TWM569554U - Aquaculture water tanker with dynamic adjustment of water depth - Google Patents

Abstract

本創作為一種可動態調整入水深度的養殖池水車，旨在讓水車用於激發水花和造成水流的能量能夠重新分配，以節省能源並提高工作效率。其組成包括一浮筏、至少一可升降地旋轉打水及造流的葉輪組，以及能夠導引該葉輪組上、下位移的滑動支架。當葉輪組在夜間高速運轉時，葉輪組與水體的反作用力因轉速增加而形成一升力，使葉輪組能夠自動向上舉升而減少入水深度及水體阻力，避免產生不必要造流效果而節省電力；日間溶氧量過飽和狀態下，葉輪組因低速運轉而下降，使入水深度相對增加，除了節省產生水花的能量以外，還可提高對養殖池水造流的工作效率。

Description

可動態調整入水深度的養殖池水車

本創作為一種可動態調整葉論組入水深度的養殖池水車，技術內容涉及將葉輪組設計為可隨著轉速高低而動態調整入水深度的機構，使水車可以因應養殖池溶氧量或擾動水流的需求來節省能源，並提高工作效率。

根據聯合國糧農組織估計(FAO, 2006)，由畜牧業所供應的動物性蛋白質已達瓶頸，未來甚至可能因溫室氣體排放控制而減產，因此至2030年以前，水產養殖的產量必須再提高一倍，才足以供應需求。然而，世界水產養殖的產量在過去20年持續以十位數成長，近年來更是已經超越海洋漁撈，顯示水產養殖的生產面積已無大幅增加的空間；在此情形下，水產養殖的生產密度以及單位面積生產量必須持續提高，方有可能滿足未來的需求。

在水產養殖技術方面，養殖池水的溶氧和阿摩尼亞是限制單位密度增加的主要因素，而水車則是維持養殖池溶氧的必備工具。以養蝦來說，每增加500kg產量，就必須增加一台水車(Boyd and Tucker, 1998)，方能提供足夠的溶氧。然而，每增加一台水車同時也增加了耗電量，對於整體環境而言並無助益。因此，本創作人乃針對傳統水車加以研究，以期能提高水車的工作效率，進而減少水車的耗電量。

水車在養殖池塘的角色是多元的，除了旋轉葉輪組拍打及離開水面，以激發水花的方式來增氧以外，葉輪組入水後同時還能夠造成迴轉水流讓池塘底部淤泥集中，並且將上下水層混合，使上層溶氧高的水帶入池底缺氧區域。這些表面上似乎頗具工作效率的多元功能，經本創作人研究後發現，該等多元功能反而會造成電力及能源的浪費。

例如，養殖池自然會生長微藻，白天藻類行光合作用產生溶氧，養殖池因為微藻濃度高，白天接近水面的溶氧常超過10ppm，成為過飽合狀態，底部水層則溶氧量較低。此時，水車高速運轉激發水花曝氣，反而將水中的溶氧散回空氣中，顯然是電力的浪費。然而因為水車兼有造成水流和混合水層的功能，停用水車可能得不償失，成為兩難。

又如，夜間養殖池中的藻類、微生物以及養殖生物釋放出二氧化碳，此時需要水車以更高的運轉速度激發水花曝氣來提高溶氧，但由於傳統水車的曝氣、造流和混合水層比例為固定，更高的運轉速度同時也讓造流和混合水層的效果遠超出所需，同樣也造成電力轉換為增氧效率上的浪費。

有鑑於此，本創作人設想，若能根據水中溶氧濃度，動態性地調整水車增氧和造流功能上的比例，不但能夠有效的節省電力，還兼具有提高增氧造流和混合水層工作效率的功效。

本創作之目的在於：讓葉輪組可隨著轉速變化來動態調整入水深度，藉以改變水車用於激發水花和造成水流的能量分配。當葉輪組在夜間以高速運轉來激發水花增氧時，可藉由葉輪組自動向上浮動位移的設計，來減少水體阻力，避免產生不必要造流效果，進而達成省電的功效；而白天低速運轉時，葉輪組則能夠自動向下位移而增加入水深度，除了節省產生水花的能量以外，還進一步提高對養殖池水造流的工作效率。

