TW200842238A - Rotatable energy generation unit for generating electric energy from a water flow - Google Patents

Description

200842238 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種可旋轉水力發電裝置，尤其是海水或 河水水力發電裝置。 【先前技術】 不文隔離結構左右，以水流驅動（尤其是海流驅動）之沈 浸式發電裝置可充分利用再生性能源。此處由於流體具高 密度，故2至2. 5m/S之低流動速度即可利用於經濟性發 電。此種流料率可出現於射水流，或其他尤其可在海 峽達到經濟性利用速度的海^該水流可驅動水力發電裝 置，其結構與風力發電裝置近似，亦即使用具有葉片之轉 子構成-水涡輪。但亦可使用其他水渦輪，例如垂直渦輪 及官渦輪。除了使料流發電外，該自由沈浸式發電褒置 亦可使用於河水。但由於環保或航運規定，在河水中尚未 出現設有水渦輪之發電設備。 GB 2 431 2G7A1提出—種沈水_，其具 ;容=輪轉子的搶體。該输設在支撐體上，故； 在一垂直與水平位置間擺動。 體及一6固T在0提出一種渦輪裝置，其包括-垂直支撐 體及口疋在其上端的水平艙體。 如使用潮汐發電，則發雷奘 解決此問題有不同的方法。^ 交替之水流方向。 方向的水流作用，該水渦輪；二使水渦輪可被不同 水渦輪時，則渦輪葉片可旋轉。如使用螺旋樂式 疋轉180 。另一種配合不同水 96149648 200842238 〜方向之方法為旋轉水渦輪。為避免使用複雜的傳動 轉裝置使可旋轉之水渦輪連接以的發電機，水渦 螺旋槳）與發電機構成—單元，而可被水流帶動。已:該 種系統s有沈水裝置，其設有料體並被繩线定在海底 或河底。此種方法可自動配合不同水流方向，不僅可用於 兩主方向之水流，亦可用於全方向之水流。 、

