TW201741549A - 潮汐發電裝置 - Google Patents

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TW201741549A
TW201741549A TW105115995A TW105115995A TW201741549A TW 201741549 A TW201741549 A TW 201741549A TW 105115995 A TW105115995 A TW 105115995A TW 105115995 A TW105115995 A TW 105115995A TW 201741549 A TW201741549 A TW 201741549A
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Chi Yuan Tang
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Abstract

本發明為有關一種潮汐發電裝置,係包括船體、基座、承載座及發電裝置,其中該船體具有二間隔設置之中空船艙,並於二船艙上方設有基座之中空架體,且架體頂部設有具活塞桿之複數傳動部,而傳動部連接有動力裝置,再利用架體內部收納中空承載座,且承載座頂部延伸有固定於活塞桿上之連接座,而該發電裝置為設於承載座內部,並於所具之座體內設有水輪模組,且水輪模組二側連接有發電機,再於發電裝置內部設有流速感測器,當水流受到潮汐變化,而產生不同流速時,其動力裝置便可依流速感測器感測到的流速來驅動傳動部,以使活塞桿進行伸長或縮回之動作,進而使承載座於架體內上升或下降,以調整水輪模組受力面積,藉此穩定發電機的發電效率。

Description

潮汐發電裝置
本發明是有關於一種潮汐發電裝置,尤指水流產生不同流速時,其動力裝置可依流速感測器感測到的流速來驅動傳動部,以使活塞桿進行伸長或縮回之動作,進而使承載座於架體內上升或下降,藉此調整水輪模組受力面積,以穩定發電機的發電效率及使發電效率達到最佳化。
按,由於現今人類能源的不斷消耗,使得能源危機於近年來被廣泛的討論且極思改善之道,而目前常見的發電型態有水力發電、火力發電及核能發電等,其中水力發電雖可利用天然的水資源來對發電機作功而產生電能,但為了儲蓄足夠的水資源,則必需於山川、河谷中建造大型的水庫,其水庫的建造不僅需耗費高額的金錢,且亦會破壞周遭的大自然景觀和生態環境,則若利用火力來進行發電,就必須要大量進口石油、天然氣、煤等燃料,而燃料為消耗型能源,所以便會提高發電成本且造成空氣污染,再者,目前核能發電近年來雖逐漸取代水力及火力發電,然而,其幅射安全一直備受大眾所疑慮,且發電後所產生之核能廢水、核廢料,均會造成周遭生態環境的污染及破壞,且核能電廠設備精密,所以建造成本高昂,因此,核能發電亦具有污染環境及成本高昂等問題存在,所以不論是水力、火力或核能發電均有環保、安全、資源耗費或高成本等不盡 理想之處。
因此,世界各國開始朝向開發天然資源方向發展發電之技術,用以尋求對環境產生污染甚小的發電系統,如風力發電、太陽能發電、波浪發電、潮汐發電等,然而,我國屬於海島國家四面環海,擁有美麗的海岸風景與豐富的海洋資源,至於潮汐是因地球、太陽和月亮間的引力作用,使得海水的水位產生了高低變化,而海水受到地球離心力和月球的引力作用下,則會往月球方向或相反方向漲、落,以產生升、降與前、後之波浪變化,惟運用海浪發電由於存在相當多之客觀因素,且海浪之條件無法掌握,所以潮汐的形成應該是來源相對穩定之發電方式。
