TW201317458A - 高速龍捲式迴旋離心管路裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種高速龍捲式迴旋離心管路裝置，係利用同一管路不同管徑與不同彎曲半徑弧度以螺旋狀捲曲設計的螺旋管路，其為一進水管路、至少二送水管路及至少一加壓加速管路，並作為流體的持續攀升的傳輸管道。可藉由至少一驅動裝置來驅動上述之螺旋管路，利用螺旋管路設計及高速旋轉所產生的離心作用，可使流體快速且穩定地往上提升至最高水位，即可進行後續的電力再生能源的轉換運用。再者，連接於進水管路之底座，不僅可穩固地裝設於陸地、湖泊或海域等任何環境，底座之軸承座亦隨進水管路運轉而同步作動，以加強旋轉之動力，可有效降低驅動電力，實能創造最具經濟價值的再生能源效益。

Description

高速龍捲式迴旋離心管路裝置

本發明係有關一種高速龍捲式迴旋離心管路裝置，特別是指一種可利用螺旋管路上的特殊設計將流體以急速旋轉方式往高處捲送之高速龍捲式迴旋離心管路裝置。

自然資源舉目所望比比皆是，輕而易舉取得且取之不盡，加上電力的發明引爆世界性工業及產業革命，歷經300年的今日，因能源耗竭問題，開始引發石油危機以及地球暖化等問題。近年世界各國政府鼓勵甚至以補貼方式推廣再生能源的開發以防治污染，如太陽能發電、水力發電、風力發電、海洋能發電及生植能發電等，來以達成『節能減碳』之目的。

以水資源發電為例，水壓是發電的源動力，舉例來說，海洋能發電係利用海洋的波浪、洋流、溫差或湧浪等自然動態所產生的位差，將其轉換成壓力，再將壓力儲存後，再度釋放出穩定壓力，最終才轉換成電力為目的。目前相關領域者發現壓力可自然形成在水底部深層，水累積愈高愈深則壓力愈強，能轉換成電力能量就越大；再者，水底壓力的能量既穩定又容易取得，非常符合再生能源的開發及環保目的。然而，要有高水源的場所相當有限，若水底深度壓力不足時，還能向上發展，如增加高度來增強水壓。目前是使用抽水機或離心式泵浦，藉由用旋轉渦輪製造真空，再利用大氣壓力將底部的水擠進已抽成真空之水管內，並藉由抽水機將水輸送至高處。以抽水機的揚程最高到260呎即達到高水位極限了，相對也必須耗用大量的電力能量，才能成功地將水送往高處，因此，不僅出水量大打折扣而無法發揮百分百的效能，且環保問題仍有待改進。

有鑑於此，本發明遂針對上述先前技術之缺失，提出一種高速龍捲式迴旋離心管路裝置，以有效克服上述之該等問題。

本發明之主要目的在提供一種高速龍捲式迴旋離心管路裝置，其仿照自然界的龍捲風所產生的強大離心力原理，利用螺旋管路空間上的設計，將具有向心力的流體以急速螺旋旋轉的方式改變流體向量方向，進而讓流體形成離心作用，隨螺旋管路之口徑及旋轉彎曲半徑弧度不同，可使流體自然地自動捲入螺旋管路中，經自動加速加壓直送至最高點予以釋放，如此循環運作即可進行後續的能源再生利用之功效。

本發明之另一目的在提供一種高速龍捲式迴旋離心管路裝置，其結構簡單、容易組裝且裝設方便，可因應各種環境需求設置，極具符合現代環境與科技之應用需求。

本發明之再一目的在提供一種高速龍捲式迴旋離心管路裝置，其可應用於陸地、湖泊或海域等環境，讓水資源循環重複利用，且應用於水力發電過程中無須複雜的設備及大量的驅動電力，不僅具有安全、穩定之性能，又能達成節能減碳之環保目的。