、—但此種可自由旋轉之水力發電裝置的缺點為，該持續重 複之旋轉動作會增加與固定元件連接且非為旋轉接頭之 疋件的扭轉度。例如使發電機與電網系統連接之連接電繞 及其他連接中央控制與監控裝置之電纔。 、 【發明内容】 本發明之目的在於提供一種可旋轉水力發電裝置，盆可 :效率利用水流之動能，且水渦輪可追蹤水流方向：改 變’而不需重複對點進行旋轉，以避免連接電規強烈 扭轉。此外，發電裝置之設計及製造簡單。 ’、 本毛明目的由申請專利範圍獨立項之特徵部分達成。其 他有利設計可參閱各申請專利範圍附屬項。 /、 人依據本土明，一有效率及獨立之發電裝置應具一可旋轉 艘碩’以各置至少間接被—水渦輪驅動之發電冑，該搶頭 可被，流帶動而對一固定連接點旋轉。水渦輪可被一調整 驅=I置主動調整，或被水壓被動調整，而保持完美配合 f流條^。特別有利的是使艙頭及水渦輪與發電機構成的 單元鉍旋轉點有一固定的距離，使得水渦輪旋轉平面與其 他支撐結構保持該距離，而可不被干擾。為此可在樞接點 96149648 6 200842238 與艙頭之間設一艙體，其較佳為一管體或一支撐結構單 元。 艙體與艙頭連同發電機與水渦輪配合水流在水平面上 1一旋轉點旋轉，亦即不只為來回旋轉而是規則性逆轉 %，會迫使由發電機經樞接部及支撐體而延伸到陸地的連 接電規扭轉。為解決此問題，本發明人使搶體除在水平面 上對-旋轉點旋轉之外，並與其内部的發電機及由拖接部 之伸至叙電機的電纜一起以一相應之轉速同步進行一 動動作。 / & 該概念可用-末端固定並位在彎折位置的挽性軟管說 明。使-端對另-物件之軸旋轉，會使得撓性軟管扭轉， ί;使旋轉末端亦對其自軸旋轉。應用於本發明發電裝置 日^^著、、，發電機具有-固定的支撐體，例如為支柱，而 :七疋在海底。該支撐體藉一樞接部而與艙體 體遠離樞接部之末端支撐艙萠月t ^ 舫頁及叙电機與水渦輪構成的 .發電機經艙體、樞接部而延伸至支撑 使m卓&置之饋電點。如樞接部設有一裝置， 使付ϋ體連⑽㈣合水流敎撐 内部的連接電纜與發電機同牛斜“才㉟體連同其 # 械同步對其自軸旋轉，則該連接電 、、見不會發生扭轉。亦卽 ^ # . 、體配&水〜對支撐體所屬之第一 :咖，其亦同步對其本身之 轉之旋轉速度需等於對第二 于弟軸旋 體對第-轴旋轉時同步進行一=之疑轉速度’以使得艙 相―齒輪’其構成-傳動比為丨：】之裝: ^6149648 200842238 一支樓體之第—軸及_之第二軸不需與真正的中心軸 一致，尤其是纽多件式或彎曲結構時。第—軸與第二轴 為定義避免電綱之同步旋轉動作的旋轉軸。此外， 弟一軸與第二軸亦不，需摄# 早J而構成一直角，故艙體運動可構成一 • 漏斗形包絡線。 収本發明要求之樞接部可使用彈性連接件，其可在舱 體弟一軸方向上吸收水流產生的拉力或推力，產生一防止 鲁扭轉之反作用力，故餘體對支撐體第—軸旋轉時，亦與發 $機同步對其第二軸旋轉。在本發明另—實施例中該兩功 月匕被彼此分開。旋轉動作係由第—軸傳輸至第二軸的功能 利用形狀及/或力鳴合元件之互相作用。最簡單的是使用 互相喃合之齒輪，例如兩伞齒輪。另一保持搶體在支撐體 上且吸收水渦輪所導入沿第二軸方向之推力的功能可利 用一拉錨、，其確保旋轉動作由第一轴傳輸至第二轴所需的 形狀及/或力唾合。 #本發明㈣可用於主動追縱，即㈣被強制對支撐體第 =軸旋轉，亦可用於被動追縱，即_被水壓被動旋轉。 前者可將發電裝置設做迎流或背流轉子。使用被動追縱只 可设背流轉子。被動追蹤時，發電機的扭力會產生對水流 .方向最佳調整之-角度偏差。發電機的扭力會傳輸至搶 體，使得搶體對其第二軸產生一扭力，由於第一轴與第二 轴之同步聯結，該扭力會傳輸至支撐體軸。如此使得艙體 對其第二軸偏轉而離開最佳位置，接著因水流而產生反作 用力，直至-定的角度偏轉導致回復平衡。但該角度偏轉 96149648 8 200842238 在一般的發電裝置中極小而只有 ::構二:及槳，意提高心：Γ::: 離，使:::有二：子艙體之長度，而增加與樞接部的距 位置時可產生較大滑水力。員及水屑輪，在偏離最佳 電m线追料，可使料向之水渦輪，以使郎 齡偏差 ^之扭力互相抵銷，而避免上述達到平衡點之前的角度 .【;::r佳實施例及附圖’詳細說， 為=二=示本發明發電裝置1之基本元件簡示圖。 為轉換水流之動能設有一水渦輪2，1 ] 口 槳。該渦輪驅動一發電機1 °可设作螺旋 械d其被容置在艙頭9 Φ，十甘 外咸構成搶頭。該艙頭9歸屬一 5 盘支撐俨^ ,口她 4知體4 ’⑽體使水渦輪 二支“5有-距離。