TW201615975A - 深海能量攫取暨發電裝置之懸浮定位承載結構 - Google Patents

Abstract

本案創作之深海能量攫取暨發電裝置之懸浮定位承載結構，係包括：集流加壓筒暨能量攫取渦輪機裝置、變壓氣艙、定位牴力鏈索暨定深平台裝置以及升降平台裝置所搭配構成；係以集流加壓筒暨能量攫取渦輪機裝置攫取海流能量帶動變壓氣艙內之發電機發電；變壓氣艙為子母艙結構，供發電機及收縮氣囊設置；定位牴力鏈索暨定深平台裝置，係由定位牴力鏈索、球型浮力筒及定位重力沉碇組成，使整體架構固定於海上已選定的地點，並可產生與水流反向的強大牴力；升降平台裝置為一可升回水面維修及維修後能準確降回到定深平台的裝置，在升降平台上設置集流加壓筒暨能量攫取渦輪機裝置、變壓氣艙及方向舵；進以構成一能確實穩固實施深海能量攫取與發電的懸浮定位承載結構。

Description

深海能量攫取暨發電裝置之懸浮定位承載結構

一種深海能量攫取暨發電裝置之懸浮定位承載結構，包括集流加壓筒暨能量攫取渦輪機裝置、變壓氣艙、定位牴力鏈索暨定深平台裝置以及升降平台裝置所搭配構成；其中係以一可升回水面維修及維修後能準確降回到定深平台的升降平台供集流加壓筒暨能量攫取渦輪機裝置、變壓氣艙及方向舵設置；於變壓氣艙中設置發電機及收縮氣囊；定位牴力鏈索暨定深平台裝置，係由定位牴力鏈索、球型浮力筒及定位重力沉碇組成，使整體承載架構懸浮固定於海上所選定的地點，並產生與水流反向的強大牴力，使懸浮定位的整體承載架構能確實的穩固實施指定地點的深海能量攫取與發電。

一直已知設置在海面、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，而在該等相關的技術文獻中，有已知的：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。

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。

本案發明人亦曾先後針對相關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。

由於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定位承載結構，則為急待不斷創新研發以期盡至理想、實用的產業技術研發課題與目標。

本案「深海能量攫取暨發電裝置之懸浮定位承載結構」的主要創作目的在於：提供一能使深海能量攫取暨發電裝置穩固懸浮定位於指定地點的懸浮定位承載結構，以穩固的攫取深海能量及發電。

本創作特徵在於：該深海能量攫取暨發電裝置之懸浮定位承載結構，包括：集流加壓筒暨能量攫取渦輪機裝置、變壓氣艙、定位牴力鏈索暨定深平台裝置以及升降平台裝置所搭配構成；其中，係以集流加壓 筒暨能量攫取渦輪機裝置攫取海流能量帶動變壓氣艙內之發電機發電；變壓氣艙為子母艙結構，供發電機及收縮氣囊設置；定位牴力鏈索暨定深平台裝置，係由定位牴力鏈索、球型浮力筒及定位重力沉碇組成，使整體架構固定於海上已選定的地點，並可產生與水流反向的強大牴力；升降平台裝置為一可升回水面維修及維修後能準確降回到定深平台的裝置，在升降平台上設置集流加壓筒暨能量攫取渦輪機裝置、變壓氣艙及方向舵，進以構成一深海能量攫取暨發電裝置之懸浮定位承載結構，使整體承載架構能穩固懸浮定位於海上所選定的地點，並產生與水流反向的強大牴力，使懸浮定位的整體承載架構能確實的穩固實施指定地點的深海能量攫取與發電效益。

