TWM642807U

TWM642807U - 仿蹺蹺板式水力發電裝置

Info

Publication number: TWM642807U
Application number: TW111213807U
Authority: TW
Inventors: 陳世雄
Original assignee: 陳世雄
Priority date: 2022-12-14
Filing date: 2022-12-14
Publication date: 2023-06-21

Abstract

本新型係關於一種仿蹺蹺板式水力發電裝置，包括長形箱體、水輪發電機組、支點結構及頂升機構，長形箱體具有容腔及隔板，隔板將容腔分隔出第一腔室和第二腔室，在隔板下方設有連通第一腔室和第二腔室的水流通道；水輪發電機組包括葉輪及發電機，葉輪設在水流通道中；支點結構設在長形箱體下方並位於其中間處；頂升機構設在支點結構的兩側邊；其中對長形箱體施加作用力後，長形箱體將以支點結構為中心產生傾斜，透過頂升機構對長形箱體的交互性地頂升，工作流體將於水流通道往復性地流動，並驅動葉輪旋轉而由發電機生成電力。另由於驅動長形箱體所需的電力小於水輪發電機組產生的電力，藉此能夠持續不間斷的生成電力並且輸出。

Description

仿蹺蹺板式水力發電裝置

本新型係有關一種水力發電裝置的技術，尤指一種仿蹺蹺板式水力發電裝置。

由於全球氣溫日漸暖化及石油儲藏量有限，使得對環境影響相對較低的再生能源，利用太陽能、風力、水力、洋流等天然資源取之不盡、用之不竭的特性來發電，已經蓬勃發展並成為爭相研究的課題。

其中利用太陽能和風力雖然可以產生電力，但其亦受到天候的影響，並無法穩定且持續性來生成電力。又，太陽能發電之熱電轉換效能和光電轉換效能，一直都無法被有效地提升，致使其所能輸出的電力相當有限。再者，風力發電受限於風場的限制、裝設的困難度及運作過程中所產生的高噪音等，都是極待加以克服的問題。

有鑑於此，本創作人遂針對上述現有技術，特潛心研究並配合學理的運用，盡力解決上述之問題點，即成為本創作人改良之目標。

本新型之一目的，在於提供一種仿蹺蹺板式水力發電裝置，其可不受到天候或是地域的限制，藉此能夠持續不間斷的生成電力。

為了達成上述之目的，本新型提供一種仿蹺蹺板式水力發電裝置，內部填注有一工作流體，包括一長形箱體、一水輪發電機組、一支點結構及一頂升機構，該長形箱體具有供所述工作流體填設的一容腔及一隔板，該隔板將該容腔分隔出一第一腔室和一第二腔室，在該隔板下方設有連通該第一腔室和該第二腔室的一水流通道；該水輪發電機組包括一葉輪及連接該葉輪的一發電機，該葉輪係設置在該水流通道中；該支點結構設置在該長形箱體下方並位於其中間處；該頂升機構設置在該支點結構的兩側邊；其中對該長形箱體施加一作用力後，該長形箱體將以該該支點結構為中心產生傾斜，透過該頂升機構對該長形箱體的交互性地頂升，所述工作流體將於該水流通道往復性地流動，並驅動該葉輪旋轉而由該發電機生成電力。