支撐體5可例如為— 撐栅，亚被錨定在海底8。支樓 5 其被以物定於海底 樞接部6,使得水渦輪2對水流方向==::二 =成=4之同步旋轉。圖lb顯示圖^區接部=放 大圖’其係利用滾動原理。 之m屬於▲支撐體5之第一軸u及-屬於搶體4 向:二=之？=。水渦輪2對水流方 la之技通你主, 轴12平行於水流方向。圖 月戈表％流轉子之水流方向。調整發電裝置i時， 96149648 200842238 弟一軸11進行旋轉。如搶體4連同固定連 二二固定的電規7繞其自軸旋轉，則由發電機 3/=/4'_部6㈣至支㈣5的連接魏7不會 體4與支撐體5的傳動比為1 : 1 Μ)。圖 形滾㈣1Q1及切體5錐形 iU· 2。滾動面 1〇 J 9 & Α ^ , .1及10.2為相同以得到一致的轉速。為 =/月脫’該兩面最好設歯或嵌合凸部及嵌合凹口或一摩 亦即：用形狀或力嗜合連接而進行滾動及需要的同 ‘。如°又齒，則條件U=1時，使用具有相同齒數之齒 據貝轭例，艙體4與支撐體5間連接電瘦7之扭轉 j纽，而不受對支撐體5第—軸u的旋轉左右時，第 弟二軸1卜12之1 ·· 1傳動比條件可放寬。故可接受 ^第i 11之小角度旋轉不直接轉換成—同步旋轉，而 疋在達到疋扭轉度後才開始。例如彈性聯接件可克服扭 籲轉，而在達到足夠的回復力後才迫使第一軸之旋轉帶動第 二軸之同步旋轉。 圖lb之原理圖未顯示樞接部工作時確保兩滾動面ι 及10.2接觸之元件。尤其為迎流轉子時，需吸收由水渦 輪2之水壓傳輸至樞接部6的拉力。為此可在樞接部6設 &疋元件，如圖2a及2b所示之中心拉錨13。該拉錯！ 3 一端與艙體4固定連接，另一端則與支撐體5形狀嚙合可 方疋轉連接，如圖中溝與環之設計。此外，亦可使第一轴 11與第二軸12非為直角，而是夾成一 <90。之角，亦即艙 96149648 200842238 體二調整水渦輪時夠成-V形包絡線。如此使得 艙體：滚動面在支揮體5之滚動面上滾 = 1之每-旋轉動作 =;第 ==對第i .(U=l)。此處可使用不同的齒或摩擦片。在圖 巧厌』、於支撐體5之錐形面17角产。 2b為相反。兩實施例皆可確保對軸η之旋轉與對：二 之旋轉的傳動比㈣。其可藉適當選擇齒而達成。 圖3a及3b之實施例不同於上述實施例之處 中心„撓性拉錯23,其可吸收拉力，並可側向吏= 曲。取間早的是使用一鍊條或多層線編織物。為得到第: 及第二形狀嗜合元件，艙體4與支撐體5端面各具 合之凸起2卜22,其外周面為平坦狀，故_4盘支入 體5構成一角度時，該傾角由凸起21、22之輪驗^ 坦接觸面與撓性錯23的間隙決定。藉水力維持該紗， 故彼此嵌合之凸起可被連動，且同步滾動之傳動比二 圖二及^顯示一撓性中心錨。圖4a顯示扇形拉錨23 2 之未變形狀態，圖4b顯示其變形狀態。該 構成’該濩套牙過拉錨23. 2内部一通道2?。配合拉 設有彎曲抵靠面28,其與撓財心錯23. ς ^ 錐形滾動面10」抵靠第二錐形滾動面1〇 2。圖 顯示撓性拉錨另一實施例。此處艙體4與支撐體5沒有互 96149648 200842238 ::?”滚動面，其只利用-撓性拉錯樞接件23 3而使 對弟一軸11之旋轉動作同步帶 . 樞接件例如為一彈性環形件，具有一弟適:轴。之旋轉。該 作時，如® 5b所示，賴性拉錨樞接件f t及厚度。工 相對側則縣縮，其連動作用由避免扭轉之彈^皮生延展此 小扭轉’撓性拉錨樞接件扭轉 力雷限制連接電纜的扭轉。 ，、夂弹 專業人員可憑其專業知識而設計其 體4與支撐體5末端可靠 '引;則吏艙 30,菲忆展動運接。圖6顯示一防傾件 可二旋轉環繞支撐體5的第-環體30」及一 =“_體4的第二環體3G 2,該兩構件較佳設有 盘支心有t接兩構件的侧3°.3,以防止艙體4 28二 角度改變。如圖6所示，可被彎曲抵靠面 #的撓性中心拉錨23作用只在於吸收艙體4對第一 由η轉動時的拉力及壓力負荷。但亦可將該功能整合於 :傾件3〇，而取代中心拉錨23。其細部未顯示於圖6。 【圖式簡單說明】 ③圖1a及lb係本發明水力發電裝置之支撐體與艙體間之 樞接#的作用原理圖，其中艙體之調整會使其對其自軸同 步旋轉。 #圖2a及2b係產生同步運動之第一及第二形狀及/或力 _合元件之不同實施例，其設一剛性中心拉錨。 圖3a及3b係設一撓性中心拉錨之實施例。 图4a及4b係設一中心撓性拉錯與一抵靠面之實施例。 96149648 12 200842238 圖5a及5b係樞接部之一實施例，其只使用一彈性元件。 圖6係設作防傾件之其他導引件。 【主要元件符號說明】

