TW201817965A - 流體發電裝置 - Google Patents

Abstract

一種流體發電裝置，係將流體位移之動能變成電能的發電裝置，適用水力及風力之發電，尤指海流之發電，利用提昇流體速度之匯流引導裝置，及把整個流體分割成複數個渦輪狀旋轉性之單一流體，該單一流體以最佳角度推動葉片，又以無主軸的葉輪降低額定流速，再者，以多數個發電機與葉輪相互連結分散發電，降低工程難度，藉此達到流速較低之場區，也可以作為發電場選定的場所。

Description

流體發電裝置

本創作係有關一種流體發電裝置，能將物體位移的動能變成電能之發電裝置，適用水力及風力之發電，尤指一種海流之發電裝置，係由一匯流引導裝置、一葉輪及複數個發電機所組成，該匯流引導裝置，具有提昇流體速度，及具有把整個流體分割成複數個渦輪狀旋轉性單一流體之功效，該單一流體以最佳角度推動葉輪上的葉片，提昇線性動能轉換成旋轉機械能之功效。再者，為使發電機與葉輪得以順利運轉，發電機之重量不宜集中在單一點上，因發電機之發電量越大，發電機轉子的轉速越高，不僅對發電效率不利，且對整體裝置的安全及持久性堪虞，故本創作發電裝置是由複數個發電機分擔整體發電量，降低複數個單一發電機之發電量，降低該單一發電機轉子之重量，使其得以高速旋轉，藉此，提昇發電機效益，且重量分散於整體發電裝置，使該發電裝置結構更加穩定。

習知之海流發電裝置，與主流風力發電機有非常大的相似性，所以也常被稱為水下風車，以浮標方式懸浮於海上結構不穩，或固定於海床中工程艱難及高危險性，發電裝置以群體方式組成，因為海流直接推動葉輪，該葉輪直徑小及葉片受力面積小等原因，直接影響到其發電量偏低，再者，又需匯集電力經由海底送往陸地上的工程相當艱難等理由，造成需要增加發電成本，及工作場所具高危險性等問題需要克服。

按，2007年能源科技研究發展白皮書及台灣海洋科技研究中心文獻，編者：經濟部能源局，出版日期：2007年12月。流速：1.2m/s，合適開發成為發電之場址，在台灣周邊：需離岸距離：大於20公里，且需要在水深：大於100m，只有蘇澳外海、花蓮外海、綠島及蘭嶼年平均流速在1.2m/s以上。以習知之海流發電裝置，年平均流速需在1.2m/s，否則將很難產生商業利益，因此開發低流速之海流發電裝置是全球共同的課題，例如年平均流速在0.3m/s以上地點，就能產生具有商業利益的發電裝置，唯有低流速之海流發電裝置開發成功，發電裝置的設置地點，才有可能離岸較近及海床較淺之處設置，例如：在離岸只需1公里及水深只需60公尺設置海流發電裝置就能產生商業利益，開發低流速之海流發電裝置是全球共同刻不容緩的課題。

解決上述問題的主要手段之一：本創作提出一種匯流引導裝置，排除由流體直接推動葉片，流體經由該匯流引導裝置後，才去推動葉輪上的葉片，該匯流引導裝置，具有提昇流速的功效，並具有把線性動能轉變成旋轉機械性動能。

解決上述問題的主要手段之二：本創作提出一種無主軸之葉輪，造成葉輪的設計更加多樣化，葉片之受力面積可增加到最大限度；葉輪直徑也可增加到最大限度，且葉片數量也隨著葉輪直徑之增加而增加等，使葉輪在較低的流速之條件下，能產生巨大動能，該葉輪具有大幅提昇發電量的功效，藉此，發電量巨大化得以實現。

解決上述問題的主要手段之三：本創作提出複數個發電機組與葉輪連結，由多數個發電機共同承擔一個葉輪所產生的全部動能，造成 單一發電機的重量變小，發電機組之安裝、拆却等工程之危險性，有大幅降低之功效。再者，對於該發電機組之設置地點，可選擇在距離海平面之上方，發電機組免於浸泡在海水中，遭受海水侵蝕。

