TWI714161B

TWI714161B - 船舶動力裝置

Info

Publication number: TWI714161B
Application number: TW108124354A
Authority: TW
Inventors: 徐子圭; 戴昌賢; 徐聖堯
Original assignee: 徐子圭
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2020-12-21
Also published as: TW202102405A

Abstract

一種船舶動力裝置，用以解決習知船舶動力裝置使用燃料油，導致船舶於長期航行中需多次補充該燃料油的問題。係包含：一風管，內部依序形成一入風段、一低壓段及一緩衝段，該低壓段相對該入風段及該緩衝段成徑縮；一海水淡化組件，包含一閃蒸件及一冷凝件，一海水進水管連通該閃蒸件及外界，該冷凝件連通並環設於該風管的該低壓段，一蒸氣管連通該閃蒸件及該冷凝件；一電解槽，以一淡水管連通該冷凝件；一風力發電件，位於該風管內且電連接該電解槽；及一燃料電池，以一第一氫氣管及一氧氣管分別連通該電解槽。

Description

船舶動力裝置

本發明係關於一種動力裝置，尤其是一種船舶動力裝置。

習知的船舶動力裝置主要為柴油引擎、燃氣渦輪機或蒸氣渦輪機等，該等習知的船舶動力均須使用燃料油，藉由燃燒該燃料油產生高壓氣體，當高壓氣體膨脹時可以產生動力，以推動該船舶的一推進器(如螺旋槳)作動，使該船舶可以順利航行。

由於該習知的船舶動力裝置以該燃料油作為動力來源，因此該船舶必須載有足夠的該燃料油，以供整趟航程使用；然而，若該船舶為長期航行的船種，例如軍艦或遠洋漁船，則該船舶難以一次裝載足量的該燃料油，反而必須在航程途中靠港、或是仰賴補給船補充該燃料油，使得該船舶或該補給船花費多餘時間及資源往返港口，增加航行成本。

有鑑於此，習知的船舶動力裝置確實仍有加以改善之必要。

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種船舶動力裝置，係可以減少船舶航行時補充燃料或能源的次數者。

本發明的次一目的是提供一種船舶動力裝置，係可以產生其他備用燃料者。

本發明全文所述方向性或其近似用語，例如「內」、「外」、「側面」等，主要係參考附加圖式的方向，各方向性或其近似用語僅用以輔助說明及理解本發明的各實施例，非用以限制本發明。

本發明全文所記載的元件及構件使用「一」或「一個」之量詞，僅是為了方便使用且提供本發明範圍的通常意義；於本發明中應被解讀為包括一個或至少一個，且單一的概念也包括複數的情況，除非其明顯意指其他意思。

本發明的船舶動力裝置，包含：一風管，內部依序形成一入風段、一低壓段及一緩衝段，該低壓段相對該入風段及該緩衝段成徑縮；一海水淡化組件，包含一閃蒸件及一冷凝件，一海水進水管連通該閃蒸件及外界，該冷凝件連通並環設於該風管的該低壓段，一蒸氣管連通該閃蒸件及該冷凝件；一電解槽，以一淡水管連通該冷凝件；一風力發電件，位於該風管內且電連接該電解槽；及一燃料電池，以一第一氫氣管及一氧氣管分別連通該電解槽。

據此，本發明的船舶動力裝置，該風管及該風力發電件可以提供能量將一海水淡化成一淡水，並將該淡水電解為氫氣與氧氣，該燃料電池則利用電解生成的氫氣與氧氣進行氧化還原反應，如此可以重複利用該燃料電池中的電池材料，減少船舶於航行途中補充燃料或電池材料的次數，進而降低航行的成本及時間。

本發明的船舶動力裝置可以另包含一加壓組件及一產熱件，該加壓組件可以包含一轉動加壓件，一導氣管連通該轉動加壓件及外界，一排氣管連通該轉動加壓件及該風管的該低壓段，該產熱件以一高壓空氣管連通該轉動加壓件，該淡水管較佳通過該產熱件。如此，可以利用風力加壓形成一高壓空氣並轉換為熱能，藉此對待電解的該淡水加溫，具有提升該淡水的電解效率的功效。

