TW201425649A - 利用風力發電之電能進行氫氧電解及收集之裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係一種利用風力發電之電能進行氫氧電解及收集之裝置，包括一殼體、一風力發電模組、一蓄電模組、一電解反應模組及一控制模組，該殼體內水密地設有一容置空間，使該殼體能漂浮於海面上；該風力發電模組係設於該殼體之頂部外，以能將外界環境之風能轉換成一驅動電能；該蓄電模組、電解反應模組及控制模組係設於該容置空間中，該蓄電模組能接收並儲存該驅動電能；該電解反應模組包括一電解槽及二儲存槽，該電解槽係供容置水，且能對水進行電解處理，並將電解水後生成之氫氣及氧氣分別導引至各該儲存槽中加以儲存；該控制模組係分別與該蓄電模組及該電解槽相電氣連接，以能控制該蓄電模組將儲存之驅動電能傳輸至該電解槽，使該電解槽開始對水進行電解。如此，由於該裝置在漂浮於海面上時，會隨著氣壓差及空氣流動方向，朝具有氣旋或颱風的位置靠近，故能有效利用自然環境中之風力，對水進行電解，並將收集之氫氣及氧氣儲存為日後內燃機的燃料使用。

Description

利用風力發電之電能進行氫氧電解及收集之裝置

本發明係一種利用風力發電之電能進行氫氧電解及收集之裝置，尤指在一殼體上裝設風力發電模組，及在該殼體內裝設蓄電模組及電解反應模組，以能將外界環境之風力轉換成電能，據以進行電解反應之裝置，且該裝置能收集電解水後產生之氫氣及氧氣，以作為內燃機之燃料。

按，近年來，隨著能源的日漸耗竭以及環保意識的興起，各種「綠色能源」的研發與使用逐漸被世界各國所重視，而科學家們也無不竭盡心力地去尋找一種能取代石化燃料的新能量來源，例如：地熱、風力、太陽能及氫氧能等。其中，氫氧能係一種利用燃燒氫氣及氧氣後產生的強大動能，作為內燃機之燃料或驅動發電機之技術，由於氫氣及氧氣在燃燒後的副產物僅有水與熱能，不會因為排放二氧化碳而造成溫室效應，且氫氧能尚具有高轉換效率及無污染等優點，故儼然已成為最具潛力的綠色能源。

查，氫係一種自然界中極為普遍的元素，除了空氣中含有微量的氫氣外，氫主要係以化合物的型態存在於水中，由於水是地球上分佈最為廣泛的物質，因此使用上並無需擔心儲量匱乏的問題。此外，氫燃燒後所能產生的動力更是遠高於現今各種石化燃料，據專家估計，每公斤的氫氣燃燒後所產生的能量為每小時33.6千瓦，是汽油的2.8倍，意即，若將氫氣最為交 通工具中內燃機的燃料，則在能量的消耗上僅有汽油的三分之一，且如前所述，由於氫氣與氧氣在燃燒後僅會生成水及熱能兩種副產物，因此完全不會有空氣污染的問題，可說是一種極為乾淨、環保且高效率的能量源。

目前，氫氧能技術的瓶頸主要係在於氫氣的提煉方式以及提煉氫氣時的供應電力來源，由於，台灣地處颱風頻繁的亞熱帶地區，每年平均有3.5個颱風直接襲擊台灣，因颱風造成的經濟損失更是難以估計，故發明人乃思及，是否能將颱風產生的破壞性風力，轉而使用在具有建設性的技術上？發明人經由多方面的考據及蒐集相關領域之統計數據後，即開始著手研究利用颱風帶來的強烈風力，作為動力來提煉出氫氣的可行性，期能利用「颱風」這種自然環境中正常能量的釋放，將其破壞性的能量導引至人們可利用的建設性層面。因此，如何設計出一種裝置，能有效地利用颱風產生的風力來產生氫氣及氧氣，以作為內燃機之燃料使用，即成為本發明在此亟欲解決的重要問題。

有鑑於每年颱風造成的巨大災害及經濟損失，發明人憑藉著多年的研究知識及對於「氫氧能」技術的專業經驗，並經過不斷的實驗、測試及改良後，終於設計出本發明之一種利用風力發電之電能進行氫氧電解及收集之裝置，期能有效利用颱風的強大風力，以電解水的方式收集氫氣及氧氣，令氫氧能技術能逐漸取代現今人們對於石化燃料的依賴，進而逐步朝環保、 無污染的「無碳島」目標邁進。

