TW201416547A - 波浪發電系統及其液壓構件 - Google Patents

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Abstract

一種波浪發電系統包含一發電構件及一液壓構件。液壓構件包含一缸體及一活塞。缸體與發電構件相連通。缸體具有一容置室及一排氣孔。排氣孔位於容置室之中段並貫穿缸體而與容置室連通。容置室用以容置一流體。活塞設置於容置室。活塞能夠沿著容置室的導引而相對於缸體移動，用以推動流體流至發電構件而驅動發電構件將機械能轉換成電能，並且迫使容置室內之殘留氣體與流體內之殘留氣體自排氣孔排出。

Description

波浪發電系統及其液壓構件
本提案係有關於一種發電系統，特別是一種液壓式波浪發電系統及其液壓構件。
近年隨著環保意識的抬頭，綠能發電是人類未來的趨勢，因此各種綠能發電紛紛受到重視。例如太陽能發電、水力發電以及風力發電，已成為各方研究與發展的重要方向。然而，不管綠能發電效率之多寡，太陽能與風力這兩種發電方式卻易受環境及天氣的限制而影響本身的發電效率。舉例來說，在無日光照射量或低日光照射量時，太陽能發電則無法有效將太陽能轉換成電能。此外，無風的時候，風力發電即無法運行。於是，亟需一種能夠二十四小時穩定的自然能源發電方式，來滿足各種環境及天氣的限制。
因為台灣四處環海，且海岸隨時都有波浪存在，因此，利用浩瀚之海洋波浪能源，且在不造成對任何環境衝擊之條件下，波浪發電的研究與發展便開始受到重視。
波浪發電裝置通常包含一浮體、一油壓組件及一發電組件。浮體設置於油壓組件上，且油壓組件連通發電組件。浮體隨著海浪波動而上下位移，進而帶動油壓組件運作來驅使發電組件發電。詳細來說，油壓組件包含一油壓缸及一活塞。浮體上下位移 時，帶動油壓缸與活塞相對位移，進而將油壓缸內的油液推至發電組件，以令發電組件將機械能轉換成電能。
然而，若油壓缸內殘留非預期的空氣，因為空氣具有可壓縮性，故在油壓組件的壓縮過程中，殘留於油壓缸內的空氣會反覆的被壓縮，使得油液無法有效被活塞推擠到發電組件而降低發電效率。因此，如何解決油壓缸之空氣殘留的問題以提升波浪發電裝置的發電效率將成為業界的重要議題。
鑒於以上的問題，本提案是關於一種波浪發電系統及其液壓構件，藉以提升波浪發電系統的發電效率。
根據本提案所揭露之波浪發電系統，其包含有一發電構件及一液壓構件。液壓構件，包含一缸體及一活塞。缸體與發電構件相連通。缸體具有一容置室及一排氣孔。排氣孔位於容置室之中段並貫穿缸體而與容置室連通。容置室用以容置一流體。活塞設置於容置室。活塞能夠沿著容置室的導引而相對於缸體作動，用以驅動發電構件將機械能轉換成電能，並且迫使容置室內之殘留氣體與流體內之殘留氣體自排氣孔排出。
根據本提案所揭露之液壓構件，其包含有一缸體及一活塞。缸體具有一容置室及一排氣孔。排氣孔位於容置室之中段且與容置室連通。容置室與一發電構件相連通。活塞設置於容置室，用以驅動發電構件將機械能轉換成電能。
根據上述本提案所揭露之波浪發電系統及其液壓構件，缸體 具有一排氣孔，且排氣孔位於容置室之中段，使得第二油腔內累積的氣體量影響到液壓構件的壓縮效率時，第二油腔內的氣體則可自排氣孔排出，以提升液壓構件的壓縮效率，進而提升波浪發電系統的發電效率。
以上之關於本提案內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本提案之原理，並且提供本提案之專利申請範圍更進一步之解釋。
請參閱第1圖至第3圖，第1圖為一實施例所揭露之波浪發電系統的立體示意圖，第2A圖為第1圖之液壓構件的剖面示意圖，第2B圖為第2A圖之侷部剖面示意圖，第3圖為第1圖之波浪發電系統的系統迴路示意圖。
