TW201829906A - 波浪發電系統 - Google Patents

Abstract

一種波浪發電系統，包含一本體、第一負重塊、第一錘體、第一連接件、第一發電裝置以及第一轉輪組。本體以浮動的方式設置於一流體上。該第一負重塊靜置於該流體之底部。該第一錘體設置於該流體中。該第一連接件連接於該第一負重塊與該第一錘體。該第一轉輪組設置於該本體上並連接該第一發電裝置與該第一連接件。其中，當該流體推動該本體沿一第一方向移動時，該第一連接件帶動該第一轉輪組旋轉，且該第一轉輪組驅使該第一發電裝置發電。

Description

波浪發電系統

本發明係涉及一種波浪發電系統，特別係一種利用海水波動產生電能之波浪發電系統。

隨著世界的原油的蘊藏量急速地減少，具有潔淨、永續、低含碳量、低污染等優點的再生能源，譬如：太陽能、風力、地熱、海洋能、生質能以及燃料電池等，已逐漸地受到世人的重視。在這些能源類型當中，波浪發電係利用海浪波動的能量，並推動發電機旋轉以產生動能後，再轉換成電力或直接由輸出軸輸出動能。

一般而言，波浪發電設備的類型有震盪水柱型(Oscillating water column)、衝擊型(Oscillating Wave Surge)、越波型(Overtopping device)、潛沒壓差式(Submerged pressure differential)、點吸收型(Point absorber)、減衰型(Attenuator)。但前述之系統在能量傳遞中，由於機構系統較為複雜，使得動能轉換為電能之效率不彰。

此外，海洋波浪能量受風力與氣候等影響，不同季節與區域，其波浪波高與週期呈現機率分佈，且波浪能量外力也 將不同。因此，如何在各種不同環境條件下，仍能有效擷取波浪能量，也一直受到研究。

有鑑於此，一種可以穩定地於不同波浪環境下不斷地透過波浪的能量轉換成電能的設備與系統，是現今相關技術人員不斷研發與追求的課題。

有鑑於此，本發明提出一種波浪發電系統，以解決上述之問題。

於一實施例中，一種波浪發電系統，包含一本體、第一負重塊、第一錘體、第一連接件、第一發電裝置以及第一轉輪組。本體以浮動的方式設置於一流體上。該第一負重塊靜置於該流體之底部。該第一錘體設置於該流體中。該第一連接件連接於該第一負重塊與該第一錘體。該第一轉輪組設置於該本體上並連接該第一發電裝置與該第一連接件。其中，當該流體推動該本體沿一第一方向移動時，該第一連接件帶動該第一轉輪組旋轉，該第一轉輪組驅使該第一發電裝置發電。

在部分實施例中，該第一轉輪組包含一第一轉軸、一第二轉軸、一第一右驅動輪、一第一左驅動輪以及一第一輸出輪。該第一右驅動輪具有一第一單向離合器，該第一右驅動輪配置以連接與該第一轉軸。該第一左驅動輪具有一第二單向離合器，配置以連接與該第二轉軸。該第一輸出輪連接於該第一轉軸，該第一輸出輪藉由一第一傳動件驅動該第一內轉輪旋轉。其中，該第一連接件連接於該第一右驅動輪以及該第一左驅動輪上。

在部分實施例中，該波浪發電系統更包含一第二發電裝置，且該第一轉輪組另包含一第二輸出輪，連接於該第二轉軸。其中，當該流體驅使該本體沿一第二方向移動時，該第一錘體藉由該第一連接件帶動該第一左驅動輪旋轉，使得該第二輸出輪同步旋轉，且該第二輸出輪藉由一第二傳動件驅使該第二發電裝置發電。

