专利名称：利用气体热胀冷缩而驱动活塞做功发电的方法及发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用气体热胀冷缩的原理从而推动发电机工作的发电机。
背景技术：
热力学第二定律指出“不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其它影响”。反过来就是说只要产生其它影响，就可以从单一热源取热，使之部分热能，不是全部热能，转变为有用功。事实上，海水温差发电，地热发电这些发电机，就是通过创造一些“其它影响”而实现从海水、地热这些“单一热源”取热，使部分热能转化为功的发电机。本人发明的专利申请号为“201110206645. 7名称为《吸收空气能做功的方法及空气太阳能发电机》”也是通过制造一些“其它影响”，人为创造一个“冷源”，外界常温作为一个“热源”，从而使某种工质吸收空气中的热量而做功，制成发电机，它其实只是对海水温差发电的原理作一些小改进的一项小发明。因为海水温差发电是以深层海水作冷源，而它则是改为用冰箱式的，人为的制造出一个冷源，所以是小发明。本发明《气体热胀冷缩发电机》也是根据热力学第二定律只要“产生其它影响”，就可以从“单一热源吸取热量”，使之部分变为有用功而制成的发电机。
发明内容
本发明公开一种在密闭容器内的气体吸收外界空气中的热能而热胀冷缩推动发电机工作的机器。方法步骤如下具体结构如图1所示。首先，用铜片制成的金属球充满空气。薄铜片制的金属球传热性能较好，当然，用铝或铁制成亦可。球内空气呈封闭状态。据测定，气体在温度升高TC时，体积要膨胀1/273，相反，当气温下降1°C时，气体的体积要缩小1/273。根据球体计算公式球体积=n X (球半径)3X4/3,即V=4 n R3/3。当球体半径为30厘米时，该球的体积达到113040(厘米)3。此时温度如升高1°C，该球体积内的空气要膨胀414(厘米)3( 113040 + 273=414)。该球有一条连通球体的管道气缸及活塞，现设计中的管道气缸内的活塞半径为3. 5厘米，圆面积为38. 5 (厘米)2，(S= IIR2)，这样，414 (厘米)3的膨胀气体足可以推动此活塞移动10厘米左右(未计算膨胀气体的压力增大到多少时活塞才开始动)。我国各地一天的温差约为3-12°C，假设某一天的温差为5°C时，管状气缸内的活塞可向前或向后移动约50厘米左右，来回共移动100厘米左右,从而带动大齿轮转动,再带动齿轮组转动，使发电机发出电力。我国有些地方一日之内气温变化较大，新疆有句歌谣早穿棉来午穿纱，围着火炉吃西瓜，可见气温一日变化之大。如果把金属球放在阳光直接照射的地方，则昼夜温差变化更大，效果更好。活塞运动的距离受固定轴上的两个限位塞限制，从而避免大齿轮不会转到左前方上的死角位，使传动杆与活塞成一直线，不能转动。限制范围一般设定在一天气温变化在3-12°C的范围内，也可根据各地具体情况和是否放置于阳光之下来设定限制范围，总之，限定范围要能保证机器正常运作就行。
活塞运动是一个非常缓慢的过程，假如一天内向前运动约50厘米，向后运动也约50厘米，一来一回才运动约100厘米左右，这样缓慢的速度发电机是不会工作，发出电力来的，且活塞的运动速度也不是匀速的，这就像风力发电机一样，风力发电机是通过增速机提高转速，使桨叶在每秒三公尺的微风速度下，使发电机的转速达到每分钟19-30转的发电最低极限转速，发出电力。所以，本发电机也必须装有增速齿轮组，把活塞缓慢的运动，增速到发电机每分钟25转以上的发电极限旋转速度，从而发出电力。发电机发出的电力很不稳定，因为活塞的运动并不是匀速的，且发出的电压也很低，通常只有10伏左右的交流电，所以须经充电整流器整流，再对蓄电瓶(池)充电，然后用有保护电路的数字逆变电源器逆变电源，把电瓶的化学能转变成交流220V的市电，以保证稳定使用。球体上还装有一个自动调控阀，可以双向调控球体内的呈封闭状态下的气压。当球体内的压力过大或过小时，可自动开启让空气进入或流出，使球内气压与外界气压基本保持一致，球内这时再呈封闭状态的气体才能热胀冷缩，驱动活塞作伸缩运动，以保证机器正常运作。因为从冬到夏，气温变化太大，有时一日之间气温变化也很大，远远超出3_12°c的范围内。当然，如超出的幅度不大，球内的气压虽然会增大或缩小，但这不会影响机器的运作，但超出幅度太大时，活塞就会被压在管状气缸内的某一端，不能动弹，不能热胀冷缩，形成死机状态，这时，双方向自动调控阀就会自动开启，调控球内气体的压力，使机器正常运作。