但是,由於潮汐會隨著月球的引力作用下,產生大潮、中潮、長潮或小潮四種不同的流速,其大潮時海水流速每秒約為150公分,而小潮海水流速每秒約為50公分,其流速越快所產生之推力也越大,所以大潮產生之水流推力便會大於小潮產生之水流推力,然而,當發電設備設置於海中時,其因進入於發電設備內的水流不穩定,即會使發電設備內之水輪機轉動速度有太大的落差,以影響水輪機運轉扭力的穩定性,進而使發電機的發電效率降低。
是以,要如何解決上述習用之問題與缺失,即為從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。
故,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,始設計出此種潮汐發電裝置的發明專利者。
本發明之第一目的乃在於該船體為具有二間隔設置之中空船艙,並於二船艙上方設置有基座之中空架體,且架體頂部周緣處設有具活塞桿之複數傳動部,而傳動部連接有動力裝置,且架體內收納有中空承載座,且承載座頂部周緣處延伸有供固定於活塞桿上之連接座,再於承載座內承載有發電裝置,其發電裝置所具之座體內設有水輪模組,並於水輪模組二側連接有將轉動時的動能轉換成電能之發電機,且發電裝置內部設有供感測水流速度之流速感測器,當水流受到潮汐的影響,而產生不同流速變化時,即可透過流速感測器發送電子訊號至預設電子裝置之控制單元中,以藉由控制單元將電子訊號進行解析,再回傳至動力裝置,以驅動傳動部來使活塞桿進行伸長或縮回之動作,進而使承載座於架體內上升或下降,以調整水輪模組受到水流推力的面積,藉此維持二水輪機的運轉扭力,使發電機發電的效率更為穩定,以及使發電效率達到維持最佳化之目的。
本發明之第二目的乃在於該船體之各船艙前、後二端為分別斜向設有集流面,即可透過集流面導引,來使進入於二船艙間的水流形成匯集狀態,以增加水流推力,進而提升水輪機之運轉扭力,藉此達到提高發電效率之目的。
本發明之第三目的乃在於該船體之二船艙間前、後處為分別設有消波柵板,當海上風浪變大而產生波浪,且波浪進入於二船艙間時,即可利用消波柵板來破壞波浪的成形,以降低水輪機運轉時,所受到波浪的衝擊力,進而達到減少波浪對水輪機擷取水流效率的影響之目的。
本發明之第四目的乃在於該船體之各船艙底部為設有進水 閥及出水閥,當於惡劣的氣候環境下,即可藉由進水閥來使各船艙內充滿海水,以將整體設備沉至海床上,藉以避免各項設備受到海平面上的惡劣環境產生故障、毀損等情況,且待氣候環境回復穩定時,便可透過出水閥將氣體打入至各船艙內部,以將各船艙內部的海水排至外部,並使內部回復中空狀態,以帶動整體從海床處向上浮起,進而供再次進行發電的作業。
本發明之第五目的乃在於該船體之二船艙前、後側為分別裝設有錨碇裝置,當船體水流的推力而產生移動時,即可透過錨碇裝置來牽制住船體,以減緩水流對船體的衝擊力道,進而減少船體發生損壞的情況,並可利用錨碇裝置來使船體於固定的區域中進行位移,以達到無論潮汐如何變化,皆可使發電裝置的水輪模組之水輪機受到水流推動,進而達到維持發電作業之目的。
本發明之第六目的乃在於該發電裝置的水輪模組之二水輪機為沿著水流的方向前、後排列設置,當發電裝置內有水流進入時,其水流便會推動二水輪機,以帶動發電機發電,且二水輪機為沿著水流的方向前、後排列,便可達到增加發電效率之目的。
1‧‧‧船體
11‧‧‧船艙
111‧‧‧集流面
112‧‧‧進水閥
113‧‧‧出水閥
12‧‧‧消波柵板
121‧‧‧板材
2‧‧‧基座
21‧‧‧架體
210‧‧‧容置空間
2101‧‧‧第一開口
2102‧‧‧缺口
22‧‧‧傳動部
221‧‧‧活塞桿
23‧‧‧動力裝置
24‧‧‧柵板
3‧‧‧承載座
30‧‧‧收納空間
301‧‧‧第二開口
31‧‧‧連接座
4‧‧‧發電裝置
41‧‧‧座體
410‧‧‧通道
411‧‧‧聚流板
4111‧‧‧導流面
412‧‧‧側立板
42‧‧‧水輪模組
421‧‧‧水輪機
4211‧‧‧輪體
4212‧‧‧輪軸
43‧‧‧發電機
