TWI586890B - 載具式波浪發電裝置 - Google Patents

Description

載具式波浪發電裝置

本發明是有關於一種發電裝置，特別是指一種利用自然資源發電之載具式波浪發電裝置。

台灣為海島國家，各方面都仰賴海洋資源，從民生經濟至國防工業都與海洋息息相關，而海洋中蘊藏著巨大的可再生能源，若能得到充分開發，就可能滿足人類大部份的能源需求，海洋能源存在的形式具多種且多樣化，包括有海浪、潮汐、洋流、離岸風電等等，但到目前為止人們還沒有充分認識且利用到這些能源的價值。

以海洋能源之一波浪而言，其波浪能源系統主要是擷取海洋波浪中較為規則、波長較長之湧浪的能源，波浪能源發電主要的設計原理是利用物體在波浪作用下的振盪和搖擺運動、波浪壓力變化，以及波浪的沿岸爬升能力將波浪能轉換成水的位能等。

舉以台灣周遭的海域為例，其波能為10kW/m以上、12海浬領海外界線內水深20-100m區域，初步排除火砲射擊區、海底電纜區、基隆港與蘇澳港等區域，其可用面積約1500平方公里，以開發率5~10%估算約有1.5~3GW之潛能，具有2700~5400億元之產業市場價值，但目前波浪發電產業仍屬剛起步的階段，加上國外發電裝置不完全適用於我國海域波能特性，因此開發合適國內的波浪發電裝置為實為長遠之解決方案。

參閱圖1，為中華民國新型第M375770號專利「海上波浪能發電系統」，該專利案揭露目前的一種設置於海面上的發電系統，該海上波浪能發電系統包含一主 體10、一感應發電裝置11以及一浮體單元12。該主體10為一呈中空形狀之容室，該主體10中間以格板分成一第一室13及一第二室14，該第一室13及該第二室14呈對稱結構，該感應發電裝置11設置於該第一室13中，並包括一感應線圈111、一磁體112、一曲柄113、一彈簧114，以及一導槽115。該感應發電裝置11透過該主體10兩側通孔15之轉軸16與該浮體單元12連接。

實際實施時，當海浪上下起伏時帶動擺動，並利用槓桿原理帶動該曲柄113與該彈簧114伸縮，使該磁體112沿著該導槽115上下移動，以通過該感應線圈111而產生感應電壓，達到利用波浪位能轉換為動能發電之目的。

然而，該彈簧114會因海浪長時間沖刷該浮體單元12而失去彈力，並影響到與該曲柄113的連接關係，導致無法透過該曲柄113與該彈簧114的伸縮作動，使該磁體112通過該感應線圈111發電，再者，該浮體單元12與該主體10相連接處，亦會因颱風或氣候不佳時的過大海浪，使連接該浮體單元12的二轉軸16連結斷裂，此時如需進行海上維修作業，亦將花費大量的人工與零件維修，其實用性確實有待商榷。

有鑒於此，目前所使用的海上波浪發電系統，其技術層面確實有必要再加以改進與克服之處，以發揮應有的發電效能，達到更廣泛地善用大自然永不枯竭的天然資源，進而解決能源缺乏之危機。

因此，本發明之目的，即在提供一種載具式波浪發電裝置，包含一主體單元及一發電單元。

該主體單元包括有一圍繞界定出一第一發電水道之殼體、一設置於該殼體上之至少一第一進水口， 及一設置於該殼體上之第一出水口，該第一進水口與該第一發電水道及該第一出水口相連通。該發電單元設置於該殼體中，並包括至少一發電輪葉。

本發明之有益功效在於，當水自該第一進水口流入該第一發電水道並於該第一出水口流出時，流動的水液會帶動該發電輪葉開始轉動並產生電力，以發揮波浪發電之效能，且本發明之載具式波浪發電裝置設置於觀光娛樂的水上活動設施上，藉此將觀光娛樂與發電結合，作為活動設施的動力使用，可降低成本開銷，如此一來，讓使用者善用大自然的天然資源，更可進一步提升產業之競爭力。

