TWI626369B - 渦輪裝置 - Google Patents

Abstract

一種渦輪裝置，包括：一本體、一渦輪葉片組、一導流模組、一門板組及一流體回收件。本體開設有一流體入口及一流體出口。流體入口具有一導流區域及一第一開放區域。流體出口具有一氣流回收區域及一第二開放區域。渦輪葉片組沿一樞設方向設於本體內部。導流模組設置於導流區域，而門板組活動地設置於流體入口。流體回收件配置於氣流回收區域。流體回收件遮蔽部分流體出口，使工作流體經流體回收件導引而重新流回本體內。

Description

渦輪裝置

本發明係關於一種渦輪裝置，特別是一種高效能的渦輪裝置。

現行各形式風力發電機，都只有獲取風的「動能」。然而，「風」碰觸「葉片」轉瞬即逝，而風的「質能」及風的「壓力」無法完全擷取，因此葉片效率非常低。然而，欲提昇葉片效率，若僅增加螺旋槳葉片數量，則會因葉片之間的距離太小，葉片轉動所產生的亂流反而會影響葉片的推力，而無法增加葉片數量。如採用風葉掃撂面積較大之「寬廣型渦輪機」，則因葉片數量若多於3片，其阻力的面積即會大於推力，渦輪機雖然有大風吹襲，但是仍不會轉動，

由上可知，目前之渦輪機設計仍無法提供高效能之工作效率，實有改進之必要。

本發明之一目的係在提供一種高效能之渦輪裝置。

為達成上述之目的，本發明提供一種渦輪裝置，適於受一工作流體驅動，該渦輪裝置包括：一本體、一渦輪葉片組、一導流模組、一門板組以及一流體回收件。其中，本體具有一周緣壁體，該周緣壁體開設有一流體入口以及一流體出口。該流體入口具有一導流區域以及一第一開放區域，該流體出口具有一氣流回收區域以及一第二開放區域。

此外，渦輪葉片組是沿一樞設方向樞設於該本體內部。導流模組是設置於該導流區域，而門板組則是活動地設置於該流體入口。另外，流體回收件是配置於該氣流回收區域，且與該周緣壁體相接。其中，該流體回收件遮蔽部分該流體出口。值得一提的是，部分自該導流區域或是自該第一開放區域流至該本體內並推動該渦輪葉片組轉動之該工作流體會經該流體回收件導引而重新流動回該本體內推動該渦輪葉片組轉動，部分自該導流區域或是自該第一開放區域流至該本體內並推動該渦輪葉片組轉動之該工作流體會經該第二開放區域流至外界環境。

在本發明中，該門板組具有一第一門板以及一第二門板，該第一門板連接於該周緣壁體，且在一導流位置以及一第一關閉位置之間作動，該第二門板配置於該周緣壁體，且適於在一開啟位置以及一第二關閉位置之間作動。其中，當該第一門板位於該導流位置時，該工作流體經第一門板導引至該導流區域並流動至該本體內推動該渦輪葉片組轉動，當該第一門板位於該第一關閉位置時，該第一門板遮蔽該導流模組。當該第二門板位於該開啟位置時，該第二門板開啟該第一開放區域，該工作流體直接流經該第一開放區域而流動至該本體內推動該渦輪葉片組轉動，當該第二門板位於該第二關閉位置時，該第二門板遮蔽該第一開放區域。

在本發明中，渦輪裝置更包括二制流板，沿該樞設方向分別連接於該渦輪葉片組的兩端部，且與該渦輪葉片組連動。

在本發明中，渦輪裝置更包括二密封蓋，沿該樞設方向分別蓋闔於該本體的兩端部。

在本發明中，該些密封蓋係嵌設於該本體的兩端部，使該密封蓋與該本體完全密合。

在本發明中，渦輪裝置更包括二支撐件，配設於該周緣壁體內側，並分別位於該渦輪葉片組之相對兩側，其中該些支撐件分別與該些密封蓋固接。

在本發明中，各該支撐件至該渦輪葉片組之軸心的距離實質上等於該渦輪葉片組之轉動軸徑。

在本發明中，該流體回收件為一曲面板體，一端與該周緣壁體相接，並以曲面延伸至另一端。

在本發明中，該流體回收件其兩端部的至少其中之一的配設位置至該渦輪葉片組之軸心的距離實質上等於該渦輪葉片組之轉動軸徑。

在本發明中，該渦輪葉片組具有多個葉片，各該葉片具有一外凸曲面以及相對之一內凹曲面，該導流模組具有多個導流板體，沿該樞設方向配設於該導流區域，該些導流板體導引該工作流體至各該葉片之該內凹曲面。

