TWM669404U - 潮汐發電的管路控制系統 - Google Patents

Abstract

一種潮汐發電的管路控制系統，以漲退潮時間設定或感測方式，當海水漲潮到達預定水位，且汙泥感測器無偵測到過量汙泥時，第一、二動力閥打開，第三、四動力閥關閉，海水由第一進水口流向第一出水口，利用漲潮時的水位差推動一水輪發電機運轉；另當海水漲潮到達預定水位時，第一、二動力閥關閉，第三、四動力閥打開，使蓄水池的池水經由第二管路進入第一管路，再由第三管路流出，據以利用退潮時的水位差推動水輪發電機運轉。據此，當海水漲潮或退潮到預定水位時，發電管路才會打開，據以讓水流變大，達到發電效率穩定及變高；且一個蓄水池僅需一部水輪發電機，就可於漲潮或退潮，都會單一流向，使水流順向進入發電管路，以達降低建造成本；再者，當海水漲潮時水流夾帶過量汙泥時，進水口不會打開，確保汙泥不會對蓄水池造成影響。是以，本創作解決了先前潮汐發電的問題點，具有可供產業利用性及實質經濟效益。

Description

潮汐發電的管路控制系統

本創作係有關一種潮汐發電的管路控制系統，尤指一種當海水漲潮或退潮到預定水位時，發電管路才會打開，據以讓水流變大，達到發電效率穩定及變高的效益。

按，我國屬於海島國家四面環海，擁有美麗的海岸風景與豐富的海洋資源，而潮汐發電是水力發電的一種，是利用沿海潮汐蘊藏的潮汐能轉化為電能，其主要係須在海邊築堤壩而成納潮蓄水池。當漲潮、落潮時潮水通過水輪發電機進、出蓄水池，進而帶動發電機組發電。

次按，台灣公告第500873號新型專利，揭露一種「利用潮汐之海水力發電系統」，其包含一蓄水庫、一洩水庫、一第一單向閥門組、一第二單向閥門組、一引道組及一發電機組。該蓄水庫設有第一單向閥門組自外海引入海水，該洩水庫設有第二單向閥門組排放海水至外海，該蓄水庫及洩水庫之間設有引道組引導海水自蓄水庫流入洩水庫，該引道組設有發電機組，當海水通過引道組時驅動發電機組。該蓄水庫在海平面漲潮水位高於蓄水庫水位時保持進水，而洩水庫在海平面退潮水位低於洩水庫水位時保持排水，使該蓄水庫及洩水庫之間保持一水位差，以便於該引道組產生水流而驅動發電機組。惟查，該案結構太複雜，需要做三個蓄水池才能夠使用，不符經濟效益。

又按，台灣公告第572128號新型專利，揭露一種「潮汐發電裝置」，主要係設有一供海水進入之氣室，於氣室分別設有吸氣通道及排氣通道，於兩通道分別設以風扇渦輪，使風扇渦輪之軸心以斜齒輪樞接於傳動主機及變速主機，再使該傳動主機及變速主機連接於變電主機，俾當氣室內之海水於退潮時，藉由吸氣通道吸氣以帶動風扇渦輪之轉動而產生電力，而當海水漲潮時，則使氣室內之空氣由排氣通道排出，以帶動風扇渦輪之轉動產生電力，如此而藉由海水之潮汐以達到發電之目的。惟查，該案不是用水流發電，而是用漲退潮產生的氣壓來發電，跟針筒ㄧ樣的原理。

再按，台灣公告第I295338號新型專利，揭露一種「引用河水的潮汐發電法」，其特徵係於滿潮時段將河水引入潮池中，使潮池水位增加，待低潮時，使發電量增加。惟查，該案係針對傳統潮汐發電法落差太小的缺點，以及如何趕在雨水流入海洋之前，有效加以儲存的淡水供應問題，提出解決的方案。亦即是導引用淡水到水池裡面之後到排在海水裡面去做發電。

