TWI822277B - 適用於風力發電的氣動發電系統 - Google Patents

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Abstract

一種適用於風力發電的氣動發電系統，包含一儲氣裝置、一機殼裝置、一氣體壓縮機、一葉片裝置，以及一發電裝置。該機殼裝置能相對該儲氣裝置轉動地設置在該儲氣裝置上。該氣體壓縮機適用於將空氣壓縮成一壓縮氣體送入該儲氣裝置中。該葉片裝置適用於被風驅動而轉動，以提供該氣體壓縮機運作時所需動力。該發電裝置包括一氣體連通該儲氣裝置的氣動馬達，以及一組裝連接該氣動馬達的發電機。該氣動馬達能被自該儲氣裝置輸出的該壓縮氣體驅動而輸出動力。該發電機能被該氣動馬達驅動而發電。本發明能以空氣作為儲存媒介，具有不產生廢材且儲存成本低的特點。

Description

適用於風力發電的氣動發電系統
本發明是有關於一種利用風力資源的設備，特別是指一種能將風力資源以壓縮氣體形式儲存並加以運用的適用於風力發電的氣動發電系統。
風力發電，是一種與水力發電及太陽能發電同屬於相對環保的發電方式之一。一般來說，風力發電所產生之電能，除了直接輸出以供利用外，在發電量大於需電量時，還能利用電池來儲存額外的電能，然而目前用以儲存電能之電池大多為鋰電池，使用上有一定壽命，也就是需要定期汰換儲存媒介。定期汰換儲存媒介除了有產生廢棄儲存媒介的不環保疑慮外，儲存/利用能量的成本也較高，因此確實需要提供另外一種解決方案。
本發明的目的在於：提供一種能夠改善先前技術的至少一個缺點的適用於風力發電的氣動發電系統。
該適用於風力發電的氣動發電系統，適用於利用風及氣體運作，並包含一儲氣裝置、一機殼裝置、一氣體壓縮機、一葉片裝置，以及一發電裝置。
該機殼裝置能相對該儲氣裝置轉動地設置在該儲氣裝置上。該氣體壓縮機設置在該機殼裝置中，並氣體連通該儲氣裝置。該氣體壓縮機適用於將該氣體壓縮成壓力大於該氣體的一壓縮氣體，並將該壓縮氣體送入該儲氣裝置儲存。該葉片裝置設置在該機殼裝置上，並組接該氣體壓縮機，適用於被風驅動而轉動，以提供該氣體壓縮機運作時所需動力。該發電裝置包括一氣體連通該儲氣裝置的氣動馬達，以及一組裝連接該氣動馬達的發電機。該氣動馬達能被自該儲氣裝置輸出的該壓縮氣體驅動而輸出動力。該發電機能被該氣動馬達驅動而發電。
本發明的功效在於：該氣體壓縮機可將風力所提供之動能加以轉換，將能量以壓縮氣體的形式儲存於該儲氣裝置中，而在需要利用能量時，則可釋放該壓縮氣體驅動該氣動馬達進而輸出動力並加以發電。本發明能以空氣作為儲存媒介，使用後的空氣直接排放也不會汙染環境，具有不產生儲存媒介廢材且儲存成本低廉的特點。
參閱圖1至3，本發明適用於風力發電的氣動發電系統的一個實施例，適用於利用風及氣體運作。在本實施例中，所述的風是由流動的空氣形成。所述的氣體也為空氣。在本發明的其他實施態樣中，也能以其他種類的氣體取代空氣，而不以空氣為限。
本實施例包含一個適用於設立在一地面上的儲氣裝置1、一個能相對該儲氣裝置1轉動地設置在該儲氣裝置1上的機殼裝置2、一個設置在該機殼裝置2中的氣體壓縮機3、一個插設在該機殼裝置2上並插接該氣體壓縮機3的葉片裝置4、一個設置在該儲氣裝置1的發電裝置5，以及一個用以輸送氣體的輸送裝置6。
該儲氣裝置1包括一個儲存單元11。該儲存單元11包括四個彼此間隔地排列成方陣的儲存槽體12(由於視角關係，圖1中僅顯示其中三個)、數支組裝連接於該等儲存槽體12間的連通管13、一個架設在該等儲存槽體12頂端且呈方板狀的第一支撐件14，以及一個架設在等高的其中數支所述連通管13上的第二支撐件15。
