TWI762391B

TWI762391B - 全方向風力渦輪及全方向風力通風裝置

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Publication number: TWI762391B
Application number: TW110127486A
Authority: TW
Inventors: 蔡政展; 吳昭彬; 郭柏宗; 查沂呈; 范藝騰; 翁勝筌; 翁聖宏; 翁沛慈; 王子嘉; 陳柏亦; 謝孟宏; 陳宥銓; 翁永進; 林金龍
Original assignee: 蔡政展
Priority date: 2021-07-27
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2022-04-21
Also published as: TW202305239A

Abstract

本發明係關於一種全方向風力渦輪，係包含：一風力本體，設有複數層的葉片部，每一層葉片部的周緣形成有一圓周面，該圓周面區分成為複數等分，於該葉片部的每一等分上設置有貫穿該圓周面之一流道，該流道之入口的一第一弧長，與出口的一第二弧長之比值係約為3：1，使得該入口的迎風面及截面積均大於該出口；一支撐架，該風力本體係樞設於該支撐架上；一發電單元連接至該風力本體。本發明亦關於一種全方向風力通風裝置，係包含一通風座，係與該風力本體相結合。藉以不論風力是從任何的方向吹來，均可使該風力本體保持旋轉。

Description

全方向風力渦輪及全方向風力通風裝置

本發明係有關於一種風力不論是從任何的方向吹來，均可保持旋轉之風力發電，以及促使屋室或廠房內部通風之風力渦輪或通風構造。

由於目前考量到石化能源終將枯竭，世界各國紛紛尋求太陽能、風能、水能、地熱能、生質能、海洋能等永續發展能源，也帶動綠能發電技術與效率不斷進步，使各國逐漸調整發電結構，降低石化燃料的發電比例，提升再生能源的發電量。又因台灣剛好擁有極佳的風場，讓最近的離岸風電產業越來越熱門，而且風力發電不僅環保且汙染最少。然而在台灣本島和離島地區的風力發電機組所收集到的風能只有水平方向，並無法在亂流中有效地全方向收集風能。此外在都會區中擷取風能而行發電，亦為當前逐漸被重視及進行研發之綠能發電新領域，但是因為都會區中高樓大廈所導致的亂流流場，亦使得傳統渦輪無法有效地擷取都會區中的風能。

例如中華民國108年12月21日所公告之發明第I680231號「風力發電機」專利案，其係揭露：提供一種中、小型風力發電機，而中、小型風力發電機設置水平方向轉動的複數葉片，水平方向的葉片於運作時較不受空間及環境的限制，僅需微小風力即可轉動，該些葉片於風力適當時呈現放射狀排列，以增大受風面積；但當風力增強到風力發電機機構無法承受時，藉由一調整緩衝機構作動，以使複數葉片閉合呈現一橢圓體，該些葉片呈橢圓形具有強化扭力效果，此時受風的面積為最小化，自然達到降低風力發電機的轉速，當風速穩定後，該些葉片又回到放射狀排列，藉由該些葉片的調整來迎合風力，以保護風力發電機機構及延長風力發電機壽命的目的。

該專利前案之構造較為複雜，而且葉片數目較多，一旦受到亂流的吹動時，容易造成葉片的故障損壞，因此於使用上不盡理想。

爰此，有鑑於目前傳統的風力發電裝置具有上述的缺點。故本發明提供一種全方向風力渦輪，包含有：一風力本體，係垂直設有複數層的葉片部，每一層該葉片部的周緣係形成有一圓周面，該圓周面係區分成為複數等分，該葉片部的每一等分上設置有貫穿該圓周面之一流道，該流道的二端於該圓周面上分別設有一入口及一出口，該入口位於該圓周面上的一第一弧長，係與該出口位於該圓周面上的一第二弧長之比值係約為3：1，使得該入口的迎風面及截面積均大於該出口，該風力本體係凸設有一轉軸；一支撐架，該風力本體之轉軸係樞設於該支撐架上，以供該等葉片部共同地相對於該支撐架旋轉；一發電單元，係連接至該轉軸，該轉軸旋轉時，可以使該發電單元產生電力並輸出。