解決上述問題的主要手段之一：本創作提出一種匯流引導裝置，排除由流體直接推動葉片，流體經由該匯流引導裝置後，才去推動葉輪上的葉片，該匯流引導裝置，具有提昇流速的功效，並具有把線性動能轉變成旋轉機械性動能。

解決上述問題的主要手段之二：本創作提出一種無主軸之葉輪，造成葉輪的設計更加多樣化，葉片之受力面積可增加到最大限度；葉輪直徑也可增加到最大限度，且葉片數量也隨著葉輪直徑之增加而增加等，使葉輪在較低的流速之條件下，能產生巨大動能，該葉輪具有大幅提昇發電量的功效，藉此，發電量巨大化得以實現。

解決上述問題的主要手段之三：本創作提出複數個發電機與葉輪連結，由多數個發電機共同承擔一個葉輪所產生的全部動能，造成單一發電機的重量變小，發電機之安裝、拆却等工程之危險性，有大幅降低之功效。再者，對於該發電機之設置地點，可選擇在距離海平面之上方，發電機免於浸泡在海水中，遭受海水侵蝕。

10‧‧‧匯流引導裝置

101‧‧‧流體入口

102‧‧‧流體出口

103‧‧‧弧形狀體

11‧‧‧集導罩本體

111‧‧‧集導罩主板

112‧‧‧集導罩側板

113‧‧‧流體排流口

12‧‧‧導流板

121‧‧‧外側入口

122‧‧‧內側出口

131‧‧‧流體狀態一

132‧‧‧流體狀態二

133‧‧‧流體狀態三

134‧‧‧流體狀態四

135‧‧‧流體狀態五

136‧‧‧流體狀態六

137‧‧‧流體狀態七

138‧‧‧流體狀態八

20‧‧‧葉輪

21‧‧‧葉盤

211‧‧‧齒輪

22‧‧‧葉片

221‧‧‧葉片出口

23‧‧‧定位裝置

231‧‧‧定位輪

232‧‧‧定位軸

23A‧‧‧定位裝置

231A‧‧‧第一擋板

232A‧‧‧第二擋板

30‧‧‧發電機

31‧‧‧發電機齒輪

32‧‧‧發電機本體

40‧‧‧基柱

50‧‧‧海床

60‧‧‧海平線

第1圖為本創作整體之外觀立體圖。

第2圖為本創作匯流引導裝置之外觀立體圖。

第3圖為本創作匯流引導裝置內部流體狀態之平面示意圖。

第4圖為本創作葉輪與定位裝置配置之立體示意圖。

第5圖為本創作導流板與葉片組合關係斷面示意圖。

第5A圖為本創作第5圖導流板與葉片斷面部分放大示意圖。

第6圖為本創作第5圖導流板與葉片間之流體狀態平面圖示意圖。

第6A圖為本創作第6圖流體狀態之平面部分放大示意圖。

第7圖為本創作葉輪、定位裝置、發電機組配置立體示意圖。

第7A圖為本創作定位裝置之立體放大示意圖。

第7B圖為本創作定位裝置之平面設置示意圖。

第8圖為本創作第7圖之側面圖。

第9圖為本創作實施例設置於海底之立體示意圖。

第9A圖為本創作實施例發電機之立體示意圖。

第10圖為本創作第9圖之側面示意圖。

第11圖為本創作另一實施例，其中另一定位裝置與葉輪之配置立體示意圖。

第12圖為本創作另一實施例，其中另一定位裝置與匯流引導裝置之配置立體示意圖。

本創作係一種流體發電裝置，參閱第1-10圖，包括一匯流引導裝置10、一葉輪20、複數個定位裝置23、複數個發電機30及複數個基柱40，為簡化起見，基柱40以縮短長度表示。