為達成上述目的，本創作提供一種可動態調整入水深度的養殖池水車，包括： 一浮筏，該浮筏懸浮於水面以承載一可調變馬達，該可調變馬達設有至少一出力軸； 至少一葉輪組，設置在浮筏側邊，該葉輪組具有一傳動軸，該傳動軸通過一萬向聯軸器聯結於該可調變馬達的出力軸，使該傳動軸與出力軸之間具有軸向角度偏差的情形下能夠接受該可調變馬達的驅動而使該葉輪組旋轉打水及造流；以及 至少一滑動支架，該滑動支架包括有一支撐在該葉輪組之傳動軸上的升降滑塊，該升降滑塊可升降地組設在一組固定在浮筏上的滑軌以導引該葉輪組上、下位移，使該葉輪組在高速運轉時能夠因水體接觸面的反作用力增加而舉升，同時減少葉片的入水深度及水體阻力而省電，並且在該葉輪組低速運轉時下降以增加入水深度，除了節省產生水花的能量以外，進一步提高對養殖池水造流的工作效率。

藉由上述構造， 本創作能夠根據水中溶氧濃度，透過轉速快慢來動態性自動調整葉輪組的入水深度，進而有效率地重新分配水車用於激發水花和造流的能量比例，不但能夠達到節省能源的功效，還能適時調整水車對於溶氧、造流和混合水層的需求，提高工作效率。

以下進一步說明各組件的具體實施方式：

實施時，該滑動支架之滑軌在升降滑塊的上方及下方分別設有一擋片，使該升降滑塊位於該二擋片之間，以限制該升降滑塊及調節葉輪向上及向下的最大位移距離。

實施時，該二擋片分別設有至少一朝向升降滑塊凸伸的調節件，且各調節件可以分別調節凸伸的長度，以調節並且限制該升降滑塊及葉輪組的上、下位移距離。

實施時，該升降滑塊於底部及頂部分別設有至少一朝向該二擋片凸伸的調節件，且各調節件可以分別調節凸伸的長度，以調節並且限制該升降滑塊及葉輪組的上、下位移距離。

實施時，該升降滑塊底部進一步設有至少一組支撐桿，該支撐桿底部延伸到水面下與一沉水浮體固定，以藉由該沉水浮體及升降滑塊輔助舉升該葉輪組。

實施時，該可調變馬達相對於浮筏的兩側分別設有一出力軸，該葉輪組為複數組設置在浮筏兩側，以分別接受該二出力軸的傳動而旋轉。

實施時，該葉輪組分別包括複數片呈圓周排列主葉片及副葉片，各主葉片末端呈前傾狀、各副葉片呈後傾狀，且葉輪組運轉時，各主葉片以前傾的前端部入水，各副葉片以後傾的後背部入水。

實施時，該葉輪組包括一供各主葉片設置的主葉輪、以及一安裝在該主葉輪內側或外側以分別供各副葉片裝設的副葉輪。

實施時，該葉輪組分別包括一供各主葉片設置的主葉輪，且各副葉片分別裝設在每一主葉片的側邊或前緣。

上述主葉片與副葉片的設計，分別在葉輪組高速運轉以及低速運轉時的作用說明如下：

當葉輪組在夜間以高速運轉時，副葉片以葉片的後背部水，使葉輪組與水體的反作用力因轉速增加而提高升力，進而讓主葉片的入水深度減少並降低水體對主葉片的阻力，除了可以減少不必要的造流而有效減少能量的損耗來達成省電的功效以外，還提高了主葉片離開水面時激起水花的速度，提高增氧能力。

當葉輪組在日間低速運轉而降低高度時，除了主葉片入水深度相對增加，讓造流能力相對增加，並降低不必要的增氧能力以外，額外設置的副葉片同時提高了葉輪組的對水流的擾流能力，同樣可以有效減少能量的損耗，達成省電的效果。