上述風力本體係設呈為一圓柱體、一橢圓球體或一球形體。

上述每一層葉片部之間的該入口、該出口的位置係上、下相互對正設置。

上述每一層葉片部之間的該入口、該出口的位置係上、下相互錯開設置。

上述圓周面係區分成為三等分，該流道係設呈弧形，每一層該葉片部之間係各自分隔設置。

本發明亦為一種全方向風力通風裝置，包含有：一風力本體，係垂直設有複數層的葉片部，每一層該葉片部的周緣係形成有一圓周面，該圓周面係區分成為複數等分，該葉片部的每一等分上設置有穿入該圓周面之一流道，該流道的一端於該圓周面上設有一入口，該流道的另一端於該流道的一內側面上設有一出口，該入口位於該圓周面上的一第一弧長，係與該出口位於該內側面上的一第三弧長之比值係約為3：1，使得該入口的迎風面及截面積均大於該出口的出風面及截面積，該風力本體的內部設有一第一通風道，該第一通風道係與每一層該葉片部的該等出口相連通；一通風座，係與該風力本體相結合，該風力本體係相對於該通風座自由旋轉。

上述風力本體係設呈為一圓柱體、一橢圓球體或一球形體。

上述每一層葉片部之間的該入口之位置係上、下相互對正設置。

上述每一層葉片部之間的該入口之位置係上、下相互錯開設置。

上述圓周面係區分成為三等分，該流道係設呈弧形，每一層該葉片部之間係各自分隔設置，該風力本體的底部係設有一軸承，該通風座的頂部設有一軸承部，該軸承係與該軸承部相結合，該通風座的內部係貫通設有一第二通風道，該第二通風道係與該第一通風道相連通，該第二通風道係導入於一屋室或一廠房的內部，藉以達到使該屋室或該廠房內部通風之功能。上述技術特徵具有下列之優點：

1.全方向風力渦輪利用風力本體呈360度之圓周面上均設置有入口及出口，因此不管風力從任何的方向吹來，均可被入口及出口所收集，使得該風力本體保持旋轉，以及使發電單元持續產生電力輸出。

2.全方向風力渦輪利用每一層葉片部之間的入口、出口的位置係上、下相互對正或錯開設置，因此不會受到任何的地形、地勢或亂流之影響，均能保持高效率的電力輸出。

3.全方向風力通風裝置利用風力本體呈360度之圓周面上均設置有入口，因此不管風流從任何的方向吹來，均可被入口所收集，使得該風力本體保持旋轉，而使通風功能順暢運作。

