TW201520422A - 海洋深層能量發電裝置 - Google Patents

Abstract

本案創作為一種海洋深層能量發電裝置，係由一種可提高能量攫取效率的集流筒將能量攫取後，經變速傳動系統及一由電腦控制的隨機調速裝置，將轉速穩定的旋轉動能導入發電機，以達到有效利用海洋深層能量發電的預期目的；而為了使整體架構能夠安全固定於預定的地點之深水中，設置一具有定位定深並具有輔助沉降功能的鏈索，以及可充壓的浮體乘載平台；藉由以上裝置的交互配合運作，得使本案創作的海洋深層能量發電裝置，不受地質、地形、颱風、地震與水壓強度等因素的干擾限制，以實現利用海洋深層能量發電的減碳乾淨能源的效益。

Description

海洋深層能量發電裝置

一種整體架構能夠安全固定於預定地點之深水中的海洋深層能量發電裝置，並且不受地質、地形、颱風、地震與水壓強度等因素的干擾限制，以實現利用海洋深層能量發電的減碳乾淨能源的效益。

已知設置在海面、水面或海洋深層的水流能量發電設備，均需架設平台來供相關設備安裝，而在已知的相關技術文獻中，有如：公告第578776號「分離式海面平台結構」、公告第416438號「可兼具海上平台之彈性浮堤裝置」、公告第267981號「海上熱能轉換平台」、公告第250824號「模組化海面平台浮體結構」、公告第074318號「可因應傾斜海底而調整之移動離岸抬起式海上平台」、公告第055942號「撐頂式可移動近海平台之支熀負荷分配及鎖固裝置」、公告第053687號「可半潛之海洋平台」、公告第052238號「一種可一次完成多點式潛鑽海底岩盤海上作業平台船」、公告第039579號「近海平臺的支撐構造」、公告第481187號「浮水平台」等。

在上述相關已知的海面、水面或海中平台的技術文獻中得知，各式創作均依不同的設備需要與設計創作理念而有互異的構成，然卻無法達到單一技術創作廣泛適用於海面、水面或海中各式設備安裝運用的平台，以及能隨水流方向而自動調整水流能量收集方向的能量發電系統。

因此，本案發明人曾先後針對海洋能量發電系統與設備研發 出發明公開第201028533號「海洋能量發電裝置」、發明公開第201104068號「海洋能量發電系統」、發明公開第201111625號「海洋能量發電設備」及發明公開第201235260號「海洋深層水流能量發電設備的承載平台」等創作。

而在海洋水流能量的利用上，各種海平面或淺海層的相關技術創作設備，常因地質、地形、颱風、地震等因素的影響與限制，造成設置與維護成本的沉重負擔；因此如何研發出一種能不受地質、地形、颱風、地震與水壓強度等因素干擾和限制的海洋能量發電裝置，則為急待創新研發的課題與目標。

一般已知在海洋水流能量的利用上，各種海平面或淺海層的相關技術創作設備，常因地質、地形、颱風、地震等因素的影響與限制，造成設置與維護成本的沉重負擔。

本案創作係為一種不受地質、地形、颱風、地震與水壓強度等因素干擾和限制的海洋深層能量發電裝置。

其創作特徵在於：以一呈喇叭狀的集流筒攫取水流能量，並藉以推動設置於集流筒頸部出水口處的渦輪機旋轉，渦輪機旋轉動能經變速傳動系統後，驅動發電機運作；而在旋轉動能(海洋水流能量)由變速傳動系統導入發電機前，係由電腦感應控制的隨機變速裝置由測速感應器測得轉速訊息，經傳遞給電腦以控制變速器帶動的馬達運轉，使轉速達到可用的範圍，當動力經飛輪帶動發電機轉子的轉軸，而在發電機轉子的轉軸設置轉速感應器以傳訊給電腦，來控制設置在剎車盤周圍的電磁鐵調整最後的轉速達到所預期的特定轉速，進而使整體海洋深層能量發電裝置達到穩 定、安全且有效的利用海洋深層能量發電的目的。

上述的集流筒、渦輪機及變速傳動系統係架設於浮體乘載平台，而浮體乘載平台具備穩定浮體乘載平台的鎮壓重力錘碇、定位定深鏈索、定位沉碇及輔助定位升降垂碇，並在定位定深鏈索上預定深度處設置一可充氣的定深浮筒。

