TWI765639B - 水力發電測試機 - Google Patents

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Abstract

一種水力發電測試機包含一水箱單元、一硬體單元，及一主發電單元。該水箱單元包括一供水水箱，及一抽水水箱。該硬體單元包括一具有一入水口的連接組、一界定出一主出水口的主流道組，及一與該主流道組相間隔並界定出一疏洪出水口的疏洪流道組。該主流道組與該疏洪流道組二者至少其中一者是可拆卸地安裝於該連接組，並供一流體自該供水水箱流至該抽水水箱。該主發電單元包括一主螺桿葉片，及一主發電模組。該主發電模組用於將該螺桿葉片之旋轉的動能轉換為電能。透過設置該疏洪流道組，以使在流量大時，可以透過該疏洪出水口排水，達到提升排水效果的功效。

Description

水力發電測試機
本發明是有關於一種水力發電設備，特別是指一種水力發電測試機。
現有的水力發電測試機，由於需測試在多種流量下的發電效率，且為了要符合一般河流的流量，會需要測試較大的流量之狀況。但是，當流量大時，現有的水力發電測試機無法及時排水。如應用到實際河川時，可能會導致河川地排洪功能減弱。
因此，本發明之目的，即在提供一種提升排水效果的水力發電測試機。
於是，本發明水力發電測試機適用於設置於一流體，該水力發電測試機包含一水箱單元、一硬體單元，及一主發電單元。
該水箱單元包括一供水水箱、一抽水水箱，及一連通該供水水箱與該抽水水箱的管路組。
該硬體單元包括一具有一入水口且連通於該供水水箱的連接組、一安裝於該連接組且界定出一主出水口的主流道組，及一安裝於該連接組且與該主流道組相間隔並界定出一疏洪出水口的疏洪流道組。該主流道組與該疏洪流道組二者至少其中一者是可拆卸地安裝於該連接組，且連通於該抽水水箱，並供流體自該供水水箱流至該抽水水箱。
該主發電單元設置於該供水水箱與該抽水水箱間，且連接於該主流道組之一端，並包括一設置於該主流道組且位於該出水口與該入水口間的主螺桿葉片，及一主發電模組。該主螺桿葉片被流動於該主流道組的流體帶動而旋轉。該主發電模組用於將該螺桿葉片之旋轉的動能轉換為電能。
本發明之功效在於：透過設置該疏洪流道組，以使在流量大時，可以透過該疏洪出水口排水，達到提升排水效果的功效。
參閱圖1、圖4與圖5，本發明水力發電測試機的實施例，適用於設置於一流體，該水力發電測試機包含一水箱單元1、一硬體單元2、一主發電單元3、一副發電單元4、一抽水單元5，及一中控單元6。
該水箱單元1包括一供水水箱11、一抽水水箱12、一發電水箱13、一管路組14，及一流量控制閥15(參圖8A)。
該管路組14包括一連通該發電水箱13與該供水水箱11且供該流量控制閥15設置的供水管路141、一連通於該抽水水箱12與該發電水箱13的抽水管路142，及一連通該供水水箱11與該抽水水箱12的回水管路143。
該流量控制閥15(參圖8A)適用於控制該流體進入該發電水箱13的流量大小，藉此可以量測在不同流量下的發電效率。
該硬體單元2包括一連通於該供水水箱11的連接組21、一供該連接組21設置且位於該發電水箱13的支架組22、一安裝於該連接組21的主流道組23，及一安裝於該連接組21且與該主流道組23相間隔的疏洪流道組24。
該連接組21包括一連通該供水水箱11 且呈漏斗狀的入水件211，及一連接該入水件211的連接件212。
該入水件211連接於該連接件212之鄰近於該供水水箱11的一側，並適用於接收來自該供水水箱11的流體，且界定出一入水口213。
參閱圖2與圖3，該支架組22具有二固定支架221、二調整支架222、一樞接於該等固定支架221且可拆卸地安裝於該等調整支架222的支撐件223，及四個分別為於該等固定支架221與該等調整支架222之底部的加固件224。
每一固定支架221具有一固定孔225，每一調整支架222具有四個位於不同高度的調整孔226。
