本发明涉及浮力动力机械技术领域，更具体地说，涉及一种排水上浮动力式能量转换装置及能量转换方法。
背景技术
目前在能源结构中煤炭和石油等能源比重大；巨大的煤炭和石油消耗量极大地增加了碳排放量，造成了严重的大气污染并引发出一系列的环境问题。近年来，我国大面积的雾霾天气给人们的健康以及工作生活带来了极大的危害。为改善人类的生活环境，风能、水能、太阳能等清洁能源越来越引起人们的重视；但是风能、水能、太阳能等清洁能源受限于地理条件和天气因素，产出能源有限，因此在能源结构中比重小。物体浸设在水中会受到向上浮力，浮力并不受地理条件和天气因素的制约，若能将浮力和重力做功转换成其它形式能量，则可以获得清洁能源。
技术实现要素：
为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的一个目的在于提供一种可将浮桶重力和浮桶浮力做的功转换成其它形式能量的排水上浮动力式能量转换装置。本发明的另一个目的在于提供一种可将浮桶重力和浮桶浮力做的功转换成其它形式能量的排水上浮动力式能量转换方法。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种排水上浮动力式能量转换装置，其特征在于：包括内部储存有水的蓄水池、转轮一、气体输入输出结构和若干设置在转轮一上的浮桶；所述转轮一通过转动座可旋转地设置在蓄水池中；各个浮桶分别设有浮桶腔体，各个浮桶分别连接有进排水组件，以实现浮桶腔体中进水和排水；各个浮桶分别与气体输入输出结构连接，以实现在浮桶腔体进水时将气体从浮桶腔体中排走，或在浮桶腔体排水时将气体输入到浮桶腔体中。
本发明能量转换装置的工作原理是：通过浮桶腔体进水和排水，使浮桶重力与浮桶浮力的合力作用于转轮一下降侧时方向向下且浮桶重力与浮桶浮力的合力作用于转轮一上升侧时方向向上，驱动转轮一转动形成动能。本发明能量转换装置可将浮桶重力和浮桶浮力做的功转换成其它形式能量，获得清洁能源。
优选地，还包括转轮二，转轮二的中心与转轮一的中心同轴连接；每组进排水组件均包括不透水布和设置在转轮二上的驱动器；所述不透水布盖设在浮桶腔体上，且不透水布与浮桶腔体壁共同形成密封空间；所述驱动器与不透水布连接，以实现驱动器带动不透水布与驱动器之间的连接处移动。传统排水采用活塞、压缩气体等方式，但是这些传统方式需要采用滑块对浮桶腔体进行密封，由于水中水压大而导致滑块难以定位和固定，因此传统方式存在滑块难以平衡滑动、浮桶腔体难以实现密封等技术难题。本发明的排水组件利用不透水布形状的可变性，拉动不透水布与驱动器之间的连接处向外移动可增大密封空间从而实现浮桶腔体排水；使不透水布贴近浮桶腔体壁可缩小密封空间从而实现浮桶腔体进水；解决了浮桶腔体密封件难以定位和固定的技术问题。同时由于不透水布具有柔性，在水中移动所需拉力远小于刚性板体在水中移动所需拉力，因此与传统方式相比，本发明的排水组件可节省排水和进水能耗，优化能量转换效率。
优选地，不透水布的长度l＞浮桶腔体的深度。该设计有利于浮桶腔体进水时缩小密封空间，可减小浮桶浮力并加大浮桶重力。
优选地，所述转轮一通过转动座可旋转地设置在蓄水池中是指，转动座设置在蓄水池中，转动座通过若干呈散射状分布的支撑管与转轮一连接。
优选地，所述支撑管和转轮一内部形成气体通道；气体通道通过转动座与外部环境连通；所述气体输入输出结构包括单向进气阀和单向排气阀；所述单向排气阀设置在浮桶腔体壁上以实现将气体从浮桶腔体排走；所述单向进气阀设置在气体通道上，实现浮桶腔体与气体通道单向连通，从而实现将外部环境的气体输入到浮桶腔体中。气体输入输出结构简单，可减少能量转换装置排水和进水过程中的能耗。
一种排水上浮动力式能量转换方法，其特征在于：在蓄水池中设置可转动的转轮一，在转轮一上设置若干内部设有浮桶腔体的浮桶；通过浮桶腔体进水和排水，使浮桶重力与浮桶浮力的合力作用于转轮一下降侧时方向向下，且浮桶重力与浮桶浮力的合力作用于转轮一上升侧时方向向上，驱动转轮一转动形成动能。本发明能量转换方法可将浮桶重力势能和浮桶浮力做功转换成其它形式能量。
优选地，浮桶腔体排水是指：设置与转轮一同轴布设且同步转动的转轮二；转轮二上设置与浮桶数量相同的驱动器；各个驱动器的位置分别与浮桶的位置相对应；浮桶腔体上盖设有不透水布以使不透水布与浮桶腔体壁共同形成密封空间；驱动器带动不透水布与驱动器之间的连接处背向浮桶移动，以增大密封空间并实现浮桶腔体排水；在浮桶腔体排水过程中，使气体进入到密封空间中；