在部分實施例中，該波浪發電系統更包含一第二錘體、第二負重塊、一第二連接件以及一第二轉輪組。該第二錘體設置於該流體中。該第二負重塊靜置於該流體之底部。該第二連接件連接於該第二負重塊與該第二錘體。該第二轉輪組包含一第二左驅動輪以及一第二右驅動輪。該第二左驅動輪具有另一第二單向離合器，配置以連接該第二左驅動輪與該第二轉軸。該第二右驅動輪具有另一第一單向離合器，配置以連接與該第一轉軸。其中，該第二連接件連接於該第二右驅動輪以及該第二左驅動輪上。

在部分實施例中，該第一左驅動輪與該第一右驅動輪之直徑的比例為1：1，且該第二左驅動輪與該第二右驅動輪之直徑的比例為1：1。

在部分實施例中，該波浪發電系統更包含一可撓性件，連接於該第一錘體與該第二錘體之間。

在部分實施例中，該第一轉輪組更包含一第一變速輪以及一第二變速輪，該第一傳動件連接於該第一變速輪之一第一內輪部與該第一輸出輪，一第三傳動件連接於該第一發電裝置之一第一內轉輪與該第一變速輪之一第一外輪部，該第二傳動件 連接於該第二變速輪之一第二內輪部與該第二輸出輪，且一第四傳動件連接於該第二發電裝置之一第二內轉輪與該第二變速輪之一第二外輪部。

在部分實施例中，該第一內輪部之直徑與該第一輸出輪之直徑的比例為1：10，且該第二內輪部之直徑與該第二輸出輪之直徑的比例為1：10。

在部分實施例中，該第一外輪部之直徑與該第一內轉輪之直徑的比例為10：1，且該第二外輪部之直徑與該第二內轉輪之直徑的比例為10：1。

在部分實施例中，該第一連接件或第二連接件為一皮帶、鍊條或一尼龍皮帶繩。

本發明提供一種波浪發電系統，是把大自然中的波浪能、浮力以及重力三種能量轉換成轉輪組的圓周運動的機械能來使發電裝置發電，而可以不斷地藉由三種能量中獲取電能。其中波浪發電系統將搭載第一轉輪組、第二轉輪組、第一發電裝置與第二發電裝置的一船體設置於海面上，當海浪的波動將船體抬升或下降時，第一轉輪組與第二轉輪組可以被第一錘體、第二錘體以及第一連接件與第二連接件帶動，進而驅動第一發電裝置與第二發電裝置發電，達成持續且穩定地將波浪的能量轉換成電能之目的。另外，於第一錘體與第二錘體之間可設置連接件做為一橫向安全繩索，使得當海浪的波動過於劇烈時，此橫向安全繩索可以在波動過程中抱住船體，以避免船體翻覆。

再者，本發明中的第一輸出輪、第二輸出輪、第一發電裝置與第二發電裝置是可以設置於本體的外殼的內部，因此 可以避免當波浪過大而使海水潑到本體上或是雨水淋濕而導致第一輸出輪、第二輸出輪、第一發電裝置與第二發電裝置受潮而損壞的問題，而能增加其使用壽命。再者，第一轉輪組、第二轉輪組、第一發電裝置與第二發電裝置可以模組化設計，因此具有容易安裝與檢修的優點，方便後續人員上的維護與降低維護的成本。