相較於先前技術，本創作讓水車可隨著葉輪組轉速來動態調整入水深度，成功改變了水車用於激發水花和造成水流的能量分配，讓葉輪組在白天以擾動水流混合上下水層和造成迴轉水流為主，晚上則以激發水花增氧為主，不但能夠適時調整水車對於溶氧、造流和混合水層的需求，提高工作效率，還能夠達到節省能源的目的；經創作人實際測試，本創作水車在日間低轉速的耗電量只有傳統水車的21％，其大幅減少耗電量的特性，可以在環境保護上提供相當大的貢獻。

以下依據本創作之技術手段，列舉出適於本創作之實施方式，並配合圖式說明如後：

如第一、第二圖所示，本創作養殖池水車的主要組成元件包括：一浮筏10、至少一葉輪組20以及用來支撐該葉輪組20的滑動支架30。圖示中，浮筏10懸浮於水面以承載一可調變馬達11，可調變馬達11的兩側分別設有一出力軸12，該葉輪組20的數量為兩組，分別設置在浮筏10兩側，以接受該可調變馬達11之出力軸12的驅動而旋轉打水，滑動支架30亦設置兩組，分別用來支撐該二葉輪組20；實施時，葉輪組20及滑動支架30可以視養殖池需求設置一組或多組串聯，數量上並無限制；以下配合圖示中的實施方式，所述之葉輪組20及滑動支架30皆以兩組為例。

此外，圖示中各葉輪組20分別包括一主葉輪21、一安裝在主葉輪21的內側或外側的副葉輪22，以及一能夠傳動該主葉輪21及副葉輪22旋轉的傳動軸23。其中，該傳動軸23通過一萬向聯軸器24聯結於前述可調變馬達11的出力軸12，使該傳動軸23與出力軸12之間在具有軸向角度偏差的情形下，仍然能夠接受可調變馬達11的驅動，讓葉輪組20的主葉輪21及副葉輪22同步旋轉。

如第二及三圖所示，前述主葉輪21上設有複數片呈圓周排列的主葉片211，副葉輪22上則設有複數片呈圓周排列的副葉片221，當主葉輪21與副葉輪22同步旋轉時，能夠讓複數片呈圓周排列的主葉片211及副葉片221依序入水。

如圖所示，上述主葉片211為一般常見的的水車葉片，其末端呈前傾狀，各副葉片221則整體或末端呈後傾狀，使主葉片211與副葉片221的入水角度為相反方向。當葉輪組20運轉時，各主葉片211以葉片的前端部入水，各副葉片221以葉片的後背部入水。因此，當各主葉片211以葉片的前端部入水後，可有效推動水體向後流動以供造流，並且在離開水面時激起水花形成曝氣而增氧；而各副葉片221以葉片的後背部入水，使副葉片221入水時，水體對各副葉片221的反作用力增加而形成一升力，該升力即可通過副葉輪22及傳動軸23產生輔助葉輪組20舉升的力量。

如第四圖所示，前述二滑動支架30分別包括有一支撐在相對應葉輪組20之傳動軸23的升降滑塊31，該升降滑塊31可升降地組設在一組固定在浮筏10上的滑軌32而得以上下滑移，使葉輪組20可以在升降滑塊31與滑軌32的導引及限制下，向上或向下位移。

實施時，該升降滑塊31底部可以設置至少一組支撐桿33，該支撐桿33底部延伸到水面下與一沉水浮體34固定，使該沉水浮體34的浮力通過支撐桿33及升降滑塊31，恆常對葉輪組20的傳動軸23提供一支撐力以抵消或減輕葉輪組20的重量，讓葉輪組20能夠輕易地上下位移。實施時，沉水浮體34的設置亦不排除可以利用彈簧、懸吊等組件，只須能夠抵消或減輕葉輪組20的重量即可。

