TW201211384A - Fluid pipeline structure with multiple power generation functions - Google Patents

Description

201211384 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是涉及一種具有發電功能的流體管路構造。 【先前技術】 傳統水力發電主要是利用河川、湖泊等位於高處的水 庫，排放水庫存蓄之高水位水量，使具有位能的水流落至低 處的水力發電廠中，藉由落水的衝力驅動位在低處的水輪機 轉動，進而帶動發電機運轉，以將水勢位能轉換成水輪機之 動能後，再經由發電機產生電能，再由輸送到用戶集中區的 臺電所，再次降低為適合於家庭用戶、工廠之用電設備之電 壓’並由配電線輸電到各工廠及家庭用戶。 上述中，水庫所排放的水’除溪河放流外，也會使用溝 渠引導為灌溉用或導至自來水廠成為民生用水，這些流水所 經處’因環境不同而時急時缓，缺少利用價值，因此即有創 作人針對此一自來水的輸送過程’研發出如國内專利申請案 第096219719號所示，為一種「簡易曰常用水管線流力能量 回收發電裝置」專利前案，其是由一原動器及一被原動器帶 動的發電機所組成；前述原動器為一水葉，該水葉是設於自 來水管内’透過流過自來水管内的自來水來使水葉轉動；而 前述水葉的一端轉軸是向管外突伸’以帶動前述發電機發 電；其中，該專利前案為提高發電機轉速，於原動器轉軸與 發電機轉軸間設有適當齒輪比的變速器，且專利前案的發電 裝置是與同一楝建築物中與太陽能發電系統的蓄電裝置結 201211384 合’以辅助太陽能轉換率不足的發電量缺口。 【發明内容】 一、欲解決的問題點： 1.以往的水管内只能設置一具水葉，無法產生集小成大 的效果’且其設置地點為室内空間上受到侷限，且室内用水 受限於使用時間水流量不連續，導致運轉時間不長，設置成 本的償還期很長’因此如何利用較小水力發電的設備、裝置， 能普遍於有水流，且水流量連續的地方實施，便成為本發明 欲改進的首要問題。 儀· 2·則述創作人針對日常用水之管線流力回收研發，如國 内專利申請案第096219719號所示的發電裝置，其是由一設 於盲内的水葉，藉管内水流推動，而帶動發電機，唯該設置 的扇葉在管内’並設龍定伽—轉絲作支撐結構，會使 該扇葉受水衝擊後產生晃動情形，影響扇葉旋轉效率，如水 力稍大可此觉損而不能使用，且該案之水葉採用螺旋或渦捲 式’水阻大，因此如何有效提高扇葉旋轉效率，便成為本發 明欲改進的次要問題。 遍》 二、本創作技術手段： 新型目的在於提供-種具有發電猶、且驗卸並普及 化實施的流體管路構造，並藉管路長度及頭水壓力、尾水虹 吸及地形洛差，使管路内的水流衝力維持固定，各組扇葉 維持固定轉速’使各發錢產出烟電量转併聯。 為^前述問題及達到本發明的目的，本發明的技術手 疋讀貫現的’為一種具有發電功能的流體管路構造，其 4 201211384 包括： 至少一管路(ίο)，於該管路(10)的管壁結合了支撐架 (11)支撐木(11)的木座(12)是與管壁結合，而在架座(I?)