过上述技术方案可以看出，本发明正是巧妙利用了托里拆利实验现象，借助大气压力制造了两个高度不等的液面，利用液体的浮力，使浮体的势能增加，并将这一增加的势能通过转换装置输出，达到发电的目的，而输出的能量则来自于地球的引力，只要引力不消失，这一能量也就永远不会竭尽。本发明实质上是利用大气压力对地球所具有的引力能量进行开采、转换，它为人类提供了一条可以长久使用并且没有任何污染的，新的自然资源利用途径。
图1为本发明所涉及物体势能提升装置一具体实施例结构示意图；图2为图1所示实施例中浮体助提器的结构示意图；图3为图1所示实施例中浮体的结构示意图；图4为安装在水平面下的下密闭闸门结构示意图；图5为安装在水平面上的下密闭闸门结构示意图；图6为采用图1所示实施例制造的一个发电设备的结构示意图；图7为采用图1所示实施例制造的另一个发电设备的结构示意图。
具体实施例方式
以下，通过具体实施例及附图对本发明做进一步的详细说明。
根据托里拆利实验现象，可以制成本发明所涉及物体势能提升装置的一个具体实施例，其结构原理如图1所示。
本实施例包括盛有水的水池1、圆柱形容器2以及浮体3。其中，圆柱形容器2为底端面敞口、顶端面设有上密闭闸门21。圆柱形容器2竖立架设在水池1上，其底端面位于水面下。上密闭闸门21在关闭时，通过密封措施将圆柱形容器2的顶部严密封闭。在上密闭闸门21的表面设有抽气嘴211，该抽气嘴211通过负压罐5与外部真空泵6连接。在负压罐5与抽气嘴211之间还串接有电磁阀51。
在圆柱形容器2上还设有可以将圆柱形容器2内的水隔断的下密闭闸门22，该下密闭闸门22设置在圆柱形容器2的下半部分。
浮体3的比重为0.9。在浮体3上安装有无线信号发射器31。
水池1中还固设有能使浮体3在落入水池1后产生横向位移的导向槽11，该导向槽11为一圆弧形管体，其出口端位于圆柱形容器2的敞口端下方，入口端位于浮体3落入水池的位置处。在圆柱形容器2的底端敞口处环周围设有向下开口的圆锥形导入口25，圆锥形导入口25的开口恰与导向槽11的出口端对正。
在圆柱形容器2的顶端外侧水平固设有平台23。上密闭闸门21通过滑动副设置在该平台23的表面上，同时，上密闭闸门21的表面还安装有上密闭闸门驱动电机212，用于驱动该上密闭闸门21的开启或关闭。
上密闭闸门21表面上还设有用于将浮体3提出圆柱形容器2的起重架213，该起重架213上装设有卷扬机、缆绳，在缆绳的一端安装有能够自动闭合/开启的抓钩2131。
下密闭闸门22也安装在一个下层平台24上，并且下层平台24上安装有下密闭闸门驱动电机221(驱动电机也可以直接安装在下密闭闸门22的外部延长部分的表面)。
另外，在上密闭闸门21以及下密闭闸门22处还安装有上层无线信号接收器15及下层无线信号接收器14。
当本实施例的真空泵6对圆柱形容器2的内部抽真空后，水进入圆柱形容器2中，形成水柱。在外界为一个标准大气压下，水柱的高度约为10米。浮体3在图中B点投入水池1后，在惯性的作用下，浮体3继续下沉，导向槽11的倾斜侧壁将浮体3横向位移至圆柱形容器2的敞口底端。由于水的浮力及阻力的作用，浮体3逐渐停止下沉并上浮。在圆锥形导入口25的引导下，浮体3进入圆柱形容器2中开始向上升浮。当通过下密闭闸门22时，下层无线信号接收器14接收到浮体3上安装的无线信号发射器31所发出的信号，该信号被传送到外部信号处理装置9，外部信号处理装置9通过安装在下层平台24上的下密闭闸门驱动电机221，驱动下密闭闸门22关闭，将圆柱形容器2中的水隔断。当浮体3上升接近顶部时，上层无线信号接收器15收到无线信号发射器31所发出的信号，该信号也被传送到外部信号处理装置9，外部信号处理装置9通过安装在上密闭闸门21表面的上密闭闸门驱动电机212，驱动上密闭闸门21的开启，同时，上密闭闸门21表面上的起重架213开始运行，放下缆绳，抓钩2131扣合在浮体3上，卷扬机转动，将浮体3提起。