专利名称：高效率波浪发电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于一种波浪发电装置，尤其是关于一种藉由增加本身装置与波浪 间的相对速度而提高发电效率的波浪发电装置。
背景技术：
绿能发电是未来人类无可避免的趋势，细数现今绿能发电最被广为接受者不外乎 是太阳能发电与风力发电，然而，不管绿能发电效率之多寡，太阳能与风力这两种发电方式 却有着无可避免的缺陷，亦即，会被昼夜变化或天气变化所限制，能源的来源十分不稳定， 一旦入夜或是阴天，太阳能发电即无法蓄电，一旦遇到无风的时候，风力发电即无法运行。 于是，亟需一种能够二十四小时不停稳定作动的自然能源发电方式，其可不被昼夜变化或 天气变化所限制，因此发明了潮汐与波浪发电方式。潮汐是因地球、太阳和月亮间的引力作用，使得海水的水位有了高低变化而形成 的，海水受地球离心力和月球的引力作用，而往月球方向和相反方向凸出，这种现象称为满 潮，由于地球每日自转一周，所以普遍每日有满潮、干潮各两次。潮汐发电便是利用潮汐满 干所形成的落差来从事发电。图1是现有的潮汐发电设备的运作示意图。如图1所示，现有 的潮汐发电设备的原理为藉由将海水水位变化所产生的位能差转换成为电能，其方式是在 海湾或河口地区围筑蓄水池，并且在围提的适当地点，建筑可供海水流通的可控制间门，在 闸门处设置水涡轮发电机。当涨潮时，海水经由此闸门流入蓄水池并推动水涡轮发电机，而 退潮时，海水也经由此闸门再次推动水涡轮发电机，即，利用由海水涨/退潮时的水位差所 产生的大量动力来推动水涡轮发电机而进行发电。潮汐发电厂平均每日发电量将近有400 至500百万瓦·小时(MW. hr)。如图1所示，传统潮汐发电方式要建立庞大的蓄水池，每日可发电四次，但当潮汐 满潮与退潮的高度差未达到预定值时，即难以进行发电。一般来说经济性理想潮差为5公 尺以上。传统的潮汐发电机必须在海湾建筑水坝，但并非所有的国家或地方都适用潮汐发 电模式，举例而言，若海岸属于平直沙岸时，则会因为地形限制而较不易发展潮汐发电。因 此，目前潮汐发电受到种种限制而无法成为绿能发电的主流。除了上述潮汐发电方式以外，另一种发电方式为利用海浪所产生的水位变化(其 类似快速的简谐运动，或称之为波浪)来带动发电机构。此种发电方式不会明显地受到地 形的限制，也不会受到昼夜变化或天气变化的影响。由于波浪所造成的海面高度会一直不 停的上下运动，因此不论是涨潮或是退潮期间、或是有无昼夜变化或气流变化的发生，海平 面皆会以类似简谐运动的方式逐渐上升或下降，这种稳定的简谐运动全天存在，不但不会 有闲置无法运作的时间，更不会有潮差过小无法发电的顾虑。然而，此种波浪的自然运动速 度却不符合发电的经济效益。因此，亟需一种能够提升发电效率的波浪发电装置，其可不受 地形限制并且可有效利用波浪运动而进行发电。
实用新型内容为克服上述问题，本实用新型提供一种波浪发电装置，架设在一支撑体上，在实际 使用时此装置的下半部分是没入海面之下，此装置耦合至一发电/蓄电设备，此装置包含 一中空管体；一个或多个发电用风扇，悬吊在中空管体的上部分内；一浮体，套设在中空管 体的外围并随着波浪上下起伏；以及一连动组件，同时耦合至中空管体以及浮体，并且藉由 浮体的上下起伏而产生连动，而使中空管体与浮体产生彼此相反的运动方向，藉以增加中 空管体与波浪之间的相对速度而提高发电效率。在本实用新型的实施例中，此连动组件可 为齿轮组、杠杆组、滑块组、或滑绳组。中空管体的上部分可被形成渐缩状，以增加中空管体 内的气体流动速度。本实用新型的其他实施样态以及优点可从以下与用于例示本实用新型原理范例 的随附图式相结合的详细说明而更显明白。
