本發明涉及浮力動力機械，更具體地說，涉及一種基于浮力的能量轉換裝置。

背景技術：

1、隨著能源需求的持續增長和環境問題的日益嚴峻，傳統化石燃料的過度使用導致溫室氣體排放激增，加劇了氣候變化、空氣污染等環境問題。推動能源結構向清潔化、低碳化轉型已成為共識。然而，目前清潔能源的開發和利用仍面臨諸多挑戰。一方面，太陽能、風能、水能等可再生能源資源豐富，但其分布具有顯著的地域性。例如，太陽能資源豐富的地區多集中在日照充足的沙漠或高原，而風能資源豐富的地區則多位于沿海或高海拔區域。這些地區往往遠離能源消費中心，導致輸電距離長、成本高，且存在輸電損耗等問題。另一方面，現有清潔能源技術仍存在能量轉換效率低、儲能成本高、受自然條件限制等不足，難以滿足日益增長的能源需求。

2、因此，在現有清潔能源獲取方式之外，探索其他技術途徑以高效、低成本地獲取清潔能源具有重要意義。中國發明專利《一種排水上浮動力式能量轉換裝置及能量轉換方法》（公開號：cn?108869162a），該能量轉換裝置包括內部儲存有水的蓄水池、轉輪一、氣體輸入輸出結構和若干設置在轉輪一上的浮桶；轉輪一通過轉動座可旋轉地設置在蓄水池中；各個浮桶分別設有浮桶腔體，?各個浮桶分別連接有進排水組件，以實現浮桶腔體中進水和排水。該能量轉換裝置通過浮桶腔體進水和排水，使浮桶重力與浮桶浮力的合力作用于轉輪一下降側時方向向下且浮桶重力與浮桶浮力的合力作用于轉輪一上升側時方向向上，?驅動轉輪一轉動形成動能，從而將浮桶重力和浮桶浮力做的功轉換成其它形式能量，?獲得清潔能源。該能量轉換裝置還存在如下可改進點：

3、（一）浮桶容量越大，內部空氣越多，獲得的上浮力越大，由浮力做功而轉換得到的能量也越多；但該能量轉換裝置，浮桶呈圓筒狀，圓筒狀浮桶外側還有很多空間并沒有參與到進水和排水切換，沒有充分利用蓄水池內的空間，獲取能量的效率有待進一步提高；此外，若加大浮桶的容量，則還需要考慮驅動器是否有足夠的拉力拉動不透水布排水，這對驅動器有較高的性能要求；

4、（二）當任一浮桶需要進行下沉時，驅動器松開不透水布的剎停，水進入到浮桶腔體內部，不透水布也隨之進入浮桶腔體內并貼附在浮桶腔體壁上，浮桶腔體內部空氣接近完全排空；當該浮桶需要由下沉狀態切換至上浮狀態時，驅動器需要拉動不透水布移出浮桶腔體，以將浮桶腔體內的水排出，并使浮桶腔體內吸入空氣，增加浮桶的浮力，從而使浮桶上升；但是在排水啟動時刻，不透水布與驅動器之間連接的座體，座體底面貼合在浮桶腔體底部，座體除了被水壓作用力緊壓在浮桶腔體底部外，還受到浮桶腔體與不透水布之間類似于真空環境的真空吸附力；因此，此狀態下要拉動座體，需要十分大的拉力，對驅動器的性能要求高，需要采用高價格的驅動器，導致設備整體成本上升；

5、（三）由于老化等原因可能導致浮桶出現漏水的情況，從而導致浮桶不能正常地完成進水和排水的狀態切換，影響能量轉換裝置的正常運行；并且蓄水池中的水會進入漏水的浮桶，經過支撐管形成的氣體通道和轉動座向外部排出，導致蓄水池中水位不斷下降，損失大量水資源。維修人員需要對各個浮桶逐一進行檢查才可找出漏水浮桶，維修耗費時間長，維修效率低，需要長時間停機。

技術實現思路

1、為克服現有技術中的缺點與不足，本發明的目的在于提供一種基于浮力的能量轉換裝置；該裝置可增大浮筒總容量，充分利用空間進行進、排水，從而獲取更大的浮力以及由浮力轉換得到的能量，有效提升能量獲取效率。

2、為了達到上述目的，本發明通過下述技術方案予以實現：一種基于浮力的能量轉換裝置，包括內部儲存有水的蓄水池、轉輪一、轉輪二、拉動機構和若干設置在轉輪一上的浮筒；

3、所述轉輪一通過轉動軸可旋轉地設置在蓄水池中；轉輪二的中心與轉輪一的中心同軸連接；

4、每個浮筒均包括帶有筒腔的浮筒本體和不透水布罩；各個浮筒本體的縱向截面分別呈扇形；所有浮筒本體呈一個或兩個以上圓環形分布；每個圓環形的中心與轉輪一軸的中心同軸；

