TWM517252U

TWM517252U - 海浪發電裝置

Info

Publication number: TWM517252U
Application number: TW104211656U
Authority: TW
Inventors: Jian-Heng Zhou
Original assignee: Jian-Heng Zhou
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2016-02-11

Description

海浪發電裝置

本新型是有關於一種發電裝置，特別是指一種藉由海浪產生電磁感應的發電裝置。

進入二十一世紀，影響全世界最重大的議題之一就是能源問題。根據專家的預估，全世界的石油蘊藏將會在未來的四、五十年內全部開採殆盡。因此，積極開發新能源和尋找各種可能的替代能源，成了全世界各國政府積極努力的重大施政目標。而且，根據經濟部2014年經濟白皮書的看法，其中以波能轉換裝置(Wave Energy Converter，WEC)在各式替代能源中最具有商轉潛力。同時，台灣四面環海，擁有極其豐富的海洋能源，尤其是在澎湖，及台灣東北角海岸等地，波浪潛能極為可觀，應可以更好地開發及利用。

然而，由於海浪的顛簸週期與振幅極不規律，造成儲電效率難以掌控，以及現有的海浪發電裝置，如中華民國發明專利第I342660號、第I340203號，及申請案第099126535號等，大多使用如傳動槓桿、氣壓、油壓、彈簧等機構組件以轉換海浪能，不但增加整體裝置的複雜度，且會降低能量轉換的效率。

因此，本新型之目的，即在提供一種機構簡單以提高能量轉換率，並能維持一定儲電效能的海浪發電裝置。

於是，本新型海浪發電裝置，包含一支架單元、一取能單元，及一電力單元。

該支架單元浮在海中，並錨定於特定海域，且包括複數浮於海水中的浮座、一設置於該等浮座上方，而與海平面相間隔的平台，及至少一由該平台延伸的固定架。

該取能單元包括一框架，及一裝設於該框架，且能浮於海中的取能浮體。該框架具有一樞設於該固定架的樞接端，及一相反於該樞接端的擺動端。

該電力單元包括一發電模組。該發電模組具有一連結於該擺動端的主動件，及一設置於該平台的被動件。

本新型之功效在於，藉由海浪推動該取能浮體，而帶動該框架相對於該平台樞擺，使得該主動件與該被動件進行相對移動，以產生電磁感應發電。不僅機構簡單、易於製造及維護，而且能量傳遞損耗低，有效提高能量轉換率。

