CN118208359A - 仿海盗船式水力发电装置 - Google Patents

Abstract

本申请关于一种仿海盗船式水力发电装置，包括长形箱体、水轮发电机组、支点结构及连接机构，长形箱体具有供工作流体填设的容腔；水轮发电机组包括叶轮及连接叶轮的发电机，叶轮设置在容腔中；支点结构设置在长形箱体上方并位于其中间处；连接机构连接支点结构和长形箱体；其中对长形箱体施加作用力后，长形箱体将以支点结构为旋转中心产生交互性摆荡，工作流体将在容腔内往复性地流动，并驱动叶轮旋转而由发电机生成电力。另由于驱动长形箱体所需的电力小于水轮发电机组产生的电力，藉此能够持续不间断的生成电力并且输出。

Description

仿海盗船式水力发电装置

技术领域

本申请有关一种水力发电装置的技术，尤指一种仿海盗船式水力发电装置。

背景技术

由于全球气温日渐暖化及石油储藏量有限，使得对环境影响相对较低的再生能源，利用太阳能、风力、水力、洋流等天然资源取之不尽、用之不竭的特性来发电，已经蓬勃发展并成为争相研究的课题。

其中利用太阳能和风力虽然可以产生电力，但其也受到天气的影响，并无法稳定且持续性来生成电力。而且，太阳能发电的热电转换效能和光电转换效能，直都无法被有效地提升，致使其所能输出的电力相当有限。再者，风力发电受限于风场的限制、装设的困难度及运作过程中所产生的高噪音等，都是极待加以克服的问题。

有鉴于此，本申请人遂针对上述现有技术，特潜心研究并配合学理的运用，尽力解决上述的问题点，即成为本申请人改良的目标。

发明内容

本申请的一个目的，在于提供一种仿海盗船式水力发电装置，其可不受到天气或是地域的限制，藉此能够持续不间断的生成电力。

为了达成上述的目的，本申请提供一种仿海盗船式水力发电装置，内部填注有工作流体，包括长形箱体、水轮发电机组、支点结构及连接机构，长形箱体具有供工作流体填设的容腔；水轮发电机组包括叶轮及连接叶轮的发电机，叶轮系设置在容腔中；支点结构设置在长形箱体上方并位于其中间处；连接机构连接支点结构和长形箱体；其中对长形箱体施加作用力后，长形箱体将以支点结构为旋转中心产生交互性地摆荡，工作流体将在容腔内往复性地流动，并驱动叶轮旋转而由发电机生成电力。

在一种实施方式中，还包括驱控机构，驱控机构设置在长形箱体下方，并与长形箱体滑动接触。

在一种实施方式中，驱控机构包括固定座、电动机、电性连接电动机的控制器及连接电动机的滚轮，电动机设置在固定座上，电动机通过滚轮驱动长形箱体产生摆荡，控制器则用以改变电动机的旋转方向和速度，滚轮则与长形箱体滑动接触。

在一种实施方式中，滚轮为橡胶轮。

在一种实施方式中，长形箱体设有弧形齿条，驱控机构包括电动机及连接电动机的齿轮，齿轮与弧形齿条相互啮合传动。

在一种实施方式中，还包括电力传输系统，水轮发电机组所产生电力经由电缆线电性连接电力传输系统。

在一种实施方式中，电流经过整流器后分成两条路径，其中的一个路径是依序经由逆变器，次经由升压装置予以升压后，再将电力汇入电网；另一个路径是先经过蓄电箱，再连接至驱控机构。

在一种实施方式中，在整流器和逆变器之间还设有蓄电器。

在一种实施方式中，支点结构包括轴座、轴杆及轴承，轴杆通过轴承与轴座连接。

在一种实施方式中，连接机构包括轴套及分别连接轴套的第一连杆和第二连杆，轴套连接轴杆，第一连杆的另一端连接长形箱体的一端，第二连杆的另一端连接长形箱体的另一端。

在一种实施方式中，连接机构还包括平衡构件，平衡构件连接轴套且朝着第一连杆和第二连杆的相反方向延伸。

在一种实施方式中，还包括支撑结构，支撑结构的一端固定在下平台，支撑结构的另一端则供支点结构固定。

在一种实施方式中，支点结构设置在上平台，连接机构为钢索，钢索连接支点结构和长形箱体的两端。

本申请还具有以下优点:

