TW201732147A - 流力葉片裝置 - Google Patents

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Abstract

一種流力葉片裝置，包含一個轉動單元，及一個外管。該轉動單元包括一個沿一條軸線前後延伸的轉軸，及一個同軸連接於該轉軸的第一葉片模組，該第一葉片模組可受流體驅動而帶動該轉軸朝一個運轉方向轉動，該第一葉片模組具有數個由中心呈放射狀延伸的徑向流道，每一個徑向流道由中心沿相反於該運轉方向彎曲。該外管包括數個彼此角度間隔排列於內側且分別對應於該等徑向流道的肋板，每一個肋板向內延伸，並與各別之徑向流道的延伸方向呈一夾角，而可供流經該徑向流道的流體呈該夾角地沖擊。

Description

流力葉片裝置
本發明是有關於一種葉片裝置，特別是指一種利用水流推力來發電的流力葉片裝置。
近年來，開發低成本無汙染的發電系統逐漸受到重視，例如風力發電、太陽能發電、水力發電等，上述發電方式是利用天然資源來進行發電，相對於石油、煤碳……等火力等發電方式，較為環保且低污染。本發明的目的在於提供一種利用潮汐或河川的水力來發電之流力葉片裝置，以供使用者另類的綠色能源選擇。
因此，本發明之目的，即在提供一種結構新穎的流力葉片裝置。
於是，本發明流力葉片裝置，包含一個轉動單元，及一個外管。該轉動單元包括一個沿一條軸線前後延伸的轉軸，及一個同軸連接於該轉軸的第一葉片模組，該第一葉片模組可受流體驅動而帶動該轉軸朝一個運轉方向轉動，該第一葉片模組具有數個由中心呈放射狀延伸的徑向流道，每一個徑向流道由中心沿相反於該運轉方向彎曲，並具有一個鄰近於中心並供流體流入的第一入口端，及一個遠離中心並供流體流出的第一出口端。
該外管包括一個圍繞該轉動單元的管體，及數個繞著該軸線地彼此角度間隔排列於該管體內側的肋板，每一個肋板對應於其中一個徑向流道的第一出口端，且由該管體內側向內延伸，且並與各別之徑向流道的延伸方向呈一夾角，而可供從對應之徑向流道流出的流體呈該夾角地沖擊。
本發明之功效在於：透過該第一葉片模組與該外管的形狀搭配設計，能使流體在流經該等徑向流道時產生帶動該第一葉片模組朝該運轉方向轉動的扭矩，且當該流體經由該第一出口端流出時，會呈該夾角地沖擊對應的肋板，而產生反作用力，以提高該第一葉片模組轉動的扭矩。
參閱圖1、圖2與圖3，本發明流力葉片裝置之一個第一實施例，適用於利用水域的流體來發電，例如利用河川或海洋之水。該流力葉片裝置包含一個外管1，及一個轉動單元2。
該外管1包括一個管體11，及數個由該管體11向內延伸的肋板12。該管體11沿一條軸線L前後延伸，並可供流體由前往後穿過，該管體11具有一個位於內側的管內面111，及一個環繞該軸線L地凹陷於該管內面111的環槽面112。該等肋板12繞著該軸線L彼此角度間隔地排列於該環槽面112，且由該環槽面112徑向向內延伸，每兩相鄰肋板12之間相配合界定出一個前後延伸的連接流道13。
該轉動單元2位於該管體11內，並包括一個沿該軸線L延伸的轉軸21、一個同軸連接於該轉軸21的第一葉片模組22，及一個連接於該第一葉片模組22後側的第二葉片模組23。
該第一葉片模組22可受流體驅動而帶動該轉軸21朝一個運轉方向T轉動，該第一葉片模組22具有一個垂直連接該轉軸21且橫擋於該管體11內的基壁221、一個由該基壁221周緣向前延伸的前葉壁222，及數個由該基壁221中心呈放射狀延伸而內外貫穿該前葉壁222的徑向流道223，該基壁221與該前葉壁222相配合界定出一個開口朝前的流入口224。