1‧‧‧支架單元

11‧‧‧浮座

12‧‧‧平台

121‧‧‧桁架組

13‧‧‧固定架

131‧‧‧支臂

132‧‧‧橫臂

14‧‧‧阻滯裝置

2‧‧‧取能單元

21‧‧‧框架

211‧‧‧嵌板

212‧‧‧樞接端

213‧‧‧擺動端

214‧‧‧嵌孔

215‧‧‧減輕孔

216‧‧‧隔樑

22‧‧‧取能浮體

3‧‧‧電力單元

31‧‧‧發電模組

311‧‧‧主動件

312‧‧‧被動件

32‧‧‧儲電模組

321‧‧‧整流電路

322‧‧‧儲電器

4‧‧‧連結單元

41‧‧‧連接架

411‧‧‧樞軸

412‧‧‧桿件

42‧‧‧連接架

43‧‧‧滑輪組

431‧‧‧定滑輪

432‧‧‧動滑輪

433‧‧‧彈性件

434‧‧‧固著點

44‧‧‧連動索

5‧‧‧動力裝置

C‧‧‧電容

D‧‧‧二極體

L‧‧‧軸線

La‧‧‧腹線

Lc‧‧‧脊線

本新型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是一平面圖，說明本新型海浪發電裝置的第一實施例的整體架構；圖2是一局部平面圖，說明該第一實施例中的一支架單元、一取能單元、一發電模組，及一連結單元；圖3是一局部平面圖，呈現該第一實施例的另一視角；圖4是一局部立體圖，說明該第一實施例中的該取能單元，及裝設於該取能單元上的一橫臂與一連接架；圖5是一局部平面圖，說明該第一實施例中的該連接架、一主動件，及一被動件的另一實施態樣；圖6是一局部平面圖，說明該第一實施例中的該取能單元、該連接架、該主動件，及該被動件的另一實施態樣；圖7是一局部平面圖，說明該第一實施例中的該取能單元、該連接架、該主動件，及該被動件的另一實施態樣；圖8是一局部立體圖，說明該第一實施例中的該被動件可呈中空管狀，以供該主動件穿設其中；圖9是一局部平面圖，說明本新型海浪發電裝置的第二實施例中的一支架單元、一取能單元、一發電模組，及一連結單元，其中，一被動件設置於一桁架組；圖10是一局部平面圖，說明該第二實施例中的該連結單元及該桁架組的另一實施態樣；圖11是一局部平面圖，說明該第二實施例中的該連結單元及該桁架組的另一實施態樣；圖12是一局部平面圖，說明該第二實施例中的該連結單元及該桁架組的另一實施態樣；圖13是一局部平面圖，說明該第二實施例中的該取能單元、該連結單元，及該桁架組的另一實施態樣；圖14是一局部平面圖，說明該第二實施例中的該取能單元、該連結單元，及該桁架組的另一實施態樣；圖15是一局部平面圖，說明上述實施例可藉由一動力裝置調整位置及方向；圖16是一局部立體圖，說明該等實施例中的該取能單元的另一實施態樣；圖17是一電路圖，說明該等實施例中的多數該被動件電連接於一儲電模組；圖18是一電路圖，說明該等實施例中的該儲電模組的另一實施態樣；及圖19是一平面圖，說明該支架單元的另一實施態樣。

在本新型被詳細描述之前，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與圖2，本新型海浪發電裝置的第一實施例包含一支架單元1、一取能單元2、一電力單元3，及一連結單元4。

參閱圖1、圖2，及圖3，該支架單元1浮在海上，並錨定於特定海域，且包括複數浮於海水中的浮座11、一設置於該等浮座11上方，而與海平面相間隔的平台12、至少一由該平台12延伸的固定架13，及至少一設置於該等浮座11底部的阻滯裝置14。該平台12具有一桁架組121。該固定架13具有二分別向下延伸的支臂131，及一連接該等支臂131的橫臂132。在本實施例中，該平台12呈兩端面積擴大的長橋狀，類似圖19所示，並與海平面相間隔。而該等浮座11分別對稱地位於該平台12兩端面積增大的部分，且在每一浮座11底部對應地設置該阻滯裝置14。該支架單元1還有其它實施態樣，如圖19所示，長橋狀的該平台12兩端具有向外延伸的分枝外形，但依然呈幾何對稱的形狀，而該等浮座11分別設置於分枝末梢處。上述的平台12構形的共同特點是，避免海浪受到該等浮座11遮擋而削弱其能量，而讓該取能單元2獲得海浪最大的能量。值得一提的是，該支架單元1的浮座11及平台12是浮在海水中，不僅可避免因潮汐或風吹造成海面升降，致使該取能單元2無法擷取海浪能之困擾，而且易於移動至任何海域，不論該海域之海水深度深淺均能操作。

並且，為了使該支架單元1能在海浪中保持穩定且不易晃動，本實施例利用以下措施，並逐一說明：

(1)該等浮座11設置於該平台12兩端擴大部分的底部，以提供浮力。因該等浮座11分布於該平台12兩端，且根據幾何原理，因此該平台12中段的晃動極小，且無須配重而能使該平台12於海中平衡，並與海平面之間有一定的間隔距離。

(2)該等浮座11分布於該平台12兩端擴大部分較大面積之海面。因海浪起伏每一瞬間各處不同，所以該等浮座11受力方向各有不同，使得該平台12所受合力幾乎為零，使得該平台12不易晃動。

(3)該等浮座11為向深水處延伸之類似柱狀浮體，以及在接近海面海浪運動明顯之處呈一桁架結構。因此較不受海浪之作用力，且能保持必要的強度。

(4)該等浮座11為向海水深處延伸之類似柱狀物，並在每一浮座11最底部裝置形如一簡單的水平板的該阻滯裝置14。該阻滯裝置14的作用為產生阻尼(Damping)，利用深水處不受海浪擾動的海水阻止該支架單元1及該平台12之晃動，如圖1及圖15所示。

