CN1172902A - 运用天然流体动力汲水储存发电位能的集水设备 - Google Patents

Abstract

一种运用天然流体动力汲水储存发电位能的集水设备,包含有一汲水装置和一汇集所抽汲水量的储水装置,该汲水装置有若干个设在天然流体中的汲水动力机,及其与水源连通的泵;该储水装置包含与泵相互连通的滤水槽,装设在泵与滤水槽间的止逆阀,以及汇集滤水槽水量的储水槽;储水槽中的水向下泄流时可对外接的水力发电机作功发电,或流放供作其他用途。

Description

运用天然流体动力汲水储存发电位能的集水设备

本发明是有关于一种运用天然流体动力以汲水储存发电位能的集水设备，特别是一种运用天然流体动力，达到低成本开发能源的功效的集水设备。

目前常见的发电型态有水力发电、火力发电及核能发电等，其中水力发电虽可利用天然的水资源对发电机作功而开发电能，但必须在山川河谷中构筑大型的蓄水库，开销很大且破坏大自然景观和生态环境；另就火力发电而言，其以燃烧燃油的方式产生高热能，并将热能转换成电能，但是利用燃烧燃油的方式来发电只不过是消耗能源型态的转换而已，从天然资源来探究，地球上可用的石油能源有限，总有油盖源绝的一天，故实违反节约能源的原则，再者燃烧燃油时，势必将释放出影响空气质量的气体，如此，对人体的健康及生态环境均是一种破坏；而核能发电近年来虽取代水力及火力发电，然而，其幅射安全一直是大众所严重疑虑的问题，且其伴随着核能废水的排放，以及核废料衍生，均会造成生态环境的污染及破坏，且核能电厂属高科技，成本高昂，因此，核能发电亦具有污染环境及成本高昂的缺点；由上述可知，水力、火力或核能发电均有环保、安全、资源耗费或高成本等不尽理想之处，实有待更进一步的改善。

另外，在天然的流体动力中，风的吹拂及海浪的波涌，潮汐的起落为生生不息的动力来源，因此，基于上述现有发电方式的缺点，亦有科学家致力于风力、浪潮的直接发电储能，但碍于风力及浪潮的断续特性而尚难在产业上利用；故，研究如何利用天然资源为动力，以大幅度降低成本，且又不造成环境生态破坏的开发能源方式，是目前人类所必须努力的方向。

有感于习知的水力、火力或核能的电能开发，均具有环境破坏、高昂成本、能源耗费或安全顾虑等缺点，而以风力、海浪或潮汐直接发电又未能达到产业有效利用，因此，本发明的发明人经详思细索，并积多年从事相关方向的研究开发经验，几经试制，终有一改善上述缺点的本发明产生。

本发明的主要目的，在于提供一种运用天然流体动力，以达到汲集水资源至预定的高度储存，形成可供发电所须的位能，再由位能转换为电能的集水设备。

本发明的次要目的在于提供一种运用天然流体力，以达到汲集水资源储顾，以供水产养殖、淡水处理或灌溉等用途的集水设备。

依据上述目的，本发明的主要特征在于藉由天然流体直接作用于汲水动力机，使得该等汲水动力机将低水位的水汲至滤水槽沉淀净化后汇集于具有高位能的储水槽中储存，以便使储水槽的水向下泄流时，可对外接的水力发电机作功发电开发能源，或流放供水产养殖、淡水处理厂或灌溉等。

因此，本发明运用天然流体动力以汲水储存发电位能的集水设备，其主要包含有一汲水装置和一可汇集汲水装置所汲取水量的储水装置等；其中，该汲水装置包括若干个设于天然流体(例如风、浪潮)中的汲水动力机，以及受每一汲水动力机传动并与水源连通的泵；另，该储水装置包含有与该汲水装置中的泵连通的滤水槽，装设在泵与滤水槽之间以制止水回流至泵的止逆阀，以及汇集滤水槽水量的储水槽；其中，滤水槽及储水槽架设在预定高度，且底缘分别连接有排放管，以分别供排放及外接水力发电机。