如第三及第五圖所示，當葉輪組20高速運轉時，除了提高主葉片211離開水面時激起水花的速度，並提高增氧能力以外，由於副葉片221以後背部入水，因此副葉片221與水體的反作用力因轉速增加而對葉輪組20提供一較大的升力，可以有效地舉升葉輪組20，進而使主葉片211的入水深度減少，同時降低了水體對主葉片211的阻力，並降低主葉片211對水體的造流能力，再加上滑動支架30之沉水浮體34的輔助，使葉輪組20能夠輕易地舉升。

藉此，當養殖池在夜間需要增氧而令葉輪組20高速運轉使葉輪組20舉升後，因為降低了水體對主葉片211的阻力，並且減少了不必要的造流，使可調變馬達11驅動葉輪組20的能量能夠集中應用於激起水花增氧，因此可以有效減少能量的損耗，達成省電的效果。另一方面，若是以維持相同的耗電量而言，由於水體的阻力減小，因此可以使葉輪組20轉速更高而增加水花曝氣、提高溶氧量，有效提高增養的工作效率。

如第三及第六圖所示，當葉輪組20在日間養殖池溶氧過飽和狀態下低速運轉時，除了讓主葉片211離開水面時激起水花的速度減少，降低了不必要的增氧能力以外，前述副葉片221所提供的升力亦減少，使葉輪組20得以降低高度後，讓主葉片211入水深度及造流能力相對增加，因此能夠讓可調變馬達11驅動葉輪組20的能量有效集中應用於造流，將溶氧擴散到整個養殖池，而且額外設置的副葉片211同時也提高了葉輪組20的對水流的擾流能力，同樣可以有效減少能量的損耗，達成省電的效果。

藉由上述構造，本創作能夠根據日夜水中溶氧濃度的不同，透過轉速快慢而動態性地自動調整葉輪組20的入水深度，進而有效率地重新分配水車用於激發水花和造流的能量比例，不但能夠適時調整水車對於溶氧、造流和混合水層的需求，進而提高工作效率以外，更重要的是能夠有效節省能源。

值得一提的是，前述主葉輪21上設有複數片呈圓周排列的主葉片211與現有的水車結構大致相同，因此本創作實施時，如圖所示只需稍微調整傳動軸23的長度後，設置滑動支架30，並加裝一包含有副葉片221的副葉輪22即可，使本創作實施時可以簡單地應用在現有的水車上，達成節省成本的目的。

或者，實施時亦可以如第七圖所示，副葉片221不限定只能安裝在副葉輪22上，在每一主葉片211的側邊或前緣加裝一副葉片221，亦不失為能夠達成上述功能的有效實施方式之一。

此外，如第八及第九圖所示，前述滑動支架30的基本構造包括升降滑塊31及滑軌32，其中滑軌32在升降滑塊31的上方及下方分別設有一擋片321，使升降滑塊31被限制在該二擋片321之間上下位移；因此當升降滑塊31在滑軌32上位移時，藉由升降滑塊31向上或向下頂抵於相對應的擋片321，即可限制該升降滑塊31向上及向下的最大位移距離，同時也限制了調節葉輪20組舉升或下降的最大位移量。

為了能夠簡易調整葉輪組20舉升或下降的最大位移量，實施時可在二擋片321上分別設複數個朝向升降滑塊31凸伸的調節件322，且各調節件322可以分別調節凸伸的長度，當升降滑塊31在滑軌32的二擋片321之間上、下滑移時，即可利用該調節件322頂抵於升降滑塊31與二擋片321之間，調節並且限制該升降滑塊31的上、下位移距離；同理，若複數調節件322設置在升降滑塊31的底部及頂部，並且分別朝向二擋片321凸伸，亦不失為能夠簡易實施的方式之一，在此不另贅述。

以上實施例說明及圖式，僅係舉例說明本創作之較佳實施例，並非以此侷限本創作之範圍；舉凡與本創作之目的、構造、裝置、特徵等近似或相雷同者，均應屬本創作之專利範圍，謹此聲明。

10‧‧‧浮筏
11‧‧‧可調變馬達
12‧‧‧出力軸
20‧‧‧葉輪組
21‧‧‧主葉輪
211‧‧‧主葉片
22‧‧‧副葉輪
221‧‧‧副葉片
23‧‧‧傳動軸
24‧‧‧萬向聯軸器
30‧‧‧滑動支架
31‧‧‧升降滑塊
32‧‧‧滑軌
321‧‧‧擋片
322‧‧‧調節件
33‧‧‧支撐桿
34‧‧‧沉水浮體