在本發明中，該第一門板沿該樞設方向樞設於該周緣壁體，且適於在該導流位置以及該第一關閉位置之間轉動。

在本發明中，該第二門板滑設該周緣壁體，且適於在該開啟位置以及該第二關閉位置之間往復滑動。

在本發明中，該本體為一筒狀體。

在本發明中，該樞設方向與該筒狀體之軸心方向係相互平行。

在本發明中，該氣流回收區域於該筒狀體周緣的配設範圍為10°-50°

值得一提的是，在本發明之渦輪裝置中，流體回收件之設計可以有效地導引自該導流區域或是自該第一開放區域流至該本體內並推動過該渦輪葉片組轉動之該工作流體，使其再次流動回該本體內推動該渦輪葉片組轉動，進而大幅提升渦輪裝置之工作效能。

為能讓貴審查委員能更瞭解本發明之技術內容，特舉較佳具體實施例說明如下。

在本發明中，係以全新思維，將獲取風能的「螺旋槳」改採用「寬型渦輪機」之形式，值得一提的是，本發明除了大幅提升渦輪裝置之工作效能之外，還克服先前技術中之「寬型渦輪機」其葉片之受風面積的「阻力」大於「推力」的問題，說明如下。

圖1繪示本發明一實施例之渦輪裝置的示意圖。圖2繪示圖1之渦輪裝置的局部分解圖。圖3繪示圖1之渦輪裝置的分解圖。圖4繪示圖2之渦輪裝置於作動狀態的示意圖。請同時參考圖1、圖2、圖3與圖4，為達成上述之目的，本發明提供一種渦輪裝置100，其適於受一工作流體F1驅動來產生動能。在本實施例中，渦輪裝置100包括一例如是筒狀體的本體110、一渦輪葉片組120、一導流模組130、一門板組140以及一流體回收件150。其中，渦輪葉片組120是沿一樞設方向L樞設於本體110內部，樞設方向L例如是與筒狀體之軸心方向係相互平行。

此外，本實施例還可以沿樞設方向L以分別在渦輪葉片組120的兩端部設置制流板160。制流板160例如是可以與渦輪葉片組120連動。進一步地說，本實施例之分別在渦輪葉片組120的兩端部設置制流板160的設計，係用以制止例如是風的工作流體(氣流)從渦輪葉片組120的兩側流失，故藉由制流板160的設計將氣流限制於渦輪葉片的轉動範圍內，進而讓氣流的「動能」、「質能」、及「壓力」能夠完全被擷取。另一方面，制流板160可與渦輪葉片組120連動之設計係可使制流板160與渦輪葉片組120視為一個整體來作動，而氣流及適於該整體內流動，避免了外在環境之干擾。

在本實施例中，本體110具有一周緣壁體112，周緣壁體112開設有一流體入口114以及一流體出口116。流體入口114具有一導流區域114A以及一第一開放區域114B。此外，流體出口116則具有一氣流回收區域116A以及一第二開放區域116B。其中，導流模組130是設置於導流區域114A，而門板組140則是活動地設置於流體入口114處。

在本實施例之渦輪裝置100的設置中，渦輪葉片組120例如是具有多個葉片122，每一葉片122具有一外凸曲面C1以及相對之一內凹曲面C2，而導流模組130例如是由多個導流板體132所構成。其中，這些導流板體132例如是沿樞設方向L配設於導流區域114A。值得一提的是，為讓例如是風的工作流體(氣流)有效地驅動渦輪葉片組120，本實施例例如是藉由設置於導流區域114A的導流板體132來將部分工作流體F1導引至各葉片122之內凹曲面C2，以將部分可能成為渦輪葉片組120轉動之阻力的氣流導向而成為渦輪葉片組120轉動之推力。