本發明之一目的，係提供一種利用風力發電之電能進行氫氧電解及收集之裝置，包括一殼體、一風力發電模組、一蓄電模組、一電解反應模組及一控制模組；該殼體內係水密地設有一容置空間，且在該殼體被置於海水中時，該殼體之頂部能由海面露出；該風力發電模組包括一組葉片、變速齒輪組及發電機，該組葉片係裝設於該殼體之頂部外，該變速齒輪及發電機則裝設於該容置空間內，該組葉片能被海面上的環境風(如：颱風、颶風)帶動旋轉，進而依序帶動該變速齒輪組及發電機，以將風能轉換成機械能，並透過該發電機產生一驅動電能；係利用一組葉片之旋轉，帶動一變速齒輪組，進而透過該變速齒輪組，帶動一發電機產生一驅動電能；該蓄電模組係裝設於該容置空間內，且與該發電機相電氣連接，以能接收並儲存該發電機傳來之驅動電能；該電解反應模組係裝設於該容置空間內，包括一電解槽、一氫氣儲存槽及一氧氣儲存槽，該電解槽係供容納水，且能對水進行電解處理，並在水被電解成氫氣及氧氣後，能將氫氣及氧氣分別導引至與該氫氣儲存槽及氧氣儲存槽，予以儲存；該控制模組係裝設於該容置空間內，且分別與該蓄電模組及電解反應模組相電氣連接，以控制該蓄電模組將儲存之驅動電能傳輸至該電解槽，使該電解槽能對水進行電解，並將電解生成之氫氣及氧氣分別輸送至各該儲存槽中。如此，在該裝置被放置於海上時，由於該裝置係能順著氣壓差及空氣流動方向漂移，故能自動接近海面上之氣旋或颱風，並藉由氣旋或颱風的風力，產生驅動電能對該電解槽內的水進行電 解，以將電解所生成之氫氣及氧氣，收集為內燃機的燃料。

本發明之另一目的，乃該裝置中尚能裝設一內燃機模組及一推進模組，該內燃機模組係設於該容置空間內，且分別與該氫氣儲存槽、氧氣儲存槽及該推進模組相連接，以能接收該等儲存槽中儲存之氫氣及氧氣，並藉由燃燒氫氣與氧氣，進行燃燒發電，同時，將燃燒發電所產生之電能，供應至該推進模組，如此，藉由氫氧燃燒後產生的巨大動能，即能驅動該推進模組，使該裝置朝預定之方向或位置(如：令該裝置能回到海岸邊，並將收集之氫氣及氧氣儲存回一儲能槽中)移動。

為便 貴審查委員能對本發明之技術、結構特徵及其目的有更進一步的認識與理解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：

本發明係一種利用風力發電之電能進行氫氧電解及收集之裝置，請參閱第1及2圖所示，該裝置1包括一殼體10、一風力發電模組11、一蓄電模組12、一電解反應模組13及一控制模組14，在本發明之第一較佳實施例中，該殼體10之構形為一直徑約100公尺之中空球體，其內水密地設有一容置空間100，以在該殼體10被放置於海中時，該殼體10之上半部能露出於海面，且海水不會滲入至該容置空間100內，在此要特別一提者，該殼體10之構型並不以球體為限，在本發明之其他較佳實施例中，使用者亦能透過改變該殼體10的密度、大小或造型，以使該殼體10仍能漂浮於海面上，且使其頂部 露出於海面，合先陳明。

復請參閱第1及2圖所示，該風力發電模組11包括一組葉片111、一變速齒輪組112及一發電機113，該風力發電模組11係利用該組葉片111之旋轉，帶動該變速齒輪組112，進而透過該變速齒輪組112，帶動該發電機113進行發電，該組葉片111係裝設於該殼體10之頂部外，該變速齒輪組112及發電機113係裝設於該容置空間100內，以在該殼體10置於具有強風或氣旋之環境(如：颱風、颶風等)下，該組葉片111及變速齒輪組112能將風能轉換成機械能，且推動該發電機113，產生一驅動電能；該蓄電模組12(如：複數個可充電之蓄電池)係裝設於該容置空間100內，且與該發電機113相電氣連接，以能接收並儲存該發電機113產生之驅動電能。

承上，該電解反應模組13亦裝設於該容置空間100內，包括一電解槽131、至少一氫氣儲存槽132及至少一氧氣儲存槽133，且該殼體10之上半部設有一進水閥101，該電解槽131係與該進水閥101相連通(在第2圖中，係以較粗之線條代表兩個元件的物理連接，較細之線條代表兩個元件間的電氣連接)，令使用者能透過該進水閥101，將水注入於該電解槽131中，該電解槽131能對水進行電解處理，並在水被電解成氫氣及氧氣後，能將氫氣及氧氣分別導引至與該氫氣儲存槽132及氧氣儲存槽133，予以儲存；該控制模組14係設於該容置空間100內，且分別與該蓄電模組12及電解反應模組13相電氣連接，以能控制該蓄電模組12將接收到或已儲存之驅動電能傳輸給該電解反應模組13，使該電解槽131能對水進行 電解，並將電解水後生成之氫氣及氧氣分別輸送至該氫氣儲存槽132及氧氣儲存槽133中保存。