本發明的船舶動力裝置可以另包含一二氧化碳捕捉組件及一燃料生成槽，該二氧化碳捕捉組件連通該風管，該燃料生成槽以一二氧化碳管連通該二氧化碳捕捉組件，並以一第二氫氣管連通該電解槽。如此，該二氧化碳捕捉組件可以捕捉氣流中的二氧化碳，並於該燃料生成槽內與電解產生的氫氣反應，以獲得備用燃料，具有減少燃料短缺的可能性的功效。

其中，該二氧化碳捕捉組件較佳包含一鹼液槽及一二氧化碳吸收件，該二氧化碳吸收件連通該風管，一進液管及一排液管分別連通該鹼液槽及該二氧化碳吸收件，該排液管較佳通過該產熱件。如此，可以加熱含有二氧化碳的一鹼液，降低二氧化碳於該鹼液中的溶解度，具有提升蒐集二氧化碳的便利性的功效。

其中，該二氧化碳吸收件較佳連通該風管的該緩衝段。如此，該鹼液可以與流速較慢的氣流接觸，具有提升二氧化碳於該鹼液中的溶解量的功效。

本發明的船舶動力裝置可以另包含一發電機構，該發電機構較佳包含一熱交換器，該二氧化碳管通過該熱交換器，該發電機構電連接該電解槽。如此，可以將二氧化碳的多餘熱量傳給該發電機構使用，具有幫助維持二氧化碳溫度的功效。

其中，該加壓組件可以另包含至少一擺動加壓件，該至少一擺動加壓件連通外界及該產熱件。如此，可以利用船舶搖晃的能量加壓形成一高壓空氣並轉換為熱能，藉此對待電解的該淡水加溫，具有提升該淡水的電解效率的功效。

本發明的船舶動力裝置可以另包含一太陽能發電件電連接該電解槽。如此，也可以利用太陽能產生電解用的電力，具有提升電解時的電力供應穩定度的功效。

〔本發明〕

1:風管

11:入風段

12:低壓段

13:緩衝段

1a:入風口

1b:出風口

2:海水淡化組件

21:閃蒸件

22:冷凝件

23:導熱件

3:電解槽

4:風力發電件

5:燃料電池

6:加壓組件

61:轉動加壓件

611:殼體

612:轉軸

613:轉體

62:擺動加壓件

621:缸體

621a:第一壓縮室

621b:第二壓縮室

622:活塞

623:儲氣槽

7:產熱件

8:二氧化碳捕捉組件

81:二氧化碳吸收件

811:透氣孔

82:鹼液槽

821:鹼液加熱器

9:燃料生成槽

T1:海水進水管

T2:蒸氣管

T3:淡水管

T4:第一氫氣管

T5:氧氣管

T6:導氣管

T7:排氣管

T8:高壓空氣管

T9:進液管

T10:排液管

T11:二氧化碳管

T12:第二氫氣管

S:壓縮空間

E:備用發電件

E1:太陽能發電件

E2:發電機構

E21:熱交換器

〔第1圖〕本發明一較佳實施例的流程圖。

〔第2圖〕本發明一較佳實施例的結構圖。

〔第3圖〕本發明的海水淡化組件的構造圖。

〔第4a圖〕本發明的轉動加壓件的一壓縮空間尚未被壓縮時的構造圖。

〔第4b圖〕如第4a圖所示的該壓縮空間被壓縮後的構造圖。

〔第5a圖〕本發明的擺動加壓件的構造圖。

〔第5b圖〕如第5a圖所示的擺動加壓件傾向一側時的構造圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第1圖所示，其係本發明船舶動力裝置的一實施例，係包含一風管1、一海水淡化組件2、一電解槽3、一風力發電件4及一燃料電池5，該海水淡化組件2分別連通該風管1及該電解槽3，該風力發電件4位於該風管1內且電連接該電解槽3，該燃料電池5連通該電解槽3。

請一併參照第1及2圖，該風管1包含一入風口1a及一出風口1b，該風管1係為非等內徑之管體，且依照該風管1內徑尺寸的差異，可以由該入風口1a往該出風口1b依序區分為一入風段11、一低壓段12及一緩衝段13；由於受到該風管1的內徑變化影響，氣流通過該風管1的不同區段時會改變其流速，使氣流在不同區段時具有不同的溫度及壓力。

詳言之，該低壓段12係相對該入風段11及該緩衝段13成徑縮，亦即，該低壓段12之內徑小於該入風段11及該緩衝段13的內徑，如此該低壓段12與該入風段11之間、以及該低壓段12與該緩衝段13之間皆具有相對壓力差，氣流流經該低壓段12時的速度較流經該入風段11及該緩衝段13時快，使位於該低壓段12的氣流維持低溫低壓之狀態。