另按，中國公告第CN 209179931 U新型專利，揭露一種「海洋近岸的發電裝置」，包括設置於海洋近岸海水中的前筒和後筒，以及連接於所述前筒和後筒之間的動力水管；所述前筒的側壁開有海水進水口；所述動力水管的前端開口於所述前筒內，所述動力水管的後端連接置於所述後筒內的水錘泵的入口，所述動力水管的前端高度高於後端的高度；所述水錘泵的出口依次連接上升水管、上升水槽、回水管，所述回水管的另一端開口於所述前筒頂端；所述回水管管路中設置有水力發電機。惟查，該案係利用水錘泵衝擊提水，再利用提升到高處的海水進行發電，水錘泵提水量大而且提水揚程高，以此進行發電。

又按，中國公告第CN 217401049號專利，揭露一種「海上蓄水與潮汐蓄水雙用發電站」，包括面朝潮汐水流設置的蓄水堤壩，所述蓄水堤壩另一側設有蓄水庫，該蓄水庫底部經導流道連接至水輪機，並經水輪機與發電機組轉子聯軸同步轉動，所述蓄水堤壩沿其長度方向間隔開設有若干供潮汐水流流入蓄水庫的蓄水口，該蓄水堤壩背側設有可升降以調節蓄水口啟閉的閘門，所述蓄水庫旁側設有控制室，該海上蓄水與潮汐蓄水雙用發電站利用漲潮帶來的海水並存儲以進行發電。惟查，該案，係通過過渡堤壩的設計，在漲潮過程中，潮水沿著過渡堤壩斜向上湧入蓄水口，其順帶的沙石可在沿過渡堤壩爬升過程中沉降，以減小過濾層的壓力。

由上述先前技術顯示，潮汐發電具有下述的優點與缺點: 一、優點： 1、潮汐能是一種清潔、不污染環境、不影響生態平衡的可再生能源，潮水每日漲落，周而復始， 取之不盡，用之不竭；它完全可以發展成為沿海地區生活、生產和國防需要的重要補充能源。 2、它是一種相對穩定的可靠能源，很少受氣候、水文等自然因素的影響，全年總發電量穩定，不存在豐、枯水年和豐、枯水期影響。 3、潮汐電站不需築高水壩，即使發生戰爭或地震等自然災害，水壩受到破壞，也不至於對下游城 市、農田、人民生命財產等造成嚴重災害。 4、潮汐能不用燃料，不受能源價格的影響，而且運行費用低，是一種經濟能源。 二、缺點: 1、潮差和水頭在一日內經常變化，在無特殊調節措施時，因為海浪會高高低低會，出力有間歇性，水頭落差不足時，會使發電不穩定，進而影響發電效率。 2、當遇到颱風或風浪大的時候，海水會夾帶大量汙泥進到蓄水池裡，造成蓄水池的負擔。雖然先前技術中，如圖1A所示，會於進水口設有濾網13，但是效果有限，且有時汙泥就會將堵塞濾網13，失去潮汐發電的功能。 3、又如圖1B所示，一般的水輪發電機(或稱渦輪機、水輪機等)10，包括有葉輪11及發電機12，其中葉輪11的設計有其方向性，也就是說，當水流(W)相對於葉輪11是順向(例如:漲潮時)，水流(W)才會有效推動該葉輪11轉動，進而達到發電的效益。反之，當水流(W) 相對於葉輪11是逆向(例如:退潮時)，則該葉輪11的轉動動能，尚無法達到發電的效益。因此，一般的潮汐發電站，每一個蓄水池至少要二個水道及二個水輪發電機，其中一個水道及水輪發電機於漲潮時使用，另一個水道及水輪發電機則是於退潮時使用。如此一來，徒增建造成本且不易管理。 本創作人有鑑於上述問題點，乃積極研究改善，以解決上述缺失為主要課題。

本創作之主要目的，係在提供一種潮汐發電的管路控制系統，以海水漲潮或退潮到預定水位時，發電管路才會打開，據以讓水流變大，達到發電效率穩定及變高之功效增進。

本創作又一目的，是在提供一種潮汐發電的管路控制系統，當海水漲潮時水流夾帶過量汙泥時，進水口不會打開，確保汙泥不會對蓄水池造成影響。

本創作再一目的，是在提供一種潮汐發電的管路控制系統，其一個蓄水池僅需一部水輪發電機，就可於漲潮或退潮，都會單一流向，使水流順向進入發電管路，以達降低建造成本之功效增進。