浮桶腔体进水是指：浮桶进入液面以下后，利用水压使不透水布朝向浮桶腔体壁贴近，以减小密封空间从而使浮桶腔体进水；在浮桶腔体进水过程中，将气体从密封空间中排走。
本发明能量转换方法中，利用不透水布形状的可变性进行浮桶腔体排水和进水，拉动不透水布与驱动器之间的连接处向外移动可增大密封空间从而实现浮桶腔体排水；使不透水布贴近浮桶腔体壁可缩小密封空间从而实现浮桶腔体进水；解决了浮桶腔体密封件难以定位和固定的技术问题，还可节省排水和进水能耗，优化能量转换效率。
优选地，所述在浮桶腔体排水过程中，使气体进入到密封空间中是指：使密封空间通过单向进气阀与外部环境连通，将外部环境的气体输入到密封空间中；
在浮桶腔体进水过程中，将气体从密封空间中排走是指：将密封空间中的空气通过单向排气阀向外排出。
优选地，所述的通过浮桶腔体进水和排水，使浮桶重力与浮桶浮力的合力作用于转轮一下降侧时方向向下，且浮桶重力与浮桶浮力的合力作用于转轮一上升侧时方向向上，驱动转轮一转动形成动能，是指：
在转轮一下降侧，从浮桶进入液面以下时浮桶腔体开始进水以提升浮桶自身重力，使浮桶重力与浮桶浮力的合力方向向下；在浮桶到达排水线时浮桶腔体开始排水；所述排水线位于转轮一下降侧，且排水线与转轮一纵向中线之间成夹角α；在浮桶整体越过转轮一纵向中线前浮桶腔体中的水全部排走，使浮桶重力与浮桶浮力的合力方向向上；位于转轮一下降侧的、所有方向向下的浮桶重力与浮桶浮力的合力叠加在一起并施加在转轮一下降侧，位于转轮一上升侧的、所有方向向上的浮桶重力与浮桶浮力的合力叠加在一起并施加在转轮一上升侧，共同驱动转轮一转动形成动能。由于浮桶在到达排水线后，浮桶重力与浮桶浮力的合力方向与该处转轮一运动方向之间的夹角较大，浮桶重力与浮桶浮力的合力对转轮一转动的驱动作用较小；因此在浮桶到达排水线时浮桶腔体开始排水，有利于在转轮一上升侧快速加大浮桶浮力，从而获得最佳的能量转换。
优选地，所述夹角α的取值范围为10°～50°；所述液面与转轮一最低点之间距离的取值范围为0.7h～0.9h，其中h为转轮一高度。由于浮桶上升到一定高度后，浮桶重力与浮桶浮力的合力方向与该处转轮一运动方向之间的夹角较大，浮桶重力与浮桶浮力的合力对转轮一的驱动作用较小，反而水会对浮桶和转轮一的运动形成阻力，因此该液面设置有利于提升能量转换。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明能量转换装置可将浮桶重力和浮桶浮力做的功转换成其它形式能量；能量转换效果好；
2、本发明能量转换装置解决了浮桶腔体密封件难以定位和固定的技术问题；
3、本发明能量转换方法可将浮桶重力和浮桶浮力做的功转换成其它形式能量；可提升能量转换效果；
4、本发明能量转换方法解决了浮桶腔体密封件难以定位和固定的技术问题。
附图说明
图1是本发明能量转换装置的结构示意图；
图2是本发明能量转换装置中进排水组件与浮桶的安装示意图；
其中，1为蓄水池、2为转动座、3为转轮一、4为浮桶、5为支撑管、6为排水线、7为转轮一纵向中线、8为不透水布、9为驱动器、10为转轮二、11为单向进气阀、12为单向排气阀。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例
本实施例一种排水上浮动力式能量转换装置，其结构如图1所示；包括内部储存有水的蓄水池1、转轮一3、气体输入输出结构和若干设置在转轮一3上的浮桶4；转轮一3通过转动座2可旋转地设置在蓄水池1中。各个浮桶4分别设有浮桶腔体，各个浮桶4分别连接有进排水组件，以实现浮桶腔体中进水和排水；各个浮桶4分别与气体输入输出结构连接，以实现在浮桶腔体进水时将气体从浮桶腔体中排走，或在浮桶腔体排水时将气体输入到浮桶腔体中。
本实施例转换装置采用的能量转换方法是：在蓄水池1中设置可转动的转轮一3，在转轮一3上设置若干内部设有浮桶腔体的浮桶4；通过浮桶腔体进水和排水，使浮桶重力与浮桶浮力的合力作用于转轮一3下降侧时方向向下且浮桶重力与浮桶浮力的合力作用于转轮一3上升侧时方向向上，驱动转轮一3转动形成动能；后续可以将动能转换为其它形式能量，例如本发明能量转换装置可与发电组件连接，将动能转换为电能。当转换出来的能量多于为转轮一3运转而消耗的电能时，多出部分的能量可转化为能源供人们使用。