4.全方向風力通風裝置利用每一層葉片部之間的入口的位置係上、下相互對正或錯開設置，因此不會受到任何的地形、地勢或亂流之影響，均能保持高效率的通風運作功能。

1:風力本體

11:葉片部

12:圓周面

13:流道

14:入口

15:出口

16:轉軸

2:支撐架

3:發電單元

1A:風力本體

11A:葉片部

14A:入口

15A:出口

2A:支撐架

3A:發電單元

1B:風力本體

11B:葉片部

14B:入口

15B:出口

2B:支撐架

3B:發電單元

1C:風力本體

11C:葉片部

14C:入口

15C:出口

2C:支撐架

3C:發電單元

4:風力本體

41:葉片部

42:圓周面

43:流道

44:入口

431:內側面

45:出口

46:第一通風道

47:軸承

5:通風座

51:軸承部

52:第二通風道

4A:風力本體

5A:通風座

41A:葉片部

44A:入口

4B:風力本體

5B:通風座

41B:葉片部

44B:入口

4C:風力本體

5C:通風座

41C:葉片部

44C:入口

θ 1:第一弧長

θ 2:第二弧長

θ 3:第三弧長

[第一圖]係為本發明全方向風力渦輪第一實施例之立體外觀圖。

[第二圖]係為本發明全方向風力渦輪第一實施例之正視圖。

[第三圖]係為本發明全方向風力渦輪第一實施例葉片部之組合剖視圖。

[第四圖]係為本發明全方向風力渦輪第一實施例風力流動之示意圖。

[第五圖]係為本發明全方向風力渦輪第二實施例之立體外觀圖。

[第六圖]係為本發明全方向風力渦輪第二實施例之正視圖。

[第七圖]係為本發明全方向風力渦輪第三實施例之立體外觀圖。

[第八圖]係為本發明全方向風力渦輪第三實施例之正視圖。

[第九圖]係為本發明全方向風力渦輪第四實施例之立體外觀圖。

[第十圖]係為本發明全方向風力渦輪第四實施例之正視圖。

[第十一圖]係為本發明全方向風力通風裝置第一實施例之立體外觀圖。

[第十二圖]係為本發明全方向風力通風裝置第一實施例之正視圖。

[第十三圖]係為本發明全方向風力通風裝置第一實施例葉片部之組合剖視圖。

[第十四圖]係為本發明全方向風力通風裝置第一實施例風力流動之示意圖。

[第十五圖]係為本發明全方向風力通風裝置第二實施例之立體外觀圖。

[第十六圖]係為本發明全方向風力通風裝置第二實施例之正視圖。

[第十七圖]係為本發明全方向風力通風裝置第三實施例之立體外觀圖。

[第十八圖]係為本發明全方向風力通風裝置第三實施例之正視圖。

[第十九圖]係為本發明全方向風力通風裝置第四實施例之立體外觀圖。

[第二十圖]係為本發明全方向風力通風裝置第四實施例之正視圖。

請參閱第一圖及第二圖所示，本發明係為一種全方向風力渦輪，該全方向風力渦輪第一實施例係包含有：風力本體1、支撐架2及發電單元3，其中：風力本體1，其係設呈為一圓柱體，該風力本體1係垂直設有複數層各自分隔設置的葉片部11，每一層該葉片部11的周緣係形成有一圓周面12，該圓周面12係區分成為三等分，再於該葉片部11的每一等分上設置有貫穿該圓周面12呈弧形之一流道13〔如第三圖所示〕，該流道13的二端分別於該圓周面12上設有一入口14及一出口15，又每一層該葉片部11之間的該入口14、該出口15的位置係上、下相互對正設置。該入口14位於該圓周面12上的一第一弧長θ 1，係與該出口15位於該圓周面12上的一第二弧長θ 2之比值係約為3：1，使得該入口14的迎風面及截面積均大於該出口15的迎風面及截面積。又該風力本體1的圓心係凸設有一轉軸16。

支撐架2，該風力本體1之轉軸16係樞設於該支撐架2上，以供該等葉片部11可以共同地相對於該支撐架2旋轉。

發電單元3，其係連接至該轉軸16，藉由該轉軸16旋轉時，可以使該發電單元3產生電力並輸出。該發電單元3係可為一般習知的風力發電機構造，茲不再贅述該發電單元3的內部構造及其發電原理。本發明全方向風力渦輪第一實施例之該發電單元3係安裝於該支撐架2之底部。

如第一圖及第二圖所示，當使用於風力發電時，係可將該支撐架2固定於任一風力的流動處。利用該風力本體1呈360度之圓周面12上均設置有該入口14及該出口15，因此不管風力從任何的方向吹來，均可被該入口14及該出口15所收集。由於該入口14的迎風面係大於該出口15的迎風面，使得該入口14的受力係大於該出口15的受力〔如第四圖所示〕，由於受力的不平均，致使在該入口14和該出口15之間形成一淨力矩，因此該風力本體1以該轉軸16為軸心，係可由該入口14朝向該出口15的方向旋轉。又由於該入口14的截面積係大於該出口15的截面積，因此該入口14所能收集的風量係大於該出口15，使得該風流可以由該入口14進入，而由該出口15流出，基於質量守恆原理(mass conservation principle)，由該入口14進入的平均風速將遠小於由該出口15流出的平均風速，又基於伯努利能量守恆原理(Bernoulli's energy conservation principle)可知，位於該入口14的平均壓力將大於位於該出口15的平均壓力，因此在該入口14和該出口15之間將形成一壓力差，此壓力差將導致在該入口14和該出口15之間形成另一淨力矩，而使得該風力本體1以該轉軸16為軸心，由該入口14朝向相鄰之該出口15的方向旋轉。當該風力本體1開始旋轉時，該轉軸16係同步旋轉，並可使得該發電單元3產生電力並輸出以供應用。因此，不論風流是從任何的方向吹來，均可使該風力本體1保持旋轉，以及使該發電單元3持續產生電力輸出，而且不會受到任何的地形、地勢或亂流之影響，均能保持高效率的電力輸出。