5、各個浮筒本體的筒腔壁分別開設有進排氣口；不透水布罩的一端設有罩口，罩口蓋設于浮筒本體筒腔開口；不透水布罩的另一端連接有拉動機構；拉動機構與轉輪二連接。

6、本發明，所有浮筒本體呈圓環形分布，各個浮筒本體的縱向截面分別呈扇形；在相同體積的蓄水池中，可增大浮筒總容量，充分利用空間進行進、排水，得到更大的浮力拉動轉輪一轉動，從而使由浮力轉換得到的能量也得到增加，提高能量獲取效率。此外，為考慮拉動機構的拉力和成本，本發明可將浮筒本體分成兩個以上圓環形分布，減少單個浮筒本體容量，可采用拉力較小、成本較低的拉動機構實現，降低設備的整體成本，同時確保設備穩定、可靠地運行。

7、優選地，所述浮筒本體是指：采用帶有環狀腔體的環狀外殼，在環狀腔體中設置浮筒隔板，以將環狀外殼分隔為多個獨立的進排水單元，由每個進排水單元形成的浮筒本體；

8、當所有浮筒本體呈兩個以上圓環形分布時，采用如下方案之一：

9、一、所有浮筒本體均由同一個環狀外殼制成；通過在環狀腔體中設置環板一進行分隔形成各個所述圓環形；

10、二、環狀外殼為兩個以上；各個環狀外殼分別對應一個以上所述圓環形；當環狀外殼分別對應兩個以上所述圓環形時，通過在環狀腔體中設置環板二進行分隔形成各個圓環形。

11、優選地，所述不透水布罩的另一端設置有封頭座；不透水布罩的另一端通過封頭座與拉動機構連接；在封頭座處于最靠近浮筒本體筒腔底壁狀態時，封頭座底面和浮筒本體筒腔底壁直接相互接觸，或通過不透水布罩間接接觸；封頭座底面和/或浮筒本體筒腔底壁形成向外凸起的凸起弧面。

12、拉動機構處于松剎狀態，在水壓作用下不透水布罩被帶入到浮筒本體筒腔中，同時水也進入到浮筒本體筒腔中，不透水布罩與浮筒本體筒腔中的空氣從進排氣口排出，不透水布罩貼近浮筒本體筒腔壁。當不透水布罩進入至浮筒本體筒腔最深處，即封頭座直接或間接接觸浮筒本體筒腔底壁時，不透水布罩與浮筒本體筒腔中的空氣接近于完全排出，不透水布罩與浮筒本體筒腔之間的空間接近于真空狀態，封頭座底面和/或浮筒本體筒腔底壁形成凸起弧面，可使不透水布罩在水壓的作用下部分進入到封頭座下方、凸起弧面周圍的空隙，使封頭座底面不會完全貼合于浮筒本體筒腔底壁。在此狀態下，當啟動拉動機構時，由于封頭座底面沒有完全貼合于浮筒本體筒腔底壁，可有效減小水壓作用力以及真空對封頭座的吸附力；因此，與原有浮桶相比，本發明可采用較小的拉力即可帶動不透水布罩移出至浮筒本體筒腔外，對拉動機構的拉力要求降低，節省設備成本，和提高運行的可靠性。

13、優選地，所述封頭座中設有用于增加浮力的封頭座腔體；可增加封頭座的浮力，使浮筒本體橫置使用于水中時，封頭座可在水中有一定浮力而不會下沉至下方另一個浮筒本體區域。

14、所述封頭座的頂部設有向內凹入的內凹腔體；所述內凹腔體形成安裝臺；所述拉動機構與安裝臺連接。

15、優選地，所述拉動機構包括定滑輪組、動滑輪組、繩條、卷揚筒和用于帶動卷揚筒旋轉的旋轉驅動裝置；所述動滑輪組設置在封頭座上；所述繩條的兩端分別固定于卷揚筒，且繩條纏繞于卷揚筒、定滑輪組和動滑輪組，來實現卷揚筒旋轉過程中，收卷繩條以縮短定滑輪組和動滑輪組之間的繩條長度，或者是放出繩條以增加定滑輪組和動滑輪組之間的繩條長度。

16、旋轉驅動裝置的工作狀態包括：剎停、松剎、運轉。當需要排水時，旋轉驅動裝置運轉，通過旋轉驅動裝置旋轉卷揚筒，可收卷繩條，縮短定滑輪組和動滑輪組之間的繩條長度，拉動封頭座移出浮筒本體筒腔，從而拉出不透水布罩，使浮筒本體排水和進氣；當排水量達到設定值，或繩條收卷到設定長度時，旋轉驅動裝置剎停。當需要進水時，旋轉驅動裝置松剎，水壓將不透水布罩帶入浮筒本體筒腔，則封頭座拉動動滑輪組，使定滑輪組和動滑輪組之間的繩條長度增長，卷揚筒放出繩條。

