TW201040400A - Fluid flow energy harvester - Google Patents

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201040400 六、發明說明： [相關申請案之對照參考資料] 本申請案主張2009年1月26日所提出之美國臨時 利申請案第61/206,044號之利益，在此以提及方式倂入 述申請案之整個內容。 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種用以攫取能量之裝置，更特 ^ 地，是有關於一種能量攫取器（energy harvester)，其中當 體流通過一旋轉柱體（rotating cylinder)時，該能量搜取 藉由利用該流量所產生之上升力，從該流體流攫取能量 該裝置可用於液壓氣動、液壓動力、風力或波動力系統 【先前技術】 水力發電系統用以從海洋、海灣及河流中水的潮汐 水流運動產生電力。通常，這樣的系統使用高水源及高 流量條件。系統操作參數（包括高水源及高流量條件）限 〇 用以設置流體流能量攫取器之合適地點。已將傳統水力 輪技術（包含將一發電所放置在壩體中且使渦輪機位於 低水位處）應用至可發展出大水源之山河及瀑布地點。 此’使用水力渦輪機之發電所通常被設置在能經得起其 產生之巨大水壓之較大且複雜水壩結構中。另一方面， 爲在經濟及實用問題上水力渦輪機沒有有效地操作於低 源（換句話說，水位差爲約3公尺或更小），所以數千條 流、溪流及運河之水能潛勢保持未開發的。這樣的傳統 專 前 別 流 器 或 水 制 渦 最 因 所 因 水 河 水 201040400 力渦輪機基於安裝及成本效益營運而需要有效水深度。 亦已發展使用較低水源來產生電力之系統。這些系統 被描述於美國專利第4,717,832、5,074,710及5,222,833中， 在此以提及方式倂入該等美國專利之揭露。 亦知道用以利用海洋及河流之潮汐運動及水流流動的 系統。這樣的系統通常需要水壩或其它可將水體之一部分 與另一部分分離之實體結構。藉此，可產生一水位差，以 提供一用以驅動像水力渦輪發電機之機械裝置的壓差。 〇 另外，已知可從潮汐運動及河床中之液體流量獲得電 力之軸向流動渦輪型裝置（axial-flow turbine type devices)。這樣的裝置被揭露於P. Vary et al.之美國專利第 3,980,894 號、W.J.Mouton，Jr.之美國專利第 3,986,787 號、 J.M.Lapeyre 之美國專利第 4,384,212 號、D.Dementhon 之 美國專利第 4,412,417號及 M. Lapeyre之美國專利第 4,443,708 號中 ° 〇 在上述Mouton, Jr.專利之一多單元實施例中已揭露樞 軸流量修改裝置（pivotal flow-modifying means)。 E. M. Wilson之美國專利第4,465,941號揭露一種用於 流量控制樞軸閥或變流裝置之水輪型裝置（water-wheel type device) ° 此外，不同之馬格奴士效應產生系統（Magnus effect generating systems)已被構想出來。在 1853 年 G. Magnus 教 授首先公佈馬格奴士效應（Magnus effect)。馬格奴士效應係 201040400 爲一種物理現象，其中一自旋物體以本身爲中心產生一旋 轉流體之水流。當該水流通過該物體時，在該物體朝該流 體流之方向移動之側上使流量之擾流邊界層的分離延後， 及在該物體朝該流體流之相反方向移動之側上使流量之擾 流邊界層的分離超前。因此，在該物體朝該流體流之相同 方向上移動之側的方向上施加壓力，以提供大致垂直於該 流體流之方向的運動。簡而言之，當一旋轉柱體在一相對 於它的旋轉軸之角度上遭遇一流體流時，將會產生一垂直 Ο 於該流動方向之上升力。如果在一垂直軸上安裝一旋轉柱 體，則在相對於流經該柱體（左側或右側係依旋轉之方向而 定）之水的方向之直角上發展出該上升力。 馬格奴士效應之使用亦可用以描述棒球之彎曲投球及 飛機槍橫向地對著飛機行進路線之射擊。 亦有各種專利揭露馬格奴士效應在飛機升起、船之操 控及潛艇操控之協助上的使用。 Q 在美國專利第4,446,379號中利用馬格奴士效應，該美 國專利揭露被安裝在相對於以一般垂直軸爲中心旋轉之軸 的直角上旋轉之馬格奴士柱體。該等軸自由旋轉180度。 使該等馬格奴士柱體朝相同角方向持續旋轉。在該等軸之 旋轉的某一位置上，該等柱體以一大致平行該等軸之旋轉 軸的軸爲中心旋轉。當將該設備浸入一流體（氣體的或液體 的）中時，在該等軸與該流體排成直線時，會發展出旋轉轉 矩，以及當該軸接近一橫向於該流體之位置時，此旋轉轉 201040400 矩則減少。當該等軸經過此橫向位置時，將該等軸旋轉1 80 度之該旋轉橫體發展出一轉矩，其中在該180度位置處， 之前向下依靠之柱體現在是直立的，及之前直立柱體現在 是向下依靠在它的軸上。該裝置係設計成利用兩個或更多 個安裝有柱體之軸，以及以該等軸之旋轉軸爲中心持續產 生轉矩。此裝置之複雜度使它很難建立或操作。如果要使 用馬格奴士效應來產生電力，則需要一較簡單裝置。