2横杆[0017]3支撑体[0018]5浮体[0019]7中空管体[0020]9发电用风扇[0021]11电缆[0022]13齿轮[0023]15第一齿条[0024]17第二齿条[0025]21开口[0026]23横杆[0027]25第一支杆[0028]27第二支杆[0029]29固定杆[0030]31[0031]35开口[0032]37横杆[0033]38横杆[0034]39[0035]41[0036]43[0037]45[0038]47[0039]49[0040]53[0041]55[0042]56[0043]57[0044]59[0045]61[0046]63[0047]65[0048]66[0049]67[0050]69[0051]71[0052]73[0053]100[0054]105[0055]107[0056]200[0057]205[0058]207[0059]300[0060]305[0061]307[0062]400[0063]Ll[0064]L2[0065]L3[0066]L4
固定杆
固定杆
连杆
连杆
枢接点
枢接点
开口
横杆
横杆
第一配重块 第二配重块 第三配重块 第一滑轮 第二滑轮 第三滑轮 第四滑轮 第五滑轮 第六滑轮 开口
波浪发电装置 浮体 中空管体 波浪发电装置 浮体 中空管体 波浪发电装置 浮体 中空管体 波浪发电装置 第一滑绳 第二滑绳 第三滑绳 第四滑绳
具体实施方式图2显示依照本实用新型的一实施例的波浪发电装置100的概略示意图。如图2 所示，波浪发电装置100被架设在支撑体3上并且使其下半部分没入海面之下。支撑体3 可例如为海岸的提防、或矗立于海面上的平台、或船舶等等。波浪发电装置100包含浮体5、 中空管体7、连动组件、以及一个或多个发电用风扇9。波浪发电装置100是透过电缆11而耦合至例如发电厂等等的一发电/蓄电设备(未显示)。发电用风扇9被悬吊在中空管体 7的上部分内。浮体5是套设在中空管体7的外围并且随着海面的波动(波浪)而上下起 伏。中空管体7的上部分可被形成渐缩状，以增加中空管体7内的气体流动速度。浮体5是藉由连动组件而与中空管体7产生反方向的运动。在图2的实施例中， 此连动组件为齿轮组，其包含横杆1、2，固定于支撑体3上；第一齿条15，设置在浮体5的 内部两侧上；第二齿条17，设置在中空管体7上；以及齿轮13，固定于横杆1、2上，并且用于 同时啮合第一齿条15以及第二齿条17。然而，第一齿条15亦可直接在浮体5的内部两侧 上成形；而第二齿条17亦可直接在中空管体7上成形。在邻近于支撑体3的浮体5的侧壁 上形成沟槽(未显示)，透过此沟槽，横杆1、2可伸出并支撑波浪发电装置100，以及浮体5 可藉由此沟槽与横杆1、2而进行上下起伏的运动。此连动组件可设置在中空管体7的内部 或外部。如图2所示，当海面上升时，浮体5会随着海面而上升(箭头A的方向)并且带动 齿轮13，以使齿轮13往顺时针方向转动，而同时使中空管体7下降(箭头B的方向)；反 之，当海面下降时，浮体5会随着海面而下降并且带动齿轮13，以使齿轮13往逆时针方向转 动，而同时使中空管体7上升。于是，可藉由中空管体7与波浪的相反运动而增加中空管体 7与波浪之间的相对速度。简言之，连动组件同时耦合至中空管体7以及浮体5，并且藉由 浮体5的上下起伏而产生连动，而使中空管体7与浮体5产生彼此相反的运动方向，藉以增 加中空管体7与波浪之间的相对速度而提高发电效率。当海面上升而中空管体7下降时，位于中空管体7的空腔内的空气会被上升的海 面向上推挤而形成上升气流，以驱动发电用风扇9而进行发电，此上升气流可从位于中空 管体7的顶端的开口 21排出至外界；当海面下降而中空管体7上升时，外界空气可透过开 口 21而被下降的海面(其可形成真空状态)吸入到空腔内，进而形成下降气流，以再次驱 动发电用风扇9而进行发电。