水力发电装置的制作方法

本发明涉及一种发电装置，特别是涉及一种利用水流推力来发电的水力发电装置。

背景技术：

近年来，开发低成本无污染的发电系统逐渐受到重视，例如风力发电、太阳能发电、水力发电等，上述发电方式是利用天然资源来进行发电，相对于石油、煤碳等火力等发电方式，较为环保且低污染。本发明的目的在于提供一种利用潮汐或河川的水力来发电的水力发电装置以供另类的绿色能源选择。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能利用潮汐或河川的水力发电且结构新颖的水力发电装置。

本发明水力发电装置，适用于设置在一水域，该水域包含沿一个流动方向流动的流体，该水力发电装置包含一个坝堤单元、一个驱动单元，以及一个能被该驱动单元带动而产生电能的发电单元，该坝堤单元包括一个将该水域区隔出彼此间隔的一个高水位区域及一个低水位区域的坝体，以及一个设置于该坝体且连通该高水位区域与该低水位区域的通口，该通口能供流体沿该流动方向从该高水位区域流入该低水位区域，定义一条横跨该流动方向的轴线，该驱动单元包括一个能绕该轴线转动地位于该通口内的轴杆，以及至少一个连接该轴杆且绕着该轴杆螺旋延伸的叶片，该叶片具有一个位于该轴杆上方的上叶侧，以及一个位于该轴杆下方的下叶侧，该下叶侧能受到流体推动而带动该轴杆转动。

本发明所述的水力发电装置，该叶片具有数个沿该轴杆间隔排列且相互连接成螺旋状的螺环圈，每两相邻螺环圈间隔界定出一个间隔通道。

本发明所述的水力发电装置，每一个螺环圈具有一个绕着该轴杆螺旋延伸而与该流动方向呈一倾斜角度的螺旋基壁，及一个由该螺旋基壁远离该轴杆的一侧往该轴线的一个轴向方向延伸的螺旋围壁。

本发明所述的水力发电装置，该驱动单元包括数个彼此角度间隔且绕着该轴杆螺旋延伸的叶片。

本发明所述的水力发电装置，该驱动单元还具有数个彼此角度间隔地绕着该轴线螺旋设置于该叶片的挡壁。

本发明所述的水力发电装置，每一个挡壁由该叶片向该轴杆延伸，且每一个挡壁具有一个沿该轴线的一个径向方向延伸的挡面。

本发明所述的水力发电装置，该轴杆具有一支沿该轴线长向延伸的支轴、一个能绕该轴线转动地枢设于该支轴外的外转轴，该叶片连接于该外转轴且绕着该外转轴螺旋延伸，该发电单元包括安装在该外转轴与该支轴间的一个转子及一个定子，该转子安装于该外转轴，该定子安装于该支轴，在该转子被该外转轴带动而相对旋转通过该定子时，该发电单元会产生电能。

本发明所述的水力发电装置，该轴杆具有一支沿该轴线长向延伸的支轴、一个能绕该轴线转动地枢设于该支轴外的外转轴，该叶片连接于该外转轴且绕着该外转轴螺旋延伸，该发电单元包括安装在该外转轴与该支轴间的一个转子及一个定子，该转子安装于该外转轴，该定子安装于该支轴，在该转子被该外转轴带动而相对旋转通过该定子时，该发电单元会产生电能。

本发明所述的水力发电装置，该水域还包含一个供流体于上方流动的底床，其中，该水力发电装置还包含一个位于该下叶侧下方且设置于该底床上以保护该底床的护床单元。

本发明所述的水力发电装置，每一个螺环圈的该螺旋基壁及该螺旋围壁为空心。

本发明的有益效果在于：通过该坝堤单元、该驱动单元与该发电单元的设计，能让从该高水位区域流入该低水位区域的流体，利用本身的流速以及流体受该驱动单元的阻碍，使该流体于通口产生的水位高低差来推动该驱动单元转动，以带动该发电单元产生电能，且通过该叶片螺旋延伸的设计，能让该驱动单元不间断地受到流体推动来产生电能，相当环保且低污染。