44‧‧‧流速感測器
5‧‧‧電子裝置
51‧‧‧控制單元
6‧‧‧錨碇裝置
61‧‧‧沉箱
62‧‧‧錨鍊
第一圖 係為本發明之立體外觀圖。
第二圖 係為本發明之立體分解圖。
第三圖 係為本發明另一視角之立體分解圖。
第四圖 係為本發明發電裝置之立體分解圖。
第五圖 係為本發明之方塊圖。
第六圖 係為本發明使用前之側視剖面圖。
第七圖 係為本發明使用後之側視剖面圖。
第八圖 係為本發明之使用狀態圖。
第九圖 係為本發明較佳實施例之使用狀態圖(一)。
第十圖 係為本發明較佳實施例之使用狀態圖(二)。
為達成上述目的與功效,本發明所採用之技術手段及其構造、實施之方法等,茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下,俾利完全瞭解。
請參閱第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十圖所示,係為本發明之立體外觀圖、立體分解圖、另一視角之立體分解圖、發電裝置之立體分解圖、方塊圖、使用前之側視剖面圖、使用後之側視剖面圖、使用狀態圖、較佳實施例之使用狀態圖(一)及較佳實施例之使用狀態圖(二),由圖中所示可以清楚看出,本發明係包括船體1、基座2、承載座3及發電裝置4,其中:該船體1為具有二間隔設置且呈長條形之中空船艙11,並於各船艙11前、後二端分別斜向設有集流面111,且各船艙11底部皆設有進水閥112及出水閥113,再於二船艙11間並位於前、後側分別設有由複數板材121間隔排列組成之消波柵板12,而複數板材121設置的方向為平行二船艙11設置的方向。
該基座2為設置於船體1上方且具有呈中空狀之架體21 ,並於架體21內部形成有容置空間210,且容置空間210前、後側鏤空有第一開口2101,以及容置空間210底部鏤空有一缺口2102,再於架體21頂部周緣處設有具活塞桿221之複數傳動部22,而傳動部22連接有可供驅動傳動部22伸縮活塞桿221之動力裝置23;另外,該架體21底部周緣處朝外設有固定於船體1之二船艙11上方處之柵板24。
該承載座3為呈中空狀且設置於基座2的架體21之容置空間210內,並於內部形成有收納空間30,且收納空間30前、後側鏤空有第二開口301,再於承載座3頂部周緣處延伸有供固定於活塞桿221上以受傳動部22帶動而使承載座3於容置空間210內進行上、下位移之連接座31。
該發電裝置4為設置於承載座3之收納空間30內,其發電裝置4包括座體41、水輪模組42及發電機43,其中該座體41為由二上、下相對之聚流板411及位於二聚流板411二外側之側立板412所組成,並於二聚流板411、二側立板412內部形成有中空狀之通道410,且各聚流板411前、後二側分別朝通道410內斜伸有導流面4111,再於二側立板412相對內側且位於通道410內設有水輪模組42,其水輪模組42位於通道410前、後二側處設置有具至少一個輪體4211之二水輪機421,且至少一個輪體4211穿設有供樞接於二側立板412相對內側之輪軸4212,而輪軸4212二端為連接有發電機43,用以將水輪機421於輪軸4212轉動時所產生之動能轉換成電能,而發電裝置4內部設有供感測水流速度之流速感測器4 4。
上述透過動力裝置23驅動傳動部22伸縮活塞桿221,其傳動部22係可為氣壓缸,而動力裝置23係為將高壓氣體導入傳動部22以供伸縮活塞桿221之氣壓動力裝置,或者,該傳動部22亦可為油壓缸,而動力裝置23係為將液壓油導入傳動部22以供伸縮活塞桿221之油壓動力裝置。
再者,上述發電裝置4之水輪模組42較佳實施為位於通道410前、後二側處設置有二水輪機421,但於實際應用時,亦可於通道410內設置有一個或三個等水輪機421,惟此部份有關水輪模組42於通道410內設置水輪機421的數量及排列方式可依實際的應用或需求來變更實施,且該細部之構成並非本案之發明要點,在此僅作一簡單敘述,以供瞭解。