Holland之美國專利第4,5 82,0 1 3號描述一種使用一柱 〇 體之自行調整風力發電機器。 發明名稱「馬格奴士力流體能量攫取器」之相互關連 的美國專利申請案第2009005 809 1描述一種能根據流體流 提供運轉之能量攫取器，在此以提及方式倂入該美國專利 申請案之全部。該能量攫取器包括由一柱體所界定之一馬 格奴士柱體，該柱體係被一馬達驅動，該馬達促使該柱體 旋轉，以使流經該柱體之流體產生上升力。可以提供一水 〇 道或系統，以導引該流體流至該柱體。該旋轉柱體之配置 可結合於一機械裝置中，其中該機械裝置係設計以轉換該 上升力成一機械運轉，以驅動一發電機。藉由使用一制動 機構（stalling mechanism)及一抗衡機構（counter balanced mechanism)，可反向因該所產生上升力所造成之該機械運 轉。此產生一可被獲得及使用來驅動一發電機之雙向運 轉。該裝置可使用於空氣或液壓環境中。該能量攫取器之 修改可配置成利用所產生之電力來產生用於燃料電池或用 201040400 於燃燒之氫氣。 亦已發展出使用渦輪葉片之氣壓驅動系統。然而’這 些系統通常使用以高速旋轉之葉片。這些旋轉葉片可能會 產生問題，因爲該系統所遭過之任何大小相當的外來物體 會損壞該等葉片，因而限制了該系統之結構整合性。當該 系統像在渦輪葉片航空器之使用中利用空氣之流動時’鳥 擊會對等旋轉葉片造成顯著毀損，如同是石塊或其它碎片 會不慎地或故意地被引入該旋轉葉片。當該系統係一水力 Ο 系統時，水生植物及動物以及在水道中所常常發現到之碎 片（例如，大塊木頭）的引入亦會造成損害。 前述技術所構想出之大多數的系統利用充滿噪音、不 利於植物群及動物群及需要介入流水之運動的水壩之旋轉 葉片。此外，在這些應用中所使用之系統顯著地遮著太陽， 因而不利地影響水生植物的生存。這些方法通常受阻於對 植物群及動物群造成之傷害所引起的影響群落及會負面地 〇 影響群落活動之水體被壩之堵住。對水流以壩來堵住及重 建水道亦會造成對野生生物棲息地之顯著上游破壞。 世界上的低水源及低流量水力條件係普遍的。在此所 述之困難處是：沒有用以控制來自低水源之能量以產生電 力之簡單且容易的方法。 然而’儘管前述之技術努力，沒有能從低水源/高動力 及低動力源（例如，潮汐及/或河流）產生電力及能在改變流 動條件下持續產生之已知系統。 201040400 因應工業電力需求之增加’有鑑於有關流體流能量攫 取器之目前技藝水準，還需要一種不會損害植物群及動物 群及能被採用於環境中而不干擾自然水流或阻擋至水體底 部之大部分的陽光之系統。亦需要一種能操作於低水源及 低流量條件中之環境合適、相當有效且簡單的能量攫取器。 【發明內容】 如在此所使用，術語「液體應用（hydro application)」 及「液壓（hydraulic)」用以描述該能量攫取器之關於液體的 ❹ 使用，以及術語「氣體應用（gas application)」及「氣動 (pneumatic)」用以描述該能量攫取器之關於氣體（例如，空 氣）的使用。 如在此所使用，術語「上升力」意指一垂直於流體流 之方向的力。 如在此所使用，術語「電力網（electrical grid)」意指 任何用以利用或傳送電流之系統。 Q 本發明提供一種能藉由利用在低水源壓力及/或每秒1 公尺或更大之流速下流動之流體源的可用性，使用由馬格 奴士效應所產生之上升力從低動力液壓或氣動流產生能量 之能量攫取裝置（或能量攫取器）。該能量攫取器包括流入 及流出流體通道、一能量攫取器室及一組旋轉柱體，該組 旋轉柱體通常以放射狀配置來安裝且橫向於流體流之方 向。該流入通道具有分流器（diverters)及擋板（baffles)，以 將流體之流動導向該等柱體。 201040400 該上升力可被傳送至一機械系統中，例如，可經由一 驅動軸或相似機構傳送至一發電機。 對於氣體應用’該能量攫取器之應用係在超低水源壓 力流體流之情況下’以及該能量攫取器可輕易地傳送顯著 之上升力’以使該系統驅動一傳統產業發電機。此允許本 發明之能量攫取器達成高於習知技藝之能量攫取器之效 率。對於液體應用’該能量攫取器之應用係在超低水源流 或任何每秒1呎或更大之強流的情況下，此條件需求係低 ❹ 於習知技藝。因爲在本應用中係使用放射狀水柱體或空氣 柱體’且因用以發展出上升力的能量及發展出的上升力非 常大’並具有集中在中心軸之能力，從而可達成高可調應 用。 