2‧‧‧船隻

3‧‧‧主體單元

30‧‧‧第一發電水道

301‧‧‧寬闊處

302‧‧‧狹窄處

31‧‧‧殼體

32‧‧‧第一進水口

321‧‧‧進水閥門

33‧‧‧第一出水口

34‧‧‧紓壓口

35‧‧‧第二發電水道

36‧‧‧第二進水口

37‧‧‧第二出水口

4‧‧‧發電單元

41‧‧‧發電輪葉

5‧‧‧浮體單元

51‧‧‧浮具

52‧‧‧前套接組

53‧‧‧後套接組

6‧‧‧連接單元

61‧‧‧連接臂

62‧‧‧定位桿

611‧‧‧轉動關節

7‧‧‧蓄電池

8‧‧‧固接單元

81‧‧‧基座

82‧‧‧連接元件

90‧‧‧水平舵

圖1是一立體示意圖，說明習知台灣新型第M375770號一種海上波浪能發電系統；圖2是一側視示意圖，說明本發明載具式波浪發電裝置之第一較佳實施例；圖3是一剖面示意圖，說明該第一較佳實施例之另一視角態樣；圖4是一剖面示意圖，說明該第一較佳實施例中一第一進水口之進水狀態；圖5是一上視示意圖，說明本發明載具式波浪發電裝置之第二較佳實施例；圖6是一剖面示意圖，說明本發明載具式波浪發電裝置之第三較佳實施例；圖7是一側視示意圖，說明本發明載具式波浪發電裝置之第四較佳實施例；圖8是一側視示意圖，說明本發明載具式波浪發電裝置之第五較佳實施例； 圖9是一側視示意圖，說明該第五較佳實施例中一第二發電水道之設置態樣；圖10是一側視示意圖，說明本發明載具式波浪發電裝置之第六較佳實施例；及圖11是一側視示意圖，說明本發明載具式波浪發電裝置之第七較佳實施例。

有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之七個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在進行詳細說明前應注意的是，類似的元件是以相同的編號來作表示。

參閱圖2、3及4，為本發明之載具式波浪發電裝置之第一較佳實施例，包含一主體單元3、一發電單元4，及一蓄電池7。

該主體單元3包括有一圍繞界定出一第一發電水道30之殼體31、一設置於該殼體31上之至少一第一進水口32，及一設置於該殼體31上之第一出水口33，該第一進水口32與該第一發電水道30及該第一出水口33相連通。

值得一提的是，每一第一進水口32具有一連通該第一發電水道30之進水閥門321，由於該進水閥門321有反回流結構的設計，用以提供水液經由該進水閥門321進入該第一發電水道30中，而無法使該第一發電水道30中的水液流出至該殼體31外。實際實施時，可依使用者之需求設置不同型態之進水閥門321，不應侷限於此所揭露者為限。

在該第一較佳實施例中，該第一發電水道30具有一寬闊端301，及一遠離該寬闊端301之狹窄端 302，使得整體之第一發電水道30形成該寬闊端301連接漸縮的狹窄端302。該第一進水口32是設置於該寬闊端301處，而該第一出水口33是靠近該狹窄端302設置，水液透過該第一進水口32進入該寬闊端301中，再流經漸縮的狹窄端302時，會使水液形成有快速加壓出水的作用，朝該第一出水口33流出該主體單元3外。

再者，該主體單元3更包括一設置於該殼體31上且連通該寬闊端301之紓壓口34，當該主體單元3行駛於波浪大之海面上時，大量濺起的波浪水液會透過該第一進水口32流入該第一發電水道30中，此時該第一發電水道30中之水壓即可藉由設置於該殼體31上之紓壓口34排放，避免該主體單元3的艙體因水壓過大而產生裂縫。

該發電單元4設置於該殼體31中，並包括至少一發電輪葉41。而該蓄電池7是設置於該主體單元3上，並與該發電輪葉41電性連接，透過流入該第一發電水道30中的水液帶動該複數發電輪葉41轉動，使該複數發電輪葉41轉動所產生的動力儲存於該蓄電池7中。

在此應注意的是，當該主體單元3是停靠於岸邊時，也可直接將該蓄電池7設置於岸上，以免去運送該蓄電池7電力之程序，使用者可依所在位置來決定，不應以此為限。

實際實施時，當水自該第一進水口32流入該第一發電水道30中時，會使設置於該第一發電水道30中的發電輪葉41，受水液帶動開始轉動並產生電力，而所產生的電力則儲存於與該複數發電輪葉41電性連接之蓄電池7中，進而達到利用波浪發電之目的，之後帶動該複數發電輪葉41轉動的水液再經由該第一出水口33流出該主體單元3外。

