TWI646258B - 潛水發電廠 - Google Patents

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TWI646258B TW104102912A TW104102912A TWI646258B TW I646258 B TWI646258 B TW I646258B TW 104102912 A TW104102912 A TW 104102912A TW 104102912 A TW104102912 A TW 104102912A TW I646258 B TWI646258 B TW I646258B
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Abstract

本發明係關於一種潛水發電廠(1)。該發電廠(1)包括一結構(2)及一運輸工具(3)。該運輸工具(3)經配置以藉由至少一繋鏈(4)固定至該結構(2)。該運輸工具(3)經配置以藉由一流體流通過該運輸工具(3)而以一預定軌跡移動。該運輸工具(3)包括一第一翼板(5)及一第二翼板(6)，其中該第一翼板(5)經配置在一縱向方向上與該第二翼板(6)相距一第一距離D1，且該第一翼板(5)經配置在一橫向方向上與該第二翼板(6)相距一第二距離D2。

Description

潛水發電廠
本發明係關於一種潛水發電廠。該發電廠包括一結構及一運輸工具。該運輸工具經配置以藉由至少一繋鏈固定至該結構。該運輸工具經配置以藉由一流體流通過翼板而以一預定軌跡移動。
來自EP 1816345之一潛水發電廠在領域中係眾所周知的。EP 1816345中之發電廠包括一運輸工具(該運輸工具包括一翼板)，該運輸工具具有包括附接至翼板之一渦輪機及發電機之一機艙。發電廠經配置以藉由一流體流通過翼板而以一預定軌跡移動。
移動穿過一流體之一翼體經歷誘導曳力。誘導曳力減小翼板之效率且降低升力。在翼板之尖端處，流體自翼板底側流至翼板頂側，從而產生翼尖漩渦，減小翼板之有效攻角。來自流體流過翼板的翼板之誘導曳力因此造成翼板必須具有一大面積以產生一所要上升，即，誘導曳力減小翼板之總效率。EP 1816345之發電廠之運輸工具在速度可大幅變化之潮汐流中操作。為使流體流以低速流推動運輸工具，EP 1816345之發電廠之運輸工具之翼板需要大的平台面積以產生達成所要運輸工具速度所需要的上升。此造成一發電廠可能難以製造且難以處置。
EP 1816345論述具有包括配置在彼此頂部上、藉由間隔件元件分離之兩個或兩個以上翼板之一運輸工具之可能性。使兩個翼板在彼此 頂部上歸因於此一解決方案造成翼板上方之大的壓力梯度(減小翼板之效力)而並未解決全部上文提及的問題。因此需要一種改良之潛水發電廠。
本發明之一目的係提供一種發明潛水發電廠，其中至少部分避免先前提及之問題。此目的係藉由技術方案1之特性部分之特徵而達成。
本發明係關於一種潛水發電廠。該發電廠包括一結構及一運輸工具。該運輸工具經配置以藉由至少一繋鏈固定至該結構。該運輸工具經配置以藉由一流體流通過該運輸工具而以一預定軌跡移動。該運輸工具包括一第一翼板及一第二翼板，其中該第一翼板經配置在一縱向方向上與該第二翼板相距一第一距離，且該第一翼板經配置在一橫向方向上與該第二翼板相距一第二距離。
藉由使用兩個翼板且縱向及橫向分離翼板，各翼板之面積可降低，同時仍保持相同效率。替代地，具有與先前技術運輸工具之翼板相同之總面積之兩個翼板將增加一升曳比且藉此增加一效率。
