CN108626062A - 隔浪式浪能发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔浪式浪能发电机，利用隔板单元将大波浪分隔在浮箱平台单元之外侧，使位于隔板单元内侧之浮箱平台单元处于平静无浪状态中，再让大波浪带动多处浮球单元作上下运动，使设置于浮球单元上之齿条能以转动浮箱平台单元上所延伸出来之动力齿轮，再将多个动力齿轮的转动力经由棘轮、从动齿轮之结合以传动外部发电机组。各浮球单元上的齿条与浮箱平台单元上之动力齿轮以弹簧拉拢使二者密合，且二弹簧之弹力同时促使齿条上下往返运动分别以直接与间接方式传动动力齿轮两侧的棘轮，再带动多个同轴的从动齿轮以输出单一方向之转动，再以带动外部发电机组。本发明效能超高、结构简单、架设容易、可固定或不固定于边岸亦可离岸设置于海中。

Description

隔浪式浪能发电机

技术领域

本发明属于机械式的浪能发电系统，特别是指一种利用分隔海浪之方式，以提高发电效能、降低建置成本的浪能发电机。

背景技术

目前世界各国反核及发展再生能源已蔚为风潮，因按现今世界造成污染及全球暖化效应之能源消耗机制推算，在140年后全球此类能源将全部耗罄；相对之下，占全球面积71％之海洋所产生之20～30亿KW之干净能源却天天被浪费，虽然世界各国已投入大量人力物力发展出数千种方法以开发海洋能源，全都成效不彰，兹就较流行的机械式浪能发电系统分述如下：

1.振荡浮子式(Buoy)：通过振荡浮子将海水起伏的波浪能转换成驱动液压泵的往复机械能，再通过蓄能稳压系统将不稳定的液压能转换成稳定的液压能，通过液压马达驱动电机发电；此型需在海底设置固定点，且无法弹性扩充，遇台风容易翻覆。

2.悬挂摆式(Pendulum)：利用巨型悬挂式的摆体(pendulor)随着波浪摆动而推动活塞以推动液压马达以转动发电机，此法亦需巨大的场地进行架构，且效能低、无扩充弹性。

3.浮力摆式(Oys ter)：相对于上述的悬挂摆式之摆铰被固定在海面上的某一位置，此浮力摆式之摆铰被固定在海底的某一位置上。

4.筏式(Raft)：由铰接链、筏体，以及液压系统所组成，让筏体随波浪运动，将波浪能转换为机械能；此法优点是抗风浪性能较好，发电稳定；缺点是装置需顺着波浪方向布置，吸收波浪能之效率差，装置成本高。

5.其他机械式：主要是利用波浪的运动推动装置的活动部分如点头鸭体、海蚌体、浮子…等，该活动部分压缩油、水等中间介质，藉此中间介质推动发电装置发电，但皆为低效率之发电方式，无法提供大量的商业用电。

综观上述各项机械式以及其他如振荡水柱式(OWC)、越浪式(over topping)、磁流体波？能发电等先前技术，皆具效率低、制作困难、成本高昂、缺少架设的弹性及灵活性，对于可用海域的利用率低，以及维修困难等严重缺点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种隔浪式浪能发电机，具高效率、架设容易、成本低廉、维修容易、高灵活性等优点。期能广为铺设，为人类带来大量方便、低廉之干净能源。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明之基本结构属一种浪能发电机，由多组浮球单元、一组浮箱平台单元及一组隔板单元所组成。

浮箱平台单元具有一大型的浮箱，浮箱上方架设有一支撑框架，利用浮箱将支撑框架推置于海面上；支撑框架上设置有一中心旋转轴，中心旋转轴两侧各设置有一外侧旋转轴，外侧旋转轴上设置有多个动力齿轮，各动力齿轮对应一组浮球单元，其右侧设置有一棘轮，相对棘轮在中心旋转轴上设置有一从动齿轮，使棘轮与从动齿轮以齿带或链条进行连接，中心旋转轴的二端则延伸连接至外部二发电机组；而动力齿轮本身啮合有一转向齿轮，转向齿轮设在支撑框架上所设置的转向轴上，转向齿轮之左侧亦设置有一棘轮，并中心旋转轴上与转向齿轮轴上所对应棘轮之位置上亦设置有一从动齿轮，而棘轮与从动齿轮亦以齿带或链条进行连接。