附图说明

本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：

图1是一个前视图，说明本发明水力发电装置的第一实施例；

图2是图1沿着ⅰ-ⅰ线的断面图；

图3是一个不完整的剖视俯视图，说明该第一实施例的一个驱动单元的细部结构；

图4是一个不完整的剖视前视图，说明该第一实施例的驱动单元的另一实施态样；

图5是一个剖视侧视图，说明该第一实施例的驱动单元的另一实施态样受到流体推动而转动；

图6是一个前视图，说明该第一实施例的驱动单元的又一实施态样；

图7是一个前视图，说明本发明水力发电装置的第二实施例；

图8是图7沿ⅱ-ⅱ线的断面图；及

图9是一个不完整的剖视俯视图，说明该第二实施例的一个驱动单元的细部结构。

具体实施方式

在本发明被详细描述前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。

参阅图1、图2与图3，本发明水力发电装置的第一实施例，适用于设置在一个例如河川或海洋的水域900，该水域900包含一个底床901，及沿一个流动方向f地于该底床901上方流动的流体902。该水力发电装置包含一个坝堤单元1、一个驱动单元2、一个发电单元3，及一个护床单元4。

该坝堤单元1包括一个固定设置于该底床901并将该水域900区隔成彼此间隔的一个高水位区域903及一个低水位区域904的坝体11，及一个设置于该坝体11且连通该高水位区域903与该低水位区域904的通口12。该高水位区域903中的流体902的水位高于该低水位区域904中的流体902的水位。该通口12能供流体902沿除该自身原本流动速度并因该流体902被本水力发电装置阻挡而抬高水位，两者合成的力量进而产生流动方向f而从该高水位区域903流入该低水位区域904。

该驱动单元2包括一个位于该通口12且两相反端分别能转动地安装于该坝体11的轴杆21，及一个连接于该轴杆21外围的叶片22。定义一条水平延伸且横跨该流动方向f的轴线l。该轴杆21沿该轴线l直线延伸。该叶片22绕着该轴杆21螺旋延伸，并具有一个位于该轴杆21上方的上叶侧23，及一个位于该轴杆21下方的下叶侧24。在本实施例中，流体902的水位低于该轴线l，因此位于流体902的水位上方的该上叶侧23不会受到流体902推动，而位于流体902的水位下方的该下叶侧24会受到流体902推动而带动该轴杆21转动，但实施上，流体902的水位也能低于该轴线l或略高于该轴线l，只要让该下叶侧24受到流体902推动，而带动该轴杆21转动即可，不以本实施例为限。

细部来看该叶片22的形状结构，该叶片22具有数个沿该轴杆21间隔排列且相互连接成螺旋状的螺环圈25。每两相邻螺环圈25间隔界定出一个间隔通道20。每一个螺环圈25具有一个绕着该轴杆21螺旋延伸360度并与该流动方向f呈一倾斜角度的螺旋基壁251，及一个由该螺旋基壁251远离该轴杆21的一侧往该轴线l的一个轴向方向延伸的螺旋围壁252。实施上，所述螺旋基壁251与该轴杆21间能额外通过补强肋来加强稳定度。该螺旋围壁252能为空心设计，来降低该叶片22的整体密度，使该叶片22的密度能趋近于流体密度。

通过该螺旋基壁251与流动方向f间的倾斜角度设计，能使流体902接触该螺旋基壁251后，被所述螺旋基壁251引导而改变流动方向f，并对该螺旋基壁251产生作用力，而将动能传递给该叶片22以驱动该叶片22转动。再利用该螺旋围壁252来增加该螺环圈25与流体902的接触面积，以进一步提供流体902对该螺环圈25的作用力，且由于该螺旋围壁252是横挡于该流动方向f，因此还能用来收集流体902并限制流体902，使流体902流经该螺环圈25时，能完整地将动能传递给该叶片22，来进一步提供该叶片22旋转扭力。

该发电单元3包含两个分别设置于所述坝体11的发电机31，所述发电机31与该轴杆21连结设置，而能将该轴杆21转动的动能转换成电能，实施上能利用轴向磁场发电机或径向磁场发电机等发电机来转换电能，由于所述发电机31的类型众多且为现有技术，并非本发明的重点，故在此不再详述。

该护床单元4包括一个沿着该轴线l的轴向方向延伸地位于该下叶侧24下方且设置于该底床901上的堵水门槛41。该堵水门槛41贴近于该叶片22的下叶侧24，使流体不易从该堵水门槛41与该下叶侧24间的缝隙通过。