在本實施例中，該前葉壁222具有數個繞著該軸線L彼此角度間隔地排列於該基壁221的葉片塊225，及一個蓋設於該等葉片塊225前側的蓋板226，該葉片塊225呈中空狀而可減輕該前葉壁222的整體重量，每兩相鄰葉片塊225相配合界定出一個該徑向流道223。該蓋板226呈環狀並界定出該流入口224的開口。
每一個徑向流道223由中心沿相反於該運轉方向T彎曲，並具有一個鄰近於中心並連通該流入口224的第一入口端227，及一個遠離中心並對應各別之肋板12的第一出口端228。該第一入口端227可供流體流入。該第一出口端228可供流體流出，而流出的流體會對應流入其中一個連接流道13。
該第二葉片模組23具有一個圍繞該軸線L且與該第一葉片模組22的基壁221彼此前後間隔的後葉壁231、數個前後長向延伸且繞著該軸線L彼此角度間隔排列凹設於該後葉壁231的軸向流道232，及一個連接該基壁221與該後葉壁231的連接環壁233。
該後葉壁231呈中空柱狀，並具有一個位於外側且貼近該管體11之管內面111的外環面234，及數個彼此角度間隔地繞著該軸線L且凹陷於該外環面234的槽道面235。每一個槽道面235與該管體11之管內面111相配合界定出各別之軸向流道232。每一個軸向流道232由前往後沿相反於該運轉方向T彎曲，並具有一個朝前並供流體流入的第二入口端236，及一個朝後並供流體流出的第二出口端237。
該連接環壁233、該基壁221與該後葉壁231相配合界定出一個圍繞於該連接環壁233外圍的連通空間238，該連通空間238介於該等連接流道13與該等軸向流道232之間，藉此該等連接流道13的流體能流入該連通空間238，該連通空間238的流體能流入該等軸向流道232。
參閱圖2、圖3與圖4、本發明流力葉片裝置實施時，可沿該軸線L水平設置於河川或海洋等水域，該水域的流體會由沿一個流動方向F流入該外管1，當流體流經該第一葉片模組22時，會受到該蓋板226擋止而集中流入該流入口224，並分散流入該等徑向流道223，當流體流入每一個徑向流道223時，會與該徑向流道223的壁面接觸，並被該徑向流道223的延伸形狀引導而改變流向，此時，流體對該徑向流道223的壁面所產生的作用力，就能產生驅動該第一葉片模組22轉動的扭矩，而將動能傳遞給該第一葉片模組22。接著，當該流體經由該第一出口端228流出時，會呈一夾角A地沖擊對應的肋板12，而產生反作用力，其中，該夾角A大於90度並小於180度，由於流體是連續性的流體，因此能將反作用力傳遞回該徑向流道223的壁面，以提高施加於該第一葉片模組22的扭矩。
當流體流入該連接流道13後，會向後流動而匯流至該連通空間238內，由於流體會連續不斷的流入該連通空間238，因此該連通空間238的流體會被擠壓而向後擠入分散該等軸向流道232。當流體擠入每一個軸向流道232時，會被該軸向流道232的延伸形狀引導而改變流向，並由於該軸向流道232的截面呈扁平狀，因此流體流出該軸向流道232時，會向後噴出並沖擊後方的流體，進而產生反作用力，由於該軸向流道232的延伸方向設計，能使該反作用力與該運轉方向T同向，能對該第二葉片模組23施加與該運轉方向T相同的扭矩。
透過施加於該第一葉片模組22與該第二葉片模組23的扭矩，能帶動該轉軸21轉動，實施上會設置一個發電機（圖未示）於該轉軸21的後端，亦可設置於上端，該發電機能將該轉軸21轉動的動能轉換為電能，由於該發電機的類型眾多且為習知技術，並非本發明之重點，故在此不再詳述。