浮球单元设置在浮箱平台单元两侧中之一侧，而浮球单元及浮箱平台单元则被隔板单元所隔开；浮球单元包括有一浮球，浮球顶上以一拱型遮板遮盖，拱型遮板上方设置有一框架；框架面向浮箱平台单元之一端设置有一直立齿条，齿条与动力齿轮啮合；当浮球受力于海浪而上下起伏时，即带动动力齿轮转动，然后再直接带动动力齿轮一侧之棘轮，或经由啮合一转向齿轮改变方向以带动另一棘轮；再经由齿带或链条传输动力至从动齿轮，以致经由中心旋转轴带动外部发电机组进行发电；由于任一外侧旋转轴的二棘轮分别在浮球上升或下降时进行旋转，然后以同一中心旋转轴的从动齿轮输出单一方向之转动，故无论浮球上伏或下沉，皆可产生转动力，而转动力因而被结合以带动外部二发电机组；而利用拱型遮板的阻隔，可将海浪冲力集中以产生更大效能。

隔板单元的外型概呈长方形上下透空之箱型结构，使隔板单元罩设在浮箱平台单元的外部，仅让外侧旋转轴以连杆穿过隔板单元以接触浮球单元；隔板单元底部可以绳索方式连接重物如石块、铁块等，使重物沉于海底，以大致固定整体机组而免致为海浪冲击而飘移过远；进一步从各绳索于隔板单元底部系绳处至连接重物处之中段量取一等距以连结一铁球，用四个铁球则可作为平衡整体机组之用。

本发明之基本原理是利用隔板单元将海浪隔开在浮箱平台单元之外，使得位于隔板单元内侧之浮箱平台单元几近处于无浪状态中，而多组浮球单元则处于大浪中，而随着海浪上下起伏，且海浪愈大，则浮球的起伏度也愈大，其所产生的效能也愈高。

本发明利用位于大浪中之浮球单元上之齿条转动于无浪中的浮箱平台单元上的动力齿轮，而使得齿条与动力齿轮之间之相对运动加大，因而其所转动的角度远大于传统的曲柄连杆式；因一般而言，在一个海浪之升沉行程之间，采取曲柄连杆式传动所能得到的转动角度约为10°以下，但在本发明运转方式下，若每一行程动力齿轮转动数圈则为转动360°的数倍，亦即单就动力齿轮转动角度而言，在一般浪高的情况下本发明之效率已可高于曲柄连杆式至少达数十倍之多，尤其在狂涛巨浪中操作时更可突显其超高效率；至于其他以齿条转动齿轮之操作方式皆因海浪未被隔开，而因在同样浪头冲力之下，二被动对象，亦即齿条与齿轮，所受推力之大小及方向皆极接近，以致二被动对象之间之相对运动甚小，以致输出效能偏低。

