TWI659155B - 適用於洋流的發電裝置 - Google Patents

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Abstract

一種適用於洋流的發電裝置，包含：一船體單元、數個葉片單元、數個發電機，以及數個風帆。該等葉片單元位於該船體單元周圍且伸入海面下，該等葉片單元可受洋流推動而轉動。該等發電機可將該等葉片單元的轉動動能轉換成電能。該等風帆架設在該船體單元上，並可受到風力吹動而張帆，以抵抗洋流帶動該船體單元漂移的力量。藉由該船體單元供該等風帆與該等葉片單元架設，可將水力與風力應用作一結合，該等風帆受風力驅動而可產生朝前的力量，可儘量抵消洋流作用於船體與該等葉片單元上的推力，使本發明能穩定地位於一預定海域範圍內發電。

Description

適用於洋流的發電裝置
本發明是有關於一種發電裝置，特別是指一種適用於洋流的發電裝置。
一般架設於海上運用洋流發電的發電機組，由於洋流離海岸距離較遠，所以無法直接與岸邊進行固定，而若要利用拋錨方式與該發電機組下方的海床固定，又因洋流流經區域，海床長期受潮流沖刷，所以海面至海床的垂直深度較深，更甚者其深度達數千公尺者比比皆是，另外因洋流的水流橫向作用力非常大，如果要於洋流水域中穩固地錨定發電機組是一道非常困難的問題。因此，如何能開發出一種能適用於洋流水域中，並能穩定地於洋流水域上作業的發電裝置，是當前世界各國致力於尋找新能源的一重要課題。
因此，本發明之目的，即在提供一種能同時運用風力與水力，並能穩定地於洋流上作業的適用於洋流的發電裝置。
於是，本發明適用於洋流的發電裝置，包含： 一可漂浮於一海面的船體單元、數個葉片單元、數個發電機，以及數個風帆。該等葉片單元位於該船體單元周圍且伸入該海面下，該等葉片單元可受洋流推動而轉動。該等發電機安裝於該船體單元上，並分別連接該等葉片單元，該等發電機可將該等葉片單元的轉動動能轉換成電能。該等風帆架設在該船體單元上，並可受到風力吹動而張帆，以抵抗洋流帶動該船體單元漂移的力量。
本發明之功效：藉由該船體單元供該等風帆與該等葉片單元架設，可將水力與風力應用作一結合。該等葉片單元受洋流驅動而可發電，該等風帆受風力驅動而可產生朝前的力量，進而可儘量抵消洋流作用於船體與該等葉片單元上的推力，使本發明能穩定地位於一預定海域範圍內並發電。
1‧‧‧船體單元
10‧‧‧海面
11‧‧‧船體
111‧‧‧船頭
112‧‧‧船尾
12‧‧‧支架
13‧‧‧上橫桿
14‧‧‧第一架桿
15‧‧‧下橫桿
16‧‧‧第二架桿
17‧‧‧連接桿
18‧‧‧第一安裝部位
19‧‧‧安裝空間
2‧‧‧葉片單元
21‧‧‧軸承
22‧‧‧轉軸
23‧‧‧葉片模組
231‧‧‧葉片組
3‧‧‧發電機
31‧‧‧傳動組
4‧‧‧風帆
41‧‧‧立桿
42‧‧‧帆布
51‧‧‧上安裝橫桿
52‧‧‧下安裝橫桿
53‧‧‧上安裝直桿
54‧‧‧下安裝直桿
55‧‧‧第二安裝部位
56‧‧‧平台
6‧‧‧輔助葉片單元
61‧‧‧輔助轉軸
62‧‧‧輔助葉片模組
7‧‧‧輔助發電機
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是本發明適用於洋流的發電裝置的一第一實施例的俯視示意圖；圖2是該第一實施例的側視示意圖；圖3是該第一實施例的後視示意圖；圖4是該第一實施例的部分元件之局部放大側視示意圖；圖5是該第一實施例的部分元件之局部放大俯視示意圖； 圖6是本發明適用於洋流的發電裝置的一第二實施例的俯視示意圖；及圖7是一俯視示意圖，顯示數個本發明之發電裝置結合在一起使用。