兩^ 刀別δ又置支；f干(13)，支桿(13)表面具有數個轴接結構(μ); 至少一組置入管路(10)中且以類平行軸方式設置的扇葉 (20)，每一扇葉(20)是與每一支撐架(11)的兩端支桿(13)配合設 置，且δ亥扇葉(20)由兩立而轴心處分別延伸出用於穿設支桿轴接 結構(14)的轉軸(21、22) ’使該扇葉(2〇)能懸置在管路(1〇)中； 及 至少一設置在管路(10)外的發電機(3〇)，每—發電機(3〇) 是與每一扇葉(20)配合設置。 根據上述具夕重發電功能的流體管路構造，其特徵在 於：所述支撐架(11)與支撐架(11)間，會設置另一管内未有前 述支撐架(11)的管路(1〇，）’該管路(10，)形狀能為下列之一，直 線狀、彎曲狀；又該管路(10，)在管内壁面設置導流結構(18)， 該導流結構(18)的形狀能為下列之一，螺旋狀、頸狀。 根據上述具多重發電功能的流體管路構造，其特徵在 於：所述流體管路構造能以管内裝設有扇葉(20)的管路(1〇)、 及管内不設置扇葉(20)的另一管路(10，)交錯串接而成。 根據上述具多重發電功能的流體管路構造，其特徵在 於：所述流體管路構造為一管内呈間隔設置複數扇葉(20)的管 路(10);所述扇葉(20)在管路(10)内，每1〇〇公尺的最佳設置 數量為至25個。 根據上述具多重發電功能的流體管路構造，其特徵在 201211384 於：所述扇葉(20)的一端轉軸(22)在穿出支撐架(丨丨)後結合了 第一齒輪(23)，而所述發電機(30)由轴心延伸出傳動軸(Μ), 該傳動軸(31)的端部結合了與第一齒輪(23)嚅合的第二齒輪 (32)。 根據上述具多重發電功能的流體管路構造，其特徵在 於：所述支撐架(11)在上述第一齒輪(23)與第二齒輪的嚅合 處，結合有一用以保護齒輪與轉軸的導流罩(15)。 根據上述具多重發電功能的流體管路構造，其特徵在 於：所述扇葉(20)的一端轉軸(22)，會穿出上述管路(1〇)的壁儀_ 面並與發電機(30)接連；而所述支撐架(11)結合了一用以保護 轉軸的導流罩(15)。 根據上述具多重發電功能的流體管路構造，其特徵在 於：所述扇葉(20)與發電機(30)之間，設置用以保護發電機(3〇) 運轉的轉速控制器(40)。 根據上述具多重發電功能的流體管路構造，其特徵在 於：所述流體管路構造包括了一與發電機(3〇)電連接的蓄電單 元(50) ’與流體管路構造中其他發電機(3〇)併聯連接至發電所。囑» 根據上述具多重發電功能的流體管路構造，其特徵在於： 所述流體管路構造在兩端管口處，設置用以控制水流的閥門 (16a、16b)、及用以過濾水中雜物的濾網(na、nb)。 三、對照前技術之功效： 根據上述的貫施，本發明能獲致下列結果： 1.本發明流體官路構造，是藉由在上述管路⑽的管壁結 6 201211384 合了支撐架(11)的架座(12) ’使兩者緊密結合，以將扇葉(2〇) 穩固懸置在管内，避免受到流體衝擊晃動而碰撞管内壁面， 扇葉(20)便可穩定運轉。 2. 藉由在管路(10，)的管内，設置呈螺旋狀或頸狀設計的導 流結構(18)，使流體在管内長時間流動後，能夠再次提升通過 扇葉(20)的流體衝力，使管内各扇葉(2〇)維持同一轉速。 3. 本發明流體管路構造是藉由不同的管路(1〇)、與另—管 路(10’)交錯串接而成，除了方便組裝設置外，也能便於拆卸 替換，以便於清理及維修，還能小型化與普及化實施，以讓 一般地區的用電戶也能自行安裝使用。 4. 