本實施例之波浪發電系統10係設置於海面上，並利用海浪上下起伏的動能來帶動波浪發電系統10產生電能。其中，波浪發電系統10包含一發電構件100及一液壓構件200。發電構件100與液壓構件200相連通。此外，波浪發電系統10更包含一上浮體710及一下浮體720。上浮體710與下浮體720設置於發電構件100。上浮體700隨波浪上下起伏而帶動液壓構件200將波浪的動能轉換成液壓能，並透過發電構件100將液壓能轉換成電能。
詳細來說，發電構件100包含一液壓馬達110及一發電機120。發電機120與液壓馬達110連接。液壓馬達110用以將液壓能轉換成機械能。發電機120用以將機械能轉換成電能。
液壓構件200包含一缸體210及一活塞220。缸體210與液壓馬達110相連通。缸體210具有一容置室211及形成容置室211的一環形側壁214。容置室211內儲存有一流體。本實施例之流體例如為油液。此外，缸體210具有一第一開口215、一第二開口216及一排氣孔217。第一開口215及第二開口216皆分別與容置室211以及液壓馬達110相通，且分別位於環形側壁214的相對兩端。容置室211內的流體分別可自第一開口215與第二開口216流至液壓馬達110。排氣孔217貫穿環形側壁214，使排氣孔217與容置室211相連通，且位於第一開口215與第二開口216之間。更進一步來說，排氣孔217約位於容置室211之中段，用以將容置室211內的殘留空氣或流體內的殘留空氣排出容置室211。此外，缸體210豎立於上浮體710。因此缸體210隨著上浮體710上下起伏而上下位移。此外，在本實施例中排氣孔217的數量為一個，但不以此為限，在其他實施例中，排氣孔217的數量也可以是兩個以上。
活塞220包含一本體221及一桿體222。本體221位於容置室211內，且本體221之周緣皆與環形側壁214接觸，令本體221將容置室211分成一第一油腔212及一第二油腔213。由於缸體210豎立於浮體700，故第一油腔212位於第二油腔213上方。並且，第一油腔212與第一開口215相連通以及第二油腔213與第二開口216相連通。桿體222貫穿缸體210，且一端連接於本體221，另一端包含連接於下浮體720之一固定部223，而下浮體720再連 接於海床800以固定活塞220的相對位置。
在本實施例中，由於缸體210豎立於浮體700，且桿體222連接於海床800，故當浮體700受一外力(如波浪上下起伏的作用力)推動而相對海床800上下位移時，會帶動缸體210相對活塞220移動。詳細來說，活塞220受到容置室211的導引而相對於缸體210移動，以將容置室211內的流體推至液壓馬達110，進而驅動液壓馬達110來啟動發電機120進行發電。
請參閱第4A圖至第4D圖，第4A圖與第4B圖為液壓構件內之流體於排氣前的示意圖。第4C圖與第4D圖為液壓構件內之流體於排氣後的示意圖。由於液壓構件200無法做到百分之百的液密及氣密效果，故液壓構件200在作動時，會有非預期的氣體進入容置室211，而氣體因具有可壓縮性，所以會導致液壓構件200的作功效率降低。本實施例正是為了解決氣體存在於液壓構件200內時會降低液壓構件200壓縮效率的問題而在缸體210的環形側壁214之中間位置處設置排氣孔217，使得容置室211內的氣體可從排氣孔217排出。詳細來說，由於第一開口215位於第一油腔212的上方，故在液壓構件200的壓縮過程中，位於第一油腔212內的氣體仍可自然的藉由第一開口215排出而不至於影響活塞220推動流體的效率。但由於第二開口216位於第二油腔213的下方，故第二油腔213內的氣體無法排出而降低了液壓構件200的壓縮效率。因此，本實施例係藉由排氣孔217設置於容置室211之中段，使得液壓構件200的壓縮過程中會自然地將第二油腔213 內的氣體從排氣孔217排出。也就是說，當活塞220將流體與氣體推至排氣孔217時，則可讓氣體與部分流體一同排出容置室211外。