该护床单元4的设计是用来保护该底床901的完整性。由于流体902流经该驱动单元2时会向下冲刷该底床901，若该底床901未设置该护床单元4，长期冲刷下来会对该底床901造成破坏甚至产生凹口，导致部分的流体902经由凹口流过，而让该驱动单元2无法完整地受到流体902推动。而本发明通过于该底床901上设置该护床单元4，能避免流体902直接冲刷该底床901而将该底床901的砂石掏空，相当实用且具有水土保持的概念。

本发明水力发电装置实施时，能应用于河川或海洋等水域900：

当本发明应用于河川时，由于河川是由上往下流动，因此该坝堤单元1横跨拦阻该水域900时，会于上游侧形成该高水位区域903，也就是即图2右侧的水域900；并于下游处形成该低水位区域904，也就是图2的左侧的水域900，该水域900的流体902除自身原有的流动外，也因本水力发电装置于该通口12的阻挡，而使该流体902的水位抬高，并使该流体902会从该高水位区域903经由该通口12流入该低水位区域904，使该驱动单元2能被经由该通口12流过的流体902推动而转动，另外，实施上能于该水力发电装置的上游加装一个拦截单元(图未示)，例如栅栏或网子等，以避免树枝、垃圾、动物死尸进入该通口12，来保护该驱动单元2，值得一提的是，本发明若是安装于坡度较陡的河川或防汛期较易泛滥的河川，该拦截单元的强度必须设计成能够抵挡大型石块或重物的撞击。

当本发明应用于海洋时，坝堤单元1会围篱区隔出一个区域，在海洋涨潮时，该区域外的水位上涨而形成该高水位区域903的水位，也就是图2的右侧水域，而该区域内则形成该低水位区域904，也就是图2的左侧水域900，此时，该高水位区域903的水会不断流入该低水位区域904，带动该驱动单元2转动，此时，该低水位区域904会不断累积水量，直到与该高水位区域903的水位趋近于等高；当海洋退潮时，该区域外的水位会下降，而区域内的水位则维持不动，使得该低水位区域904与该高水位区域903互换，造成该水域900的流动方向f在涨潮与退潮时产生反向。另外，实施上能于该水力发电装置的前后两侧皆加装该拦截单元，借此不管是涨潮或退潮，皆能完整地保护该驱动单元2。

接着，为了使该叶片22能顺利转动，该驱动单元2在设置时必须让该轴杆21略高于该水域900的经常性水位，使得该叶片22的下叶侧24位于该水位下而能受到流体902推动，该叶片22的上叶侧23位于该水位上而不会受到流体902推动，借此，当该水域900的流体902从高水位区域903经由该通口12流入该低水位区域904时，会流经该驱动单元2而推动该下叶侧24，而形成让该叶片22转动的力矩，使该叶片22绕着该轴线l沿如图2所示的转动方向r转动，进而带动所述发电机31产生电能。

需要说明的是，当本发明应用于海洋时，当涨潮时可能会遇上每月二次大潮而让流体902的水位高于该轴线l，导致该上叶侧23也受到流体902推动而降低该驱动单元2的旋转扭力，但因为该下叶侧24是完整地受到流体902推动，因此不会严重影响到该驱动单元2的转动。

参阅图2，以下细部说明流体902经过该驱动单元2时的推动情况，且在以下说明中定义图2的右边为本发明前侧，图2的左边为本发明的后侧，且图2中仅显示其中一个螺环圈25，其余螺环圈25被其遮挡。在流体902由本发明的前侧沿该流动方向f流经该驱动单元2时，部分流体902会先接触所述螺环圈25的螺旋围壁252的前侧部分，而对该叶片22产生如图2及图3所示的推力f1。

同时，另一部分的流体902会流入所述间隔通道20，此时，流体902会由高水位区域903流入低水位区域904，而通过高低差加速流动，在接触到所述螺环圈252的螺旋基壁251对该叶片22产生一个如图3所示的推力f3，在接触到所述螺环圈252的螺旋围壁252的后侧部分时，对该叶片22产生一个如图2及图3所示的推力f2。