進一步地說，本實施例係藉由導流板體132來導引工作流體F1，並使其撞擊至葉片122之內凹曲面C2，進而產生驅動渦輪葉片組120的推力。另一方面，部分工作流體F1亦可直接流至第一開放區域114B，且無須導引即能直接流至內凹曲面C2處來驅動渦輪葉片組120。換言之，藉由本實施例之導流板體132的設計，流入流體入口114之工作流體F1均能使葉片122之內凹曲面C2受到驅動力量，避免了工作流體F1流動至外凸曲面C1所造成之阻力。如此一來，渦輪葉片組120即可更有效地被驅動，以產生較佳的效能。

值得一提的是，本實施例還藉由設置一流體回收件150來大幅增加渦輪裝置100的工作效能。詳細地說，本實施例是於氣流回收區域116A設置流體回收件150。在本實施例中，流體回收件150係與該周緣壁體112相接，且遮蔽了部分的流體出口116。如此一來，部分自導流區域114A以及自第一開放區域114B流至本體110內並推動渦輪葉片組120轉動之工作流體F1即會經流體回收件150導引而重新流動回本體110內，以重複推動渦輪葉片組120轉動。基於流體回收件150之設置可以大幅增加渦輪裝置100的工作效能，因此本實施例之渦輪裝置100可用來進行相關的發電以及蓄電作業，進而提升能源產業之產值。

承上所述，本實施例即是將原本要經流體出口116排出之工作流體F2重新導引回本體110，以利用其動能繼續推動渦輪葉片組120轉動。當然，部分自導流區域114A以及自第一開放區域114B流至本體110內並推動該渦輪葉片組120轉動之工作流體F3會經該第二開放區域116B流至外界環境。

在本實施例中，流體回收件150例如為一曲面板體，其一端152是與周緣壁體112相接，並以曲面延伸至另一端154。再進一步地說，為讓流體回收件150有較佳的導引效果，本實施例係使流體回收件150其兩端部152/154的至少其中之一的配設位置至渦輪葉片組120之軸心C的距離實質上等於渦輪葉片組120之轉動軸徑R。因此，流經渦輪葉片組120之氣流即能直接且無流失地再度被導引回本體110內。

為有效控制流體入口114的流量，本實施例之門板組140例如可以由一第一門板142以及一第二門板144所組成。第一門板142例如是連接於周緣壁體112，且在一導流位置P1以及一第一關閉位置P2之間作動。其中，本實施例之第一門板142例如是一推門設計，其例如是沿著與樞設方向L平行的方向樞接於本體110上，以進行開啟和關閉之作動。值得一提的是，第一門板142開啟後可被調整至適當位置來進行導流作業。在本實施例中，第一門板142例如為一弧狀之門片，但不以此為限。

再進一步地說，當第一門板142位於導流位置P1時，工作流體F1可經第一門板142導引至該導流區域114A並流動至該本體110內推動該渦輪葉片組120轉動，當第一門板142位於第一關閉位置P2時，第一門板142即遮蔽導流模組130。

另一方面，第二門板144例如是同樣配置於周緣壁體112，且適於在一開啟位置P3以及一第二關閉位置P4之間作動。在本實施例中，本實施例之第二門板144例如是一拉門設計，其例如可沿著本體110周緣上之導軌118來進行滑移作業，以在開啟位置P3以及第二關閉位置P4之間作動。進一步地說，當第二門板144位於開啟位置P3時(如圖4所示)，第二門板144完全開啟第一開放區域114B，工作流體F1可直接流經第一開放區域114B而流動至本體110內推動渦輪葉片組120轉動。此外，當第二門板144位於第二關閉位置P4時，第二門板144即遮蔽了第一開放區域114B。值得一提的是，本實施例之第二門板144同樣可以被調整至適當位置來讓工作流體F1能更有效且更直接地對渦輪葉片組120進行驅動作業。本實施例在此對第二門板144於工作狀態時之配設位置並不做任何限制。

在本實施例中，渦輪裝置還可包括例如是嵌設於本體110兩端部的二密封蓋170，密封蓋170係沿樞設方向L分別蓋闔於本體110的兩端部，以與該本體110完全密合，進而讓氣流於本體110內流動，有效降低外在氣流之影響。此外，為讓渦輪裝置100有較佳的剛性，且在流體劇烈作用的環境中能更穩固地配設，本實施例還可以於周緣壁體112內側配設二支撐件180，每一支撐件180至渦輪葉片組120之軸心C的距離實質上亦例如是等於渦輪葉片組120之轉動軸徑R。其中，該二支撐件180例如是分別位於渦輪葉片組120之相對兩側，且這些支撐件180分別與配置在本體110兩端部的密封蓋170固接。如此一來，本實施例之渦輪裝置100即有較佳之剛性，且更能於流體劇烈作用的環境中作用。