第一圖：本創作之立體圖。 第二圖：本創作之立體分解圖。 第三圖：本創作中葉輪組的動作示意圖。 第四圖：本創作滑動支架的結構示意圖。 第五圖：本創作高速運轉時的動作示意圖。 第六圖：本創作低速運轉時的動作示意圖。 第七圖：本創作中主葉片與副葉片的其他實施例圖。 第八圖：本創作中滑動支架實施方式的立體分解圖。 第九圖：本創作中滑動支架實施方式的動作示意圖。

Claims (9)

1. 一種可動態調整入水深度的養殖池水車，包括： 一浮筏，該浮筏懸浮於水面以承載一可調變馬達，該可調變馬達設有至少一出力軸； 至少一葉輪組，設置在浮筏側邊，該葉輪組具有一傳動軸，該傳動軸通過一萬向聯軸器聯結於該可調變馬達的出力軸，使該傳動軸與出力軸之間具有軸向角度偏差的情形下能夠接受該可調變馬達的驅動而使該葉輪組旋轉打水及造流；以及 至少一滑動支架，該滑動支架包括有一支撐在該葉輪組之傳動軸上的升降滑塊，該升降滑塊可升降地組設在一組固定在浮筏上的滑軌以導引該葉輪組上、下位移，使該葉輪組在高速運轉時能夠因水體接觸面的反作用力增加而舉升，同時減少葉片的入水深度及水體阻力而省電，並且在該葉輪組低速運轉時下降以增加入水深度，以節省產生水花的能量，並提高對養殖池水造流的工作效率。
2. 如請求項1所述可動態調整入水深度的養殖池水車，其中，該滑動支架之滑軌在升降滑塊的上方及下方分別設有一擋片，使該升降滑塊位於該二擋片之間，以限制該升降滑塊及葉輪組向上及向下的最大位移距離。
3. 如請求項2所述可動態調整入水深度的養殖池水車，其中，該二擋片分別設有至少一朝向升降滑塊凸伸的調節件，且各調節件可以分別調節凸伸的長度，以調節並且限制該升降滑塊及葉輪組的上、下位移距離。
4. 如請求項2所述可動態調整入水深度的養殖池水車，其中，該升降滑塊於底部及頂部分別設有至少一朝向該二擋片凸伸的調節件，且各調節件可以分別調節凸伸的長度，以調節並且限制該升降滑塊及葉輪組的上、下位移距離。
5. 如請求項1到4項其中任一項所述可動態調整入水深度的養殖池水車，其中，該升降滑塊底部進一步設有至少一組支撐桿，該支撐桿底部延伸到水面下與一沉水浮體固定，以藉由該沉水浮體及升降滑塊輔助舉升該葉輪組。
6. 如請求項1到4項其中任一項所述可動態調整入水深度的養殖池水車，其中，該可調變馬達相對於浮筏的兩側分別設有一出力軸，該葉輪組為複數組設置在浮筏兩側，以分別接受該二出力軸的傳動而旋轉。
7. 如請求項1到4項其中任一項所述可動態調整入水深度的養殖池水車，其中，該葉輪組分別包括複數片呈圓周排列主葉片及副葉片，各主葉片末端呈前傾狀、各副葉片整體或末端呈後傾狀，且葉輪組運轉時，各主葉片以前傾的前端部入水，各副葉片以後傾的後背部入水。
8. 如請求項7所述可動態調整入水深度的養殖池水車，其中，該葉輪組包括一供各主葉片設置的主葉輪、以及一安裝在該主葉輪內側或外側以分別供各副葉片裝設的副葉輪。
9. 如請求項7所述可動態調整入水深度的養殖池水車，其中，該葉輪組分別包括一供各主葉片設置的主葉輪，且各副葉片分別裝設在每一主葉片的側邊或前緣。