如此，由於海面上形成之氣旋或颱風係一種氣壓極低的低氣壓，故依據空氣會高氣壓朝低氣壓方向移動的現象，在該裝置1被置入海面上後，該裝置1將能順著氣壓差及空氣流動方向，自動朝氣旋或颱風中心靠近，以藉由颱風或氣旋產生的強大風力，以風力發電的方式產生該驅動電能，並以該驅動電能來進行電解，以取得氫氣及氧氣，如此，收集完成的氫氣及氧氣即能被運送至一氫氧能發電站的儲能槽中，以作為日後使用氫氧能的內燃機之燃料。

請參閱第2圖所示，在本實施例中，該殼體10之外圍尚環設有一平衡護條102，該平衡護條102之構形係呈板狀，以能延伸該殼體10之徑向寬度，且其底側係能貼靠於海面上，以平衡該殼體10之重心，防止該殼體10在海面漂浮過程中，被海浪擊打而產生搖晃翻覆，使其頂部之該組葉片浸泡於海水中的問題。此外，在實際實作上，該電解反應模組13之電解槽131、氫氣儲存槽132及氧氣儲存槽133等重量較重的元件尚能被定位於該容置空間100中對應於該殼體10下半部之位置，如此，將能進一步穩定該裝置1之重心，並與該平衡護條102相搭配，讓該裝置1不會因海浪的擊打而產生劇烈的擺動或翻覆。

另，請參閱第1及2圖所示，在本發明之第一較佳實施例中，該裝置1尚包括一內燃機模組15，該內燃機模組15係設於該容置空間100內，且分別與該蓄電模組12、電解槽131、 氫氣儲存槽132及氧氣儲存槽133相連接，以在該電解槽131對水進行電解處理時，該內燃機模組15能接收該等儲存槽132、133中儲存之氫氣及氧氣，並藉由燃燒氫氣與氧氣，進行燃燒發電，且將燃燒發電後生成之水，重新傳輸回該電解槽131中，進而形成一週而復始的發電循環。

承上，該裝置1尚包括一推進模組16，該推進模組16係與該內燃機模組15相電氣連接，且包括一舵機161及一推進器162，該舵機161及推進器162之一部份係分別設於該容置空間100內，且分別能接收該控制模組14傳來之控制訊號及該內燃機模組15經燃燒氫氣及氧氣後產生的電能或動能，以分別產生轉向及位移動能，該舵機161及推進器162之另一部份係分別設於該裝置1之底部外，以分別利用轉向及位移動能，使該裝置1在海中轉向及移動。在此要特別一提者，雖然在本實施例中，該內燃機模組15主要係透過燃燒氧氣及氫氣，以供驅動該推進模組16，惟，在實際實施上，該內燃機模組15亦能夠將產生之電能運用在其他層面(如：儲存回該蓄電模組12)，並不以驅動該推進模組16為限，合先陳明。

此外，復請參閱第1及2圖所示，該裝置1中尚設有一衛星導航器17，該衛星導航器17係與該控制模組14相電氣連接，且設有全球定位系統(Global Positioning System，簡稱GPS)，以能偵測出該裝置1當前的座標位置，該衛星導航器17能將該座標位置傳送予該控制模組14，使該控制模組14能透過該座標位置，據以控制該內燃機模組15驅動該推進器162，以使該裝置1朝特定地點移動(如：控制該裝置1返回 海岸邊)。如此，在颱風遠離或天氣轉為晴朗的情況下，該裝置1即能根據衛星導航器17的定位功能，由原先颱風的中心位置返回到預定的位置(如：海岸邊)，並作為一般的風力發電裝置使用，由於該裝置1能透過該風力發電模組11，將風力的風能轉換為電能，故能適度地減弱周遭風力的強度，而達成保護海岸堤防之功能。

又，該裝置1尚包括一雨量集水器18，該雨量集水器18之一端係由該裝置1之頂部露出，其另一端則定位於該容置空間100內，且與該電解槽131相連通，以使外界的雨水能沿著該殼體10的球面構型，滑落至該雨量集水器18內，進而被收集至該電解槽131中，以補充該電解槽131內之水量。該殼體10內尚設有一排水閥103，在該殼體10因海浪的拍擊而搖晃，造成該電解槽131中儲存之水溢出至該容置空間100內時，該排水閥103能將溢出的水由該容置空間100排放至海中。