請參閱第五圖及第六圖所示，本發明全方向風力渦輪第二實施例係包含有：風力本體1A、支撐架2A及發電單元3A。該全方向風力渦輪第二實施例與上述全方向風力渦輪第一實施例之間的差異係在於：該風力本體1A之每一層該葉片部11A之間的該入口14A、該出口15A的位置係上、下相互錯開設置。如此，不論在任何瞬間風流從任何的方向吹來，均可使該風力本體1A產生淨力矩而保持旋轉，以及使該發電單元3A持續產生電力輸出，而不會受到任何的地形、地勢或亂流之影響，均能保持高效率的電力輸出。

請參閱第七圖及第八圖所示，本發明全方向風力渦輪第三實施例係包含有：風力本體1B、支撐架2B及發電單元3B。該全方向風力渦輪第三實施例與上述全方向風力渦輪第一實施例之間的差異係在於：該風力本體1B係設呈為一球形體，風力本體1B之每一層該葉片部11B之間的該入口14B、該出口15B的位置係上、下相互對正設置。如此，不論風流是從任何的方向吹來，均可使該風力本體1B產生淨力矩而保持旋轉，以及使該發電單元3B持續產生電力輸出，而不會受到任何的地形、地勢或亂流之影響，均能保持高效率的電力輸出。

請參閱第九圖及第十圖所示，本發明全方向風力渦輪第四實施例係包含有：風力本體1C、支撐架2C及發電單元3C。該全方向風力渦輪第四實施例與上述全方向風力渦輪第三實施例之間的差異係在於：該風力本體1C係設呈為一球形體，該風力本體1C之每一層該葉片部11C之間的該入口14C、該出口15C的位置係上、下相互錯開設置。如此，不論風流在任何瞬間從任何的方向吹來，均可使該風力本體1C產生淨力矩而保持旋轉，以及使該發電單元3C持續產生電力輸出，而不會受到任何的地形、地勢或亂流之影響，均能保持高效率的電力輸出。又本發明實施例上述之風力本體1C亦可設呈為一橢圓球體，係可達到相同之功效。

請參閱第十一圖及第十二圖所示，本發明係為一種全方向風力通風裝置，該全方向風力通風裝置第一實施例係包含有：風力本體4及通風座5，其中：風力本體4，其係設呈為一圓柱體，該風力本體4係垂直設有複數層各自分隔設置的葉片部41，每一層該葉片部41的周緣係形成有一圓周面42，該圓周面42係區分成為三等分，再於該葉片部41的每一等分上設置有穿入該圓周面42呈弧形之一流道43〔如第十三圖所示〕，該流道43的一端於該圓周面42上設有一入口44，該流道43的另一端於該流道43靠近圓心的一內側面431上設有一出口45，又每一層該葉片部41之間的該入口44之位置係上、下相互對正設置。該入口44位於該圓周面42上的一第一弧長θ 1，係與該出口45位於該流道43之該內側面431上的一第三弧長θ 3之比值係約為3：1，使得該入口44的迎風面及截面積均大於該出口45的出風面及截面積。又該風力本體4的內部設有一第一通風道46，該第一通風道46係與每一層該葉片部41的該等出口45相連通。另該風力本體4的底部係設有一軸承47。

