TWI658204B - 流力葉片裝置 - Google Patents
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Abstract
一種流力葉片裝置，可受驅動而朝一運轉方向轉動，並包含：一轉軸，以及數個葉片模組。該等葉片模組連接該轉軸且彼此角度間隔，每一葉片模組包括一連接該轉軸的格柵，以及數個呈陣列式且彼此間隔地安裝在該格柵上的葉杯，每一葉杯包括一向內凹陷且界定出一個杯空間的內表面，以及一相反於該內表面且朝向該運轉方向的外表面。藉由設置數量較多的葉杯，每一葉杯的結構可以小型化，使本發明於風速快及風速慢的場所都適用，故本發明之風場適用地區可大幅增加。另外，本發明亦可運用於河流及海洋洋流等流動水域。
Description
本發明是有關於一種葉片裝置，特別是指一種能受風力、水力驅動轉動，可應用於風力或水力發電設備的流力葉片裝置。
風力發電是一種運用自然界之風力驅動機械構件轉動，並將轉動動能轉換成電能的設備。此種發電方式相對於石油、煤碳、火力等發電方式較為環保、低污染，因此各國陸續投入經費與資源來研究開發風力發電設備。而影響風力發電效能的因素之一，在於葉片結構之設計，例如葉片形狀、延伸形態、葉片數量等等，都會影響其運轉順暢度。
參閱圖1，為一種已知的風杯式風速儀，其結構主要包括一直立的支柱91、三個可轉動地設置在該支柱91頂端的連桿92，以及三個分別安裝在該等連桿92的一端的風杯93。每一風杯93包括一內凹的內表面931，以及一相反於該內表面931且外突的外表面932。當該等風杯93的內表面931承受迎風風力時，由於流過該外表面932之風的流動路徑大於流過該內表面931之風的流動路徑，因此
該外表面932側的風壓較小，進而使該等風杯93可被吹動而轉動。
而本發明案之精神，在於改良該風速儀之結構來製造成可用於供電的風力裝置或水力裝置。運用於風力裝置時，其中必須克服的問題為，由於風力裝置為大型的風力運轉設備，而且為產生足夠電力，以該等風杯93作為風力葉片時，必須將每一風杯93的型體加大，但是當風杯93形體加大時，每一風杯93的外表面932面積會變很大。當該內表面931作為受風面時，風亦會流動於該外表面932上，由於白努力定律，流過每一風杯93之大面積、路徑長的外表面932時，風的流速必須很快才能流過該外表面932，如此就限制此種風力裝置只能設置在風速較高的場所，造成風場適用範圍大幅縮小，其設置地點受限制。因此本案發明人認為其結構有待改良。
因此，本發明之目的，即在提供一種可增加風場的適用地區，以及可運用於河流、海洋洋流的流場發電之流力葉片裝置。
於是，本發明流力葉片裝置，可受驅動而朝一運轉方向轉動，並包含：一轉軸，以及數個葉片模組。該等葉片模組連接該轉軸且彼此角度間隔，每一葉片模組包括一連接該轉軸的格柵，以及數個呈陣列式且彼此間隔地安裝在該格柵上的葉杯，每一葉杯包括一向內凹陷且界定出一個杯空間的內表面，以及一相反於該內表面且朝向該
運轉方向的外表面。
本發明之功效：藉由設置數量較多的葉杯，每一葉杯的結構可以小型化，使本發明之啟動旋轉風速、水流速不需要很高，於風速快的場所及風速慢的場所及河流、洋流場所都能適用，故本發明之風場適用地區可大幅增加，亦可應用於河流及海洋洋流等流動水域。
1‧‧‧轉軸
2‧‧‧葉片模組
21‧‧‧格柵
211‧‧‧第一柵桿
212‧‧‧第二柵桿
213‧‧‧內側
214‧‧‧外側
22‧‧‧葉杯
220‧‧‧杯空間
221‧‧‧內表面
222‧‧‧外表面
223‧‧‧中央突部
23‧‧‧加強片
24‧‧‧加強桿
25‧‧‧擋風片
A‧‧‧軸向方向
T‧‧‧運轉方向