进一步，本发明中的汲水动力机是一可迎风转动的风车型式，该风车包含有一具有预定高度的传动机构，一固设在传动机构顶端一侧的风向调整舵片，以及一可连动传动机构的风动叶片组构件；其中，藉由风动叶片组迎风转动进而经传动构件连动泵工作汲水；或该汲水动力机及泵系一潜置在水中的往复推行体型式，该往复推行体包含有一内部具有容置空间的固定座，若干个成型在固定座内部并与容置空间连通的进水口，一可承受浪潮脉冲而在容置空间内游移的活动挡体，以及连设在固定座内部的弹性元件；该泵包含有一成型在固定座内部且可与滤水槽连通的压力舱，连通进水口与压力舱的注水通道，设在注水通道上的单向阀，一被活动挡体连动而在压力舱移动的活塞，该活动挡体受浪潮脉冲推移，进而压缩弹性元件而产生顶推活动挡体回位的回复能；或该汲水动力机是一潜置在水中的活叶飞轮型式，而该活叶轮体包含有一外周缘形成凸缘的飞轮，以及若干个枢设在飞轮凸缘上的叶片；该等叶片底缘一侧成型角隅状而与飞轮周缘触抵，另一侧则成型弧状而未与飞轮周缘抵触，以使该等叶片只向弧状侧单一方向来回摆动；或该汲水动力机是一潜置在水中的轮叶组型式；其中，该轮叶组包括若干个不同外径的轮叶，且该轮叶组的轴向正对于浪潮脉冲方向，各轮叶呈同轴心排列，其轮叶的外径由第一个承受浪潮脉冲的轮叶逐渐地扩大，且该等轮叶为同轴同步转动；或该汲水动力机系一潜置于水中的轮叶组型式；其中，该轮叶组包括若干个不同轴心排列的轮叶，且该轮叶组的轴向正对于浪潮脉冲方向，各轮叶间藉由斜齿机构相互传动而为不同轴同步转动；该汲水动力机是一潜置在海中的涡轮型式，其具有可连动泵的涡轮叶片。

此外，本发明还在汲水动力机及泵间增设有减速器。

还要指出，本发明的汲水动力机可在流体中，共用一条输水管而作左右错开，前后排列。

最后，本发明的储水装置还包含有一与储水槽连通的储存槽，连接在储存槽下方的排放管，连接在排放管间的歧管，以及设置在排放管或歧管上的控制阀。

如上所述，我们可以看出，本发明具有明显的实质性进步，其运用天然流体动力而不耗费能源集水，不破坏环境保护，不造成环境污染，具有低成本开发电能、或集水资源以供水产养殖、淡水处理或灌溉。