再者，為能更有效地增進渦輪裝置100的作業效率，以筒狀體的本體110具有360°之周緣來分配設置，導流區域114A以及第一開放區域114B分別佔據了60°的設置範圍，即流體入口114最大可提供120°的設置範圍來供工作流體F1流入。相似地，流體出口116最大亦可提供120°的設置範圍來供工作流體F3流出。其中，特別的是，本實施例可將10°-50°的設置範圍來做為氣流回收區域116A，並於該範圍中設置流體回收件150。換言之，第二開放區域116B即佔據了約70°-110°的設置範圍，以供工作流體F3流出。特別的是，在一較佳實施例中，係以15°-30°的設置範圍來做為氣流回收區域116A，而第二開放區域116B即佔據了約90°-105°的設置範圍，以供工作流體F3流出。

上述氣流回收區域116A的設置範圍以及流體回收件150之工件尺寸係可依渦輪裝置100的配置環境或是依渦輪葉片組120其葉片122之尺寸設計來做考量，本實施例在此並不做任何限制。在上述構件之設置範圍外的區域，本實施立即可設置周緣壁體112以及支撐件180，以強化自身的結構強度。

綜上所述，在本發明之渦輪裝置中，流體回收件之設計可以有效地導引自導流區域或是自第一開放區域流至本體內並推動過渦輪葉片組轉動之工作流體，使其再次流動回本體內推動渦輪葉片組轉動，進而大幅提升渦輪裝置之工作效能。基於流體回收件之設置可以大幅增加渦輪裝置的工作效能，因此本發明之渦輪裝置可用來進行相關的發電以及蓄電作業，進而提升能源產業之產值。

此外，本發明還藉由制流板的設計來制止工作流體從運轉中之渦輪葉片組的兩側流失，進而讓工作流體的「動能」、「質能」、及「壓力」能夠完全被擷取，並有效避免了外在環境之干擾。另外，本發明之門板組的設計可以被調整至適當位置來讓工作流體能更有效且更直接地推動渦輪葉片組，對相關的發電作業更是一大助益。對於門板組之設計，簡單地說，就是為了能讓渦輪裝置更穩固地配置在流體劇烈作用的環境中，所以本發明例如是採用了「風阻」較小之圓筒狀結構，並於流體入口裝設對應之門板，以於過大之流體作用下關閉，以保護渦輪裝置內不構件不受損壞。相對地，對應之門板會在渦輪裝置適合作業的狀況下開啟，本發明之門板設計係可增加進風(工作流體)面積，導入更多風量，擷取更多動能，進而讓相關的發電設備持續作業，以有較佳的發電效能。

故，由上文之揭露，在在顯示，無論是流體回收件或是制流板的設置，亦或是本發明之導流模組、密封蓋或是支撐件的設置均能讓本發明之渦輪裝置相較習知技術均能有較佳之工作效能。

需注意的是，上述僅為實施例，而非限制於實施例。譬如此不脫離本發明基本架構者，皆應為本專利所主張之權利範圍，而應以專利申請範圍為準。

100‧‧‧渦輪裝置

110‧‧‧本體

112‧‧‧周緣壁體

114‧‧‧流體入口

114A‧‧‧導流區域

114B‧‧‧第一開放區域

116‧‧‧流體出口

116A‧‧‧氣流回收區域

116B‧‧‧第二開放區域

118‧‧‧導軌

120‧‧‧渦輪葉片組

122‧‧‧葉片

130‧‧‧導流模組

132‧‧‧導流板體

140‧‧‧門板組

142‧‧‧第一門板

144‧‧‧第二門板

150‧‧‧流體回收件

152、154‧‧‧端部

160‧‧‧制流板

170‧‧‧密封蓋

180‧‧‧支撐件

C‧‧‧軸心

C1‧‧‧外凸曲面

C2‧‧‧內凹曲面

F1、F2、F3‧‧‧工作流體

L‧‧‧樞設方向

P1‧‧‧導流位置

P2‧‧‧第一關閉位置

P3‧‧‧開啟位置

P4‧‧‧第二關閉位置

R‧‧‧轉動軸徑

圖1繪示本發明一實施例之渦輪裝置的示意圖。 圖2繪示圖1之渦輪裝置的局部分解圖。 圖3繪示圖1之渦輪裝置的分解圖。 圖4繪示圖2之渦輪裝置於作動狀態的示意圖。

Claims (13)