附图说明

图1为本发明隔浪式浪能发电机的整体结构立体图；

图2为隔浪式浪能发电机的整体结构俯视图；

图3为隔浪式浪能发电机的浮球单元之结构立体图；

图4为隔浪式浪能发电机的浮箱平台单元之结构部份立体图；

图5为浮球单元与浮箱平台单元之结构组合部份立体图；

图6为隔浪式浪能发电机的隔板单元整体结构立体图；

图7为浮箱平台单元与隔板单元之结构组合部份立体图；

图8为浮箱平台单元内侧检视浮球单元的条形遮板遮盖槽道的相对位置结构立体图；

图9为浮球单元、浮箱平台单元与隔板单元之完整结构组合的部份立体图；

图10为浮球单元的弹簧、齿条与浮箱平台单元上的动力齿轮结合时的相对位置结构立体图；

图11为隔浪式浪能发电机的结构侧视图；

图11A为图11的弹簧、齿条、动力齿轮的结构放大图；

图12为浮球单元的齿条上升时，带动浮箱平台单元上的动力齿轮、右侧棘轮、齿带、从动齿轮、中心旋转轴的相对旋转方向的动作示意图；

图13为浮球单元的齿条下降时，带动浮箱平台单元上的动力齿轮、转向齿轮、左侧棘轮、齿带、从动齿轮、中心旋转轴的相对旋转方向的动作示意图；

图14为隔浪式浪能发电机的浮球单元相对隔板单元的上浮动作结构示意图；以及

图15为隔浪式浪能发电机的浮球单元相对隔板单元的下沉动作结构示意图。

【符号说明】

10浮球单元 110浮球 120拱型遮板

130框架 131齿条 132弹簧

133卡扣 134支杆 135滑块

136条形遮板 137开口 20浮箱平台单元

210浮箱 220支撑框架 221中心旋转轴

222外侧旋转轴 223动力齿轮 224棘轮

225从动齿轮 226齿带或链条 227扣板

228滑轨 229连杆 22a转向齿轮

22b转向轴 230座杆 30隔板单元

310绳索 320重物 330槽道

340滑槽 350铁球 360浮筒

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

请参阅图1至15所示，本发明之基本结构是一种浪能发电机，乃由多组浮球单元10、一组浮箱平台单元20及一组隔板单元30所组成。

浮箱平台单元20具有一大型的浮箱210，浮箱210上方架设有一支撑框架220，利用浮箱210以将支撑框架220推置于海面上；支撑框架220上设置有一中心旋转轴221，中心旋转轴221两侧各设置有一外侧旋转轴222，外侧旋转轴222上设置有多个动力齿轮223，各动力齿轮223对应一组浮球单元10且其右侧设置有一棘轮224，相对棘轮224在中心旋转轴221上设置有一从动齿轮225，使棘轮224与从动齿轮225以齿带或链条226进行连接，中心旋转轴221的二端则延伸连接至外部二组发电机组(图未示出)。

前述右侧的棘轮224可在浮球110上升时输出动能，而在浮球110下降时保持空转；为保证浮球110的活动行程在上伏或下沉时皆可进行发电，动力齿轮本身啮合有一转向齿轮22a，转向齿轮22a轴设在支撑框架220上所设置的转向轴22b上，转向齿轮22a左侧的转向轴22b上也设置有一棘轮224，同样在中心旋转轴221上与右侧的棘轮224相对设置有一从动齿轮225，并使棘轮224与从动齿轮225以齿带或链条226进行连接，左侧的棘轮224可在浮球110下降时输出动能，而在浮球110上升时保持空转。

浮球单元10设置在浮箱平台单元20两侧中的一侧，而浮球单元10及浮箱平台单元20则被隔板单元30所隔开；浮球单元10包括有一浮球110，浮球110顶上以一拱型遮板120遮盖，拱型遮板120上方设置有一框架130；框架130面向浮箱平台单元20之一端设置有一直立齿条131，齿条131与动力齿轮223啮合；当浮球110受到海浪作用而上下起伏时，会带动动力齿轮223转动，然后传输动力经由中心旋转轴221带动外部发电机组进行发电；由于任一外侧旋转轴222的两侧分别直接与间接带动二棘轮224的旋转，故无论浮球110是上伏或下沉，皆可产生动力以转动发电机机头；而利用拱型遮板120的阻隔，可以将海水冲力集中而产生更大效能。

另外，动力齿轮223旁侧延伸有一扣板227，扣板227朝向框架130远离浮箱平台单元20之一端上、下方各设置有一弹簧132，二弹簧132一方面可以拉拢确保齿条131与动力齿轮223的啮合，另一方面在框架130上升或下沉时，皆能拉动其一弹簧132储能，然后在框架130反向运动时收缩弹簧132而进行作功，产生更大的效能。二弹簧132的两端可设置有卡扣133，以方便于装置或替换。

二弹簧132与齿条131更可视海水起伏强度而调节其长度，以调节浮球单元10的活动范围。

为增加活动稳定性，框架130面向浮箱平台单元20之边上四角落延伸有四支支杆134至浮箱平台单元20的支撑框架220上，四支支杆134末端分别设置有滑块135，支撑框架220相对滑块设置有滑轨228，使框架130在进行上下活动行程时，皆受到滑块135在滑轨228内的制约而能稳定活动。

隔板单元30的外型概呈长方形上下透空之箱型结构，使隔板单元30罩设在浮箱平台单元20的外部，仅让外侧旋转轴222以连杆229穿过隔板单元30以接触浮球单元10；隔板单元30底部可以绳索310方式连接重物320如石块、铁块等，使隔板单元30沉于海底，以大致固定整体机组而免致为海浪冲击而飘移过远；进一步从各绳索310于隔板单元30底部系绳处至连接重物320处之中段量取一等距以连结一铁球350，用四个铁球350可作为平衡整体机组之用。为使隔板单元30之整体保持最佳平衡，隔板单元30的两端另设置有浮筒360，二浮筒360两端可向外延伸而使整体隔板单元30呈工字型，然后将绳索310与重物320装置在工字型的四个角落。

为使浮球单元10能顺利进行上下起伏活动，隔板单元30于支杆134活动的空间开设有槽道330，但为避免海水由槽道330渗入隔板单元30内，支杆134于隔板单元30外侧贴近槽道330处设置有条形遮板136，条形遮板136长度大于槽道330，使浮球单元10即使活动最大距离，仍可确保隔板单元30的阻隔海水功能。