100‧‧‧波浪發電系統

100A‧‧‧波浪發電系統

50‧‧‧本體

51‧‧‧流體

52‧‧‧第一負重塊

54‧‧‧第一錘體

56‧‧‧第一連接件

58‧‧‧第一發電裝置

582‧‧‧第一內轉輪

59‧‧‧第二發電裝置

592‧‧‧第二內轉輪

60‧‧‧第一轉輪組

62‧‧‧第一轉軸

64‧‧‧第二轉軸

66‧‧‧第一右驅動輪

68‧‧‧第一左驅動輪

70‧‧‧第一輸出輪

72‧‧‧第二輸出輪

74‧‧‧第一變速輪

741‧‧‧第一內輪部

743‧‧‧第一外輪部

76‧‧‧第二變速輪

761‧‧‧第二內輪部

763‧‧‧第二外輪部

78‧‧‧第一單向離合器

80‧‧‧第二單向離合器

82‧‧‧第一傳動件

84‧‧‧第三傳動件

86‧‧‧第二傳動件

88‧‧‧第四傳動件

90‧‧‧第二錘體

92‧‧‧第二負重塊

94‧‧‧第二轉輪組

96‧‧‧第二連接件

97‧‧‧第二左驅動輪

98‧‧‧第二右驅動輪

99‧‧‧可撓性件

F1‧‧‧第一方向

F2‧‧‧第二方向

R1‧‧‧第一旋轉方向

R2‧‧‧第二旋轉方向

第1圖為本發明一實施例之一波浪發電系統的立體示意圖。

第2圖為本發明一實施例之波浪發電系統的部分元件前視圖。

第3圖為本發明一實施例之本體沿第一方向移動到另一位置之示意圖。

第4圖為本發明另一實施例之波浪發電系統之立體示意圖。

為了讓本揭露之目的、特徵、及優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示做詳細說明。其中，實施例中的各元件之配置係為說明之用，並非用以限制本揭露。且實施例中圖式標號之部分重複，係為了簡化說明，並非意指不同實施例之間的關聯性。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本揭露。

此外，實施例中可能使用相對性的用語，例如「較低」或「底部」及「較高」或「頂部」，以描述圖示的一個元件對 於另一元件的相對關係。能理解的是，如果將圖示的裝置翻轉使其上下顛倒，則所敘述在「較低」側的元件將會成為在「較高」側的元件。

在此，「約」、「大約」之用語通常表示在一給定值或範圍的20%之內，較佳是10%之內，且更佳是5%之內。在此給定的數量為大約的數量，意即在沒有特定說明的情況下，仍可隱含「約」、「大約」之含義。

請參考第1圖以及第2圖，第1圖為本發明一實施例之一波浪發電系統100的立體示意圖，且第2圖為本發明一實施例之波浪發電系統100的部分元件前視圖。波浪發電系統100包含一本體50、一第一負重塊52、一第一錘體54、一第一連接件56、一第一發電裝置58、一第二發電裝置59以及一第一轉輪組60。本體50可為一船體，所述船體是受到浮力的緣故而以浮動的方式設置於一流體51上，例如是設置在海面上。第一負重塊52是一重量遠大於本體50之一重量塊，使得第一負重塊52受到重力的影響可以靜置於流體51之底部(例如海底)。第一錘體54是一重量較本體50輕的一重量塊，且第一錘體54是因重力與浮力的平衡而浮動設置在流體51中。第一連接件56的一端是連接於第一負重塊52，而另一端是連接於第一錘體54。於此實施例中，第一連接件56可為一皮帶、鍊條或一尼龍皮帶繩，但不限於此。第一轉輪組60是設置於本體50上並連接於第一發電裝置58或第二發電裝置59，用以驅動第一發電裝置58或第二發電裝置59發電。

第一轉輪組60包含一第一轉軸62、一第二轉軸64、一第一右驅動輪66、一第一左驅動輪68、一第一輸出輪70、一第 二輸出輪72、一第一變速輪74以及一第二變速輪76。其中，第一右驅動輪66具有一第一單向離合器78，第一右驅動輪66是藉由第一單向離合器78套設於第一轉軸62上，使得當第一右驅動輪66以一第一旋轉方向R1旋轉時才會卡合於第一轉軸62而帶動第一轉軸62旋轉。若第一右驅動輪66以一第二旋轉方向R2旋轉時，第一右驅動輪66會相對於第一轉軸62空轉而不會帶動第一轉軸62旋轉。

第一左驅動輪68具有一第二單向離合器80，第一左驅動輪68是藉由第二單向離合器80套設於第二轉軸64。當第一左驅動輪68以第二旋轉方向R2旋轉時才會卡合於第二轉軸64而帶動第二轉軸64旋轉。若第一左驅動輪68以第一旋轉方向R1旋轉時，第一左驅動輪68會相對於第二轉軸64空轉而不會帶動第二轉軸64旋轉。另外，第一連接件56是套設於第一右驅動輪66以及第一左驅動輪68上。