具体地说，在转轮一3下降侧，从浮桶4进入液面以下时，如图1中位置c，浮桶腔体开始进水以提升浮桶4自身重力，使浮桶重力与浮桶浮力的合力方向向下；在浮桶4到达排水线6时浮桶腔体开始排水，如图1中位置g；浮桶4是否到达排水线6可通过现有传感器检测；排水线位于转轮一3下降侧，且排水线6与转轮一纵向中线7之间成夹角α，夹角α的取值范围为10°～50°；浮桶4在位置h和位置i中不断排水，浮桶腔体中的水不断减少；在浮桶4整体越过转轮一纵向中线7前浮桶腔体中的水全部排走，使浮桶重力与浮桶浮力的合力方向向上；位于转轮一3下降侧的所有方向向下的浮桶重力与浮桶浮力的合力叠加在一起并施加在转轮一3下降侧，位于转轮一3上升侧的所有方向向上的浮桶重力与浮桶浮力的合力叠加在一起并施加在转轮一3上升侧，共同驱动转轮一3转动，并带动转轮一3上的所有浮桶4一起转动。本发明能量转换装置可将浮桶重力和浮桶浮力做的功转换成其它形式能量。由于浮桶4在到达排水线后，浮桶重力与浮桶浮力的合力方向与该处转轮一3运动方向之间的夹角较大，浮桶重力与浮桶浮力的合力对转轮一3转动的驱动作用较小；因此在浮桶4到达排水线时浮桶腔体开始排水，有利于在转轮一3上升侧快速增大浮桶浮力，从而获得最佳的能量转换。
所述液面与转轮一最低点之间距离的取值范围为0.7h～0.9h，其中h为转轮一高度。由于浮桶4上升到一定高度后，浮桶重力与浮桶浮力的合力方向与该处转轮一3运动方向之间的夹角较大，浮桶重力与浮桶浮力的合力对转轮一3的驱动作用较小，反而水会对浮桶4和转轮一3的运动形成阻力，因此该液面设置有利于提升能量转换。
转轮一3通过转动座2可旋转地设置在蓄水池1中是指，转动座2设置在蓄水池1中，转动座2通过若干呈散射状分布的支撑管5与转轮一3连接。支撑管5内部形成气体通道，气体通道通过转动座2与外部环境连通；气体输入输出结构包括单向进气阀11和单向排气阀12；单向排气阀12设置在浮桶腔体壁上以实现将气体从浮桶腔体排走；单向进气阀11设置在气体通道上，本实施例中设置在气体通道的出口处，在浮桶腔体壁上，实现浮桶腔体与气体通道连通，从而实现将外部环境的气体输入到浮桶腔体中。气体输入输出结构简单，可减少能量转换装置排水和进水过程中的能耗。
能量转换装置还包括转轮二10，转轮二10的中心与转轮一3的中心同轴连接；每组进排水组件均包括不透水布8和设置在转轮二10上的驱动器9，驱动器9可采用现有技术，例如电机。
不透水布8盖设在浮桶腔体上，且不透水布8与浮桶腔体壁共同形成密封空间；驱动器9与不透水布8连接，以实现驱动器9带动不透水布与驱动器之间的连接处移动。传统排水采用活塞、压缩气体等方式，但是这些传统方式需要采用滑块对浮桶腔体进行密封，由于水中水压大而导致滑块难以定位和固定，因此传统方式存在滑块难以平衡滑动、浮桶腔体难以实现密封等技术难题。本发明的排水组件利用不透水布形状的可变性，拉动不透水布与驱动器之间的连接处向外移动可增大密封空间从而实现浮桶腔体排水；使不透水布贴近浮桶腔体壁可缩小密封空间从而实现浮桶腔体进水；解决了浮桶腔体密封件难以定位和固定的技术问题。同时由于不透水布具有柔性，在水中移动所需拉力远小于刚性板体在水中移动所需拉力，因此与传统方式相比，本发明的排水组件可节省排水和进水能耗，优化能量转换效率。
不透水布的长度l＞浮桶腔体的深度。该设计有利于浮桶腔体进水时密封空间最小化，可减小浮桶浮力并加大浮桶重力。
浮桶腔体排水是这样操作的，设置与转轮一3同轴布设且同步转动的转轮二10；转轮二10上设置与浮桶4数量相同的驱动器9；各个驱动器9的位置分别与浮桶4的位置相对应；浮桶腔体中上盖设有不透水布8以使不透水布8与浮桶腔体壁共同形成密封空间；驱动器9带动不透水布与驱动器之间的连接处背向浮桶移动，以增大密封空间从而实现浮桶腔体排水；在浮桶腔体排水过程中，密封空间通过单向进气阀11与外部环境连通，将外部环境的气体输入到密封空间中。
浮桶腔体排水完成后，驱动器9采用刹车功能将不透水布与驱动器之间的连接处与浮桶之间的距离固定，直至浮桶转至液面以上。
浮桶腔体进水是这样操作的，浮桶4进入液面以下后，利用水压使不透水布朝向浮桶腔体壁贴近，以减小密封空间从而使浮桶腔体进水；在浮桶腔体进水过程中，将密封空间中的空气通过单向排气阀12向外排出。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。