需要說明的是，本發明流力葉片裝置應用於該河川時，由於河川上游的水位通常較高，下游的水位通常較低，因此，當本發明前方朝向河川上游，後方朝向河川下游時，該轉動單元2後方的流體可能無法填滿整個管體11，甚至後方水位只到達該轉軸21的高度，使得位於該軸線L上方的流體流出該等軸向流道232時會直接接觸空氣，而反作用力非常小，可以忽略，然而位於該軸線L下方的流體仍然能受到反作用力作用而對該第二葉片模組23施加扭矩。
值得一提的是，本發明流力葉片裝置也可為上下直立式的設置，以適用於上下流動的水域，例如用引水壓力管將水由上往下引導流動時，該軸線L為上下直立延伸，且該流力葉片裝置的前端朝上，後端朝下，而可受到由上而下的流體帶動而運轉。因此，無論是前後流動的水域或上下流動的水域，只要使該流力葉片裝置的前端迎向流體的流動方向F即可，不以本實施例為限。
綜上所述，本發明流力葉片裝置，透過該第一葉片模組22與該外管1的形狀搭配設計，能使流體在流經該等徑向流道223時，產生帶動該第一葉片模組22朝該運轉方向T轉動的扭矩，此外，再透過該第二葉片模組23的設計，還能在流體流經該等軸向流道232時，產生與該運轉方向T相同方向的扭矩，以提高該轉動單元2整體的扭矩，進而提升該發電機的發電效率，故確實能達成本發明之目的。
參閱圖5與圖6，本發明流力葉片裝置之第二實施例，與該第一實施例不同之處在於：該外管1還包括三個設置於該管內面111且繞該軸線L延伸的環板14，及數個繞著該軸線L地彼此角度間隔排列於該管內面111的擋板15。該等環板14位於該等軸向流道232的第二出口端237後方，並沿該軸線L間隔排列，且徑向向內延伸的長度由前往後遞增。該等擋板15分別散佈於每兩相鄰環板14之間，且每一個擋板15連接該管內面111與對應的兩個環板14，當然，每一個擋板15亦可僅連接於該管內面11，或僅連接於其中一個環板14。
本實施例的流利葉片裝置使用時，與該第一實施例差別在於：當流體從該軸向流道232流出時，會向後並沿相反於該運轉方向T地流動，而透過該等環板14與該等擋板15的設置，能使流體向後直接沖擊該等環板14與該等擋板15，而產生較大的反作用力，以更加提升施加於該轉動單元2的扭矩。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧外管
11‧‧‧管體
111‧‧‧管內面
112‧‧‧環槽面
12‧‧‧肋板
13‧‧‧連接流道
14‧‧‧環板
15‧‧‧擋板
2‧‧‧轉動單元
21‧‧‧轉軸
22‧‧‧第一葉片模組
221‧‧‧基壁
222‧‧‧前葉壁
223‧‧‧徑向流道
224‧‧‧流入口
225‧‧‧葉片塊
226‧‧‧蓋板
227‧‧‧第一入口端
228‧‧‧第一出口端
23‧‧‧第二葉片模組
231‧‧‧後葉壁
232‧‧‧軸向流道
233‧‧‧連接環壁
234‧‧‧外環面
235‧‧‧槽道面
236‧‧‧第二入口端
237‧‧‧第二出口端
238‧‧‧連通空間
L‧‧‧軸線
T‧‧‧運轉方向
F‧‧‧流動方向
A‧‧‧夾角
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一個不完整的剖視立體分解圖，說明本發明流力葉片裝置的一個第一實施例； 圖2是該第一實施例沿徑向流道、連接流道與軸向流道的延伸方向剖切的視圖； 圖3是一個剖視前視圖，說明流體流經該第一實施例的一個第一葉片模組； 圖4是一個部份剖視前視圖，說明流體流經該第一實施例的一個第二葉片模組； 圖5是一個不完整的剖視立體分解圖，說明本發明流力葉片裝置的一個第二實施例；及 圖6是該第二實施例沿徑向流道、連接流道與軸向流道的延伸方向剖切的視圖。
1‧‧‧外管
11‧‧‧管體
111‧‧‧管內面
112‧‧‧環槽面
12‧‧‧肋板
13‧‧‧連接流道
2‧‧‧轉動單元
21‧‧‧轉軸
22‧‧‧第一葉片模組