浮体3被提出圆柱形容器2后，上层无线信号接收器15不能收到无线信号发射器31所发出的信号，外部信号处理装置9将上密闭闸门21关闭，同时，下密闭闸门22在外部信号处理装置9的控制下，自动开启。由于浮体3在圆柱形容器2中排出了与其体积相等的水，而且，由于开启了上密闭闸门21后，有部分空气进入圆柱形容器2的顶端内，所以，当上密闭闸门21关闭、下密闭闸门22开启后，圆柱形容器2内的水位有所下降，因此，在外部信号处理装置9控制下的电磁阀51开启，负压罐5将圆柱形容器2内的少量空气迅速抽空后，电磁阀51关闭。随着上密闭闸门21的关闭，提出圆柱形容器2的浮体3被移至图中的A点。
浮体3在A点被释放后，在万有引力的作用下，呈自由落体状态经过B点并重新落入水池1中，其落入位置恰好为浮体3初始落入水池的位置。当浮体3重新落入水池1后，在浮力的作用下，浮体3重新进入圆柱形容器2，上密闭闸门21、下密闭闸门22重复第一次的开启或关闭状态，使浮体3再次回到A点。
本实施例中，浮体助提器的结构如图2所示。图中，上密闭闸门21通过滑动副在平台23的表面上滑开后，抓钩2131下降将浮体3的顶部扣合，为便于扣合浮体3，可在浮体3的顶部表面开设凹槽31。
图3为浮体的结构示意图。在本实施例中，浮体3的外形为扁椭圆流线形，其内部为中空体，其中灌装有比重调整液32，通过比重调整可以使浮体3达到精确的比重数值，以使浮体3的运行流畅。为便于控制浮体3在运行中的姿态，在制造浮体3时，使下端33的密度大于浮体3上端34的密度，进而使浮体3在水中运行时能够始终保持同一姿态。
在本实施例中，当上密闭闸门开启后，关闭的下密闭闸门将保持被分隔的上、下两个水柱的水位高度不降低，因此，必须采取较为有效的密封措施。当下密闭闸门的设置位置在水池的水平面以下时，其结构如图4所示。图中，在下密闭闸门22的上、下两个与圆柱形容器2侧壁接触的表面上分别开设有一个环形凹槽221，在圆柱形容器2的侧壁对应截面上也开设有相同的对应环形凹槽26。环形凹槽221与对应环形凹槽26在下密闭闸门22关闭时，正好吻合。
在环形凹槽221中预先放置中空可充气的密封橡胶圈7，该密封橡胶圈7的充气口71设置在下密闭闸门22的侧面，并与外部空气压缩机8连接。当下密闭闸门22关闭后，向密封橡胶圈7内充气，使其至少具有一个标准大气压，此时，密封橡胶圈7将环形凹槽221以及对应环形凹槽26充满，使圆柱形容器2中被分隔的水既不会泄漏，也不会回流入水池。
当下密闭闸门设置的位置在水池的水平面上方时，考虑到下密闭闸门在运动中，可能造成外部空气进入圆柱容器，所以特别设置具有真空密封的下密闭闸门，其结构如图5所示。图中，在圆柱形容器2位于安装下密闭闸门处，设有一个密封罐体200，该密封罐体200将环周套设在圆柱形容器2的外侧，在下密闭闸门开启时，其内部充满了水。
密封罐体200内设有一个穿过圆柱形容器2的下层平台24，将圆柱形容器2分隔为上下两体。下层平台24的周边与密封罐体200的内壁固定连接。密封橡胶圈7分别安装在圆柱形容器2的上下两体的截面上。下层平台24的表面滑动安装有下密闭闸门22，该下密闭闸门22通过设置在密封罐体200外部的驱动电机221进行开启或关闭移动。当下密闭闸门22关闭时，外部空气压缩机8通过密封安装在密封罐体200上的充气口201并依靠充气管(图中未示出)对密封橡胶圈7进行充气，使上圆柱形容器2内的水不会流出进入下圆柱形容器2内，从而避免了圆柱形容器2中的水回流入水池的现象。