(5)所有主要裝置均設置在該平台12上，自然增加該支架單元1之慣量和質量，使該支架單元1受不定週期凌亂海浪之作用力時，不易被加速，因而不易晃動。

值得一提的是，該支架單元1並無須同時具有上述5項措施，即能在海中保持穩定，且不易晃動。而且該等浮座11不一定必須是類似柱狀的浮體。

以及，如圖15所示，該支架單元1也可以設置一動力裝置5，如螺旋槳推進器，便於本實施例能隨海浪方向及大小，機動地調整方向及其錨定位置，以期獲得最佳發電效率。

參閱圖2、圖3，及圖4，該取能單元2包括一框架21，及一裝設於該框架21，且能浮於海中的取能浮體22。該框架21具有二嵌板211，及分別形成於每一嵌板211兩端的一樞接端212與一擺動端213。該橫臂132穿設於該樞接端212，而成為該嵌板211的樞軸。每一嵌板211包括一連接該樞接端212與該擺動端213的軸線L、一供該取能浮體22嵌入的嵌孔214、一介於該嵌孔214與該樞接端212之間，且在海平面下方的減輕孔215，及一介於該嵌孔214與該減輕孔215之間的隔樑216。該取能浮體22具有分別位於該軸線L上下方的一脊線Lc與一腹線La。

值得一提的是，本實施例使用該等嵌板211是為了讓該取能浮體22受到海浪的推送時，能穩定地上下樞擺。但是，也有另一種實施態樣如圖16所示。該框架21僅具有一嵌板211，以降低製造成本，或是該嵌版211與該取能浮體22為一體成型。此外，該取能浮體22之脊線Lc與該腹線La可以對稱或非對稱於該軸線L。其中，該腹線La實質上呈一曲線，而利於該取能浮體22以適當曲面承受海浪的推升，以最大化獲得海浪能量；而該脊線Lc相較於該腹線La，則無特殊作用，因此，可以將其設計成有一段凹陷的曲線一如圖6所示一不僅得以減輕該取能浮體22的重量，同時減少該取能單元2的轉動慣量，以有效地擷取海浪能，並且節約製造成本。另外，該取能浮體22近該樞接端212的曲面實質上呈圓弧形，且在海平面下方，使得該取能浮體22在受到海浪推升，而帶動該框架21進行樞擺的同時，能夠降低該取能浮體22在海面上下浮沉所造成的波浪。

要說明的是，根據本新型創作人之理論計算，該取能單元2之質量和慣量愈小，則取能單元2從海浪中取得的能量就愈多。因此，該取能單元2如果牽動愈多機械裝置，則其獲得能量的效果就愈差。所以，本創作採用該取能單元2直接驅動該電力單元3的方式發電。其中，該取能浮體22應儘量避免另外對海水作功或是造浪，而將能量散逸，該取能浮體22在被海水作功之後，海水之速度應儘量降到最低，因此，在各實施例中，該取能浮體22的腹線La能獲得較大的海浪能。另外，該取能單元2樞接固定架13之處是在水面底下，一方面增加獲得海浪能之效率，另一方面使該電力單元3在水面之上，而易於保養。

參閱圖1、圖2，及圖17，該電力單元3包括一發電模組31，及一設置於該平台12的儲電模組32。該發電模組31具有一主動件311，及一被動件312。該儲電模組32具有一整流電路321及一儲電器322。該被動件312電連接該整流電路321，而與該儲電器322形成一充電迴路。在本實施例中，該主動件311為一磁鐵組，而該被動件312為一線圈組，但不應以此為限。因為根據法拉第感應定律(Faraday's Law of Induction)，只要能改變磁通量即能產生感應電流。因此，該主動件311也可替換為該線圈組，同時該被動件312替換為該磁鐵組，甚至可以一電磁鐵取代該磁鐵組。此外，該整流電路321為橋式整流(Bridge Rectifier)電路，並具有複數用以整流的二極體D。另外，該儲電模組32之功能主要是用於隨時儲存隨著海浪能忽然轉換而來大小不一的電能。因此，該儲電模組32中各電容C隨時應處於可充電狀態。換言之，各電容C所獲得的電能應以適當的裝置或電路隨時用光，以使各電容C處於待命準備接受忽然而至，且大小不一的電流對該儲電模組32進行充電。同時，將凌亂的海浪能高效率地轉換成凌亂的電能，並儲存於各電容C中，再整合各電容C內儲存之電力，以成為較穩定的輸出電力。圖17即是能完成上述電能儲存流程，並整合出較穩定輸出之電路。另外，圖18揭示另一種儲電模組32。因為在輸出電壓僅為推動小型低電壓電器的情況下，該儲電模組32即足以達到要求。但是，若將本創作大型化後，各電容C儲存的能量更為巨大，則必須利用自動控制技術，整合各電容C之電能，而形成較穩定的輸出，使各電容C隨時處於可充電狀態，而能隨時地攫取從海浪能轉換而來的電能。

