TWI818726B - 發電系統之渦輪裝置 - Google Patents

發電系統之渦輪裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI818726B
TWI818726B TW111134821A TW111134821A TWI818726B TW I818726 B TWI818726 B TW I818726B TW 111134821 A TW111134821 A TW 111134821A TW 111134821 A TW111134821 A TW 111134821A TW I818726 B TWI818726 B TW I818726B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
blades
turbine
power
turbine body
way transmission
Prior art date
Application number
TW111134821A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202413793A (zh
Inventor
黃謙叡
Original Assignee
黃謙叡
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 黃謙叡 filed Critical 黃謙叡
Priority to TW111134821A priority Critical patent/TWI818726B/zh
Priority to JP2023149514A priority patent/JP2024042687A/ja
Priority to US18/467,744 priority patent/US20240093668A1/en
Priority to CN202322513071.9U priority patent/CN221524917U/zh
Priority to EP23197634.1A priority patent/EP4339449A3/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI818726B publication Critical patent/TWI818726B/zh
Publication of TW202413793A publication Critical patent/TW202413793A/zh

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D3/066—Rotors characterised by their construction elements the wind engaging parts being movable relative to the rotor
    • F03D3/067—Cyclic movements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/062—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction
    • F03B17/065—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction the flow engaging parts having a cyclic movement relative to the rotor during its rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/14—Rotors having adjustable blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D15/00—Transmission of mechanical power
    • F03D15/201—Transmission of mechanical power using friction drives, e.g. belts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/005—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  the axis being vertical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/04—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F03D3/0436—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels for shielding one side of the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/10—Stators