為達上述之目的，本發明提供一種高速龍捲式迴旋離心管路裝置，包括一底座、一進水管路、至少二送水管路、至少一加壓加速管路及至少一驅動裝置。底座包含一基座、一軸承座及連接該基座上之一中心柱，軸承座位於基座與中心柱之間。進水管路設於底座上，且環設於中心柱，進水管路具有至少一第一螺旋管，其前端至末端的管徑與彎曲半徑弧度係由大漸縮捲曲，可使第一螺旋管內流體壓力、流速會隨口徑及旋轉彎曲弧度變化而增加，據以將流體往上提升。二送水管路環設於中心柱，且連接進水管路，送水管路具有至少一第二螺旋管，其前端至末端的管徑與彎曲半徑弧度相同，藉由高速旋轉所產生的離心作用，使第二螺旋管可承接自第一螺旋管內的流體，並持續不斷地往上提升。加壓加速管路環設於中心柱，且連接於二送水管路之間，加壓加速管路具有至少一第三螺旋管，其管徑與彎曲半徑弧度係由小漸大捲曲，再由大漸小捲曲，係將二送水管路內之流體加壓加速往上提升。驅動裝置係驅動進水管路、加壓加速管路及送水管路旋轉作動，此時，連接於進水管路之軸承座亦同步作動，以加強旋轉之動力。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

本發明係仿照自然界的龍捲風所產生的強大離心力原理，應用於水資源的再生能源開發。由於水力發電是再生能源行列中發電效率最高、發電成本最低、發電最穩定的，因此發明人極思加以創新，並經多年苦心孤詣淺心研究後，終於研發出一種新穎的高速龍捲式迴旋離心管路裝置。

如第1圖所示，為本發明之第一實施例之示意圖，高速龍捲式迴旋離心管路裝置包括一底座10、一進水管路12、至少二送水管路14、14’、至少一加壓加速管路16及至少一驅動裝置18。底座10包含一基座20、一軸承座22及一中心柱24，軸承座22係位於基座20與中心柱24之間。其中基座20具有一弧狀凹部202，軸承座22中間具有一中心軸孔222，且底部環設有複數個滾珠224，中心柱24可經中心軸孔222穿設至基座20上固定，此些滾珠224位於弧狀凹部202內，可於其內旋轉作動。

進水管路12設於底座10上，且環設於中心柱24，進水管路12具有至少一第一螺旋管26，其前端至末端的管徑與彎曲半徑弧度係由大漸縮捲曲，猶如喇叭狀；詳言之，自前端開始向上以螺旋狀旋轉彎曲為數圈直至末端處，且彎曲半徑弧度隨著向上旋轉彎曲而逐漸縮小，使之能環設於中心柱24外圍，且前端口徑遠大於末端。為配合第一螺旋管26呈現的彎曲半徑弧度係由大漸縮捲曲設計，底座10之軸承座22可為錐形軸承座，讓第一螺旋管26對應裝設於錐形軸承座上。

二送水管路14、14’環設於中心柱24，且分別具有至少一第二螺旋管28、28’，加壓加速管路16環設於中心柱24，且連接於二送水管路14、14’之間，容後介紹。其中，二送水管路14、14’之結構相同，在此以送水管路14為例說明，其前端開始向上以螺旋狀旋轉彎曲為數圈直至末端處，且前端至末端的管徑與彎曲半徑弧度相同；另，第二螺旋管28之前端口徑與第一螺旋管26之末端管徑相同，並予以相連接。加壓加速管路16具有至少一第三螺旋管30，其前端至末端之管徑與彎曲半徑弧度係由小漸大捲曲，再由大漸小捲曲；詳言之，自前端開始向上以螺旋狀旋轉彎曲為數圈直至末端處，且彎曲半徑弧度隨著向上旋轉彎曲而逐漸變大，直至一預定外徑弧度後，再以相同旋轉彎曲圈數由大漸小捲曲直至末端，使之能環設於中心柱24外圍，且前端與末端的口徑相同；另，第三螺旋管30之前端、末端的口徑與第二螺旋管28、28’相同。此時，將第二螺旋管28之末端連接於第三螺旋管30之前端；再將第二螺旋管28’之前端連接於第三螺旋管30之末端。高速龍捲式迴旋離心管路裝置更包括一排水收集裝置32，設於送水管路14之頂端；也就是說，第二螺旋管28’之末端連接於排水收集裝置32，讓流體依序經第一螺旋管26、第二螺旋管28、第三螺旋管30及第二螺旋管28’後，最終經由排水收集裝置32將第二螺旋管28’輸出之流體排出。