藉由以上裝置的交互配合運作，得使本案創作的海洋深層能量發電裝置，不受地質、地形、颱風、地震與水壓強度等因素的干擾限制，以實現利用海洋深層能量發電的減碳乾淨能源的效益。

1‧‧‧集流筒

2‧‧‧渦輪機

3‧‧‧變速傳動系統

4‧‧‧發電機

5‧‧‧浮體乘載平台

6‧‧‧上空間

7‧‧‧中空間

8‧‧‧下空間

9‧‧‧狹道

10‧‧‧水液進出孔

11‧‧‧氣流進出孔

12‧‧‧封蓋

13‧‧‧收縮氣囊

14‧‧‧充氣孔

15‧‧‧出氣孔

16‧‧‧押柄

17‧‧‧控制開關浮球

18‧‧‧充氣孔

19‧‧‧尖頭狀

20‧‧‧夾扣架

21‧‧‧重力錘碇

22‧‧‧定位定深鏈索

23‧‧‧定位沉碇

24‧‧‧拉出

25‧‧‧導輪

26‧‧‧定位升降垂碇

27‧‧‧定深浮筒

28‧‧‧升降鏈索

29‧‧‧標示浮筒

30‧‧‧測速感應器

31‧‧‧電腦

32‧‧‧變速器

33‧‧‧馬達

34‧‧‧飛輪

35‧‧‧轉軸

36‧‧‧轉速感應器

37‧‧‧剎車盤

38‧‧‧電磁鐵

39‧‧‧方向舵

第1圖：本創作實施例。

第2圖：第1圖之左側視圖。

第3圖：第1圖之俯視圖。

第4圖：本創作浮體乘載平台設置發電機之示意圖。

第5圖：第1圖之A-A剖視圖。

第6圖：本創作集流筒剖視圖。

第7圖：本創作電腦31感應控制的隨機變速裝置實施例。

第8圖：第7圖之俯視圖。

請參閱圖式中第1圖至第3圖所示，本創作係由一種可提高能量攫取效率的集流筒1，將海洋水流能量攫取後，經一變速傳動系統3，及一由電腦31控制的隨機調速裝置，將轉速穩定之能量導入發電機，以達發 電之預期目的，而於電力產生後，經由一種電纜引渡裝置所引渡之電纜，導向需電處所使用。同時，為了使整體架構能夠安全固定於預定的地點，且能夠將整體架構押入並懸浮於預定之深水中，乃設置一具有定位定深並具輔助沉降功能之鏈索，將整體架構固定懸浮於預定之處所，而為了便於未來維修時之搜尋與拉升，則設置一兼具標示公用之升降鏈索；另為了使發電設備在深水高壓下，免於泡水維持長久而有效率的運轉，乃設置一具有可充壓之浮體乘載平台。藉由以上的裝置交互配合運作，可使本海洋能量發電裝置，不受地質、地形、颱風與地震、水壓強度等因素之干擾限制，以實現減碳乾淨能源之時代正義觀念。

其實施運用係以一呈喇叭狀具有提高能量攫取效率之集流筒1攫取海洋水流能量，由該海洋水流能量推動一設置於集流筒1頸部出水口處的渦輪機2旋轉(如第6圖所示)，渦輪機2旋轉輸出的旋轉動能經變速傳動系統3引入發電機4來達成發電的目的。

而該等設備係設置於浮體乘載平台5，浮體乘載平台5如第4圖所示，由上而下分為上空間6、中空間7及下空間8，在上、中兩空間6、7之側方另設一狹道9，在該狹道9的下方設一水液進出孔10，上空間6的上側方與狹道9的隔壁上設氣流進出孔11，而集流筒1、渦輪機2及變速傳動系統3係架設在浮體乘載平台5之上空間6的外部頂端。

在浮體乘載平台5中空間7的腹側設置可開合的活動封蓋12，如第5圖所示，該封蓋12係與裝置於中空間7內之可沖壓的收縮氣囊13的充氣孔14結為一體，而收縮氣囊另設一出氣孔15凸出於狹道9內，該出氣孔15設置一押柄16及控制開關浮球17；浮體乘載平台5的下空間8則具有一充 氣孔18可充壓的密閉空間，其面向水流之前端呈婁空尖頭狀19，而浮體乘載平台5的上方設置一方向舵39(如第1圖及第3圖所示)，該方向舵39係對應於集流筒1之渦輪機2的後方一設定距離，藉該方向舵39得使浮體乘載平台5自動調整對正海洋水流，而使浮體乘載平台5上的集流筒1能穩定的對正海洋水流，達到攫取最高海洋水流能量的效率。