图1是本发明的第一较佳实施例的正视示意图。

图2是本发明的第一较佳实施例的俯视示意图。

图3是本发明的第一较佳实施例的侧视示意图。

图4是本发明的第二较佳实施例的部分剖视示意图。

图5是本发明的第二较佳实施例的汲水动力机的正视示意图。

图6是本发明的第三较佳实施例的侧视示意图。

图7是本发明的第三较佳实施例的汲水动力机的构造示意图。

图8是本发明的第三较佳实施例的侧视示意图。

图9是本发明的第四较佳实施例的侧视示意图。

图10是本发明的第五较佳实施例的俯视示意图。

图11是本发明的第六较佳实施例的侧视示意图。

图12是本发明的第二、三、四及六实施例以左右错开、前后排列示意图。

为使能对本发明的目的、功效以及构造特征有更详尽明确的了解，现举出本发明的若干较佳实施例并配合附图说明如后：

请参阅图1和图2所示，它们分别为本发明的第一较佳实施例的正视示意图及其俯视示意图，如图所示，本发明集水设备1系包含有汲水装置11，以及一可汇集汲水装置11所抽汲水量的储水装置2等；其中，该汲水装置11包括若干个设于天然流体环境中的汲水动力机3，以及受每一汲水动力机3传动并与水源连通的若干个泵32；而该储水装置2包含有与若干个泵32相互连通的相应滤水槽21，装设在泵32与滤水槽21间以制止水回流至泵32的止逆阀323，一可汇集该等滤水槽21水量的储水槽22，以及与储水槽22连通的储存槽23等；又，滤水槽21、储水槽22及储存槽23系架设在预定高度，特别是该等滤水槽21愈远离储水装置2则其高度愈高，并利用一集水管20可将每一滤水槽21中的水汇集至储水槽22集中，在滤水槽21、储水槽22及储存槽23底缘分别连接有排放管211，以分别供滤水槽21排砂、储水槽22外接水力发电机221或储存槽23排入至他处利用，又、该储存槽23及储水槽22的排放管211间，藉一歧管231而达到连通，并在歧管231、排放管211上适当处设置有控制阀232，以控制汲水的流向及流量；该等汲水动力机3的动力源系来自天然流体动力，而前述的流体动力可为风的吹拂、水浪的波涌或潮汐的起落，藉以形成风力或水浪、潮汐的脉冲力并直接作用该等流水动力机3，使汲水动力机3连动泵32运转，由泵32汲水经由一输水管322向上推送至滤水槽21，在推送过程中经止逆阀323防止水逆回至泵32，当水输至滤水槽21后，如水中含有泥砂则可在此沉淀，初略滤净水质，而泥砂可由滤水槽21底部的控制阀232适时开启后由排放管211排出，另每一滤水槽21内的水由集水管20汇集至储水槽22集中，或因自然环境改变致使天然流体动力增强，相对汲水量增加时，则可溢留至储存槽23中储存，在储水槽22下方的排放管211可外接一水力发电机221，当储水槽22的水量具适当位能后即可开启其下方的控制阀232，使水向下泄流，对水力发电机221作功发电，亦可由储存槽23经控制阀232适当切换而由歧管231向下泄流对水力发电机221作功，或流放供水产养殖、淡水处理厂或灌溉等。

藉如上的组合即可运用天然的流体动力，以达到汲集水资源至预定的高度储存，形成可供发电所须的位能，再由位能转换为电能。

并请配合参阅图3所示，该汲水动力机3是佇位于地面可迎风转动的风车型式，而风车31与泵32之间连设有减速器33，以使风车31以适当转速传动给泵32；该风车31包含一藉由高塔34撑托而达到预定高度的传动机构35，一固定在传动机构35顶端一侧的风向调整舵片36，以及连动传动机构35的风动叶片组352等构件；其中，该传动机构35具有一固设有风动叶片组352的主动轴351，以及一可连动泵32的从动轴353等构件，在主动轴351及从动轴353的枢接端分别具有伞型齿354，以达到枢接关系；而该减速器33连设在从动轴353上，又，该泵32的进水端是藉由一抽水管321与海洋连通，藉由风力驱动风动叶片组352，进而依序经主轴351、从动轴353及减速器33的传递使泵32工作，使水经由抽水管321及输水管322向上输送至滤水槽21中过滤，以便进行前述的后续动作。

图4和图5所示，它们分别为本发明的第二较佳实施的部分剖视示意图及其汲水动力机的正视示意图，如图所示，该集水设备12包含有一汲水装置121，一可汇集汲水装置121所抽汲水量的储水装置49等；其中，该汲水装置121包括若干个设在天然流体环境中的汲水动力机4，以及受每一汲水动力机4传动并与水源连通的若干个泵400；而该储水装置49亦包含有与该若干个泵400相互连通的若干个滤水槽44，装置在泵400与滤水槽44之间制止水回流至泵400的止逆阀241，汇集该等滤水槽44水量的储水槽492，以及与储水槽492连通的储存槽493等；特别是该汲水动力机4是可潜置在水下的往复推行体型式，而该往复推行体40设置在如海底的沟堤上，包含有一内部具有容置空间41的固定座42，若干个成型在固定座42内部并与容置空间41连通的进水口43，一可承受浪潮脉冲并可限制在容置空间41内游移的活动挡体45，以及若干个连设在固定座42内部的弹性元件46等构件；而泵400则包含了一成型在固定座42内部且可与滤水槽44连通的压力舱421，连通进水口43与压力舱421的注水通道422，设置在注水通道422上可限制水自压力舱421逆流出的单向阀423(图5中虚线所示)，以及一被活动挡体45连动而在压力舱421内移动的活塞424；其中，该固定座42的容置空间41内壁面上成型有若干条滑槽425；而活动挡体45的周缘上枢设有与滑槽425等数目的滑轮451，并使每一滑轮451可相对于每一滑槽425嵌合且滑动；又，该活动挡体45可压缩该等弹性元件46或被该等压缩后被弹性元件46顶推，且该活动挡体45是面向海洋；另，该汲水动力机4可利用一网状的防护罩47罩于外围，以防止鱼群或是水以外的杂物卡掣在汲水动力机4上。