請參閱第2圖(省略葉輪20及定位裝置23)，該匯流引導裝置 10係由一集導罩本體11及複數個導流板12所組成，又該集導罩本體11係由一集導罩主板111及一對集導罩側板112所組成，該集導罩本體11第一端設有一流體入口101，第二端設有一呈弧形狀體103，該匯流引導裝置10的第二端兩側面分別設置一流體排流口113，該複數個導流板12之兩端分別固定於集導罩本體11兩側間流體排流口113之內側面，該複數個導流板12以相隔一定位角度關係構成一旋轉狀圓形陣列，並與流體排流口113形成同心圓關係，該相鄰兩導流板12之間內側為流體內側出口122，又該所有內側出口122之總和，即為匯流引導裝置10之流體出口102，參第5A、6A圖，當流體由該導流板12之間的圓周外側入口121進入後，即被分割成複數個旋轉狀之單一流體，該單一流體又從該每一導流板12之間的內側出口122流出，去推動葉輪20的葉片22；該匯流引導裝置10之流體入口101面積大於流體出口102，故具有提昇流體流速之功效。

本創作另一特徵在於，被分割成複數個旋轉狀之單一流體，以最佳角度推動葉輪20的葉片22因而帶動葉輪20旋轉，並具有將流體的線性動能轉變成旋轉機械動能之功效；再參閱第3圖，把該流體經過路徑狀態及其原理說明如次，流體狀態一131、流體狀態二132及流體狀態三133等，以線性流體之狀態從匯流引導裝置10之流體入口101進入後，使流體轉為流體狀態四134，該流體狀態四134受到集導罩本體11第二端的弧形狀體103之導引，迫使下方流體修正前進方向而轉為流體狀態五135，另外一部份流體被迫經由複數個導流板12間的外側入口121進入，參閱第5、5A、6、6A圖所示，即流體被分割之開始，在導流板12之間形成流體狀態六136，即被分割成旋轉狀的單一流體，並以最佳角度去推動葉片22而形成流體狀態七 137；當單一流體推動葉輪20的葉片22，而帶動葉輪20旋轉時，此線性動能即轉變成旋轉機械動能，當單一流體經過弧形造型之葉片22，把動能交給葉片22時，即形成流體狀態八138，此時流體離開葉片22後經由葉片出口221而由流體排流口113排出。

請參閱第4圖，葉輪20為無主軸之設置，係由一對葉盤21、複數個葉片22以及複數個定位裝置23所組成，該複數個葉片22以相隔一定位角度關係構成放射狀圓形陣列，且與流體排流口113構成同心圓關係，該葉盤21設有齒輪211，該定位裝置23固定於集導罩本體11第二端之兩外側，該定位裝置23在工作上係與該葉盤21發生浮動定位關係，該每一個定位裝置23係由一定位軸232及一定位輪231所組成，參第7、7A及7B圖，該定位輪231設置於該定位軸232上，該定位軸232固定於集導罩本體11第二端弧形狀體103之兩外側，並於葉盤21所設定的相容空間內形成浮動定位關係，參閱第7-8圖，葉片22接受動能後，葉輪20得以在定位裝置23所設定的引導空間內旋轉自如。

參第11-12圖所示，為本創作複數定位裝置23A另一實施例，該定位裝置23A在工作上係與該葉盤21發生定位關係，該定位裝置23A係由第一擋板23A1及第二檔板23A2所構成，該第一檔板23A1之背面固定於集導罩本體11第二端弧形狀體之兩外側，該複數定位裝置23A以相隔一定位角度關係構成放射狀圓形陣列，放射狀圓形陣列之外側即為該第二檔板23A2之背面，該第二檔板23A2且與葉盤21外緣在所設定的空間內構成浮動定位關係。

藉此，該無主軸的葉輪20，能在所設定的空間內旋轉自如， 並具有正常旋轉之功效，葉輪20的設計得以更加多樣化，葉片22受力面積達到最大限度、葉輪20直徑也可大幅增加，以及葉片22數量也可大幅增加等，使葉輪20在較低的流速之條件下，仍然能產生巨大動能，具有大幅提昇發電量的功效，藉此達到發電量巨大化為其最主要目的。

