TWI742929B

TWI742929B - 流體產能方法及用以實施該方法的流體動力裝置

Info

Publication number: TWI742929B
Application number: TW109140116A
Authority: TW
Inventors: 李世正; 李家宏
Original assignee: 李世正
Priority date: 2020-11-17
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2021-10-11
Also published as: TW202221226A

Abstract

一種流體產能方法係包含：將一擺臂的二端分別樞接一中心柱及結合一框架，一卡固組件連接樞接於該框架的一前翼部及一後翼部；該後翼部被該卡固組件限制於一第一側後極限位，且該後翼部較該前翼部傾斜，流體帶動該框架連動該擺臂往該中心柱的一側擺動，該前翼部轉向並連動該卡固組件釋放該後翼部，以帶動該框架連動該擺臂往該中心柱的另一側擺動，使該後翼部樞轉至一第二側後極限位並再度被該卡固組件卡固；連接該擺臂的一能量產生器隨該框架產生往復擺動以產生能量。本發明另揭示用以實施該方法的流體動力裝置。

Description

流體產能方法及用以實施該方法的流體動力裝置

本發明係關於一種產能方法及其使用的裝置，尤其是一種可利用流體產生往復位移而產能的流體產能方法及用以實施該方法的流體動力裝置。

近年來，隨環保意識的抬頭，許多國家已相繼提倡減少非再生能源之消耗，並積極投入可再生能源的發展。可再生能源包含了太陽能、風力、水力、波浪、海流及潮汐等自然能。其中，水力發電(Hydropower)係利用水位的落差在重力作用下流動，將水的勢能轉換成電能。常見的水力發電形式除了水庫式水力發電(Conventional hydroelectricity)外，還包含有川流式水力發電(Run of the river hydroelectricity)；其係利用依預定方向流動的水流作為動力來源，推動架設於水流中的動力裝置運作者。

請參照第1圖，其係一種習知的川流式水力發電裝置9，該習知的川流式水力發電裝置9具有一滑桿91、至少一推進翼92及一轉向機構93。該滑桿91橫跨架設於一流道F的二側，該至少一推進翼92樞接於該滑桿91並位於該流道F中。該轉向機構93具有相間隔的二限位元件931，一連桿932平行於該滑桿91並能夠在該二限位元件931之間平移，一調整桿933的二端分別樞接於該連桿932及該推進翼92。類似於該習知的川流式水力發電裝置9的一實施例已揭露於中華民國公告第I697615號專利案當中。

上述習知的流體動力裝置9運作時，朝右側偏擺的該推進翼92(如第1圖所示)可受水流推進，連動該滑桿91及該連桿932朝左側平移，直至該連桿932的左端碰觸位於左側的該限位元件931，使該連桿932停止平移，而該滑桿91則可藉由慣性繼續朝左側平移，使該推進翼92及該調整桿933相對於該連桿932樞轉至該推進翼92變成朝左側偏擺(如第2圖所示)，進而受水流推進以連動該滑桿91及該連桿932朝右側平移。如此，該滑桿91可進行往復式的左右平移，進而致動一發電機E運作。

惟，請參照第2圖，當該推進翼92相對於該連桿932樞轉至平行於水流方向時，水流即無法再藉由該推進翼92提供該滑桿91繼續朝左側平移的力量。而該推進翼92一旦藉由該滑桿91的慣性帶動而稍加朝左側偏擺，該推進翼92將立即受到水流力量壓制，使該推進翼92無法繼續朝左側偏擺，同時也會對該滑桿91產生抑制其繼續朝左側平移的力量，故該習知的流體動力裝置9恐怕無法如預期運作，實有加以改善之必要。

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種流體產能方法，可由流體致動，並可確實且持續性地產生往復式運動而產能。

本發明的次一目的是提供一種流體動力裝置，可用以實施該流體產能方法，且可易於製造及組裝。

本發明全文所述方向性或其近似用語，例如「前」、「後」、「左」、「右」、「上(頂)」、「下(底)」、「內」、「外」、「側面」等，主要係參考附加圖式的方向，各方向性或其近似用語僅用以輔助說明及理解本發明的各實施例，非用以限制本發明。