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1~4，本發明適用於洋流的發電裝置之第一實施例，可設置在海上，並包含：一船體單元1、數個葉片單元2、數個發電機3，及數個風帆4。
該船體單元1包括一可漂浮於一海面10的船體11，以及一安裝在該船體11上與船體11周圍的支架12。該船體11具有一朝前的船頭111，以及一朝後的船尾112。該船體11可使用廢船，較為環保。所述廢船例如商船、漁船、快艇、帆船……等能漂浮於海面10上且屆齡將要除役但尚未遭解體拆卸的船舶。
該支架12包括數個橫向架設於該船體11上的上橫桿13、數個與該等上橫桿13垂直交錯的第一架桿14、數個橫向貫穿地連接該船體11且分別位於該等上橫桿13下方的下橫桿15、數個與該等下橫桿15垂直交錯的第二架桿16，以及數個上下延伸的連接桿17。該等上橫桿13與下橫桿15皆呈左右向延伸且彼此間前後間隔排列。該等第一架桿14與第二架桿16皆前後向延伸且彼此間左右間隔排列。
每一上橫桿13與第一架桿14的連接處界定出 一第一安裝部位18，每一下橫桿15與第二架桿16的連接處也界定出一第一安裝部位18。該等下橫桿15及第二架桿16間的排列方式是與該等上橫桿13及第一架桿14間的排列方式相同。
該等連接桿17連接該等上橫桿13與下橫桿15 以及該等第一架桿14與第二架桿16。藉由連接桿17銜接該等桿件，可以穩定該支架12的整體結構，且連接桿17的數量可視需求增加，使本發明於承受洋流力量與風力時，該支架12仍能穩固支撐。
參閱圖1、2、4、5，更進一步地，該支架12 的其中數個上橫桿13、第一架桿14、下橫桿15與第二架桿16還界定出數個安裝空間19，該等安裝空間19分別位於該船體11的左右兩側。而該支架12還包括數個分別位於該等安裝空間19的上安裝橫桿51、數個分別位於該等上安裝橫桿51下方的下安裝橫桿52、二個前後向延伸且左右間隔排列並分別與該等上安裝橫桿51交錯的上安裝直桿53，以及二分別位於該等上安裝直桿53下方並分別與該等下安裝橫桿52交錯的下安裝直桿54。本實施例的上安裝橫桿51與下安裝橫桿52的數量皆為八個，且皆為四個一組地位於該船體11的左右兩側，每一上安裝橫桿51和與其交叉的該上安裝直桿53的交叉處界定出一第二安裝部位55。每一下安裝橫桿52和與其交叉的該下安裝直桿54的交叉處亦界定出一第二安裝部位55。該等下安裝橫桿52 及下安裝直桿54間的排列方式是與該等上安裝橫桿51及上安裝直桿53間的排列方式相同。該等上、下安裝橫桿51、52與上、下安裝直桿53、54可與該等上、下橫桿13、15及第一、二架桿14、16穩固結合。
該等葉片單元2位於該船體單元1周圍且伸入 該海面10下，該等葉片單元2可受洋流推動而轉動。具體而言，該等葉片單元2安裝在該支架12上，而且本實施例的葉片單元2之數量為八個，且每四個分成一組而分別位於該船體11的左右兩側。每一組四個的該等葉片單元2前後間隔排列。該等葉片單元2分別對應該等安裝空間19而安裝，每一葉片單元2包括二個上下間隔且分別設置於上下對應的該等第二安裝部位55的軸承21、一上下直立延伸並通過該等軸承21與該等第二安裝部位55的轉軸22，以及數個上下間隔且可連動轉動地結合在該轉軸22上的葉片模組23。在本實施中，每一葉片模組23具有三個葉片組231。
