TWI624590B - Blade structure of water flow power generation system - Google Patents

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TWI624590B TW105140979A TW105140979A TWI624590B TW I624590 B TWI624590 B TW I624590B TW 105140979 A TW105140979 A TW 105140979A TW 105140979 A TW105140979 A TW 105140979A TW I624590 B TWI624590 B TW I624590B
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Abstract

本發明係關於一種水流發電系統之葉片結構。該水流發電系統之葉片結構包括一葉片本體及一尾襟。該葉片本體具有一側部。該尾襟具有一側連接部，該側連接部樞接於該葉片本體之側部。

Description

水流發電系統之葉片結構
本發明係關於一種葉片結構，且更特定言之，係關於一種水流發電系統之葉片結構。
水流發電系統是一種可利用洋流、潮汐或河流發電之系統，其需具備可將水流動能依序轉換成機械能及電能之機構。如我國公告專利第I526609號之「海流發電裝置」，其係利用水流推動旋轉葉片產生機械能，再藉由發電機將機械能轉換成電能。然而，上述之旋轉葉片的結構設計不佳，僅能在高流速(>3m/s)之水流下運作，若置於平均流速低於1m/s之洋流或海流中，則完全無法正常運作。
因此，有必要提供一創新且具進步性之水流發電系統之葉片結構，以解決上述問題。
在一實施例中，一種水流發電系統之葉片結構包括一葉片本體及一尾襟。該葉片本體具有一側部。該尾襟具有一側連接部，該側連接部樞接於該葉片本體之側部。
1‧‧‧水流發電系統之葉片結構
10‧‧‧葉片本體
10S‧‧‧中空室
11‧‧‧第一端部
11H‧‧‧穿孔
12‧‧‧第二端部
12H‧‧‧穿孔
13‧‧‧側部
131‧‧‧第一樞接件
131A‧‧‧上擋止面
131B‧‧‧下擋止面
131H‧‧‧樞接孔
132‧‧‧第二樞接件
132A‧‧‧上擋止面
132B‧‧‧下擋止面
132H‧‧‧樞接孔
133‧‧‧中間樞接件
133A‧‧‧上擋止面
133B‧‧‧下擋止面
133H‧‧‧樞接孔
13S‧‧‧側面
14‧‧‧內補強肋
14H‧‧‧槽孔
15‧‧‧內隔板
15H‧‧‧貫通孔
20‧‧‧尾襟
20S‧‧‧內部空間
21‧‧‧第一端板
22‧‧‧第二端板
23‧‧‧側連接部
231‧‧‧第一角度限制件
231A‧‧‧上角度限制塊
231B‧‧‧下角度限制塊
232‧‧‧第二角度限制件
232A‧‧‧上角度限制塊
232B‧‧‧下角度限制塊
233‧‧‧中間角度限制件
233A‧‧‧上角度限制塊
233B‧‧‧下角度限制塊
233H‧‧‧連接孔
233U‧‧‧樞接槽
24‧‧‧第一支撐板
25‧‧‧第二支撐板
30‧‧‧樞接桿
40‧‧‧側擋板
40A‧‧‧上擋緣
40B‧‧‧下擋緣
40H‧‧‧開孔
40U‧‧‧限位槽
50‧‧‧連接件
60‧‧‧水流發電系統
61‧‧‧發電單元
611‧‧‧傳動鍊輪
612‧‧‧軸發電機
612R‧‧‧轉軸
62‧‧‧傳動鍊條
62L‧‧‧限位件
63‧‧‧葉片結構
631‧‧‧葉片本體
632‧‧‧尾襟
F‧‧‧升力
F'‧‧‧升力
W‧‧‧水流
Wf‧‧‧水流推力
θ1‧‧‧上死點角度
θ2‧‧‧下死點角度
圖1顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構之立體分解圖。
圖2顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構之立體組合圖。
圖3A顯示本發明之實施態樣的第一樞接件之放大視圖。
圖3B顯示本發明之實施態樣的第二樞接件之放大視圖。
圖3C顯示本發明之實施態樣的中間樞接件之放大視圖。
圖4A顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構之左側視圖。
圖4B顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構之右側視圖。