整個浮體乘載平台5由一可分離的夾扣架20扣固，而夾扣架20的底部設置有鎮壓重力錘碇21及定位定深鏈索22；定位定深鏈索22一端扣固於沉置在海底的定位沉碇23，另端則跨繞過由夾扣架20拉出24之導輪25懸吊一輔助定位升降垂碇26，並在定位定深鏈索22上預定深度處設置一可充氣的定深浮筒27；而整體浮乘載平台5由升降鏈索28控制升降，升降鏈索28近水面端扣置一標示浮筒29，以便於維修時搜尋其位置所在。

當海洋水流能量推動渦輪機2旋轉，渦輪機2輸出的旋轉動能經變速傳動系統3導入發電機前，如第7圖及第8圖所示，係由一以電腦31感應控制之隨機變速裝置的測速感應器30測得轉速訊息，並傳遞給電腦31以控制變速器32帶動馬達33使其轉速達到可用的範圍。當動力經飛輪34帶動發電機4轉子的轉軸35，而在該發電機4轉子的轉軸35設有轉速感應器36傳訊給電腦31控制設置在剎車盤37周圍的電磁鐵38，以調整最後的轉速達到所預期的特定轉速。

於實施時，先將定深浮筒27充滿精算後的氣壓，並裝置在定位定深鏈索22相當於整體架構預定置入水中的深度處，並將定位沉碇23沉置於預定的海床位置，再將整體架構與定位定深鏈索22結合，當整體架構未沉入水中前以修建吊掛機具暫時托住，此時將收縮氣囊13及下空間8充入經 精算後需要的氣壓，再將整體架構與修建吊掛機具分離沉入水中。

當整體架構沉入水中後，水壓將會隨水深而增大，此時高壓水液會由中空間7之活動封蓋7口流入，將收縮氣囊13加以壓縮，水液同時由狹道9下方的水液進出孔10流入狹道9內，而控制開關浮球17會隨流入之水液的浮力上升，驅動押柄16押開收縮氣囊13出氣孔15的活塞，使收縮氣囊13內的高壓氣體流出，經狹道9與上空間6隔壁上預留的氣流進出孔11流入上空間6，直到上空間6、狹道9及收縮氣囊13內的氣壓與外部的水壓達到平衡狀態，以確保上空間6不被水液灌入，從而使安置於其內的發電機4能夠維持預期的運轉效果。

擬置的整體架構不含輔助定位升降垂碇26的重量，因此具有淨浮力，因此，需藉輔助定位升降垂碇26的重量將之拉入水裏，而當水的深度增加時，中空間7內的收縮氣囊13的體積將因水體的壓力及部分氣體被擠入上空間6而縮小，從而使整體架構之潛在浮力因體積縮小而變小(此減少之浮力小於輔助升降垂碇之重量)，整體淨重將因此而增加。但當整體架構沉沒到預定的深度時，輔助定位升降垂碇26的重量將被設置於定位定深鏈索22上的定深浮筒27全部抵銷，最後整體架構乃保有相當的淨浮力，從而可以安穩的懸浮於預定深度的水中。

渦輪機2由集流筒1匯集之水流能量推動，經變速傳動系統3使能量產生數倍的效果，導入上空間6內的發電機4，經隨機變速機制與剎車機制的調整，使進入發電機4之轉速達到預期的速度，從而達成預期的發電效果，而其所產生的電力可經由電纜引渡裝置將電力引向需電之處所。

而浮體乘載平台5的下空間8前端呈婁空尖頭狀19設計，可減 少無用之水流衝擊力，減少定位定深鏈索22所承受的拉扯力量，確保整體架構不致因斷鏈而流失；另夾扣架20底部所設置的重力錘碇21可平衡集流筒1所承受的衝擊力，使整個浮體乘載平台5不致產生上仰而能保持水平狀態，以確保渦輪機2攫取海洋水流能量的效率。