图1为本发明气体热胀冷缩发电机的结构原理图。
具体实施例方式具体结构如图1所示。手动打开自动调控阀I的阀门，让空气进入铜皮球2内，使球内气压与外界气压基本持平。球状物体在气压变化时一般不会变形，所以采用球形。球用铜薄板皮制成，因金属材料导热性能好，强度够大。铜皮球半径为30厘米。然后关闭自动调控阀，使球内气体呈封闭状态。当外界气温变化1°C时，根据气体的性质，气体的体积要膨胀或收缩1/273，半径为30厘米的球体的体积根据球体公式(4 n R3/3)计算结果为113040 (厘米)3，所以外界气温变化1°C时，该球内气体的体积要收缩或膨胀414 (厘米)3，(113040/273=414)。该球连通着管状气缸14内的活塞3，活塞3的圆面积为38. 47(厘米)2，半径为3. 5厘米，所以理论上这时活塞3连动活塞杆4可移动10. 76厘米(未计算活塞压力增大到多少时才能运动，因活塞连着后面的一连串的结构，只有当压力增大到一定值时活塞3才能动)。传动杆6的一端与活塞杆4铰接,另一端与大齿轮7外圆周铰接。传动杆6与活塞杆4铰接处设有限位塞15，当一天的温差为3-12°C时，活塞杆4就推动固定轴5上的传动杆6运动，从而推动大齿轮7的转动。大齿轮7的转动因受固定轴5上的两个限位塞8 (即前限位阻挡塞和后限位阻挡塞)的活动位置限制，不会转动到与传动杆6成一直线的死角位置，形成死机状态。两个限位塞8的距离定在129. 12厘米一天气温变化的范围内。但如果金属球是放在阳光直接照射到的地方，则昼夜温差变化更大，这时限位塞的位置可灵活调节距离。大齿轮7的转动带动齿轮组9的转动,再带动发电机10的转动,发出电力。齿轮组9实际上是一组增速齿轮组，因为本机活塞3的运动是一种非常缓慢的过程。假如某天的温差为5°C，活塞运动的距离约为50厘米，一来一回才运动100厘米左右，这样的速度发电机是不会工作发出电力来的，且活塞的运动也不是匀速的，就像风力发电机一样。风力发电机通过增速机提高转速，使桨叶在每秒三公尺的微风速度下，使发电机的转速达到每分钟19-30转的发电最低极限转速，发出电力。所以本气体冷缩热胀永动发电机也必须装有增速齿轮组9，把活塞缓慢的运动增速到发电机10每分钟25转以上的发电最低极限的旋转速度，从而发出电力。发电机发出的电力很不稳定，因为活塞的运动并不是匀速的，且发出的电压也很低，通常只有10伏左右的交流电，所以须经充电整流器11整流，再对蓄电瓶12充电，然后用有保护电路的数字逆变电源器13逆变电源，把电瓶的化学能转变成交流220V的市电，以保证稳定使用。球体上的自动调控阀I可以双向调控球体内呈封闭状态下的气压。从冬到夏，由夏到冬，外界气温变化很大，有时甚至一日之内，外界气温变化也太大，这时，自动调控阀就会自动开启，让空气流入或流出，使球内的气压保持在一个合理的水平，保证机器正常运作。综上所述，本发明的《气体热胀冷缩发电机》并不是以前无数人曾幻想制造的那种不用消耗能量的，违反能量守恒的热力学第一定律的发电机。它实际上是一种空气太阳能发电机，它从空气这单一热源取热，并把吸取的热能部分地转为功，发出电力，当然，它不可能，也不必把吸取外界空气的热能完全百分之百地转化为功。当外界温度升高时，球内空气吸取外界空气的热量而膨胀，推动活塞向外运 动而做功，当外界气温降低时，球内空气把热量传回给外界空气，使自身温度降低，体积收缩，压力降低，此时外界压力较高的空气就推动活塞向内运动而做功，完成一个循环。