在氣動能量轉換之情況中，該通道集中要被導向該空 氣柱體之空氣及傳送該空氣，因而產生最大之上升力。接 著，將在該流動空氣中所攫取之能量轉換成機械能量。將 Q 該能量攫取器連接至一發電機之可產生電能。在沒有額外 齒輪裝置之情況下，該空氣能量攫取器之速度可增加至該 發電機之速度。 在一液壓應用實施例中，該能量攫取器可以一自浮配 置來安裝，及設置於一位於每秒1 D尺或更大之水流中（例 如，潮流道中）的船或平台。在這樣的實施例中，該能量攫 取器係剛好設置在水面下方，此位置之水流速度係最大， 且該能量攫取器憑藉船隨水上升及下降而保持在該位置 201040400 中。該旋轉能量攫取器特別適合於此應用。若需要的話， 可以提供一殻體以將該流體導向該能量攫取器，但如果水 流速度足夠大時，則不需要。該能量攫取器連接至一合適 之發電機，該發電機可以安裝在船上之防水室中或可以設 置在遠端。因爲該能量攫取器係設置在水中，所以上升力 係被轉換成機械能量，以驅動該發電機。 在另一情況中，將該流體流集中，以便加速通過該空 氣或氣壓柱體之流體之速度，從而增加該柱體之上升力。 〇 將該流體流從一較大剖面導向一較小剖面也有助於該柱體 之上升力的增加（因爲該柱體可利用該流體之流速之增 加）。 在此提供方法係利用該空氣或氣動柱體，以產生一旋 轉運動，進而直接驅動一旋轉發電機。上述將使用一組以 輪子形式所配置之柱體，及用以驅動該等柱體之單一馬達 或一組馬達。縱向地成對分隔該等柱體，以便加速來自該 Q 第一或前柱體之流體流，及以該第二或下一柱體進一步加 速該流體流，其中該第二或下一柱體係位於該第一柱體之 後面，及以不同於該第一柱體之相位方式定位在至少30度 角處，但是不超過1 79度角處。此定位允許該流體沿該機 器之縱向長度被加速，且被每一柱體加速，藉此增加每一 柱體之上升力所產生之轉矩，該上升力係用以驅動該旋轉 發電機。本發明並不侷限可被安裝之柱體對之數量，而是 可安裝任何數量之柱體對，以產生期望之轉矩。 -10- 201040400 從下面詳細敘述，結合所附圖式，將更充分了解本發 明。 【實施方式】 本發明之一用於流體流之能量攫取器係顯示於第 1、2及3圖中，且安裝成爲一與一流體流90相通之結構。 該能量攫取器包括流入流體通道壁4、5、6及7,以及用以 容納來自該等流入流體通道壁4、5、6及7之流體流90的 ^ 能量攫取器通道側壁8、9、10及11。一主軸40係設置在 一由該等流入流體通道壁4、5、6及7以及該等用以容納 該流體流90之能量攫取器通道側壁8、9、1 0及1 1所構成 之通道95中。馬格奴士柱體200、201、210及211之每一 者係安裝在位於該主軸40與該等通道側壁8、9、10及11 間之個別對應之中心軸205上。如第4及5圖所示，亦可 以一管道307來取代該等壁。以一由該等流入流體通道壁 4、5、6及7所形成之流入流體通道、一由該等通道側壁8、 〇 9、10及11所形成之流出流體通道及一配置在該流入流體 通道與該流出流體通道間且由該等通道側壁8、9、10及11 所形成之能量攫取器室1 2來界定該流體流路徑。亦可使該 等壁在此配置中朝側或底部壁彎曲，因而在平行於該流體 流路徑之平面上具有相對高度。此藉由將較大量流體導向 該能量攫取器來作爲該流體流之集中器，藉此增加該流體 之速度（此將增加該柱體所產生之上升力）。此增強可使用 於本發明所構想之任何實施例中。在第7及8圖中所呈現 -11- 201040400 之資料中亦可看出此增強。此資料顯示轉矩從理 的顯著改善。上述係因該上升力之放大所造成’ 流體經過該第一馬格奴士柱體200時被加速’然 動至下一馬格奴士柱體201，在此處流體被再次加 流體向下移動至下一馬格奴士柱體210,在此處流 加速，然後流體向下移動至下一馬格奴士柱體2 1 圖所示，發展出該馬格奴士力。要增加該上升力 格士奴柱體之1-20個直徑範圍內複製該能量攫取 〇 體流90可以是液壓或氣動的（空氣或氣體）。 該等柱體係安裝在一由一通路所形成之通道 該通路係由該等相對通道側壁、一任選底部室壁 入流體通道壁及該等流出流體通道壁所界定。此 該流體流經過該能量攫取器。該等柱體係橫向地 過該通路之流體流來定位，及安裝來用以旋轉， 在第6圖所示之柱體支撐物10 00及1105中之軸表 Q 1 0 8 5來旋轉。 如第6圖所示，以一驅動機構旋轉該等柱體 流體流集中經過該通道95及通過該等柱體200、 及2 1 1時，經由該馬格奴士效應可產生該上升力 該通道9 5及通過等柱體200、201、210及211之 迫該機構旋轉該主軸40機構，以促使該驅動機構 機1 030。流體在該通道中之集中可加速該流體流 由朝該等柱體200、201、210及211注入該流體 論至實際 因爲當該 後向下移 速，接著 體被再次 1。如第9 ，則在馬 器。該流 中，其中 、該等流 通路導引 相對於經 例如透過 P： 1 080 及 。