吾人可藉由增加中空管体7与波浪之间的相对速度而提高上 升气流、下降气流的流速，以大幅提升发电用风扇9的转动速度，进而增加发电效率。又，上 升气流可藉由中空管体7的渐缩部分而产生加速效果。发电用风扇9可透过电缆11将其 转动时所产生的电能传输至一发电/蓄电设备。此外，虽然在图2中仅显示两个横杆以及 四个齿轮，但吾人可视实际情况来调整横杆以及齿轮的数量，只要使浮体5与中空管体7能 够产生彼此相反的运动方向即可，例如可使用一个或多个横杆和/或一个或多个齿轮。又， 发电用风扇的数量亦可针对实际使用情况而调整。图3显示依照本实用新型的另一实施例的波浪发电装置200的概略示意图。如图 3所示，波浪发电装置200被架设在支撑体3上并且使其下半部分没入海面之下。图3的波 浪发电装置200是类似于上述波浪发电装置，其差异在于图3的连动组件是利用杠杆原理 来产生连动。在图3的实施例中，此连动组件为杠杆组。如图3所示，此连动组件包含横杆23、第一支杆25、第二支杆27、以及固定杆29。 横杆23被固定于支撑体3上。交叉设置第一支杆25与第二支杆27，而使其交点枢接至位 在横杆23上的支点31，其中第一支杆25的一端是枢接至浮体105的其中一侧壁，而另一端 是枢接至固定杆29的一端；以及第二支杆27的一端是枢接至浮体105的另一相对侧壁，而 另一端是枢接至固定杆29的另一端。固定杆29被固定并横跨中空管体107。在邻近于支 撑体3的浮体105的侧壁上形成沟槽(未显示)，透过此沟槽，横杆23可伸出并支撑波浪发电装置200，以及浮体105可藉由此沟槽与横杆23而进行上下起伏的运动。吾人可视情况 需要而设置多组连动组件。此外，此连动组件可设置在中空管体107的内部或外部。如图3所示，当海面上升时，浮体105会随着海面而上升(箭头A的方向)并且向 上带动分别枢接至浮体105的第一支杆25的一端以及第二支杆27的一端，并利用杠杆原 理，使分别枢接至固定杆29的第一支杆25的另一端以及第二支杆27的另一端向下移动， 而同时使中空管体107下降(箭头B的方向)；反之，当海面下降时，浮体105会随着海面 而下降并且向下带动分别枢接至浮体105的第一支杆25的一端以及第二支杆27的一端， 并利用杠杆原理，使分别枢接至固定杆29的第一支杆25的另一端以及第二支杆27的另一 端向上移动，而同时使中空管体107上升。于是，可藉由中空管体107与波浪的相反运动而 增加中空管体107与波浪之间的相对速度。当海面上升而中空管体107下降时，位于中空管体107的空腔内的空气会被上升 的海面向上推挤而形成上升气流，以驱动发电用风扇9而进行发电，此上升气流可从开口 35排出至外界；当海面下降而中空管体107上升时，外界空气可透过开口 35而被下降的海 面(其可形成真空状态)吸入到空腔内，进而形成下降气流，以再次驱动发电用风扇9而进 行发电。吾人可藉由增加中空管体107与波浪之间的相对速度而提高上升气流、下降气流 的流速，以大幅提升发电用风扇9的转动速度，进而增加发电效率。又，上升气流可藉由中 空管体107的渐缩部分而产生加速效果。图4显示依照本实用新型的又另一实施例的波浪发电装置300的概略示意图。如 图4所示，波浪发电装置300被架设在支撑体3上并且使其下半部分没入海面之下。图4 的波浪发电装置300是类似于上述波浪发电装置，其差异在于图4的连动组件为滑块组。如图4所示，此连动组件包含横杆37与38、固定杆39与41、以及连杆43与45。 横杆37与38被固定于支撑体3上。固定杆39是设置在中空管体207的其中一侧上，而固 定杆41是设置在中空管体207的另一相对侧上。固定杆39与41分别从中空管体207的 两侧朝内延伸。