1.用相对小的作用力即能够让长形箱体产生摆荡，并通过工作流体驱动叶轮旋转和发电机生成电力。

2.发电机所生成的一部分电力提供给驱控机构，用来驱动长形箱体产生摆荡，另一部分电力用来作为外界电力的供应，整体为净输出可永续发电。

3.本申请的装置可置放陆地、湖泊或海洋等任何地方。

4.本申请的装置是结合扭力、离心力和惯性力与水力发电概念的再生能源设备，不受天气的影响，可以全天候24小时不间断发电。

5.藉由控制器调整电动机的转向、转速等相关参数，因而可根据实际需求来产生电力，更能够满足尖峰或离峰的用电需求。

6.藉由蓄电器的设置，可将发电机所生成的电力储存起来，以备其它时段或特殊需求时使用，尤其是离网时段。

7.构造简单，施力很小即可让长形箱体产生摆荡。

8.主要的重量由支点结构作全部或大部分的承受，所以要让长形箱体产生摆荡时，并不需要很大的作用力，即使是长形箱体偏向侧时也是如此。

附图说明

图1为本申请仿海盗船式水力发电装置组合剖视图。

图2为本申请仿海盗船式水力发电装置使用状态剖视图(一)。

图3为本申请仿海盗船式水力发电装置使用状态剖视图(二)。

图4为本申请的电力传输系统方块图。

图5为本申请的另实施例组合剖视图。

附图标记说明：

10:长形箱体；

11:容腔；

12:弧形齿条；

20:水轮发电机组；

21:发电机；

22:叶轮；

30:支点结构；

31:轴座；

32:轴杆；

33:轴承；

40、40A:连接机构；

41:轴套；

42:第一连杆；

43:第二连杆；

44:平衡构件；

50:支撑结构；

55、55A:驱控机构；

550:固定座；

56:电动机；

57:控制器；

58:滚轮；

59:齿轮；

60:电力传输系统；

61:整流器；

62:逆变器；

63:升压装置；

64:电网；

65:蓄电器；

66:蓄电箱；

CGB:长形箱体的重心；

CGW:工作流体的重心；

DP:下平台；

GL:重力线；

UP:上平台；

WF:工作流体。

具体实施方式

有关本申请的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本申请加以限制者。

请参阅图1所示，本申请提供一种仿海盗船式水力发电装置，其主要包括长形箱体10、水轮发电机组20、支点结构30及连接机构40。

本实施例的长形箱体10为扇形，但不以此为限，其也可为船形或其它长形形状，长形箱体10的断面形状可为矩形、圆形或其它各种不同几何形状，且其具有容腔11，在容腔11内部填注有工作流体WF。

水轮发电机组20主要包括发电机21及连接发电机21的叶轮22，叶轮22是设置在容腔11中，其不管水流方向均为同一转向，常见为韦尔斯轮机(Wells Turbine)和冲击式轮机(Impulse Turbine)，但不以此为限，藉以通过叶轮22的旋转而带动发电机21生成电力。

支点结构30设置在长形箱体10上方并位于长形箱体10的中间处，且其主要包括轴座31、轴杆32及轴承33，其中轴杆32是通过轴承33与轴座31连接。

本实施例的连接机构40包括轴套41及分别连接轴套41的第一连杆42和第二连杆43，轴套41连接前述轴杆32，第一连杆42的另一端连接长形箱体10的一端，第二连杆43的另一端连接长形箱体10的另一端。

