TW201723306A - 水力發電系統 - Google Patents

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Abstract

本發明為一種水力發電系統，係利用水力來進行發電，包括：一水力發電模組以及一發電裝置。該水力發電模組包括一葉片輪以及呈傾斜之一流道，該葉片輪之重量為1噸以上，該葉片輪用以接受位於上方之水，並藉由該水以令該葉片輪進行旋轉而產生扭力，該流道用以接收經過該葉片輪之水並向下流出；以及該發電裝置用以接收該葉片輪旋轉之力以進行發電。藉此結構，本發明利用葉片輪的扭力輸出可達到高效率發電，符合環保綠能的時代要求。

Description

水力發電系統
本發明為一種發電系統，尤指一種利用葉片輪的扭力輸出可達到高效率發電，符合環保綠能的時代要求之水力發電系統。
按，自西元1975年能源危機爆發後，找尋替代能源以減少過度依賴石化燃料便成為世界各國所共同努力的目標之一。可再生能源（Renewable Energy）為來自大自然的能源，例如：太陽能、風力、地熱、潮汐能等等。相較於核能及火力發電具有高污染及潛在的危險性，再生能源則具有取之不盡、用之不竭及無污染的特色，因而再生能源發電技術成為新一代的發電方式。台灣位於亞熱帶鄰近赤道，特別是在夏季日照充足，擁有充分的日光，且在冬季東北風盛行，蘊含大量風能，目前主要是以太陽能、風力、生質能及水力等生生不息的天然資源作為發電來源。
其中，請參閱如中華民國專利第M508593號所揭露一種漂浮式水力發電裝置，其包含至少一浮體、發電模組、蓄電模組以及固定模組。浮體可包含固定軸以及活動軸，活動軸係套設於固定軸上，活動軸之外周面上具有複數個葉片，當葉片受水流的壓力差帶動時，可使活動軸沿著固定軸轉動。發電模組係設置於浮體上，且發電模組的傳動軸係受活動軸所驅動，而將活動軸進行圓周運動時所產生之動能轉換成電能以進行發電。蓄電模組係設置於浮體上並電性連接發電模組，以儲存發電模組產生之電能。固定模組可連接固定軸，並使浮體漂浮水域之水面時維持固定軸不轉動。
以及，如中華民國專利第M504871 所揭露一種水力發電裝置，係主要設有呈傾斜設置之水道，並於該水道上方組設有複數水車，又使該水道內組設有錐型管，且使該錐型管其小徑之一端朝向位於其後方之水車，另使該水車組接有發電機，藉此，當水流由錐型管其管孔大徑之一端往小徑之一端流出時，於管孔管徑漸縮下，水的流速及水壓便會相對提高，於此，當水流沖擊水車時，即會增加水車轉動速度，進而達到提升與水車組接之發電機其發電效率等實質效益。
由此可以得知，雖然目前技術已擁有各種不同結構的水力發電裝置。然而，現有技術的水力發電裝置都有著發電效率低落的問題，實有改良的必要。
是以，要如何解決上述習用之問題與缺失，即為本發明之發明人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之路徑所在者。
故，本發明之發明人有鑑於上述缺失，乃搜集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種發明專利者。
本發明之目的在於提供一種以極低的碳排放即可達到高效率發電，符合環保綠能的時代要求之水力發電系統。
為了達到上述或其他目的，本創作一種水力發電系統，係利用水力來進行發電，包括：一水力發電模組，包括一葉片輪以及呈傾斜之一流道，該葉片輪之重量為1噸以上，該葉片輪用以接受位於上方之水，並藉由該水以令該葉片輪進行旋轉而產生扭力，該流道用以接收經過該葉片輪之水並向下流出；以及一發電裝置，用以接收該葉片輪旋轉之力以進行發電。
在一較佳實施例中，更包括一抽水馬達，用以藉由一管體將水運送一預設高度至該葉片輪上方。
在一較佳實施例中，該預設高度為10-20公尺之間。
在一較佳實施例中，該葉片輪包括一輪體以及複數葉片，該複數葉片係排列設置於該輪體側邊。
在一較佳實施例中，更包括一變速箱，該葉片輪旋轉之力先輸入至該變速箱，經過該變速箱變速後再輸出至該發電裝置。
在一較佳實施例中，該葉片輪包括一軸體，該葉片輪旋轉之力係藉由該軸體輸入至該變速箱。
在一較佳實施例中，該水力發電模組包括一箱體，該葉片輪以及該流道係收容於該箱體內。
在一較佳實施例中，更包括一集水槽，設置於該水力發電模組下方或上方，用以集水。
在一較佳實施例中，該葉片輪之重量為10噸。
為了達到上述或其他目的，本創作更包括一種水力發電系統，係利用水力來進行發電，包括：複數水力發電模組，係互相疊置而可彈性擴充，各包括一葉片輪以及呈傾斜之一流道，該葉片輪之重量為1噸以上，最上層之該葉片輪用以接受位於上方之水，並藉由該水以令該葉片輪進行旋轉而產生扭力，該流道用以接收經過該葉片輪之水並向下流出；以及一發電裝置，用以接收該等葉片輪旋轉之力以進行發電。
其中，由於本發明之該葉片輪之重量為1噸以上，藉此，當該葉片輪藉由該水以令該葉片輪進行旋轉時，可因其本身的重力來產生極大的扭力，以達到高效率發電，符合環保綠能的時代要求。
為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及構造，茲繪圖就本發明較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全了解。
請參閱圖1所示，係為依據本發明水力發電系統較佳實施例之實施示意圖。由圖中可清楚看出，本發明一種水力發電系統，係利用水力來進行發電，以極低的碳排放即可達到高效率發電，符合環保綠能的時代要求。該水力發電系統包括：一抽水馬達1、一水力發電模組2以及一發電裝置3。
該抽水馬達1用以將水運送至一預設高度至該葉片輪22上方，並且，該抽水馬達1藉由一管體11將水運送至該預設高度H。於本實施例中，該預設高度H為10-20公尺之間，但不限於此，該抽水馬達1為輸入60安培之抽水馬達1，但不限於此。