连杆43的一端枢接至与固定杆39同侧的浮体205的一侧壁上，而另一端 则枢接至固定杆41，连杆43的中间部分可枢接至横杆37上的枢接点47 ；以及连杆45的一 端枢接至与固定杆41同侧的浮体205的另一相对侧壁上，而另一端则枢接至固定杆39，连 杆45的中间部分可枢接至横杆38上的枢接点49。在邻近于支撑体3的浮体205的侧壁 上形成沟槽(未显示)，透过此沟槽，横杆37、38可伸出并支撑波浪发电装置300，以及浮体 205可藉由此沟槽与横杆37、38而进行上下起伏的运动。吾人可视情况需要而设置多组连 动组件。此连动组件可设置在中空管体207的内部或外部。如图4所示，当海面上升时，浮体205会随着海面而上升(箭头A的方向)并且向 上带动分别枢接至浮体205的连杆43的一端以及连杆45的一端，进而使分别枢接至固定 杆41的连杆43的另一端以及枢接至固定杆39的连杆45的另一端向下移动，而同时使中 空管体207下降(箭头B的方向)；反之，当海面下降时，浮体205会随着海面而下降并且 向下带动分别枢接至浮体205的连杆43的一端以及连杆45的一端，进而使分别枢接至固 定杆41的连杆43的另一端以及枢接至固定杆39的连杆45的另一端向上移动，而同时使 中空管体207上升。于是，可藉由中空管体207与波浪的相反运动而增加中空管体207与 波浪之间的相对速度。当海面上升而中空管体207下降时，位于中空管体207的空腔内的空气会被上升的海面向上推挤而形成上升气流，以驱动发电用风扇9而进行发电，此上升气流可从开口 53排出至外界；当海面下降而中空管体207上升时，外界空气可透过开口 53而被下降的海 面(其可形成真空状态)吸入到空腔内，进而形成下降气流，以再次驱动发电用风扇9而进 行发电。吾人可藉由增加中空管体207与波浪之间的相对速度而提高上升气流、下降气流 的流速，以大幅提升发电用风扇9的转动速度，进而增加发电效率。又，上升气流可藉由中 空管体207的渐缩部分而产生加速效果。图5显示依照本实用新型的又另一实施例的波浪发电装置400的概略示意图。如 图5所示，波浪发电装置400被架设在支撑体3上并且使其下半部分没入海面之下。图5 的波浪发电装置400是类似于上述波浪发电装置，其差异在于图5的连动组件为滑绳组。如图5所示，此连动组件包含横杆55与56、第一配重块57、第二配重块59、第三 配重块61、第一滑轮63、第二滑轮65、第三滑轮66、第四滑轮67、第五滑轮69、第六滑轮71、 第一滑绳Li、第二滑绳L2、第三滑绳L3、以及第四滑绳L4。在图5中，第二滑轮65与第三 滑轮66的位置恰好重迭并列，因此仅显示一个滑轮，但实际上存在两个重迭并列的滑轮。横杆55与56被固定于支撑体3上。第一配重块57是设置在中空管体307上。滑 轮63、65、66、67是固定在横杆56上，以及滑轮69、71是固定在横杆55上。第一滑绳Ll是 透过第三滑轮66以及第四滑轮67而分别连接至浮体305以及第一配重块57 ；而第二滑绳 L2是透过第一滑轮63以及第二滑轮65而分别连接至浮体305以及第一配重块57。第三 滑绳L3是透过第五滑轮69而分别连接至第一配重块57以及第二配重块59 ；而第四滑绳 L4是透过第六滑轮71而分别连接至第一配重块57以及第三配重块61。如图5所示，当海面上升时，浮体305会随着海面而上升(箭头A的方向)并且带 动第一滑绳Ll以及第二滑绳L2，此时第一滑绳Ll以及第二滑绳L2可将第一配重块57往 下拉，而同时使中空管体307下降(箭头B的方向)；反之，当海面下降时，浮体305会随着 海面而下降，此时第一滑绳Ll与第二滑绳L2会呈现松弛状态，并且第二配重块59与第三 配重块61会因为重力而下降并牵引第三滑绳L3以及第四滑绳L4，以将第一配重块57往上 拉，而同时使中空管体307上升。于是，可藉由中空管体307与波浪的相反运动而增加中空 管体307与波浪之间的相对速度。