第一輸出輪70是套設於第一轉軸62，第一輸出輪70藉由一第一傳動件82連接於第一變速輪74的一第一內輪部741，而第一變速輪74之一第一外輪部743藉由一第三傳動件84連接於第一發電裝置58之一第一內轉輪582。第二輸出輪72藉由一第二傳動件86連接於第二變速輪76之一第二內輪部761，且第二變速輪76之一第二外輪部763藉由一第四傳動件88連接於第二發電裝置59之一第二內轉輪592。

值得注意的是，可配置第一內輪部741之直徑與第一輸出輪70之直徑的比例為1：10，且第一外輪部743之直徑與第一內轉輪582之直徑的比例為10：1，使得第一內轉輪582的轉速可為第 一輸出輪70的100倍。同樣地，藉由配置第二內輪部761之直徑與第二輸出輪72之直徑的比例為1：10，且第二外輪部763之直徑與第二內轉輪592之直徑的比例為10：1，使得第二內轉輪592的轉速可為第二輸出輪72的100倍。藉由上述的配置，可以使得第一發電裝置58與第二發電裝置59的發電效率更好。上述的比例配置僅為說明此實施例，於其他實施例中也可採用不同的比例配置。

另外，於一實施例中，第一輸出輪70也可直接藉由第一傳動件82連接於第一內轉輪582，以驅使第一發電裝置58發電。而第二輸出輪72也可直接藉由第二傳動件86直接連接於第二內轉輪592，以驅使第二發電裝置59發電，但不限於此。

請參考第1圖至第3圖所示，第3圖為本發明一實施例之本體50沿第一方向F1移動到另一位置之示意圖。當流體51產生波動推動本體50沿一第一方向F1移動時，本體50受到流體51(海浪)的推動而由第2圖中的位置沿第一方向F1移動到第3圖中的位置。在這個過程中，由於第一負重塊52固定於海底，因此第一錘體54會受到第一負重塊52的重力影響而被第一連接件56沿第一方向F1拉動，使得第一連接件56會帶動第一右驅動輪66與第一左驅動輪68以第一旋轉方向R1旋轉。此時第一右驅動輪66會藉由第一單向離合器78卡合於第一轉軸62，使得第一轉軸62同樣以第一旋轉方向R1轉動，進而帶動第一輸出輪70同步旋轉。接著第一輸出輪70藉由第一傳動件82帶動第一變速輪74，且第一變速輪74藉由第三傳動件84帶動第一發電裝置58的第一內轉輪582，驅使第一發電裝置58發電。此外，雖然第一左驅動輪68也以第一旋轉方向R1旋轉，但由於第二單向離合器80於此旋轉方向不會使第一左驅動 輪68卡合於第二轉軸64，因此第一左驅動輪68會相對於第二轉軸64空轉。

當流體51產生波動向下而帶動本體50沿一第二方向F2移動時，本體50會由第3圖中的位置移動到第2圖中的位置。在這個過程中，第一錘體54會因本身重力的關係以及本體50的位置而沿第二方向F2移動，進而拉動第一連接件56來帶動第一右驅動輪66與第一左驅動輪68以第二旋轉方向R2旋轉。此時第一左驅動輪68會藉由第二單向離合器80卡合於第二轉軸64，使得第二轉軸64同樣以第二旋轉方向R2轉動，進而帶動第二輸出輪72同步旋轉。接著第二輸出輪72藉由第二傳動件86帶動第二變速輪76，且第二變速輪76藉由第四傳動件88帶動第二發電裝置59的第二內轉輪592，驅使第二發電裝置59發電。同樣地，雖然第一右驅動輪66也以第二旋轉方向R2旋轉，但由於第一單向離合器78於此旋轉方向不會使第一右驅動輪66卡合於第一轉軸62，因此第一右驅動輪66會相對於第一轉軸62空轉。