17、優選地，所述卷揚筒開設有環形的繩槽，以使繩條逐圈纏繞；所述繩槽，從繩槽槽底至繩槽開口依次分為槽寬逐漸變大的槽段一、槽寬逐漸變小的槽段二，以及槽口段；

18、在卷揚筒的縱向截面上，所述繩條從繩槽槽底至繩槽開口逐層排布；每層中，繩條并排排布；在槽段一中，后一層的繩條圈數比前一層的繩條圈數多一；在槽段二中，后一層的繩條圈數比前一層的繩條圈數少一；

19、所述槽段一和槽段二中，各層繩條中心對應位置的繩槽槽寬≥對應層所纏繞的繩條圈數×繩條直徑，且各層繩條中心對應位置的繩槽槽寬＜（對應層所纏繞的繩條圈數+1）×繩條直徑；可確保后一層的繩圈不會繞設到前一層，保持繩層有序排列，不會相互打結。

20、優選地，當所有浮筒本體呈一個圓環形分布時，每個浮筒分對應每組浮筒組；當所有浮筒本體呈兩個以上圓環形分布時，各個圓環形上的浮筒本體數量相同，且分布位置相對應；將分布位置相對應的浮筒本體劃分為同一浮筒組；浮筒組的組數與單個圓環形浮筒本體數量相同。

21、優選地，所述轉動軸的兩端可轉動地安裝于蓄水池壁；轉動軸的軸腔設置有若干吸排氣通道；各個吸排氣通道在轉動軸的軸腔端部分別與蓄水池的外部連通；吸排氣通道的數量與浮筒組的組數相匹配；各組浮筒組分別通過吸排氣管與各個吸排氣通道一對一連通。

22、當浮筒本體筒腔需要吸入空氣時，空氣從蓄水池外部經過吸排氣通道和吸排氣管吸入；當浮筒本體筒腔內空氣需要排出時，空氣經過吸排氣管和吸排氣通道，排出到蓄水池外。

23、每組浮筒組分別對應一個吸排氣通道，且各個吸排氣通道延伸至轉動軸的軸腔端部與蓄水池的外部連通；當任一個浮筒出現漏水情況時，水將從漏水的浮筒，經過對應的吸排氣管和吸排氣通道流出到轉動軸外；維護人員在轉動軸的軸腔端部位置檢查，通過檢查各個吸排氣通道是否有水流出，即可快速排查出出現漏水情況的浮筒，有利于快速維修，節省維修時間以及縮短維修停機時間，避免蓄水池中的水不停往外流出而導致的大量水資源損耗。

24、優選地，所述轉動軸的軸腔中設置有盲板，以將轉動軸的軸腔分隔為吸排氣空間和布電空間；在吸排氣空間中，通過通道隔板分割形成所述吸排氣通道；吸排氣通道沿轉動軸長度方向延伸；各組浮筒組的浮筒本體進排氣口分別與各個吸排氣管連接并連通；各個吸排氣管分別通過開設在轉動軸軸腔內壁的通氣孔與吸排氣通道連通；

25、相鄰吸排氣通道對應的通氣孔位置相錯；該設置可確保轉動軸在開有通氣孔的區域也保持足夠的強度，避免轉動軸由于扭矩而變形和損壞。

26、優選地，各個吸排氣管或吸排氣通道上設有用于開通或關斷的開關模塊。當出現漏水情況后，可通過開關模塊單獨關斷漏水浮筒與外部的連接，避免水不斷往外流；并有利于保持能量轉換裝置繼續運作，直至開展維修工作。

27、與現有技術相比，本發明具有如下優點與有益效果：

28、1、本發明，可增大浮筒總容量，充分利用空間進行進、排水，從而獲取更大的浮力以及由浮力轉換得到的能量，有效提升能量獲取效率；

29、2、本發明可將浮筒本體分成兩個以上圓環形分布，減少單個浮筒本體容量，可采用拉力較小、成本較低的拉動機構實現，降低設備的整體成本，同時確保設備穩定、可靠地運行；

30、3、本發明，當啟動排水時，可有效減小封頭座受到的水壓作用力以及真空吸附力；對拉動機構的拉力需求降低，節省設備成本，并提高運行的可靠性；封頭座具有良好的浮力，使浮筒本體橫置使用于水中時，封頭座可在水中有一定浮力而不會下沉至下方另一個浮筒本體區域；

31、4、本發明，拉動機構的卷揚筒可確保后一層的繩圈不會繞設到前一層，保持繩層有序排列，不會相互打結；

32、5、本發明，可快速排查出浮筒是否出現漏水情況，并確定漏水浮筒，有利于快速維修，節省維修時間以及縮短維修停機時間，避免蓄水池中的水不停往外流出而導致的大量水資源損失。