另外,上述發電裝置4之發電機43係為習知之技術,其內部為加壓機體,即可避免海風、海水中的鹽分腐蝕內部之機械設備,且該發電機43細部之構成並非本案之發明要點,在此僅作一簡單敘述,以供瞭解。
本發明於實際使用時,該基座2之動力裝置23及發電裝置4之流速感測器44可透過預設纜線連接至位於陸地上之電子裝置5(如電腦主機、筆記型電腦或伺服器等可供處理電子訊號之裝置),且該船體1之二船艙11前、後側裝設有錨碇裝置6,其錨碇裝置6包括可供沉至海床上之沉箱61,以及連結於沉箱61與船艙11間之錨鍊62,當船體1放置於海水中時,即可利用錨碇裝置6來將船體1之二船艙11設 置於平行水流的方向並限位於一固定區域中,且當海水潮汐上升與下降時,其水流便可從船體1之二船艙11間前方或後方開口處進入,並受到二船艙11之二集流面111匯集作用,以增加進入於二船艙11間的水流量,且進入的水流便會再受到消波柵板12的作用,以減緩水流強勁的衝擊力,而使水流穩定地依序通過架體21的容置空間210之第一開口2101與承載座3的收納空間30之第二開口301,再往發電裝置4內部流入,且待水流從發電裝置4之座體41的通道410前方或後方開口處進入後,便會受到聚流板411之導流面4111的匯集作用下,使水流推力增加,以提升水輪模組42的水輪機421運轉扭力,且在水輪機421之輪體4211承受水流推動運轉後,便會利用輪軸4212帶動二側之發電機43將動能轉換成電能使用,其發電機43便會藉由預設纜線將轉換成的電能傳輸至陸地上的外部儲電裝置(圖中未示出),以供人們使用。
然而,當海水潮汐上升與下降幅度增大時(如大潮),會導致海水的流速變快,其發電裝置4內部之流速感測器44偵測到的流速便會大於所設定之預設值,所以流速感測器44即會發送電子訊號至電子裝置5之控制單元51中,而控制單元51解析後便再回傳訊號至動力裝置23,以驅動傳動部22將活塞桿221縮回,而固定於活塞桿221上的承載座3之連接座31,便會受到活塞桿221的帶動產生向下位移,其承載座3向下位移的過程中,該承載座3底部會通過容置空間210底部鏤空之缺口2102,且承載座3內部容置之發電裝置4亦會受到帶動而隨之向下,以達到發電裝置4的水輪模組42減少二水輪機421露 出於海平面上高度,進而減少二水輪機421受到水流推動的面積,藉此維持二水輪機421的運轉扭力。
再者,當海水潮汐上升與下降幅度減少時(如小潮),會導致海水的流速變慢,其發電裝置4內部之流速感測器44偵測到的流速便會小於預設值,所以流速感測器44即會發送電子訊號至電子裝置5之控制單元51中,而控制單元51解析再回傳訊號至動力裝置23,以驅動傳動部22將活塞桿221向上伸長,進而推動承載座3之連接座31,使其往海平面上方位移,其承載座3內部容置之發電裝置4的水輪模組42亦會隨之受到帶動,而增加二水輪機421露出於海平面上高度,以增加二水輪機421受到推力的面積,進而維持二水輪機421的運轉扭力。
本發明發電裝置4內部之流速感測器44偵測到水流受到潮汐的影響,而產生不同流速變化時,便會發送電子訊號至電子裝置5之控制單元51中,即可藉由控制單元51將電子訊號進行解析,再傳至動力裝置23驅動傳動部22來使活塞桿221進行伸長或縮回之動作,以使承載座3於容置空間210內上升或下降,進而視水流的速度調整發電裝置4之二水輪機421受到水流推力的面積,以維持二水輪機421的運轉扭力,藉此使發電機43的發電效率更為穩定,以及使發電效率達到最佳化之效果。
且,本發明船體1之各船艙11前、後二端為分別斜向設有集流面111,當水流進入至二間隔設置之船艙11間時,會受到集流面111導引而形成匯集狀態,以達到增加水流推力之效果,進而提升水 輪機421之運轉扭力,藉此提高發電的效率。