將兩個翼板直接放置在彼此頂部上造成產生於各翼板周圍之壓力場藉由放大翼板周圍之低壓區及高壓區而彼此相互作用。藉此產生大的壓力梯度，造成漩渦產生及流動分離之問題。本發明代替地將翼板橫向配置在某個距離處，造成不同壓力區藉由衰減壓力梯度而相互作用。
一種替代解決方案可為將兩個翼板配置在一縱向方向上，其中翼板相繼處於本質上相同縱向平面中。在此情況下，藉由第一翼板產生之翼尖漩渦與藉由第二翼板產生之翼尖漩渦重合。翼尖漩渦藉此被放大使得總誘導曳力將本質上與運輸工具僅包括一翼板之情況相同。此結構設計因此造成一更無效率的翼板結構設計。
藉由縱向以及橫向分離翼板，將分別藉由第一翼板及第二翼板產生之漩渦分離。此造成將兩個翼板直接放置在彼此頂部上或以一縱向方向放置兩個翼板使得如上所述般翼板相繼處於本質上相同縱向平面中之影響顯著減小。第一翼板較佳地在一橫向方向上位於第二翼板上方且在一縱向方向上位於第二翼板前方。此結構設計導致一漩渦分離程度高於相反情況。
誘導曳力在數學上可以下列等式加以描述C_Di=C_L tan(α_i)=C_L 2/πA (1)及D_i=W 2/(πqb 2) (2)其中C_Di係一流動方向上之升力分量之最小係數，C_L係上升係數，α_i係誘導角度，A係翼板之縱橫比，D_i係誘導曳力，W係翼板重量，其亦等於升力L，q係動態壓力且b係翼板之跨距。一更詳細描述可見於Fluid-Dynamic Drag,Practical Information on Aerodynamic Drag and Hydrodynamic resistance,Sighard F.Hoerner(1965,1992)；Hoerner Fluid Dynamics,Bakersfield,USA；LCCN 64-019666。
升力減小一半導致誘導曳力減小至四分之一。具有兩個翼板(一升力對應於一翼板之升力)(即，其中各翼板具有原始翼板之升力的一半)之一運輸工具所具有的誘導曳力將為僅具有一翼板之一運輸工具之誘導曳力的一半(例如與EP 1816345中之運輸工具相比)。
第一翼板之一第一右端及第二翼板之一第二右端係藉由一第一水力元件連接，且第一翼板之一第一左端及第二翼板之一第二左端係藉由一第二水力元件連接，第一翼板及第二翼板藉此形成一封閉翼板。一封閉翼板不具有產生翼尖漩渦之任何翼尖。此結構設計造成總體曳力降低且從而造成效率增加。歸因於封閉翼板結構設計，翼板之面積可藉由降低翼板跨距而變得更小。此造成運輸工具更加緊緻且從 而在安裝及維護期間更加易於處置。翼板之面積可變得更小同時仍維持效率之事實產生用於一改良之發電廠之一運輸工具之各種設計之一機會。具有與僅具有一翼板之一運輸工具相同之總平台面積之一封閉翼板將經歷更小的誘導曳力，造成運輸工具更加有效，即，更大升力產生更大動力及速度。產生與僅具有一翼板之一運輸工具相同之總升力之一封閉翼板可能因誘導曳力減小而具有一更小的平台面積，造成摩擦力或黏性阻力更低。
一較短的翼板跨距進一步容許運輸工具更急劇地轉彎而不增加內部翼尖停止的風險。一較小的轉彎半徑造成發電廠可被安裝在深度小於先前可能深度的位置上，因為軌跡的最深點及最淺點與表面及底部相距的距離可被減小。
封閉翼板之水力元件可經水力塑形。若橫向延伸之水力元件經水力塑形，則其等可用作橫向翼板。此容許運輸工具更容易轉彎。歸因於發電廠之運輸工具係由一繋鏈附接，運輸工具不能如同飛機一樣傾斜轉彎，而代替地在改變方向時沿著預定軌跡偏航。
