[发明专利]高效能轨道式水车机构及其轨道式叶片组

说明书

【技术领域】

本发明是有关于一种水车机构，特别是关于一种高效能轨道式水车机构及其轨道式叶片组。

【背景技术】

随着全球气候变迁速度加剧，全球暖化成为目前国际间非常重视的议题，主要原因为石化能源的应用造成大量二氧化碳等温室气体的排放，世界各国均致力于再生能源及绿色能源的开发利用，减少温室气体排放，为后代保留一个干净美丽的地球。台湾四面环海，东岸有太平洋黑潮流过，是开发利用洋流发电的最佳地点，据工研院研究发现，流经苏澳外海和绿岛的黑潮，流速最快约每秒1.4公尺，根据台大李嗣涔校长于97年行政院产业科技策略会议指出，黑潮发电装置量可达60GW。不过到目前，台湾对此黑潮能量的利用，还没有足以达到发电厂的规模，主要原因的一为水车机构的效能的限制。

一般观念普遍都认为高流速水流才具有开发价值，所以研发的水车机构都是针对高流速(流速每秒2.75公尺以上)水流而发明，例如中国台湾专利申请案公开号第200835852号「风力或水力发电装置」及中国台湾专利申请案公开号第200844325号「操作水底发电厂的方法及装置」。现今全球高流速水流(流速每秒2.75公尺以上)位置虽然有的，但毕竟属于少数、或离岸过于偏远不适于商业使用，反倒是低流速的水流(流速每秒0.5至2公尺，例如水深在30公尺至50公尺的洋流)的分布范围广大，如：台湾东岸的太平洋黑潮流速最快约每秒1.4公尺，即属于此类低流速的水流。但低流速水流常被认为无开发价值，也因此没有人愿意研发适用于低流速水流但具有高效率的水车机构，而让此水流能量平白流失，在现今能源短缺及重视环保再生能源的际实属可惜。

作为水流发电用水车机构，其动力装置大致上有螺旋桨式(如：中国台湾专利申请案公开号第200817238号「流体能量转换器」、中国台湾专利申请案公开号第200930895号「水流发电装置」、和中国台湾专利申请案公开号第201009188号「水力发电装置」等)和叶片轮式(如：中国台湾专利申请案公开号第201007009号「叶片式水轮发电装置」、中国台湾专利申请案公开号第200408767号「水位动能产生机构」、和中国台湾专利第495586号「海力帮浦(第二案)」等)两种技术。螺旋桨式的动力装置应用于水流时，因水的粘滞系数比空气大很多形成高摩擦阻力，不易获得足够的转速或转矩，因此并非理想的水流发电动力装置；相形之下，叶片轮式为较佳的水流发电动力装置。但习知叶片轮式水车机构则因叶片是固定设置，当其转动至逆水流侧时会造成阻力，减低水流能量的应用效率，甚至无法转动，故仍有许多问题待解决。

举例来说，请参考图1，为记载于中国台湾专利公报第495586号「海力帮浦(第二案)」的习知叶片轮式水车机构示意图。水车机构1包括一转动盘11及复数个叶片12。叶片12是固设于转动盘11上，当叶片12受水流14驱动后，会使得转动盘11随之转动，进而带动一发电机的一轴心(图中未示)而进行发电。当水车机构1置于水流14中时，位于下方C区的叶片12是正面迎向水流14，其所受的推力为最大，带动水车机构以逆时针方向转动。然而，由于叶片12是固设于转动盘11上，因此位于上方D区的叶片12是背面面对水流14，其所受的推力与C区叶片12所受的推力二者的方向相反且大小相当，致使得转动盘11的旋转动力有相互抵消的现象，导致水车机构1的效率不彰，仅能应用于高速水流中。

另有利用行星式齿轮箱装置改变叶片角度的习知水车机构，请参考图2，为中国台湾专利申请案公开号第200940822号「太阳行星式叶片水车机构」的示意图。水车机构的叶片绕中心轴作公转旋转时，叶片同时作自转运动，当叶片公转至逆水流处时，已自转成平行于水流的方向，减少阻力使叶片有效作功区远大于无效区，因而可以提高发电效率。此专利申请案中主要利用一传动机构改变复数个叶片组的角度，并维持复数叶片间相同角度差，实施例中并表示传动机构可以为一行星式齿轮箱。然而，习知的转动机构为封闭式行星齿轮箱，行星齿轮箱内部需添加润滑油，当水车机构完全放入水中运转时，轴心转动部中的密封件益显重要。一旦密封效果不佳而产生行星齿轮箱内部的润滑油泄漏时，会造成海洋环境污染等问题，因此为了维持密封件的密封效果，此种水车机构的维护成本将大幅提高。

其次，习知水车机构等海下作业机构多是采用防污涂料减缓海生物附着速度，唯效果不彰，仍需定期进行刮除海生物附着物及防污涂料重新涂布等动作，所费人工与物料也使得维护水车机构的成本更为昂贵。