該等葉片模組23的設計可以如本案申請人先前 申請之台灣專利第103208807號專利或第103211730號專利之設計。本實施例中較接近船尾112的該兩葉片單元2的葉片組231可如同103211730號專利之設計，每一葉片組231主要包括一格柵與數個葉杯；其他葉片單元2的葉片組231則可如同103208807號專利之設計，每一葉片組231主要包括一格柵，以及數個安裝在該格柵上的擺動葉片。但由於本發明的改良重點不在於葉片單元2的結構設計 ，而且為了方便顯示，圖中的各個葉片單元2僅是簡單示意繪出。本發明的各個葉片單元2的結構除了可如上述使用該等專利之結構外，也可以使用目前已知的其他可放置於水中轉動的葉片結構設計，而且各個葉片單元2的結構不一定要相同，可以有多種不同設計變化之搭配組合，只要能夠承受洋流驅動而轉動即可。
在本實施例中，洋流主要是由船頭111朝船尾 112方向而來，而愈接近船尾112處的葉片單元2往下延伸的深度可越長，如此該處更可增加其承受洋流力量的有效體積，更能具有穩定船體11之船頭111方向的功能。
該等發電機3安裝於該船體11上，並分別連接 該等葉片單元2，該等發電機3可將該等葉片單元2的轉動動能轉換成電能。具體而言，本實施例的發電機3的數量為八個，並與該等葉片單元2分別一一對應連接，每一發電機3軸心可透過一傳動組31來與該葉片單元2的轉軸22連結。該傳動組31例如為齒輪與鏈條的配合，或者皮帶輪與皮帶的配合，或者為其他種類之傳動構造。該等發電機3便可受到轉軸22帶動而運轉發電，且該等轉軸22之轉動則是由該等葉片模組23之扭力總合傳遞至轉軸22所致。
該等風帆4皆安裝在該支架12上，且該等風帆 4的其中幾個前後間隔地位於該船體11上，其他的風帆4則位於該船體11的左右兩側。每一風帆4包括一直立延伸的立桿41，以及一設置在該立桿41上的帆布42。其中，安裝在該支架12上的每一風帆4架設在該支架12之上下 對應的該等第一安裝部位18，該等立桿41則分別連接該支架12的其中一連接桿17並往上延伸。每一立桿41和與其連接的該連接桿17可以為一體成型，也可以為兩個不同的桿件連結固定在一起。本實施例的風帆4於風向處於某一逆向角度時，仍可朝某一順向角度行駛，其結構主要是透過中心柱(亦即該立桿41)將該帆布42凹折，再利用白努力原理，使風處於凸出面的流速快於凹進面，產生兩面氣壓不等，再利用大氣壓力使船體11成一角度地慢速前進。較佳地，本發明之位於最左側與最右側的該等風帆4的帆布42展開後大致呈三角形，並且由上往下逐漸左右向變寬，如此可以與該等葉片單元2配合穩定船體11。於實施時，帆布4也可以採用梯形或其他形狀。
本發明使用時，洋流由船頭111往船尾112方 向過來，該等葉片單元2受到洋流之流力產生的扭力進而帶動葉片單元2的轉軸22運轉，再透過該傳動組31帶動該等發電機3運轉而發電。由於該船體11位於海面10上會受到洋流力量的推動而可能產生漂移，但因為本發明設有該等風帆4，而且本發明之設置場所或使用季節的風向大略與洋流流向相反，在本實施例中，風力是由船尾112吹向船頭111，因此該等風帆4受到風力之吹動而張帆時，可以使本發明整體受到一股朝前的力量，而該等葉片單元2受到洋流力量朝後推動，船舶上的風帆4之張帆受力方向儘量能抵抗因洋流推動該船體單元1漂移的力量，使本發明能大致穩定地位於海面10上的預定位置範圍內並發電。