    • F05B2240/13—Stators to collect or cause flow towards or away from turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
    • F05B2240/217—Rotors for wind turbines with vertical axis of the crossflow- or "Banki"- or "double action" type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/37—Multiple rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/40—Use of a multiplicity of similar components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/40—Transmission of power
    • F05B2260/402—Transmission of power through friction drives
    • F05B2260/4022—Transmission of power through friction drives through endless chains
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/40—Transmission of power
    • F05B2260/403—Transmission of power through the shape of the drive components
    • F05B2260/4031—Transmission of power through the shape of the drive components as in toothed gearing
    • F05B2260/40312—Ratchet wheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/50—Kinematic linkage, i.e. transmission of position
    • F05B2260/502—Kinematic linkage, i.e. transmission of position involving springs
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

一發電系統之渦輪裝置包含渦輪體、多個葉片、多個擋部及多個彈性單元。每一葉片包括連接側及活動側，此些葉片間隔地經由連接側樞接於渦輪體上，此些擋部分別對應此些葉片來設置在渦輪體，以限制此些葉片之展開角度，每一彈性單元包括固定端及移動端，固定端設置在渦輪體，移動端設置在對應的葉片，葉片在展開位置及收合位置之間樞轉，葉片在展開位置時，活動側遠離渦輪體，且葉片分別抵住對應的擋部，葉片在收合位置時，活動側鄰近渦輪體，且彈性單元為形變狀態並具有使葉片展開的勢能。

Description

發電系統之渦輪裝置
本發明是有關於一種裝置、設備及系統，且特別是指一種發電系統之渦輪裝置、動力設備及動力整合系統。
隨著科技與經濟的快速發展，人們對於電力的需求也與日俱增。而使用綠色能源發電可減少能源短缺的影響，且減少污染物的產生。使用綠色能源發電的方式例如有水力發電、風力發電、太陽能發電、地熱能發電等。提升能源的轉換效能、節省發電系統的設置成本一直是本領域持續研究的方向。
本發明的目的是在於提供一種發電系統之渦輪裝置，其藉由可張開或收合的葉片減少轉動時的阻力，消除轉動的負功率，進而讓流體的動能轉換為機械能的效率更佳。
本發明之一態樣是在提供一種發電系統之渦輪裝置，此發電系統之渦輪裝置包含渦輪體、多個葉片、多個 擋部及多個彈性單元。此些葉片之每一者包括一連接側及相反於連接側的活動側，此些葉片以一預設間隔距離來間隔地設置於渦輪體上，其中此些葉片經由此些連接側樞接在渦輪體上，分別對應此些葉片來設置在渦輪體上，以限制此些葉片之展開角度，此些彈性單元之每一者包括固定端及相反於固定端的移動端，此些固定端設置在渦輪體，此些移動端分別設置在此些葉片，此些葉片在展開位置及收合位置之間樞轉，在此些葉片在展開位置時，此些活動側遠離渦輪體，且此些葉片分別抵住此些擋部，在此些葉片在收合位置時，此些活動側鄰近渦輪體，且此些彈性單元為形變狀態並具有使此些葉片展開的勢能。
依據本發明的一實施例，上述渦輪體呈圓柱體，葉片在渦輪體的周向方向上間隔設置，每一葉片具有弧凹面及相反於弧凹面的弧凸面，擋部分別對應葉片設置，且朝向對應的葉片的弧凸面，葉片在展開位置時，葉片的弧凸面分別抵住擋部，葉片在收合位置時，葉片的弧凹面鄰近渦輪體且葉片與渦輪體實質呈同心圓狀。
依據本發明的又一實施例，上述渦輪裝置還包含複數個防摩擦單元，此些防摩擦單元分別設置在葉片，每一防摩擦單元包括滾輪及光滑塗層其中之一。
依據本發明的又一實施例，上述渦輪裝置還包含複數個樞轉單元及複數個遮蓋片，此些樞轉單元分別設置在連接側及渦輪體之間，使葉片相對於渦輪體樞轉，此些遮蓋片的材料為軟質不透水材料且分別設置在連接側及渦輪 體之間的空隙。
本發明的另一目的是在於提供一種發電系統之動力設備，其藉由流道結構組與具有可張開或收合的葉片之渦輪裝置配合，使葉片在張開或收合的過程更順利。