225‧‧‧葉片塊
226‧‧‧蓋板
23‧‧‧第二葉片模組
231‧‧‧後葉壁
232‧‧‧軸向流道
233‧‧‧連接環壁
234‧‧‧外環面
235‧‧‧槽道面
236‧‧‧第二入口端
221‧‧‧基壁
222‧‧‧前葉壁
223‧‧‧徑向流道
224‧‧‧流入口
237‧‧‧第二出口端
238‧‧‧連通空間
L‧‧‧軸線
T‧‧‧運轉方向

Claims (10)

  1. 一種流力葉片裝置，包含： 一個轉動單元，包括一個沿一條軸線前後延伸的轉軸，及一個同軸連接於該轉軸的第一葉片模組，該第一葉片模組可受流體驅動而帶動該轉軸朝一個運轉方向轉動，該第一葉片模組具有數個由中心呈放射狀延伸的徑向流道，每一個徑向流道由中心沿相反於該運轉方向彎曲，並具有一個鄰近於中心並供流體流入的第一入口端，及一個遠離中心並供流體流出的第一出口端；及 一個外管，包括一個圍繞該轉動單元的管體，及數個繞著該軸線地彼此角度間隔排列於該管體內側的肋板，每一個肋板對應於其中一個徑向流道的第一出口端，且由該管體內側向內延伸，並與各別之徑向流道的延伸方向呈一夾角，而可供從對應之徑向流道流出的流體呈該夾角地沖擊。
  2. 如請求項1所述的流力葉片裝置，其中，該夾角大於90度且小於180度。
  3. 如請求項2所述的流力葉片裝置，其中，該轉動單元還包括一個位於該第一葉片模組後側的第二葉片模組，該第二葉片模組可受流體驅動而帶動該轉軸朝該運轉方向轉動，並具有數個前後長向延伸且繞著該軸線彼此角度間隔排列的軸向流道，每一個軸向流道由前往後沿相反於該運轉方向彎曲，並具有一個朝前並供流體流入的第二入口端，及一個朝後並供流體流出的第二出口端。
  4. 如請求項3所述的流力葉片裝置，其中，每兩相鄰肋板相配合界定出一個連接流道，該等連接流道分別對應連通該等徑向流道之第一出口端與該等軸向流道的第二入口端。
  5. 如請求項4所述的流力葉片裝置，其中，該管體具有一個位於內側的管內面，及一個環繞該軸線地凹陷於該管內面的環槽面，該等肋板由該環槽面徑向向內延伸。
  6. 如請求項5所述的流力葉片裝置，其中，該第二葉片模組具有一個圍繞該軸線的後葉壁，該後葉壁具有一個位於外側且貼近該管體之管內面的外環面，及數個繞著該軸線地彼此角度間隔凹陷於該外環面的槽道面，每一個槽道面與該管體之管內面相配合界定出各別之軸向流道。
  7. 如請求項6所述的流力葉片裝置，其中，該第一葉片模組與該後葉壁彼此前後間隔，該第二葉片模組還包括一個連接該第一葉片模組與該後葉壁的連接環壁，該第一葉模組、該後葉壁與該連接環壁相配合界定出一個圍繞該連接環壁的連通空間，該連通空間介於該等連接流道與該等軸向流道之間。
  8. 如請求項2所述的流力葉片裝置，其中，該第一葉片模組具有一個垂直連接該轉軸且橫擋於該管體內的基壁、一個由該基壁周緣向前延伸的前葉壁，該基壁與該前葉壁相配合界定出一個開口朝前的流入口，每一個徑向流道內外貫穿該前葉壁，且該第一入口端連通該流入口。
  9. 如請求項8所述的流力葉片裝置，其中，該前葉壁具有數個繞著該軸線地彼此角度間隔排列於該基壁的葉片塊，及一個蓋設於該等葉片塊前側的蓋板，每兩相鄰葉片塊相配合界定出一個該徑向流道，該蓋板呈環狀並界定出該流入口的開口。
  10. 如請求項6所述的流力葉片裝置，其中，該外管還包括至少一個設置於該管內面且繞該軸線延伸的環板，及數個繞著該軸線地彼此角度間隔排列於該管內面的擋板，該環板與該擋板位於該等軸向流道的第二出口端的後方，而可供從該等軸向流道流出的流體沖擊。
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