本發明全文所記載的元件及構件使用「一」或「一個」之量詞，僅是為了方便使用且提供本發明範圍的通常意義；於本發明中應被解讀為包括一個或至少一個，且單一的概念也包括複數的情況，除非其明顯意指其他意思。

本發明全文所述「結合」、「組合」或「組裝」等近似用語，主要包含連接後仍可不破壞構件地分離，或是連接後使構件不可分離等型態，係本領域中具有通常知識者可以依據欲相連之構件材質或組裝需求予以選擇者。

本發明的流體產能方法，包含：將一中心柱、一擺臂及一流體動力裝置架設於一流場中，該擺臂的一端樞接該中心柱，該擺臂的另一端結合該流體動力裝置的一框架，該流體動力裝置具有一前翼部樞接於該框架的一前樞接部，一後翼部樞接於該框架的一後樞接部，一卡固組件位於該框架並連接該前翼部與該後翼部；該流場中的流體依序流經該前翼部及該後翼部，該前翼部樞轉至一第一側前極限位，該後翼部被該卡固組件限制於一第一側後極限位，且該後翼部較該前翼部傾斜，該流體作用於該前翼部及該後翼部以帶動該框架連動該擺臂往該中心柱的一側擺動，並於該前翼部轉向且樞轉至一第二側前極限位時連動該卡固組件釋放該後翼部，並帶動該框架連動該擺臂往該中心柱的另一側擺動，使該後翼部樞轉至一第二側後極限位並再度被該卡固組件卡固；一能量產生器連接該擺臂，該擺臂隨該框架產生往復擺動以連動該能量產生器產生能量。

本發明另提供一種流體動力裝置，包含：一框架，具有一前樞接部及一後樞接部，該前樞接部及該後樞接部各具有至少一轉動件；一前翼部，具有數個翼片組，該翼片組具有一轉軸凸出於一前翼片的一端，該轉軸樞接於該前樞接部的轉動件並結合至少一支桿，任二相鄰轉軸上相對的二支桿綁固有一繩索；一後翼部，具有至少一翼片組，該翼片組具有一轉軸凸出於一後翼片的一端，該轉軸樞接於該後樞接部的轉動件；及一卡固組件，具有至少一齒盤結合該後翼部的轉軸，二卡抵件分別樞接於該框架，各該卡抵件的一端形成一卡抵部，該二卡抵件分別由該卡抵部可分離地抵接該齒盤的二側，各該卡抵件具有一彈性限制部，一復位件的二端分別連接該二卡抵件的彈性限制部，各該卡抵件具有一接線部，該彈性限制部位於該卡抵部與該接線部之間，二連動索分別連接該二接線部與位於不同側的其中二支桿；其中，該前翼部的翼片組樞轉至一第一側前極限位，該後翼部的轉軸被該卡固組件限制於一第一側後極限位，且該後翼部的後翼片較該前翼部的前翼片傾斜；該前翼部的前翼片轉向且樞轉至一第二側前極限位時連動該卡固組件釋放該後翼部的轉軸，該後翼部的轉軸樞轉至一第二側後極限位並再度被該卡固組件卡固。

本發明再提供一種流體動力裝置，包含：一框架，具有一前樞接部及一後樞接部，該前樞接部及該後樞接部各具有至少一轉動件；一前翼部，具有數個翼片組，各該翼片組具有一轉軸凸出於一前翼片的一端，該轉軸樞接於該前樞接部的轉動件並結合至少一支桿，任二相鄰轉軸上相對的二支桿綁固有一繩索；一後翼部，具有數個翼片組，各該翼片組具有一轉軸凸出於一後翼片的一端，該轉軸樞接於該後樞接部的轉動件；及一卡固組件，具有數個齒盤分別結合該後翼部的數個轉軸，二卡抵件分別樞接於該框架，各該卡抵件的一端形成一卡抵部，該二卡抵件分別由該卡抵部可分離地抵接不同齒盤的不同側，各該卡抵件具有一彈性限制部，一復位件的二端分別連接該二卡抵件的彈性限制部，各該卡抵件具有一接線部，該彈性限制部位於該卡抵部與該接線部之間，二連動索分別連接該二接線部與位於不同側的其中二支桿；其中，該前翼部的翼片組樞轉至一第一側前極限位，該後翼部的轉軸被該卡固組件限制於一第一側後極限位，且該後翼部的後翼片較該前翼部的前翼片傾斜；該前翼部的前翼片轉向且樞轉至一第二側前極限位時連動該卡固組件釋放該後翼部的轉軸，該後翼部的轉軸樞轉至一第二側後極限位並再度被該卡固組件卡固。