本發明之另一態樣是在提供一種發電系統之動力設備，此發電系統之動力設備包含至少一渦輪裝置及流道結構組。至少一渦輪裝置中的一渦輪裝置包括渦輪體及多個葉片，此些葉片樞接在渦輪體上，流道結構組包括多個分隔體，此些分隔體沿著排列方向間隔設置，任二相鄰的分隔體定義開放的流道空間以供渦輪裝置容置，容置的渦輪體鄰近其中一分隔體，在容置的渦輪裝置經由流體帶動而轉動時，葉片碰觸到鄰近的分隔體而收合靠近渦輪體。
依據本發明的又一實施例，上述流道結構組還包括至少一導水體，至少一導水體的一導水體設置在任二相鄰的分隔體之間，且將連通流道空間的入口分隔為二分隔入口，容置的渦輪裝置的葉片經由對應的二分隔入口進入的流體帶動而轉動，在容置的渦輪裝置的葉片收合時，葉片經由流經對應的導水體形成之切線流體的助力而展開。
依據本發明的又一實施例，上述流道結構組還包括多個防摩擦單元，每一防摩擦單元包括滾輪及光滑塗層其中之一，每一分隔體包括接觸面，此些防摩擦單元分別設置在此些分隔體的接觸面，容置的渦輪裝置的此些葉片轉動而碰觸到鄰近的分隔體時，此些葉片經由碰觸到鄰近的分隔體之接觸面的防摩擦單元而減少摩擦力。
本發明的另一目的是在於提供一種發電系統之動力整合系統，其藉由單向傳動機構將多個動力裝置產生的動力並聯或串聯以整合動力傳遞給發電機，以節省所需發電機的數量，減少設置成本。
本發明之另一態樣是在提供一種發電系統之動力整合系統，此發電系統之動力整合系統包含多個動力裝置及多個單向傳動機構。此些動力裝置之每一者包括旋轉軸，此些動力裝置配置為經由驅動後而使此些旋轉軸轉動以產生動力，此些單向傳動機構之每一者包括單向傳動輪及傳動單元，此些單向傳動輪設置在其中一動力裝置的旋轉軸，此些傳動單元分別設置在其他的動力裝置的旋轉軸與此些單向傳動輪之間，以將其他的動力裝置產生的動力經由此些傳動單元分別傳遞至此些單向傳動輪，並經由此些單向傳動輪傳遞至設置的旋轉軸，此些單向傳動機構之每一者配置為設置傳動單元的旋轉軸朝旋轉方向轉動時才經由傳動單元傳遞動力至單向傳動輪，使設置單向傳動輪的旋轉軸也朝旋轉方向轉動，此些動力裝置產生的動力經由此些單向傳動機構並聯整合動力。
本發明之另一態樣是在提供一種發電系統之動力整合系統，此發電系統之動力整合系統包含多個動力裝置及至少一單向傳動機構。此些動力裝置之每一者包括旋轉軸，此些動力裝置配置為經由驅動後而使此些旋轉軸轉動以產生動力，至少一單向傳動機構中的一單向傳動機構包括單向傳動輪及傳動單元，任二個動力裝置之間設置單向 傳動機構，其中單向傳動機構的單向傳動輪設置在其中一動力裝置的旋轉軸，並單向傳動機構的傳動單元設置在另一動力裝置及對應的單向傳動輪之間，以將另一動力裝置產生的動力經由傳動單元傳遞至單向傳動輪而傳遞至設置的旋轉軸，至少一單向傳動機構的一單向傳動機構配置為設置傳動單元的旋轉軸朝旋轉方向轉動時才經由傳動單元傳遞動力至該單向傳動輪，使設置單向傳動輪的旋轉軸也朝旋轉方向轉動，動力裝置產生的動力經由至少一單向傳動機構串聯整合動力。
依據本發明的又一實施例，上述單向傳動輪包括棘輪式飛輪機構、單向軸承與齒輪的組合及單向軸承與皮帶輪的組合中之其中一者，傳動單元包括齒輪與鍊條的組合、皮帶輪與皮帶的組合及齒輪組中之其中一者。
100:發電系統
200:動力設備
220A、220B、220C:渦輪裝置
221:渦輪體
222:葉片
223:樞轉單元
224:遮蓋片
225:擋部
226:彈性單元
227:本體
228:旋轉軸
229:弧凹面
230:弧凸面
231:連接側
232:活動側
233:防摩擦單元
240:流道結構組
241:分隔體
242:導水體
243:流道空間
244:入口
245:出口
246:分隔入口
247:分隔入口
248:內表面
300:單向傳動機構
310:單向傳動輪
320:傳動單元
321:齒輪
322:鍊條
400:發電機
410:轉軸
710A、710B、710C、710D:動力裝置
711:旋轉軸
720:單向傳動機構
721:單向傳動輪
722:傳動單元
810A、810B、810C、810D:動力裝置
811:旋轉軸
820:單向傳動機構
821:單向傳動輪
822:傳動單元
910A、910B、910C、910D:風力動力裝置
911:旋轉軸
920:單向傳動機構
921:單向傳動輪
L:距離
θ:夾角
X:排列方向
為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：
[圖1]為依據本發明一些實施例之發電系統之動力設備及單向傳動機構的立體結構圖；[圖1A]為依據本發明一些實施例之發電系統的方塊圖；[圖2]為依據本發明一些實施例之渦輪裝置在展開位置的立體結構圖；[圖3]為[圖2]之渦輪裝置在展開位置的上視圖；[圖4]為依據本發明一些實施例之渦輪裝置在收合位置的 立體結構圖；[圖5]為[圖4]之渦輪裝置在收合位置的上視圖；[圖6]為流體流經本發明一些實施例之動力設備的示意圖；[圖7]為依據本發明一些實施例之用於並聯整合動力的發電系統之動力整合系統的示意圖；及[圖8]為依據本發明一些實施例之用於串聯整合動力的發電系統之動力整合系統的示意圖。
[圖9]為依據本發明一些實施例之用於並聯整合動力的風力發電系統之動力整合系統的示意圖。
