TWI701996B - 馬達直驅之水車式增氧機 - Google Patents
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Abstract
一種馬達直驅之水車式增氧機，包含浮架機構、安裝在浮架機構上的馬達裝置，及兩個左右對稱安裝在馬達裝置的葉片機構。馬達裝置包括兩個左右延伸且分別連結該等葉片機構的出力軸。每一葉片機構之葉片模組具有兩個左右水平延伸且間隔平行地分別間隔位於一軸接件之徑向相背兩側之長片狀的打水板，每一打水板具有多個沿其長向間隔分佈的穿孔。每一葉片機構被驅轉時，會以該等打水板交替旋轉位移拍打並撕裂所述水體以產生往空中飛散之水珠。透過馬達裝置直接驅轉該等葉片機構，以及該等葉片機構之結構設計，可有效提高對水體增氧的效率與能力。
Description
本發明是有關於一種水車式增氧機，特別是指一種用於漁業養殖池的馬達直驅之水車式增氧機。
傳統水車式增氧機兼具造流與增氧的功能，但受限於造流需求，水車之葉輪轉速不可過高，所以馬達裝置的輸出軸與葉輪轉軸間必須設置減速機構，藉以降低葉輪轉速以提高扭力，以致於打水速度較慢，無法大量產生與空氣接觸之水珠表面積，使得增氧的效率與能力均偏低。此外，在夜晚期間，水產養殖池常常會有缺氧的情況產生，因為單一水車式增氧機的增氧能力為定值，若欲增加增氧能力，只能增加水車數量，會造成設備與電力成本的增加。
再者，傳統水車式增氧機設計時，因為在馬達與葉輪轉軸間需設置減速機構，以致於位於水面上的整體動力機構龐大且重心高，在強方吹襲下，容易因為動力機構與葉輪之葉面的迎風面大而發生翻覆。
另外，傳統水車式增氧機的全機重量接近一百公斤，人力操作起來並不輕鬆。若能改為馬達直驅，就可省下減速機構的重量。再配合使用輕巧的葉片模組，同時將提供浮力的浮體數量也減半，這樣的水車式增氧機將具備使用材料少、重量輕盈及使用便利等優點。
因此，本發明的目的，即在提供一種可改善先前技術之至少一個缺點的馬達直驅之水車式增氧機，即改善增氧的效率與能力、改善容易翻覆的高重心問題及改善機器的笨重與使用的不方便。
於是，本發明之馬達直驅之水車式增氧機，適用於漂浮設置在水體上，以增加漁業養殖池之溶氧量。該馬達直驅之水車式增氧機包含一個浮架機構、一個安裝在該浮架機構上的馬達裝置，及兩個左右對稱安裝在該馬達裝置的葉片機構。
該浮架機構包括一個支架模組，及兩個左右間隔安裝在該支架模組且使該支架模組略高於所述水體水面的浮體。該馬達裝置是固定在該支架模組上且介於該等浮體間，包括一個馬達本體，及兩個沿一左右延伸之旋轉軸線延伸且可被驅轉地安裝外露在該馬達本體之左右兩側的出力軸。該等葉片機構是可被驅轉地分別安裝在該等出力軸，而分別介於同側之浮體與該馬達本體間。每一葉片機構包括一個同軸固接於各別之出力軸的軸接件，及一個可被帶動旋轉地固接於該軸接件之葉片模組。該葉片模組具有兩個左右延伸，且與該旋轉軸線間隔平行地分別間隔位於該軸接件之徑向相背兩側之長片狀的打水板，每一打水板具有一個迎水面與一個背水面，且具有多個沿其長向間隔分佈並貫穿該迎水面與該背水面的穿孔，每一葉片機構被該馬達裝置驅轉時，會以該等打水板交替旋轉位移拍打並撕裂所述水體以產生往空中飛散之水珠。
本發明的功效在於：透過架設在該浮架機構上的該馬達裝置會直接驅轉該等葉片機構，以及該等葉片機構之結構與孔洞設計，可利用較高的打水速度所產生的速度差，令被拍打到的水體被順利撕裂並產生大量的水珠表面積，可有效提高對水體供氧的效率與能力。
在本發明被詳細描述前，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、2、3，本發明馬達直驅之水車式增氧機200的一個實施例，適用於漂浮設置在一個水產養殖池的水體900上，而可用以打水以增加所述水體900的溶氧量。該馬達直驅之水車式增氧機200包含一個用以漂浮設置在所述水體900上的浮架機構3、一個安裝在該浮架機構3上的馬達裝置4，及兩個左右對稱安裝在該馬達裝置4左右兩側的葉片機構5。