每一所述儲存槽體12呈上下直立延伸的圓柱狀，並以機械強度足夠的金屬製成而能儲存壓縮氣體。每一所述儲存槽體12圍繞界定出一個同樣呈圓柱狀而適用於容納壓縮氣體的儲氣槽121。每一所述連通管13呈圓管狀，並焊接於彼此相鄰的兩個所述儲存槽體12間，且氣體連通其中兩個所述儲氣槽121。所述的連通管13除了可以連通該等儲氣槽121外，也能產生支撐、定位該等儲存槽體12的效果。
參閱圖2至4，該機殼裝置2包括一個設置在該第一支撐件14上的固定環體21、一個能相對該固定環體21轉動地穿套在該固定環體21外的轉動環體22、數個設置在該固定環體21與該轉動環體22間的滾子23、一個固定在該轉動環體22上的筒體24、一個兩相反端分別插設在該固定環體21及該筒體24中的插設件25、一個設置在該筒體24上的殼體26，以及一個裝設在該殼體26後端的導向件27。
該固定環體21與該轉動環體22相配合構成一轉盤，且該固定環體21透過數螺件91固定在該第一支撐件14上，而不會相對該第一支撐件14移動。該轉動環體22透過該等滾子23而可相對該固定環體21轉動。
該筒體24概呈圓筒狀，並界定出一同樣概呈圓筒狀的筒內空間241。該筒體24的底部透過數螺件91固定在該轉動環體22上，而能與該轉動環體22一同轉動，並相對該插設件25轉動。
該插設件25包括一呈圓盤狀並插設在該筒內空間241中的第一插設端部251，以及一個呈圓柱狀且底部插設在固定環體21中的第二插設端部252。該插設件25還形成有一個上下延伸而貫通該第一插設端部251與該第二插設端部252的輸氣通道253。該輸氣通道253頂端連通該筒內空間241。
該殼體26包括一個呈圓柱狀且前後長向延伸的主殼部261，以及一個由該主殼部261往前突伸漸縮而呈圓台狀的插殼部262。該主殼部261與該插殼部262相配合界定出一供該氣體壓縮機3設置且可氣體連通外界的殼內空間263。
該導向件27焊接於該殼體26的後端，而與該葉片裝置4分別位於該殼體26的後、前兩相反端。該導向件27包括兩片由該殼體26彼此橫向相背往後延伸的片體271。每一所述片體271的長度方向與上下方向同向，寬度方向與橫向方向同向，並與另一所述片體271相配合使該導向件27於俯視視角或者說橫剖面呈V形(見圖4)。
該氣體壓縮機3透過一支撐架92設置在該殼體26上，並位於該殼內空間263中。該氣體壓縮機3為常見的空壓機(空氣壓縮機)，而能將氣體壓縮成壓力大於該氣體的壓縮氣體。由於本實施例是以空氣為例在運作，因此壓力大於該氣體的壓縮氣體，是指該壓縮氣體的壓力在一大氣壓以上。具體來說，為了有較佳的氣體儲存及利用效率，該壓縮氣體的壓力為20 Kg/cm 2。
該葉片裝置4包括一插接該氣體壓縮機3及該機殼裝置2的該殼體26的該插殼部262的驅動軸41，以及一組裝在該驅動軸41上的葉片單元42。
該驅動軸41的延伸方向與圓柱狀的該主殼部261的延伸方向同向，皆為前後長向延伸。該驅動軸41的最後端部位插接該氣體壓縮機3，靠近後端的部位則被二軸承件93(見圖2)所支撐。該驅動軸41靠近前端的部位插設在該插殼部262的前端。該驅動軸41的最前端部位則往前突伸出該插殼部262，而間隔地位於該插殼部262前方。