以下仔細討論本發明的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論、揭示之實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。
在本文中所使用的用語僅是為了描述特定實施例，非用以限制申請專利範圍。除非另有限制，否則單數形式的「一」或「該」用語也可用來表示複數形式。
參閱圖1及圖1A。圖1為依據本發明一些實施例之發電系統之動力設備及單向傳動機構的立體結構圖，圖1A為依據本發明一些實施例之發電系統的方塊圖。在本示例中，發電系統為水力發電系統。發電系統100包含動力設備200、多個單向傳動機構300及發電機400。
動力設備200包括多個渦輪裝置220A、220B、220C及流道結構組240。
參閱圖2及圖3，其中圖2為渦輪裝置220A在展開位置的立體結構圖，且圖3為圖2之渦輪裝置220A的上視圖。渦輪裝置220A、220B、220C的結構皆相同。渦輪裝置220A包括渦輪體221、多個葉片222、多個樞轉單元223、多個遮蓋片224、多個擋部225及多個彈性單元226。
渦輪體221包括本體227及旋轉軸228。本體227概呈圓柱體但不限於此，旋轉軸228連接本體227一側的中心。每一葉片222在本體227的軸向方向上延伸並在其徑向切面呈現彎曲(即葉片222的橫截面呈現彎曲)，且包括弧凹面229及相反於弧凹面的弧凸面230。在一些實施例中，葉片222橫截面呈現彎曲的曲率類似於本體227橫截面的曲率。進一步，每一葉片222包括連接側231及相反於連接側的活動側232。此些樞轉單元223分別對應此些葉片222的連接側231及渦輪體221之間設置，使此些葉片222在渦輪體221的一周向方向上以一預設間隔距離來間隔地設置於渦輪體221上，且相對於渦輪體221樞轉。葉片222可相對於渦輪體221展開或收合。由於葉片222藉由樞轉單元223樞接渦輪體221，葉片222的連接側231與渦輪體221之間存在空隙。遮蓋片224的材料為軟質不透水材料，例如軟質的塑膠材料。藉由此些遮蓋片224分別設置在此些葉片222的連接側231與 渦輪體221之間的空隙，使流體推動渦輪裝置220A時不會從葉片222的連接側231與渦輪體221之間的空隙通過，且不影響葉片222的轉動，以讓葉片222有更好的轉動效果。此些擋部225分別對應此些葉片222來設置在渦輪體221上，且朝向對應的葉片222的弧凸面230，其用以限制葉片222的展開角度。每一彈性單元226包括固定端及相反於固定端的移動端。此些彈性單元226的固定端設置在渦輪體221，且移動端分別設置在此些葉片222，其用以提供此些葉片222在收合時的回復力。彈性單元226例如為橡皮筋、彈簧等。
葉片222相對於渦輪體221在展開位置及收合位置之間樞轉。葉片222在展開位置時，葉片222的活動側232遠離渦輪體，且葉片222的活動側232與旋轉軸228中心的距離L為最遠，並葉片222的連接側231在弧凸面230抵住對應的擋部225。在本示例中，連接側231與其對應至渦輪體221位置的切線之間的夾角θ概呈90度。葉片222在展開位置的狀態時，葉片222為最長力臂之狀態(即L最長)，且流體施力於葉片222的力矩最大。
參閱圖4及圖5，其中圖4為渦輪裝置220A在收合位置的立體結構圖，且圖5為圖4之渦輪裝置220A的上視圖。葉片222在收合位置時，葉片222的活動側232在弧凹面229鄰近渦輪體221，且連接側231與其對應至渦輪體221位置的切線之間的夾角θ趨近0度，並葉片222的連接側231在弧凸面230未抵住對應的擋部 225，同時對應葉片222的彈性單元226為形變狀態(例如拉伸狀態)並具有使對應之葉片222回復展開的勢能。葉片222在收合位置的狀態時，流體施加於葉片222的力矩趨近於零。此些葉片222在收合位置時，其與渦輪體221實質呈同心圓狀。
需說明的是，葉片222在展開位置時，葉片222對應的彈性單元226亦為形變的狀態(例如拉伸狀態)但形變的程度小於其在對應的葉片222在收合位置時形變的程度。因此，當葉片222不受分隔體241之外力影響時，葉片222不會朝向收合位置的方向移動，且因抵住對應的擋部225而在不受外力時恆保持在展開位置。
參閱圖1、圖1A及圖6，其中圖6為流體流經動力設備200的示意圖。流道結構組240包括多個分隔體241及多個導水體242。此些分隔體241沿著排列方向X間隔設置。任二相鄰的分隔體241定義開放的流道空間243，且形成與流道空間243連通的入口244及出口245。每一流道空間243供一渦輪裝置220A、220B、220C容置，且容置的渦輪裝置220A、220B、220C鄰近其中一分隔體241。每一分隔體241的橫截面以順著容置的渦輪裝置220A、220B、220C的旋轉方向彎曲，使流入流道空間243的流體可經由分隔體241的導引而推動容置的渦輪裝置220A、220B、220C更多的葉片222。每一導水體242設置在任二相鄰的分隔體241之間，且將入口244分隔為二分隔入口246、247。
配合參閱圖2及圖4。流體流經每一導水體242分為二道流體分流，從分隔入口246流入流道空間243的分流可使渦輪裝置220A、220B、220C轉動，從分隔入口247流入流道空間243的分流之部分會往靠近分隔入口246的方向流動而形成對渦輪裝置220A、220B、220C的切線流體。在流體從分隔入口246、247流入流道空間243時，渦輪裝置220A、220B、220C經由流體帶動而轉動(在本例為順時鐘方向)，渦輪裝置220A、220B、220C的葉片222碰觸到鄰近的分隔體241，經由分隔體241的反作用力的作用而移動至收合位置以收合靠近渦輪體221。收合的葉片222在靠近對應的導水體242時，其經由流經對應的導水體242形成之切線流體的助力及對應之彈性單元226的回復力的作用下再度展開。未完全展開至展開位置的葉片222可藉由對應之導水體242擋住直接朝向弧凸面230流向的流體而順利展開。
