TWI631278B - Water flow device - Google Patents

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TWI631278B TW106102561A TW106102561A TWI631278B TW I631278 B TWI631278 B TW I631278B TW 106102561 A TW106102561 A TW 106102561A TW 106102561 A TW106102561 A TW 106102561A TW I631278 B TWI631278 B TW I631278B
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Abstract

本發明係關於一種水流動力裝置。該水流動力裝置包括一載體、一第一鍊輪件、一第二鍊輪件、一第一鍊條、一第二鍊條、複數個葉片結構及一能量轉換單元。該載體具有一第一端部及一第二端部，該第二端部相對於該第一端部。該第一鍊輪件設置於該載體之第一端部。該第二鍊輪件設置於該載體之第二端部。該第一鍊條繞設於該第一鍊輪件及該第二鍊輪件。該第二鍊條繞設於該第一鍊輪件及該第二鍊輪件，且與該第一鍊條呈間隔設置。該等葉片結構呈間隔設置，且各該葉片結構之兩端分別連接該第一鍊條及該第二鍊條。該能量轉換單元連接該第一鍊輪件或該第二鍊輪件。

Description

水流動力裝置
本發明係關於一種動力裝置，且更特定言之，係關於一種水流動力裝置。
水流發電裝置是一種可利用洋流、潮汐或河流發電之設備，其需具備可將水流動能依序轉換成機械能及電能之機構。如我國公告專利第I526609號之「海流發電裝置」，其係利用水流推動旋轉葉片產生機械能，再藉由發電機將機械能轉換成電能。然而，上述之海流發電裝置的動力結構設計不佳，僅能在高流速(>3m/s)之水流下運作，若置於平均流速低於1m/s之洋流或海流中，則完全無法正常運作。
因此，有必要提供一創新且具進步性之水流動力裝置，以解決上述問題。
在一實施例中，一種水流動力裝置包括一載體、一第一鍊輪件、一第二鍊輪件、一第一鍊條、一第二鍊條、複數個葉片結構及一能量轉換單元。該載體具有一第一端部及一第二端部，該第二端部相對於該第一端部。該第一鍊輪件設置於該載體之第一端部。該第二鍊輪件設置於該載體之第二端部。該第一鍊條繞設於該第一鍊輪件及該第二鍊輪件。該第二鍊條繞設於該第一鍊輪件及該第二鍊輪件，且與該第一鍊條呈間隔設置。該等葉片結構呈間隔設置，且各該葉片結構之兩端分別連接該第一鍊條及該第二鍊 條。該能量轉換單元連接該第一鍊輪件或該第二鍊輪件。
1‧‧‧水流動力裝置
10‧‧‧載體
11‧‧‧第一端部
12‧‧‧第二端部
13‧‧‧第一側部
14‧‧‧第二側部
15‧‧‧浮力調整管
15S‧‧‧分隔艙
20‧‧‧第一鍊輪件
21‧‧‧第一鍊輪部
22‧‧‧第二鍊輪部
23‧‧‧第一連桿
30‧‧‧第二鍊輪件
31‧‧‧第三鍊輪部
32‧‧‧第四鍊輪部
33‧‧‧第二連桿
40‧‧‧第一鍊條
401‧‧‧第一鍊片
401P‧‧‧第一偏心樞軸
50‧‧‧第二鍊條
501‧‧‧第二鍊片
501P‧‧‧第二偏心樞軸
60‧‧‧葉片結構
61‧‧‧葉片本體
611‧‧‧第一端
611P‧‧‧第一樞接部
612‧‧‧第二端
612P‧‧‧第二樞接部
613‧‧‧側部
62‧‧‧尾襟
621‧‧‧第三端
621P‧‧‧第三端之樞軸
622‧‧‧第四端
622P‧‧‧第四端之樞軸
623‧‧‧側連接部
63‧‧‧第一限位件
63H‧‧‧第一滑槽
64‧‧‧第二限位件
64H‧‧‧第二滑槽
65‧‧‧樞接桿
66‧‧‧側擋板
70‧‧‧能量轉換單元
C1‧‧‧第一中心點
d‧‧‧間距
d1‧‧‧水平間距