當使該 201 、 210 。該經過 流體流強 旋轉發電 ，此係藉 來達成。 -12- 201040400 然而，該加速被該等馬格奴士柱體本身意外地放大，及發 生因在該能量攫取器室12中之流體的加速所造成的上升 力之增加，藉此增加該上升力。該流體流進一步被每一柱 體所加速，以增加在該流體流路徑中之該等連續定位柱體 的上升力。該等柱體200、201、210及211之直徑可爲相 同，或者彼此成比例地變化。 因此，藉由沿著該中心軸交錯排列該等馬格奴士柱體 來改善該放射狀馬格奴士渦輪機之效能，以致於每一柱體 〇 如第1、2、3、4及5圖所示係在一個別平面上。該流體流 90可以是液壓或氣動的（空氣或氣體）。 第4及5圖顯示一種旋轉系統，其中該旋轉系統在該 通道中使用該流體流來以垂直方式旋轉該等柱體，以發展 出垂直於該流體流之上升力。該能量攫取器室係一管道 3 07。該設計使該裝置相當適合於管道內操作。該圓形管道 形狀藉由保持該流體容納於一集中能量攫取器室1 2中，以 Q 進一步增加該等柱體之上升力所產生之轉矩。轉矩之增加 係因在該馬格奴士柱體周圍之水與該馬格奴士柱體交互作 用而加速，進而使水流速增加所造成的，藉此產生較高之 上升力。要增加該上升力，則朝該流體流之下游方向在馬 格奴士柱體之2-20個直徑範圍內複製該能量攫取器。該流 體流90可以是液壓或氣動的（空氣或氣體）。 第6圖顯示用以傳送轉矩以驅動該等馬格奴士柱體之 雙軸，該等馬格奴士柱體之旋轉轉而驅動外軸，以驅動該 -13- 201040400 發電機。一馬達1005連接至滑輪1010。一皮帶1021從滑 輪1010傳送轉矩至滑輪1020，以驅動在軸承1 085及1080 中所支撐之軸1045。該軸1 045之驅動會驅動中心軸1205 及1215，藉此促使馬格奴士柱體1200及1210旋轉。如第 4及5圖所示，上述在經歷流體流90時產生上升力。然後， 此上升力促使外軸1 040旋轉，此驅動該驅動滑輪1 0 1 5，以 驅動發電機驅動滑輪1031(透過皮帶1 032)，進而驅動發電 _ 機1 030。如第19圖所示，可以使用一小齒輪1029或大齒 ❹ 輪1028來驅動該發電機1030。發電機1030可被安裝至電 池99或至電力網98。該馬達1005可在電力、氣動力或水 力下操作，以及如果使該流體流90反向，則該馬達1005 係可反轉的，以允許該中心軸40之旋轉爲相同方向。如第 20圖所示，可以一泵5000取代該發電機1030，以抽取像 空氣或水之流體。杲5000之流體輸入爲5010，且泵5000 之輸出爲5020。所抽取之流體可以是像空氣之氣體或像水 〇 之液體。 至少兩組斜齒輪1 050及1 060係設置在軸1045上，以 驅動該兩個馬格奴士柱體（例如，安裝至該等中心軸1205 及1215之柱體1200及柱體1210)。斜齒輪1055係安裝至 軸1215，其中該軸1215被定位成與斜齒輪1 05 0耦接，以 及斜齒輪1 065係安裝至中心軸1 205，其中該中心軸1205 被定位成與斜齒輪1 060耦接。該馬達1〇〇5之旋轉運動透 過該組斜齒輪驅動該等馬格奴士柱體之旋轉。如果需要更 -14 - 201040400 多動力，則可加入成對之額外馬格奴士柱體。可以滾子鏈、 附齒帶、V形帶、肋形帶或纜線來取代該等皮帶1021及 1032。在另一情況中，參考第14圖，可在一用以使用電流 將水分離成氧氣及氫氣之反應室2000中使用來自該發電機 1 03 0之電力，藉此將水分離至一氧氣流出裝置2005及一氫 氣流出裝置2010。然後，該氫氣可被儲存在一加壓瓶2015 中或直接在一傳統發電機2020中被氧化。 第 9圖顯示一在軸馬格奴士系統（on-axis Magnus 0 system)之平面實施例。當流體流520到達朝方向501旋轉 之馬格奴士柱體500時，使該流體流在該柱體周圍轉向， 以促使在流體流505中有較高壓力及在流體流506中有較 低壓力。流體流505及流體流506之梯度（gradient)導致 上升力510。現在參考第10及11圖，將使用第9圖之在軸 馬格奴士系統的能量攫取器安裝成爲一與一流體流90相 通之結構。該能量攫取器包括用以容納流體流90之側壁 Q 3 07。將上面設置有馬格奴士柱體200、201、210及211之 中心軸40安裝在該等通道側壁307間。該流體流路徑係以 一由通道壁307所形成之流入流體通道來界定。亦可使該 等壁在此配置中朝側或底部壁彎曲，及因而在平行於該流 體流路徑之平面上可具有相對高度。此藉由將較大量流體 導向該能量攫取器來作爲該流體流之集中器，藉此增加該 流體之速度（此將增加該柱體所產生之上升力）。此增強可 使用於本發明所構想之任何實施例中。 -15- 201040400 現在參考第1 2及1 3圖，使馬格奴士柱體直徑以一定 尺寸製作及以串聯方式配置，以便在一第二能量攫取器中 之馬格奴士柱體受益於一初始能量攫取器所造成之水流速 度的增加。