在一些實施例中，導水體242朝向對應之流道空間243的內表面248配置為彎曲曲面，且自分隔入口247至分隔入口246的方向向流道空間243內延伸，使從分隔入口247流入流道空間243的分流更易形成切線流體。
渦輪裝置220A、220B、220C藉由可張開或收合的葉片222減少轉動的阻力，消除轉動的負功率，使渦輪裝置220A、220B、220C將流體的動能轉換為機械能的效率更佳。
再要說明的是，每一導水體242可設置在靠近其 中一分隔體241，此分隔體241為不同於所設置的渦輪裝置220A、220B、220C鄰近的分隔體241，使分隔入口247大於分隔入口246。流入分隔入口247的流體分流大於流入分隔入口246的流體分流，則經由流入分隔入口247的流體分流可形成較強的切線流體之助力，讓渦輪裝置220A、220B、220C的葉片222更快展開。導水體242的設置位置可配合對應之渦輪裝置220A、220B、220C的葉片222須展開的位置來調整。此外，流體分流的流量可藉由調整每一導水體242與對應的分隔體241之間的距離而調整，例如導水體242較靠近其中一分隔體241時，導水體242與分隔體241形成的空間較小，進而使流入之流體分流的流量較小；反之導水體242較遠離其中一分隔體241時，導水體242與分隔體241形成的空間較大，進而使流入之流體分流的流量較大。
在一些實施例中，每一渦輪裝置220A、220B、220C還包括多個防摩擦單元233，此些防摩擦單元233分別設置在此些葉片222的弧凸面230上。防摩擦單元233例如為滾輪或光滑塗層。葉片222轉動至碰觸到鄰近的分隔體241時，藉由對應的防摩擦單元233接觸分隔體241的接觸面而減少摩擦力。
在一些實施例中，流道結構組240還包括多個防摩擦單元(圖未示)。此些防摩擦單元分別設置在此些分隔體241的接觸面上。每一防摩擦單元例如為一排滾輪或光滑塗層。在容置的渦輪裝置220A、220B、220C的葉 片222轉動而碰觸到鄰近的分隔體241時，葉片222經由碰觸到鄰近的分隔體241之接觸面上的防摩擦單元而減少摩擦力。
每一單向傳動機構300包括單向傳動輪310及傳動單元320。單向傳動輪310設置在其中一渦輪裝置220A、220B、220C的旋轉軸228上。單向傳動輪310配置為單一方向的旋轉傳動，例如為棘輪式飛輪機構(ratcheting freewheel mechanism)、單向軸承與齒輪的組合、或單向軸承與皮帶輪的組合。其中單向軸承與齒輪的組合方式為單向軸承設置在齒輪中心，單向軸承與皮帶輪的組合方式為單向軸承設置在皮帶輪中心。傳動單元320設置在其他之一渦輪裝置220A、220B、220C的旋轉軸228與單向傳動輪310之間。傳動單元320配置為傳遞動力。傳動單元320將設置的渦輪裝置220A、220B、220C產生的動力傳遞至對應的單向傳動輪310。傳動單元320的結構與對應的單向傳動輪310的結構互相配合，例如為齒輪321與鍊條322的組合、或皮帶輪與皮帶的組合、或齒輪組。其中齒輪組為多個齒輪兩兩嚙合的組合。當單向傳動輪310為棘輪式飛輪機構、或單向軸承與齒輪的組合時，傳動單元320為齒輪321與鍊條322的組合或齒輪組；當單向傳動輪310為單向軸承與皮帶輪的組合時，傳動單元320為皮帶輪與皮帶的組合。單向傳動機構300配置為設置傳動單元320的旋轉軸228朝單一的旋轉方向轉動時才經由傳動單元320傳遞動力至單向 傳動輪310，使設置單向傳動輪310的旋轉軸228也朝旋轉方向轉動。在圖1的示例中，配置二個單向傳動機構300。其中一單向傳動機構300設置在渦輪裝置220A、220B，且單向傳動輪310設置在渦輪裝置220B。另一單向傳動機構300設置在渦輪裝置220B、220C，且單向傳動輪310設置在渦輪裝置220B。設置單向傳動輪310之渦輪裝置220B的旋轉軸228連接發電機400的轉軸410。渦輪裝置220B朝旋轉方向轉動所產生的動力直接傳遞給發電機400。此些渦輪裝置220A、220C的旋轉軸228朝旋轉方向轉動時，此些渦輪裝置220A、220C分別經由設置的傳動單元320將產生的動力傳遞至對應的單向傳動輪310，再經由對應的單向傳動輪310傳遞至其設置的旋轉軸228，進而傳遞給發電機400。此些渦輪裝置220A、220C產生的動力經由此些單向傳動機構300並聯整合動力傳遞至發電機400。
此些渦輪裝置220A、220C在轉動速率大於等於渦輪裝置220B而追隨渦輪裝置220B的轉動時，才可藉由單向傳動機構300的傳動，進而分擔驅使設置單向傳動輪310且連接發電機400的渦輪裝置220B轉動的力，讓渦輪裝置220B轉動更輕鬆。因此，單向傳動機構300的配置更可依據流體對於設置在不同位置的多個渦輪裝置220A、220B、220C產生不同的分力來做適當的調整，以達到最佳整合的效果。
需補充說明的是，單向傳動機構300不僅只設置 在具有葉片222之渦輪裝置220A、220B、220C的旋轉軸228，在一些實施例中，單向傳動機構300設置在動力裝置的旋轉軸，動力裝置配置為經由驅動後而使旋轉軸轉動以產生動力。動力裝置可以為水車。