d2‧‧‧垂直間距
F‧‧‧前排升力
F'‧‧‧後排升力
L1‧‧‧第一中心線
Wf‧‧‧水流推力
圖1顯示本發明之實施態樣的水流動力裝置之立體分解圖。
圖2顯示本發明之實施態樣的水流動力裝置之立體組合圖。
圖3顯示本發明之實施態樣的水流動力裝置之組合前視圖。
圖4顯示本發明之實施態樣的第一鍊條、第二鍊條、第一鍊輪件及第二鍊輪件之立體組合圖。
圖5顯示本發明之實施態樣的葉片結構連接第一鍊條及第二鍊條之放大視圖。
圖6顯示本發明之實施態樣的葉片結構之立體視圖。
圖7顯示本發明之實施態樣的葉片結構之尾襟藉由第一限位件連接第一鍊條之示意圖。
圖8顯示本發明之實施態樣的葉片結構之尾襟藉由第二限位件連接第二鍊條之示意圖。
圖9顯示本發明之實施態樣的葉片結構、第一鍊條及第二鍊條之動作示意圖。
圖式及本文中使用共同的參考編號來指示相同或類似組件。本發明由以下詳細描述結合隨附圖式而更為清楚。
圖1顯示本發明之實施態樣的水流動力裝置之立體分解圖。圖2顯示本發明之實施態樣的水流動力裝置之立體組合圖。圖3顯示本發明之實施態樣的水流動力裝置之組合前視圖。配合參閱圖1、圖2及圖3，本發明之水流動力裝置1包括一載體10、一第一鍊輪件20、一第二鍊輪件30、一第一鍊條 40、一第二鍊條50、複數個葉片結構60及一能量轉換單元70。
該載體10具有一第一端部11、一第二端部12、一第一側部13、一第二側部14及二浮力調整管15。該第二端部12相對於該第一端部11。該第一側部13延伸於該第一端部11與該第二端部12之間。該第二側部14相對於該第一側部13，且亦延伸於該第一端部11與該第二端部12之間。該二浮力調整管15分別設置於該第一側部13及該第二側部14。在本實施例中，該二浮力調整管15延伸於該第一端部11與該第二端部12之間。
各該浮力調整管15內具有複數個分隔艙15S，各該分隔艙15S內係注入高壓氣體及淡水，用以調整該水流動力裝置1之整體浮力，且考量隨著操作時間累積，該載體10之外部易附著海生物而增加該水流動力裝置1之重量。各該浮力調整管15之浮力調整，係透過各該分隔艙15S之蓄水量的管理，抵銷海生物增長所產生的額外負擔。此外，各該浮力調整管15內注入高壓氣體亦可防止水中壓力壓縮各該浮力調整管15。在一或多個實施態樣中，各該浮力調整管15係為中空圓柱管，可有效抵抗外部水壓所造成的擠壓，同時降低材料需求強度，且亦可有效減輕該水流動力裝置1的重量。
該第一鍊輪件20設置於該載體10之第一端部11。該第一鍊輪件20具有一第一鍊輪部21、一第二鍊輪部22及一第一連桿23。該第一連桿23之兩端分別連接該第一鍊輪部21及該第二鍊輪部22。
該第二鍊輪件30設置於該載體10之第二端部12。該第二鍊輪件30具有一第三鍊輪部31、一第四鍊輪部32及一第二連桿33。該第三鍊輪部31對應該第一鍊輪部21。該第四鍊輪部32對應該第二鍊輪部22。該第二連桿33之兩端分別連接該第三鍊輪部31及該第四鍊輪部32。
圖4顯示本發明之實施態樣的第一鍊條、第二鍊條、第一鍊輪件及第二 鍊輪件之立體組合圖。配合參閱圖2及圖4，該第一鍊條40繞設於該第一鍊輪件20及該第二鍊輪件30。在本實施態樣中，該第一鍊條40係繞設於該第一鍊輪件20之第一鍊輪部21及該第二鍊輪件30之第三鍊輪部31。
該第二鍊條50繞設於該第一鍊輪件20及該第二鍊輪件30，且與該第一鍊條40呈間隔設置。在本實施態樣中，該第二鍊條50係繞設於該第一鍊輪件20之第二鍊輪部22及該第二鍊輪件30之第四鍊輪部32。
為使該第一鍊條40及該第二鍊條50能同步傳動，在一或多個實施態樣中，該第一鍊條40之長度係與該第二鍊條50之長度相等。
圖5顯示本發明之實施態樣的葉片結構連接第一鍊條及第二鍊條之放大視圖。配合參閱圖1、圖2及圖5，該等葉片結構60呈間隔設置，且各該葉片結構60之兩端分別連接該第一鍊條40及該第二鍊條50。