藉由上述的說明可以得知，本發明之波浪發電系統100無論是在流體51波動上升或下降時皆可以擷取能量來進行發電，因此可以不斷地將流體51流體的能量、重力與浮力中的能量轉換而轉換為電能。

另外，值得注意的是，由於滑輪原理的關係，第一錘體54的移動行程會是本體50沿第一方向F1或第二方向F2的移動行程的兩倍(也就是波浪上升的高度的兩倍)。因此，於此實施例中，配置第一左驅動輪68與第一右驅動輪66的直徑比例為1：1，使得第一連接件56平順地帶動第一右驅動輪66以及第一左驅動輪 68。

請參考第4圖，第4圖為本發明另一實施例之波浪發電系統100A之立體示意圖。於此實施例中，波浪發電系統100A另包含一第二錘體90、一第二負重塊92、第二轉輪組94以及一第二連接件96。其中，第二錘體90設置於流體51中且與第一負重塊52是位於本體50之同一側。第二負重塊92靜置於流體51的底部(海底)，且第二負重塊92與第一錘體54是位於本體50的同一側。第二連接件96連接第二負重塊92與第二錘體90。第二連接件96可為一皮帶、鍊條或一尼龍皮帶繩，但不限於此。

第二轉輪組94包含一第二左驅動輪97以及一第二右驅動輪98。第二左驅動輪97是藉由第二單向離合器80套設於第二轉軸64，第二右驅動輪98是藉由第一單向離合器78套設於第一轉軸62，並且第二連接件96是套設於第二左驅動輪97與第二右驅動輪98的外緣上。另外，第二左驅動輪97與第二右驅動輪98的直徑比例可設置為1：1，使得第二連接件96可平順地帶動第二左驅動輪97與第二右驅動輪98。再者，由於第二轉輪組94的驅動方式與前述實施例相似，故在此不再贅述。

值得注意的是，於此實施例中，波浪發電系統100A另包含一可撓性件99，配置以連接第一錘體54與第二錘體90。當流體51的波動十分劇烈時，可撓性件99可於流體51波動的過程中套住本體50的底部，可避免本體50翻覆。

此外，為了使波浪發電系統100A能夠穩定地於流體51上擷取流體51波動時所產生的能量，可配置以下兩個條件：

(1)本體50的總體積與流體51的密度之乘積大於本體50、第一轉 輪組60、第二轉輪組94、第一發電裝置58、第二發電裝置59、第一錘體54、第二錘體90之總重量。

(2)第一負重塊52或第二負重塊92的重量實質為本體50之體積與流體51密度乘積之兩倍。然而，上述配置僅用以說明此實施例，而本體50的體積與各元件的重量配置不限於此。

相較於先前技術，本發明提供一種波浪發電系統，將搭載第一轉輪組、第二轉輪組、第一發電裝置與第二發電裝置的一船體設置於海面上，當海浪的波動將船體抬升或下降時，第一轉輪組與第二轉輪組可以被第一錘體、第二錘體以及第一連接件與第二連接件帶動，進而驅動第一發電裝置與第二發電裝置發電，達成持續且穩定地將波浪的能量轉換成電能之目的。另外，於第一錘體與第二錘體之間可設置連接件做為一橫向安全繩索，使得當海浪的波動過於劇烈時，此橫向安全繩索可以在波動過程中抱住船體，以避免船體翻覆。

再者，本發明中的第一輸出輪、第二輸出輪、第一發電裝置與第二發電裝置是可以設置於本體的外殼的內部，因此可以避免當波浪過大而使海水潑到本體上或是雨水淋濕而導致第一輸出輪、第二輸出輪、第一發電裝置與第二發電裝置受潮而損壞的問題，而能增加其使用壽命。再者，第一轉輪組、第二轉輪組、第一發電裝置與第二發電裝置可以模組化設計，因此具有容易安裝與檢修的優點，方便後續人員上的維護與降低維護的成本。