在上述过程中，浮体3在A点所具有的势能大于该浮体3在B点时的初始势能(由于浮体3在B点开始下落时的速度为0，其动能为0，只有较小的势能)，因此，当浮体3由A点落下并到达B点时，在重力加速度的作用下，其不仅具有与初始状态相等的势能，而且还具有了动能。
浮体3在运行过程中，圆柱形容器2内的水不断地为其提供势能。
在上述实施例中，由于浮体3在A点具有远大于其在B点时的势能。当浮体3落下时，如果能够将其势能进行转换，就有可能对外输出能量。
但是，由于开启或关闭上、下密闭闸门以及利用真空泵进行抽气补水等操作时，需要消耗能量，所以，只有消耗的能量小于对外输出的能量，就可以达到真正输出能量的目的。由此，可通过以下计算验证其可能性。
浮体位于水柱顶部时的势能E浮体为了方便理论上的计算，设水柱直径为0.8米。由托里拆利实验的基本公式P＝ρ.g.H可以计算出水柱高度H＝10.337米，取高度近似值为10米，浮体是流线型的外形，其近似直径0.6米、近似高度1.0米。
取浮体密度为0.9×103公斤/立方米浮体的质量m浮体＝V浮体·d浮体＝0.32·π·1·0.9≈255公斤浮体的势能E浮体＝m·g·H＝255×9.8×10＝24990J浮体进入液池底调头转向需要的最低势能E最低由于浮体的比重接近水的比重，因此，当浮体利用惯性进入液池内调头转向需要的最低势能高度只要略大于浮体的高度就行，为便于计算，取h＝1米所需的最低势能E最低＝m浮体·g·1＝255×9.8＝2499J启闭上下密闭门各一次消耗能量W启闭门因为上下密闭闸门交替启闭，所以，上密闭门关闭时下密闭门的上下两个面所受的合外力为0，反之下密闭门关闭时上密闭门所受的合外力也为0。在计算时只要考虑门体自身重量就可以。
设密闭门的质量为m密，根据水柱的直径大小，密闭门在关闭时要求能完全封闭水柱，门的尺寸应大于水柱直径。
考虑门体要有移动余量，取门体长度是1.5倍的水柱直径为1.2米，宽度略大于水柱直径为0.9米，厚度要考虑承受水柱重量，取0.08米，密闭门体的质量m密＝V密·d密＝0.0864·d密门体的材料可以在考虑不发生形变，保持平整度且能量消耗尽可能小的基础上，选择轻质合金材料，其密度小于2×103公斤/立方米。
设d密＝2×103公斤/立方米m密＝0.0864·d密＝172.8公斤由于门体是平行运动，采用现代的机械摩擦理论，在加入滚动摩擦后可以使摩擦系数小于0.1。推动门体的力F推门＞m密·g·0.1即可取门体开关的实际移动距离S＝0.8m在浮体一次循环运动中，上、下密闭闸门移动四次，开关密闭门外力所做的功为W启闭门＝F推门·S·4代入m密＝172.8公斤，g＝9.8，W启闭门＝541.9J浮体出水助提消耗能量W助提浮体出水时，由于浮体本身的密度较大，即使在浮力的惯性作用下也不能保证能完全冲出水面，为将浮体移出水柱顶端，在上密闭闸门上安装一个起重架。起重架将浮体移出水柱前，首先需要将浮体提升一个高度，设该高度值为1，则移出的能量为W助提＝m浮·g·h＝255×9.8×1＝2499J抽气补液装置消耗的能量W抽气补液浮体进入水柱后要排开自身体积大小的液体，浮体出水后，水位将要下降一个高度，该体积由空气来填充。为了保证浮体下次能冲出水柱必须向水柱补液。根据连通器的原理，只要抽去水柱顶端的空气，就可以使水柱中水位上升。
抽去水柱顶端的空气可以采用真空泵。真空泵消耗的能量计算如下采用抽真空效率较高的ZJ型罗茨真空泵时，其配用功率为1.1千瓦的电机，每秒钟抽气70升。
浮体的体积V浮体＝0.32·π·1＝283升照此数据计算，真空泵抽真空4秒，可基本抽完水柱中浮体自身体积大小空间内的气体，其消耗能量为W抽气补液＝P·t＝1100×4＝4400J浮体循环运动一次消耗的能量W总耗浮体利用惯性进入水柱内的最低势能是E最低；移动门体的能量消耗为W启闭门，考虑到传动效率，取η＝0.8浮体出水助提能量消耗W助提抽气补液的能量消耗是W抽气补液。