圖6顯示本發明之實施態樣的葉片結構之立體視圖。圖7顯示本發明之實施態樣的葉片結構之尾襟藉由第一限位件連接第一鍊條之示意圖。配合參閱圖5、圖6及圖7，各該葉片結構60至少包括一葉片本體61及一尾襟62。
各該葉片本體61具有一第一端611、一第二端612及一側部613。各該第一端611連接該第一鍊條40。各該第二端612相對於各該第一端611，且各該第二端612連接該第二鍊條50。各該側部613延伸於各該第一端611與各該第二端612之間。在本實施態樣中，各該第一端611具有一第一樞接部611P，各該第二端612具有一第二樞接部612P，各該第一端611係藉由各該第一樞接部611P樞接於該第一鍊條40，各該第二端612係藉由各該第二樞接部612P樞接於該第二鍊條50。
各該尾襟62具有一第三端621、一第四端622及一側連接部623。各該第四端622相對於各該第三端621。各該側連接部623延伸於各該第三端621 與各該第四端622之間，且各該側連接部623樞接於各該葉片本體61之側部613，以使各該尾襟62能上下擺動。
圖8顯示本發明之實施態樣的葉片結構之尾襟藉由第二限位件連接第二鍊條之示意圖。配合圖6、圖7及圖8，為控制各該尾襟62之擺動角度，在本實施態樣中，各該葉片結構60進一步包括一第一限位件63及一第二限位件64。各該第一限位件63之兩端分別連接該第一鍊條40及各該尾襟62之第三端621。各該第二限位件64之兩端分別連接該第二鍊條50及各該尾襟62之第四端622。
在本實施態樣中，各該第一限位件63之一端係連接該第一鍊條40之一第一鍊片401，各該第一限位件63之另一端係連接各該第三端621之樞軸621P。各該第一鍊片401具有一第一偏心樞軸401P，且各該第一鍊片401定義有一第一中心線L1及一第一中心點C1。此外，各該第一偏心樞軸401P之中心與各該第一中心線L1之間具有一水平間距d1，各該第一偏心樞軸401P之中心與各該第一中心點C1之間具有一垂直間距d2，在本實施態樣中，該垂直間距d2係大於該水平間距d1。或者，在其他實施態樣中，該垂直間距d2係可小於或等於該水平間距d1。
在本實施態樣中，各該第二限位件64之一端係連接該第二鍊條50之一第二鍊片501，各該第二限位件64之另一端係連接各該第四端622之樞軸622P。各該第二鍊片501具有一第二偏心樞軸501P。各該第二鍊片501之結構配置係同各該第一鍊片401，故不另贅述。
由於各該尾襟62擺動時係會同步帶動各該葉片本體61擺動，因此，各該第一限位件63及各該第二限位件64亦具有控制各該葉片本體61之擺動角度的功能。
此外，為使各該葉片本體61及各該尾襟62能因應水流推力而自動調整擺動角度，在本實施態樣中，各該第一限位件63係具有一第一滑槽63H，各該第一滑槽63H樞接於各該第一鍊片401之第一偏心樞軸401P。各該第一限位件63可相對各該第一鍊片401移動；亦即，各該第一偏心樞軸401P係位於各該第一滑槽63H內，且可在各該第一滑槽63H內與各該第一限位件63相對滑動。各該第二限位件64係具有一第二滑槽64H，各該第二滑槽64H係對應各該第一滑槽63H，且各該第二滑槽64H樞接於各該第二鍊片501之第二偏心樞軸501P。各該第二限位件64可相對各該第二鍊片501移動；亦即，各該第二偏心樞軸501P係位於各該第二滑槽64H內，且可在各該第二滑槽64H內與各該第二限位件64相對滑動。換言之，各該第一限位件63係可以各該第一偏心樞軸401P為支點沿著各該第一滑槽63H之長度方向滑動，各該第二限位件64係可以各該第二偏心樞軸501P為支點沿著各該第二滑槽64H之長度方向滑動，以調整其自身之位置，進而調整各該尾襟62及各該葉片本體61之擺動角度。
在一或多個實施態樣中，各該第一滑槽63H之長度係與各該第二滑槽64H之長度相等。
