TWI649494B - Fluid driven power unit - Google Patents

Abstract

一種流體驅動之動力裝置，包括有二固定板與複數個導流片，其中該二固定板彼此相隔一距離且該二固定板的內側面相面對；該二固定板上定義有一中心軸線通過該二內側面的中心；該些導流片位於該二固定板之間且環繞該中心軸線；各該導流片的二結合端分別結合於該二固定板的內側面；其中，各該導流片呈螺旋狀扭轉，且扭轉角係由各該導流片的二結合端之間的中央部位往二結合端的方向對稱改變。藉此，導流片可以對流體進行整流，避免輸出的流體形成紊流干擾動力裝置的轉動，使得動力裝置的轉速和效率可以更加提升。

Description

流體驅動之動力裝置

本發明係與動力產生有關；特別是指一種流體驅動之動力裝置。

動力裝置係受流體（如氣流或液流）所驅動，常見的是應用於風力發電或水力發電。以風力發電為例，目前風力發電的動力裝置可分為水平軸式與垂直軸式兩種，水平軸式的動力裝置其轉軸係與風向平行，其優點在於，在高風速時轉軸轉動快速，因此其所應用的發電裝置的發電效率較高；缺點在於，噪音大、啟動風速高、需安裝在空曠無遮蔽物之地點（如海邊）、必須隨著風向變化而調整動力裝置之葉片的位置，因此必須至少加上尾舵和轉向機構才能運作。垂直軸式的動力裝置其轉軸係與風向垂直，其優點在於，所佔空間小、啟動風速相對較低、不必遷就風向、可安裝在任何地點（包括都會區及郊區）、施工或運轉較安全；缺點在於，轉軸轉動速度慢、葉片轉速較低（翼尖風速比≤1），且因轉速低不利於發電。

然，無論是水平軸式或垂直軸式的動力裝置，其葉片轉動時，將會產生紊流（turbulence），紊流會干擾葉片轉動，使得動力裝置的轉速無法有效提升。此外，紊流亦會造成動力裝置振動及產生噪音。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種流體驅動之動力裝置，可抑制紊流，有效提升運用流體之效率。

緣以達成上述目的，本發明提供的一種流體驅動之動力裝置包括有二固定板與複數個導流片，其中，各該固定板具有一內側面，該二固定板彼此相隔一距離且該二內側面相面對；該二固定板上定義有一中心軸線通過該二內側面的中心；該些導流片位於該二固定板之間且環繞該中心軸線；各該導流片具有相對的二結合端，該二結合端分別結合於該二固定板的內側面；其中，各該導流片呈螺旋狀扭轉，且扭轉角係由各該導流片的該二結合端之間的中央部位往該二結合端的方向對稱改變。

本發明之效果在於，藉由呈螺旋狀扭轉之導流片且扭轉角對稱的設計，可以對流體進行整流，避免輸出的流體形成紊流干擾動力裝置的轉動，使得動力裝置的轉速和效率可以更加提升，有效提高運用流體之效率。

為能更清楚地說明本發明，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖１至圖４所示，為本發明一較佳實施例流體驅動之動力裝置，係供連接至一傳動裝置（圖未示），該傳動裝置可為發電機。該動力裝置包含有一支撐件10與複數個導流片20，其中：

該支撐件10係連供連接至該傳動裝置，該支撐件10包含二固定板12與一支柱14，其中，各該固定板12為圓形之板片，具有相背對的一內側面122與一外側面124，該二固定板12彼此相隔一距離且該二內側面122相面對。該二固定板12上定義有一中心軸線i通過該二內側面122及該二外側面124的中心。各該固定板12上開設有複數個開口126貫穿內側面122與外側面124，且各該固定板12的開口126係環繞該中心軸線i。各該開口126具有一第一端126a與一第二端126b，且開口126的寬度係由第一端126a往第二端126b的方向逐漸減小，其中，第一端126a與第二端126b的周緣係呈弧線狀，且開口126於第一端126a與第二端126b之間的一內周緣126c與中心軸線i之間的距離係由第一端126a往第二端126b的方向逐漸增加。該二固定板12之其中一者的各該開口126係與另一者的各該開口126相對應。實務上，亦可省略固定板12的開口126。

該支柱14為一圓柱連接於該二固定板12且位於該中心軸線i上，本實施例中，支柱14的兩端分別連結於該二固定板12內側面122的中心，而其中至少一該固定板12的外側面124連接至傳動裝置。實務上，支柱14亦可穿出該二固定板12的外側面124，由支柱14連接至傳動裝置。此外，亦可省略不設置支柱14。

該些導流片20係呈長形且位於該二固定板12之間，並以該中心軸線i為中心均勻分布並環繞該中心軸線i。該些導流片20結構相同，各該導流片20具有相對的二結合端20a，且於二結合端20a之間具有一內表面、一外表面以及連接於該內表面202與該外表面204且相對的一內側緣206與一外側緣208，其中，該二結合端20a分別結合於該二固定板12的內側面122，本實施例中，每一固定板12的各該開口126位於相鄰的二個導流片20的結合端20a之間，且各該導流片20的結合端20a的一部分係沿著各該開口126之第一端126a的周緣部位設置，而呈與第一端126a周緣部位配合的形狀。各導流片20的內表面係對應另一該導流片20的外表面204，各導流片20的內側緣206較外側緣208鄰近該中心軸線i。該些導流片20位於該二固定板12之內側面122的投影範圍內。

請配合圖３與圖４，每一導流片20斷面呈翼型且配合軸向呈螺距變化之螺旋狀扭轉，各該導流片20於垂直於該中心軸線i的任一斷面係由外表面204向內表面202彎曲，彎曲的形狀係呈漸開線之形狀，且於任一斷面的形狀相同。每一導流片20內側緣206於二結合端20a之間的任一位置至支柱14的外周面142的最短距離L1皆相同；外側緣208於二結合端20a之間的任一位置至支柱14的外周面142的最短距離L2皆相同。