图4和图5所示，当海水由该等进水口43进入固定座42时，海水即进入容置空间41中以及由每一注水通道422进入压力舱421内，使得压力舱421注满水，而此时的活动挡体45是位于容置空间41的前端，当浪潮脉冲拍打在活动挡体45时，该活动挡体45即如图4中假想线所示，在容置空间41中向后移动，且使容置空间41内海水大部分由该等进水口43排出，并压缩该等弹性元件46，此时，利用活动挡体45与活塞424的受力面积比值不同，而可以面积较小的活塞424对压力舱421中的海水压缩，在压缩的同时海水无法逆流出呈关闭的单向阀423，使得受压缩的海水受迫通过呈单方向开启的止逆阀241而暂存在输水管48中，此时，浪潮的脉冲力量消失，下一个波浪潮又未到达，且由于受活动挡体45压缩的该等弹性元件46具有回复力，而将活动挡体45顶推回图4中活动挡体45实线所示的位置后，下一个波浪潮再到来时又重复另一压缩行程，而继续将输水管48中的海水往上输送，直到滤水槽44中；因此，该往复推行体40藉由海浪的脉冲力将海水输送至储水装置49，再如前述实施例所述对发电机491作功而发电或其他用途，因储水装置49与前述实施例1相同，故在此不再重述。

再请参阅图6和图7所示，它们分别是本发明的第三较佳实施例的侧视示意图及其汲水动力机的构造示意图，如图所示，该集水设备13系亦包含有一汲水装置131，一可汇集汲水装置131所抽汲水量的储水装置25等；其中，该汲水装置131亦包括若干多数个设在天然流体环境中的汲水动力机5，以及受每一汲水动力机5传动并与水源连通的若干个泵52；而该储水装置25亦可包含有与若干个泵52相互连通的滤水槽51，装置在泵52与滤水槽51之间以制止水逆流回泵52的止逆阀251，汇集该等滤水槽51水量的储水槽252，以及与储水槽252连通的储存槽253等；特别是该汲水动力机5是一潜置在海中的活叶飞轮型式，而该汲水动力机5包含有一可连动泵52的活叶轮53，以及一设在泵52与活叶轮53间且与泵52及活叶轮53连动的减速器54等构件；其中，该活叶轮53包含有一外周缘形成凸缘的飞轮531，以及枢设在飞轮531的凸缘上的若干个叶片532；该泵52与减速器54分别设置在固结在海底面上的基座55；另在该汲水动力机5外围亦固设有网状的防护罩56。

请参阅图8所示，它是本发明第三较佳实施例的飞轮侧视示意图，并配合图6和图7所示，该等叶片532的底缘一侧形成角隅状而可与飞轮531的周缘触抵，使叶片532呈竖立状态，另一侧底缘则成型为弧状，而不与飞轮531周缘触抵，以便使该等叶片532只可向弧状侧的单一方向来回摆动；当浪潮的脉冲由图8中箭头所示的方向施力在该等叶片532上，位于活叶轮53上半部的叶片532受海水顶推而使角隅状底缘与飞轮531周缘触抵而定位，使叶片532呈竖立状态，而位于活叶轮53下半部的叶片532受海水1的顶推使角隅状底缘脱离飞轮531周缘，促使叶片532向弧状侧单一方向倒下收摺，而可如图8中假想线所示状态，如此，浪潮的脉冲即可驱动活叶轮53作逆时针方向转动，以避免活叶轮53上、下的叶片532同时受到浪潮脉冲的冲击，导致力量抵消无法转动；再藉由该活叶轮53传动减速器54以连动泵52，将海水储存在储水装置25，以供发电机58发电或其他利用，因储水装置25系与前述实施例相同，故在此不再重述。