據此，本發明的流體產能方法，可以利用流體帶動該框架以連動該擺臂擺動；特別是，該前翼部與流向平行而失去動力時，可藉由仍未平行於流向的後翼部提供動力而持續位移，並促使該前翼部及該後翼部先後在準確的時機上轉向，以由該前翼部與該後翼部之相輔相成，有效利用再生能源持續性地產生往復式運動而產能，符合環保能源的發展趨勢。本發明的流體動力裝置可用以實施該流體產能方法，且該流體動力裝置的構件簡易，可易於製造及組裝，有助降低產能成本，並具有提升該流體動力裝置運作順暢度等功效。

其中，該前翼片及該後翼片皆可以位於該框架的下方。如此，在流體為液體的應用例中，該前翼片及該後翼片可以伸入液體中，而該框架及該擺臂等構件則可以不伸入液體中，以減少擺動阻力，具有提升該流體動力裝置相對於該中心柱擺動的順暢度等功效。

其中，該前翼部的轉軸可以對位於該前翼片的後側緣，該後翼部的轉軸可以對位於該後翼片的前側緣。如此，流體對該前翼片及該後翼片的擺動方向干擾，具有提升該流體動力裝置相對於該中心柱擺動的順暢度等功效。

其中，該翼片組的數量可以為數個，一平面連桿組可以位於該框架內部，該平面連桿組的數個搖桿可以分別結合該數個翼片組的轉軸。如此，該前翼部或該後翼部的數個翼片組將可同步樞轉相同方向及角度，具有提升該流體動力裝置運作順暢度等功效。