在一或多個實施態樣中，各該葉片結構60係可以一樞接桿65貫穿各該葉片本體61之側部613與各該尾襟62之側連接部623，以使各該樞接桿65可做為各該尾襟62擺動時之樞軸。此外，各該樞接桿65之中心與各該第三端621之樞軸621P的中心之間具有一間距d。
另外，如圖6所示，為避免水流從各該葉片結構60之兩端產生繞流，在本實施態樣中，各該葉片結構60係進一步包括二側擋板66。該二側擋板66係分別設置於各該葉片本體61之各該第一端611及各該第二端612，且各該 側擋板66之長度係延伸至各該尾襟62，以使各該尾襟62位於該二側擋板66之間。該二側擋板66係可抑制水流從各該葉片結構60的兩端產生繞流，使水流能完全作用於各該葉片本體61及各該尾襟62，並減少各該葉片結構60之震盪。
圖9顯示本發明之實施態樣的葉片結構、第一鍊條及第二鍊條之動作示意圖。配合參閱圖4、圖6及圖9，當水流推力Wf作用於前排之各該葉片結構60時，因應水流推力Wf的作用及旋轉軸位置的差異，各該葉片本體61係會向上擺動，而各該尾襟62係會向下擺動，並受到各該第一限位件63及各該第二限位件64之限位(此時各該第一限位件63與該第一鍊條40之夾角約為90度，各該第二限位件64與該第二鍊條50之夾角亦約為90度)，以將水流推力Wf轉換成前排升力F，進而向上推動該第一鍊條40及該第二鍊條50，並同步帶動該第一鍊輪件20及該第二鍊輪件30轉動。而通過前排之該等葉片結構60後之水流會改變流向，且其水流推力Wf會持續作用於後排之各該葉片結構60，為配合改變之流向及流速，各該葉片本體61改為向下擺動，而各該尾襟62改為向上擺動(此時各該第一限位件63與該第一鍊條40之夾角小於90度，各該第二限位件64與該第二鍊條50之夾角亦小於90度)，以取得與前排之各該葉片結構60轉換而得之前排升力F的數值接近但方向相反之後排升力F'，進而向下推動該第一鍊條40及該第二鍊條50，並同步帶動該第一鍊輪件20及該第二鍊輪件30轉動。換言之，同一斷面之水流推力Wf將可以分別作功在前排及後排之各該葉片結構60上，而藉由該第一鍊條40及該第二鍊條50可疊加該等葉片結構60轉換而得之前排升力F及後排升力F'，達到最大之功率輸出。
前、後排之葉片結構60的攻角設計，除了可以使該水流動力裝置1擷取 最大能量外，通過前排之葉片結構60的水流，其流速有局部加速的效果，其流向恰符合後排之葉片結構60的攻角需求。再者，經過後排之葉片結構60的水流，其流向亦恢復與前排之葉片結構60的入口水流之流向平行。如此一來，通過該水流動力裝置1的水流，前後流場的流向一致，尾流穩定，可大幅降低對環境的影響。
再參閱圖1、圖2及圖3，該能量轉換單元70係連接該第一鍊輪件20，或者，在另一實施態樣中，該能量轉換單元70係可連接該第二鍊輪件30。在本實施態樣中，該能量轉換單元70係為軸發電裝置，該軸發電裝置之一轉軸(圖未繪出)可連接該第一鍊輪件20，以使該第一鍊輪件20轉動時可帶動該軸發電裝置進行發電。或者，在另一實施態樣中，該能量轉換單元70係可為液壓裝置，該液壓裝置可連接該第一鍊輪件20，且該水流動力裝置1可進一步包括一發電裝置(圖未繪出)，該發電裝置係連接該液壓裝置，且該發電裝置可置於水面上或水面下。當該第一鍊輪件20轉動時可帶動該液壓裝置，該液壓裝置再帶動該發電裝置進行發電。
本發明之水流動力裝置1可於平均流速低於1m/s之洋流或海流中正常運作，有助於廣泛開發洋流或海流發電。
上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明，因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (18)