上述扇葉(2〇)與發電機(3〇)，分別由第一與第二齒輪 (23、32)相互嚅合，使扇葉(20)旋轉時能精確帶動發電機〇〇) 的傳動軸(31)旋轉，避免造成扇葉(2〇)產生空轉情形。 5. 上述支撐架(11)藉由增設導流罩(丨5)，用以防止雜物進 入罩内並保護齒輪與轉軸轉動，及避免管内流體直接衝擊該 • =齒輪(23、32)、轉軸(22)或傳動軸(31)運轉，並將流體均勻 導向位在扇葉軸心周圍的葉片，以有效利用流體的衝擊力道。 6·藉由在上述扇葉(20)與發電機(3〇)間增設轉速控制器 (4〇) ’以保護發電機⑽運轉，避免運轉轉速發生忽快、忽慢 的情形’以避免造成發電機(30)發電負載、或發電效果不佳的 問題。 7.藉由增設蓄電單元(5〇)來儲存發電機(3〇)產生的電力， 使本發明的蓄電單元⑽能作為備用電源用途，以在主電源斷 電的情況下來供給電力。 201211384 8.藉由在本發明趙管路構造的進水口與排水口處，分別 設置閥門(16a、16b)，透過控制間門⑽、卿長開、閉合狀 態，來阻絕或控綱整流體流人管_流量、及對扇葉(2〇) 的衝擊力道；又藉由在本發㈣體管路構㈣兩端管口處， 增設濾網(17a、17b)，以過濾、水中雜物，避免上述扇葉⑽被 雜物卡住而產生故障情形。 9.藉由本發明的管路(1()、叫管制，使水流在管内流速齊 -’即可加以利用’如在管路⑽中置人可轉動的扇葉⑽ 以牽動發電機⑽而產生電力，管路__ 葉⑽，減少阻力，且水在管路⑼，中，因地勢坡^ 水本身重力、及流體管路虹吸_，使㈣流速可維持固定， 因此可在管路⑽中，_設置扇葉⑽，以產生集眾多小數 成為大數的效果’雖在一處不能如同水力發電薇一般產生大 的设置簡單又無汗染’只要猶具規模的流水 ς 置’聚沙可_，在鐵顧、氣體排放難 【實施^式】開發新能源減炭救地球亦可略盡棉薄的貢獻。 以下是依__示的#施例詳細說明如後： 如圖1所示為本發明流體管路構造的側視剖面圖，圖2所 不為本發明流體管路構造第—實施例的剖視示賴，圖3所干 為圖2中另一管路採以頸狀構造實施的示意圖，圖4所示為本 路内間隔設置數扇葉的實施例圖，圖5所示為圖i "撐*結合了導流罩實施的示意L所示為本發明流 8 201211384 體管路構造增設键㈣ϋ、蓄電單元實__方塊圖，圖 7所示為2巾在管路兩端設、_實施的示意圖。 上述圖中揭示出本發明為—種具有發電功能的流體管路 構造’其包括至少一管路(10、1〇，）、至少一組置入管路⑽ 中且以類平行軸方式設置的扇葉⑽、及—與扇葉⑽相連接 設置在管路(10)外的發電機(30)。 上述管路(10)的官壁結合了支撐架⑼，支撐架⑼的架 # 郞2)是與管壁結合，而位在架座(12)兩端分別設置支桿 (13)，支桿(13)表面具有數個軸接結構(1句。 上述每一組扇f (20)是與每—支樓架⑼的兩端支桿(13) 配合a又置，且§亥扇葉(20)由兩端轴心處、分別延伸出穿設支桿 (I3)之軸接結構(Η)的轉軸(r:、功，使該扇葉⑽能懸置在管 路中，而上述每-發電機(3〇)是與每一扇葉(2〇)配合設置，在 本七明男知例中’邊扇葉(2〇)為軸流扇葉實施以降低管路中水 流的阻力，而該發電機⑽為發電馬達實施，而所述流體在圖 鲁 中疋以空心前頭示意。 其中’上述辭行㈣式設置，是為改料式扇葉渦旋 曲面冰度較短谷易產生搖晃、震動、及水阻大的問題，而將 本發明之扇葉(20)渦旋曲面拉長成與管路⑽同軸向設置的扇 葉(20)，以避免搖晃與震動，並減低水阻、減少流速降低的情 形。 