雖然本揭露的實施例及其優點已揭露如上，但應該瞭解的是，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。此外，本揭露之 保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本揭露揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大抵相同功能或獲得大抵相同結果皆可根據本揭露使用。因此，本揭露之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟。另外，每一申請專利範圍構成個別的實施例，且本揭露之保護範圍也包括各個申請專利範圍及實施例的組合。

Claims (10)

1. 一種波浪發電系統，包含：一本體，以浮動的方式設置於一流體上；一第一負重塊，靜置於該流體之底部；一第一錘體，設置於該流體中；一第一連接件，連接於該第一負重塊與該第一錘體；一第一發電裝置；以及一第一轉輪組，設置於該本體上並連接該第一發電裝置與該第一連接件；其中，當該流體推動該本體沿一第一方向移動時，該第一連接件帶動該第一轉輪組旋轉，且該第一轉輪組驅使該第一發電裝置發電。
2. 如申請專利範圍第1項所述之波浪發電系統，其中該第一轉輪組包含：一第一轉軸；一第二轉軸；一第一右驅動輪，具有一第一單向離合器，配置以連接該第一右驅動輪與該第一轉軸；一第一左驅動輪，具有一第二單向離合器，配置以連接該第一左驅動輪與該第二轉軸；一第一輸出輪，連接於該第一轉軸，該第一輸出輪藉由一第一傳動件驅動該第一內轉輪旋轉； 其中，該第一連接件連接於該第一右驅動輪以及該第一左驅動輪上。
3. 如申請專利範圍第2項所述之波浪發電系統，其中該波浪發電系統更包含一第二發電裝置，且該第一轉輪組另包含一第二輸出輪，連接於該第二轉軸；其中，當該流體驅使該本體沿一第二方向移動時，該第一錘體藉由該第一連接件帶動該第一左驅動輪旋轉，使得該第二輸出輪同步旋轉，且該第二輸出輪藉由一第二傳動件驅使該第二發電裝置發電。
4. 如申請專利範圍第3項所述之波浪發電系統，其中該波浪發電系統更包含：一第二錘體，設置於該流體中；一第二負重塊，靜置於該流體之底部；一第二連接件，連接於該第二負重塊與該第二錘體；以及一第二轉輪組，其包含：一第二左驅動輪，具有另一第二單向離合器，配置以連接該第二左驅動輪與該第二轉軸；以及一第二右驅動輪，具有另一第一單向離合器，配置以連接該第二右驅動輪與該第一轉軸；其中，該第二連接件連接於該第二右驅動輪以及該第二左驅動輪。
5. 如申請專利範圍第4項所述之波浪發電系統，其中該第一 左驅動輪與該第一右驅動輪之直徑的比例實質為1：1，且該第二左驅動輪與該第二右驅動輪之直徑的比例實質為1：1。
6. 如申請專利範圍第4項所述之波浪發電系統，其中該波浪發電系統更包含一可撓性件，連接於該第一錘體與該第二錘體之間。
7. 如申請專利範圍第3項所述之波浪發電系統，其中該第一轉輪組更包含一第一變速輪以及一第二變速輪，該第一傳動件連接於該第一變速輪之一第一內輪部與該第一輸出輪，一第三傳動件連接於該第一發電裝置之一第一內轉輪與該第一變速輪之一第一外輪部，該第二傳動件連接於該第二變速輪之一第二內輪部與該第二輸出輪，且一第四傳動件連接於該第二發電裝置之一第二內轉輪與該第二變速輪之一第二外輪部。
8. 如申請專利範圍第7項所述之波浪發電系統，其中該第一內輪部之直徑與該第一輸出輪之直徑的比例實質為1：10，且該第二內輪部之直徑與該第二輸出輪之直徑的比例實質為1：10。
9. 如申請專利範圍第7項所述之波浪發電系統，其中該第一外輪部之直徑與該第一內轉輪之直徑的比例實質為10：1，且該第二外輪部之直徑與該第二內轉輪之直徑的比例實質為10：1。
10. 如申請專利範圍第4項所述之波浪發電系統，其中該第一連接件或第二連接件為一皮帶、鍊條或一尼龍皮帶繩。