此外，該整流電路321可配合該被動件312的數量，並互相串聯，再一併透過該充電迴路對該儲電器322進行充電。其中，該儲電器322一般常見為一電容式儲電器或一超級電容，但也可為一蓄電池。值得一提的是，複數該整流電路321串聯後，亦可並聯一大型電容C，使其隨時可以保持一電壓值。利用此一設計，可以把不規律的海浪作用而發出的不規律電能完全儲存起來，再整合成穩定的電力而供人們使用，藉以提高儲電效能。另外，該取能浮體22恆朝海浪的來向傾斜，此項設計目的在更有效率地取得海浪能，而且使該主動件311能在一區間內持續地與該被動件312進行相對運動。

參閱圖2與圖4，該連結單元4包括一連接架41。而該連接架41一端設置於該擺動端213，而該主動件 311設置於該連接架41的另一端。藉此，當海浪推動該取能浮體22，而帶動該框架21相對於該平台12進行樞擺，使得該主動件311相對於該被動件312移動，以產生電磁感應發電。其中，該連接架41與該被動件312的實施態樣可以有許多變化。例如，如圖5所示，該連接架41呈一實質上為橢圓形的形狀，並裝設於該擺動端213，而該主動件311裝設於該連接架41的外弧段中央；或者是如圖6所示，該連接架41呈一勾形，且一端裝設於該擺動端213，而該主動件311裝設於該連接架41另外一端。由於該連接架41帶動該主動件311樞擺的路徑呈一弧狀曲線，因此該被動件312也要對應該弧狀曲線排列，使該主動件311能穿設於其中。又或者是如圖7的實施態樣，以一樞軸411將二桿件412樞接成該連接架41。其中一桿件412一端連接該擺動端213，而另一桿件412也藉由另一樞軸411連接該主動件311，形成一連桿機構(Linkage Mechanism)。此外，該被動件312則如圖8所示，相互連結呈一中空管狀。當該擺動端213弧狀地擺動的同時，帶動所連接的桿件412，並藉由該等樞軸411及另一桿件412，從而帶動該主動件311穿設於該被動件312中。要說明的是，該等樞軸411也可為萬向接頭，以增加該等桿件412運動的自由度，讓該主動件311能更平順地穿設於該被動件312中。

此外，該連結單元4將該擺動端213進一步延伸，使得此連結單元4能更快速牽動該主動件311，以致於該主動件311和該被動件312有更快的相對速度，而能更有效率地產生電力。

上述實施例是藉由該連接架41與該被動件312的相互配合，使該取能單元2直接帶動該主動件311，而與該被動件312產生相對移動。不過，該取能單元2也可以透過一滑輪機構而間接帶動該主動件311。