本發明具有發電功能的流體管路構造，是藉由在上述管 =(1〇)的管壁與支撐架(11)的架座(12)緊密結合，再透過支樓 木(11)兩端的支桿(13)，以將扇葉(20)穩固懸置在管内，避免 201211384 受到流體衝擊晃動而碰撞管内壁面；且透過兩端支桿⑽表面 的轴接結構(14)，使扇葉(20)兩端的轉軸(2卜22)能與管路⑽ 呈同轴向設置(即管内扇葉熱是與管壁平行，請參_ ι所 不），讓管内流體流動通過以帶動扇葉(20)旋轉，進而驅動發 電機(3〇)運轉發電，在實施例中，是以將扇葉(20)軸設在管路 (1_為佳，能降低流體阻力，使得每一次流體流動的衝擊力 道旎夠平均，且連續推動數個扇葉旋轉。 又如圖2至圖4所示，本發明會在上述支樓架與支撐架 (11)間’設置另一管内未有前述支撐架(11)的管路(10，），藉由參 上述管路(10)搭配另一管路(1〇，）、以及不同扇葉⑽與發電機 (30)的接連方式實施，其實施例如下： 如圖2及® 3所示’藉由將另-管路(1G’)的管路形狀採 乂直、泉狀’使上述管路(1〇)與另一管路(1〇，)均呈同軸向設置， 讓吕内Μ體的流動路徑呈直線流動，此時該扇葉(2〇)是與管路 (10)呈同轴向懸在管中’使流體管路構造能設置在溪、河、 海厗邊或是疏洪道等環境’利用水流過的衝擊力道來帶動扇 葉(2〇)、發電機(30)運轉。 霸 在上述實施例中’本發明為了避免流體在管内長時間流 動後而降低衝擊力道，則透過在上述管路(1Q，)的管内壁面設 置導流結構(18)，以再次提升通過扇葉(2〇)的流體衝力，前述 導流結構(18)的形狀能為下列之一，螺旋狀(如圖2所示）、頸 狀(如圖3所示）。 又本發明流體管路構造是以管内裝設有扇葉(2〇)的管路 (10)、及管内不設置扇葉(2〇)的另一管路(1〇，)交錯串接而成， 10 201211384 如圖2至圖3所示，藉此使本發明流體管路構造整體，能以 複數個官路(10)及複數個另一管路(1〇，)搭配實施，除了方便組 裝設置外，也能便於拆卸替換，以便於小型化與普及化實施， 發揮集多數小電力成為大電力的功效；另外，本發明流體管 路構造如圖4所示，也能為一管内呈間隔設置複數扇葉(2〇) 的管路(10)實施，以適用於流體衝擊力道較大的環境中實施， 並節省組裝工序及時間，在實施例中，管内裝設的扇葉(2〇) 數罝及岔集程度，則視管路(1〇)的實際傾斜狀態而予以調整， 該扇葉(20)在管路(1〇)内，每1〇〇公尺的最佳設置數量為2〇 至25個，視流體管路構造的總長度，在管内形成數百或數千 個扇葉(20)，且採併聯方式電連接，以發揮集少成多並連成強 大電流。 上述扇葉(20)如圖5所示，其一端轉軸(22)在穿出支撐架 (11)的一侧支桿(13)後，結合了第一齒輪(23);而所述發電機 (30)由軸心延伸出傳動軸(31)，該傳動軸(31)的端部結合了與 弟一齒輪(23)傷合的第一齒輪(32);藉由第一與第二齒輪(23、 32)相互嚅合’使扇葉(20)旋轉時能精確帶動發電機(3〇)的傳動 轴(31)旋轉，避免造成扇葉(20)產生空轉情形。 