該浮架機構3包括一個支架模組31，及兩個左右間隔設置在該支架模組31而使該支架模組31高於水面的浮體32。該支架模組31包括兩個左右水平延伸且前後間隔平行的水平桿311、一個前後延伸跨接在該等水平桿311之長度中心區段間的跨接桿單元312，及兩個分別固定在該等水平桿311長度中心區段的繫繩環33。該等浮體32是前後延伸地分別跨接在該等水平桿311的左端部間與右端部間，且每一浮體32與該等水平桿311及該跨接桿單元312相配合圍繞界定出一個打水區間310。
該跨接桿單元312包括四個上下延伸且兩兩前後成對地左右對稱固接於該等水平桿311下方的垂直桿313，及兩個左右間隔平行且前後延伸地分別跨接在前後成對之該等垂直桿313底端間的跨接桿314。
參閱圖1、2、4，該馬達裝置4為低轉速高扭力的馬達類型，包括一個跨設固定在該等跨接桿314上的馬達本體41，及兩個沿一左右延伸之旋轉軸線40延伸設置在該馬達本體41的出力軸42，該等出力軸42是分別突伸外露於該馬達本體41之左右兩側，而大致與該等水平桿311等高，且可被該馬達本體41同步驅轉。
參閱圖1、4、5，該等葉片機構5是可被驅轉地分別同軸安裝在該等出力軸42，而分別位於該等打水區間310。每一葉片機構5包括一個同軸組接於各別之出力軸42的軸接件51，及一個可被連動旋轉地安裝在該軸接件51末端的葉片模組52。
在本實施例中，每一葉片模組52是概呈倒H字型，包括一個以其長度中心區段固接各別之軸接件51的旋轉臂521，及兩個左右延伸且前後間隔平行地分別固接於該旋轉臂521之前後兩端的長片狀的打水板522，該旋轉臂521界定出一沿其長向延伸且正交於該旋轉軸線40的正交線50。
每一打水板522是以其長度中心區段固接於各別之旋轉臂521，且具有一個迎水面523與一個背水面524，並具有多個沿其長向間隔分佈且貫穿該迎水面523與該背水面524的穿孔525。
該葉片模組52被該軸接件51連動旋轉時，會以該等打水板522交替拍打所述水體900，並配合該等穿孔525結構設計來撕裂所述水體900，藉以產生往空中飛濺的水珠。
配合參閱圖6，定義該旋轉臂之旋轉半徑為r，而打水深度為h，每一打水板522旋轉位移至剛接觸所述水體900水面瞬間，該旋轉臂521的垂直傾角為
，而每一打水板522旋轉位移離開所述水體900水面瞬間，該旋轉臂521的垂直傾角為
。其中，
表示把水朝水平面以下的
度方向打，
表示把水朝水平面以上的
度方向打。且為了將水體900往空中打，增加水與空氣接觸的面積和時間，將該等打水板522設計成與該正交線50有一傾斜夾角
，利用反彈原理，使水的彈射方向增加
度，而可在每一個打水板522插入拍打所述水體900期間，使被拍打的水體900彈射方向落在
到
之角度範圍。
在本實施例中，每一打水板522的寬度範圍介於1~3 cm，長度範圍介於6~60cm，每一穿孔525若為圓形，則孔徑約為寬度的一半，即範圍介於0.5~1.5 cm。較佳旋轉半徑r範圍為10~20 cm，較佳打水深度h範圍為1~3 cm，所以
值較佳範圍介於20~40度，較佳傾斜夾角
範圍為10~30度。
參閱圖1、3、6，本發明馬達直驅之水車式增氧機200設置於一個漁業養殖池使用時，可透過固定於岸邊的拉引繩體（圖未示）穿設固定於該等繫繩環33，藉以將該馬達直驅之水車式增氧機200定位在漁業養殖池之預定位置。且可透過調整該等浮體32的浮力、該跨接桿314的高度、該等旋轉臂521的旋轉半徑r，或是在機器上增减一些負重，來調整每一打水板522插入所述水體900的打水深度h。