当海面上升而中空管体307下降时，位于中空管体307的空腔内的空气会被上升 的海面向上推挤而形成上升气流，以驱动发电用风扇9而进行发电，此上升气流可从开口 73排出至外界；当海面下降而中空管体307上升时，外界空气可透过开口 73而被下降的海 面(其可形成真空状态)吸入到空腔内，进而形成下降气流，以再次驱动发电用风扇9而进 行发电。吾人可藉由增加中空管体307与波浪之间的相对速度而提高上升气流、下降气流 的流速，以大幅提升发电用风扇9的转动速度，进而增加发电效率。又，上升气流可藉由中 空管体307的渐缩部分而产生加速效果。在本实施例中，滑轮、滑绳、配重块、以及横杆的数 量可依照实际使用状态而变化。增加中空管与海平面的相对速度于发电量的效益说明传统波浪发电将中空管固定于海岸边或是海床上，海水上升与下降一个周期会在 管内某一截面上通过一定的气流量Q，于该截面上的平均气流速度则为V。该气流速度V于 该截面所造成的气流动压(dynamic pressure)Pv = 0. 5*P *V~2，P为空气密度，在忽略静 压差的情况下，气流动能E = Q*Pv。藉由本专利所提出的特殊机构，可将中空管与海平面的相对速增加到2V(或更高)，海水上升与下降一个周期在管内截面上通过的气流量会增加 到原来的两倍(Q2 = 2Q)，于该截面所造成的气流动压则变成原来的四倍(Pv2 = 4Pv)，在 忽略静压差的情况下，气流动能E2 = 2Q*4Pv = 8E，足足有原来的8倍之多。在此机构辅助 下，单位体积中空管路所能产生的发电量势必大幅提高。 虽然本实用新型已参考较佳实施例及图式详加说明，但熟习本项技艺者可了解在 不背离本实用新型的精神与范畴的情况下，可进行各种修改、变化以及等效替代，然而这些 修改、变化以及等效替代仍落入随附的请求项的范围内。
权利要求一种波浪发电装置，其特征在于，架设在一支撑体上，在实际使用时该装置的下半部分是没入海面之下，该装置耦合至一发电/蓄电设备，该装置包含一中空管体；一个或多个发电用风扇，悬吊在该中空管体的上部分内；一浮体，套设在该中空管体的外围并随着波浪上下起伏；及一连动组件，同时耦合至该中空管体以及该浮体，并且藉由该浮体的上下起伏而产生连动，而使该中空管体与该浮体产生彼此相反的运动方向，藉以增加该中空管体与波浪之间的相对速度。
2.如权利要求1所述的波浪发电装置，其特征在于，该中空管体的上部分为渐缩状。
3.如权利要求1所述的波浪发电装置，其特征在于，该连动组件为齿轮组。
4.如权利要求1所述的波浪发电装置，其特征在于，该连动组件为杠杆组。
5.如权利要求1所述的波浪发电装置，其特征在于，该连动组件为滑块组。
6.如权利要求1所述的波浪发电装置，其特征在于，该连动组件为滑绳组。
7.如权利要求2所述的波浪发电装置，其特征在于，该连动组件为齿轮组。
8.如权利要求2所述的波浪发电装置，其特征在于，该连动组件为杠杆组。
9.如权利要求2所述的波浪发电装置，其特征在于，该连动组件为滑块组。
10.如权利要求2所述的波浪发电装置，其特征在于，该连动组件为滑绳组。
专利摘要本实用新型是关于一种波浪发电装置，其包含一中空管体；一个或多个发电用风扇，悬吊在该中空管体的上部分内；一浮体，套设在该中空管体的外围并随着波浪上下起伏；以及一连动组件，同时耦合至该中空管体以及该浮体，并且藉由该浮体的上下起伏而产生连动，而使该中空管体与该浮体产生彼此相反的运动方向，藉以增加该中空管体与波浪之间的相对速度。
文档编号F03B13/24GK201753654SQ20102019895
公开日2011年3月2日 申请日期2010年5月14日 优先权日2010年5月14日
发明者李国荣, 陈俊杰 申请人:智品科技有限公司;凌硕自动化工作室;李国荣;陈俊杰