1‧‧‧集流加壓筒

11‧‧‧分流器

2‧‧‧渦輪機

21‧‧‧變速傳動系統

3‧‧‧變壓氣艙

31‧‧‧內艙

311‧‧‧活門

32‧‧‧外艙

321‧‧‧防脫耳扣

33‧‧‧左狹巷

34‧‧‧右狹巷

35‧‧‧收縮氣囊

36‧‧‧接駁導輪

37‧‧‧發電機

38‧‧‧長頸浮筒

381‧‧‧凸栓

382‧‧‧長管氣嘴

4‧‧‧定深平台

40‧‧‧貫穿孔

41‧‧‧牴力鏈索

42‧‧‧球型浮力筒

43‧‧‧定位重力沉碇

431‧‧‧中心點

44‧‧‧定位錨桿

5‧‧‧升降平台

50‧‧‧軸柱

51‧‧‧導位鏈索

52‧‧‧重力錘碇

53‧‧‧標位柱

54‧‧‧活扣

55‧‧‧升降鏈索

56‧‧‧標示浮筒

57‧‧‧方向舵

58‧‧‧滾珠盤

6‧‧‧骨架

60‧‧‧耳孔

61‧‧‧下拉鏈索

62‧‧‧匯集點

63‧‧‧匯集鏈索

第1圖：本創作之實施例。

第2圖：本創作之組裝示意圖。

第3圖：本創作之升降平台俯視圖。

第4圖：本創作之定深平台。

第5圖：第4圖之定深平台俯視圖。

第6圖：本創作之骨架。

第7圖：第6圖之骨架俯視圖。

第8圖：本創作之集流加壓筒暨能量攫取渦輪機裝置及變壓氣艙剖視圖。

第9圖：第8圖之A-A剖視圖。

第10圖：本創作之集流加壓筒暨能量攫取渦輪機裝置剖視圖。

請參閱圖式中第1圖及第2圖所示本創作「深海能量攫取暨發電裝置之懸浮定位承載結構」實施例，係包括：集流加壓筒1暨能量攫取渦輪機裝置2、變壓氣艙3、定位牴力鏈索暨定深平台4裝置以及升降平台5裝置所搭配構成；其中：集流加壓筒1暨能量攫取渦輪機2裝置之集流加壓筒1外觀呈喇叭狀(如第1圖、第2圖及第10圖所示例)，該集流加壓筒1的前端進水口較寬大，內部中央固定設置一呈尖錐狀的加壓分流器11，而後端頸部之環狀出水口較狹小，當水流由集流加壓筒1寬大的前端進水口流入，經中央尖錐狀的加壓分流器11擠壓，由後端頸部環狀出水口快速流出，使水流產生較大的推力，以推動設置在出水口處的渦輪機2的葉片旋轉，從而提高渦輪機2攫取水流能量的效率，而所攫取的水流能量經變速傳動系統21之輸入導輪211，輸入安置於變壓氣艙3內部的發電機4旋轉發電。

變壓氣艙3係為一種子母艙結構設計，該變壓氣艙3包括內艙31與外艙32，底部左右側各以適量的螺絲予以固定結合，並在外艙32外壁兩側各設置一防脫耳扣321，藉以使變壓氣艙3的子母艙體能夠準確的安置於升降平台5上，內外艙31、32之間分別留一左狹巷33及一右狹巷34，在內艙31內部設置一收縮氣囊35，並在內艙31之一側設置一可置入收縮氣囊35之活門311，在右狹巷34內設置一接駁導輪36，以接駁變速傳動系統21之輸入導輪211所導入的旋轉動能供發電機37運轉之用。另在左狹巷33內設置一具有開口向上之長頸浮筒38，長頸浮筒38內之底部設置一凸栓381，浮筒38之長頸口內含住一由收縮氣囊35伸出之長管氣嘴382，此種設置作用是當整體結 構沉入深水中時，壓力較大的水液，將會由內外艙31、32間之小縫隙滲入外艙32內，長頸浮筒38因水的浮力而上升，其內之凸栓381將向上凸壓收縮氣囊35的長管氣嘴382內的活塞，讓收縮氣囊35內的高壓氣體釋出，而流進外艙32內，此時水液同時由置入收縮氣囊35之活門311滲入內艙31，使收縮氣囊35的體積變小，直到外艙32及收縮氣囊35內的氣壓與艙外之水壓達到平衡狀態，而將水液完全的阻擋在內艙31頂簷之下，從而使設置在子母艙內之發電機37不致被水液浸濕毀損，而維持長久正常運轉。收縮氣囊35因水壓的擠壓會使體積會縮小，其隱含之浮力亦會同時減少，因而使整個升降平台5的淨重增加，其所增加之重量將由定深平台4之浮力承受，從而使升降平台5能夠安全的懸浮在預定深度的水中。