當該馬達直驅之水車式增氧機200的該馬達裝置4啟動時，該馬達本體41會直接驅轉該等出力軸42，並經由該等出力軸42直接帶動該等葉片機構5旋轉打水。在無使用減速機構的情況下，本發明藉由低轉速高扭力的該馬達裝置4及縮短長度的該旋轉臂521之使用，來降低打水板522的打水速度和頻率，最後並得以將其大小控制為傳統水車式增氧機打水板的打水速度和頻率的三倍左右。由於越接近水面的水越容易因拍打而飛濺起來，所以當該等葉片機構5的該等打水板522以三倍快的速度及三倍高的頻率旋轉拍打所述水體900之水面下1~3cm之淺層區域時，便可有效地產生大量的往前往上飛濺的水珠，且大量飛濺的細小水珠會形成水霧狀，而可大幅提高溶氧的效率與能力。
對漁業養殖池水體900而言，氧氣難以從空氣中溶入水中的障礙在於水分子間的氫鍵，氫鍵將水分子緊密地連接在一起，使得氧氣難以穿越水的表面進入水中。本發明之淺層打水方式旨在製造大量飛濺的細小水珠以形成可吸附氧氣之表面，待水珠掉落水面時將氧氣攜帶入水中。之後，再透過將水往前打的動量及存在於水中的大小渦漩、魚蝦泳動及溫度變化等各種對流機制將氧氣傳送至水體的遠處及底部。
以旋轉半徑r=12 cm，打水深度h=2 cm，
值為34度為例，當傾斜夾角
值為17度時，在每一打水板522旋轉位移打水期間，水體900被拍打彈射出去的角度範圍會介於0~68度；當
值為28度時，水體900被拍打彈射出去的角度範圍會介於22~90度。不同的
值，可產生不同的向前打或向上打之水霧散佈效果。
必須說明的是，在本實施例中，每一葉片模組52是以沿該正交線50延伸的該旋轉臂521連接該等打水板522，但實施時，在本發明之另一實施態樣中，安裝於該軸接件51與該等打水板522間的該旋轉臂521結構不以此為限，只要可使該等打水板522與該旋轉軸線40間隔平行。
綜上所述，透過架設在該浮架機構3上的該馬達裝置4會直接驅轉該等葉片機構5的結構設計，以及該等葉片機構5之結構設計，本發明馬達直驅之水車式增氧機200相對於傳統水車式增氧機具有以下優點：
（1）更高溶氧效率與能力：由於是採用淺層水體拍打結構設計，以及以該馬達裝置4直接驅動該等葉片機構5，並以較傳統快約三倍的拍打速度和高約三倍的拍打頻率之打水設計，所以可更容易拍打撕裂水體900以產生大量飛濺水珠，進而有助於增加水體900溶氧效率。由於單機增氧能力提升，所以可以更少數量的馬達直驅之水車式增氧機200達到相同的供氧效果，而有助於降低設備與電費成本；或用相同數量的馬達直驅之水車式增氧機200達到加倍的增氧效果，而有助於提高養殖總量或降低缺氧風險。
（2）降低翻覆風險：由於是以該馬達裝置4之該等出力軸42直接驅轉該等葉片機構5，在不需設置減速機構的情況下，可大幅降低該馬達裝置4的重心高度，且因該等打水板522是採用長片狀結構，迎風面小，所以不易因強風吹襲而翻覆。
（3）重量輕盈與使用便利：馬達直驅設計省下減速機構的重量，再配合輕巧型葉片模組52的使用，重量大幅減輕的同時，所需浮體32的數量也跟著減半，這樣的水車式增氧機將具備使用材料少、重量輕盈及使用便利等優點。
因此，本發明馬達直驅之水車式增氧機200確實是一種相當創新實用的設計，確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
200:馬達直驅之水車式增氧機
3:浮架機構
31:支架模組
310:打水區間
311:水平桿
312:跨接桿單元
313:垂直桿
314:跨接桿
32:浮體
33:繫繩環
4:馬達裝置
40:旋轉軸線
41:馬達本體
42:出力軸
5:葉片機構
50:正交線
51:軸接件
52:葉片模組
521:旋轉臂
522:打水板
523:迎水面
524:背水面