參閱圖7，其為依據本發明一些實施例之用於並聯整合動力的發電系統之動力整合系統的示意圖。在此示例中配置四個動力裝置710A、710B、710C、710D及三個單向傳動機構720。動力裝置710A、710B、710C、710D配置為經由驅動後而使旋轉軸711轉動以產生動力。單向傳動機構720的結構與上述單向傳動機構300的結構類似，在此不再贅述。
圖7其中一單向傳動機構720設置在動力裝置710A、710B，且單向傳動輪721設置在動力裝置710B。另一單向傳動機構720設置在動力裝置710B、710C，且單向傳動輪721設置在動力裝置710B。再另一單向傳動機構720設置在動力裝置710B、710D，且單向傳動輪721設置在動力裝置710B。設置單向傳動輪721之動力裝置710B的旋轉軸711連接發電機的轉軸(圖未示)。動力裝置710B朝旋轉方向轉動所產生的動力直接傳遞給發電機。此些動力裝置710A、710C、710D的旋轉軸711朝旋轉方向轉動時，此些動力裝置710A、710C、710D分別經由設置的傳動單元722將產生的動力傳遞至對應的單向傳動輪721，再經由對應的單向傳動輪721傳遞至其設置的動力裝置710B之旋轉軸711，進而傳遞給 發電機。此些動力裝置710A、710B、710C、710D產生的動力經由此些單向傳動機構720並聯整合動力傳遞至發電機。
參閱圖8，其為依據本發明一些實施例之用於串聯整合動力的發電系統之動力整合系統的示意圖。在此示例中配置四個動力裝置810A、810B、810C、810D及三個單向傳動機構820。動力裝置810A、810B、810C、810D配置為經由驅動後而使旋轉軸811轉動以產生動力。單向傳動機構820的結構與上述單向傳動機構300的結構類似，在此不再贅述。
圖8其中一單向傳動機構820設置在動力裝置810A、810B，且單向傳動輪821設置在動力裝置810A。另一單向傳動機構820設置在動力裝置810B、810C，且單向傳動輪821設置在動力裝置810B。再另一單向傳動機構820設置在動力裝置810C、810D，且單向傳動輪821設置在動力裝置810C。設置單向傳動輪821的任一動力裝置810A、810B、810C的旋轉軸811可連接發電機的轉軸(圖未示)。在本示例中以動力裝置810A連接發電機的轉軸作說明。動力裝置810A朝旋轉方向轉動所產生的動力直接傳遞給發電機。此些動力裝置810B、810C、810D的旋轉軸811朝旋轉方向轉動時，分別經由設置的傳動單元822將產生的動力傳遞至對應的單向傳動輪821，再經由對應的單向傳動輪821傳遞至其設置的旋轉軸811，進而串聯整合傳遞給發電機，也就是動力裝 置810D的動力經由單向傳動機構820傳遞給動力裝置810C，動力裝置810C整合動力後再經由單向傳動機構820傳遞給動力裝置810B，動力裝置810B整合動力後再經由單向傳動機構820傳遞給動力裝置810A，動力裝置810A整合動力後傳遞給發電機。此些動力裝置810A、810B、810C、810D產生的動力經由此些單向傳動機構820串聯整合動力傳遞至發電機。
藉由單向傳動機構整合動力，動力裝置可隨著適合的位置來設置，動力可串聯或並聯，動力裝置的設置更為便利，且也節省所需發電機的數量。更藉由多個動力裝置同時分擔流體的衝力，減少動力裝置的損壞。在一些實施例中，動力整合系統也可以整合至其他利用流體來發電的系統，例如整合至風力發電系統中，以利用整合多台風車的動力來進行發電。
參閱圖9，其為依據本發明一些實施例之用於並聯整合動力的風力發電系統之動力整合系統的示意圖。在此示例中配置四個風力動力裝置910A、910B、910C、910D及三個單向傳動機構920。風力動力裝置910A、910B、910C、910D配置為經由風力驅動後而使旋轉軸911轉動以產生動力。單向傳動機構920的結構與上述單向傳動機構300的結構類似，且圖9之單向傳動機構920的配置為並聯配置，與圖7之單向傳動機構720的配置類似，在此不再贅述。設置單向傳動輪921之風力動力裝置910B的旋轉軸911連接發電機的轉軸(圖未示)。此些風力動 力裝置910A、910B、910C、910D產生的動力也經由此些單向傳動機構920並聯整合動力傳遞至發電機。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:發電系統
200:動力設備
220A、220B、220C:渦輪裝置
228:旋轉軸
240:流道結構組
241:分隔體
242:導水體
300:單向傳動機構
310:單向傳動輪
320:傳動單元
321:齒輪
322:鍊條

Claims (4)

  1. 一種發電系統之渦輪裝置，包含：一渦輪體；複數個葉片，該些葉片之每一者包括一連接側及相反於該連接側的一活動側，該些葉片以一預設間隔距離來間隔地設置於該渦輪體上，其中該些葉片經由該些連接側樞接在該渦輪體上；複數個擋部，分別對應該些葉片來設置在該渦輪體上，以限制該些葉片之一展開角度；及複數個彈性單元，該些彈性單元之每一者包括一固定端及相反於該固定端的一移動端，該些固定端設置在該渦輪體，該些移動端分別設置在該些葉片；其中，該些葉片在一展開位置及一收合位置之間樞轉，在該些葉片在該展開位置時，該些活動側遠離該渦輪體，並該些彈性單元為一形變狀態，且該些葉片分別抵住該些擋部，在該些葉片在該收合位置時，該些活動側鄰近該渦輪體，且該些彈性單元為另一形變狀態並具有使該些葉片展開的勢能；其中，該些葉片在該展開位置所對應的該些彈性單元的形變程度小於該些葉片在該收合位置所對應的該些彈性單元的形變程度。