在一实施例中，连接机构40还包括平衡构件44，此平衡构件44是连接轴套41且朝着第一连杆42和第二连杆43的相反方向延伸，且其是用以平衡质量(Counter Mass)，且能够让长形箱体10的摆荡更加容易。

在一实施例中，本申请仿海盗船式水力发电装置还包括支撑结构50，其一端是固定在下平台DP上，另一端则供支点结构30固定。

在一实施例中，本申请仿海盗船式水力发电装置还包括驱控机构55，其是设置在长形箱体10的下方，并与长形箱体10滑动接触，驱控机构55主要包括固定座550、电动机56、电性连接电动机56的控制器57及连接电动机56的滚轮58，固定座550是设置在下平台DP上方，电动机56和滚轮58安装在固定座550上，其中电动机56通过滚轮58驱动长形箱体10产生摆荡，控制器57则用以改变电动机56的旋转方向和速度，滚轮58可为橡胶轮或齿轮，其可通过摩擦长形箱体10的底面，使得长形箱体10沿着滚轮58的接触面旋转而运作，或者通过电动机56带动滚轮58作逆方向转动时，能够对长形箱体10产生减速或煞车的效果。

请参阅图2和图3所示，其中长形箱体10具有长形箱体的重心CGB，工作流体WF具有工作流体的重心CGW，且在通过支点结构30的轴杆32的铅垂线方向定义有重力线GL(Gravity Line)，操作时，当长形箱体10的左侧在最高位置时，工作流体WF将积蓄到容腔11的右侧，容腔11右侧的工作流体WF最多，工作流体的重心CGW则偏向重力线GL的左侧，长形箱体的重心CGB也偏向重力线GL的左侧，此时具有最大的扭力和最小离心力，扭力将使长形箱体10趋向于逆时针方向转动。

当长形箱体10来到平衡位置时(如图1)，长形箱体的重心CGB及工作流体的重心CGW位在重力线GL上，容腔11两侧的工作流体WF相等，此时具有最小的扭力，但旋转速度最大，使得离心力最大，旋转惯性也最大，此时长形箱体10将继续朝着逆时针方向转动。

在工作流体WF持续往容腔11的左侧流动后，长形箱体的重心CGB及工作流体的重心CGW则持续往右移动，直到长形箱体10的右侧在最高位置时，工作流体WF将积蓄到容腔11左侧，左侧容腔11的工作流体WF最多，长形箱体的重心CGB及工作流体的重心CGW偏向重力线GL右侧，此时具有最大的扭力和最小离心力，扭力将使长形箱体10趋向于顺时针方向转动，如此周而复始不断地摆荡。

据上运作可知，只要施以较小的作用力，就能将长形箱体10荡至较高的位置，比抬高同样的重量至同样的高度要容易许多，藉由扭力、离心力及惯性力等的作用，使得整体结构变为省力机器，其中在运作的过程中工作流体WF也会有高低位差所产生的位能，来加速工作流体WF向另一侧流动。如此，以发电机21所生成的一部分电力提供给驱控机构55，用来驱动长形箱体10产生摆荡，另一部分电力用来作为外界电力的供应，整体为净输出且可永续发电。

请参阅图4所示，在实施例中，本申请仿海盗船式水力发电装置还包括电力传输系统60，前述水轮发电机组20的发电机21所生成的电力将经由电缆线电性连接电力传输系统60，电流经过整流器61后分成两条路径，其中之路径是依序经由逆变器62后，再经由升压装置63予以升压后，再将电力汇入电网64；其中在整流器61和逆变器62之间可增设蓄电器65，藉以达成储能及稳压的作用。另路径则是先经过蓄电箱66，继而再连接至前述驱控机构55，通过控制器57来调整电动机56和滚轮58的转向和速度的大小，即能控制长形箱体10的摆荡角度的大小及摆荡频率，进而控制水的流量以及发电量的大小。