請參照第1至3圖所示，該海水淡化組件2包含一閃蒸件21及一冷凝件22，該閃蒸件21以一海水進水管T1連通外界，以方便引入一海水進行蒸餾；該閃蒸件21可以另連通一海水排水管，以排出蒸餾後殘餘的高濃度海水，係本領域具通常知識者應可輕易理解，於此不再贅述。該閃蒸件21係以一蒸氣管T2連通該冷凝件22，且該冷凝件22係環繞於該低壓段12，藉此可以使該閃蒸件21及該冷凝件22內部形成一低壓環境，該海水被引入該閃蒸件21後，由於壓力下降導致該海水的沸點降低，使該海水可以瞬間蒸發而產生低鹽度的一水蒸氣，該水蒸氣續順著該蒸氣管T2進入該冷凝件22並進行冷凝。

該冷凝件22係環設於該低壓段12，由於該低壓段12成低溫狀態，使得該冷凝件22內部亦形成一低溫環境，該水蒸氣進入該冷凝件22後得以遇冷凝結成一淡水。該海水淡化組件2可以另具有數個導熱件23，各該導熱件23係位於該冷凝件22內，且較佳貫穿該風管1的該低壓段12，藉此，該冷凝件22與該風管1內的氣體可以透過該數個導熱件23進行熱交換，以維持該冷凝件22的低溫，有助於該水蒸氣凝結。

請再參照第1及2圖所示，該電解槽3係以一淡水管T3連通該冷凝件22，在該冷凝件22內凝結的該淡水可以被引至該電解槽3，並於該電解槽3內被電解形成氫氣及氧氣。

該風力發電件4係位於該風管1內，且該風力發電件4可以是受氣流驅動的一風機，當氣流通過該風管1時，可以一併推動該風力發電件4運轉發電；該風力發電件4較佳位於該風管1的該緩衝段13，以避免該風力發電件4減緩通過該低壓段12的氣流流速。該風力發電件4係電連接該電解槽3，以提供電力供該電解槽3內的該淡水進行電解。

該燃料電池5係分別以一第一氫氣管T4及一氧氣管T5連通該電解槽3，以利用電解該淡水所產生的氫氣及氧氣發電。例如但不加限制地，該燃料電池5可以為一鋅空氣燃料電池，氧氣氧化該鋅空氣燃料電池中的金屬鋅，金屬鋅形成氧化鋅的同時可以產生電力，另一方面，氫氣可以還原氧化鋅，使氧化鋅回復成金屬鋅的型態，以便再次與氧氣進行反應，藉此，不須一再將反應後的氧化鋅替換為金屬鋅，可以減少發電成本及節省船舶的儲存空間。

本實施例的船舶動力裝置可以另包含一加壓組件6及一產熱件7，該加壓組件6用以將一空氣加壓成一高壓空氣，該產熱件7則可以將該高壓空氣中含有的能量轉為熱能。該加壓組件6可以包含一轉動加壓件61，一導氣管T6連通該轉動加壓件61及外界，且一排氣管T7連通該轉動加壓件61及該風管1的該低壓段12，由於該低壓段12係形成低壓狀態，使該轉動加壓件61內部與該低壓段12之間形成壓力差，進而驅使該空氣自外界流動進入該轉動加壓件61，再進一步流動至該低壓段12。

請參照第4a及4b圖所示，該轉動加壓件61係形成有一殼體611，該轉動加壓件61另包含一轉軸612及一轉體613，該轉軸612較佳固設於該殼體611的中心，該轉體613則位於該殼體611內，並相對環繞該轉軸612轉動。值得注意的是，該轉體613可以將該殼體611內部區分為數個空間，且該轉體613較佳相對該轉軸612成偏心轉動，使該轉體613轉動時，各該空間的容積可以產生變化；詳而言之，如第4a圖所示，該轉體613與該殼體611之間可以形成有一壓縮空間S，接著如第4b圖所示，當該轉體613被該空氣推動時，該壓縮空間S的容積遂因該轉體613偏心轉動而縮小，藉此壓縮該壓縮空間S中的空氣。