參閱圖1、2、4，該葉片單元42包括一個組裝於該驅動軸41的最前端並與該驅動軸41連動的中轂421、一個呈圓環狀且徑向間隔地環繞在該中轂421外的外環422，以及數片延伸連接於該中轂421與該外環422間的葉片423。
該外環422定義出一軸向方向D11(見圖4示意)。每一所述葉片423包括一個連接該中轂421的第一端部424，以及一個連接該外環422的第二端部425。該第二端部425的延伸方向與該軸向方向D11定義出一延伸夾角A11(見圖4)。
在本實施例中，該延伸夾角A11約為45度，但在本發明的其他實施態樣中，該延伸夾角A11也能為α度，α介於45～65，且能為整數。
參閱圖1至3，該發電裝置5包括設置在該儲氣裝置1的該第二支撐件15上的一氣動馬達51與一發電機52，以及一個罩設在該氣動馬達51外的罩體53。
該氣動馬達51氣體連通該儲氣裝置1的其中一個儲存槽體12，且能被壓縮氣體驅動而輸出動力並驅動該發電機52產生電力。也就是說，該氣動馬達51能將壓縮氣體的壓力轉變為動力進而驅動該發電機52發電。由於該氣動馬達51常見於氣動工具機中，例如氣動拋光機、打磨機等等，因此該氣動馬達51與該發電機52均屬於通常知識，故在此省略進一步的說明。
該輸送裝置6用以供該氣體壓縮機3氣體連通該儲氣裝置1的其中一個所述儲存槽體12。該輸送裝置6包括一個連通於該殼內空間263與該筒內空間241的第一氣閥61、一個組裝於該第一支撐件14並連通該輸氣通道253底端的第二氣閥62、一個組裝於該氣體壓縮機3與該第一氣閥61間的第一輸氣管63、一個組裝於該第二氣閥62與其中一個所述所述儲存槽體12間的第二輸氣管64，以及一個組裝於該氣動馬達51與另外一個所述儲存槽體12間的第三輸氣管65。
該第一輸氣管63、該第二輸氣管64與該第三輸氣管65為能承受210 Kg/cm 2壓力的市售高壓軟管，由於高壓軟管及氣閥為通常知識，故在此省略進一步的說明。
本實施例運作時，當外界的風吹過該葉片單元42，該葉片單元42將會被風驅動而轉動，並帶動該驅動軸41一同轉動，進而透過該驅動軸41驅動該氣體壓縮機3運作。該氣體壓縮機3被該驅動軸41驅動而運作時，可抽入該殼內空間263中的氣體(空氣)並加以壓縮成為壓縮氣體(壓縮空氣)。所述的壓縮氣體持續經由該第一輸氣管63、該第一氣閥61、該筒內空間241、該輸氣通道253、該第二氣閥62、該第二輸氣管64輸送至該等儲氣槽121中儲存，直至該等儲氣槽121內的壓力也到達約20 Kg/cm 2。
當該儲氣槽121內儲存有該壓縮氣體且槽內壓力足夠時，於需要取用動力的情況下，可使該儲氣槽121內的該壓縮氣體透過該第三輸氣管65進入該氣動馬達51中，驅動該氣動馬達51運轉，進而輸出機械動力並帶動該發電機52發電而產生電力以供進一步運用。
由於本實施可將風的動能以壓縮氣體的形式保存，並在有需要的時候以該壓縮氣體驅動該氣動馬達51輸出動力，且能以隨手可得的空氣作為儲存媒介，因此本實施例的其中一個特點即在於：儲存媒介(即空氣)可直接排放不汙染環境，不會產生儲存媒介廢材且儲存成本低廉。
參閱圖1、2、4，本實施例的另外一個特點在於：該殼體26透過該固定環體21、該轉動環體22、該筒體24，可如圖4所示地改變方向，從而可適配不同風場的風向。另外，該導向件27可在風力的作用下，自動改變該殼體26的方位，使該葉片裝置4的該葉片單元42能夠保持正面迎風，進而持續且有效率地充分利用風力。
其中，該葉片單元42包括有該外環422，從而能夠穩定該等葉片423在徑向方向上的末端(即所述第二端部425)。因此該葉片單元42具有運轉時較為穩定，不易產生音爆或噪音較低的特點。