  2. 如請求項1所述之發電系統之渦輪裝置，其中該渦輪體呈一圓柱體，該些葉片在該渦輪體的一周向方 向上間隔設置，每一葉片具有一弧凹面及相反於該弧凹面的一弧凸面，該些擋部分別對應該些葉片設置，且朝向對應的該些葉片的弧凸面，該些葉片在該展開位置時，該些葉片的弧凸面分別抵住該些擋部，該些葉片在該收合位置時，該些葉片的弧凹面鄰近該渦輪體且該些葉片與該渦輪體實質呈一同心圓狀。
  3. 如請求項1所述之發電系統之渦輪裝置，還包含複數個防摩擦單元，該些防摩擦單元分別設置在該些葉片，每一防摩擦單元包括一滾輪及一光滑塗層其中之一。
  4. 如請求項1所述之發電系統之渦輪裝置，還包含複數個樞轉單元及複數個遮蓋片，該些樞轉單元分別設置在該些連接側及該渦輪體之間，使該些葉片相對於該渦輪體樞轉，該些遮蓋片的材料為軟質不透水材料且分別設置在該些連接側及該渦輪體之間的空隙。
TW111134821A 2022-09-15 2022-09-15 發電系統之渦輪裝置 TWI818726B (zh)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW111134821A TWI818726B (zh) 2022-09-15 2022-09-15 發電系統之渦輪裝置
JP2023149514A JP2024042687A (ja) 2022-09-15 2023-09-14 発電システムのタービン装置、電力機器、及び電力統合システム
US18/467,744 US20240093668A1 (en) 2022-09-15 2023-09-15 Turbine device, power apparatus and power integrated system of electric power system
CN202322513071.9U CN221524917U (zh) 2022-09-15 2023-09-15 发电系统的涡轮装置、动力设备及动力整合系统
EP23197634.1A EP4339449A3 (en) 2022-09-15 2023-09-15 Turbine, power apparatus and power integrated system of power generating system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW111134821A TWI818726B (zh) 2022-09-15 2022-09-15 發電系統之渦輪裝置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI818726B true TWI818726B (zh) 2023-10-11
TW202413793A TW202413793A (zh) 2024-04-01

Family

ID=88197244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111134821A TWI818726B (zh) 2022-09-15 2022-09-15 發電系統之渦輪裝置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240093668A1 (zh)
EP (1) EP4339449A3 (zh)
JP (1) JP2024042687A (zh)
CN (1) CN221524917U (zh)
TW (1) TWI818726B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54133239U (zh) * 1978-03-09 1979-09-14
CN102011674A (zh) * 2010-12-10 2011-04-13 上海大学 具有收缩扩张流道的分布排列式流体动能发电装置
CN202007743U (zh) * 2011-05-04 2011-10-12 林克祥 用于电动车上的风力发电机
CN102369352A (zh) * 2009-05-26 2012-03-07 利维坦能源空气动力学有限公司 水电式涡轮机喷嘴和它们的关系
CN102449299A (zh) * 2009-05-30 2012-05-09 正勋·金 河流流动发电
TW201500642A (zh) * 2013-06-28 2015-01-01 Univ Nat Taiwan Ocean 垂直軸風力發電機
CN110454309A (zh) * 2019-08-30 2019-11-15 王德志 动叶水轮机
TWM636882U (zh) * 2022-09-15 2023-01-21 黃謙叡 發電系統之渦輪裝置、動力設備及動力整合系統

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US643557A (en) * 1899-08-15 1900-02-13 Samuel Parker Swearingen Wave-motor.