請再參照第5a及5b圖所示，該加壓組件6可以另包含至少一擺動加壓件62，該擺動加壓件62係具有一缸體621及一活塞622，該活塞622位於該缸體621內且貼合該缸體621內壁，以將該缸體621內之空間區分為一第一壓縮室621a及一第二壓縮室621b；當船舶在航行時因波浪作用而搖晃，會造成該活塞622在該缸體621內往復移動，造成該第一壓縮室621a及該第二壓縮室621b的容積不斷改變，且該第一壓縮室621a與該第二壓縮室621b的容積總和係成定值，亦即，當該活塞622移動造成該第一壓縮室621a的容積縮小時，也會同時造成該第二壓縮室621b的容積增加，反之亦然。

該擺動加壓件62另具有一儲氣槽623，各該壓縮室621a、621b則分別具有一進氣閥及一排氣閥，該二進氣閥可以連通外界，該二排氣閥則連通該儲氣槽623；該二進氣閥及該二排氣閥均為單向閥，使氣體僅能自外界進入該缸體621、或僅能自該缸體621進入該儲氣槽623中。如第5b圖所示，當該活塞622因船舶擺動而傾向一側時，會壓縮該第二壓縮室621b內的空氣，並迫使該第二壓縮室621b內的空氣往該儲氣槽623流動；同一時刻，該第一壓縮室621a中的空氣壓力則因為該第一壓縮室621a的容積增加而下降，此時外界的氣壓相對該第一壓縮室621a高，使空氣由外界往該第一壓縮室621a內流動，利用此方式可以不斷補充空氣並進行壓縮。

本實施例的船舶動力裝置可以包含一個或數個擺動加壓件62，當該船舶動力裝置包含數個擺動加壓件62時，可以如第5a圖所示，將該數個擺動加壓件62依序串接，使後安裝的該擺動加壓件62的進氣閥連通先安裝的該擺動加壓件62的該儲氣槽623，而最後安裝的該擺動加壓件62的該儲氣槽623則連通該產熱件7，藉此，使空氣可以依序通過該數個擺動加壓件62，逐步被加壓至適當的壓力後再送至該產熱件7。

請再參照第1、2圖，該產熱件7係分別以一高壓空氣管T8連通該轉動加壓件61及該擺動加壓件62，藉以導入該高壓空氣於該產熱件7內作功，使原本存在於該高壓空氣中的內能以熱能之形式釋放。連通該冷凝件22及該電解槽3的該淡水管T3可以通過該產熱件7，使流往該電解槽3的該淡水可以被加溫，相對高溫的該淡水在電解時的效率較高，可以增加氧氣及氫氣的產出速率。

本實施例的船舶動力裝置可以另包含一二氧化碳捕捉組件8，用以捕捉空氣中的二氧化碳。該二氧化碳捕捉組件8可以包含一二氧化碳吸收件81連通該風管1，一鹼液可以經由該二氧化碳吸收件81流經該風管1，並與該風管1內的氣流接觸，致使氣流中的二氧化碳溶於該鹼液中；該二氧化碳吸收件81較佳連通該風管1的該緩衝段13，使流速較慢的氣流接觸該鹼液，延長氣流與該鹼液的接觸時間，以增加二氧化碳的溶解量。該二氧化碳吸收件81可以為通過該風管1的一鹼液管，該鹼液管於該風管1內的部分可以設有數個透氣孔811，各該透氣孔811僅供該風管1中的氣流流向該鹼液管內，並阻擋該鹼液由該鹼液管往外滲漏，例如但不加限制地，該數個透氣孔811可以為具有透氣膜的數個小孔，藉此達到透氣且防止液體滲漏的效果。

該二氧化碳捕捉組件8另包含一鹼液槽82連通該二氧化碳吸收件81，以供帶有二氧化碳的該鹼液在該鹼液槽82中釋放二氧化碳，藉此蒐集二氧化碳。詳而言之，該鹼液槽82係分別以一進液管T9及一排液管T10連通該二氧化碳吸收件81，該鹼液由該鹼液槽82經由該進液管T9流至該二氧化碳吸收件81，於該二氧化碳吸收件81中吸收二氧化碳後，續沿著該排液管T10流回該鹼液槽82中，並於該鹼液槽82中將二氧化碳排出，如此可以重複利用該鹼液。

該排液管T10較佳通過該產熱件7，以加熱該排液管T10中帶有二氧化碳的該鹼液，降低二氧化碳於該鹼液中的溶解度，幫助二氧化碳排出；或者，該鹼液槽82中可以另設有一鹼液加熱器821，該鹼液加熱器821可以電連接該風力發電件4，以利用電力加熱該鹼液，此為本領域具通常知識者可以理解，故不再贅述。