該支撐件223的一端透過一軸件樞接於該等固定孔224，另一端透過另一軸件可拆卸地固定於該等調整支架222的其中二位於相同高度的調整孔226，藉此，使用者可以透過將該另一軸件穿入不同高度的調整孔226而調整該支撐件223與一水平面的角度。在本實施例中，該角度分別是30度、40度、45度與50度，在本實施例的提他變化態樣中，使用者也可以根據自身實驗設計而調整為不同角度。
參圖4、圖5與圖6，該主流道組23連接於該連接件212之相反於該入水件211的一側，並包括一連接於該連接件212且界定出一主安裝空間232且呈管狀的主流道件231、一連接於該主流道件231之相反於該連接件212之一側且界定出一主出水口234的主擋板233、一主轉接件235、一連接於該主轉接件235與該主發電模組32的主聯軸器236，及一設置於該主擋板233的主軸承237。
該疏洪流道組24連接於該連接件212之相反於該入水件211的一側，並包括一連接於該連接件212且界定出一疏洪安裝空間242且呈管狀的疏洪流道件241、一連接於該疏洪流道件241之相反於該連接件212之一側且界定出一疏洪出水口244的疏洪擋板243、一疏洪轉接件245、一連接於該疏洪轉接件245與該疏洪發電模組的疏洪聯軸器246，及一設置於該疏洪擋板243的疏洪軸承247。
在本實施例中，該主流道組23與該疏洪流道組24皆是可拆卸地安裝於該連接組21，且連通於該抽水水箱12，並供流體自該供水水箱11流至該抽水水箱12，在本實施例的其他變化態樣中，也可以僅是該主流道組23或該疏洪流道組24可拆卸地安裝於該連接組21，只要該主流道組23與該疏洪流道組24二者至少其中一者是可拆卸地安裝於該連接組21，即可以達成本實施例的功效。
值得說明的是，在本實施例中，該主軸承237與該疏洪軸承247是滾珠止推軸承，以縮小後述之主螺桿葉片31與副螺桿葉片41的偏心問題，並提升該主螺桿葉片31、該副螺桿葉片41轉動的流暢性，此外，還使該能抵擋軸向力，以減少該主螺桿葉片31 及該副螺桿葉片41的磨損。
值得說明的是，在本實施例中，該主流道件231與該疏洪流道件241的截面呈圓形，達到方便攜帶的功效。
參圖5、圖6與圖7A~圖7E，該主發電單元3設置於該供水水箱11與該抽水水箱12間，且連接於該主流道組23之一端，並包括一設置於該主流道組23且位於該主出水口234與該入水口213間的主螺桿葉片31，及一主發電模組32。
該主螺桿葉片31被流動於該主流道組23的流體帶動而旋轉，且兩端分別連接於該主擋板233與該入水件211，並設置於該主安裝空間232。該主螺桿葉片31包括一軸心部311、一與該主轉接件235相配合連接的轉接部312，及連接該軸心部311的一主葉片段313與三副葉片段314。
該主螺桿葉片31鄰近於該入水件211之一端連接於該主轉接件235，該主螺桿葉片31遠離該入水件211之一端連接於該主軸承247。
該軸心部311沿一軸線方向X延伸，並界定出一環繞一外表面且沿該軸線方向X延伸的主螺線及界定出三環繞該外表面且沿該軸線方向X延伸的副螺線。
值得說明的是，在本實施例中，該主螺線與每一副螺線是阿基米德螺線。
在本實施例中，該主螺線與每一副螺線具有一可變動之導程，且該主螺線與該副螺線彼此間隔有一可變動的螺距，意即，該主螺線與每一副螺線間是互不干涉的。在本實施例的其他變化態樣中，該主螺線與每一副螺線的導程也可以是固定的。
該主葉片段313沿該主螺線之軌跡環繞於該軸心部311之外表面。
該等副葉片段314分別沿該等副螺線之軌跡環繞於該軸心部311之外表面的副葉片段314。
在本實施例的其他變化態樣中，該主螺桿葉片31還可以具有一鄰近於該連接件212的槳片組315，該槳片組315具有四等間隔地連接於該軸心部311之外表面的槳片316。每一槳片316的延伸方向與該軸線方向X相夾一角度。
在本實施例的其他變化態樣中，該主螺桿葉片31也可以僅包含二個該副葉片段314。
該主螺桿葉片31的態樣可以如下表與圖7A~圖7E所示，並整理如下表