橫向延伸之水力元件(例如橫向翼板)給運輸工具提供產生使運輸工具藉由偏航轉彎所需之上升的橫向操縱表面。
進一步言之，藉由具有具備經水力塑形之水力元件之一封閉翼板來達成類似於水平翼板之一效果，即，垂直表面未產生翼尖漩渦，若使用未封閉翼板之小翼，則情況如此。
運輸工具可包括一機艙，該機艙包括一發電機，發電機經附接至一渦輪機，其中機艙經定位於第一翼板與第二翼板之間。藉由給運輸工具裝備包括附接至一渦輪機之一發電機之一機艙，運輸工具可藉由在其行進穿過流體時旋轉渦輪機來產生動力，藉此旋轉發電機。藉由具有具備根據本發明之一翼板結構設計之一運輸工具，運輸工具可變得更小，同時仍維持效率，或動力產生之效率可藉由維持運輸工具 之大小而增加。例如亦可藉由將一線性發電機或一絞車附接至繋鏈而自發電廠之其他部分提取動力。接著自軌跡期間運輸工具與地基之間之距離的變動產生動力。根據本發明之一運輸工具進一步容許更好地保護方向舵，因為大部分或整個方向舵係位於翼板之間。
第一翼板及第二翼板可具有相同形狀或具有不同形狀。若第一翼板及第二翼板具有相同形狀，則此造成一更容易且更便宜的產生過程，因為無需定製翼板之任一者。保存更換翼板亦係更便宜的，因為一單個類型的翼板可更換第一翼板及第二翼板兩者。若第一翼板及第二翼板具有不同翼板形狀，則可針對特定位置條件而客製化運輸工具之水力性質，藉此進一步增加運輸工具之效率。亦可客製化運輸工具使得發電廠可被安裝在深度淺於一先前技術發電廠之位置上，因為轉彎半徑可降低。除了具有相同或不同形狀以外，第一翼板及第二翼板可具有相同平台面積或不同平台面積，從而進一步增加客製化可能性。
第一翼板及第二翼板之俯仰角可相對於彼此而調整。此使得能夠操縱運輸工具之傾伏方向。除了容許增加運輸工具之操縱能力以外，翼板亦可樞轉至一緊急制動位置，其中運輸工具不會被流體流推動。在緊急制動位置中，翼板之俯仰角被調整至其中藉由引入流體流作用於各翼板上的力被抵消或接近抵消(造成運輸工具本質上靜止地位於水中)之一位置。若運輸工具出現故障且需要維修或若運輸工具之速度超過一設計速度(可導致運輸工具或發電廠之其他部分之結構損壞)，則可使用緊急制動。
繋鏈可藉由支桿附接至運輸工具。前支桿附接至第一翼板且一後支桿附接至第二翼板。藉由在一縱向方向上分開翼板，可將支桿(其等將繋鏈附接至運輸工具)附接兩個翼板。將翼板面積分佈在一縱向方向上導致傾伏慣性增加，其中傾伏係繞平行於翼板跨距之一軸之 一旋轉。傾伏慣性之增加係藉由兩種現象所致。歸因於質量移動遠離重力中心，導致慣性增加。此可源自於剛體動力學。慣性之一額外增加起因於移動穿過水之表面增加。一主體在一流體中加速歸因於需要移位更多流體而增加慣性；此稱為附加質量。第一翼板及第二翼板在一縱向方向上分離在運輸工具傾伏時導致附加質量大幅增加。此結構設計之一優點在於需要降低來自繋鏈之一穩定扭矩。此容許使用較短的支桿，這減小來自支桿之曳力。藉由將前支桿附接至第一翼板且將後支桿附接至第二翼板，運輸工具將歸因於前支桿與後支桿之間的距離增加而經歷傾伏穩定性進一步增加。用於前支桿及後支桿之附接點之間的距離之增加會增加其中支桿附接至繋鏈之點周圍之慣性力矩。 此進一步容許使用此結構設計中使用之較短支桿。較短支桿簡化運輸工具之安裝及維護。曳力減小係藉由較短支桿之面積降低所致。