然而,本發明船體1之二船艙11間前、後處為分別設有由複數板材121間隔排列組成之消波柵板12,當海上風變大,或者潮汐現象幅度較大時,便會產生波浪,且當波浪進入於二船艙11間時,即可利用消波柵板12來破壞波浪的形成,以降低水輪機421運轉時,所受到波浪的衝擊力,進而減少波浪對水輪機421擷取水流效率的影響。
又,本發明船體1之各船艙11底部為皆設有進水閥112及出水閥113,當於惡劣的氣候環境下(如颱風天),便可利用進水閥112來使海水進入於各船艙11中空內部,且待各船艙11內部充滿了海水後,即會使整體沉入至海床上(如第八圖),以避免本發明之各項設備受到海平面上嚴峻環境(如狂風、巨浪)的影響,而使各項設備發生故障、毀損等情況,且待氣候環境回復穩定時(如晴天),即可透過出水閥113將氣體打入至各船艙11內部,以將各船艙11內部的海水排出至外部,使船艙11內部回復中空狀態,而中空之二船艙11便會帶動整體從海床處向上浮起,以供再次進行發電的作業。
另外,本發明船體1之二船艙11前、後側分別裝設有錨碇裝置6(如第九、十圖),當船體1隨著水流而移動時,其沉至海床上之沉箱61便會透過錨鍊62來牽制住船體1,以減緩水流對船體1的衝擊力道,進而減少船體1損壞的情況,並可利用錨碇裝置6來使船體1於固定的區域中進行位移,且由於二船艙11前、後側裝設有錨碇裝置6,即可藉由前、後側沉箱61來防止船體1發生軸向旋轉的情況,以達到無論潮汐如何變化,皆可使發電裝置4的水輪模組42之水輪機421受到 水流推動,而維持發電的作業。
再者,本發明發電裝置4的水輪模組42之二水輪機421為沿著水流的方向前、後排列設置,當水流進入於發電裝置4內時,便可推動於二水輪機421,並使其轉動而帶動發電機43發電,由於二水輪機421為沿著水流的方向前、後排列,即可達到增加發電的效率之目的。
是以,以上所述僅為本發明之較佳實施例而已,非因此侷限本發明之專利範圍,本發明為主要針對該船體1為具有二間隔設置之中空船艙11,並於二船艙11上方設有基座2之中空架體21,且架體21頂部設有具活塞桿221之複數傳動部22,而傳動部22連接有動力裝置23,再利用架體21內部收納中空承載座3,且承載座3頂部延伸有固定於活塞桿221上之連接座31,而該承載座3內部為設置有發電裝置4,且發電裝置4所具之座體41內設有水輪模組42,並於水輪模組42二側連接有發電機43,再於發電裝置4內部設有流速感測器44,當水流受到潮汐變化,而產生不同流速時,其動力裝置23便可依流速感測器44感測到的流速來驅動傳動部22,以使活塞桿221進行伸長或縮回之動作,便可帶動承載座3於架體21內上升或下降,進而調整水輪模組42受力面積,藉此穩定發電機43的發電效率,以及使發電效率達到最佳化,故舉凡可達成前述效果之結構、裝置皆應受本發明所涵蓋,此種簡易修飾及等效結構變化,均應同理包括於本發明之專利範圍內,合予陳明。
綜上所述,本發明上述之潮汐發電裝置於使用時,為確實 能達到其功效及目的,故本發明誠為一實用性優異之發明,為符合發明專利之申請要件,爰依法提出申請,盼 審委早日賜准本案,以保障發明人之辛苦發明,倘若 鈞局審委有任何稽疑,請不吝來函指示,發明人定當竭力配合,實感公便。
1‧‧‧船體
11‧‧‧船艙
111‧‧‧集流面
112‧‧‧進水閥
113‧‧‧出水閥
12‧‧‧消波柵板
121‧‧‧板材
2‧‧‧基座
21‧‧‧架體
210‧‧‧容置空間
2101‧‧‧第一開口
2102‧‧‧缺口
22‧‧‧傳動部
221‧‧‧活塞桿
23‧‧‧動力裝置
24‧‧‧柵板
3‧‧‧承載座
30‧‧‧收納空間
301‧‧‧第二開口
31‧‧‧連接座
4‧‧‧發電裝置
41‧‧‧座體
410‧‧‧通道
411‧‧‧聚流板
4111‧‧‧導流面