本發明所述的大致穩定是指儘量維持海上風力 與海面10下的洋流力量總合接近於零的狀態，此時本發明該發電裝置能接近於幾乎不動地位於原設置位置。但實際上也可容許上述的合力不為零的狀態，此時本發明可能微幅地朝某一方向漂移，但速度極慢，因此於使用與運轉一段時間後，還是能大致位於一預定水域範圍內。而且於本發明漂移數日後，亦可透過船上管理人員調整風帆4方向或是調整水力與風力間的合力方向使其與總合力相反，進而使本發明再自動駛回原先預定位置。本發明在運用上，一般洋流方向與風力方向實際上並非完全相反而是以夾一角度呈現，所以必須透過風帆4及該船體11與該等葉片單元2間的結構，以及葉片組數與葉片模組23垂直放下的深度之總合力的配合設計，使其大致維持穩定地位於海面10上。因此本發明使用上，可選定適當海域或季節風向，於洋流方向與風力方向適當之場所運用為佳。而若風力與水力此兩力之間的總合力略有不平衡(如季節風向相反或颱風來臨時)，而使該船體11可能產生漂移時，可以利用該等發電機3供電給設置於船體11下方的螺旋漿(圖未示)轉動，以操控船體11漂移方向，使本發明裝置駛離洋流帶狀區域。
補充說明的是，本發明的每一葉片單元2設有 該數個葉片模組23，該等葉片模組23與該轉軸22間可設計為可分離式地結合。該船體11上可配置一圖未示出的吊車，該吊車可用於將該等葉片模組23吊起並置放於該船體 11上，使該船體11的定傾中心，不致於因船上的風力總合大小與船下之葉片單元2之深度長短而產生合成力偶現象，使得該船體11有傾倒翻覆之虞。因此，實際使用時，可以依風力大小及洋流力量大小(與洋流方向、流速有關)，為了調節兩者間的力量平衡，可以選擇性地吊起任一葉片單元2中的其中一個或數個葉片模組23，以穩定該船體11。 因此，每一葉片單元2之該數個可分離式的葉片模組23，可被選擇性地吊起不使用，從而可調節本發明受到風力與洋流力量後的合力大小。另外，本實施例的軸承21例如為滾珠軸承，本實施例的每一個葉片單元2皆設置該二上下間隔的軸承21，但實施時也可以設置更多個軸承21，例如三個、四個、五個等等，藉此可分散軸承21中的鋼珠受力，避免鋼珠受到過大的正向壓力。本發明設置處的海床深度如為較淺的洋流區域時，也可以配合拋錨方式加以輔助固定。另外，若設置地點適當，或許也可以視需求而利用纜繩將本發明該發電裝置與海岸邊固定住。
綜上所述，藉由該船體單元1供該等風帆4與 該等葉片單元2架設，可將水力與風力應用作一結合。該等葉片單元2受洋流驅動而可發電，該等風帆4受風力驅動而可產生朝前的力量，進而可儘量抵消洋流作用於船體11與該等葉片單元2上的後向推力，使本發明能穩定地位於一預定海域範圍內並發電。此種同時運用船上風力與船下洋流水力之總合力間相互消長，使該船體11在洋流海域上，儘量不隨洋流流向漂移，而能儘可能維持於原地不受 推移的機制之裝置，能適用於洋流發電，故確實能達成本發明之目的。
參閱圖6，本發明適用於洋流的發電裝置之第二 實施例，與該第一實施例的結構大致相同，不同的地方在於，本實施例的葉片單元2的數量為六個，並且三個一組地設置在該船體11的左右兩側，且位於同一側的該三個葉片單元2中，越往後的葉片單元2體積愈大，垂直長度也愈長，如此使洋流由前往後推送時，亦方便驅動後側的葉片單元2轉動；另外，更能使船頭111的方向更加穩定視不致於左右擺動。此外，本實施例的支架12之用於架設該等葉片單元2的桿件設計，為斜向交叉形式的桿件。本發明實施時不須限定該支架12的結構，只要能供該等葉片單元2與風帆4安裝即可。更進一步地，本實施例還包含一位於該船體11後方且可轉動地安裝在該支架12上的輔助葉片單元6，以及一連接該輔助葉片單元62的輔助發電機7。該輔助葉片單元6包括一左右向水平延伸的輔助轉軸61，以及一可連動轉動地結合在該輔助轉軸61上的輔助葉片模組62。本實施例增加設置該輔助葉片單元6與輔助發電機7，可提升洋流之水力使用效率與發電效率，而且該輔助葉片單元6橫向設置，能利用拖曳力使船頭111方向穩定。