按，以上所述，僅為本發明之一較佳實施例，惟，本發明之技術特徵並不侷限於此，凡相關技術領域之人士在參酌本發明之技術內容後，所能輕易思及的等效變化，均應不脫離本發明之保護範疇。

1‧‧‧裝置

10‧‧‧殼體

100‧‧‧容置空間

101‧‧‧進水閥

102‧‧‧平衡護條

103‧‧‧排水閥

11‧‧‧風力發電模組

111‧‧‧葉片

112‧‧‧變速齒輪組

113‧‧‧發電機

12‧‧‧蓄電模組

13‧‧‧電解反應模組

131‧‧‧電解槽

132‧‧‧氫氣儲存槽

133‧‧‧氧氣儲存槽

14‧‧‧控制模組

15‧‧‧內燃機模組

16‧‧‧推進模組

161‧‧‧舵機

162‧‧‧推進器

17‧‧‧衛星導航器

18‧‧‧雨量集水器

第1圖係本發明之裝置之第一較佳實施例示意圖；及第2圖係本發明之裝置之第一較佳實施例示意圖。

1‧‧‧裝置

10‧‧‧殼體

100‧‧‧容置空間

101‧‧‧進水閥

102‧‧‧平衡護條

103‧‧‧排水閥

111‧‧‧葉片

112‧‧‧變速齒輪組

113‧‧‧發電機

12‧‧‧蓄電模組

13‧‧‧電解反應模組

14‧‧‧控制模組

15‧‧‧內燃機模組

16‧‧‧推進模組

17‧‧‧衛星導航器

18‧‧‧雨量集水器

Claims (7)

1. 一種利用風力發電之電能進行氫氧電解及收集之裝置，包括：一殼體，其內水密地設有一容置空間，且該殼體被置於海水中時，該殼體之頂部能由該海面露出；一風力發電模組，包括一組葉片、一變速齒輪組及一發電機，該組葉片係裝設於該殼體之頂部外，該變速齒輪及發電機則裝設於該容置空間內，該組葉片能被海面上的環境風帶動旋轉，進而依序帶動該變速齒輪組及發電機，以將風能轉換成機械能，並透過該發電機產生一驅動電能；一蓄電模組，係設於該容置空間中，該蓄電模組係與該發電機相電氣連接，以能接收並儲存該發電機傳來之驅動電能；一電解反應模組，包括一電解槽、一氫氣儲存槽及一氧氣儲存槽，該電解槽係供容納水，且能對水進行電解處理，並在水被電解成氫氣及氧氣後，將氫氣及氧氣分別導引並儲存至該氫氣儲存槽及氧氣儲存槽；及一控制模組，係裝設於該容置空間中，且分別與該蓄電模組及該電解槽相電氣連接，以控制該蓄電模組將儲存之驅動電能傳送至該電解槽，使該電解槽能對水進行電解。
2. 如請求項1所述之裝置，其中該殼體之外緣尚環設有一平衡護條，以在該裝置被放於海水中時，該平衡護條之底側能貼靠於海面，且該電解反應模組係設於該容置空間中對應於該殼體下半部之位置，以保持該裝置之重心。
3. 如請求項2所述之裝置，其中該裝置尚包括一內燃機模組，該內燃機模組係設於該容置空間內，且與該電解反應模組相連接，以在該電解槽對水進行電解的狀態下，該內燃機模組能接收該等儲存槽中儲存之氫氣及氧氣，並藉由燃燒氫氣及氧氣，進行燃料發電。
4. 如請求項3所述之裝置，其中該裝置尚包括一推進模組，該推進模組係與該內燃機模組相電氣連接，包括一舵機及一推進器，該舵機及推進器之一部分係分別設於該容置空間內，且分別接收該控制模組傳來之控制訊號及該內燃機模組傳來之驅動電能，以能分別產生轉向及位移動能，使該裝置在海中轉向及移動。
5. 如請求項4所述之裝置，其中該裝置尚包括一衛星導航器，該衛星導航器係能偵測出該裝置之座標位置，使該控制模組能透過該座標位置，據以控制該內燃機模組驅動該推進模組。
6. 如請求項5所述之裝置，其中該殼體之構型為一中空球體。
7. 如請求項6所述之裝置，其中該裝置尚包括一雨量集水器，該雨量集水器之一端係外露於該裝置之頂部，其另一端則定位於該容置空間內，且與該電解槽相連通，以使外界的雨水能沿著該殼體頂部之球面，流入至該雨量集水器內，進而被收集至該電解槽中。