消耗总能为W总耗W总耗＝E最低+W启闭门/η+W助提+W抽气补液＝2449+541.9/0.8+2449+4400＝10255.5J以上计算表明浮体处于10米高处自由落体前的势能为E浮体＝24990焦耳，而浮体循环运动一周的总消耗能量为W总耗＝10255.5焦耳(在上述计算中，还因该加上下密闭闸门中密封橡胶圈的充气能量消耗值。但是，密封橡胶圈的内径大小不同，消耗的能量也不同，因此，根据实际试验所采用的密封橡胶圈，其消耗的能量约为100焦耳)。由此可知浮体能够对外输出的能量为E浮体-E最低-W总耗＝24990-2499-10255.5-100＝12135.5(焦耳)以上计算表明多余的12135.5焦耳能量完全可以通过能量采集装置取出用来发电。
如果将本实施例的水柱直径加大，并相应的加大浮体的体积，使其质量增加，就可以获得更高的势能差，使本实施例具有更高的电能输出。
将上述实施例与另外设置的势能-动能转换装置进行组合后，就能够制成本发明所涉及的势能发电设备，其具体结构如图6所示。
在图6中，势能-动能转换装置安装在上述实施例的旁边，它由四条延伸臂41、转动轴42及支架43构成。延伸臂41的底端固设在转动轴42上，并沿转动轴42的径向，向外放射延伸，形成风车状的旋转体。转动轴42架设在支架43上，并与传动机构101的转动输入端连接。在每一个延伸臂41的顶端上都设有浮体承接部411，当浮体3由圆柱形容器2顶端移出至A点时，四个浮体承接部411中的一个恰好位于浮体3的底部。
当浮体3被释放落在浮体承接部411上后，在重力的作用下，延伸臂41沿图中弧形箭头方向转动，并且带动转动轴42转动。传动机构101将转动传送至发电机102。随着延伸臂41的转动到达图中B点时，在其上方相邻的延伸臂41上的浮体承接部411恰好位于A点下方，此时，浮体3脱离浮体承接部411，重新落入水池1中，并通过重复上述升浮过程后，再次回到图中A点处，开始另一次的循环运动。
在上述浮体3的循环运动中，浮体3带动延伸臂41转动的过程中，其势能被释放而转化为动能进入传动机构101，从而将浮体3的势能向外输出。当传动机构101内部设有机械储能部件(如发条装置时)传动机构101可以向发电机102连续不断的传送动能，从而使发电机102向外发电。至此，完成了浮体3势能的提升及势能至电能的转换。
值得注意的是，在上述势能发电设备中，势能-动能转换装置可以采用多种形式。为提高输出效率，简化能量的传输过程，势能发电设备还可以制成如图7所示的结构。
图7中，势能-动能转换装置是竖设在物体势能提升装置的侧边，靠近浮体3的下落处，并由发电机102、传动链301及从动轮300构成。传动链301将发电机102的转动轴、从动轮300环套在一起，并且，在传动链301的表面设有多个上卡钩302。发电机102与从动轮300之间的距离与圆柱形容器2的高度相当。在浮体3的表面设有与上卡钩302配套的下卡钩35。当浮体3由A点下落时，传动链301上的一个上卡钩302恰好位于下卡钩35的下方，使上卡钩302通过下卡钩35将浮体3挂住。在重力的作用下，浮体3带动传动链301转动，并使发电机102转动输出电能。当浮体3到达B点时，与其挂接的上卡钩302向从动轮300方向移动，与下卡钩35脱离，此时，浮体3重新落入水池1中。重复上述过程，浮体3的循环运转使发电机102能够断续的向外部输出能量。