定位牴力鏈索暨定深平台4裝置係由定位牴力鏈索41、球型浮力筒42及定位重力沉碇43組成，其中定位牴力鏈索41下端固定於定位重力沉碇43上，定位牴力鏈索41上端則與球型浮力筒42相連，而藉球型浮力筒42向上的拉力及定位重力沉碇43向下的拉力繃緊，形成有如強弩之弓弦，此種設置可使整體架構固定於海上已選定的地點，並可產生與水流反向的強大牴力，並提昇渦輪機2攫取水流能量之效能。而定深平台4係一種具有浮力之充壓艙，其定深平台4中央留一貫穿孔40供升降平台5定位設置之用，該定深平台4係固定在一骨架6上，該骨架6外觀呈立體狀，並設有供定位牴力鏈索41貫穿之耳孔60，當定位牴力鏈索41貫穿耳孔60時，可保持可抽動之狀態，骨架6則由四條等長的下拉鏈索61平衡的向下拉，經匯集於一匯集點62後，再由該匯集點62拉出一條匯集鏈索63下拉固定於定位重力沉碇43之中心點431，此等設置可使定深平台4隨時永遠保持水平狀態，進而確保集流加壓 筒1承受水流推力之衝擊時，不致造成上仰之狀況，使渦輪機2保持最佳的水流能量攫取效能，並使發電機37維持正常的運轉。

而定位重力沉碇43底部為弧形球面，頂部為凹陷的內凹面，其可藉球型浮力筒42的向上浮力而產生平均向上拉的效果，並配合至少一支貫穿定位重力沉碇43的定位錨桿44，而使定位重力沉碇43可適應海底各種凹凸不平的沙石地形或海底山丘區，以確實保持定位重力沉碇43的端正不傾斜。

升降平台5裝置外觀呈T字型，於其T字型軸柱50的底端向下牽設一導位鏈索51，該導位鏈索51可引導升降平台5之軸柱50底端準確的貫穿並定位於定深平台4的中心貫穿孔41，且在導位鏈索51尾端牽拉一個重力錘碇52，此等裝置可使升降平台5在升回水面維修後再歸位時，可準確的降回到定深平台4上。而在升降平台5之檯面上，設置四根標位柱53，在該等標位柱53上各設置一活扣54，此等設置可使變壓氣艙3於裝設時能夠準確且安全的定位，另外各標位柱53頂端分別被一升降鏈索55牽著，使升降平台5能夠在水中升降，而升降鏈索55在水面之頂端各設置一標示浮筒56，以便深海能量攫取暨發電裝置維修時，能夠正確搜尋需維修機組的位置。另在升降平台5上設置一方向舵57，且在升降平台5之底部設置滾珠盤58，用以掌握水流的方向，使渦輪機2能夠確保較好的效能。

本案於實施運用上，係先在陸地岸邊建造所需用之部件，子母變壓氣艙之內艙31、定深平台4及球型浮力筒42分別充入適量的氣壓，將定深平台4固定於骨架6，定位牴力鏈索41穿入定深平台4所固定之骨架6的耳孔60，一端牽拉著球型浮力筒42，另一端固定在定位重力沉碇43上，同時將 升降平台5底下之導位鏈索51穿入定深平台4之中心貫穿孔41。

一切就緒後，以適當之船具運至預定設置之海面上，依序將定位重力沉碇43、重力錘碇53、定深平台4及骨架6、升降平台5、球型浮力筒42及標示浮筒55置入水中，待此等部件落定後，以適當的船具將裝備好之發電機組件(含變壓氣艙3、發電機37、集流加壓筒1、渦輪機2及變速傳動系統21)運至已確定安置地點之海面上，並以適當的吊具拉吊升降鏈索54將升降平台5吊升回水面，並以具有浮力之適當輔助扣具暫時扣浮在水面上，再將發電機組件以標位柱53卡住設置在外艙32之防脫耳扣321，並以標位柱53上的活扣54扣緊安置於升降平台5上，安置就緒後，再放開輔助扣具，讓已安置發電機組件之升降平台5由導位鏈索51及重力錘碇53向下拉之作用，準確的沉降回到定深平台4上。