又上述支樓架(11)在上述第-齒輪⑽與第二齒輪的墙合 處，結合了一用以保護齒輪與轉軸的導流罩(15);在實施例 中，該二齒輪(23、32)能設置在管路(丨〇)外，也能設置在管路 (ίο)内，因此δ玄支撑架(11)藉由結合導流罩(ι5)來避免流體直 接衝擊該二齒輪(23、32)、轉軸(22)與傳動軸(31)運轉，並將 流體均勻導向位在扇葉軸心周圍的葉片，以有效利用流體的 201211384 衝擊力道。 上述扇葉(20)的一端轉軸(22)，會穿出上述管路(1〇)的壁 面並與發電機(30)接連；而所述支撐架(u)結合了一用以保護 轉軸的導流罩(15);在實施例巾，管路⑽在供轉軸(22)穿出 的官壁没有防水結構’㈣免產生滲水情形，又該扇葉轉轴 (22)透過導流罩(15)以防止被管内流體直接衝擊，也能將流體 有效導向位在扇葉轴心周圍的葉片，以驅動扇葉(2〇)旋轉。 由於流體的流速有所差異，而使得其衝擊扇葉(20)旋轉的 力道也有大小的分別，因而如圖6所示，在上述扇葉(2〇)與發 電機(30)間，設置用以保護發電機(3〇)運轉的轉速控制器 (40)，藉此保護發電機(3〇)運轉，也避免運轉轉速發生忽快、 忽慢的情形，以避免造成發錢(3〇)發電貞載、或發電效果不 佳的問題’而採用的發電機(3_型時，則視管徑大小予以調 整。 本發明管路(10)構造包括了一與發電機(30)電連接的蓄電 單7L(5Q)(請參閱圖6)，由於每一發電機(3〇)是配合每一扇葉 (20)«l置，所以各發電機(3〇)是採併聯方式接連，接續再與蓄 電單70(50)連接，該蓄電單元(5〇)能作為備用電源用途，平時 能儲存發電機(30)產生的電力，以在主電源斷電的情況下來供 給電力。 本叙明/’IL體管路構造如圖7所示，在兩端管口處設置用 以控制水流的閥門(16a、16b)、及用以過濾水中雜物的濾網 (17a、17b) ’藉由控制閥門(i6a、16b)張開、閉合狀態，來阻 絕或調整流體流入管内的流量及對扇葉(2〇)的衝擊力道，並在 201211384 閥門(16a、16b)開啟時’透過濾網(17a、17b)來阻攔流入管中 的雜物’避免上述扇葉(20)被雜物卡住而產生故障情形。

本發明是以管路(10、10，)管制，使管内流速齊一，即可 加以利用，如在管路(1〇)中置入可轉動的扇葉（2〇)以牽動發電 機(30)而產生電力，管路(1〇)採用類平行軸的扇葉（2〇)，減少 阻力，且水在管路(10、1〇’）中，因地勢坡度、水本身重力、 及流體管路虹吸侧，使管岐速可轉©定，因此可在管 路⑽中間隔設葉⑽，以產生集料小數成為大數的效 雖在一處不能如同水力發電廠一般產生大電力，但管路(10) η置簡單又無’于染’只要稍具規模的流水處即可設置，聚沙 纽在賴▲缺、氣體排放難解的時代，開發新 此源減炭救地球亦可略之貢獻。 徵及=式:示的實施例詳細說明了本發明的構造、特 新型專利” j於符合難及妙性要件，遂纽法提出 發明不㈣=糊^本發明讀佳纽例，但本 符物：Γ!定實施範圍，因此舉凡與本發明意旨相 範圍内。 〃要在均等範圍内都應涵屬於本發明專利 13 201211384 【圖式簡單說明】 圖1為本發明流體管路構造的側視剔面圖。 圖2為本發明流體管路構造第一實施例的剖視示意圖。 圖3為圖2中另一管路採以頸狀構造實施的示意圖。 圖4為本發明在一管路内間隔設置數扇葉的實 圖5為圖1中該支標架結合了導流罩實施的示音Q。 圖6為本發明流體管路構 & μ® 施的關係方塊®。 、控制器、蓄電單元實 圖7為圖2中在管路兩端設置閥門 【主要元件符號說明】 10 ' 10 管路 據網實施的示意圖。 11 12 13 14 15 支撐架 架座 支桿 軸接結構 導流罩 16a、16b 閥門 H 17b濾網 18 導流結構 20 21 23 30 31 32 40 50 22 屬葉 轉軸 第一齒輪 發電機 傳動車由 第〜齒輪 轉迷控制器 蓄電單元