當裝置設備需要維修時，可依浮於水面的標示浮筒29所示搜尋擬維修的機組，藉拉置於其底部的升降鏈索28，以具浮力的吊掛機具將整體架構拉回水面後，將浮體乘載平台5與夾扣架20分離，並使分離後的夾扣架20托扣於吊掛機具上，並將該吊掛機具留置於該位置的水面上，而整個浮體乘載平台5(含發電機構設備)則由拖船拉回設置於海岸邊的修建工廠進行維修。

嗣而，本案創作「海洋深層能量發電裝置」確實具備了不受地質、地形、颱風、地震與水壓強度等因素的干擾限制，以實現利用海洋深層能量發電的減碳乾淨能源的高產業利用性與經濟效益性。

1‧‧‧集流筒

3‧‧‧變速傳動系統

5‧‧‧浮體乘載平台

12‧‧‧封蓋

14‧‧‧充氣孔

19‧‧‧尖頭狀

20‧‧‧夾扣架

21‧‧‧重力錘碇

22‧‧‧定位定深鏈索

23‧‧‧定位沉碇

24‧‧‧拉出

25‧‧‧導輪

26‧‧‧定位升降垂碇

27‧‧‧定深浮筒

28‧‧‧升降鏈索

29‧‧‧標示浮筒

39‧‧‧方向舵

Claims (6)

1. 一種海洋深層能量發電裝置，包括：一浮體乘載平台，供集流筒、渦輪機、變速傳動系統及方向舵裝設；一呈喇叭狀具有提高能量攫取效率之集流筒以攫取海洋水流能量，由該海洋水流能量推動一設置於集流筒頸部出水口處的渦輪機旋轉，渦輪機旋轉輸出的旋轉動能經變速傳動系統引入發電機；一能將整體架構固定懸浮於預定處預定深水中，並具有定位定深並具輔助沉降功能的鏈索，在定位定深鏈索上預定深度處設置一可充氣的定深浮筒；一利於搜尋與拉升並兼具標示作用的升降鏈索，升降鏈索近水面端扣置一標示浮筒；一由電腦控制的隨機調速裝置；一扣固整個浮體乘載平台的可分離的夾扣架，夾扣架的底部設置有鎮壓重力錘碇及定位定深鏈索；藉由呈喇叭狀具有提高能量攫取效率之集流筒攫取海洋水流能量，由該海洋水流能量推動一設置於集流筒頸部出水口處的渦輪機旋轉，渦輪機旋轉輸出的旋轉動能經變速傳動系統引入發電機來達成發電。
2. 依申請專利範圍第1項所述之海洋深層能量發電裝置，其中該渦輪機輸出的旋轉動能經變速傳動系統導入發電機前，係由電腦感應控制之隨機變速裝置的測速感應器測得轉速訊息，並傳遞給電腦以控制變速器帶動馬達使其轉速達到可用的範圍，當動力經飛輪帶動發電機轉子的轉軸，而在該發電機轉子的轉軸設有轉速感應器傳訊給電腦控制設置在剎車盤周圍的電 磁鐵，以調整最後的轉速達到所預期的特定轉速。
3. 依申請專利範圍第1項所述之海洋深層能量發電裝置，其中該浮體乘載平台由上而下分為上空間、中空間及下空間，在上、中兩空間之側方另設一狹道，狹道的下方設水液進出孔，上空間的上側方與狹道的隔壁上設氣流進出孔。
4. 依申請專利範圍第3項所述之海洋深層能量發電裝置，其中該浮體乘載平台中空間的腹側設置可開合的活動封蓋，封蓋與裝置於中空間內之可沖壓的收縮氣囊的充氣孔結為一體，而收縮氣囊另設一出氣孔凸出於狹道內，該出氣孔設置一押柄及控制開關浮球；浮體乘載平台的下空間則具有一充氣孔可充壓的密閉空間，其面向水流之前端呈尖頭狀。
5. 依申請專利範圍第1項所述之海洋深層能量發電裝置，其中該扣固整個浮體乘載平台的可分離的夾扣架20，其底部設置有鎮壓重力錘碇及定位定深鏈索；該定位定深鏈索一端扣固於沉置在海底的定位沉碇，另端則跨繞過由夾扣架拉出之導輪懸吊一輔助定位升降垂碇，並在定位定深鏈索上預定深度處設置一可充氣的定深浮筒。
6. 依申請專利範圍第1項所述之海洋深層能量發電裝置，其中該浮體乘載平台的方向舵，係對應於集流筒之渦輪機的後方一設定距離。