本新型還具有以下優點：

1.用相對小的作用力即能夠翻轉長形箱體產生左、右方向擺動，並透過工作流體驅動葉輪和發電機旋轉生成電力。

2.發電機所生成的一部分電力提供給升力機構，用來驅動長形箱體產生擺動，另一部分電力用來作為外界電力的供應，整體為淨輸出可永續發電。

3.本新型的裝置可置放陸地上任何地方，也可以設置在水槽中。

4.本新型的裝置是結合波浪與水力發電概念的再生能源設備，不受天候的影響，可以全天候24小時不間斷發電。

5.藉由速度調控器調整擺動的幅度(或角度)、頻率，因而可根據實際需求來產生電力。

6.藉由蓄電裝置的設置，可將發電機所生成的電力儲存起來，以備其它時段或特殊需求時使用，尤其是離網時段。

7.構造簡單，施力很小即可讓長形箱體產生翻轉。

8.主要的重量由支點結構作全部或大部分的承受，所以要讓長形箱體產生翻轉時，並不需要很大的作用力，即使是長形箱體偏向一側時，亦是如此。

9.因有彈性作用力或水浮力的輔助，所以將重的一側抬起不需要很大的作用力。

10.因為升力機構的設置，可達成省力效果。

10:長形箱體

11:容腔

12:隔板

13:第一腔室

14:第二腔室

15:水流通道

16:第一腔室拉力點

17:第二腔室拉力點

20:水輪發電機組

21:發電機

22:葉輪

30:支點結構

31:支撐座

32:角板

33:軸承

40:頂升機構

41、42:彈簧

50、50A:升力機構

51:第一滑輪組

511:定滑輪

512:動滑輪

513:第一電動機

514:拉繩

55:第二滑輪組

551:定滑輪

552:動滑輪

553:第二電動機

554:拉繩

56:電動機

57:鋼索

60:電力傳輸系統

61:整流器

62:逆變器

63:升壓裝置

64:電網

65:蓄電器

66:蓄電箱

67:速度調控器

8:水槽

81:水

DP:下平台

UP:上平台

WF:工作流體

圖1係本新型仿蹺蹺板式水力發電裝置組合剖視圖。

圖2係本新型仿蹺蹺板式水力發電裝置受力圖。

圖3係本新型之電力傳輸系統方塊圖。

圖4係本新型仿蹺蹺板式水力發電裝置使用狀態剖視圖(一)。

圖5係本新型仿蹺蹺板式水力發電裝置使用狀態剖視圖(二)。

圖6係本新型之另一實施例組合剖視圖。

圖7係本新型之又一實施例組合剖視圖。

有關本新型之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本新型加以限制者。

請參閱圖1所示，本新型提供一種仿蹺蹺板式水力發電裝置，其主要包括一長形箱體10、一水輪發電機組20、一支點結構30及一頂升機構40。

長形箱體10其斷面可為矩形、橢圓形、圓形或其它各種幾何形狀，且其具有一容腔11，在容腔11內設有一隔板12而分隔出一第一腔室13和一第二腔室14，在隔板12下方設有連通第一腔室13和第二腔室14的一水流通道15。其中隔板12位於容腔11的中間位置，從而使第一腔室13和第二腔室14的容積相等。另在長形箱體10頂部的兩角端處分別設有一第一腔室拉力點16和一第二腔室拉力點17。

水輪發電機組20主要包括一發電機21及連接發電機21的一葉輪22，葉輪22是設置在水流通道15中，其具有複數渦輪葉片(Turbine)，藉以透過葉輪22的旋轉而帶動發電機21產生電力。

支點結構30設置在長形箱體10下方並位於長形箱體10的中間處，且形成在前述隔板12的正下方，支點結構30主要包括一支撐座31、一角板32及一軸承33，支撐座31固定在一下平台DP上，角板32固定在長形箱體10的底面，且角板32透過軸承33與支撐座31連接。

本實施例的頂升機構40為一對彈簧41、42，其分別設置在支點結構30的兩側邊。另，頂升機構40也可以是油壓裝置、氣壓裝置或其它施力器具。

在一實施例中，本新型仿蹺蹺板式水力發電裝置還包括一升力機構50(LD，Lifting Device)，其是設置在長形箱體10上方並連接長形箱體10，升力機構50為一省力機構，透過動滑輪的配置，讓要拉升長形箱體10的升力可遠小於工作流體WF的重量，因此可以較小的能量將工作流體WF抬起和翻轉流動，其所耗損的能量低，但產生的能量高的機構。

升力機構50主要包括一第一滑輪組51及一第二滑輪組55，第一滑輪組51設置在長形箱體10的左上方，且其主要包括一定滑輪511、二動滑輪512、一第一電動機513及一拉繩514，定滑輪511固定在一上平台UP，第一電動機513透過拉繩514的繞設以與定滑輪511和各動滑輪512連接，其中的一動滑輪512連接在長形箱體10的第一腔室拉力點16，如此以達成省力的效果。

同理，第二滑輪組55設置在長形箱體10的右上方，且其主要包括一定滑輪551、二動滑輪552、一第二電動機553及一拉繩554，定滑輪551固定在一上平台UP，第二電動機553透過拉繩554的繞設以與定滑輪551和各動滑輪552連接，其中的一動滑輪552連接在長形箱體10的第二腔室拉力點17。

此外，各動滑輪512、552的數量並不限於圖示所揭露的兩個，也可以是三個或三個以上，藉以達到更佳的省力效果。

請續參閱圖2所示，其中各符號說明如下：CG1：左側箱體重心位置

CGW1：左側工作流體重心位置

L1：第一腔室拉力點至支點的力臂

LB1：左側箱體重心至支點的力臂

LF1：第一滑輪組對長形箱體拉力

LF11：第一電動機拉力

LS1：左側彈簧至支點的力臂

LW1：左側工作流體重心至支點的力臂

SF1：左側彈簧作用力

WB1：左側箱體重力

WW1：左側工作流體重力

CG2：右側箱體重心位置

CGW2：右側工作流體重心位置

L2：第二腔室拉力點至支點的力臂

LB2：右側箱體重心至支點的力臂

LF2：第二滑輪組對長形箱體拉力

LF22：第二電動機拉力

LS2：右側彈簧至支點的力臂

LW2：右側工作流體重心至支點的力臂

SF2：右側彈簧作用力

WB2：右側箱體重力

WW2：右側工作流體重力

W：支撐重力

列表如下：

整體的扭力(Torque，順時針為正，逆時針為負)，T=(-WB1×LB1-WW1×LW1+SF1×LS1+LF1×L1)+(WB2×LB2+WW2×LW2-SF2×LS2-LF2×L2)。