在沉降過程中，水壓會隨水深而增加，水液會由子母變壓氣艙3之結合縫分別滲入子母艙的內艙31與外艙32中，此時在左狹巷33內之長頸浮筒38會隨著水面上升，而其內底部之凸栓381會向上擠壓收縮氣囊35之長管氣嘴382內的活塞，讓收縮氣囊35內的高壓氣體釋出到外艙32中，同時高壓的水液會由置入收縮氣囊35之活門311滲入內艙31中，擠壓收縮氣囊35使其囊體的體積縮小，直到外艙32、左狹巷33、右狹巷34及收縮氣囊35內的氣壓與艙外的水壓達到平衡，而將艙內的水面最高控制在內艙31頂簷之下，從而確保發電機件免於浸濕而毀損，以維持發電機的正常運轉。

由於定深平台4係固定在立體的骨架6上，骨架6之耳孔60被定位牴力鏈索41所貫穿，而定位牴力鏈索41由定位重力沉碇43向下的重力及球型浮力筒42向上的浮力所繃緊，如同強硬的弓弦，當水流衝擊集流加壓 筒1、變壓氣艙3及定深平台4時，緊繃的定位牴力鏈索41會產生與水流反向的牴力，可避免集流加壓筒1隨水流平移流動，以確保渦輪機2能夠發揮較佳攫取能量之效力。同時因定深平台4所固定的骨架6呈立體架構，可借助定位牴力鏈索41緊繃的強大力量，抗衡水流衝擊集流加壓筒1的衝擊力，使整體架構避免產生上仰之狀況，確保渦輪機2攫取水流能量的效率。而設置在升降平台5上的方向舵57則可協助集流加壓筒1隨時掌握水流方向，進而也可確保渦輪機2攫取能量的效率，渦輪機2所攫取之能量，透過變速傳動系統21之輸入導輪211及設置在變壓氣艙3右狹巷34內之接駁導輪36，推動發電機37運轉。

定位重力沉碇43被數條定位牴力鏈索41平均的拉著，定位重力沉碇43可藉該等定位牴力鏈索41上端之球型浮力筒42之浮力平均的向上拉。因此，無論是設置在凹凸不平的沙石地形或海底山丘區，定位重力沉碇43均不致產生太大的傾斜，而下拉定深平台骨架6之匯集鏈索63係固定在定位重力沉碇43之中心點431，該中心點431也是各定位牴力鏈索41固定點的中心點，彼此均保持相對一定距離的固定在定位重力沉碇43上，彼此不致產生糾結現象，從而使整個架構能夠確保安全穩固。而貫穿立體骨架6耳孔60之定位牴力鏈索41可上下自由抽動，因此，無論在何種地形或地層因地震產生變動，均可自動調整，使定深平台4隨時保持水平狀態，從而使發電機37保持有效率的運轉。

當發電機37需要維修時，可循標示浮筒56找到待維修之發電機組，再以吊掛機具吊拉升降鏈索55將升降平台5拉升回水面，並暫時以具浮力之輔助扣具扣浮在水面上，鬆開標位柱53上的活扣54，使發電機組與升 降平台5分離後，發電機組以船具運回岸邊工廠維修，而升降平台5可立即安置另一事先備用的發電機組後，再放開輔助扣具，讓升降平台5帶著發電機組再沉降回定深平台4上，恢復攫取水流能量的發電效益。