最后所应说明的是以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种物体势能提升装置，其特征在于它包括盛有液体的液池、柱形容器以及浮体；所述浮体的比重小于所述液体比重，大于空气比重；所述柱形容器立设在液池上，其底端位于液面下，且为敞口，其顶端设有上密闭闸门；所述柱形容器上还设有下密闭闸门，该下密闭闸门的位置与柱形容器内液体液面间的距离不小于所述浮体的最大尺寸；所述上密闭闸门上设有与外部真空泵连接用于抽出柱形容器内空气的抽气嘴；所述液体进入柱形容器内，其高度恰好使该液体对液池液面的压强与大气压强相等；所述液池中固设有能使所述浮体在落入液池后产生横向位移的导向槽，该导向槽的出口位于所述柱形容器的底端下方，入口位于所述浮体落入液池的位置处。
2.根据权利要求1所述的物体势能提升装置，其特征在于所述的柱形容器的顶端外侧水平固设有平台，该平台表面通过滑动副与所述上密闭闸门滑动连接。
3.根据权利要求2所述的物体势能提升装置，其特征在于所述的上密闭闸门表面上还设有用于将所述浮体提出所述柱形容器的浮体助提器。
4.根据权利要求3所述的物体势能提升装置，其特征在于所述的浮体助提器为装设有卷扬机及缆绳的起重架；缆绳的一端安装有能够自动闭合/开启的抓钩。
5.根据权利要求1所述的物体势能提升装置，其特征在于所述的柱形容器的底端敞口处环周围设将所述浮体引导入柱形容器内的锥形体导入口，该锥形体导入口的开口向下。
6.根据权利要求1-5任一所述的物体势能提升装置，其特征在于所述的浮体为具有两个端部的长椭圆体，其横截面为椭圆形，其比重为液体的0.5-0.9倍，该浮体为中空体，其内部灌装有用于调节所述浮体比重的调整液，该浮体的两端密度不相等。
7.根据权利要求6所述的物体势能提升装置，其特征在于所述的浮体表面或内部安装有无线信号发生器；所述柱形容器上位于上密闭闸门及下密闭闸门处安装有无线信号接收器，该无线信号接收器与外部增设的信号处理控制器连接；所述上密闭闸门及下密闭闸门的开启或关闭运行控制端于所述信号处理控制器的控制端连接。
8.根据权利要求7所述的物体势能提升装置，其特征在于所述的抽气嘴与外部真空泵之间还增设有负压罐；负压罐通过电磁阀与所述抽气嘴连接，该电磁阀由所述外部信号处理控制器控制。
9.根据权利要求1所述的物体势能提升装置，其特征在于所述的下密闭闸门的表面上及与该表面相接触的柱形容器的截面上对应开设有环形凹槽，该凹槽中设有中空可充气的密封橡胶圈，该密封橡胶圈充气口设置在所述下密闭闸门的侧面，并与外部空气压缩机连接。
10.根据权利要求1-5或7或8或9任一所述的物体势能提升装置，其特征在于所述的液体是水或化合物的水溶液或汞。
11.一种发电设备，它包括传动机构、发电机，其特征在于它还包括上述权利要求1-10任一所述的物体势能提升装置及势能-动能转换装置；所述势能-动能转换装置是由发电机、传动链及从动轮所构成；所述发电机的转动轴通过传动链与从动轮套接；所述传动链竖设在物体势能提升装置靠近浮体下落处的侧边，该传动链的表面设有一个以上的上卡钩，浮体的表面增设有与之配套并能够在下落时带动所述传动链转动的下卡钩。
全文摘要
一种物体势能提升装置及发电设备，它包括盛有液体的液池、柱形容器以及浮体；所述柱形容器立设在液池上，其底端位于液面下，且为敞口，其顶端设有上密闭闸门；所述柱形容器上还设有下密闭闸门；所述上密闭闸门上设有与外部真空泵连接用于抽出柱形容器内空气的抽气嘴；所述液池中固设有能使所述浮体在落入液池后产生横向位移的导向槽，该导向槽的出口位于所述柱形容器的底端下方，入口位于所述浮体落入液池的位置处，利用该提升装置制成的发电设备还包括势能－动能转换装置及发电机。本发明利用托里拆利实验现象，通过浮力，使浮体的势能增加，并将这一增加的势能通过转换装置达到输出发电的目的，提供了一条新的自然资源利用途径。
文档编号F03G7/00GK1629473SQ200310121360
公开日2005年6月22日 申请日期2003年12月15日 优先权日2003年12月15日
发明者窦少春 申请人:窦少春