525:穿孔
900:水體
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：
圖1是本發明馬達直驅之水車式增氧機的一個實施例的立體圖；
圖2是該實施例的俯視圖；
圖3是該實施例的前側視圖，並示意說明兩個葉片模組旋轉至其中一個打水板插入水體時的情況；
圖4是該實施例的不完整的立體分解圖，說明一個葉片模組的結構；
圖5是該實施例之一個葉片模組的側視圖；及
圖6是該實施例之一個葉片模組被驅動旋轉打水時作動示意圖，說明一個打水板旋轉位移插入並劃過所述水體的過程。
200:馬達直驅之水車式增氧機
3:浮架機構
31:支架模組
311:水平桿
312:跨接桿單元
313:垂直桿
314:跨接桿
32:浮體
33:繫繩環
4:馬達裝置
40:旋轉軸線
41:馬達本體
5:葉片機構
50:正交線
51:軸接件
52:葉片模組
521:旋轉臂
522:打水板
Claims (8)
- 一種馬達直驅之水車式增氧機，適用於漂浮設置在水體上，並包含：一個浮架機構，包括一個支架模組，及兩個左右間隔安裝在該支架模組且使該支架模組高於所述水體水面的浮體；一個馬達裝置，固定在該支架模組上且介於該等浮體間，包括一個馬達本體，及兩個沿一左右延伸之旋轉軸線延伸且可被驅轉地安裝外露在該馬達本體之左右兩側的出力軸；及兩個葉片機構，左右對稱且可被驅轉地分別安裝在該等出力軸，而分別介於同側之浮體與該馬達本體間，每一葉片機構包括一個同軸固接於各別之出力軸的軸接件，及一個可被帶動旋轉地固接於該軸接件且概呈倒H字型之葉片模組，每一葉片模組具有一個沿一正交於該旋轉軸線之正交線延伸且可被驅轉地以其中心區段固接於該軸接件的旋轉臂，及兩個左右水平延伸且分別固接於該旋轉臂之兩相反端之長片狀的打水板，該等打水板是與該旋轉軸線間隔平行地分別間隔位於該軸接件之徑向相背兩側，每一打水板的寬度介於1~3cm，具有一個迎水面與一個背水面，且具有多個沿其長向間隔分佈並貫穿該迎水面與該背水面的穿孔，每一葉片機構被該馬達裝置驅轉時，會以該等打水板交替旋轉位移拍打並撕裂所述水體以產生往空中飛散之水珠，每一打水板旋轉位移插入所述水體時的打 水深度介於1~3cm。
- 如請求項1所述的馬達直驅之水車式增氧機，其中，該打水板之該迎水面與一正交於該旋轉軸線之正交線夾一個傾斜夾角。
- 如請求項1或2所述的馬達直驅之水車式增氧機，其中，該支架模組包括兩個左右水平延伸且前後間隔平行之水平桿，及一個前後延伸跨接在該等水平桿中心區段間的跨接桿單元，該馬達本體是固定在該跨接桿單元上，該等浮體是前後延伸地分別跨接在該等水平桿的左端部間與右端部間，且每一浮體與該等水平桿及該跨接桿單元相配合圍繞界定一個打水區間，該等葉片模組是分別位於該等打水區間。
- 如請求項3所述的馬達直驅之水車式增氧機，其中，該跨接桿單元包括四個兩兩前後成對地固接於該等水平桿且自該等水平桿往下延伸之垂直桿，及兩個前後延伸且分別跨接在前後成對之該等垂直桿底端間的跨接桿，該馬達本體是跨接固定在該等跨接桿上。
- 如請求項3所述的馬達直驅之水車式增氧機，其中，該支架模組還包括兩個分別固定在該等水平桿之繫繩環。
- 如請求項1或2所述的馬達直驅之水車式增氧機，其中，每一打水板之該迎水面與該正交線的該傾斜夾角範圍介於10~30度。
- 如請求項6所述的馬達直驅之水車式增氧機，其中，每一打水板剛接觸水體時，該正交線之垂直傾角為-α，每一打 水板剛脫離所述水體時，該正交線之垂直傾角為+α，所述α值介於20~40度。
- 如請求項1所述的馬達直驅之水車式增氧機，其中，每一打水板之每一穿孔的孔徑介於0.5~1.5cm。
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