412‧‧‧側立板
43‧‧‧發電機
5‧‧‧電子裝置

Claims (10)

  1. 一種潮汐發電裝置,係包括船體、基座、承載座及發電裝置,其中:該船體為具有二間隔設置之中空船艙;該基座為設置於船體上方且具有呈中空狀之架體,並於架體內部形成有容置空間,且容置空間前、後側鏤空有第一開口,以及容置空間底部鏤空有缺口,再於架體頂部周緣處設有具活塞桿之複數傳動部,而傳動部連接有可供驅動傳動部伸縮活塞桿且連接至預設電子裝置上之動力裝置;該承載座為呈中空狀且設置於基座的架體之容置空間內,並於內部形成有收納空間,且收納空間前、後側鏤空有第二開口,再於承載座頂部周緣處延伸有供固定於活塞桿上以受傳動部帶動而使承載座於容置空間內進行上、下位移之連接座;及該發電裝置為設置於承載座之收納空間內,係包括座體、水輪模組、發電機及流速感測器,其中該座體為由二上、下相對之聚流板及位於二聚流板二外側之側立板所組成,並於二聚流板、二側立板內部形成有中空狀之通道,再於二側立板相對內側且位於通道內設有水輪模組,且水輪模組連接有將水輪模組轉動時所產生之動能轉換成電能之發電機,而發電裝置內部設有供感測水流速度且連接於預設電子裝置上之流速感測器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之潮汐發電裝置,其中該船體之船艙為呈長條形。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之潮汐發電裝置,其中該船體之各船艙前 、後二端分別斜向設有集流面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之潮汐發電裝置,其中該船體之各船艙底部皆設有進水閥及出水閥。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之潮汐發電裝置,其中該船體之二船艙間並位於前、後側分別設有由複數板材間隔排列組成之消波柵板,而複數板材設置的方向為平行二船艙設置的方向。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之潮汐發電裝置,其中該基座之架體底部周緣處朝外設有固定於船體之二船艙上方處之柵板。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之潮汐發電裝置,其中該座體之各聚流板前、後二側分別朝通道內斜伸有導流面。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之潮汐發電裝置,其中該發電裝置之水輪模組位於通道前、後二側處設置有具至少一個輪體之二水輪機,且至少一個輪體穿設有供樞接於二側立板相對內側且供連接於發電機上之輪軸。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之潮汐發電裝置,其中該船體之二船艙前、後側裝設有使船體固定於預設區域中之錨確裝置。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之潮汐發電裝置,其中該錨碇裝置包括可供沉至海床上之沉箱,以及連結於沉箱與船艙間之錨鍊。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109861453A (zh) * 2019-02-26 2019-06-07 上海海事大学 一种停航船舶水动力发电装置及其方法
CN110685849A (zh) * 2019-10-17 2020-01-14 青岛科技大学 一种商船船艏波浪能发电装置

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