〔本發明〕

1:中心柱

2:擺臂

3:框架

31:前樞接部

32:後樞接部

33:轉動件

4:前翼部

41:翼片組

411:轉軸

412:前翼片

412a:前側緣

412b:後側緣

42:平面連桿組

421:搖桿

43:轉幅限制模組

431:支桿

432:繩索

5:後翼部

51:翼片組

511:轉軸

512:後翼片

512a:前側緣

512b:後側緣

52:平面連桿組

521:搖桿

6:卡固組件

61:齒盤

62:卡抵件

621:卡抵部

622:彈性限制部

623:接線部

63:復位件

64:連動索

7:能量產生器

D:流體動力裝置

〔習用〕

9:川流式水力發電裝置

91:滑桿

92:推進翼

93:轉向機構

931:限位元件

932:連桿

933:調整桿

E:發電機

F:流道

〔第1圖〕一種習知的川流式水力發電裝置圖。

〔第2圖〕如第1圖所示的動作情形圖。

〔第3圖〕本發明較佳實施例的立體圖。

〔第4圖〕如第3圖所示的局部構造放大圖。

〔第5圖〕本發明較佳實施例的組合俯視圖。

〔第6圖〕本發明較佳實施例往右擺盪時的動作情形圖。

〔第7圖〕本發明較佳實施例在前翼部與流向平行時的動作情形圖。

〔第8圖〕本發明較佳實施例在前翼部轉向前的動作情形圖。

〔第9圖〕本發明較佳實施例往左擺盪時的動作情形圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第3、6圖所示，本發明的流體產能方法，包含：將一中心柱1、一擺臂2及一流體動力裝置D架設於一流場中，該擺臂2的一端可以樞接該中心柱1，該擺臂2的另一端可以結合該流體動力裝置D的一框架3，該流體動力裝置D可以具有一前翼部4樞接於該框架3的一前樞接部31，一後翼部5可以樞接於該框架3的一後樞接部32，一卡固組件6位於該框架3並可以連接該前翼部4與該後翼部5，一能量產生器7可以直接或間接地連接該擺臂2。該流場中的流體依序流經該前翼部4及該後翼部5，使該前翼部4可以順著流體樞轉，直到該前翼部4樞轉至一第一側前極限位；該後翼部5則被該卡固組件6限制於一第一側後極限位而暫時無法樞轉，且該後翼部5此時將呈現較該前翼部4傾斜的狀態。該流體作用於傾斜的該前翼部4及該後翼部5，可以帶動該框架3連動該擺臂2往該中心柱1的一側擺動(依第6圖而言，該擺臂2是往該中心柱1的右側擺動而順時針樞轉)。

請參照第7圖所示，在該框架3位移至該前翼部4與流體流動方向平行時，流體將無法透過該前翼部4產生推動該框架3繼續位移的力量；此時，由於該後翼部5尚未平行於流體的流動方向，使流體仍可藉由作用於該後翼部5的力量推動該框架3繼續位移，從而使該前翼部4再度不平行於流體的流動方向，並可如第8圖所示，使流體改作用於該前翼部4的另一側，致使該前翼部4轉向，且受流體作用而樞轉至一第二側前極限位的前翼部4可以連動該卡固組件6釋放該後翼部5，並帶動該框架3連動該擺臂2往該中心柱1的另一側擺動(依第7圖而言，該擺臂2是往該中心柱1的左側擺動而逆時針樞轉)，使該後翼部5因移動慣性而迅速樞轉至一第二側後極限位(如第9圖所示的後翼部5狀態)，並再度被該卡固組件6卡固而暫時無法樞轉。

請參照第3圖所示，該擺臂2可以隨該框架3依上述方式順暢且持續地產生往復性的擺動運動，故該擺臂2可以連動該能量產生器7產生能量。舉例而言，該能量產生器7可以為發電機以產生電能，或是活塞裝置以對一儲氣槽加壓等任何能夠產生可直接或間接利用的能量形式者，本發明均不加以限制。又，該流體可以是氣體或液體，即本發明的流體產能方法可以利用風力產生能量，或也可以利用河川、溪流甚至溝渠等處的流水產生能量，應用面十分廣泛且環保。

此外，以下另具體提供能夠實施上述流體產能方法的其中一種流體動力裝置D，且本案圖式所示者僅為該流體動力裝置D的一較佳實施例，而不以圖式所示者限制本發明。

請參照第3、5圖所示，本實施例的流體動力裝置D，其框架3係用以供前翼部4、後翼部5及卡固組件6等構件組裝定位，及供前述擺臂2結合相連者，本發明不限制該框架3的型態，亦不以圖式所揭露型態為限。在本實施例中，該框架3可以是由數個管件搭建而成的縷空體。該框架3的前樞接部31較該框架3的後樞接部32鄰近該擺臂2，該前樞接部31及該後樞接部32各可以具有至少一轉動件33，該轉動件33可例如為軸承。

該前翼部4可以具有至少一翼片組41，本實施例選擇以數個翼片組41為例進行說明，但不以此為限。該翼片組41可以具有一轉軸411凸出於一前翼片412的一端，該轉軸411可以樞接於該前樞接部31的轉動件33，使該前翼片412可以位於整體框架3的下方。其中，該前翼片412可以具有一前側緣412a與一後側緣412b，該轉軸411可概對位於該前翼片412的後側緣412b。當該翼片組41的數量為數個時，該前翼部4可以具有一平面連桿組42位於該框架3內部，並可以由該平面連桿組42的數個搖桿421分別結合該數個翼片組41的轉軸411，使該數個翼片組41能同步樞轉相同方向及角度。