因此，參閱圖1與圖9，本新型海浪發電裝置的第二實施例包含一支架單元1、至少一取能單元2、一電力單元3，及一連結單元4。

其中，該支架單元1、該取能單元2，及該電力單元3與該第一實施例相同。因此，有關上述各單元的相關結構將不再贅述。

參閱圖9，該連結單元4包括一連接架42、一滑輪組43，及一繞於該滑輪組43的連動索44。該連接架42一端設置於該擺動端213，而該連接架42的另一端固定於該連動索44。在本實施例中，該滑輪組43具有二定滑輪431、一動滑輪432，及一個一端設置於該平台12，另一端供該動滑輪432裝設的彈性件433。該被動件312與該定滑輪431裝設於該桁架組121，該主動件311裝設於該連動索44，並可套設於該被動件312中。藉此，當海浪推動該取能浮體22，而帶動該框架21相對於該平台12進行樞擺，使得該連接架42帶動該連動索44。而受到該連動索44牽引的該主動件311相對於該被動件312移動，以產生電磁感應發電。而且由於該連動索44為一不可拉伸的剛性繩索，因此該框架21呈圓弧狀樞擺時，該連動索44也會拉扯該動滑輪432，使其偏移原來的位置，而需藉由該彈性件433回復回原來的位置，並保持該連動索44的張力。另外，該連接架42也可為一可伸縮的桿件，使得該框架21在樞擺的同時，該連接架42可以純粹地帶動該連動索44繞轉而不使該動滑輪432發生位移。

其中，該滑輪組43可以有不同的實施態樣。如圖10所示，該滑輪組43同樣具有二藉由該桁架組121固定於該平台12的定滑輪431，而該連動索44繞於該等定滑輪431。該被動件312藉由該桁架組121，並且配合該連動索44的牽引方向斜向地裝設於該平台12。該主動件311裝設於該連動索44，並可套設於該被動件312中。其中，該連接架42之長度可以改變，但連接架42之形狀維持棒狀。另外一種實施態樣如圖11所示，該滑輪組43僅具有一設置於該平台12的定滑輪431。該連動索44繞於該定滑輪431，且其一端連接該連接架42，另一端則連接該主動件311。該被動件312藉由該桁架組121，並且配合該連動索44的牽引方向直立地裝設於該平台12。其中，為了能讓該連接架42更有效率地帶動該連動索44，而該滑輪組43有如圖12所示的實施態樣。該滑輪組43具有二設置於該平台12的定滑輪431，該等定滑輪431彼此間隔設置，而使該連動索44介於其中一鄰近該連接架42的定滑輪431，與該連接架42之間的部分線段貼近該連接架42一端樞擺的圓弧段，即該連接架42牽引該連動索44的力量方向與該連接架42樞擺的切線方向貼近，而使該取能浮體22作功的效率提升。

此外，滑輪機構中的動滑輪會依施力點，及抗力點的位置不同，而有著增加主動件311之速度的效果。以圖13的實施態樣來進行說明，該連接架42連接於該動滑輪432的軸心，而該連動索44一端固定於一形成於該桁架組121的固著點434，其另一端連接該主動件311，並且繞於該動滑輪432，以及二個定滑輪431的輪上。此時，該動滑輪432受到該取能浮體22的帶動，而對該主動件311有著省時費力的作用，使該主動件311的位移速度近乎裝設於該擺動端213之動滑輪432速度的兩倍，意即該主動件311在該被動件312內行進的距離大於該取能浮體22的擺動弧長。因此，該被動件312內的磁通量改變率也越大，而有助於提高發電效率。同時，該主動件311由於本身向下的重量，透過該滑輪組43的配置，而能牽引該取能浮體22壓入水中，因而具有對該取能浮體22配重的功能。不僅可以降低該取能單元2的轉動慣量，更能降低製造成本。另外，將圖13中的該固著點434設置於該平台12，而形如圖14所示的另一種實施態樣。同樣是對該主動件311有著省時費力的作用，以提高發電效率。此外，如果圖14所示的另一種實施態樣中，該取能浮體22的質量大，透過該滑輪組43的配置，也對該取能浮體22有配重的功能。

綜上所述，本新型海浪發電裝置藉由海浪推動該取能浮體22，而帶動該框架21相對於該平台12樞擺，使得該主動件311與該被動件312進行相對移動，以產生電磁感應發電。並且，針對該連結單元4提出各種合適的實施態樣，來有效率地帶動該主動件311。整體而言，不僅機構組件簡單、易於製造及維護，而且海浪能量在傳遞過程之間的損耗率低。以及，透過該儲電模組32的元件設置，來維持儲電效能，故確實能達成本新型之目的。

惟以上所述者，僅為本新型之較佳實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，即凡是依本新型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，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。