Claims (1)

1. 201211384 七 ‘申請專利範圍： 結合了支撐架 而在架座(12)兩端 1.-種具多重發電舰的流體管路構造，其包括 至少一管路(10)，於該管路(10)的管壁 (11)，支揮架(11)的架座(12)是與管壁結合， 分別設置支抑3)，支桿⑴)表面财數她接纟 至少-組置人管路(1G)中顧類平行財式設置的扇葉 (2〇)，每-扇葉⑽是與每—支樓架⑼的兩端支桿⑴)配合設 置，且s亥扇葉(2〇)由兩端轴心處分別延伸出穿設支桿轴接結構 (14)的轉軸(2卜22)，使該扇葉⑽能懸置在管路⑽中；及 至少一設置在管路(10)外的發電機(3〇)，每—發 是與每一扇葉(20)配合設置。 2. 如請求項1所述具多重發電功能的流體管路構造，其特 徵在於：所述支撐架(11)與支撐架(11)間，會設置另一管内未 有前述支撐架(11)的管路(10，），該管路(1〇，)形狀能為下列之 一，直線狀、彎曲狀；又該管路(10，)在管内壁面設置導流結 構(18)，該導流結構(18)的形狀能為下列之一，螺旋狀、頸狀。 3. 如請求項1所述具多重發電功能的流體管路構造，其特 徵在於：所述流體管路構造能以管内裝設有扇葉(20)的管路 (10)、及管内不設置扇葉(20)的另一管路(10，)交錯串接而成。 4. 如請求項1所述具多重發電功能的流體管路構造，其特 徵在於：所述流體管路構造為一管内呈間隔設置複數扇葉(20) 的管路(10);所述扇葉(20)在管路(10)内，每】〇〇公尺的最佳 設置數量為20至25個。 5如請求項1所述具多重發電功能的流體管路構造，其特 15 201211384 徵在於.所述扇葉(20)的一端轉軸(22)在穿出支撐架(丨丨)後結 合了第一齒輪(23);而所述發電機(3〇)由軸心延伸出傳動軸 〇1) ’該傳動轴(31)的端部結合了與第一齒輪(23)嚅合的第二 齒輪(32)。 6. 如請求項5所述具多重發電功能的流體管路構造，其特 徵在於：所述支撐架(n)在上述第一齒輪(23)與第二齒輪的嚅 合處，結合有一用以保護齒輪與轉軸的導流罩(15)。 7. 如請求項1所述具多重發電功能的流體管路構造，其特 徵在於：所述扇葉(20)的一端轉轴(22)，會穿出上述管路(1〇) φ 的壁面並與發電機(30)接連；而所述支撐架(η)結合了 一用以 保護轉軸的導流罩(15)。 8. 如請求項1所述具多重發電功能的流體管路構造，其特 徵在於：所述扇葉(20)與發電機(3〇)之間，設置用以保護發電 機(30)運轉的轉速控制器(40)。 9. 如請求項1所述具多重發電功能的流體管路構造，其特 徵在於：所述流體管路構造包括了一與發電機(3〇)電連接的蓄 電單元(50) ’與流體官路構造中其他發電機(3〇)併聯連接至發_ 電所。 X 10. 如請求項1所述具多重發電功能的流體管路構造，其 徵在於：所述流體管路構造在兩端管口處，設置用以控制 水流的閥、16b)、及用以過渡水中雜物的濾網(1= ' 17b) 〇 16