通風座5，其係設呈為一圓柱體管道結構，該通風座5與該風力本體4相結合。該通風座5頂部設有一軸承部51，該軸承部51以供該風力本體4的該軸承47相結合，使得該風力本體4可以相對於該通風座5自由旋轉。又該通風座5的內部係貫通設有一第二通風道52，該第二通風道52係與該風力本體4之該第一通風道46相連通。該通風座5係可供固定於屋室或廠房的屋頂，以供該風力本體4旋轉時，可將外部的風流經由該入口44進入，再由該風力本體4內之該流道43導入後，通過該第一通風道46及該第二通風道52，而導入於該屋室或廠房的內部，達到使屋室或廠房內部通風之功能。

如第十三圖及第十四圖所示，當使用於通風時，係可將該通風座5固定於任一風力流動處的屋室或廠房之屋頂。利用該風力本體1呈360度之圓周面42上均設置有該入口44，因此不管風力從任何的方向吹來，均可被該入口44所收集，並將該風流藉由風力本體4的該流道43導引至該第一通風道46，再將該風流導引至該通風座5內的第二通風道52內，再進一步導引至屋室或廠房內部，而達到使屋室或廠房內部通風之功能。由於該入口44的迎風面直接受到風流之作用〔如第十四圖所示〕，使得在該入口44和該風力本體4的圓心之間形成一淨力矩，利用該風力本體4的該軸承47與該通風座5的該軸承部51相結合，係可使該風力本體4由該入口44朝向相鄰之該出口45的方向旋轉。又由於該入口44的截面積係大於該出口45的截面積，因此該入口44所能收集的風量係大於該出口45，使得該風流可以由該入口44進入，而由該出口45流出，基於質量守恆原理(mass conservation principle)，由該入口44進入的平均風速將遠小於由該出口45流出的平均風速，又基於伯努利能量守恆原理(Bernoulli's energy conservation principle)可知，位於該入口44的平均壓力將大於位於該出口45周圍的平均壓力，因此在該入口44和該出口45之間形成一壓力差，此壓力差將導致在該入口44和該出口45之間形成另一淨力矩，而使得該風力本體4由該入口44朝向相鄰之該出口45的方向旋轉。因此，不論風流是從任何的方向吹來，均可使該風力本體4保持旋轉，而且不會受到任何的地形、地勢或亂流之影響，均能保持高效率的通風效能。

請參閱第十五圖及第十六圖所示，本發明全方向風力通風裝置第二實施例係包含有：風力本體4A及通風座5A。該全方向風力通風裝置第二實施例與上述全方向風力通風裝置第一實施例之間的差異係在於：該風力本體4A之每一層該葉片部41A之間的該入口44A的位置係上、下相互錯開設置。因此，不論風流在任何瞬間從任何的方向吹來，均可使該風力本體4A保持旋轉，而且不會受到任何的地形、地勢或亂流之影響，均能保持高效率的通風效能。

請參閱第十七圖及第十八圖所示，本發明全方向風力通風裝置第三實施例係包含有：風力本體4B及通風座5B。該全方向風力通風裝置第三實施例與上述全方向風力通風裝置第一實施例之間的差異係在於：該風力本體4B係設呈為一球形體，風力本體4B之每一層該葉片部41B之間的該入口44B的位置係上、下相互對正設置。因此，不論風流是從任何的方向吹來，均可使該風力本體4B保持旋轉，而且不會受到任何的地形、地勢或亂流之影響，均能保持高效率的通風效能。

請參閱第十九圖及第二十圖所示，本發明全方向風力通風裝置第四實施例係包含有：風力本體4C及通風座5C。該全方向風力通風裝置第四實施例與上述全方向風力通風裝置第三實施例之間的差異係在於：該風力本體4C係設呈為一球形體，該風力本體4C之每一層該葉片部41C之間的該入口44C的位置係上、下相互錯開設置。因此，不論風流在任何瞬間從任何的方向吹來，均可使該風力本體4C保持旋轉，而且不會受到任何的地形、地勢或亂流之影響，均能保持高效率的通風效能。又本發明實施例上述之風力本體4C亦可設呈為一橢圓球體，係可達到相同之功效。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。