瞭解本發明之整體組裝架構之後，接續，進一步說明實施方式。本發明可將流體輸送至最高處，由於流體可接受任意捏造變形，向心力及離心力也最強，故以應用於流體作為主要實施例，在此流體以水，如海水、井水、湖水等水源為例說明。當欲將一深水水域之水源輸送到一預定地點高處排放時，首先，可藉由驅動裝置18，如電動馬達以功率285Kw，旋轉數為1800RPM(1秒旋轉30圈)來驅動進水管路12、二送水管路14、14’及加壓加速管路16旋轉作動，此時，連接於進水管路12之軸承座22亦同步作動，此時，軸承座22底部之此些滾珠會以360度於基座20之弧狀凹部202內旋轉作動，據以加強整體旋轉之動力及流暢度。

其中，第一螺旋管26之前端更設有複數葉片34，類似於輪船推進器的葉片，當第一螺旋管26開始旋轉運作時，此些葉片34亦同步旋轉作動，於旋轉過程產生推進作用，讓相連接的第一螺旋管26、第二螺旋管28、28’、第三螺旋管30整體往上推動，如往上推動約0.5mm，在高速旋轉的運作下，即可讓整體呈無重量狀態，相當於在沒有摩擦損耗的條件下運作，可以降低驅動裝置18之驅動所需之電力成本，同時能提高旋轉速度效能。

當進水管路12於高速旋轉運作時，其所產生的離心力可將深水底部的水連續不斷地強制引入第一螺旋管26內。由於第一螺旋管26之前端至末端的管徑與彎曲半徑弧度係由大漸縮捲曲，因此，前端口徑大，相對於進水量亦大，且前端螺旋彎曲半徑大，相對的旋轉線速亦快，如此水壓及水流速度即會隨著口徑與彎曲半徑弧度由大漸縮而瞬間增加；換言之，第一螺旋管26旋轉運作所產生的離心力不僅迫使水失去重量而倍增壓力，同時也增加流速而往上壓制，進而將水往上提升。

第二螺旋管28係承接自第一螺旋管26內的水，藉由第二螺旋管28之前端至末端的管徑與彎曲半徑弧度相同，且以高速旋轉的所產生的離心作用，可將管內的水以相同壓力及流速持續不斷地往上提升，作為水的輸送管路。為了讓水能持續攀升，此時，可藉由第三螺旋管30的特殊設計，讓水呈加壓、加速之運作。詳言之，第三螺旋管30承接第二螺旋管28內的水，當水自第三螺旋管30之前端流入內時，於高速旋轉運作下，由於管徑與彎曲半徑弧度由小漸大，使其內增強真空負數，進而讓水的吸吮力增大；水再隨著由大漸小的管徑與彎曲半徑弧度流動，過程中會因彎曲半徑弧度變小、相對地線速度減慢，且管徑漸縮，致使第三螺旋管30內的水受擠壓而增強水流速度，進而將水持續地向上攀升。

水經由第三螺旋管30加壓、加速後，再由第二螺旋管28’承接第三螺旋管30內的水，同理上述第二螺旋管28之運作方式，以高速旋轉的所產生的離心作用，將管內的水以相同壓力及流速持續不斷地往上提升，直到提升到末端時，再藉由排水收集裝置32將第二螺旋管28’輸出的水排出如重新排放回深水水域中，或將水於預定地點高處排放；其中，排水收集裝置32之底部更包括複數個排水孔322，其可將第二螺旋管28’輸出的水排出於外，或將此些排水孔322分別連接至不同的排水管路，因應各種環境水資源的需求。

其中，隨著水捲送到最高水位時，深水底部所形成的壓力隨之增加至最大，也就是說水累積的高度與深水底部水壓成正比，相對地可轉換產生電力的效果也越大。如此一來，利用這時候的深水底部水壓，直接轉換成電力能源，以供當地環境的用電需求，不僅可省略長程輸配電過程中的電力損耗，且水資源可重複輸送及發電使用，加上發電成本低，藉此即可達到環保最終的理念。