圖5顯示本發明之實施態樣的中間角度限制件與中間樞接件組合之放大視圖。
圖6A顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構的尾襟向上擺動時之左側視圖。
圖6B顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構的尾襟向上擺動時之右側視圖。
圖7A顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構的尾襟向下擺動時之左側視圖。
圖7B顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構的尾襟向下擺動時之右側視圖。
圖8顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構受水流作用之示意圖。
圖9顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構加裝二側擋板之立體視圖。
圖10顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構加裝二側擋板後受水流作用之示意圖。
圖11顯示使用本發明之實施態樣的葉片結構之水流發電系統之結構示意圖。
圖12顯示使用本發明之實施態樣的葉片結構之水流發電系統之葉片動 作示意圖。
圖式及本文中使用共同的參考編號來指示相同或類似組件。本發明由以下詳細描述結合隨附圖式而更為清楚。
圖1顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構之立體分解圖。圖2顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構之立體組合圖。配合參閱圖1及圖2，本發明之水流發電系統之葉片結構1包括一葉片本體10及一尾襟20。
該葉片本體10具有一第一端部11、一第二端部12及一側部13。該第二端部12相對於該第一端部11，該側部13延伸於該第一端部11與該第二端部12之間。該側部13具有一側面13S、一第一樞接件131及一第二樞接件132。該第一樞接件131及該第二樞接件132凸設於該側面13S，且該第一樞接件131及該第二樞接件132分別位於該側部13的兩端。
參閱圖3A，其係顯示本發明之實施態樣的第一樞接件之放大視圖。該第一樞接件131具有一上擋止面131A、一下擋止面131B及一樞接孔131H。該樞接孔131H位於該上擋止面131A與該下擋止面131B之間。
參閱圖3B，其係顯示本發明之實施態樣的第二樞接件之放大視圖。該第二樞接件132具有一上擋止面132A、一下擋止面132B及一樞接孔132H。該樞接孔132H位於該上擋止面132A與該下擋止面132B之間。
再參閱圖1及圖2，在一或多個實施態樣中，該側部13可進一步具有一中間樞接件133。該中間樞接件133凸設於該側面13S，且該中間樞接件133位於該第一樞接件131與該第二樞接件132之間。
參閱圖3C，其係顯示本發明之實施態樣的中間樞接件之放大視圖。該 中間樞接件133具有一上擋止面133A、一下擋止面133B及一樞接孔133H。該樞接孔133H位於該上擋止面133A與該下擋止面133B之間。
再參閱圖1及圖2，該尾襟20具有一第一端板21、一第二端板22及一側連接部23。該第二端板22相對於該第一端板21，該側連接部23延伸於該第一端板21與該第二端板22之間。且該側連接部23樞接於該葉片本體10之側部13。
圖4A顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構之左側視圖。圖4B顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構之右側視圖。配合參閱圖1、圖4A及圖4B，該側連接部23的兩端分別具有一第一角度限制件231及一第二角度限制件232。
該第一角度限制件231對應該第一樞接件131，且該第一角度限制件231包括一上角度限制塊231A及一下角度限制塊231B。該上角度限制塊231A係對應該第一樞接件131之上擋止面131A，該下角度限制塊231B係對應該第一樞接件131之下擋止面131B。
該第二角度限制件232對應該第二樞接件132，且該第二角度限制件232包括一上角度限制塊232A及一下角度限制塊232B。該上角度限制塊232A係對應該第二樞接件132之上擋止面132A，該下角度限制塊232B係對應該第二樞接件132之下擋止面132B。