再请参阅图9所示，它是本发明的第四较佳实施例的侧视示意图，如图所示，该集水设备14亦包含有一汲水装置141，一可汇集汲水装置141所抽汲水量的储水装置等；其中，该水装置141亦包括若干个设于天然流体环境中的汲水动力机6，以及受每一汲水动力机6传动并与水源连通的若干只泵62；而该储水装置亦包含有与若干只泵62相互连通的滤水槽，装置在泵62与滤水槽之间以制止水回流至泵62的止逆阀261，汇集滤水槽81水量的储水槽，以及与储水槽连通的储存槽等构件；特别是该汲水动力机6系潜置在海中的轮叶组型式，其包含有一与泵62连动的减速器60，以及一可连动泵62的轮叶组63等构件；其中，该轮叶组63由若干个不同外径的轮叶631所组成，且该轮叶组63的轴向系正对于浪潮脉冲的方向，各轮叶631呈同轴心排列，由深入海中第一个承受浪潮脉冲的轮叶631至靠近泵62一侧的最后一个轮叶631，其轮叶631的外径由小渐大，使得每一轮叶631均可承受浪潮脉冲，且该等轮叶631系同轴同步转动，另，该轮叶组63藉由减速器60的连动而传动泵62；又，可利用一网状的防护罩66罩在汲水动力机6外围。再者，藉由浪潮脉冲驱使该轮叶组63的每一轮叶631转动，以连动泵62将海水抽汲、储存在储水装置，以作为供给发电机发电的能源或其他利用；因储水装置系与前述实施例相同，故在此不再重述。

请参阅图10所示，它是本发明的第五较佳实施例的俯视示意图，如图所示，本实施例的构造与第四实施例大致相同，其主要不同处系在该汲水动力机7的轮叶组71的该等轮叶72间系藉由伞形齿机构73相互转动，而形成每一轮叶72不在同一轴线上，如此，可提高浪潮脉冲驱使该轮叶组71转动的效用；又可利用一网状的防护罩74罩在汲水动力机7外围。

请参阅图11所示，它是本发明的第六较佳实施例的侧视示意图，如图所示，该集水设备15亦包含一汲水装置151，一可储存来自汲水装置151的水的储水装置84等构件；其中，该汲水装置151亦包括若干个汲水动力机8，以及与汲水动力机8等数量的泵82；另，该储水装置84亦包含有与汲水动力机8等数目且与泵82相互连通的滤水槽81，装置在泵82与滤水槽81之间以制止水回流至泵82的止逆阀86，汇集该等滤水槽81水量的储水槽841，以及与储水槽841连通的储存槽842等构件；特别是该汲水动力机8系潜置在海中的涡轮型式，其包含有一与泵82连动的减速器80，以及一可连动泵82的涡轮叶片83，又可利用一网状的防护罩87罩于汲水动力机8外围；当浪潮脉冲驱动涡轮叶片83转动时，即可连动泵82将海水输送至储水槽841，而可对发电机85作功发电或其他利用；因储水装置84系与前述实施例相同，故在此不再重述。

集合前述的各实施例可知，本发明可广泛地利用存在在大自然中的流体，诸如前述第一实施例的汲水动力机以设置在具有风源的海边，河川或湖泊旁为宜，受风力的推动而汲集海边、河川或湖泊的水源，而第三、四、五及六实施例的汲水动力机以设置在流动的河川或海边为宜，第二实施例只适合设置海边，受河川或海洋的波浪或潮汐脉冲的推动而汲集河川或海边的水源，且设计上不管波浪、潮汐的变化如何，均可被河水或海水所淹盖，又在设置汲水动力机的水区域所形成的浪潮脉冲，事实为单一方向的浪潮脉冲路径，意即例如浪潮脉冲的路径系由海洋朝向堤岸前进，使能以确切驱动汲水动力机工作。再者，本发明并视环境因素可单一型式或多种型式多数量的搭配以充分利用，或每一输水管串联多数交错位置设置的汲水动力机及泵，以使能充分地与天然流体接触(参照图12所示)。在功率设计考量上使较小的风力或波浪潮汐均能陆续汲水而聚沙成塔般陆续累积至足额水量及位能，即可立即供水力发电机作功开发电源，若风力及海浪较大时、汲水量必定超过所需量、超量部分要泄量或储存备用可自由选择，故储水槽及储存槽并不必有过大的设计，提高开发的可行性。