所以它实际上是一种从空气这单一热源取热并把部分热能转为机械功的一种装置。可能有人会发出疑问热力学第二定律说“不可能从单一热源取热，使之完全转为有用功而不产生其他影响”。于是有人就错误地理解为不可能从空气、海洋这些单一热源取热而制成发电机，并不厌其烦地计算出海洋温度如降低一度，其热量作为能源足够人类使用多少千年等等。有些人甚至一提到上述机器，就武断地说是违反热力学能量守恒的第一定律的第一类机器，或是违反热力学第二定律的所谓第二类机器。我想这很可能造成使人们不敢研发吸取空气和水中的热能而制成发电机来为人类服务了。事实上，热力学第二定律也可表述为“只要产生其他影响，就可以从单一热源取热使之部分而不是全部转为有用功而制成发电机”。这才是一种积极进取的表述方式。其实人类早就制造出无数的发电机，只是没制造出违反热力学第一、第二定律的发电机。中国古代人民很早就在河溪边，制成用水流冲动磨面用或提水用的机器，现在的水力发电机、风力发电机、潮汐发电机、波浪发电机…都是发电机，至于海水温差发电、地热发电更是从单一热源取热而制成的发电机。海水温差发电、地热发电这类发电机虽然无污染、无噪音，能源再生，取之不尽，用之不歇，但由于受地理环境的制约和成本高昂，热效率低，技术要求高等的影响，目前经济效益还不很显著，严重制约了这类机器的发展。风力发电机受地理条件限制较小，所以能比较普及使用，而本发明的《气体热胀冷缩发电机》受地理条件限制更小，所以更易普及。本发明由于实际上是一种吸取空气中的热能而做功的发电机，所以能源也是取之不尽，用之不歇，且造价低廉，既无污染，又无噪音，也不受地理环境的限制。如制成有通风条件的室内用的，球直径在一米左右的中小型机，就可为普通家庭的用电提供一种廉价的电能，改善各家庭的能源结构，如设计是放在室外的、阳光能直接照射的机型，则球的直径可大大缩小。至于特小型机则可为儿童玩具提供永久的电源。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种利用气体热胀冷缩而驱动活塞做功发电的方法，它包括如下步骤①往密封的金属球体内充满气体，金属球体吸收外界温度，金属球体内气体膨胀；②膨胀的气体推动活塞运动；③活塞推动大齿轮转动，大齿轮带动提速齿轮组转动，提速齿轮组带动发电机转动发电；④发电机发出的低压的、不稳定的交流电经充电整流器整流后对蓄电瓶充电；⑤数字逆变器把蓄电瓶发出的电能转变为交流220V的市电供人们使用。
2.根据权利要求1所述的方法而制成的气体热胀冷缩发电机，其特征在于包括有金属球体、管状气缸、活塞、活塞杆、传动杆、大齿轮、提速齿轮组、发电机、充电整流器、蓄电瓶和数字逆变器，金属球体与管状气缸相连通，活塞置于管状气缸内，活塞杆连接住活塞，传动杆一端铰接在活塞杆上，另一端铰接在大齿轮的外圆周上，大齿轮与提速齿轮组啮合，提速齿轮组与发电机主轴连接，发电机依次与充电整流器、蓄电瓶和数字逆变器连接。
3.根据权利要求2所述的气体热胀冷缩发电机，其特征在于在活塞杆上设有限位塞， 活塞杆来回移动的轨迹上设有前限位阻挡塞和后限位阻挡塞。
4.根据权利要求2所述的气体热胀冷缩发电机，其特征在于在金属球体上设有自动调控阀。
全文摘要
本发明公开一种利用气体热胀冷缩而驱动活塞做功发电的方法，它包括如下步骤①往密封的金属球体内充满气体，金属球体吸收外界温度，金属球体内气体膨胀；②膨胀的气体推动活塞运动；③活塞推动大齿轮转动，大齿轮带动提速齿轮组转动，提速齿轮组带动发电机转动发电；④发电机发出的低压的、不稳定的交流电经充电整流器整流后对蓄电瓶充电；⑤数字逆变器把蓄电瓶发出的电能转变为交流220V的市电供人们使用。
文档编号F03G7/10GK103032287SQ201210457608
公开日2013年4月10日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者李定忠 申请人:李定忠