再參閱圖1及圖2，在一或多個實施態樣中，該側連接部23可進一步具有一中間角度限制件233，該中間角度限制件233對應該中間樞接件133。
參閱圖5，其係顯示本發明之實施態樣的中間角度限制件與中間樞接件組合之放大視圖。該中間角度限制件233具有一樞接槽233U及一連接孔233H，該中間樞接件133係插設於該樞接槽233U，且該中間樞接件133之 樞接孔133H係對應該連接孔233H。此外，該中間角度限制件233包括一上角度限制塊233A及一下角度限制塊233B。該上角度限制塊233A係對應該中間樞接件133之上擋止面133A，該下角度限制塊233B係對應該中間樞接件133之下擋止面133B。
圖6A顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構的尾襟向上擺動時之左側視圖。圖6B顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構的尾襟向上擺動時之右側視圖。配合參閱圖5、圖6A及圖6B，當該尾襟20向上擺動時，若該第一角度限制件231之上角度限制塊231A頂抵該第一樞接件131之上擋止面131A、該第二角度限制件232之上角度限制塊232A頂抵該第二樞接件132之上擋止面132A及該中間角度限制件233之上角度限制塊233A頂抵該中間樞接件133之上擋止面133A，則表示該尾襟20已擺動至一上死點角度θ1。
圖7A顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構的尾襟向下擺動時之左側視圖。圖7B顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構的尾襟向下擺動時之右側視圖。配合參閱圖7A及圖7B，當該尾襟20向下擺動時，若該第一角度限制件231之下角度限制塊231B頂抵該第一樞接件131之下擋止面131B、該第二角度限制件232之下角度限制塊232B頂抵該第二樞接件132之下擋止面132B及該中間角度限制件233之下角度限制塊233B頂抵該中間樞接件133之下擋止面133B(圖未繪出)，則表示該尾襟20已擺動至一下死點角度θ2。
再參閱圖6A及圖7A，本發明可藉由控制該上死點角度θ1及下死點角度θ2，讓該水流發電系統之葉片結構1受水流推動時之升力達到最佳化。
再參閱圖1及圖2，在一或多個實施態樣中，該水流發電系統之葉片結 構1可進一步包括一樞接桿30。該樞接桿30用以連接該葉片本體10之側部13與該尾襟20之側連接部23，且較佳地，該樞接桿30係貫穿該葉片本體10之側部13與該尾襟20之側連接部23。
此外，為使該樞接桿30可做為該尾襟20擺動時之樞軸，該樞接桿30係貫穿該第一樞接件131、該中間角度限制件233、該中間樞接件133及該第二樞接件132。
參閱圖8，其係顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構受水流作用之示意圖。如圖8所示，水流W除了會作用於該葉片本體10及該尾襟20外，亦會從該水流發電系統之葉片結構1的兩端產生繞流，而繞流不僅會損失部分水流W之作用力外，亦會形成渦流造成流場混亂及該葉片結構1之震盪。
圖9顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構加裝二側擋板之立體視圖。圖10顯示本發明之實施態樣的水流發電系統之葉片結構加裝二側擋板後受水流作用之示意圖。配合參閱圖9及圖10，為避免上述繞流現象發生，該水流發電系統之葉片結構1可進一步包括二側擋板40。該二側擋板40係分別設置於該葉片本體10之該第一端部11及該第二端部12，且各該側擋板40之長度係延伸至該尾襟20，以使該尾襟20位於該二側擋板40之間。如圖10所示，該二側擋板40可抑制水流W從該水流發電系統之葉片結構1的兩端產生繞流，使水流W能完全作用於該葉片本體10及該尾襟20，並減少該葉片結構1震盪。
再參閱圖2及圖9，為進一步調控該尾襟20之擺動角度，在一或多個實施態樣中，該水流發電系統之葉片結構1可進一步包括二連接件50，且該二側擋板40可分別具有一限位槽40U。該二連接件50分別連接該尾襟20之該 第一端板21及該第二端板22，且該二連接件50分別穿設於各該側擋板40之各該限位槽40U。此外，各該限位槽40U內具有一上擋緣40A及一下擋緣40B，各該連接件50能選擇性地頂抵各該上擋緣40A或各該下擋緣40B。