综上所述，本发明运用天然流体动力，以达汲集水资源至预定的高度储存，形成可供发电所须的位能，再由位能换为电能而深具低成本开发电能的功效，并能符合环保、安全要求，亦可为水产养殖、淡水处理或灌溉等用途，故确具工业上的利用价值，因为目前所未见的创造。

Claims (10)

1、一种运用天然流体动力汲水储存发电位能的集水设备，包括汲水装置和储水装置，其特征在于，该汲水装置包括若干设在天然流体环境中的汲水动力机，以及受汲水动力机传动并与水源连通的泵；该储水装置包含有与该汲水装置中的泵连通的滤水槽，装设在泵与滤水槽之间以制止水回流至泵的止逆阀，以及汇集滤水槽水量的储水槽；其中，滤水槽及储水槽架设在预定高度，且底缘分别连接有排放管，以分别供排放及外接水力发电机。

2、根据权利要求1所述的运用天然流体动力汲水储存发电位能的集水设备，其特征在于，该汲水动力机是一可迎风转动的风车型式，该风车包含有一具有预定高度的传动机构，一固设在传动机构顶端一侧的风向调整舵片，以及一可连动传动机构的风动叶片组构件；其中，藉由风动叶片组迎风转动进而经传构件连动泵工作汲水。

3、根据权利要求1所述的运用天然流体动力汲水储存发电位能的集水设备，其特征在于，该汲水动力机及泵系一潜置于水中的往复推行体型式，该往复推行体包含有一内部具有容置空间的固定座，若干个成型在固定座内部并与容置空间连通的进水口，一可承受浪潮脉冲而在容置空间内游移的活动挡体，以及连设在固定座内部的弹性元件；该泵包含有一成型在固定座内部且可与滤水槽连通的压力舱，连通进水口与压力舱的注水通道，设在注水通道上的单向阀，一被活动挡体连动而在压力舱移动的活塞，该活动挡体受浪潮脉冲推移，进而压缩弹性元件而产生顶推活动挡体回位的回复能。

4、根据权利要求1所述的运用天然流体动力汲水储存发电位能的集水设备，其特征在于，该汲水动力机是一潜置在水中的活叶飞轮型式，而该活叶轮体包含有一外周缘形成凸缘的飞轮，以及若干个枢设于飞轮凸缘上的叶片；该等叶片底缘一侧成型角隅状而与飞轮周缘触抵，另一侧则成型弧状而未与飞轮周缘抵触，以使该等叶片只向弧状侧单一方向来回摆动。

5、根据权利要求1所述的运用天然流体动力汲水储存发电位能的集水设备，其特征在于，该汲水动力机是一潜置在水中的轮叶组型式；其中，该轮叶组包括若干个不同外径的轮叶，且该轮叶组的轴向正对于浪潮脉冲方向，各轮叶呈同轴心排列，其轮叶的外径由第一个承受浪潮脉冲的轮叶逐渐地扩大，且该等轮叶为同轴同步转动。

6、根据权利要求1所述的运用天然流体动力汲水储存发电位能的集水设备，其特征在于，该汲水动力机系一潜置于水中的轮叶组型式；其中，该轮叶组包括若干个不同轴心排列的轮叶，且该轮叶组的轴向正对于浪潮脉冲方向，各轮叶间藉由斜齿机构相互传动而为不同轴同步转动。

7、根据权利要求1所述的运用天然流体动力汲水储存发电位能的集水设备，其特征在于，该汲水动力机是一潜置在海中的涡轮型式，其具有可连动泵的涡轮叶片。

8、根据权利要求3或4或5或6或7所述的运用天然流体动力汲水储存发电位能的集水设备，其特征在于，在汲水动力机及泵间增设有减速器。

9、根据权利要求1所述的运用天然流体动力汲水储存发电位能的集水设备，其特征在于，该储水装置还包含有一与储水槽连通的储存槽，连接在储存槽下方的排放管，连接在排放管间的歧管，以及设置在排放管或歧管上的控制阀。

10、根据权利要求3或4或5或7所述的运用天然流体动力汲水储存发电位能的集水设备，其特征在于，汲水动力机可在流体中，共用一条输水管而作左右错开，前后排列。

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