該水力發電模組2包括一葉片輪22以及呈傾斜之一流道23。其中該葉片輪22包括一輪體221、複數葉片222以及軸體24，該複數葉片222係排列設置於該輪體221側邊，而該軸體24係自該輪體221軸心位置處延伸。且該葉片輪22其重量為1噸以上，較佳地，該葉片輪22其重量為10噸，但不限於此。該葉片輪22用以接受位於上方該抽水馬達1所運送之水，並藉由該水以令該葉片輪22進行旋轉，該流道23用以接收經過該葉片輪22之水並向下流出。
該發電裝置3用以接收該葉片輪22旋轉之力以進行發電。於本實施例中，該葉片輪22旋轉之力係藉由該軸體24輸入至該發電裝置3。進一步說明，本發明更包括一變速箱4，該葉片輪22旋轉之力先輸入至該變速箱4，經過該變速箱4變速後再輸出至該發電裝置3。以及，由於本發明該葉片輪22包括一軸體24，該葉片輪22旋轉之力係藉由該軸體24輸入至該變速箱4。
再者，該水力發電模組2包括一箱體21，該葉片輪22以及該流道23係收容於該箱體21內，該箱體21包括一罩體25以及一開口26，該罩體25可限制水的位置，確保水位於兩葉片222之間，以達更高效率。以及該開口26係使該箱體21與外界通連，可降低箱體21內的溫度。以及，本發明水力發電系統更包括一集水槽12，設置於該水力發電模組2下方，用以收集該流道23所流出之水之集水用途。該抽水馬達1即可將該集水槽12內的水運送至該預設高度H，並且該發電裝置3所產生的電可再供應該抽水馬達1電力。
請參閱圖1以及2所示，係為依據本發明水力發電系統較佳實施例之實施示意圖以及再一較佳實施例之實施示意圖。由圖中可清楚看出，本實施例大致相同於前一實施例，於本段說明中，將只說明不同處。本發明之該水力發電模組2係設置為可互相疊置而且可彈性擴充不限制數量，亦即，該水力發電模組2可根據需要一層層設置。藉此實施例之設置，最上層之水力發電模組2該葉片輪22用以接受位於上方之該抽水馬達1所運送之水，而最下層之水力發電模組2用以接收經過上一層該水力發電模組2之水並向下流出。
而該發電裝置3即可用以接收該等葉片輪22旋轉之力以進行發電。
請參閱圖3所示，係為依據本發明水力發電系統又一較佳實施例之實施示意圖。需要特別說明的是，本發明該抽水馬達1並非必要元件，例如該集水槽12可設置於該水力發電模組2上方，於具體實施時，該集水槽12可為一位於山上的水庫，如此，即可不需要抽水馬達1來抽水。
藉由上述之結構、組成設計，茲就本發明之使用作動情形說明如下：請同時參閱圖2所示，係為依據本發明水力發電系統再一較佳實施例之實施示意圖。由圖中可清楚看出，本發明之主要關鍵在於本發明之該葉片輪22之重量為1噸以上，例如設置為10噸。藉此，當該葉片輪22藉由該水以令該葉片輪22進行旋轉時，可因其本身的重力來產生極大的扭力，以達到高效率發電，符合環保綠能的時代要求。其中所謂「扭力」，係指在一定的距離之內對物體施加的扭轉力，進一步說明，本發明葉片輪22利用水以及本身的重力來產生扭力。並且本發明可調整各項的參數以達到最大效率的輸出，例如，該抽水馬達可將水運送的預設高度H可以自由調整為30公尺，當該預設高度H越高，則水的位能越大。例如，所運送的水量可以為3.6噸或是更多或更少，當所運送的水量越多，則輸出也跟著改變。
以下說明本發明之理論推導，以利了解本發明：
扭距與功率的轉換推導，假設葉片輪22的半徑（R）為1公尺，扭距為T（N-m），則圓周上切線方向的力量（F）為。對於葉片輪22的圓周運動而言，功（W）之計算定義為每旋轉一周所作的功，如下式：。
依照上述理論基礎，代入本專利之設計參數，藉由3.6噸之水所產生的力量為。因此對於複數葉片222所產生的能量為。因此系統每分鐘供應3.6公噸之水，因此功率能夠藉由每分鐘60秒進行計算。。將功率轉換為馬力，藉由定義1hp=745.699Watt，得到此系統單一葉片222能夠輸出之馬力為。另一方面以電功率角度來計算的話，在發電電壓為220V的設計之下，系統所能得到的輸出電流為；。
發電機扭力：。
另一方面，為求得單一葉片之角動量，必須考慮水流量，以流體之連續方程式，假設流量每分鐘3.6t/min（換算為60kg/sec），管徑截面積為1m2 ，其流速計算如下：；V=60m/sec。
則單一葉片的角動量為。
機械能耗損估計：考慮葉片輪22本身所需的轉動慣量，假設發電傳輸1000kg，葉片輪22半徑1m，角速度60rad/sec則：。因此若輸入之能量為。
因此，總體機械能量損耗約為：。因此機械效率為：，故本發明若使用一組水力發電模組2時，其效率為因此，若能使用多組水力發電模組2時，可有效提升發電效率。
故，請參閱全部附圖所示，本發明使用時，與習用技術相較，著實存在下列優點： 本發明為一種利用本身的重力來產生極大的扭力以達到高效率發電，符合環保綠能的時代要求之水力發電系統。
惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即拘限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。
1‧‧‧抽水馬達
11‧‧‧管體
12‧‧‧水槽
2‧‧‧水力發電模組
21‧‧‧箱體
22‧‧‧葉片輪
221‧‧‧輪體
222‧‧‧葉片
23‧‧‧流道
24‧‧‧軸體
25‧‧‧罩體
26‧‧‧開口
3‧‧‧發電裝置
4‧‧‧變速箱
5‧‧‧水
H‧‧‧高度
〔圖1〕係為依據本發明水力發電系統較佳實施例之實施示意圖； 〔圖2〕係為依據本發明水力發電系統再一較佳實施例之實施示意圖；以及 〔圖3〕係為依據本發明水力發電系統又一較佳實施例之實施示意圖。
1‧‧‧抽水馬達
11‧‧‧管體
12‧‧‧水槽
2‧‧‧水力發電模組
21‧‧‧箱體
22‧‧‧葉片輪
221‧‧‧輪體
222‧‧‧葉片
23‧‧‧流道
24‧‧‧軸體
25‧‧‧罩體
26‧‧‧開口
3‧‧‧發電裝置
4‧‧‧變速箱
5‧‧‧水
H‧‧‧高度