1‧‧‧集流加壓筒

2‧‧‧渦輪機

21‧‧‧變速傳動系統

3‧‧‧變壓氣艙

4‧‧‧定深平台

40‧‧‧貫穿孔

41‧‧‧牴力鏈索

42‧‧‧球型浮力筒

43‧‧‧定位重力沉碇

431‧‧‧中心點

44‧‧‧定位錨桿

5‧‧‧升降平台

50‧‧‧軸柱

51‧‧‧導位鏈索

52‧‧‧重力錘碇

53‧‧‧標位柱

54‧‧‧活扣

55‧‧‧升降鏈索

56‧‧‧標示浮筒

57‧‧‧方向舵

58‧‧‧滾珠盤

6‧‧‧骨架

60‧‧‧耳孔

61‧‧‧下拉鏈索

62‧‧‧匯集點

63‧‧‧匯集鏈索

Claims (5)

1. 一種深海能量攫取暨發電裝置之懸浮定位承載結構，係包括：集流加壓筒暨能量攫取渦輪機裝置、變壓氣艙、定位牴力鏈索暨定深平台裝置以及升降平台裝置所搭配構成；其特徵在於：以集流加壓筒暨能量攫取渦輪機裝置攫取海流能量帶動變壓氣艙內之發電機發電；變壓氣艙為子母艙結構，供發電機及收縮氣囊設置；定位牴力鏈索暨定深平台裝置，係由定位牴力鏈索、球型浮力筒及定位重力沉碇組成；升降平台裝置為一可升回水面維修及維修後能準確降回到定深平台的裝置，在升降平台上設置集流加壓筒暨能量攫取渦輪機裝置、變壓氣艙及方向舵。
2. 依申請專利範圍第1項所述之深海能量攫取暨發電裝置之懸浮定位承載結構，其中該集流加壓筒暨能量攫取渦輪機裝置之集流加壓筒外觀呈喇叭狀，該集流加壓筒的前端進水口較寬大，內部中央固定設置一呈尖錐狀的加壓分流器，而後端頸部之環狀出水口較狹小。
3. 依申請專利範圍第1項所述之深海能量攫取暨發電裝置之懸浮定位承載結構，其中該變壓氣艙係為一種子母艙結構，該變壓氣艙包括內艙與外艙，底部左右側各以適量的螺絲予以固定結合，並在外艙外壁兩側各設置一防脫耳扣，內外艙之間分別留一左狹巷及一右狹巷，在內艙內部設置一收縮氣囊，並在內艙之一側設置一可置入收縮氣囊之活門，在右狹巷內設置一接駁導輪以接駁變速傳動系統之輸入導輪所導入的旋轉動能供發電機運轉，另在左狹巷內設置一具有開口向上之長頸浮筒，長頸浮筒內之底部設置一凸栓，浮筒之長頸口內含住一由收縮氣囊伸出之長管氣嘴。
4. 依申請專利範圍第1項所述之深海能量攫取暨發電裝置之懸浮定位承載結 構，其中該定位牴力鏈索暨定深平台裝置係由定位牴力鏈索、球型浮力筒及定位重力沉碇組成；其中定位牴力鏈索下端固定於定位重力沉碇上，定位牴力鏈索上端則與球型浮力筒相連；定深平台係一種具有浮力之充壓艙，其定深平台中央留一貫穿孔供升降平台定位設置之用，該定深平台係固定在一骨架上，該骨架外觀呈立體狀，並設有供定位牴力鏈索貫穿之耳孔，骨架則由四條等長的下拉鏈索平衡的向下拉，經匯集於一匯集點後，再由該匯集點拉出一條匯集鏈索下拉固定於定位重力沉碇之中心點；定位重力沉碇底部為弧形球面，頂部為凹陷的內凹面，並配合至少一支貫穿定位重力沉碇的定位錨桿。
5. 依申請專利範圍第1項所述之深海能量攫取暨發電裝置之懸浮定位承載結構，其中該升降平台裝置外觀呈T字型軸柱，於軸柱的底端向下牽設一導位鏈索，該導位鏈索可引導升降平台之軸柱底端準確的貫穿及定位於定深平台的中心貫穿孔，並在導位鏈索尾端牽拉一個重力錘碇；在升降平台之檯面上設置四根標位柱，在該等標位柱上各設置一活扣，於各標位柱頂端分別被一升降鏈索牽著，而升降鏈索在水面之頂端各設置一標示浮筒，另在升降平台上設置一方向舵，在升降平台之底部設置滾珠盤。