此外，浮箱平台单元20虽然不会大幅起伏活动，但相对于隔板单元30仍有若干活动，为避免浮箱平台单元20与隔板单元30相互干涉，同样在隔板单元30的连杆229、齿带或链条226、中心旋转轴221之穿出位置设置有槽道330，在贴近槽道330内侧于浮箱平台单元20的支撑框架上220设有条形遮板136，条形遮板136上设置有供连杆229、齿带或链条226、中心旋转轴221穿出的开口137，以在浮箱平台单元20与隔板单元30作相对运动时让条形遮板136遮住槽道330，且条形遮板136长度大于槽道330，以确保隔板单元30的阻隔海水功能。

而为避免浮箱平台单元20在活动时碰撞隔板单元30，可在隔板单元30的四角边缘设置有滑槽340，用以提供浮箱平台单元20延伸的座杆230深入活动。

前述外部发电机组所产生之电力可以氢能转换、超级电容及电池、电网储能、海底电缆等方式储存或输送。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种隔浪式浪能发电机，其特征在于包括：

一浮箱平台单元，具有一浮箱，该浮箱上方设置有一支撑框架，该支撑框架上设置有一中心旋转轴，该中心旋转轴旁侧设置有一外侧旋转轴，该外侧旋转轴上设置有一动力齿轮，该动力齿轮一侧设置有一棘轮，且该动力齿轮本身啮合有一转向齿轮，该转向齿轮设在该支撑框架上所设置的转向轴上，该转向轴相对外侧旋转轴的棘轮位置的另一侧也设置有一棘轮，对应于该二棘轮在中心旋转轴上各设置有二从动齿轮，使该二棘轮与二从动齿轮以齿带或链条进行连接，中心旋转轴的二端则延伸连接至外部发电机组；

至少一浮球单元，设置在浮箱平台单元具有外侧旋转轴的一侧，其包括有一浮球，浮球顶上设置有一拱型遮板，拱型遮板上方设置有一框架，框架面向浮箱平台单元之一端设置有一直立齿条，齿条与动力齿轮啮合；一隔板单元，其底部及两端设置有浮箱或浮筒以承载隔板单元之整体重量，隔板单元罩设在浮箱平台单元的外部，外侧旋转轴则以连杆穿过隔板单元而与浮球单元接触。

2.如权利要求1所述的隔浪式浪能发电机，其特征在于，外侧旋转轴同时设置在中心旋转轴两侧，使浮球单元可以设置在浮箱平台单元的任何一侧。

3.如权利要求1所述的隔浪式浪能发电机，其特征在于，动力齿轮旁侧延伸有一扣板，扣板朝向框架远离浮箱平台单元之一端上、下方各设置有一弹簧。

4.如权利要求3所述的隔浪式浪能发电机，其特征在于，二弹簧的两端以卡扣方式与扣板及浮箱平台单元连接。

5.如权利要求3所述的隔浪式浪能发电机，其特征在于，二弹簧与齿条更可以视海水起伏强度而调整长度。

6.如权利要求1所述的隔浪式浪能发电机，其特征在于，浮球单元上之框架四周延伸有支杆至浮箱平台单元的支撑框架上，支杆末端分别设置有滑块，支撑框架相对滑块设置有滑轨，使滑块限制在滑轨内活动。

7.如权利要求1所述的隔浪式浪能发电机，其特征在于，隔板单元于支杆活动的空间开设有槽道，支杆于隔板单元内侧贴近槽道处设置有条形遮板，条形遮板长度大于槽道。

8.如权利要求1所述的隔浪式浪能发电机，其特征在于，隔板单元于连杆、齿带或链条、中心旋转轴延伸之穿出位置设置有槽道，在贴近槽道内侧于浮箱平台单元的支撑框架上设有条形遮板，条形遮板长度大于槽道，并在条形遮板上设置有供连杆、齿带或链条、中心旋转轴穿过的开口，以在浮箱平台单元与隔板单元作相对运动时让条形遮板遮住槽道。

9.如权利要求1所述的隔浪式浪能发电机，其特征在于，隔板单元的四角边缘设置有滑槽，相对在浮箱平台单元设置有延伸的座杆及滑块，使座杆深入滑槽内而可上下活动。

10.如权利要求1所述的隔浪式浪能发电机，其特征在于，隔板单元底部可以绳索方式连接石块、铁块等重物，使隔板单元沉于海底以大致固定整体机组，从各绳索于隔板单元底部系绳处至连接重物处之中段量取一等距以连结一铁球，铁球作为平衡整体机组之用，隔板单元两端另向外延伸设置有浮筒，以将绳索、铁球与重物装置在二浮筒的角落。