該前翼部4另可以具有一轉幅限制模組43，該轉幅限制模組43可以直接或間接地結合該前翼部4的翼片組41，用以限制該翼片組41的樞轉幅度，使該翼片組41順著流體產生樞轉的過程中，最多只能往一側樞轉至一第一側前極限位(如第6圖所示的翼片組41狀態)，及往另一側樞轉至一第二側前極限位(如第9圖所示的翼片組41狀態)。在本實施例中，由於該翼片組41的數量為數個，故該轉幅限制模組43可以具有數個支桿431，各該轉軸411可以與該數個支桿431中的一或二個支桿431相結合，再於任二相鄰轉軸411上相對的二支桿431上綁固一繩索432，除了該數個翼片組 41位於該第一側前極限位或該第二側前極限位的時候，該繩索432都會呈現未被張緊的鬆弛狀。如此，請參照第6圖所示，當該數個翼片組41由該平面連桿組42的限制而同步樞轉至該數個繩索432被張緊時，該數個翼片組41即位於該第一側前極限位；同理，第9圖所示則為該數個翼片組41位於該第二側前極限位，使該數個繩索432再度被張緊。

該後翼部5可以具有至少一翼片組51，本實施例同樣可以使該翼片組51的數量為數個，但不以此為限。該翼片組51可以具有一轉軸511凸出於一後翼片512的一端，該轉軸511可以樞接於該後樞接部32的轉動件33，使該後翼片512可以位於整體框架3的下方。亦即，在流體為液體的應用例中，該前翼片412及該後翼片512係可以伸入液體中，而該框架3及該擺臂2等構件則可以不伸入液體中，以減少擺動阻力。又，該後翼片512可以具有一前側緣512a與一後側緣512b，該轉軸511可概對位於該後翼片512的前側緣512a。當該翼片組51的數量為數個時，該後翼部5可以具有一平面連桿組52位於該框架3內部，並可以由該平面連桿組52的數個搖桿521分別結合該數個翼片組51的轉軸511，使該數個翼片組51能同步樞轉相同方向及角度。

請參照第4、5圖所示，該卡固組件6位於該框架3並可以連接該前翼部4與該後翼部5，該卡固組件6可用以卡固該後翼部5，並於該前翼部4轉向時釋放該後翼部5。在本實施例中，該卡固組件6可以具有數個齒盤61分別結合該後翼部5的數個轉軸511，使該齒盤61能夠隨對應的轉軸511同步樞轉。

該卡固組件6可以具有二卡抵件62分別樞接於該框架3，各該卡抵件62的一端形成一卡抵部621，且該二卡抵件62可以分別由該卡抵部621可分離地抵接該齒盤61外周緣上的齒部，使該齒盤61被該卡抵部621 抵接時，該後翼部5的翼片組51可以往遠離該卡抵部621的方向樞轉，但無法往靠近該卡抵部621的方向樞轉。該二卡抵件62的卡抵部621可選擇抵接於同一齒盤61的二側，或是不同齒盤61的不同側；例如其中一卡抵件62的卡抵部621可分離地抵接於其中一齒盤61的左側，另一卡抵件62的卡抵部621可分離地抵接於另一齒盤61的右側。各該卡抵件62的另一端還可以具有一彈性限制部622及一接線部623，該彈性限制部622位於該卡抵部621與該接線部623之間。一復位件63的二端可分別連接至該二卡抵件62的彈性限制部622，該復位件63可例如為一拉伸彈簧。二連動索64可以分別連接該二接線部623與該轉幅限制模組43對位於該擺臂2不同側的其中二支桿431。