1. 一種渦輪裝置，其受一工作流體驅動，該渦輪裝置包括：一本體，具有一周緣壁體，該周緣壁體開設有一流體入口以及一流體出口，其中該流體入口具有一導流區域以及一第一開放區域，該流體出口具有一氣流回收區域以及一第二開放區域；一渦輪葉片組，沿一樞設方向樞設於該本體內部；一導流模組，設置於該導流區域；一門板組，活動地設置於該流體入口，該門板組具有一第一門板以及一第二門板，該第一門板連接於該周緣壁體，且在一導流位置以及一第一關閉位置之間作動，該第二門板配置於該周緣壁體，且在一開啟位置以及一第二關閉位置之間作動，當該第一門板位於該導流位置時，該工作流體經第一門板導引至該導流區域並流動至該本體內推動該渦輪葉片組轉動，當該第一門板位於該第一關閉位置時，該第一門板遮蔽該導流模組，當該第二門板位於該開啟位置時，該第二門板開啟該第一開放區域，該工作流體直接流經該第一開放區域而流動至該本體內推動該渦輪葉片組轉動，當該第二門板位於該第二關閉位置時，該第二門板遮蔽該第一開放區域；以及 一流體回收件，配置於該氣流回收區域，且與該周緣壁體相接，其中該流體回收件遮蔽部分該流體出口；其中，部分自該導流區域或是自該第一開放區域流至該本體內並推動該渦輪葉片組轉動之該工作流體會經該流體回收件導引而重新流動回該本體內推動該渦輪葉片組轉動，部分自該導流區域或是自該第一開放區域流至該本體內並推動該渦輪葉片組轉動之該工作流體會經該第二開放區域流至外界環境。
2. 如申請專利範圍第1項所述之渦輪裝置，更包括二制流板，沿該樞設方向分別連接於該渦輪葉片組的兩端部，且與該渦輪葉片組連動。
3. 如申請專利範圍第1項所述之渦輪裝置，更包括二密封蓋，沿該樞設方向分別蓋闔於該本體的兩端部。
4. 如申請專利範圍第3項所述之渦輪裝置，其中該些密封蓋係嵌設於該本體的兩端部，使該密封蓋與該本體完全密合。
5. 如申請專利範圍第3項所述之渦輪裝置，更包括二支撐件，配設於該周緣壁體內側，並分別位於該渦輪葉片組之相對兩側，其中該些支撐件分別與該些密封蓋固接。
6. 如申請專利範圍第1項所述之渦輪裝置，其中該流體回收件為一曲面板體，一端與該周緣壁體相接，並以曲面延伸至另一端。
7. 如申請專利範圍第1項所述之渦輪裝置，其中該渦輪葉片組具有多個葉片，各該葉片具有一外凸曲面以及相對之一內凹曲面，該導流模組具有多個導流板體，沿該樞設方向配設於該導流區域，該些導流板體導引該工作流體至各該葉片之該內凹曲面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之渦輪裝置，其中該第一門板沿該樞設方向樞設於該周緣壁體，且在該導流位置以及該第一關閉位置之間轉動。
9. 如申請專利範圍第1項所述之渦輪裝置，其中該第二門板滑設該周緣壁體，且在該開啟位置以及該第二關閉位置之間往復滑動。
10. 如申請專利範圍第1項所述之渦輪裝置，其中該本體為一筒狀體。
11. 如申請專利範圍第10項所述之渦輪裝置，其中該樞設方向與該筒狀體之軸心方向係相互平行。
12. 如申請專利範圍第10項所述之渦輪裝置，其中該氣流回收區域於該筒狀體周緣的配設範圍為10°-50°。
13. 如申請專利範圍第10項所述之渦輪裝置，其中該流體入口與該流體出口於該筒狀體周緣的配設範圍分別為120°。