參閱圖7，本發明於使用上，也可以數個一組地 連接，以圖7為例，是設置三個類似於前述第二實施例之發電裝置，該等發電裝置的支架12可連接固定在一起，且 後側兩個發電裝置間，可於支架12上設置二個前後間隔的平台56，並且還可以額外設置數個葉片單元2與數個位於該等平台56上的發電機3，可提高洋流之水力使用效率與發電效率。於實施上，也可以為二船一體、四船一體、五船一體等設計，可讓船體11更為穩定平衡，使風帆4受的風力與船體11及海面下的葉片單元2受到的洋流力量大致平衡，避免船體11傾倒。在數船一體的設計上，每一發電裝置也可以使用如同本發明該第一實施例的結構設計。其中，位於前側的該發電裝置的輔助葉片單元6結構，可採用格柵配合數個擺動葉片；位於後側的該兩發電裝置的輔助葉片單元6結構，可採用格柵配合數個葉杯；但此僅為舉例，實施時不限於此。
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 (3)

  1. 一種適用於洋流的發電裝置，包含：一船體單元，可漂浮於一海面；數個葉片單元，位於該船體單元周圍且伸入該海面下，該等葉片單元可受洋流推動而轉動；數個發電機，安裝於該船體單元上，並分別連接該等葉片單元，該等發電機可將該等葉片單元的轉動動能轉換成電能；及數個風帆，架設在該船體單元上，並可受到風力吹動而張帆，以抵抗洋流帶動該船體單元漂移的力量；其中，該船體單元包括一船體，以及一安裝在該船體周圍的支架，該等葉片單元分別安裝在該支架上並位於該船體的左右兩側，該等風帆分別安裝在該支架上並位於該船體的左右兩側；每一葉片單元包括一上下直立延伸的轉軸，以及至少一可連動轉動地結合在該轉軸上的葉片模組；該支架包括數個彼此前後間隔地連接該船體且左右向延伸的上橫桿、數個與該等上橫桿交錯且前後向延伸的第一架桿、數個連接該船體且分別位於該等上橫桿下方的下橫桿、數個與該等下橫桿交錯的第二架桿，以及數個上下延伸並連接該等上橫桿與下橫桿，以及連接第一架桿與第二架桿的連接桿；該支架界定出數個安裝空間，該等安裝空間分別位於該船體的左右兩側，且該支架還包括數個分別位於該等安裝空間的上安裝橫桿、數個分別位於該等上安裝橫桿下方的下安裝橫桿、二個左右間隔排列並分別與該等上安裝橫桿交錯的上安裝直桿，以及二分別位於該等上安裝直桿下方並分別與該等下安裝橫桿交錯的下安裝直桿；每一葉片單元的轉軸可轉動地通過其中一上安裝橫桿和其中一上安裝直桿的交叉處，以及其中一下安裝橫桿和其中一下安裝直桿的交叉處。
  2. 如請求項1所述的適用於洋流的發電裝置，其中，每一風帆具有一連接該支架的其中一連接桿並往上延伸的立桿，以及一設置在該立桿上的帆布。
  3. 如請求項1所述的適用於洋流的發電裝置，還包含一位於該船體後方且可轉動地安裝在該支架上的輔助葉片單元，該輔助葉片單元包括一左右向水平延伸的輔助轉軸，以及一可連動轉動地結合在該輔助轉軸上的輔助葉片模組。
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