DE327120C (de) * 1920-02-11 1920-10-07 Eduard Stettner Horizontalwasserrad mit drehbaren Schaufeln
US20080231057A1 (en) * 2007-03-20 2008-09-25 Zeuner Kenneth W System and method for harvesting electrical power from marine current using turbines
WO2017025122A1 (de) * 2015-08-07 2017-02-16 REAC Energy GmbH Schaufelradvorrichtung, schaufelradmodul und strömungskraftwerk

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54133239U (zh) * 1978-03-09 1979-09-14
CN102369352A (zh) * 2009-05-26 2012-03-07 利维坦能源空气动力学有限公司 水电式涡轮机喷嘴和它们的关系
CN102449299A (zh) * 2009-05-30 2012-05-09 正勋·金 河流流动发电
CN102011674A (zh) * 2010-12-10 2011-04-13 上海大学 具有收缩扩张流道的分布排列式流体动能发电装置
CN202007743U (zh) * 2011-05-04 2011-10-12 林克祥 用于电动车上的风力发电机
TW201500642A (zh) * 2013-06-28 2015-01-01 Univ Nat Taiwan Ocean 垂直軸風力發電機
CN110454309A (zh) * 2019-08-30 2019-11-15 王德志 动叶水轮机
TWM636882U (zh) * 2022-09-15 2023-01-21 黃謙叡 發電系統之渦輪裝置、動力設備及動力整合系統

Also Published As

Publication number Publication date
TW202413793A (zh) 2024-04-01
US20240093668A1 (en) 2024-03-21
EP4339449A2 (en) 2024-03-20
JP2024042687A (ja) 2024-03-28
EP4339449A3 (en) 2024-07-31
CN221524917U (zh) 2024-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7619320B2 (en) Hydro electrical generator
TWM636882U (zh) 發電系統之渦輪裝置、動力設備及動力整合系統
WO2015196927A1 (zh) 排水发电装置
US8358026B2 (en) Wave energy turbine for oscillating water column systems
TWI818726B (zh) 發電系統之渦輪裝置
KR20100020283A (ko) 가변익 회전 조립체 및 이를 이용하는 발전 시스템
WO2008134963A1 (fr) Générateur d'énergie éolienne à l'épreuve de vents violents
WO2003064860A1 (en) Ribbon drive power generation for variable flow conditions
WO2007068157A1 (fr) Generateur maremoteur
TWM406578U (en) Planetary-type windsurfing mechanism and its device thereof
WO2014117159A1 (en) Multi-stage volumetric fluid expansion device
TW202413795A (zh) 發電系統
TW202413794A (zh) 發電系統之動力設備
US20110089702A1 (en) Fluidkinetic energy converter
CN101149042A (zh) 新型活页转轮
WO2014079041A1 (zh) 发电装置
WO2015196928A1 (zh) 排水发电装置
CN104100434A (zh) 风浪二用大型发电转轮机组
CN109057926B (zh) 发动机余热回收设备和发动机
CN201794714U (zh) 行星式风帆机构及其应用装置
KR101852023B1 (ko) 수력터빈 및 이를 포함하는 수력발전 시스템
CN108194269A (zh) 轴向流力滑动折叠板螺旋桨摩天轮
GB2464744A (en) A wind / water motor
WO2013155972A1 (zh) 动力增强装置
WO2010108385A1 (zh) 发电动力机