參閱圖5，為本發明載具式波浪發電裝置之第二較佳實施例。該第二較佳實施例與該第一較佳實施例 大致相同，相同之處於此不再贅述，不同之處在於，該載具式波浪發電裝置更包含一可分離地與該主體單元3連接之浮體單元5，該浮體單元5包括至少一浮具51、一將該浮具51與該主體單元3一端結合在一起的前套接組52，及一將該浮具51與該主體單元3相反另一端結合在一起的後套接組53。

在該第二較佳實施例中，分別設置有一個浮具51於該主體單元3之兩旁，再利用該前、後套接組52、53將該二浮具51與該主體單元3固定在一起，以避免該二浮具51與該主體單元3鬆脫。再者，透過該二浮具51的設置，則可避免該主體單元3因風浪過大，或是該第一發電水道30中水液過多導致重量太重，而無法漂浮於水平面上的輔助設計，如此一來，將可使該浮體單元5發揮支撐該主體單元3持續漂浮於水面上之功效。

值得一提的是，該浮體單元5更包括複數可分離地設置於該前、後套接組52、53上，並靠近水平面之水平舵90，該複數水平舵90可作為迎接波浪拍打之傾斜面，當遭遇到有方向性的波浪時，可有助於讓該主體單元3受波浪的劇烈上下震動，而將該主體單元3沒入水面下，不僅會使海水大量注入該第一進水口32中，亦會由該二浮具51與該主體單元3三者間的縫隙，湧入該第一進水口32中，填滿該第一發電水道30內的水量，以進一步提升該複數發電輪葉41發電之效率。

再者，該水平舵90是可受控制而偏轉角度，讓使用者可依水面上之實際風浪方向調整該水平舵90的偏轉角度，實際實施時，當風浪小時，可作為輔助該主體單元3沒入水面下之助力，反之，當風浪大時，即可將可分離之水平舵90收起，以避免受風浪拍打而斷裂。透過該水平舵90之設置可有效提升該第一進水口32之進水量。

目前大部分波浪發電裝置都是屬於岸邊設 置型態，而本發明是利用船隻來獲取波浪的動能及位能，所以覆蓋全球表面積70%的海洋都可以作為實施的場域。值得一提的是，透過本發明所獲取之電力，可提供在海上航行之船隻船上所需的用電，或是作為船隻引擎作動所需之動力來源。

參閱圖6，為本發明載具式波浪發電裝置之第三較佳實施例。該第三較佳實施例與該第一較佳實施例大致相同，相同之處於此不再贅述，不同之處在於，該複數水平舵90是可分離地設置於該主體單元3上並靠近水平面，且該複數水平舵90是可受控制而偏轉角度。

實際實施時，使用者可依水面上之實際風浪方向調整該複數水平舵90的偏轉角度，且當風浪小時，可作為輔助該主體單元3沒入水面下之助力，反之，當風浪大時，即可將可分離之水平舵90收起，以避免受風浪拍打而斷裂。透過該複數水平舵90之設置可有效增加該第一進水口32之進水量90，以進一步提升該複數發電輪葉41發電之效率。

參閱圖7，為本發明載具式波浪發電裝置之第四較佳實施例。該第四較佳實施例與該第一較佳實施例大致相同，相同之處於此不再贅述，不同之處在於，該載具式波浪發電裝置更包含一可與一船隻2連接的連接單元6，該連接單元6包括有一連接臂61，及一與該連接臂61樞接且可上下移動之定位桿62，該定位桿62之一端是與該主體單元3固接在一起，且該連接臂61上與該定位桿62樞接處設有一個轉動關節611。

在該第四較佳實施例中，設置有兩個連接單元6於該船隻2的兩側上，且該發電單元4是直接設置於該船隻2上，在此，應注意的是，該發電單元4與該連接單元6之設置態樣與數量，端視使用者的需求而定，不 應以此為限。透過該複數連接臂61、該定位桿62，以及該轉動關節611三者之可靈活擺動的設計概念，可避免整體結構剛性過強，使該連接單元6與該船隻2的連接處斷裂，且該定位桿62的擺動幅度受該轉動關節611限制，並不會因海浪過大而使該主體單元3撞擊到該船隻2本體，且當水面之水位較高時，該定位桿62會隨漂浮於水面上的主體單元3向上突起，而不影響該主體單元3的進水量。