F1‧‧‧迎風風力
F2‧‧‧迎面水力
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一種已知的風速儀的立體示意圖；圖2是本發明流力葉片裝置的一第一實施例在運轉時的立體示意圖；圖3是該第一實施例的側視剖視示意圖；圖4是本發明流力葉片裝置的一第二實施例的側視剖視示意圖；圖5是本發明流力葉片裝置的一第三實施例的立體示意圖；圖6是本發明流力葉片裝置的一第四實施例的立體示意圖；及圖7是該第四實施例的俯視剖視示意圖。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖2、3，本發明流力葉片裝置之一第一實施例，可受到風力驅動而朝一運轉方向T轉動，並包含：一轉軸1，以及數個葉片模組2。
本實施例之轉軸1為一左右向軸向延伸之長形中空桿體，並可藉由圖未示的一架設裝置架高。由於該轉軸1為橫向延伸，使本實施例之流力葉片裝置為橫臥式裝置。
該等葉片模組2連接該轉軸1且彼此角度間隔，每一葉片模組2包括一連接該轉軸1的格柵21、數個呈陣列式地安裝在該格柵21上的葉杯22、數個分別與該等葉杯22結合的加強片23、數個連接該等葉杯22的加強桿24，以及一設置於該格柵21之一側的擋風片25。
本實施例的葉片模組2的數量為三個，該等葉片模組2的格柵21彼此間呈120度角度間隔。每一格柵21包括數個沿該轉軸1之徑向方向間隔排列且皆沿該轉軸1之一軸向方向A延伸的第一柵桿211，以及數個沿該軸向方向A間隔排列且皆沿該徑向方向延伸的第二柵桿212。在本實施例中，該等第一柵桿211皆平行該轉軸1而呈左右向水平延伸。另外，以該格柵21整體來看，該格柵21包括一連接該轉軸1且沿該軸向方向A延伸的內側213，以及一相反於該內側213且於該徑向方向上遠離該轉軸1的外側214。
每一葉片模組2的該等葉杯22為3×6之陣列式且彼此間隔地排列。每一葉杯22穿設固定在其中一第一柵
桿211與其中一第二柵桿212上。具體來說，任一第一柵桿211與任一第二柵桿212的相交處，即設有一個葉杯22。每一葉杯22被第一柵桿211穿過的兩個部位沿該軸向方向A間隔排列，且該兩個部位位於第一柵桿211與第二柵桿212相交處的相反兩側，每一葉杯22被第二柵桿212穿過的兩個部位沿該徑向方向間隔排列，且該兩個部位位於第一柵桿211與第二柵桿212相交處的相反兩側。該等葉杯22固定於第一柵桿211及第二柵桿212的方式，例如可以利用緊配合穿套固定，並進一步地可藉由繩帶穿綁固定、黏膠黏固，或者也可以是其他固定方式。每一葉杯22包括一向內凹陷且界定出一個杯空間220的內表面221，以及一相反於該內表面221且朝向該運轉方向T的外表面222。每一葉杯22的外表面222具有一中央突部223，該中央突部223相當於該外表面222整體的中心部位，也是該葉杯22的最突出部位。
本發明之葉杯22可以為硬式材料製成的葉杯22，也可以為軟式材料製成的葉杯22。硬式材料例如金屬、玻璃纖維、硬質塑膠、天然硬質材料或其他硬質之高分子材料等硬質材質製成。軟式材料例如布類、帆布類、尼龍布類、橡膠、軟質塑膠或其他軟質高分子材料等軟性材質製成。在本實施例中，是以軟式葉杯22為例，當葉杯22受到風吹動與填充後，可呈現飽滿之半球殼狀，當葉杯22處於非迎風位置時，則呈現皺摺狀。但實際上，該等葉杯22之材質不須限制，只要能承受風力即可。
該等加強片23分別設置於該等葉杯22的內表面221且對應該中央突部223的位置。該等加強片23的材質例如布類、帆布類、尼龍布類、橡膠、金屬、玻璃纖維等等，其功能用於加強葉杯22之中央突部223部位的結構強度。