複數個發電機30，係由發電機齒輪31及發電機本體32所組成，該發電機本體32固定於集導罩本體11之外側，該發電機齒輪31固定於該發電機本體32之軸心上，發電機齒輪31與葉盤21的齒輪211相嚙合(參閱第1、9A圖)，由於葉輪20的旋轉帶動發電機30之發電，藉此，流體位移之動能達到轉變成電能為其主要目的，複數個發電機30與葉輪20的連結關係，是由多數個發電機30共同承擔一個葉輪20所產生的全部動能，因而造成單一發電機30的重量相對變小，該每一發電機30之安裝、拆却等工程之危險性有大幅降低之功效，再者，對於該流體發電裝置之設置地點，可選擇在距離海平面60之上方，使發電機30免於長年浸泡於海水中，藉此達到延長發電裝置使用年限為其目的。

該發電機齒輪亦可為變速齒輪箱，該每一個變速齒輪箱固定於集導罩本體第二端弧形狀體之兩外側，並與葉盤的齒輪相嚙合。

複數個基柱40，使發電裝置整體結構更穩固，該基柱40下方連結於海床50，上方連結於集導罩本體之外側，達到提昇整體結構之可靠性為其目的。

Claims (9)

1. 一種流體發電裝置，其特徵為：該發電裝置包括：一匯流引導裝置，係由一集導罩本體及複數導流板所組成，該集導罩本體第一端設有至少一流體入口，第二端設有一弧形狀體，該弧形狀體兩側面分別設置一流體排流口；一葉輪，係由一對葉盤及複數葉片所構成，該複數葉片以相互角度關係構成放射狀圓形陣列，且與該流體排流口構成同心圓關係，該葉盤設有齒輪。
2. 如申請專利範圍第1項所述之流體發電裝置，其中，該複數導流板之每一個導流板以相隔一定位角度關係構成旋轉狀圓形陣列，該導流板之兩端分別固定於集導罩本體弧形狀體兩側板之內側，並與流體排流口形成同心圓關係，而該導流板之內側為匯流引導裝置之流體出口，當該流體進入該導流板之外側，該流體即被分割成複數個旋轉狀之單一流體。
3. 如申請專利範圍第1項所述之流體發電裝置，其中，該匯流引導裝置之流體入口面積大於流體出口面積。
4. 如申請專利範圍第1項所述之流體發電裝置，其中，該葉輪為無中心軸之設計。
5. 如申請專利範圍第1或4項所述之流體發電裝置，其中，該裝置進一步包括複數定位裝置，該定位裝置在工作上係與該葉盤發生浮動定位關係，該每一個定位裝置係由一定位軸及一定位輪所組成，該定位輪設置於該定位軸上，該定位軸固定於集導罩本體第二端弧形狀體之外側。
6. 如申請專利範圍第1或4項所述之流體發電裝置，其中，該裝置進一步包 括複數定位裝置，該定位裝置在工作上係與該葉輪發生浮動定位關係，該每一個定位裝置內側係由一第一檔板及一第二檔板所構成，該第一檔板之背面固定於集導罩本體第二端弧形狀體之兩外側，該第二檔板係與該葉盤外緣構成浮動定位關係。
7. 如申請專利範圍第1項所述之流體發電裝置，其中，該裝置進一步包括複數個發電機，該每一個發電機係由發電機齒輪及發電機本體所組成，該發電機固定於集導罩本體第二端弧形狀體之兩外側，該發電機齒輪與葉盤上的齒輪相嚙合。
8. 如申請專利範圍第7項所述之流體發電裝置，其中，該發電機齒輪進一步包括一變速齒輪箱。
9. 如申請專利範圍第1項所述之流體發電裝置，其中，該發電裝置，以複數個發電機分擔總發電量。