若T>0，傾向順時針旋轉；若T<0，傾向逆時針旋轉。

前述各參數中固定值為WB1和WB2，其它參數WW1、WW2、SF1、SF2、LF1和LF2則為變動值，在所示圖中，當工作流體WF傾斜至右側時，將造成右側工作流體WF重WW2>WW1，但是相對的彈簧的頂升力SF2>SF1，傾向逆時針旋轉，只要適當的選擇彈簧的規格及尺寸，即可使長形箱體10相對容易的往逆時針方向旋轉，因此可以降低LF2所需施加的作用力，使總體工作流體WF的重量雖然偏向右側，但相對容易達到逆時針方向旋轉的需求，進而將工作流體WF傾流入第一容置室13，而工作流體WF在流動的過程中會經過水流通道15，並驅動葉輪22旋轉並透過發電機21產生電力的輸出。

請參閱圖3所示，在一實施例中，本新型仿蹺蹺板式水力發電裝置還包括一電力傳輸系統60，前述水輪發電機組20的發電機21所生成的電力將經由一電纜線電性連接電力傳輸系統60，電流經過整流器61後分成兩條路徑，其中之一路徑是依序經由一逆變器62後，次經由一升壓裝置63予以升壓後，再將電力匯入一電網64；其中在整流器61和逆變器62之間可增設一蓄電器65，藉以達成儲能及穩壓的作用。另一路徑是先經過一蓄電箱66，繼之再經過一速度調控器67後，連接至前述升力機構50，透過速度調控器67來調整升力機構50的上升、下降之速度的大小，即能控制長形箱體10的翻轉角度大小及頻率，進而控制水的流量以及發電量的大小。

請參閱圖4及圖5所示，操作時，當長形箱體10的左側在最高位置時，長形箱體10的右側則在最低位置，工作流體WF將積蓄到第二容置室14 中，第二滑輪組55要施以向上的作用力LF2(見於圖2)，實際上只需出力LF22，其中LF22=1/4LF2。因為彈簧的作用力SF2>SF1，所以使得LF2變得相對的小，而真正施力LF22則更小。

當長形箱體10呈一水平狀態時，第一容置室13和第二容置室14內的工作流體WF相等，彈簧的作用力SF2=SF1，相對的LF22較小的力，即可使長形箱體10持續逆時針方向旋轉，當工作流體WF持續朝第一容置室13流入時，第一容置室13內之工作流體WF的重量會在很小的LF22力量作用下，即能持續讓長形箱體10旋轉至另一傾斜方向(如圖5所示)，此時長形箱體10的左側在最低位置，長形箱體10的右側則在最高位置，此時施力在左側，升力LF1(見於圖2)即可使長形箱體10順時針方向旋轉，至另一水平狀態後；繼之，再到達最初始的狀態，如此周而復始不斷地翻轉擺動。

請參閱圖6所示，本新型仿蹺蹺板式水力發電裝置，除了可為上述實施例外，亦可如本實施例之型態，其是將升力機構50的第一滑輪組51和第二滑輪組55設於一水槽8上方並且予以固定，長形箱體10、水輪發電機組20和支點結構30設置在水槽8中，並於水槽8中注入一水81，當長形箱體10的樣態如圖6所示時，第二腔室14內的工作流體WF最多，重量最大，沒入水81中的體積最大，因此第二腔室14側的箱體產生的向上浮力SF2>第一腔室13側的箱體產生的向上浮力SF1，即是透過一水浮力(即：頂升機構)來替換前述實施例的各彈簧41、42，其作動方式和原理與前述實施例相同，因此不再重覆贅述。此外，前述的水槽8亦可以是在湖中或海中，亦具有同樣的效果。

請參閱圖7所示，本實施例之升力機構50A主要包括一電動機56及一鋼索57，電動機56設於長形箱體10和水槽8上方並且予以固定，鋼索57 的中段捲繞電動機56的轉輪，鋼索57的兩端則分別連接第一腔室拉力點16和第二腔室拉力點17，藉以通過電動機56的正反轉來帶動長形箱體10產生周而復始不斷地翻轉擺動。

綜上所述，本新型仿蹺蹺板式水力發電裝置，確可達到預期之使用目的，而解決習知之缺失，又因極具新穎性及進步性，完全符合新型專利申請要件，爰依專利法提出申請，敬請詳查並賜准本案專利，以保障新型創作人之權利。