翼板可例如由金屬、各種疊層或其等之一組合製成。碳纖維疊層及玻璃纖維疊層係兩個可能的疊層選項。亦可想到其他材料。藉由縮短翼板跨距，可使用一較輕材料，諸如一疊層。一較小翼板亦造成運輸工具之材料成本較低，因為(例如)較薄的壁或樑可由諸如玻璃纖維疊層之一更便宜材料製成。就附接/建置在先前技術運輸工具中之金屬部分中之雙金屬/流電腐蝕而言，使用玻璃纖維疊層可進一步降低風險及設計成本。
運輸工具具有操縱構件，且一控制單元經配置以對操縱構件提供控制信號以操縱預定軌跡中之運輸工具。操縱構件可包含位於第一翼板及第二翼板之任一者或兩者上之一或多個控制表面。
根據本發明之發電廠之運輸工具可採取一緊急位置。在緊急位置中，第一翼板及第二翼板之俯仰角相對於彼此而調整使得藉由流體流通過運輸工具之翼板產生之淨上升係零或接近零。此意謂運輸工具不會被流體流推動且運輸工具將不會沿著其預定軌跡繼續。
1‧‧‧發電廠
2‧‧‧結構
3‧‧‧運輸工具
4‧‧‧繋鏈
5‧‧‧第一翼板
5a‧‧‧第一翼板之前緣
5b‧‧‧第一翼板之下表面
6‧‧‧第二翼板
6a‧‧‧第二翼板之前緣
6b‧‧‧第二翼板之下表面
7‧‧‧機艙
8‧‧‧渦輪機
9‧‧‧前支桿
10‧‧‧後支桿
11‧‧‧繋鏈耦合件
12‧‧‧第一翼板之第一右端
13‧‧‧第二翼板之第二右端
14‧‧‧第一水力元件
15‧‧‧第一翼板之第一左端
16‧‧‧第二翼板之第二左端
17‧‧‧第二水力元件
18‧‧‧方向舵
D1‧‧‧第一距離
D2‧‧‧第二距離
圖1示意地展示根據本發明之一發電廠；圖2以一側視圖示意地展示根據本發明之一發電廠之一運輸工具；圖3以一正視圖示意地展示根據本發明之一發電廠之一運輸工具。
圖1示意地展示根據本發明之一發電廠1。發電廠1包括一結構2及一運輸工具3。運輸工具3經配置以藉由至少一繋鏈4來固定至結構2。運輸工具3包括一第一翼板5及一第二翼板6。運輸工具3經配置以藉由一流體流通過運輸工具3之翼板而以一預定軌跡移動。運輸工具3進一步包括一機艙7，該機艙7包括一發電機。機艙7經附接至一渦輪機8。機艙7係定位於第一翼板5與第二翼板6之間。在圖1中，運輸工具3包括一封閉翼板。在下文進一步詳細描述封閉翼板。運輸工具3亦可具有無小翼之兩個單獨翼板，或一或兩個翼板具有小翼之兩個單獨翼板。在圖1中，可見將結構2放置在運輸工具3下方，此(例如)可處於海洋或大海底部處。結構2亦可位於運輸工具3上方。結構2在此情況下可為一船、一橋、一船塢或類似結構。
圖2以一側視圖示意地展示根據本發明之一發電廠1之一運輸工具3。運輸工具3係定位於一參考框架中且具有沿著參考框架之一y軸之一橫向延伸部及沿著參考框架之一x軸之一縱向延伸部。x軸以自運輸工具3後側至運輸工具3前方之一方向延伸。y軸以垂直於x軸自運輸工具底部至運輸工具頂部之一方向延伸。如自圖2可見，第一翼板5經配置在一縱向方向上與第二翼板6相距一第一距離D1，該第一距離D1係自第一翼板5之一前緣5a量測至第二翼板6之一前緣6a。該第一翼板5經進一步配置在一橫向方向上與第二翼板6相距一第二距離D2，該 第二距離D2係自第一翼板5之一下表面5b量測至第二翼板6之一下表面6b。第一距離D1及第二距離D2係介於0至b之間，具體言之，介於c至b/2之間，其中b係跨距寬度且c係翼板之弦長。
第一距離D1及第二距離D2當然可自第一翼板5及第二翼板6上之其他點量測。
水力元件14、17可採取任何適當的平台形狀以獲得所要特性。
前支桿9經附接至第一翼板5且一後支桿10經附接至第二翼板6。前支桿9及後支桿10係用一繋鏈耦合件11附接至繋鏈4。