其中，第一螺旋管26、第二螺旋管28、28’及第三螺旋管30可分別為二個以上，並以相同方向螺旋彎曲為一組。舉例來說，使用二個螺旋管組裝成一組，可提高二倍的效率，若使用三個螺旋管組裝成一組，可提高三倍的效率，以此類推，在第一實施例中，第一螺旋管26、第二螺旋管28、28’及第三螺旋管30分別係使用三個螺旋管螺旋彎曲為一組為例說明。

再如第2圖所示，為本發明之第二實施例之示意圖，其與第一實施例不同在於：高速龍捲式迴旋離心管路裝置更包括一外框體36及至少一軸承裝置38，其中，軸承裝置38包含一外軸承382及位於其內之一內軸承384，內軸承384環設於至少一送水管路14(或是送水管路14’)。內軸承384更環設有複數滾珠(圖中未示)，隨著送水管路14之旋轉運作時，此些滾珠於外軸承382內部同步旋轉，以提高整體旋轉速度效能；再藉由外軸承382固定於外框體36上，使整體旋轉運作時能更加的穩固，而不會因離心作用而發生偏移問題。外框體36係用以固定底座10、進水管路12、二送水管路14、14’、加壓加速管路16、驅動裝置18及軸承裝置38於內，藉由外框體36之保護作用，可提升運作時的穩定性及外在因素的損壞。此外，若欲裝設於海水或深水中，外框體36更可設計為密封體，除了保護內部的裝置之外，亦可抵抗海水的腐蝕性、湧浪或深水中的微生物附著，進而達到延長裝置的使用壽命之功效。

其中，可視需求增加水的輸送高度，例如可使用複數個送水管路與加壓加速管路16，並於相鄰之送水管路14、14’之間設有加壓加速管路16，其運作原理於第一實施例中已詳述過，故在此不再贅述。因此，藉由複數個送水管路與加壓加速管路16之組裝來達成輸水高度，不僅能讓深水底部的水壓更為強大，據以轉換更多的電力再生能源，且能因應各種環境之裝設及用電量需求。再者，軸承裝置38可因應送水管路14、14’數量的增加，而隨之增加數量裝設於其上，據以加強整體旋轉之動力及流暢度，同時也可降低驅動裝置18的驅動電力。

其中，為了讓本發明可應用於陸地、湖泊或海域等任何環境，請同時配合第3圖，為本發明之部分放大圖，底座10更設有至少一固定件40，可埋設固定於一安裝面上，例如陸地、湖泊或海域等底面上，使整體裝置裝設於任何環境都能增加安全及穩固性。

如第4圖所示，為本發明之第三實施例之示意圖，將一水域42中的水引進高速龍捲式迴旋離心管路裝置，經由進水管路12、複數個送水管路14、14’及加壓加速管路16不斷持續提升至最高水位後，也就是位於最頂端的送水管路14’，即可進行電力再生能源之轉換，並再經由排水收集裝置32之底部此些排水孔322將水排出。如圖所示，可將其中一排水孔322連接一排水管路44，將水經排水管路44重複排放回水域42中，讓水資源循環重複利用，且應用於水力發電過程中，亦無須複雜的設備及大量的驅動電力，不僅具有安全、穩定之性能，又能達成節能減碳之環保目的。

更進一步而言，若本發明是建立在海洋中，由於海洋有更深、更寬敞的發展空間，除了造就更高的發電效率之外，還可輕易以取得特殊的附加產品，例如，深層海水及液態黃金等，如此一來，又能提升本發明之附加價值，極具市場競爭優勢。

綜上所述，本發明利用螺旋管路空間上的設計，將具有向心力的流體以急速螺旋旋轉的方式改變流體向量方向，進而讓流體形成離心作用，隨螺旋管路之口徑及旋轉彎曲半徑弧度不同，可使流體自然地自動捲入螺旋管路中，經加速加壓直送至最高點予以釋放，如此循環運作即可進行後續的能源再生利用之功效。再者，本發明結構簡單、容易組裝且裝設方便，可因應各種環境需求組裝所需高度及設置地點，極具符合現代環境與科技之應用需求。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10．．．底座