編號 對應圖式 螺距 副葉片段314數量
1 7A 等螺距 2
2 7B 等螺距 3
3 7C 變螺距；小到大 3
4 7D 變螺距；大到小 3
5 7E 變螺距；小到大 3
註1：小到大指的是鄰近該入水件211之一端的螺距/導程小，遠離入水件211之一端的螺距/導程大。 註2：大到小指的是鄰近該入水件211之一端的螺距/導程大，遠離入水件211之一端的螺距/導程小。
值得說明的是在本實施例中，該主流道件231、該主擋板233、該主轉接件235、該疏洪流道件241、該疏洪擋板243、該疏洪主轉接件235、該主螺桿葉片31是透過3D列印製作而成，因此，可以根據使用者的需求各元件的尺寸或形狀，如此，方便使用者測試不同操作變因下的發電量。
該主發電模組32用於將該主螺桿葉片31之旋轉的動能轉換為電能，並輸出一主發電訊號S1。在本實施例中，該主發電模組32是馬達，當該馬達的轉軸轉動時，會產生電流、電壓並透過電線輸出，為日常生活中隨手可得之材料，藉此，減少裝置建構成本，且進一步減少本實施例之體積。
該主發電訊號S1包含相關於該主發電模組32的一電壓資訊D1與一電流資訊D2。
該副發電單元4包括一副螺桿葉片41與一副發電模組42。在本實施例中，該副螺桿葉片41與該主螺桿葉片31相同，該副發電模組42與該主發電模組32相同，在此即不再贅述。在本實施例的其他變化態樣中，該副螺桿葉片41與該主螺桿葉片31不同，其態樣可以如圖7A~7E所示。
該副發電模組42用於將該副螺桿葉片41之旋轉的動能轉換為電能，並輸出一副發電訊號S2。該副發電訊號S2包含相關於該副發電模組42的一電壓資訊D1與一電流資訊D2。
參閱圖6、圖8A~圖8B與圖9，該中控單元6包括一訊號連接於該發電模組的資料擷取模組61、一訊號連接於該資料擷取模組61的處理器62，及一訊號連接於該處理器62的顯示模組63。
該資料擷取模組61用於接收該主發電訊號S1與該副發電訊號S2，並輸出該主發電訊號S1與該副發電訊號S2給該處理器62。該處理器62根據該主發電訊號S1與該副發電訊號S2中各自的該電壓資訊D1與該電流資訊D2，各自計算出一相關於發電功率的發電資訊D3，並輸出一包含該電壓資訊D1、該電流資訊D2與該發電功率的顯示訊號S3給該顯示模組63。
在本實施例中，該資料擷取模組61是由美商國家儀器股份有限公司所販售之型號為USB-6001的多功能I/O介面卡。使用者可以根據自身需求選擇適合的DAQ(Data Acquisition)裝置。
該顯示模組63至少用於顯示相關於該主發電模組32的該電壓資訊D1、該電流資訊D2與該發電功率，及該副發電模組42的該電壓資訊D1、該電流資訊D2與該發電功率。
在本實施例中，該顯示模組63是電腦(或筆記型電腦)的螢幕、該處理器62是電腦(或筆記型電腦)的處理器62，該資料擷取模組61是透過USB傳輸連接於電腦。
該流體自該供水水箱11透過該抽水單元5經該回水管路143進入該供水水箱11，並經該供水管路141於該流量控制閥15進入該發電水箱13。
此時，該流體自該入水件211的該入水口213進入該主發電模組32，並自該主螺桿葉片31的該槳片組315流至該主葉片段313與該等副葉片段314，使該主葉片段313與該等副葉片段314旋轉，使該主發電模組32將該主螺桿葉片31旋轉的動能轉換成電能，並輸出該主發電訊號S1。
相同道理的，該流體亦會進入該副發電模組42，且該副發電模組42會因該副螺桿葉片41轉動而輸出該副發電訊號S2。
該資料擷取模組61用於接收來自該主發電模組32(及/副發電模組42)的該主發電訊號S1(及/或副發電訊號S2)，並輸出該發電訊號給該處理器62。此時，該處理器62根據對應之該電壓資訊D1與該電流資訊D2，計算出該相關於發電功率的發電資訊D3，並輸出該包含該電壓資訊D1、該電流資訊D2與該發電功率的顯示訊號S3給該顯示模組63顯示。