圖５所示者為每一導流片20於二結合端20a之間的位置與扭轉角之變化關係，其中，二結合端20a之間的中央部位為位置0mm，二結合端之位置分別為位置447mm與-447mm。由圖５中可明顯得知，每一導流片20的扭轉角係由該二結合端20a之間的中央部位往該二結合端20a的方向呈相同變化角度對稱改變，導流片20的中央部位的扭轉角與各該結合端20a的扭轉角之角度差於本實施例中為94度，實務上，前述之角度差以45~100度為佳。

請配合圖６，藉由上述之結構，當呈紊流（turbulence）之流體（本實施例中以氣流為例說明）經過該動力裝置使其轉動時，流體進入相鄰兩個導流片20後，將會順著導流片20的內表面202及相鄰之導流片20的外表面204往導流片20於二結合端20a之間的中央部位導引，前述之導引的過程係對流體進行整流及往中央部位壓縮，藉此抑制流體經過動力裝置後產生的紊流，讓流體穩定地離開動力裝置；同時，兩個固定板12上的開口126亦會將外側面124外圍的流體吸入兩個導流片20之間且往中央部位流動，以減少固定板12外側紊流的干擾。

由圖７所示流場之模擬圖可明顯得知，流體係穩定地離開動力裝置，如此一來，離開動力裝置的流體便不會形成紊流干擾動力裝置的轉動，使得動力裝置的轉速和效率可以更加提升，有效提高運用流體之效率。

據上所述，本發明之動力裝置應用於氣流之流體時，藉由導流片20斷面呈翼型且配合軸向螺旋狀扭轉之設計，可增加流經導流片20的流，並增加翼尖風速比，翼尖風速比可達到1.4，高於習用的垂直軸式之動力裝置之翼尖風速比（≤1）。此外，只要小於4M/s之啟動風速即可驅動動力裝置轉動且具小型化、低噪音的優點。

前述之應用中，流體係以氣流為例，但不以此為限，流體亦可為液流。以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

［本發明］

10‧‧‧支撐件

12‧‧‧固定板

122‧‧‧內側面

124‧‧‧外側面

126‧‧‧開口

126a‧‧‧第一端

126b‧‧‧第二端

126c‧‧‧內周緣

14‧‧‧支柱

142‧‧‧外周面

20‧‧‧導流片

20a‧‧‧結合端

202‧‧‧內表面

204‧‧‧外表面

206‧‧‧內側緣

208‧‧‧外側緣

i‧‧‧中心軸線

L1‧‧‧最短距離

L2‧‧‧最短距離

圖１為本發明一較佳實施例之動力裝置的立體圖。 圖２為上述較佳實施例之動力裝置的分解立體圖。 圖３為上述較佳實施例之動力裝置的側視圖。 圖４(a)~(e)分別為圖３之A-A’~E-E’方向剖視圖。 圖５為上述較佳實施例之導流片於二結合端之間的位置與扭轉角變化關係。 圖６為一示意圖，揭示流體驅動動力裝置時流體的流向。 圖７為流體驅動動力裝置時流場之模擬圖。

Claims (11)

1. 一種流體驅動之動力裝置，包含：二固定板，各該固定板具有一內側面，該二固定板彼此相隔一距離且該二內側面相面對；該二固定板上定義有一中心軸線通過該二內側面的中心；以及複數個導流片，位於該二固定板之間且環繞該中心軸線；各該導流片具有相對的二結合端，該二結合端分別結合於該二固定板的內側面；其中，各該導流片呈螺旋狀扭轉，且扭轉角係由各該導流片的該二結合端之間的中央部位往該二結合端的方向呈相同的變化角度對稱改變。
2. 如請求項1所述流體驅動之動力裝置，其中各該導流片於垂直於該中心軸線的任一斷面係呈彎曲狀。
3. 如請求項2所述流體驅動之動力裝置，其中各該導流片於垂直於該中心軸線的任一斷面係呈漸開線之彎曲狀。
4. 如請求項2所述流體驅動之動力裝置，其中各該導流片於垂直於該中心軸線的任一斷面的形狀相同。
5. 如請求項1所述流體驅動之動力裝置，其中各該導流片的中央部位的扭轉角與各該結合端的扭轉角之角度差介於45~100度。
6. 如請求項1所述流體驅動之動力裝置，包含有一支柱，其連接於該二固定板且位於該中心軸線上。
7. 如請求項6所述流體驅動之動力裝置，其中各該導流片的該二結合端之間具有相對的一內側緣與一外側緣，該內側緣較該外側緣鄰近該中心軸線；各該導流片的內側緣於其該二結合端之間的任一位置至 該支柱的外周面的最短距離相同；各該導流片的外側緣於其該二結合端之間的任一位置至該支柱的外周面的最短距離相同。
8. 如請求項1所述流體驅動之動力裝置，其中各該固定板具有一外側面與該內側面相背對，且各該固定板上具有複數個開口貫穿該內側面與該外側面，各該開口位於相鄰的二個該導流片的結合端之間。
9. 如請求項8所述流體驅動之動力裝置，其中各該開口具有一第一端與一第二端，且該開口的寬度係由該第一端往該第二端的方向逐漸減小。
10. 如請求項8所述流體驅動之動力裝置，其中各該導流片的結合端之一部分係沿著各該開口之第一端的周緣部位設置。
11. 如請求項1所述流體驅動之動力裝置，其中該些導流片位於該二固定板之內側面的投影範圍內。