為達上述目的，本創作所採用的技術手段包含: 一蓄水池，係建構在一海岸的內側邊，其對應邊為海洋；一第一管路，係建構在該海洋與該蓄水池之間，其在該海洋的一側設有一第一進水口，並於該蓄水池的另一側設有一第一出水口；一水輪發電機，係設在該第一管路中；一第一動力閥，係設在該第一進水口上；一第二動力閥，係設在該第一出水口上；一第二管路，其在該蓄水池的一側設有一第二進水口，另一端的注水口係連接在該第一管路上，且位於該第一動力閥與該水輪發電機之間；一第三管路，其在該海洋一側設有一第二出水口，另一端的引水口係連接在該第一管路上，且位於該第二動力閥與該水輪發電機之間；一第三動力閥，係設在該第二進水口上；一第四動力閥，係設在該第二出水口上；一第一水位感測器，係設在該海洋的一側；一第二水位感測器，係設在該蓄水池一側；一汙泥感測器，係設在該海洋的一側；一控制器，係電性連接該汙泥感測器，並可控制該第一、二、三、四動力閥的開啟或關閉；一時間設定器，其依當地的潮汐變化，預先設定海水漲潮及退潮的時間表，且電性連接該控制器； 藉此，當該時間設定器計算海水漲潮到達預定水位，且該汙泥感測器無偵測到過量汙泥時，該控制器令該第一、二動力閥打開，第三、四動力閥關閉，使該海水由該第一進水口流向第一出水口，進而利用漲潮時的水位差推動該水輪發電機運轉；另當該時間設定器計算海水退潮到達預定水位時，該控制器令該第一、二動力閥關閉，第三、四動力閥打開，使該蓄水池的池水由該第二進水口經該注水口進入該第一管路，再由該第三管路的引水口經該第二出水口流出，據以利用退潮時的水位差推動該水輪發電機運轉。

依據前揭特徵，該時間設定器可包括為一獨立裝置，或內建在該控制器上。

依據前揭特徵，該第一、二、三、四動力閥可包括為一電動閥或一氣動閥。

依據前揭特徵，該汙泥感測器可包括為一水濁度感測器。

本創作另一可行實施例中，係以第一、二水位感測器偵測海水漲潮或退潮是否到達預定水位時，再讓發電管路打開，利用漲、退潮時的水位差推動該水輪發電機運轉。

依據前揭特徵，該第一、二水位感測器可包括為一壓力式水位計、超音波水位計、雷達波水位計，及浮球式水位計。

本創作藉助上述技術手段，具有如下之功效增進: 一、本創作以海水漲潮或退潮到預定水位時，發電管路才會打開，據以讓水流變大，達到發電效率穩定及變高之功效增進。 二、本創作運用發電管路的流向控制，其一個蓄水池僅需一部水輪發電機，就可於漲潮或退潮，都會單一流向，使水流順向進入發電管路，以達降低建造成本之功效增進。 三、本創作以當海水漲潮時水流夾帶過量汙泥時，進水口不會打開，確保汙泥不會對蓄水池造成影響。 四、潮汐能是一種清潔、不污染環境、不影響生態平衡的可再生能源，本創作以上述技術手段，解決了先前潮汐發電的問題點，具有可供產業利用性及實質經濟效益。

以下係藉由特定的具體實施例說明本創作之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之其他優點與功效。本創作亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。

首先，請參閱圖2～圖3所示，本創作一種潮汐發電的管路控制系統，其第一可行實施例包含:一蓄水池20，係建構在一海岸21的內側邊，其對應邊為海洋22；

一第一管路30，係建構在該海洋22與該蓄水池20之間，其在該海洋22的一側設有一第一進水口31，並於該蓄水池20的另一側設有一第一出水口32；一水輪發電機10，係設在該第一管路30中；本實施例中，該第一管路30也可以說是發電管路，因水輪發電機10，包括有葉輪11及發電機12，其中葉輪11的設計有其方向性，也就是說，當水流(W)相對於葉輪11是順向的時候，才有發電效益。