值得說明的是，使用者可以選擇需要截取的資料區間，例如：在一開始測試時，會因為水流不穩定而造成所量測到的電壓或電流不穩定，因此，使用者會截取電壓、電流穩定的區間，供該處理器62進行運算，而計算出該發電功率。
該顯示模組63顯示的該電壓資訊D1、該電流資訊D2與該發電功率可以如下表所示，注意的是，下表列出了本實施例的各態樣的主螺桿葉片31的發電情形，並可以看出，編號4的該主螺桿葉片31具有最大的發電功率與電流，而編號5的該主螺桿葉片31具有最大的發電電壓。
主螺桿葉片31編號 電壓 電流 發電功率
1(圖7A) 236.65mv 908.91μA 0.215mW
2(圖7B) 212.11mv 888.16μA 0.188mW
3(圖7C) 165.61mv 654.72μA 0.108mW
4(圖7D) 281.86mv 1178.6μA 0.332mW
5(圖7E) 383.90mv 1080.1μA 0.235mW
經由以上的說明，可將前述實施例的優點歸納如下：
透過設置該疏洪流道組24，以使在流量大時，可以透過該疏洪出水口244排水，達到提升排水效果的功效。進一步說明的是，在透過該疏洪流道件241排水時，可以選擇安裝或不安裝該副發電模組42，如不安裝，代表該疏洪流道組24僅供排水用，如有安裝，代表該疏洪流道組24除排水用還兼具發電的作用。
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，凡是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。
1:水箱單元 11:供水水箱 12:抽水水箱 13:發電水箱 14:管路組 141:供水管路 142:抽水管路 143:回水管路 15:流量控制閥 2:硬體單元 21:連接組 211:入水件 212:連接件 213:入水口 22:支架組 221:固定支架 222:調整支架 223:支撐件 224:加固件 225:固定孔 226:調整孔 23:主流道組 231:主流道件 232:主安裝空間 233:主擋板 234:主出水口 235:主轉接件 236:主聯軸器 237:主軸承 24:疏洪流道組 241:疏洪流道件 242:疏洪安裝空間 243:疏洪擋板 244:疏洪出水口 245:疏洪轉接件 246:疏洪聯軸器 247:疏洪軸承 3:主發電單元 31:主螺桿葉片 311:軸心部 312:轉接部 313:主葉片段 314:副葉片段 315:槳片組 316:槳片 32:主發電模組 4:副發電單元 41:副螺桿葉片 42:副發電模組 5:抽水單元 6:中控單元 61:資料擷取模組 62:處理器 63:顯示模組 S1:主發電訊號 S2:副發電訊號 S3:顯示訊號 D1:電壓資訊 D2:電流資訊 D3:發電資訊 X:軸線方向
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是一立體示意圖，說明本發明水力發電測試機的一個實施例； 圖2是該實施例中的一支架組的側視圖； 圖3是該支架組的不完整的立體圖； 圖4是該實施例中的一發電單元與一硬體單元的一立體圖； 圖5是該發電單元與該硬體單元的一立體分解圖； 圖6是該發電單元與該硬體單元的剖視圖； 圖7A~圖7E是不同螺桿葉片的側視圖； 圖8A是一流體於本實施例的流向示意圖； 圖8B是流體於該發電水廂的流向示意圖；及 圖9是該實施例的一訊號方塊圖。
2:硬體單元
21:連接組
211:入水件
212:連接件
213:入水口
23:主流道組
231:主流道件
232:主安裝空間
233:主擋板
234:主出水口
235:主轉接件
236:主聯軸器
237:主軸承
24:疏洪流道組
241:疏洪流道件
242:疏洪安裝空間
243:疏洪擋板
244:疏洪出水口
245:疏洪轉接件
246:疏洪聯軸器
247:疏洪軸承
3:主發電單元
31:主螺桿葉片
32:主發電模組
4:副發電單元
41:副螺桿葉片
42:副發電模組