請參照第3、6圖所示，本實施例的流體動力裝置D可以架設於一流場中，且該流場中的流體可依序流經該前翼部4及該後翼部5。如此，該前翼片412可以受流體作用而樞轉，並受該轉幅限制模組43作用而使該前翼部4的翼片組41維持停止在該第一側前極限位；該後翼部5則藉由其中一前述卡抵件62的卡抵部621抵住該齒盤61，使該後翼部5的翼片組51維持停止在該第一側後極限位而暫時無法樞轉，且該後翼部5的後翼片512此時將呈現較該前翼部4的前翼片412傾斜的狀態。例如，在第6圖所示的狀態下，當該前翼部4的數個翼片組41位於該第一側前極限位時，左側的連動索64可被張緊並拉動該復位件63的右側彈性變形，使右側的卡抵件62的卡抵部621不卡掣右側的齒盤61；右側的連動索64則呈鬆弛狀而未致使該復位件63的左側彈性變形，使左側的卡抵件62的卡抵部621卡掣於左側的齒盤61，以同時抑制該後翼部5的數個翼片組51順時針樞轉。維持傾斜的前翼片412及後翼片512皆可由左側受流體作用，產生帶動該框架3往該中心柱1的右側擺動的效果，從而連動該擺臂2順時針樞轉。

請參照第7圖所示，當該前翼片412與流體流動方向平行時，流體將無法透過該前翼片412產生推動該框架3繼續位移的力量；此時，由於較該前翼片412更加傾斜的後翼片512仍未平行於流體的流動方向，使流體仍可藉由作用於該後翼片512的力量，推動該框架3繼續位移至第8圖所示位置，使得該前翼片412能再度不平行於流體的流動方向，且流體改成作用於該前翼片412的右側，從而致使該前翼片412能夠順應流向迅速地順時針樞轉成第9圖所示狀態，以再度張緊該繩索432並到達該前翼片412的第二側前極限位。

更詳言之，在該前翼片412從第8圖所示狀態轉變成第9圖所示狀態的過程中，在該前翼片412轉向的瞬間，該數個繩索432及該二連動索64均可放鬆而不被張緊，使該復位件63得以彈性復位，致使右側的卡抵件62的卡抵部621卡掣右側的齒盤61。而該前翼片412因受流體作用而迅速地樞轉到該第二側前極限位時，則換成右側的連動索64被張緊並拉動該復位件63的左側彈性變形，使左側的卡抵件62的卡抵部621可釋放左側的齒盤61，而暫時無法限制該後翼部5的翼片組51不能順時針樞轉。因此，由於已轉向的前翼片412於此時係帶動該框架3往該中心柱1的左側擺動，及連動該擺臂2逆時針樞轉，故暫時能夠順時針樞轉的翼片組51即可在該框架3往該中心柱1的左側擺動的過程中，因移動慣性而瞬間轉向且迅速順時針樞轉，從第8圖所示狀態轉變成第9圖所示狀態，直至該翼片組51到達該第二側後極限位，並由右側的卡抵件62的卡抵部621抑制該數個翼片組51逆時針樞轉，且該後翼片512此時同樣會呈現較該前翼片412傾斜的狀態。

據此，維持傾斜的前翼片412及後翼片512皆可由右側受流體作用，產生帶動該框架3往該中心柱1的左側擺動的效果，從而連動該擺臂2逆時針樞轉。直至該框架3已位於該中心柱1的左側，且該前翼片412又與流體流動方向平行時，再藉由仍未平行於流向的後翼片512推動該框架3繼續稍向左位移，及使該前翼片412與該後翼片512再陸續轉向，即可再帶動該框架3往該中心柱1的右側擺動及連動該擺臂2順時針樞轉。因此，本實施例的流體動力裝置D確實可用以實施上述的流體產能方法，使該框架3與該擺臂2同步地在該中心柱1的左側與右側之間順暢且持續地往復擺動，從而連動該能量產生器7產生能量。

綜上所述，本發明的流體產能方法，可以利用流體帶動該框架以連動該擺臂擺動；特別是，該前翼部與流向平行而失去動力時，可藉由仍未平行於流向的後翼部提供動力而持續位移，並促使該前翼部及該後翼部先後在準確的時機上轉向，以由該前翼部與該後翼部之相輔相成，有效利用再生能源持續性地產生往復式運動而產能，符合環保能源的發展趨勢。本發明的流體動力裝置可用以實施該流體產能方法，且該流體動力裝置的構件簡易，可易於製造及組裝，有助降低產能成本。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。