以下將更進一步針對液壓構件200於排氣前與排氣後兩種運作狀況作為解說。首先，描述液壓構件200於排氣前的運作狀況。如第4A圖與第4B圖所示，舉例來說，活塞220向下位移以將第二油腔213內的流體從第二開口216推到液壓馬達110(從第4A圖的位置位移至第4B圖的位置)。由於第二油腔213內存在氣體，故流體被排出的量將比實際少。詳細來說，原本第二油腔213內的流體高度為D2。當活塞220向下位移一距離D1時，部分流體被排出第二油腔213，使得第二油腔213內的流體高度降為D3。但因為氣體被壓縮的關係，使得流體實際下降的高度(D2減D3)係小於活塞220向下位移的距離而降低了活塞220推動流體的效率。
接著，描述液壓構件200於排氣後的運作狀況。如第4C圖與第4D圖所示，第二油腔內活塞220向下位移以將第二油腔213內的流體從第二開口216推到液壓馬達110(從第4C圖的位置位移至第4D圖的位置)。由於第二油腔213內無存在氣體，故並不會影響活塞220傳遞流體的效率。詳細來說，原本第二油腔213內的流體高度為D5。當活塞220向下位移一距離D4時，部分流體被排出第二油腔213，使得第二油腔213內的流體高度降為D6。因為活塞220壓縮的過程不受氣體的影響，使得流體實際下降的 高度(D5減D6)約等於活塞220向下位移的距離D4而提升了活塞220推動流體的效率。
請繼續參閱第3圖，由於在液壓構件200的壓縮過程中，除了氣體會從排氣孔217排出外，容置室211內的流體也會順勢洩漏而降低了液壓構件200的壓縮效率。因此，在本實施例及其他實施例中，波浪發電系統10更包含一排氣閥組件400及一儲油槽300，排氣閥組件400包含一止逆閥410及一開關閥420。止逆閥410與開關閥420相互串接，且止逆閥410與排氣孔217相連接以及開關閥420與儲油槽300相連接。然上述止逆閥410與開關閥420的串接順序並非用以限制本提案，在其他實施例中，也可以是止逆閥410連接儲油槽300，開關閥420連接排氣孔217。止逆閥410用以限制流體及氣體自排氣孔217朝儲油槽300的方向流動。開關閥420用以接通或阻斷排氣孔217與儲油槽300。也就是說，當容置室211內累積有一定容量的氣體而影體到液壓構件200的壓縮效率時，則可將開關閥420打開，以將第二油腔213內的氣體排出。當容置室211內無氣體或氣體的量不足以影響液壓構件200的壓縮效率時，則可將開關閥420關閉，以防止容置室211內的流體洩漏而影響液壓構件200的壓縮效率。
在本實施例及其他實施例中，波浪發電系統10更包含一控制閥組件500。控制閥組件500包含一第一止逆閥組510、一第二止逆閥組520及一蓄壓器530。第一止逆閥組510連通第一開口215、液壓馬達110與儲油槽300以及第二止逆閥組520連通第二開口 216、液壓馬達110與儲油槽300。第一止逆閥組510與第二止逆閥組520皆用以限制流體自第一開口215或第二開口216朝儲油槽300的方向流動，使液壓馬達110透過流體的推動而產生旋轉運動。蓄壓器530用以維持第一開口215及第二開口216流出之流體處於相對高壓的狀態。
請參閱第3圖、第5A圖與第5B圖，第5A圖與第5B圖為第3圖之第一壓力計與第二壓力計的壓力變化曲線圖。在本實施例及其他實施例中，波浪發電系統10更包含一第一壓力計610及一第二壓力計620。第一壓力計610連接於與第一開口215連接的管路，並用以偵測與第一開口215連接管路的壓力值。第二壓力計620連接於與第二開口216連接的管路，並用以偵測與第二開口216連接管路的壓力值。依據第一壓力計610與第二壓力計620所顯示的壓力值可知道容置室211內的氣體是否開始影響液壓構件200的壓縮效率。