一第一動力閥61，係設在該第一進水口31上；一第二動力閥62，係設在該第一出水口32上；一第二管路40，其在該蓄水池20的一側設有一第二進水口41，另一端的注水口42係連接在該第一管路30上，且位於該第一動力閥61與該水輪發電機10之間；一第三管路50，其在該海洋22一側設有一第二出水口51，另一端的引水口52係連接在該第一管路30上，且位於該第二動力閥62與該水輪發電機10之間；第三動力閥63，係設在該第二進水口41上；一第四動力閥64，係設在該第二出水口51上。本實施例中，該第一、二、三、四動力閥61、62、63、64可包括由一電動閥或一氣動閥所構成，用以控制海水或池水在適當時間或情況，才能進入該第一管路30(發電管路)，確實產生發電效益，並確保管路不會被汙泥所阻塞。

一汙泥感測器66，係設在該海洋22的一側；本實施例中，該汙泥感測器66可包括為一水濁度感測器，但不限定於此；該水濁度感測器為市售產品，其及結構容不贅述。其係通過測量濁度來檢測水質，它能夠測量水中總懸浮固體(TSS)量變化的透光率和散射率來檢測水中的懸浮顆粒。是以，本創作以該汙泥感測器66來偵測海水的汙泥含量是否正常或超出預期標準。

如圖6A所示，一控制器60，係電性連接該汙泥感測器66，並可控制該第一、二、三、四動力閥61、62、63、64的開啟或關閉；一時間設定器65，其依當地的潮汐變化，預先設定有海水漲潮及退潮的時間表，且其電性連接該控制器60；由於潮汐的變化有其規律性，因此，本實施中，以時間來推估海水漲退潮是否已到達預定水位，是具有科學性及準確性。

如圖7所示，本創作之控制流程圖，其流程步驟包括: 《 S100》:平時→； 《 S101》、《 S102》:第一、二動力閥61、62，以及第三、四動力閥63、64，都是關閉狀態；如圖3所示。 《 S103》:開始漲潮→； 《 S104》:海水漲潮是否到達預定水位，「否」→回到《 S101》；「是」繼續→《 S105》； 《 S105》:海水是否有含有汙泥，「是」→回到《S101》；「否」繼續→《 S106》； 《 S106》: 第一、二動力閥61、62打開，此時第三、四動力閥63、64需要關閉；如圖4所示。 《 S107》:海水22→； 《 S108》: 海水水流(W)順向(單一流向)進入發電管路(即該第一管路30)→； 《 S109》:水輪發電機10，利用漲潮時的水位差推動該水輪發電機10運轉。 《 S110》:海水退潮； 《 S111》: 池水20是否到達預定水位，「否」→回到《 S102》；「是」繼續→《 S112》； 《 S112》: 第三、四動力閥63、64打開，→此時第一、二動力閥61、62需要關閉；如圖5所示。 《 S113》:池水水流(W)→《 S108》順向(單一流向)進入發電管路(即該第一管路30)→《 S109》:水輪發電機10，利用退潮時的水位差推動該水輪發電機10運轉。

是以，由上述控制流程顯示，本創作潮汐發電的管路控制系統，其第一可行實施例，係當該時間設定器65計算海水漲潮到達預定水位，且該汙泥感測器66無偵測到過量汙泥時，該控制器60令該第一、二動力閥61、62打開，第三、四動力閥63、64關閉，使該海水由該第一進水口31流向第一出水口32，進而利用漲潮時的水位差推動該水輪發電機10運轉；另當該時間設定器65計算海水退潮到達預定水位時，該控制器60令該第一、二動力閥61、62關閉，第三、四動力閥63、64打開，使該蓄水池20的池水由該第二進水口41經該注水口42進入該第一管路30，再由該第三管路50的引水口52經該第二出水口51流出，據以利用退潮時的水位差推動該水輪發電機10運轉。

再者，本創作一種潮汐發電的管路控制系統，其第二可行實施例，係如圖6B及圖3所示，其相同於第一可行實施例的結構以相同符號表示，其差異僅在於:一第一水位感測器67，係設在該海洋22的一側；一第二水位感測器68，係設在該蓄水池20一側；本實施例中，該第一、二水位感測器67、68包括可為一壓力式水位計、超音波水位計、雷達波水位計，及浮球式水位計…等，但不限定於此；其係用以測量該海水及池水的水位高度。