在此，尺寸700約等於該馬格奴士橫體直徑70 i 之10倍。要增加該上升力，朝該流體流之下游方向在該馬 格奴士柱體之1-20個直徑內複製該能量攫取器。在任何實 施例中，該流體流520(第9圖）或90(第10及11圖）可以是 ^ 液壓或氣動的。 C) 在任何應用中，該等流體流可以是一排放系統（effluent system)之輸出流體流。例如，該流入流體通道可連接至一 下水道、一水處理設施、一洩水溝、一貯留池、溝渠、一 屋頂排水、水壩之流出、一空調管線及一聚水槽中之一個 或多個。 參考第15圖，將本發明之能量攫取器405安裝至一由 甲板627及浮筒626、628所構成之平底船。水位線係以622 〇 來表示。 參考第16圖，將本發明之能量攫取器40 5安裝至一由 面板627、65 0、65 5、65 6及65 1所構成之橋樑結構。水位 線係以622來表示。 參考第17圖，將本發明之能量攫取器405以面板627 及浮筒626、628安裝至該流體通道之底部。水位線係以622 來表示。 參考第18圖，本發明之一具有軸40之能量攫取器3000 -16 - .201040400 以軸3005、齒輪3010及3015以及軸3020取代第6圖所示 之皮帶驅動系統來連接至一發電機3 03 0。 能量攫取器405亦可直接連接至一像感測器之裝置， 以提供該感測器電力。典型應用包括氣候感測器、波動感 測器及水流下感測器。 該能量攫取器可依所在之流體的狀態安裝至一浮動平 台或一固定平台。 _ 雖然已表示及描述關於該等詳細實施例之本發明，但 〇 是熟習該項技藝者將了解到，在不脫離本發明之範圍內可 以實施各種變更及以均等物來取代其元件。此外，可以實 施修改，以使一特定情況或材料適合於本發明之教示而不 超出其基本範圍。因此，本發明沒有意欲偈限於上面所詳 述之特定實施例，而是本發明將包括落在所附申請專利範 圍內之所有實施例。 【圖式簡單說明】 Q 第1圖係一在一由數個壁所界定之通道內之一軸位置 上具有交錯排列旋轉馬格奴士柱體的放射狀裝置之示意側 視圖； 第2圖係一在一由數個壁所界定之通道內之一軸位置 上具有交錯排列旋轉馬格奴士柱體的放射狀裝置之示意端 視圖； 第3圖係一在一由數個壁所界定之通道內之一軸位置 上具有交錯排列旋轉馬格奴士柱體的放射狀裝置之示意上 -17- 201040400 視圖； 第4圖係一在一管道內之一軸位置上具有交錯排列旋 轉馬格奴士柱體的放射狀裝置之示意側視圖； 第5圖係一在一管道內之一軸位置上具有交錯排列旋 轉馬格奴士柱體的放射狀裝置之示意端視圖； 第6圖係一用以驅動該等馬格奴士柱體及傳送動力至 該發電機之雙同心軸的示意圖； 第7圖係對於第4及5圖所示意之機器的每秒2呎之 〇 流體流的轉矩相對RPM之曲線圖； 第8圖係對於第4及5圖所示意之機器的每秒4呎之 流體流的轉矩相對RPM之曲線圖； 第9圖係該馬格奴士柱體力之示意圖 第10圖係一在一管道內之一軸位置上具有平面旋轉 馬格奴士柱體的放射狀裝置之示意側視圖； 第11圖係一在一管道內之一軸位置上具有平面旋轉 Q 馬格奴士柱體的放射狀裝置之示意端視圖； 第12圖係一在一管道內之一軸位置上具有雙平面旋 轉馬格奴士柱體的放射狀裝置之示意側視圖； 第13圖係一在一管道內之一軸位置上具有雙平面旋 轉馬格奴士柱體的放射狀裝置之示意端視圖； 第1 4圖係一用以驅動該等馬格奴士柱體及傳送動力 至該發電機之雙同心軸的示意圖，其中該發電機接著產生 氫氣及氧氣； -18- 201040400 第15圖係浮在一平底船結構上之本發明的一能量攫 取器之示意圖； 第16圖係安裝至一橋樑結構的本發明之一能量攫取 器的示意圖； 第17圖係以一橋樑結構安裝至該流體通道之底部的 本發明之一能量攫取器的示意圖； 第18圖係一使用一齒輪系及驅動軸系統之能量攫取 器的示意圖； 0 — 第19圖係一倂入一小齒輪來驅動一發電機之能量攫 取器的示意圖；以及 第20圖係一倂入一小齒輪來驅動一栗之能量攫取器 的示意圖。 【主要元件符號說明】 4 流 入 流 體 通 道 壁 5 流 入 流 體 通 道 壁 6 流 入 流 體 通 道 壁 7 流 入 流 體 通 道 壁 8 能 量 攫 取 器 通 道 側 壁 9 能 量 攫 取 器 通 道 側 壁 10 能 量 攫 取 器 通 道 側 壁 11 能 量 攫 取 器 通 道 側 壁 12 能 量 攫 取 器 室 40 主 軸 -19- 201040400

90 流體流 95 通道 98 電力網 99 電池 200 馬格奴士柱體 201 馬格奴士柱體 210 馬格奴士柱體 211 馬格奴士柱體 205 中心軸 307 管道（側壁） 405 能量攫取器 501 方向 505 流體流 506 流體流 5 10 上升力 520 流體流 622 水位線 626 浮筒 627 甲板（面板） 628 浮筒 650 面板 65 1 面板 655 面板 -20- 201040400