请参阅图5所示，本申请仿海盗船式水力发电装置，除了可为上述实施例外，也可如本实施例的型态，其中支点结构30是设置在上平台UP上，连接机构40A为钢索，其是连接于支点结构30和长形箱体10的两端点，于长形箱体10的下表面设有弧形齿条12，驱控机构55A则包括连接前述电动机56的齿轮59，其中齿轮59与弧形齿条12相互啮合传动；如此，也具有前述实施例同样的效能。

综上所述，本申请仿海盗船式水力发电装置，确可达到预期的使用目的，而解决习知的缺失，又因极具新颖性及进步性，完全符合发明专利申请要件，爰依专利法提出申请，敬请详查并赐准本案专利，以保障申请人的权利。

Claims (13)

1.一种仿海盗船式水力发电装置，内部填注有工作流体，其特征在于，包括:

长形箱体，具有供所述工作流体填设的容腔；

水轮发电机组，包括叶轮及连接所述叶轮的发电机，所述叶轮设置在所述容腔中；

支点结构，设置在所述长形箱体上方并位于其中间处；以及

连接机构，连接所述支点结构和所述长形箱体；

其中对所述长形箱体施加作用力后，所述长形箱体将以所述支点结构为旋转中心产生交互性地摆荡，所述工作流体将在所述容腔内往复性地流动，并驱动所述叶轮旋转而由所述发电机生成电力。

2.如权利要求1所述的仿海盗船式水力发电装置，其特征在于，还包括驱控机构，所述驱控机构设置在所述长形箱体下方，并与所述长形箱体滑动接触。

3.如权利要求2所述的仿海盗船式水力发电装置，其特征在于，所述驱控机构包括固定座、电动机、电性连接所述电动机的控制器及连接所述电动机的滚轮，所述电动机设置在所述固定座上，所述电动机通过所述滚轮驱动所述长形箱体产生摆荡，所述控制器则用以改变所述电动机的旋转方向和速度，所述滚轮则与所述长形箱体滑动接触。

4.如权利要求3所述的仿海盗船式水力发电装置，其特征在于，所述滚轮为橡胶轮。

5.如权利要求2所述的仿海盗船式水力发电装置，其特征在于，所述长形箱体设有弧形齿条，所述驱控机构包括电动机及连接所述电动机的齿轮，所述齿轮与所述弧形齿条相互啮合传动。

6.如权利要求2所述的仿海盗船式水力发电装置，其特征在于，还包括电力传输系统，所述水轮发电机组所产生电力经由电缆线电性连接所述电力传输系统。

7.如权利要求6所述的仿海盗船式水力发电装置，其特征在于，电流经过整流器后分成两条路径，其中的一个路径是依序经由逆变器，次经由升压装置予以升压后，再将电力汇入电网；另一个路径是先经过蓄电箱，再连接至所述驱控机构。

8.如权利要求7所述的仿海盗船式水力发电装置，其特征在于，在所述整流器和所述逆变器之间还设有蓄电器。

9.如权利要求1所述的仿海盗船式水力发电装置，其特征在于，所述支点结构包括轴座、轴杆及轴承，所述轴杆通过所述轴承与所述轴座连接。

10.如权利要求9所述的仿海盗船式水力发电装置，其特征在于，所述连接机构包括轴套及分别连接所述轴套的第一连杆和第二连杆，所述轴套连接所述轴杆，所述第一连杆的另一端连接所述长形箱体的一端，所述第二连杆的另一端连接所述长形箱体的另一端。

11.如权利要求10所述的仿海盗船式水力发电装置，其特征在于，所述连接机构还包括平衡构件，所述平衡构件连接所述轴套且朝着所述第一连杆和所述第二连杆的相反方向延伸。

12.如权利要求11所述的仿海盗船式水力发电装置，其特征在于，还包括支撑结构，所述支撑结构的一端固定在下平台，所述支撑结构的另一端则供所述支点结构固定。

13.如权利要求1所述的仿海盗船式水力发电装置，其特征在于，所述支点结构设置在上平台，所述连接机构为钢索，所述钢索连接所述支点结构和所述长形箱体的两端。