是以，本創作潮汐發電的管路控制系統，其第二可行實施例，係當該第一水位感測器67偵測海水漲潮到達預定水位，且該汙泥感測器66無偵測到過量汙泥時，該控制器60令該第一、二動力閥61、62打開，第三、四動力閥63、64關閉，使該海水由該第一進水口31流向第一出水口32，進而利用漲潮時的水位差推動該水輪發電機10運轉；另當該第二水位感測器68偵測該蓄水池20到達預定水位時，該控制器60令該第一、二動力閥61、62關閉，第三、四動力閥63、64打開，使該蓄水池20的池水由該第二進水口41經該注水口42進入該第一管路30，再由該第三管路50的引水口52經該第二出水口51流出，據以利用退潮時的水位差推動該水輪發電機10運轉。

如此，上揭針對不同海岸的潮汐特性，可選擇以時間設定器來推估海水漲退潮是否已到達預定水位，或是以水位感測器來偵測是否已到達預定水位，或是兩者並行，皆可達到判斷是否已到達預定水位的目的。

是以，本創作第一及第二實施例，皆係運用發電管路(第一管路30)的流向控制的共同特徵，其一個蓄水池20僅需一部水輪發電機10，就可於漲潮或退潮，都會單一流向，使水流順向進入發電管路，以達降低建造成本之功效增進。

更重要的是，本創作第一及第二實施例，皆以海水漲潮或退潮到預定水位時，發電管路(第一管路30)才會打開，據以讓水流變大，達到發電效率穩定及變高之功效增進。如此有效解決先前潮汐發電時，因為海浪會高高低低，出力有間歇性，水頭落差不足時，使發電不穩定之缺失。

再者，本創作本創作第一及第二實施例，皆以當海水漲潮時水流夾帶過量汙泥時，進水口不會打開，確保汙泥不會對蓄水池造成影響。

最後，潮汐能是一種清潔、不污染環境、不影響生態平衡的可再生能源，本創作以上揭技術手段，解決了先前潮汐發電的問題點，具有可供產業利用性及實質經濟效益。

綜上所述，本創作所揭示之技術手段，確具「新穎性」、「進步性」及「可供產業利用」等創作專利要件，祈請 鈞局惠賜專利，以勵創作，無任德感。

惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本創作之較佳實施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修飾或等效變化，仍應包括在本案申請專利範圍內。

10:水輪發電機 11:葉輪 12:發電機 20:蓄水池 21:海岸 22:海洋 30:第一管路 31:第一進水口 32:第一出水口 40:第二管路 41:第二進水口 42:注水口 50:第三管路 51:第二出水口 52:引水口 60:控制器 61:第一動力閥 62:第二動力閥 63:第三動力閥 64:第四動力閥 65:時間設定器 66:汙泥感測器 67:第一水位感測器 68:第二水位感測器 (W):水流

圖1A 係習用潮汐發電的示意圖。 圖1B 係習用水輪發電機的示意圖。 圖2 係本創作較佳實施例的側面示意圖。 圖3 係本創作較佳實施例的俯視圖。 圖4 係本創作較佳實施例的俯視圖，其顯示漲潮發電。 圖5 係本創作較佳實施例的俯視圖，其顯示退潮發電。 圖6A 係本創作第一可行實施例主要結構的示意圖。 圖6B 係本創作第二可行實施例主要結構的示意圖。 圖7 係本創作的控制流程圖。

10:水輪發電機

20:蓄水池

21:海岸

22:海洋

30:第一管路

31:第一進水口

32:第一出水口

40:第二管路

41:第二進水口

42:注水口

50:第三管路

51:第二出水口

52:引水口

60:控制器

61:第一動力閥

62:第二動力閥

63:第三動力閥

64:第四動力閥

65:時間設定器

66:汙泥感測器

67:第一水位感測器

68:第二水位感測器

(W):水流

Claims (6)