因此，通过该叶片22的螺环圈25的形状设计，能让流体902完整地接触到该叶片22，并将动能传递给该叶片22。

参阅图4与图5，补充说明该驱动单元2的另一个实施态样，该驱动单元2还具有数个彼此角度间隔地绕着该轴线l螺旋设置于该叶片22的挡壁26，每两相邻挡壁26角度间隔一个间隔角度a。每一个挡壁26由该叶片22向该轴杆21延伸，在本实施例中，每一个挡壁26的侧边分别连接其中一个螺环圈25的螺旋围壁252与螺旋基壁251以及该轴杆21，而能稳固地固定于该叶片22，每一个挡壁26具有一个沿一个该轴线l的径向方向延伸的挡面261。

通过该挡壁26的设置，当流体902自该流动方向f迎来并流入所述间隔通道20时，会推动位于该轴杆21下方的挡壁26，而对所述挡壁26产生如图5所示的推力f4，以进一步提供该叶片22旋转扭力。在本实施例中，所述螺环圈25的数量为3，并将该间隔角度a设计为135度，使得所述挡壁26平均地围绕该轴杆21，且随着该叶片22转动，能恒维持有三或四个挡壁26位于该下叶侧24。实施上，该间隔角度a能依使用者所需进行设计，不以此为限。

补充说明的是，该驱动单元2还能具有数个彼此角度间隔地绕着该轴线l螺旋设置于该叶片22的扇叶(图未示)，每一个扇叶由该叶片22沿该径向方向向外延伸，而使该驱动单元2能如同水车一般的受力，更进一度提供该叶片22旋转扭力。

参阅图6，补充说明该驱动单元2的又一个实施态样，该驱动单元2包括数个彼此角度间隔地围绕连接该轴杆21的叶片22，每一个叶片22绕着该轴杆21螺旋延伸，在本实施态样中，所述叶片22的数量为六，且绕着该轴杆21彼此角度间隔60度，且每一个叶片22绕着该轴杆21螺旋延伸120度，但实施上，所述叶片22的数量、所述叶片22彼此角度间隔的角度以及每一个叶片22绕着该轴杆21螺旋延伸的角度，能依使用者所需进行设计，不以本实施例为限。

参阅图1、图2与图3，综上所述，本发明水力发电装置，通过该坝堤单元1、该驱动单元2与该发电单元3的设计，能让从该高水位区域903流入该低水位区域904的流体902，利用本身的流速以及水位的高低差来推动该驱动单元2转动，以带动该发电单元3产生电能，且通过水位高低差来加速流体902的流速，以及该叶片22的形状设计，还能够有效地提供该叶片22所需的旋转扭力，故确实能达成本发明的目的。

参阅图7、图8与图9，本发明水力发电装置的第二实施例，与该第一实施例不同的地方在于：该轴杆21具有一支沿该轴线l长向延伸的支轴211，及一个能绕该轴线l转动地枢设于该支轴211外的外转轴212，该叶片22绕着该外转轴212螺旋延伸。该发电单元3不包括所述发电机31，而包括安装在该外转轴212与该支轴211间的一个转子32及一个定子33。该转子32安装于该外转轴212的内周面，该定子33安装于该支轴211的周面且与该转子32相对应，在该转子32被该外转轴212带动而相对旋转通过该定子33时，该发电单元3会产生电能。

在本实施例中，该转子32具有数组环绕该轴线l的磁极对321，该定子33具有数组环绕该轴线l的电枢绕组331。所述磁极对321能利用外激式、串激式、分激式或复激式的方式来产生磁场。当该转子32的磁极对321相对旋转通过该定子33的电枢绕组331而切割磁力线时，所述电枢绕组331就能产生感应电流。

实施上，该转子32的磁极对321与该定子33的电枢绕组331的组数能依所需发电机的规格增减，例如该转子32具有三组磁极对321，该定子33仅具有一组电枢绕组331，则形成三相二极的发电机，或者该转子32仅具有一组磁极对321，该定子33具有三组电枢绕组331，则形成单相六极的发电机，或者该转子32具有三组磁极对321，该定子33具有六组电枢绕组331，则形成三相十二极的发电机，因此设计上不以本实施例为限。

补充说明的是，所述磁极对321与所述电枢绕组331也能相反设置，也就是说该转子32具有所述磁极对321以产生磁场，该定子33具有所述电枢绕组331以产生感应电流，并利用数个滑环(图未示)分别将感应电流接出，不以本实施例的形式为限。