另外，在本實施例中，該儲氣裝置1僅包括一個所述的儲存單元11，但在本發明的其他實施態樣中，也可以包括數個如前所述的儲存單元11，且該等儲存單元11的該等儲存槽體12彼此氣體連通，也就是該等儲存單元11彼此氣體連通地串聯在一起，例如以前述的高壓軟管串接在一起。如此一來，將可隨需求變化儲氣量，以儲存更大量的壓縮氣體。
綜上所述，本發明適用於風力發電的氣動發電系統的功效在於：該氣體壓縮機3可將風力所提供之動能加以轉換，並將能量透過壓縮氣體的形式儲存於該儲氣裝置1中，而在需要利用能量時，則可釋放該壓縮氣體驅動該氣動馬達51輸出動力。由於可利用空氣形成壓縮氣體，因此本發明的儲存媒介可為隨手可得的空氣，具有不產生儲存媒介廢材且儲存媒介成本低廉的特點。
以上所述者，僅為本發明的實施例而已，不能以此限定本發明的申請專利範圍，且依本發明申請專利範圍及專利說明書簡單等效變化與修飾之態樣，亦應為本發明申請專利範圍所涵蓋。
1:儲氣裝置 11:儲存單元 12:儲存槽體 121:儲氣槽 13:連通管 14:第一支撐件 15:第二支撐件 2:機殼裝置 21:固定環體 22:轉動環體 23:滾子 24:筒體 241:筒內空間 25:插設件 251:第一插設端部 252:第二插設端部 253:輸氣通道 26:殼體 261:主殼部 262:插殼部 263:殼內空間 27:導向件 271:片體 3:氣體壓縮機 4:葉片裝置 41:驅動軸 42:葉片單元 421:中轂 422:外環 423:葉片 424:第一端部 425:第二端部 5:發電裝置 51:氣動馬達 52:發電機 53:罩體 6:輸送裝置 61:第一氣閥 62:第二氣閥 63:第一輸氣管 64:第二輸氣管 65:第三輸氣管 91:螺件 92:支撐架 93:軸承件 D11:軸向方向 A11:延伸夾角
本發明其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一個立體圖，說明本發明適用於風力發電的氣動發電系統的一個實施例； 圖2是一個剖視圖，說明該實施例； 圖3是一個剖視圖，放大說明該實施例的局部結構；及 圖4是一個俯視圖，以點鏈線假想示意說明該實施例的一個殼體改變方向。
1:儲氣裝置
11:儲存單元
12:儲存槽體
121:儲氣槽
13:連通管
14:第一支撐件
15:第二支撐件
2:機殼裝置
21:固定環體
22:轉動環體
23:滾子
24:筒體
241:筒內空間
25:插設件
251:第一插設端部
252:第二插設端部
253:輸氣通道
26:殼體
261:主殼部
262:插殼部
263:殼內空間
27:導向件
271:片體
3:氣體壓縮機
4:葉片裝置
41:驅動軸
42:葉片單元
421:中轂
422:外環
423:葉片
424:第一端部
425:第二端部
5:發電裝置
51:氣動馬達
52:發電機
53:罩體
6:輸送裝置
61:第一氣閥
62:第二氣閥
63:第一輸氣管
64:第二輸氣管
65:第三輸氣管
91:螺件
92:支撐架
93:軸承件

Claims (8)