656 面板 700 尺寸 701 馬格奴士柱體直徑 1000 柱體支撐物 1005 馬達 1010 滑輪 1015 驅動滑輪 1020 滑輪 1021 皮帶 1028 大齒輪 1029 小齒輪 1030 發電機 103 1 發電機驅動滑輪 1032 皮帶 1040 外軸 1045 軸 1050 斜齒輪 1055 斜齒輪 1060 斜齒輪 1065 斜齒輪 1080 軸承 1085 軸承 1105 柱體支撐物 -21 - 201040400 1205 及 1215 中 心 軸 2000 反 應 室 2005 氧 氣 流 出 裝 置 20 10 氫 氣 流 出 裝 置 2015 加 壓 瓶 2020 傳 統 發 電 機 3000 能 量 攫 取 器 3005 軸 3010 齒 輪 30 15 齒 輪 3020 軸 3030 發 電 機 5000 泵 5010 輸 入 5020 輸 出 Ο -22-

Claims (1)

1. 201040400 七、申請專利範圍： 1.一種能量攫取器，包括： 一流體流路徑，由一流入流體通道、一流出流體通道 及一配置在該流入流體通道與該流出流體通道間之室所 界定； 一主軸，設置在該室中且軸向地定位在該流體流路徑 中； 一第一馬格奴士柱體 '在該流體流路徑中橫向地安裝 〇 在該室內的該主軸上，該第一馬格奴士柱體係藉由一第 一中心軸安裝在該主軸上，且藉由一馬達以該第一中心 軸爲中心來旋轉驅動； 一第二馬格奴士柱體，用以與該第一馬格奴士柱體相 搭配，且藉由一第二中心軸安裝在該主軸上，該第二馬 格奴士柱體朝該流體流路徑之下游方向分隔有一距離， 且藉由該馬達以該第二中心軸爲中心來旋轉驅動； Q 一電流產生裝置，用以自至少部分由該第一馬格奴士 柱體及該第二馬格奴士柱體之運轉所造成之該主軸的運 轉來產生一電流，該主軸之運轉係朝垂直於該流體流路 徑之方向，以及因一朝該流體流路徑之下游方向移動的 流體之加速而提供一大於一理論轉矩値之轉矩値，該加 速係由該第一馬格奴士柱體及該第二馬格奴士柱體中之 至少一者的旋轉所造成； —電池，用以藉由該電流產生裝置所產生之該電流來 充電；以及 -23- 201040400 一連接裝置，用以將該電池連接至一電力網。 2. 如申請專利範圍第1項之能量攫取器，其中該第二馬格 奴士柱體與該第一馬格奴士柱體分隔之該距離係該第_ 馬格奴士柱體在該下游方向上之約2至約20個直徑。 3. 如申請專利範圍第1項之能量攫取器，其中該馬達可在 電力下操作。 4. 如申請專利範圍第1項之能量攫取器，其中該馬達可在 ^ 氣動動力下操作。 〇 5 .如申請專利範圍第1項之能量攫取器，其中該馬達可在 液壓動力下操作。 6.如申請專利範圍第1項之能量攫取器，其中該能量攫取 器係安裝至一浮動平台。 7 .如申請專利範圍第1項之能量攫取器，其中該能量攫取 器係安裝至一非浮動平台。 8 _如申請專利範圍第1項之能量攫取器，其中在該流體流 〇 路徑中之流體係爲空氣。 9. 如申請專利範圍第1項之能量攫取器，其中在該流體流 路徑中之流體係爲水。 10. 如申請專利範圍第1項之能量攫取器，其中用以旋轉驅 動該馬格奴士柱體之該馬達對於一正向流動朝一方向旋 轉該馬格奴士柱體，及對於一負向流動則朝一相反方向 旋轉該馬格奴士柱體。 11. 如申請專利範圍第1項之能量攫取器，其中該電流產生 -24- 201040400 裝置包括： —皮帶，可旋轉地移動，以回應該第一馬格奴士柱體 及該第二馬格奴士柱體中之至少一者的運轉；以及 至少一小齒輪，可被該皮帶之運轉驅動，該小齒輪係 可操作地連接至一發電機； 其中可操作地連接至一發電機的該小齒輪之驅動產 生該電流。 12.如申請專利範圍第11項之能量攫取器，其中該皮帶係 〇 選自由V形帶、肋形帶、附齒帶、滾子鏈及纜線所組成 之群組。 1 3 .如申請專利範圍第1項之能量攫取器，其中至少兩個馬 格奴士柱體係定位在該流體流路徑中，該至少兩個馬格 奴士柱體係彼此分隔有最大馬格奴士柱體之一個直徑的 最小距離。 14. 如申請專利範圍第1項之能量攫取器，其中至少兩個馬 Q 格奴士柱體係定位在該流體流路徑中，該至少兩個馬格 奴士柱體係彼此分隔有最大馬格奴士柱體之20個直徑 的最大距離。 15. —種能量攫取系統，使用於一流體流路徑中，該能量攫 取系統包括： 一流體源； 一流體流路徑，來自該流體源，且係由一流入流體通 道、一流出流體通道及一配置在該流入流體通道與該流 -25- 201040400 出流體通道間之能量攫取器室所界定； 一第一馬格奴士柱體，相對於該流體流路徑橫向地安 裝在該能量攫取器室中； 一第二馬格奴士柱體，用以與該第一馬格奴士柱體相 搭配，且設置在該第一馬格奴士柱體之下游方向； 一電流產生裝置，用以根據該第一馬格奴士柱體及該 第二馬格奴士柱體之運轉產生電流，該第一馬格奴士柱 體及該第二馬格奴士柱體之運轉垂直於該流體流路徑， Ο 以及因一流體流朝該下游方向之加速而提供一大於一理 論轉矩値之轉矩値，該加速係由該第一馬格奴士柱體及 該第二馬格奴士柱體中之至少一者的旋轉所造成；以及 一連接裝置，用以將該電流產生裝置連接至一電力 網。