當第一壓力計610與第二壓力計620的壓力值顯示如第5A圖時，第5A圖中顯示第一壓力計610的最大壓力值(如第5A圖之虛線部分)約等於第二壓力計620的最大壓力值(如第5A圖之實線部分)，故代表第二油腔213內無存在氣體或氣體的量不足以影響液壓構件200的壓縮效率。
當第一壓力計610與第二壓力計620的壓力值顯示如第5B圖時，第5B圖中顯示第一壓力計610的最大壓力值(如第5B圖之虛線部分)遠小於第二壓力計620的最大壓力值(如第5B圖之實線部 分)，故代表第二油腔213內有存在氣體，且氣體已影響液壓構件200的壓縮效率。因此，當使用者看到第一壓力計610與第二壓力計620所顯示的最大壓力值不相等時，則可打開排氣閥組件400的開關閥420，讓第二油腔213內的氣體可以自排氣孔217排至儲油槽300。
請參閱第6A圖與第6B圖，第6A圖與第6B圖為第3圖之波浪發電系統的運作示意圖。如第6A圖所示，當缸體210受到浮體700推動而向下移動時(沿箭頭a所指示的方向)，活塞220將第二油腔213內的流體依序從第二開口216、控制閥組件500的第二止逆閥組520推向液壓馬達110(如箭頭所指之順序)。經由液壓馬達110驅動發電機120將機械能轉換成電能。之後再從儲油槽300以及第一止逆閥組510回流至第一油腔212以構成一循環(如箭頭所指之順序)。如第6B圖所示，當缸體210受到浮體700推動而向上移動時(沿箭頭b所指示的方向)，活塞220將第一油腔212內的流體依序從第一開口215、控制閥組件500的第一止逆閥組510推向液壓馬達110(如箭頭所指之順序)。經由液壓馬達110驅動發電機120將機械能轉換成電能。之後再從儲油槽300以及第二止逆閥組520回流至第二油腔213以構成一循環(如箭頭所指之順序)。
根據上述本提案所揭露之波浪發電系統及其液壓構件，缸體之環形側壁具有一排氣孔，且排氣孔位於環形側壁之中段以及連 通排氣閥組件，使得第二油腔內累積的氣體量影響到液壓構件的壓縮效率時，則可將排氣閥組件的開關閥打開，讓第二油腔內的氣體排出，以提升液壓構件的壓縮效率，進而提升波浪發電系統的發電效率。
此外，在排氣閥組件中設置一止逆閥可防止自排氣孔排出的氣體回流，進而提升排氣效率。
雖然本提案之實施例揭露如上所述，然並非用以限定本提案，任何熟習相關技藝者，在不脫離本提案之精神和範圍內，舉凡依本提案申請範圍所述之形狀、構造、特徵及數量當可做些許之變更，因此本提案之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧波浪發電系統
100‧‧‧發電構件
110‧‧‧液壓馬達
120‧‧‧發電機
200‧‧‧液壓構件
210‧‧‧缸體
211‧‧‧容置室
212‧‧‧第一油腔
213‧‧‧第二油腔
214‧‧‧環形側壁
215‧‧‧第一開口
216‧‧‧第二開口
217‧‧‧排氣孔
220‧‧‧活塞
221‧‧‧本體
222‧‧‧桿體
223‧‧‧固定部
300‧‧‧儲油槽
400‧‧‧排氣閥組件
410‧‧‧止逆閥
420‧‧‧開關閥
500‧‧‧控制閥組件
510‧‧‧第一止逆閥組
520‧‧‧第二止逆閥組
530‧‧‧蓄壓器
610‧‧‧第一壓力計
620‧‧‧第二壓力計
710‧‧‧上浮體
720‧‧‧下浮體
800‧‧‧海床
第1圖為一實施例所揭露之波浪發電系統的立體示意圖。
第2A圖為第1圖之液壓構件的剖面示意圖。
第2B圖為第2A圖之侷部剖面示意圖。
第3圖為第1圖之波浪發電系統的系統迴路示意圖。
第4A圖與第4B圖為液壓構件內之流體於排氣前的示意圖。
第4C圖與第4D圖為液壓構件內之流體於排氣後的示意圖。
第5A圖與第5B圖為第3圖之第一壓力計與第二壓力計的壓力變化曲線圖。
第6A圖與第6B圖為第3圖之波浪發電系統的運作示意圖。
10‧‧‧波浪發電系統
100‧‧‧發電構件
110‧‧‧液壓馬達
120‧‧‧發電機
200‧‧‧液壓構件
210‧‧‧缸體