Claims (10)

  1. 一種水力發電系統，係利用水力來進行發電，包括： 一水力發電模組，包括一葉片輪以及呈傾斜之一流道，該葉片輪之重量為1噸以上，該葉片輪用以接受位於上方之水，並藉由該水以令該葉片輪進行旋轉而產生扭力，該流道用以接收經過該葉片輪之水並向下流出；以及 一發電裝置，用以接收該葉片輪旋轉之力以進行發電。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之水力發電系統，更包括一抽水馬達，用以藉由一管體將水運送一預設高度至該葉片輪上方。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之水力發電系統，其中該預設高度為10-20公尺之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之水力發電系統，其中該葉片輪包括一輪體以及複數葉片，該複數葉片係排列設置於該輪體側邊。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之水力發電系統，更包括一變速箱，該葉片輪旋轉之力先輸入至該變速箱，經過該變速箱變速後再輸出至該發電裝置。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之水力發電系統，其中該葉片輪包括一軸體，該葉片輪旋轉之力係藉由該軸體輸入至該變速箱。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之水力發電系統，其中該水力發電模組包括一箱體，該葉片輪以及該流道係收容於該箱體內。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之水力發電系統，更包括一集水槽，設置於該水力發電模組下方或上方，用以集水。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之水力發電系統，其中該葉片輪之重量為10噸。
  10. 一種水力發電系統，係利用水力來進行發電，包括： 複數水力發電模組，係互相疊置而可彈性擴充，各包括一葉片輪以及呈傾斜之一流道，該葉片輪之重量為1噸以上，最上層之該葉片輪用以接受位於上方之水，並藉由該水以令該葉片輪進行旋轉而產生扭力，該流道用以接收經過該葉片輪之水並向下流出；以及 一發電裝置，用以接收該等葉片輪旋轉之力以進行發電。
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