1. 一種潮汐發電的管路控制系統，包含: 一蓄水池，係建構在一海岸的內側邊，其對應邊為海洋； 一第一管路，係建構在該海洋與該蓄水池之間，其在該海洋的一側設有一第一進水口，並於該蓄水池的另一側設有一第一出水口； 一水輪發電機，係設在該第一管路中； 一第一動力閥，係設在該第一進水口上； 一第二動力閥，係設在該第一出水口上； 一第二管路，其在該蓄水池的一側設有一第二進水口，另一端的注水口係連接在該第一管路上，且位於該第一動力閥與該水輪發電機之間； 一第三管路，其在該海洋一側設有一第二出水口，另一端的引水口係連接在該第一管路上，且位於該第二動力閥與該水輪發電機之間； 一第三動力閥，係設在該第二進水口上； 一第四動力閥，係設在該第二出水口上； 一汙泥感測器，係設在該海洋的一側； 一控制器，係電性連接該汙泥感測器，並可控制該第一、二、三、四動力閥的開啟或關閉； 一時間設定器，其依當地的潮汐變化，預先設定海水漲潮及退潮的時間表，且電性連接該控制器； 藉此，當該時間設定器計算海水漲潮到達預定水位，且該汙泥感測器無偵測到過量汙泥時，該控制器令該第一、二動力閥打開，第三、四動力閥關閉，使該海水由該第一進水口流向第一出水口，進而利用漲潮時的水位差推動該水輪發電機運轉；另當該時間設定器計算海水退潮到達預定水位時，該控制器令該第一、二動力閥關閉，第三、四動力閥打開，使該蓄水池的池水由該第二進水口經該注水口進入該第一管路，再由該第三管路的引水口經該第二出水口流出，據以利用退潮時的水位差推動該水輪發電機運轉。
2. 如請求項1所述之潮汐發電的管路控制系統，其中，該時間設定器包括為一獨立裝置，或內建在該控制器上。
3. 如請求項1所述之潮汐發電的管路控制系統，其中，該第一、二、三、四動力閥包括為一電動閥或一氣動閥。
4. 如請求項1所述之潮汐發電的管路控制系統，其中，該汙泥感測器包括為一水濁度感測器。
5. 一種潮汐發電的管路控制系統，包含: 一蓄水池，係建構在一海岸的內側邊，其對應邊為海洋； 一第一管路，係建構在該海洋與該蓄水池之間，其在該海洋的一側設有一第一進水口，並於該蓄水池的另一側設有一第一出水口； 一水輪發電機，係設在該第一管路中； 一第一動力閥，係設在該第一進水口上； 一第二動力閥，係設在該第一出水口上； 一第二管路，其在該蓄水池的一側設有一第二進水口，另一端的注水口係連接在該第一管路上，且位於該第一動力閥與該水輪發電機之間； 一第三管路，其在該海洋一側設有一第二出水口，另一端的引水口係連接在該第一管路上，且位於該第二動力閥與該水輪發電機之間； 一第三動力閥，係設在該第二進水口上； 一第四動力閥，係設在該第二出水口上； 一汙泥感測器，係設在該海洋的一側； 一第一水位感測器，係設在該海洋的一側； 一第二水位感測器，係設在該蓄水池一側； 一控制器，係電性連接該第一水位感測器、該第二水位感測器、該汙泥感測器，並可控制該第一、二、三、四動力閥的開啟或關閉； 藉此，當該第一水位感測器偵測海水漲潮到達預定水位，且該汙泥感測器無偵測到過量汙泥時，該控制器令該第一、二動力閥打開，第三、四動力閥關閉，使該海水由該第一進水口流向第一出水口，進而利用漲潮時的水位差推動該水輪發電機運轉；另當該第二水位感測器偵測該蓄水池到達預定水位時，該控制器令該第一、二動力閥關閉，第三、四動力閥打開，使該蓄水池的池水由該第二進水口經該注水口進入該第一管路，再由該第三管路的引水口經該第二出水口流出，據以利用退潮時的水位差推動該水輪發電機運轉。
6. 如請求項5所述之潮汐發電的管路控制系統，其中，該第一、二水位感測器包括為一壓力式水位計、超音波水位計、雷達波水位計，及浮球式水位計。

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