1 發電裝置 2 水渴輪 3 發電機 4 艙體 5 支撐體 6 樞接部 7 連接電纜 8 海底 9 艙頭 10. 1 ^ 10. 2 錐形滾動面 11 第一軸 12 第二軸 13 拉錨 17 第二錐形面 18 第一錐形面 20 可彎曲護套 2卜22 互相嵌合之凸起 23 撓性拉錨 23. 2 扇形拉錯 23· 3 挽性拉錯柩接件 24 彈性部 96149648 13 200842238 25 剛性部 27 通道 28 彎曲抵靠面 30 防傾件 30. 1 第一環體 30. 2 第二環體 30. 3 連接片 96149648

Claims (1)

1. 200842238 十、申請專利範圍： 1· 一種可旋轉水力發電裝置，其包括： 一水渦輪（2); ’ 一發電機（3)，其被水渦輪（2)驅動； - 一支撐體（5)，其具一第一轴（11); 一艙體（4)，其具一第二轴（12)，該第二軸（12)與第一 軸（11)構成一角度，且艙體（4)可相對於支撐體（5)移動； 一連接電纜（7)，其由發電機（3)經艙體（4)而延伸至支 •撐體(5); 一樞接部（6)，其位在支撐體（5)與艙體（4)之間，並具 有一使艙體（4)對支撐體（5)所屬第一軸（11)之旋轉動作 帶動艙體（4)對其所屬第二軸（12)旋轉的裝置，而避免連 接電纜（7)扭轉。 2·如申請專利範圍第1項之發電裝置，其中，艙體（4) 對第一軸（11)之旋轉動作與對第二軸（12)之旋轉動作的 Φ轉速比為1 : 1。 3·如申請專利範圍第1或2項之發電裝置，其中，一第 一軸驅動件主動使艙體（4)對支撐體（5)之第一軸（11)旋 轉。 、4.如申請專利範圍第i $ 2項之發電裝置，其十，搶體 ⑷使水渦輪⑺與枢接部⑻有—雜，且水渦輪⑵對支 撐體（5 )之第一軸（11)的旋轉受水流影響。 5.如申請專利範圍第2項之發電裝置，其中，對第一軸 ⑴）之旋轉動作與對第二軸⑽之旋轉動的傳動比i : i 96149648 15 200842238 係由支撐體⑸之第―形狀及/或力喝合元件 第二形狀及/或力嚙合元件的互相作用 )之 設有㈣元件，其確保第—與第二 樞j妾部⑻ 保持接觸。 或力嚙合7〇件 6.如申請專利範圍第i、 樞接部⑻具—彈性元株/5項之务電^置，其中， ^ 、， 译[生兀件’其與支撐體（5)及艙體（4)連 接’亚可對拉力負載、折曲負載及扭轉產生-回復力。

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