值得一提的是，當該發電裝置不使用時，透過可上下移動之定位桿62將該主體單元3上升移動，再透過該轉動關節611將該主體單元3旋轉收回該船隻2上固定，以利該船隻2航行回港。

由此可知，在該第四較佳實施例中，利用既有的船隻2稍作改裝，即可達到本發明之載具式波浪發電裝置的功效，不僅施工容易且成本低廉，透過在該船隻2內設置該發電單元4，可將波浪發電的電力利用該船隻2運回港口儲存外，亦可在大海中隨時為途經的其他船隻充電，提升投資報酬率。

參閱圖8、9，為本發明載具式波浪發電裝置之第五較佳實施例。該第五較佳實施例與該第一較佳實施例大致相同，相同之處於此不再贅述，不同之處在於，該主體單元3更包括一由該殼體31圍繞界定出之第二發電水道35、至少一設置於該殼體31上之第二進水口36，及一設置於該殼體31上之第二出水口37，該第二進水口36與該第二發電水道35及該第二出水口37相連通，當水自該第二進水口36流入該第二發電水道35並於該第二出水口37流出時，流動的水液會帶動該發電輪葉41開始轉動並產生電力。

在該第五較佳實施例中，是將兩個發電水道30、35分別設置於該主體單元3的殼體31兩側，透過增加該第一、二發電水道30、35中的水液，可進一步提升 該發電單元4的發電效率。特別說明的是，圖7中僅繪製出設置於該主體單元3之一側的第二發電水道35。

參閱圖10，為本發明載具式波浪發電裝置之第六較佳實施例。該第六較佳實施例與該第一較佳實施例大致相同，相同之處於此不再贅述，不同之處在於，將本發明之主體單元3設置於觀光娛樂的水上活動設施上，在該第六較佳實施例中是設置於香蕉船上，藉以將觀光娛樂與發電作結合，不僅可降低成本開銷，更可進一步提升產業之競爭力。實際實施時，可依使用者之需求設置於其他的水上活動設施上，不應以此為限。

參閱圖11，為本發明載具式波浪發電裝置之第七較佳實施例。該第七較佳實施例與該第一較佳實施例大致相同，相同之處於此不再贅述，不同之處在於，該載具式波浪發電裝置更包含一與該主體單元3連接之固接單元8，該固接單元8包括一沉入海底並固著於海床上之基座81，及一與該基座81連接之連結元件82。

在該第七較佳實施例中，該基座81是利用混凝土製作之混凝土沉箱，該連結元件82是一鋼纜，將該基座81由該主體單元3上投置入水面，使該基座81固著於海床上，而該主體單元3則會受到該連結元件82之拉力影響而漂浮於特定的範圍海面上，以作為該特定範圍海域之發電用。

經由以上實施例之敘述可知本發明之載具式波浪發電裝置確實具有下列功效增進之處：

一、具快速加壓出水之功效

藉由該第一發電水道30形成有該寬闊端301與漸縮的狹窄端302，使水液透過該第一進水口32進入該寬闊端301中，再流經漸縮的狹窄端302時，使水液形成有快速加壓出水的作用，朝該第一出水口33流出該主體單元3外，而可提升該複 數發電輪葉41之轉動效率，不僅可使該發電單元4快速且有效率地蓄電，更可減少安裝該發電單元4之花費。

二、提升發電效率

透過該複數水平舵90可分離地設置於該主體單元3上，或是設置於該前、後套接組52、53上，作為迎接波浪之傾斜面，有助於該主體單元3受波浪的劇烈上下震動，以將該主體單元3沒入水面下，使海水大量注入該第一進水口32中，有效提升該發電單元4之發電效率。

三、具多元化使用設計

藉由該連接單元6、該主體單元3，與既有的船隻2經改裝後相互結合，即可達到本發明之載具式波浪發電裝置的功效，不僅施工容易且成本低廉，透過該船隻2不但可將波浪發電的電力運回港口儲存，更可在大海中隨時為途經的其他船隻充電，再者，將該主體單元3設置於水上活動設施上，亦可降低成本開銷，以提升產業之競爭力。

