20 創新無軸管流發電系統
單位:崑山科技大學 創意&逆向工程實驗室
隊長:王誌育
隊員:葉峻斈蔡祈賢蕭紋佳卓孟毅
團隊介紹

本團隊在王松浩博士帶領下,致力於綠色能源創意產品開發研究許久,期望能夠為當前能源危機提供一種解決之道進而回饋社會,該團隊實務能力極佳,不管面對任何艱困的挑戰都能以積極與正面的態度去思考,並充分利用週遭有限的資源,開發出無限的可能,勇於挑戰自我、積極勤奮不懈以及大膽創新縝密設計是該團隊的三大特色。

創作動機

人類科技不斷的進步,能源的消耗也呈倍數般的成長,因此在21世紀的開端,新能源的開發將是一個迫切的熱門課題。舉凡太陽能、燃料電池等研究都是為了下一個世代做努力與準備,但這都是需要投入大量的人、事、物力於其中,門檻很高,並非人人皆可切入其領域,因此我們決定朝另一個領域【能源回收】為思考方向。

圖1.目前綠色能源分類

在『能量守衡』的法則中指出,「輸入的功率=輸出的功率」,但是在現實環境中因為有各種能量損耗,所以這終究只是一個「理想法則」, 因此我們反向去思考,如何在目前各種功率轉換中,將損失的能量透過一種新的創意將其轉換成能源再加以利用。因此我們以【位能與動能之間的轉換中產生新的能源】為我們的重要目標。

創作過程

我們的靈感來自於偏遠山區的山泉水輸送管線與城市大樓的水塔回流系統,當水管輸送水時,水管行程的高低位差會形成位能,有位能就有動能的產生,此時如能開發一套系統將動能轉換為電能,將這些電能儲存於電容就能運用在市售的低耗電與低功率的3C產品上,那絕對會是一個非常值得我們去開發與研究。

圖2.山泉水輸送管線       圖3.輸送管放大圖
圖4.大樓水塔輸送管線       圖5.水塔輸送管線

經由山上終年流不停的山泉水跟大樓水塔的水管輸送以及發電機所激發的靈感,我們把水力發電的原理搭配上本實驗室已有的專利成果【磁偶合技術】加以結合,提出了【創新無軸管流發電系統】構想。

圖6.創意開發原理示意圖       圖7.傳統水力發電機原理示意圖

利用磁力當作動力傳輸的方式,因此能讓流體傳輸區與發電區為兩個互不相通的獨立區域,能杜絕滲水、漏氣現象的產生,更能小型化生產應用於各種地方,利用高低落差產生的動位能轉換產生新能源。

作品介紹
圖8.創新無軸傳動管流發電系統

創意產品特色

1.穩定度高:因無軸承驅動,所以是完全封閉式的系統,葉片驅動區域不會滲水致發電系統,穩定度、可靠度大幅提升。
2.結構簡單:結構簡單並無複雜設計,能夠因應不同場合與需求,更改葉片與系統大小來驅動發電。
3.體積小:因為無軸承孔洞問題,因此系統可以比一般傳統水力發電系統體積約縮小為1/10 左右,更易於攜帶與安裝。
4.成本低廉:結構簡單、組裝零件少,且各零件都可以利用模具大量製造壓縮成本。
5.應用範圍廣:可應用於教育產業(DIY發電)、醫療產業(肺活量測試機)、綠色能源產業(水力發電機)等等。

圖10.學生自行設計各種不同樣式發電系統

山區等較偏遠地帶並無電源供應,少部分居民以太陽能電池利用太陽光製造電能,但太陽能電池之造價高,且須於陽光充足時才能發揮其功效。而山上居民常常利用水管將山泉水導引至家中使用,雖然有時水量因久未下雨而減少,但卻是日夜源源不絕,故利用水流帶動發電之小型發電裝置,能夠將其轉換成電力。

圖11.應用領域
未來應用產業
  • 未開發國家與偏遠山區照明系統 
  • 深海洋流發電系統 
  • 醫療保健(無電池式肺活量感測器) 
  • 教育產業(DIY教學發電機) 
  • 3C產品充電系統