當各該連接件50頂抵各該上擋緣40A時，即表示該尾襟20已擺動至一上死點角度。當各該連接件50頂抵各該下擋緣40B時，即表示該尾襟20已擺動至一下死點角度。
為進一步增加該二連接件50與該尾襟20之連接強度，在一或多個實施態樣中，該尾襟20可具有一內部空間20S、一第一支撐板24及一第二支撐板25。該內部空間20S可減輕該尾襟20之重量。該第一支撐板24及該第二支撐板25係設置於該內部空間20S，且該樞接桿30亦貫穿該第一支撐板24及該第二支撐板25。該二連接件50係分別貫穿該第一端板21及該第二端板22，且該二連接件50之一端係分別連接該第一支撐板24及該第二支撐板25，藉由進一步連接該第一支撐板24及該第二支撐板25，可大幅提升該二連接件50與該尾襟20之連接強度。
此外，為減輕該葉片本體10之重量及增加該葉片本體10之結構強度，在一或多個實施態樣中，該葉片本體10可具有一中空室10S、一內補強肋14及一內隔板15。該中空室10S位於該第一端部11與該第二端部12之間，該中空室10S可減輕該葉片本體10之重量。該內補強肋14係設置於該中空室10S內，且該內補強肋14之兩端係分別連接該第一端部11及該第二端部12。該內隔板15亦設置於該中空室10S內，且該內隔板15係連接該內補強肋14。藉由設置於該內補強肋14及該內隔板15，可增加該葉片本體10之結構強度。
另外，當該葉片本體10沉入水中之位置加深時，其自身承受之外部壓 力會相應增加，因此，在一或多個實施態樣中，該第一端部11及該第二端部12可分別具有至少一穿孔11H、12H，各該至少一穿孔11H、12H係連通該中空室10S。水流W可經由各該至少一穿孔11H、12H傳遞相同的壓力至該中空室10S內，達到平壓效果，進而減少該葉片本體10抗壓所需的鋼板厚度及降低重量。此外，該內補強肋14可具有複數個槽孔14H，而該內隔板15可具有複數個貫通孔15H，藉由該等槽孔14H及該等貫通孔15H之輔助，可使水流W傳遞更加流暢。
此外，為避免該二側擋板40封閉各該至少一穿孔11H、12H，在一或多個實施態樣中，該二側擋板40可分別具有至少一開孔40H，各該至少一開孔40H係分別對應各該至少一穿孔11H、12H，以維持各該至少一穿孔11H、12H之暢通。
茲以下列實例予以詳細說明本發明之葉片結構使用於水流發電系統之運作方式，唯並不意謂本發明僅侷限於此等實例所揭示之內容。
圖11顯示使用本發明之實施態樣的葉片結構之水流發電系統之結構示意圖。圖12顯示使用本發明之實施態樣的葉片結構之水流發電系統之葉片動作示意圖。配合參閱圖11及圖12，該水流發電系統60包括二發電單元61、一傳動鍊條62及複數個葉片結構63。
該二發電單元61係呈上下間隔設置，且各該發電單元61包括一傳動鍊輪611及一軸發電機612。該軸發電機612之一轉軸612R係連接該傳動鍊輪611，以使該傳動鍊輪611轉動時可帶動該軸發電機612進行發電。
該傳動鍊條62係嚙接於各該發電單元61之傳動鍊輪611，用以同步帶動各該傳動鍊輪611轉動。該傳動鍊條62具有複數個限位件62L，該等限位件62L係呈間隔設置。
該等葉片結構63係間隔設置於該傳動鍊條62上，用以將水流推力Wf轉換成升力F，進而推動該傳動鍊條62轉動。各該葉片結構63之結構特徵係相同於前述之水流發電系統之葉片結構1，故各該葉片結構63亦包括一葉片本體631(同前述之葉片本體10)及一尾襟632(同前述之尾襟20)，各該尾襟632係連接各該限位件62L。
當水流推力Wf作用於前排之各該葉片結構63時，因應水流推力Wf的作用及旋轉軸位置的差異，各該葉片本體631係會向上擺動，而各該尾襟632係會向下擺動，並受到各該限位件62L之限位，以將水流推力Wf轉換成升力F，進而向上推動該傳動鍊條62。而通過前排之該等葉片結構63後之水流會改變流向，且其水流推力Wf會持續作用於後排之各該葉片結構63，為配合改變之流向及流速，各該葉片本體631改為向下擺動，而各該尾襟632改為向上擺動，以取得與前排之各該葉片結構63轉換而得之升力F的數值接近但方向相反之升力F'，進而向下推動該傳動鍊條62。換言之，同一斷面之水流推力Wf將可以分別作功在前排及後排之各該葉片結構63上，而藉由該傳動鍊條62可疊加各該葉片結構63轉換而得之升力F、F'，達到最大之功率輸出。
使用本發明之葉片結構63的水流發電系統60可於平均流速低於1m/s之洋流或海流中正常運作，有助於廣泛開發洋流或海流發電。