綜上所述，本發明之載具式波浪發電裝置，藉由該主體單元3、該發電單元4、該蓄電池7，以及該複數水平舵90間相互設置，利用該第一發電水道30形成有該寬闊端301與漸縮的狹窄端302之設計，使水液形成有快速加壓出水的作用，而可提升該複數發電輪葉41之轉動效率，透過該複數發電輪葉41轉動所產生的動力儲存於該蓄電池7中，以達到快速且有效率之蓄電功效，而該複數水平舵90可作為提供迎接波浪拍打之傾斜面，將該主體單元3沒入水面下，使海水大量注入該第一進水口32與該第二進水口36中，以提高該複數發電輪葉41發電之效率。

透過該複數連接臂61、該定位桿62，以及該轉動關節611三者之可靈活擺動的設計概念，可避免整體結構剛性過強，使該連接單元6與該船隻2的連接處斷裂，該轉動關節611之設計，可避免該定位桿62的擺動幅度過大，而撞擊到該船隻2本體，再者，將該主體單元3設置於水上活動設施上，更可降低成本開銷，提升產業之競爭力，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之七個較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明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。

3‧‧‧主體單元

30‧‧‧第一發電水道

31‧‧‧殼體

32‧‧‧第一進水口

321‧‧‧進水閥門

34‧‧‧紓壓口

Claims (9)

1. 一種載具式波浪發電裝置，包含：一主體單元，包括有一圍繞界定出一第一發電水道之殼體、一設置於該殼體上之至少一第一進水口、一設置於該殼體上之第一出水口，及一設置於該殼體上且連通該第一發電水道之紓壓口，該第一進水口與該第一發電水道及該第一出水口相連通，每一第一進水口具有一連通該第一發電水道之進水閥門，用以提供水液進入該第一發電水道中，而無法使該第一發電水道中的水液流出至該殼體外；一發電單元，設置於該殼體中，並包括至少一發電輪葉；複數水平舵，可分離地設置於該主體單元上並靠近水平面，用以作為迎接波浪之傾斜面，有助於該主體單元接受波浪的力道於水面上下浮動；及一浮體單元，可分離地與該主體單元連接，包括至少一用以支撐該主體單元浮於水面之浮具；當波浪將該第一進水口推入水面下時，水自該第一進水口流入該第一發電水道中，當該殼體浮於水面時，該進水閥門阻擋水自該第一進水口流出，使該第一發電水道中的水於該第一出水口流出，流動的水液會帶動該發電輪葉開始轉動並產生電力。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之載具式波浪發電裝置，更包含一與該發電輪葉電性連接之蓄電池，用以將該發電輪葉轉動所產生電力儲存於該蓄電池中。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之載具式波浪發電裝置，其中，該第一發電水道具有一寬闊端，及一遠離該寬闊端之狹窄端，以形成該寬闊端連接漸縮的狹窄端。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之載具式波浪發電裝置，其中，該浮體單元更包括一將該浮具與該主體單元一端結合在一起的前套接組，及一將該浮具與該主體單元相反另一端結合在一起的後套接組。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之載具式波浪發電裝置，其中，該複數水平舵可分離地設置於該前、後套接組上並靠近水平面，以作為迎接波浪之傾斜面，且該複數水平舵是可受控制而偏轉角度。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之載具式波浪發電裝置，更包含一可與一船隻連接的連接單元，該連接單元包括有一連接臂，及一與該連接臂樞接且可上下移動之定位桿，該定位桿之一端是與該主體單元固接在一起。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之載具式波浪發電裝置，其中，該連接臂上與該定位桿樞接處設有一個轉動關節。
8. 依據申請專利範圍第1項所述之載具式波浪發電裝置，其中，該主體單元更包括一由該殼體圍繞界定出之第二發電水道、至少一設置於該殼體上之第二進水口， 及一設置於該殼體上之第二出水口，該第二進水口與該第二發電水道及該第二出水口相連通，當水自該第二進水口流入該第二發電水道並於該第二出水口流出時，流動的水液會帶動該發電輪葉開始轉動並產生電力。
9. 依據申請專利範圍第1項所述之載具式波浪發電裝置，更包含一與該主體單元連接之固接單元，該固接單元包括一沉入海底並固著於海床上之基座，及一與該基座連接之連結元件。