  1. 一種適用於風力發電的氣動發電系統，適用於利用風及氣體運作，並包含：一儲氣裝置；一機殼裝置，能相對該儲氣裝置轉動地設置在該儲氣裝置上；一氣體壓縮機，設置在該機殼裝置中，並氣體連通該儲氣裝置，該氣體壓縮機適用於將該氣體壓縮成壓力大於該氣體的一壓縮氣體，並將該壓縮氣體送入該儲氣裝置儲存；一葉片裝置，設置在該機殼裝置上，並組接該氣體壓縮機，適用於被風驅動而轉動，以提供該氣體壓縮機運作時所需動力；及一發電裝置，包括一氣體連通該儲氣裝置的氣動馬達，以及一組裝連接該氣動馬達的發電機，該氣動馬達能被自該儲氣裝置輸出的該壓縮氣體驅動而輸出動力，該發電機能被該氣動馬達驅動而發電；其中，該儲氣裝置包括至少一個儲存單元，該至少一個儲存單元包括數個彼此間隔的儲存槽體、數個連接於該等儲存槽體間的連通管、一個架設在該等儲存槽體上的第一支撐件，以及一個架設在該等連通管上的第二支撐件，每一所述儲存槽體界定出一個適用於容納該壓縮氣體的儲氣槽，其中一個所述儲氣槽氣體連通該氣體壓縮機，每一所述連通管氣體連通其中兩個所述儲氣 槽，該第一支撐件供該機殼裝置設置，該第二支撐件供該發電裝置的該氣動馬達及該發電機設置；其中，該機殼裝置包括一個容納有該氣體壓縮機且供該葉片裝置插設的殼體。
  2. 如請求項1所述的適用於風力發電的氣動發電系統，其中，該機殼裝置還包括一個裝設在該殼體上的導向件，該導向件與該葉片裝置分別位於該殼體的兩相反端，且該導向件包括兩片由該殼體彼此橫向相背延伸而出的片體。
  3. 如請求項2所述的適用於風力發電的氣動發電系統，其中，每一所述片體的長度方向與上下方向同向，寬度方向與橫向方向同向，且該等片體橫向相背延伸而使該導向件的橫剖面呈V形。
  4. 如請求項1所述的適用於風力發電的氣動發電系統，其中，該機殼裝置還包括一個固定設置在該第一支撐件上的固定環體、一個能相對該固定環體轉動地穿套在該固定環體外的轉動環體、數個設置在該固定環體與該轉動環體間的滾子、一個固定在該轉動環體與該殼體間的筒體，以及一個兩相反端分別插設在該固定環體及該筒體中的插設件。
  5. 如請求項4所述的適用於風力發電的氣動發電系統，其中，該殼體界定出一個供該氣體壓縮機設置的殼內空間，該筒體界定出一個筒內空間，該插設件包括一插設在該筒內空間中的第一插設端部，以及一插設在固定環 體中的第二插設端部，該插設件還形成有一個延伸貫通該第一插設端部與該第二插設端部的輸氣通道，該輸氣通道的其中一端連通該筒內空間，該適用於風力發電的氣動發電系統還包含一個用以供該氣體壓縮機將該壓縮氣體輸送進該儲氣裝置的其中一個所述儲存槽體的輸送裝置，該輸送裝置包括一個連通於該殼內空間與該筒內空間的第一氣閥、一個組裝於該第一支撐件並連通該輸氣通道的另外一端的第二氣閥、一個組裝於該氣體壓縮機與該第一氣閥間的第一輸氣管，以及一個組裝於該第二氣閥與其中一個所述所述儲存槽體間的第二輸氣管。
  6. 如請求項1所述的適用於風力發電的氣動發電系統，其中，該葉片裝置包括一個能以自身軸線為軸心轉動且其中一端插接該氣體壓縮機的驅動軸，以及一個組裝於該驅動軸的另外一端的葉片單元，該葉片單元包括一個組裝於該驅動軸的該另外一端的中轂、一個呈環狀且徑向間隔地環繞在該中轂外的外環，以及數片延伸連接於該中轂與該外環間的葉片。
  7. 如請求項6所述的適用於風力發電的氣動發電系統，其中，該外環定義出一軸向方向，每一所述葉片包括一個連接該中轂的第一端部，以及一個連接該外環的第二端部，該第二端部的延伸方向與該軸向方向定義出一延伸夾角，該延伸夾角為45~65度。
  8. 如請求項7所述的適用於風力發電的氣動發電系統，其中，該延伸夾角為45度。
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