每一葉片模組2的該等加強桿24沿該軸向方向A間隔排列，並且皆沿該徑向方向延伸，該等加強桿24的位置分別與該等第二柵桿212間隔相對。每一加強桿24連接該等葉杯22的其中幾個的中央突部223與該轉軸1。具體而言，本實施例的每一葉片模組2的加強桿24數量為六個，每一加強桿24連接其中三個沿該徑向方向排列的葉杯22的中央突部223，而且每一加強桿24的一端為彎折桿體設計，以與該轉軸1固定地連接。由於本實施例的葉杯22為軟式材料製成，當葉杯22未處於迎風位置時，尤其是位於逆風位置並受到逆向風吹動時(此處指風由葉杯22的外表面222方向吹送而來)，葉杯22有可能會被吹動而反向凹陷，亦即，此時該外表面222變成向內凹陷，該內表面221則變成朝外突出。而為了避免此問題，因此較佳地，可以如本實施例藉由該等加強桿24連接葉杯22的中央突部223，以將該等中央突部223拉撐住，避免葉杯22受到逆向風吹動時反向凹陷。
每一葉片模組2的擋風片25略呈弧形長板片狀，並連接在該格柵21之外側214，且沿該運轉方向T反向延伸。
本發明使用時，當其中一葉片模組2的該等葉杯22之凹陷的內表面221位於迎風面時，該葉片模組2受到一個迎風風力F1吹動，使該葉片模組2的每一葉杯22呈現飽滿狀態，而流過該等外表面222之風的流動路徑大於流過該等內表面221的流動路徑。根據白努力定律，該等外表面222側的風壓較小，進而使該等葉杯22可被風力推動而朝該運轉方向T轉動，本發明整體因而以該轉軸1為旋轉中心軸而運轉。而且在運轉時，可能會產生一些逆向風力阻力，但由於本發明的該等葉杯22彼此之間為間隔設置，即，相鄰葉杯22之間存有空隙，因此逆向風可經相鄰葉杯22間的間隙流過，從而能減少逆風阻力與逆向扭力。
而當任一葉片模組2轉動到非迎風面的位置時，其葉杯22則因為未直接受到迎風風力F1吹動，因而可能略微皺摺，直到葉片模組2又轉動到迎風位置時，其葉杯22即可再度被風吹動而呈現飽滿狀態。
值得一提的是，每一葉片模組2的擋風片25，能用於限制迎風面之風力流場的流動方向，可用於侷限風力流場以保留風力於該葉杯22的迎風側，使葉片模組2受到迎風風力F1推動而使運轉時能額外增加旋轉扭力。
補充說明的是，通常在該轉軸1之徑向方向上，離該轉軸1越遠處受到的扭力與風力越大。所以在設計上，離該轉軸1越遠處的葉杯22可以設計成較小，離該轉軸1越近處的葉杯22可以設計成較大。此外，本發明也可
以視需求額外增加導流板，以求隨時導引風向。
綜上所述，由於本實施例設置數個葉片模組2，而且每一葉片模組2設有所述數個葉杯22，亦即，本發明的葉杯22數量較多，因此每一葉杯22結構可以小型化，當其凹面(內表面221)成為迎風面時，因凸面(外表面222)的形體不會太大，故在白努力定律下，風流動繞行於凸面的路徑不致於過長，使流經葉杯22凸面的風，不須於自然界很快速的風即可繞行，如此風場的流速即不需要很快，所需的啟動旋轉風速也不需要很高。故本發明於風速快的場所及風速慢的場所都適用，使本發明之風場適用地區可大幅增加。另外，本實施例之葉杯22以軟式材質製成，具有重量輕、容易轉動、成本低之優點。
參閱圖4，本發明流力葉片裝置之一第二實施例，與該第一實施例之結構大致相同，不同之處在於：本實施例的葉杯22是由硬質材料製成，因此葉杯22無論是否受到風力吹動時，皆呈現飽滿之半球殼狀。由於硬式材料的結構強度強，因此本實施例可以省略設置該第一實施例中的加強片23(圖3)與加強桿24(圖3)。
本實施例的運作方式、運轉原理及達成功效，皆與該第一實施例相同，故不再說明。
參閱圖5，本發明流力葉片裝置之一第三實施例，與該第一實施例之結構大致相同，不同之處在於：本實施例為直立式裝置，該轉軸1為上下直立延伸，該等第一柵桿211亦為上下直立延伸，該等第二柵桿212則為左右