Claims (10)

  1. 一種水力發電測試機，適用於設置於一流體，該水力發電測試機包含： 一水箱單元，包括一供水水箱、一抽水水箱，及一連通該供水水箱與該抽水水箱的管路組； 一硬體單元，包括一具有一入水口且連通於該供水水箱的連接組、一安裝於該連接組且界定出一主出水口的主流道組，及一安裝於該連接組且與該主流道組相間隔並界定出一疏洪出水口的疏洪流道組，該主流道組與該疏洪流道組二者至少其中一者是可拆卸地安裝於該連接組，且連通於該抽水水箱，並供流體自該供水水箱流至該抽水水箱；及 一主發電單元，設置於該供水水箱與該抽水水箱間，且連接於該主流道組之一端，並包括一設置於該主流道組且位於該出水口與該入水口間的主螺桿葉片，及一主發電模組，該主螺桿葉片被流動於該主流道組的流體帶動而旋轉，該主發電模組用於將該螺桿葉片之旋轉的動能轉換為電能。
  2. 如請求項1所述的水力發電測試機，其中，該連接組包括一連通該供水水箱且呈漏斗狀的入水件，及一連接該入水件的連接件，該入水件連接於該連接件的一側，該主流道組與該疏洪流道組皆可拆卸地安裝於該連接件的另一側。
  3. 如請求項2所述的水力發電測試機，其中，該主流道組包括一連接於該連接件且界定出一主安裝空間且呈管狀的主流道件，及一連接於該主流道件之相反於該連接件之一側且界定出一主出水口的主擋板，該主安裝空間供該主螺桿葉片設置。
  4. 如請求項3所述的水力發電測試機，其中，該主流道組還包括一連接於該主螺桿葉片鄰近於該入水件之一端的主轉接件，及一連接於該主轉接件與該主發電模組的主聯軸器。
  5. 如請求項4所述的水力發電測試機，其中，該主流道組還包括一連接於該主螺桿葉片遠離於該入水件之一端且設置於該主擋板的主軸承。
  6. 如請求項1所述的水力發電測試機，其中，該主螺桿葉片包括一軸心部，及一連接該軸心部的主葉片段，該軸心部沿一軸線方向延伸，並界定出一環繞一外表面且沿該軸線方向延伸的主螺線，該主葉片段沿該主螺線之軌跡環繞於該軸心部之外表面。
  7. 如請求項6所述的水力發電測試機，其中，該軸心部還界定出至少一環繞該外表面且沿該軸線方向延伸的副螺線，該主螺桿葉片還具有至少一沿該副螺線的軌跡環繞並連接該軸心部的副葉片段，該至少一副螺線的數量與該至少一副葉片段的數量相同。
  8. 如請求項1所述的水力發電測試機，其中，該水箱單元還包括一發電水箱，該發電水箱透過該管路組連通於該供水水箱與該抽水水箱。
  9. 如請求項5所述的水力發電測試機，其中，該水箱單元還包括一流量控制閥，該管路組包括一連通該供水水箱與該抽水水箱的回水管路，及一連通該發電水箱與該供水水箱且供該流量控制閥設置的供水管路。
  10. 如請求項1所述的水力發電測試機，還包含一中控單元，該中控單元包括一訊號連接於該主發電模組的資料擷取模組、一訊號連接於該資料擷取模組的處理器，及一訊號連接於該處理器的顯示模組，該資料擷取模組用於接收一來自該主發電模組的發電訊號，並輸出該主發電訊號給該處理器，該主發電訊號包含一電流資訊與一電壓資訊，該處理器根據該電流資訊與該電壓資訊，計算出一相關於發電功率的發電資訊，並輸出一包含該電流資訊、該電壓資訊與該發電功率的顯示訊號給該顯示模組，該顯示模組至少用於顯示該電流資訊、該電壓資訊與該發電功率。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060012178A1 (en) * 1999-03-10 2006-01-19 Warren Finley Hydrocratic generator
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CN107462433A (zh) * 2017-09-06 2017-12-12 上海电力学院 水轮发电模拟试验控制系统
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