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項之能量攫取系統，其中該流體 源係一排放系統。 Q 1 7 .如申請專利範圍第1 5項之能量攫取系統，其中該流體 源係一氣體。 18.如申請專利範圍第15項之能量攫取系統，其中該流入 流體通道係連接至一下水道、一水處理設施、一洩水溝、 一貯留池、一溝渠、一屋頂排水、水壩之流出流、一空 調管線及一聚水槽中之一個或多個。 1 9.如申請專利範圍第1項之能量攫取器，其中在該流體流 路徑中之流體係從一排放系統獲得。 -26- 201040400 20.如申請專利範圍第丨項之能量攫取器，其中在該流體流 路徑中之流體係一氣體。 2 1.如申請專利範圍第丨項之能量攫取器，其中該流入流體 通道係連接至一下水道、一水處理設施、一洩水溝、一 貯留池、一屋頂排水、一空調管線及一聚水槽中之一個 或多個。 22.—種能量攫取系統，使用於一流體流應用中，該能量攫 ^ 取系統包括： 〇 一流體源； 一流出管線，延伸自該流體源； 一流體流路徑，係位於該流出管線中，且由一流入流 體通道、一流出流體通道及一配置在該流入流體通道與 該流出流體通道間之能量攫取器室所界定； 一第一馬格奴士柱體，相對於在該流體流路徑中之一 流體流橫向地安裝在該能量攫取器室中； 〇 至少一第二馬格奴士柱體，位於該第一馬格奴士柱體 之下游處，及用以與該第一馬格奴士柱體相搭配； 一電流產生裝置，用以根據該第一馬格奴士柱體及該 第二馬格奴士柱體之朝垂直於該流體流路徑之方向的運 轉產生一電流，及因該流體流朝該流體流路徑之下游方 向的加速而提供一大於一理論轉矩値之轉矩値’該加速 係由該第一馬格奴士柱體及該第二馬格奴士柱體中之至 少一者的旋轉所造成；以及 -27- 201040400 一反應室，用以使用該電流將水分離成爲氧氣及氫 氣； 一氧氣流出裝置；以及 一氫氣流出裝置。 23 . —種能量攫取系統，使用於一流體流應用中，該能量攫 取系統包括= 一流體源， 一浮動平台，設置成與該流體源流體連通； ❹ ^ 一流出管線，延伸自該流體源； 一流體流路徑，其係於該流出管線中，且由一流入流 體通道、一流出流體通道及一配置在該流入流體通道與 該流出流體通道間之能量攫取器室所界定； 一第一馬格奴士柱體，橫向地安裝在該能量攫取器室 中及可縮回地平行於該流體流路徑中之流體流來移動； 至少一第二馬格奴士柱體，用以與該第一馬格奴士柱 Q 體相搭配，及可縮回地平行於該流體流路徑中之該流體 流來移動； 一電流產生裝置，用以自該第一馬格奴士柱體及該第 二馬格奴士柱體之垂直於該流體流路徑中之該流體流的 運轉產生一電流，及因該流體流朝該流體流路徑之下游 方向的加速而提供一大於一理論轉矩値之轉矩値，該加 速係由該第一馬格奴士柱體及該第二馬格奴士柱體中之 至少一者的旋轉所造成；以及 -28- 201040400 一連接裝置，用以將該電流產生裝置連接至一電力 網。 24.—種能量攫取系統，使用於一流體流中，該能量攫取系 統包括： 一橋樑平台； 一流體源； 一流出管線，延伸自該流體源； 一流體流路徑，位於該流出管線中，及由一流入流體 〇 通道、一流出流體通道及一配置在該流入流體通道與該 流出流體通道間之能量攫取器室所界定； 一第一馬格奴士柱體，橫向地安裝在該能量攫取器室 中，及可縮回地平行於該流體流路徑中之一流體流來移 動； 至少一第二馬格奴士柱體，用以與該第一馬格奴士柱 體相搭配； Q 一電流產生裝置，用以根據在該流體流路徑中之至少 該第一馬格奴士柱體之垂直於該流體流路徑中之該流體 流之運轉產生電流，及該運轉因該流體流朝該流體流路 徑之下游方向移動的加速而提供一大於一理論轉矩値之 轉矩値，該加速係由該第一馬格奴士柱體及該第二馬格 奴士柱體中之至少一者的旋轉所造成；以及 一連接裝置，用以將該電流產生裝置連接至一電力 網。 -29- 201040400 25 _如申請專利範圍第23項之能量攫取系統，其中該發電 機產生該電流及直接連接至該電力網。 26·—種能量攫取系統，使用於一流體流應用中，該能量攫 取系統包括： 一橋樑平台； 一流體源； 一流出管線，延伸自該流體源； 0 —流體流路徑，位於該流出管線中，及由一流入流體 通道、一流出流體通道及一配置在該流入流體通道與該 流出流體通道間之能量攫取器室所界定； 一第一馬格奴士柱體，橫向地安裝在該能量攫取器室 中，及可縮回地平行於該流體流來移動； 至少一第二馬格奴士柱體’設置在離該第一馬格奴士 柱體有該第一馬格奴士柱體之至少2個直徑的下游方向 上，及用以與該第一馬格奴士柱體相搭配；以及 〇 —電流產生裝置，用以根據在該流體流路徑中之至少 該第一馬格奴士柱體之朝垂直於該流體流路徑之方向之 運轉產生電流，該運轉因一流體朝該流體流路徑之下游 方向移動的加速而提供一大於一理論轉矩値之轉矩値’ 該加速係由該第一馬格奴士柱體及該第二馬格奴士柱體 中之至少一者的旋轉所造成。 