向水平延伸。本實施例同樣可藉由一圖未示的架設系統架高於空中，從而能受到風力驅動而運轉。
本實施例運轉時，任一葉片模組2運轉至迎風面側時，其葉杯22同樣受到迎風風力F1吹動而呈現飽滿的半球殼狀，並且因為白努力定律而形成之風壓差，使本實施例可順暢運轉。本實施例與該第一實施例相同，同樣能達到增加風場適用地區之功效。
綜合以上說明可知，本發明可運用於橫臥式裝置或直立式裝置，而且無論是橫臥式或直立式，該等葉杯22都可以採用軟式材料或硬式材料製成。
參閱圖6、7，本發明流力葉片裝置之一第四實施例，與該第三實施例的結構大致相同，本實施例的轉軸1也是上下直立延伸，不同的地方在於，本實施例是透過水力驅動運轉，可設置應用於河流及海洋洋流等流動水域。本實施例的每一葉杯22的材質及結構則如該第二實施例，為硬質材料製成之半球殼狀。本實施例的葉杯22材質除了可以與該第二實施例相同之外，更進一步地還可以使用玻璃、陶瓷或天然硬質加工後材料。該等葉杯22固定於該格柵21上的方式，可以利用緊配合穿套固定，並進一步地可藉由螺絲、繩帶穿綁固定。
本實施例設置於水上時，任一葉杯模組2運轉至迎水流面時，可受到一迎面水力F2帶動，進而順暢運轉。本實施例可達到應用於河流、洋流水域地區之功效。
補充說明的是，本發明利用水力驅動運轉時，
也可以採用橫臥式裝置，此時該轉軸1為水平延伸。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，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專利說明書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。
Claims (6)
- 一種流力葉片裝置，可受驅動而朝一運轉方向轉動，並包含：一轉軸；及數個葉片模組，連接該轉軸且彼此角度間隔，每一葉片模組包括一連接該轉軸的格柵，以及數個呈陣列式且彼此間隔地安裝在該格柵上的葉杯，每一葉杯包括一向內凹陷且界定出一個杯空間的內表面，以及一相反於該內表面且朝向該運轉方向的外表面；其中，每一葉片模組的格柵包括數個沿該轉軸之一徑向方向間隔排列且皆沿該轉軸之一軸向方向延伸的第一柵桿，以及數個沿該軸向方向間隔排列且皆沿該徑向方向延伸的第二柵桿，每一葉杯穿設固定在其中一第一柵桿與其中一第二柵桿上；每一葉杯位於第一柵桿與第二柵桿的相交處，每一葉杯被第一柵桿穿過的兩個部位沿該軸向方向間隔排列，且該兩個部位位於第一柵桿與第二柵桿相交處的相反兩側，每一葉杯被第二柵桿穿過的兩個部位沿該徑向方向間隔排列，且該兩個部位位於第一柵桿與第二柵桿相交處的相反兩側。
- 如請求項1所述的流力葉片裝置，其中，每一葉杯的外表面具有一中央突部，每一葉片模組還包括數個沿該軸向方向間隔排列且皆沿該徑向方向延伸的加強桿，每一加強桿連接該等葉杯的其中幾個的中央突部以及該轉軸。
- 如請求項2所述的流力葉片裝置，其中，每一葉片模組還包括數個分別設置於該等葉杯的內表面且對應該中央突部的位置的加強片。
- 如請求項1至3中任一項所述的流力葉片裝置，其中，該轉軸為水平延伸。
- 如請求項1至3中任一項所述的流力葉片裝置，其中，該轉軸為直立延伸。
- 如請求項1所述的流力葉片裝置，其中，每一格柵包括一連接該轉軸的內側，以及一相反於該內側且遠離該轉軸的外側，每一葉片模組還包括一連接在該格柵的該外側且沿該運轉方向反向延伸的擋風片。
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