上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明，因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (24)

  1. 一種水流發電系統之葉片結構，包括：一葉片本體，具有一側部、一第一端部及一第二端部；一尾襟，具有一側連接部，該側連接部樞接於該葉片本體之側部；及二側擋板，分別設置於該第一端部及該第二端部。
  2. 如請求項1之水流發電系統之葉片結構，進一步包括一樞接桿，該樞接桿用以連接該葉片本體之側部與該尾襟之側連接部。
  3. 如請求項2之水流發電系統之葉片結構，其中該樞接桿貫穿該葉片本體之側部與該尾襟之側連接部。
  4. 如請求項1之水流發電系統之葉片結構，其中該葉片本體之側部具有一側面、一第一樞接件及一第二樞接件，該第一樞接件及該第二樞接件凸設於該側面，且該第一樞接件及該第二樞接件分別位於該側部的兩端。
  5. 如請求項4之水流發電系統之葉片結構，其中該尾襟之側連接部的兩端分別具有一第一角度限制件及一第二角度限制件，該第一角度限制件對應該第一樞接件，該第二角度限制件對應該第二樞接件。
  6. 如請求項5之水流發電系統之葉片結構，其中該第一樞接件具有一上 擋止面及一下擋止面，該第一角度限制件包括一上角度限制塊及一下角度限制塊，該上角度限制塊對應該上擋止面，該下角度限制塊對應該下擋止面。
  7. 如請求項5之水流發電系統之葉片結構，其中該第二樞接件具有一上擋止面及一下擋止面，該第二角度限制件包括一上角度限制塊及一下角度限制塊，該上角度限制塊對應該上擋止面，該下角度限制塊對應該下擋止面。
  8. 如請求項4之水流發電系統之葉片結構，進一步包括一樞接桿，該樞接桿貫穿該第一樞接件及該第二樞接件。
  9. 如請求項4之水流發電系統之葉片結構，其中該側部進一步具有一中間樞接件，該中間樞接件凸設於該側面，且該中間樞接件位於該第一樞接件與該第二樞接件之間。
  10. 如請求項9之水流發電系統之葉片結構，其中該尾襟之側連接部具有一中間角度限制件，該中間角度限制件對應該中間樞接件。
  11. 如請求項10之水流發電系統之葉片結構，其中該中間角度限制件具有一樞接槽，該中間樞接件插設於該樞接槽。
  12. 如請求項11之水流發電系統之葉片結構，進一步包括一樞接桿，該樞 接桿貫穿該中間角度限制件及該中間樞接件。
  13. 如請求項9之水流發電系統之葉片結構，其中該中間樞接件具有一上擋止面及一下擋止面，該中間角度限制件包括一上角度限制塊及一下角度限制塊，該上角度限制塊對應該上擋止面，該下角度限制塊對應該下擋止面。
  14. 如請求項1之水流發電系統之葉片結構，其中該葉片本體具有一中空室及一內補強肋，該內補強肋設置於該中空室內。
  15. 如請求項14之水流發電系統之葉片結構，其中該葉片本體具有一第一端部及一第二端部，該內補強肋之兩端分別連接該第一端部及該第二端部。
  16. 如請求項14之水流發電系統之葉片結構，其中該葉片本體具有一內隔板，該內隔板設置於該中空室內，且連接該內補強肋。
  17. 如請求項1之水流發電系統之葉片結構，其中該尾襟位於該二側擋板之間。
  18. 如請求項1之水流發電系統之葉片結構，進一步包括二連接件，該尾襟具有一第一端板及一第二端板，該二連接件分別連接該第一端板及該第二端板。
  19. 如請求項18之水流發電系統之葉片結構，其中該二側擋板分別具有一限位槽，該二連接件分別穿設於各該限位槽。
  20. 如請求項19之水流發電系統之葉片結構，其中各該限位槽內具有一上擋緣及一下擋緣，各該連接件能選擇性地頂抵各該上擋緣或各該下擋緣。
  21. 如請求項1之水流發電系統之葉片結構，進一步包括二連接件，該尾襟具有一第一端板及一第二端板，該二連接件分別連接該第一端板及該第二端板。
  22. 如請求項21之水流發電系統之葉片結構，其中該二連接件分別貫穿該第一端板及該第二端板。
  23. 如請求項22之水流發電系統之葉片結構，其中該尾襟具有一內部空間、一第一支撐板及一第二支撐板，該第一支撐板及該第二支撐板設置於該內部空間，該二連接件之一端分別連接該第一支撐板及該第二支撐板。
  24. 如請求項23之水流發電系統之葉片結構，進一步包括一樞接桿，該樞接桿貫穿該第一支撐板及該第二支撐板。
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