211‧‧‧容置室
212‧‧‧第一油腔
213‧‧‧第二油腔
214‧‧‧環形側壁
215‧‧‧第一開口
216‧‧‧第二開口
217‧‧‧排氣孔
220‧‧‧活塞
221‧‧‧本體
222‧‧‧桿體
223‧‧‧固定部
300‧‧‧儲油槽
400‧‧‧排氣閥組件
410‧‧‧止逆閥
420‧‧‧開關閥
500‧‧‧控制閥組件
510‧‧‧第一止逆閥組
520‧‧‧第二止逆閥組
530‧‧‧蓄壓器
610‧‧‧第一壓力計
620‧‧‧第二壓力計

Claims (12)

  1. 一種波浪發電系統，其包含有：一發電構件；以及一液壓構件，包含：一缸體，與該發電構件相連通，該缸體具有一容置室及一排氣孔，該排氣孔位於該容置室之中段並貫穿該缸體而與該容置室連通，該容置室用以容置一流體；以及一活塞，設置於該容置室，該活塞能夠沿著該容置室的導引而相對於該缸體作動，用以驅動該發電構件將機械能轉換成電能，並且迫使該容置室內之殘留氣體與該流體內之殘留氣體自該排氣孔排出。
  2. 如請求項1所述之波浪發電系統，其中，該缸體包含形成該容置室的一環形側壁，該缸體具有一第一開口及一第二開口，該第一開口及該第二開口皆分別與該容置室以及該發電構件相通，且分別位於該環形側壁的相對兩端，該排氣孔位於該環形側壁，且位於該第一開口與該第二開口之間。
  3. 如請求項2所述之波浪發電系統，其中該發電構件包含一液壓馬達及一發電機，該液壓馬達與該第一開口及該第二開口相連通，該發電機與該液壓馬達連接。
  4. 如請求項3所述之波浪發電系統，更包含一排氣閥組件及一儲油槽，該排氣閥組件包含一止逆閥及一開關閥，該止逆閥及該開關閥分別與該排氣孔及該儲油槽相連通。
  5. 如請求項4所述之波浪發電系統，更包含一控制閥組件，該控制閥組件包含一第一止逆閥組及一第二止逆閥組，該第一止逆閥組連通該第一開口、該液壓馬達與該儲油槽以及該第二止逆閥組連通該第二開口、該液壓馬達與該儲油槽。
  6. 如請求項2所述之波浪發電系統，更包含一上浮體及一下浮體，該活塞包含連接於該下浮體之一固定部，該缸體豎立於該上浮體，該上浮體受一外力推動而用以相對該下浮體上下位移，以帶動該缸體相對該活塞移動。
  7. 如請求項2所述之波浪發電系統，其中，該活塞包含一本體及一桿體，該本體位於該容置室，而該本體將該容置室分成一第一油腔及一第二油腔，該第一油腔與該第一開口連通，以及該第二油腔與該第二開口連通，該桿體連接該本體，且貫穿該缸體。
  8. 如請求項2所述之波浪發電系統，更包含一第一壓力計及一第二壓力計，該第一壓力計連接於與該第一開口連接的管路，該第二壓力計連接於與該第二開口連接的管路。
  9. 一種液壓構件，其包含有：一缸體，該缸體具有一容置室及一排氣孔，該排氣孔位於該容置室之中段且與該容置室連通，該容置室且與一發電構件相連通；以及一活塞，設置於該容置室，用以驅動該發電構件將機械能轉換成電能。
  10. 如請求項9所述之液壓構件，其中，該缸體包含形成該容置室的一環形側壁，該缸體具有一第一開口及一第二開口，該第一開口及該第二開口皆分別與該容置室以及該發電構件相通，且分別位於該環形側壁的相對兩端，該排氣孔位於該環形側壁，且位於該第一開口與該第二開口之間。
  11. 如請求項10所述之液壓構件，更包含一上浮體及一下浮體，該缸體豎立於該上浮體，該活塞包含連接於該下浮體之一固定部，該上浮體受一外力推動而相對該下浮體上下位移，以帶動該缸體相對該活塞滑動。
  12. 如請求項10所述之液壓構件，其中，該活塞包含一本體及一桿體，該本體位於該容置室，且該本體將該容置室分成一第一油腔及一第二油腔，該第一油腔與該第一開口連通，以及該第二油腔與該第二開口連通，該桿體連接該本體，且貫穿該缸體。
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