12．．．進水管路

14、14’．．．送水管路

16．．．加壓加速管路

18．．．驅動裝置

20．．．基座

202．．．弧狀凹部

22．．．軸承座

222．．．中心軸孔

224．．．滾珠

24．．．中心柱

26．．．第一螺旋管

28、28’．．．第二螺旋管

30．．．第三螺旋管

32．．．排水收集裝置

322．．．排水孔

34．．．葉片

36．．．外框體

38．．．軸承裝置

382．．．外軸承

384．．．內軸承

40．．．固定件

42．．．水域

44．．．排水管路

第1圖為本發明之第一實施例之示意圖。

第2圖為本發明之第二實施例之示意圖。

第3圖為本發明之部分放大圖。

第4圖為本發明之第三實施例之示意圖。

10．．．底座

12．．．進水管路

14、14’．．．送水管路

16．．．加壓加速管路

18．．．驅動裝置

20．．．基座

202．．．弧狀凹部

22．．．軸承座

222．．．中心軸孔

224．．．滾珠

24．．．中心柱

26．．．第一螺旋管

28、28’．．．第二螺旋管

30．．．第三螺旋管

32．．．排水收集裝置

322．．．排水孔

34．．．葉片

Claims (12)

1. 一種高速龍捲式迴旋離心管路裝置，包括：一底座，包含一基座、一軸承座及連接該基座上之一中心柱，該軸承座位於該基座與該中心柱之間；一進水管路，設於該底座上，且環設於該中心柱，該進水管路具有至少一第一螺旋管，其管徑與彎曲半徑弧度係由大漸縮捲曲，係將流體往上提升；至少二送水管路，環設於該中心柱，且連接該進水管路，每一該送水管路具有至少一第二螺旋管，其前端至末端的管徑與彎曲半徑弧度相同，該第二螺旋管係自該第一螺旋管內的該流體持續往上提升；至少一加壓加速管路，環設於該中心柱，且連接於該二送水管路之間，該加壓加速管路具有至少一第三螺旋管，其管徑與彎曲半徑弧度係由小漸大捲曲，再由大漸小捲曲，係將該二送水管路內之該流體加壓加速往上提升；及至少一驅動裝置，係驅動該進水管路、該加壓加速管路及該送水管路旋轉作動。
2. 如請求項1所述之高速龍捲式迴旋離心管路裝置，更包括一排水收集裝置，設於該送水管路之頂端，係將該第二螺旋管輸出之該流體排出。
3. 如請求項2所述之高速龍捲式迴旋離心管路裝置，其中該排水收集裝置之底部更包括複數個排水孔，係將該第二螺旋管輸出之該流體排出於外。
4. 如請求項1所述之高速龍捲式迴旋離心管路裝置，其中該第一螺旋管之前端更設有複數葉片，其與該第一螺旋管同步迴轉以產生推進作用。
5. 如請求項1所述之高速龍捲式迴旋離心管路裝置，其中該第二螺旋管之管徑與該第三螺旋管之前、末端管徑及該第一螺旋管之末端管徑相同。
6. 如請求項1所述之高速龍捲式迴旋離心管路裝置，其中該第一螺旋管、該第二螺旋管及該第三螺旋管可分別為二個以上，並以相同方向螺旋彎曲為一組。
7. 如請求項1所述之高速龍捲式迴旋離心管路裝置，更包括一外框體，用以固定該底座、該進水管路、該加壓加速管路、該二送水管路及該驅動裝置於內。
8. 如請求項7所述之高速龍捲式迴旋離心管路裝置，其中該外框體係為密封體，可設於海中或深水中。
9. 如請求項7所述之高速龍捲式迴旋離心管路裝置，更包括至少一軸承裝置，其包含一外軸承及位於其內之一內軸承，該內軸承環設於至少一該送水管路，該外軸承係固定於該外框體上。
10. 如請求項1所述之高速龍捲式迴旋離心管路裝置，其中該送水管路與該加壓加速管路為複數個時，其相鄰該送水管路之間設有該加壓加速管路。
11. 如請求項1所述之高速龍捲式迴旋離心管路裝置，其中該底座更設有至少一固定件，可埋設固定於一安裝面上。
12. 如請求項1所述之高速龍捲式迴旋離心管路裝置，其中該驅動裝置係為電動馬達。