27 ·如申請專利範圍第1項之能量攫取器’其中該電流產生 裝置包括： -30- 201040400 —驅動軸，可旋轉地移動，以回應至少該第一馬格奴 士柱體之運轉；以及 至少一齒輪，可藉由至少該第一馬格奴士柱體之運轉 來驅動，該齒輪係可操作地連接至一發電機； 其中該可操作地連接至一發電機之齒輪的驅動產生 該電流。 28. —種能量攫取器，包括： 一第一驅動軸； 〇 一旋轉裝置，用以旋轉該第一驅動軸； 一第一馬格奴士柱體，連接至用以驅動該第一馬格奴 士柱體之該第一驅動軸； 一第二馬格奴士柱體，設置在該第一馬格奴士柱體之 下游處，且連接至該第一驅動軸’以與該第一馬格奴士 柱體相關連地操作； 一流體，與該第一及第二馬格奴士柱體連通； Q 一第二驅動軸，可旋轉地移動，以回應該第一馬格奴 士柱體及該第二馬格奴士柱體之運轉；以及 至少一齒輪，可藉由至少該第二驅動軸之運轉來驅 動，該齒輪可操作地連接至一發電機； 其中該可操作地連接至一發電機之齒輪的驅動產生 該電流。 29. 如申請專利範圍第28項之能量攫取器’其中該第二馬 格奴士柱體在該下游方向上分隔有該第一馬格奴士柱體 -31- 201040400 之2至20個直徑。 30. 如申請專利範圍第28項之能量攫取器，其中該旋轉裝 置係一電動馬達。 31. 如申請專利範圍第28項之能量攫取器，其中該旋轉裝 置係一氣動馬達。 32. 如申請專利範圍第28項之能量攫取器，其中該旋轉裝 置係一液壓馬達。 ^ 33·如申請專利範圍第28項之能量攫取器，其中該能量攫 取器係安裝至一浮動平台。 34. 如申請專利範圍第28項之能量攫取器，其中該能量攫 取器係安裝至一非浮動平台。 35. 如申請專利範圍第28項之能量攫取器，其中該流體係 爲空氣。 36. 如申請專利範圍第28項之能量攫取器，其中該流體係 爲水。 Q 37.如申請專利範圍第28項之能量攫取器，其中該旋轉裝 置對於該流體朝一方向流動時朝一方向旋轉該第一馬格 奴士柱體，及對於該流體朝一相反方向流動時朝一相反 方向旋轉該第―馬格奴士柱體。 38.—種用於能量攫取之裝置’包括： 一第一驅動軸； 一旋轉裝置，用以旋轉該第一驅動軸； 一第一馬格奴士柱體’連接至該第一驅動軸及可藉由 -32- 201040400 該第一驅動軸來旋轉； 一第二馬格奴士柱體，設置在離該第一馬格奴士柱體 有該第一馬格奴士柱體之至少2個直徑的下游處，且連 接至該第一驅動軸，以與該第一馬格奴士柱體相關連地 操作； 一流體，與該第一及第二馬格奴士柱體連通； 一第二驅動軸，可旋轉地移動，以回應該第一馬格奴 士柱體及該第二馬格奴士柱體之運轉；以及 〇 至少一齒輪，可藉由至少該第二驅動軸之運轉來驅 動，該齒輪可操作地連接至一發電機； 其中一由該可操作地連接至該發電機之齒輪之驅動 所產生之轉矩產生該電流；以及 其中該轉矩因該流體朝一下游方向移動的加速而大 於一理論轉矩値，該加速係由該第一馬格奴士柱體及該 第二馬格奴士柱體中之至少一者的旋轉所造成。 Q 39.—種用於能量攫取之裝置，包括： 一第一驅動軸； 一旋轉裝置，用以旋轉該第一驅動軸； 一第一馬格奴士柱體，連接至該第一驅動軸，及可藉 由該第一驅動軸來旋轉； 一第二馬格奴士柱體，設置在離該第一馬格奴士柱體 有該第一馬格奴士柱體之至少2個直徑的下游處，且連 接至該第一驅動軸，以與該第一馬格奴士柱體相關連地 -33- 201040400 操作； 一第一流體，與該第一及第二馬格奴士柱體連通； 一第二驅動軸，可旋轉地移動，以回應在該第一流體 中之該第一馬格奴士柱體及該第二馬格奴士柱體之運 轉；以及 至少一齒輪，可藉由至少該第二驅動軸之運轉來驅 動，該齒輪可操作地連接至一栗， 其中一由該可操作地連接至該泵之齒輪的驅動所產 〇 生之轉矩抽取一第二流體；以及 其中該轉矩因該第一流體朝一下游方向移動的加速 而大於一理論轉矩値，該加速係由該第一馬格奴士柱體 及該第二馬格奴士柱體中之至少一者的旋轉所造成。 4〇.如申請專利範圍第26項之能量攫取系統，其中該第一 馬格奴士柱體與該第二馬格奴士柱體之分隔距離係爲該 第一馬格奴士柱體之2至20個直徑。 Q 41.如申請專利範圍第38項之裝置，其中該第一馬格奴士 柱體與該第二馬格奴士柱體之分隔距離係爲該第一馬格 奴士柱體之2至20個直徑。 42.如申請專利範圍第39項之裝置’其中該第一馬格奴士 柱體與該第二馬格奴士柱體之分隔距離係爲該第一馬格 奴士柱體之2至20個直徑。 -34-