  1. 一種水流動力裝置，包括：一載體，具有一第一端部及一第二端部，該第二端部相對於該第一端部；一第一鍊輪件，設置於該載體之第一端部；一第二鍊輪件，設置於該載體之第二端部；一第一鍊條，繞設於該第一鍊輪件及該第二鍊輪件；一第二鍊條，繞設於該第一鍊輪件及該第二鍊輪件，且與該第一鍊條呈間隔設置；複數個葉片結構，該等葉片結構呈間隔設置，且各該葉片結構之兩端分別連接該第一鍊條及該第二鍊條，各該葉片結構至少包括一葉片本體及一尾襟，各該葉片本體具有一側部，各該尾襟具有一側連接部，各該尾襟之側連接部樞接於各該葉片本體之側部；及一能量轉換單元，連接該第一鍊輪件或該第二鍊輪件。
  2. 如請求項1之水流動力裝置，其中該載體具有一第一側部、一第二側部及二浮力調整管，該第二側部相對於該第一側部，該二浮力調整管分別設置於該第一側部及該第二側部。
  3. 如請求項2之水流動力裝置，其中各該浮力調整管內具有複數個分隔艙，各該分隔艙內係注入高壓氣體及淡水。
  4. 如請求項1之水流動力裝置，其中該第一鍊輪件具有一第一鍊輪部、一第二鍊輪部及一第一連桿，該第一連桿之兩端分別連接該第一鍊輪部及該第二鍊輪部，該第二鍊輪件具有一第三鍊輪部、一第四鍊輪部及一第二連桿，該第三鍊輪部對應該第一鍊輪部，該第四鍊輪部對應該第二鍊輪部，該第二連桿之兩端分別連接該第三鍊輪部及該第四鍊輪部。
  5. 如請求項4之水流動力裝置，其中該第一鍊條繞設於該第一鍊輪件之第一鍊輪部及該第二鍊輪件之第三鍊輪部。
  6. 如請求項4之水流動力裝置，其中該第二鍊條繞設於該第一鍊輪件之第二鍊輪部及該第二鍊輪件之第四鍊輪部。
  7. 如請求項1之水流動力裝置，其中各該葉片本體具有一第一端及一第二端，各該第一端連接該第一鍊條，各該第二端連接該第二鍊條，且各該側部延伸於各該第一端與各該第二端之間。
  8. 如請求項7之水流動力裝置，其中各該葉片結構進一步包括一第一限位件及一第二限位件，各該尾襟具有一第三端及一第四端，各該第一限位件之兩端分別連接該第一鍊條及各該尾襟之第三端，各該第二限位件之兩端分別連接該第二鍊條及各該尾襟之第四端。
  9. 如請求項8之水流動力裝置，其中各該第一限位件係具有一第一滑槽，各該第二限位件係具有一第二滑槽，各該第二滑槽係對應各該第一滑 槽。
  10. 如請求項9之水流動力裝置，其中各該第一限位件之一端係連接該第一鍊條之一第一鍊片，各該第一鍊片具有一第一偏心樞軸，各該第一滑槽樞接於各該第一鍊片之第一偏心樞軸。
  11. 如請求項10之水流動力裝置，其中各該第二限位件之一端係連接該第二鍊條之一第二鍊片，各該第二鍊片具有一第二偏心樞軸，各該第二滑槽樞接於各該第二鍊片之第二偏心樞軸。
  12. 如請求項8之水流動力裝置，其中各該第一限位件之一端係連接該第一鍊條之一第一鍊片，各該第一鍊片具有一第一偏心樞軸，且各該第一鍊片定義有一第一中心線及一第一中心點，各該第一偏心樞軸之中心與各該第一中心線之間具有一水平間距，各該第一偏心樞軸之中心與各該第一中心點之間具有一垂直間距。
  13. 如請求項8之水流動力裝置，其中各該葉片結構進一步包括一樞接桿，各該樞接桿係貫穿各該葉片本體之側部與各該尾襟之側連接部，各該樞接桿之中心與各該第三端之一樞軸的中心之間具有一間距。
  14. 如請求項1之水流動力裝置，其中各該葉片結構進一步包括一樞接桿，各該樞接桿係貫穿各該葉片本體之側部與各該尾襟之側連接部。
  15. 如請求項1之水流動力裝置，其中各該葉片結構進一步包括二側擋板，各該葉片本體具有一第一端及一第二端，該二側擋板分別設置於各該第一端及各該第二端。
  16. 如請求項1之水流動力裝置，其中該能量轉換單元係為軸發電裝置。
  17. 如請求項1之水流動力裝置，其中該能量轉換單元係為液壓裝置。
  18. 如請求項17之水流動力裝置，進一步包括一發電裝置，該發電裝置連接該液壓裝置。
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