經該二氧化碳捕捉組件8捕捉的二氧化碳可以經由一二氧化碳管T11送至一燃料生成槽9中，該燃料生成槽9則另以一第二氫氣管T12連通該第一氫氣管T4，據此，二氧化碳以及電解該淡水所產生的部分氫氣可以進入該燃料生成槽9中，並於該燃料生成槽9中進行反應，得到包含甲醇或二甲醚等成分的一燃料，可以作為船舶的備用燃料。

本實施例的船舶動力裝置另可以包含一備用發電件E，該備用發電件E所產生的電能可以供該電解槽3或該鹼液加熱器821等需要用電的構件使用。該備用發電件E可以為一太陽能發電件E1、一發電機構E2或兩者兼具，該太陽能發電件E1可以為習知的太陽能板等將太陽能轉換為電能之設備；該發電機構E2則可以為一混合型氣體發電機構，以利用高壓高溫的一金屬氣體之震波能將該金屬氣體離子化，進而產生電流，相似的機構已揭示於中華民國公開第201326552號「混合型氣體發電裝置」專利案中，故該發電機構E2之運作原理於此不再贅述。

值得注意的是，該發電設備E2可以具有一熱交換器E21，該二氧化碳管T11可以通過該熱交換器E21，藉此將該二氧化碳捕捉組件8捕捉的二氧化碳的多餘熱量傳遞給該發電設備E2中的該金屬氣體，不僅可以加熱該金屬氣體，也可以適當地維持二氧化碳的溫度，避免二氧化碳與氫氣反應過快而產生危險。

據由前述結構，本實施例的船舶動力裝置可以裝設一船舶上，其中，該風管1較佳自該船舶垂直向上延伸設置，以避免該船舶本體阻擋氣流進入該風管1內，且該風管1的該入風口1a較佳朝向該船舶的迎風側，使氣流可以更加容易進入該風管1內。當該船舶開始行駛時，氣流可以由該入風口1a進入該風管1中，並由該入風口1a往該出風口1b吹送，氣流通過該風管1的該低壓段12時，會因為流速變化，而使該低壓段12處成低溫低壓之狀態，而連通該低壓段12的該海水淡化組件2內部亦會形成低壓環境，使引入該海水淡化組件2內的一海水可以被閃蒸及凝結為一淡水，該淡水續順著該淡水管T3進入該電解槽3，並於該電解槽3內被電解為氫氣及氧氣。

當氣流通過該緩衝段13時，可以推動位於該緩衝段13中的該風力發電件4，因此可以產生電解該淡水的電力。除此之外，該轉動加壓件61及該擺動加壓件62分別利用氣流流動及船舶晃動作為動力加壓空氣，該產熱件7則利用加壓後的該高壓空氣產熱，並加熱待電解的該淡水，進而提高該淡水被電解的效率。

該淡水電解形成的氧氣係經由該氧氣管T5到達該燃料電池5，用以氧化該燃料電池5中的一電池材料而發電，其所產生的電力係用以驅動該船舶的一推進器(圖未繪示)，而電解形成的氫氣則另經由該第一氫氣管T4到達該燃料電池5，並用以還原被氧化的該電池材料，以重複使用該電池材料；藉此，該燃料電池5可以利用航行時取得的風力或海水等能源發電，不須靠港或仰賴補給船供給燃料，大幅減少了航行時間以及航行用的能源成本。

另一方面，當氣流通過該風管1時，可以接觸該緩衝段13處設置的該二氧化碳吸收件81，使二氧化碳溶入該二氧化碳吸收件81中的一鹼液，藉此捕捉氣流中的二氧化碳。被捕捉到的二氧化碳與該淡水電解生成的氫氣可以於該燃料生成槽9中反應，以得到包含甲醇或二甲醚等的該燃料，以作為該船舶的備用動力來源。

綜上所述，本發明的船舶動力裝置，該風管及該風力發電件可以提供能量將一海水淡化成一淡水，並將該淡水電解為氫氣與氧氣，該燃料電池則利用電解生成的氫氣與氧氣進行氧化還原反應，如此可以重複利用該燃料電池中的電池材料，減少船舶於航行途中補充燃料或電池材料的次數，進而降低航行的成本及時間。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。