圖3以一正視圖示意地展示根據本發明之一發電廠之一運輸工具3。圖3展示第一翼板5之一第一右端12及第二翼板6之一第二右端13係藉由一第一水力元件14連接，且第一翼板5之一第一左端15及第二翼板6之一第二左端16係藉由一第二水力元件17連接，第一翼板5及第二翼板6藉此形成一封閉翼板。機艙7進一步包括位於機艙7之一後端處之一方向舵18。如圖3中可見，方向舵18部分藉由封閉翼板屏蔽。此增加方向舵之保護以免受碎片影響。水力元件14、17可採取任何適當的翼面形狀以獲得所要特性。如圖3中可見，封閉翼板在翼板5、6與水力元件14、17之間具有正方形連接。翼板5、6與水力元件14、17之間之連接亦可經修圓使得獲得一更圓形狀。翼板5、6與水力元件14、17之間亦可想到其他種類的適當連接。
申請專利範圍中提及之參考符號不應被視為限制受申請專利範圍保護之事項的範圍，且其等之唯一功能係使申請專利範圍更容易理解。
如將意識到，本發明能夠修改各個明顯方面，其全部不脫離隨附申請專利範圍之範疇。因此，圖式及圖式之描述將被視為闡釋性本質，而非限制性。

Claims (10)

  1. 一種潛水發電廠(1)，該發電廠(1)包括一結構(2)及一運輸工具(3)，該運輸工具(3)藉由至少一繋鏈(4)而固定至該結構(2)；該運輸工具(3)藉由一流體流通過該運輸工具(3)而以一預定軌跡移動，其特徵在於該運輸工具(3)包括一第一翼板(5)及一第二翼板(6)，其中該第一翼板(5)在一縱向方向上與該第二翼板(6)相距一第一距離，且該第一翼板(5)在一橫向方向上與該第二翼板(6)相距一第二距離。
  2. 如請求項1之潛水發電廠(1)，其中該第一翼板(5)之一第一右端(12)及該第二翼板(6)之一第二右端(13)係藉由一第一水力元件(14)連接，且該第一翼板(5)之一第一左端(15)及該第二翼板(6)之一第二左端(16)係藉由一第二水力元件(17)連接，該第一翼板(5)及該第二翼板(6)藉此形成一封閉翼板。
  3. 如請求項2之潛水發電廠(1)，其中該等水力元件(14、17)係經水力塑形。
  4. 如請求項1，2或3之潛水發電廠(1)，其中該運輸工具(3)包括一機艙(7)，該機艙(7)包括一發電機，該機艙(7)附接至一渦輪機(8)，其中該機艙(7)係定位於該第一翼板(5)與該第二翼板(6)之間。
  5. 如請求項1，2或3之潛水發電廠(1)，其中該第一翼板(5)及該第二翼板(6)具有相同形狀。
  6. 如請求項1，2或3之潛水發電廠(1)，其中該第一翼板(5)及該第二翼板(6)具有不同形狀。
  7. 如請求項1，2或3之潛水發電廠(1)，其中該第一翼板(5)及該第二翼板(6)具有相同平台面積。
  8. 如請求項1，2或3之潛水發電廠(1)，其中該第一翼板(5)及該第二翼板(6)具有不同平台面積。
  9. 如請求項1，2或3之潛水發電廠(1)，其中該第一翼板(5)及該第二翼板(6)之俯仰角可相對於彼此而調整。
  10. 如請求項1，2或3之潛水發電廠，其中該繋鏈(4)係藉由支桿(9、10)附接至該運輸工具(3)，其中前支桿(9)附接至該第一翼板(5)且後支桿(10)附接至該第二翼板(6)。
TW104102912A 2014-02-07 2015-01-28 潛水發電廠 TWI646258B (zh)

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