CN201486687U - 热气引擎发电装置 - Google Patents

Abstract

一种热气引擎发电装置，主要设有一装满高压气体的密闭容器，于该密闭容器设有一出口，以供连接于气压缸或油压缸；气压缸或油压缸，与该出口相连通，且具有能往复运动的活塞。借助一个喷淋装置对容器内的气体交换式地喷洒冷、热液体，以对容器内的气体构成加热或冷却，使气体膨胀或收缩；于膨胀时推动气压缸的活塞杆(piston rod)产生动力，以此动力带动发电机发电；而当气体收缩时，则以弹簧或悬锤拉回活塞杆，如此往复运动，以达到不间断的电能输出。

Description

热气引擎发电装置

技术领域

本实用新型有关一种热气引擎发电装置，尤指一种用于以低阶热源来发电，构造简单、成本低，具有很高经济价值的发电装置。

背景技术

由于现今石化燃料即将耗尽，因此，如何有效的利用废热及再生热源产生新的能源实在刻不容缓。其中，废热约在200℃以下，太阳热水板在80℃以下，一般温泉水约在70℃以下，海水与环境的温差在15℃左右，火力或核能发电厂排放水与环境的温差在12℃以下，下雪地区的冰水(或盐水)与外界的温差在10℃左右等，这些热源皆可用于发电。但，一般火力发电的热源温度需在500℃以上，与上述各种温度相差甚多，故现有的火力发电厂设备显然不适合以上的再生能源及废热的利用。

而热气引擎最具代表性的是史特灵引擎(Stirling engine)，其优点为可利用任何热源于外部燃烧，但由于其内部气体热传导的系数低，故而传热效率不高，因此若要用太阳能则需聚光至700℃高温以上，内部气压在20MPa(200大气压力)，才能达到应有的传热效率。故其各方面的技术要求高，设备昂贵，目前最大只做到25Kw。

综观目前市面上，似乎还没有适当的热引擎在大规模的利用这些低温的再生能源及废热。有鉴于此，申请人乃秉持多年从事该项业务的经验，经不断研究、实验，期使低温差热气引擎更具效率，且降低制造的成本。

实用新型内容

本实用新型的主要目的，即在于提供一种热气引擎发电装置，使发电装置得以借助低阶热源来发电，且其构造简单、成本低，可达到很高经济价值。

前述的热气引擎发电装置，主要是于一密闭容器开一出口，以供连接气压缸或油压缸(pneumatic or hydraulic cylinder)，所述气压缸或油压缸具有能往复运动的活塞；于该密闭容器注入高压气体，一个喷淋装置，该喷淋装置交换式地向容器内喷洒冷、热液体，借以加热或冷却容器内的气体，使气体膨胀或收缩；于膨胀时推动该气压缸或油压缸的活塞构成往复运动以输出动力，以此动力带动发电机发电；而当气体收缩时，则以弹簧或悬锤拉回活塞，如此往复运动，以达到不间断的输出电能。其中，也可利用线性发电机输出电能。

该喷淋装置设有冷、热交换器，由冷源及热源通过所述冷、热交换器冷却或加热液体而生成该冷、热液体。生成的冷、热液体再重复用于喷洒容器内的气体。其中，热源可为温泉水、太阳热板水或废热，冷源可为海水或河水。

前述的热气引擎发电装置，该容器内所注入的气体，可为空气、氢、氦、氮气等各种气体。

其中，喷淋装置还包括泵、喷洒器、电磁阀门，该冷、热液体利用泵推动液体至设置于该气体容器内的喷洒器，并利用该些电磁阀门自动控制以交换式喷洒该冷、热液体，进一步地，该喷洒器可设计为依据该冷热、液体流动的能量，自动旋转以增加喷洒范围的喷洒器。

其中，气压缸或油压缸的活塞连接有一个弹簧及一个活塞杆，该活塞杆上设有一个排齿轮，该发电机连接有一个与该排齿轮相啮接的棘轮齿轮及一个飞轮，当所述高压气体被加热膨胀时，该活塞利用该活塞杆推动该排齿轮，进而带动该棘轮齿轮，以带动发电机旋转产生电能，且当高压气体被冷却收缩时，该活塞上的弹簧将活塞杆缩回，并利用由该棘轮齿轮带动的飞轮所储存的惯性动能持续带动发电机发电。

或者，所述活塞是于该活塞杆前端装置有一条由一个固定圆轮及一个固定滑轮引导的绳索，该绳索的另端固定卷于一个承轴，当活塞杆前进时，该绳索的拉力转动该承轴进而传动发电机发电。所述承轴的远离该活塞杆的一端设有一个悬吊物，当该高压气体膨胀时，该承轴由绳索的拉力转动，同时卷起该承轴上的悬吊物的绳索，当高压气体收缩时，该悬吊物往下坠落且通过该悬吊物的绳索带动承轴反转进而将活塞杆拉回。

其中，该承轴与发电机之间，装置一台用以增加转速的变速齿轮箱。

其中，该气压缸或油压缸加装一个内部注入油的油气容器，由该高压气体膨胀去挤压该油气容器，该油气容器利用油推动该气压缸或油压缸的活塞带动发电机发电。

其中，所述发电机为一般转动式发电机或为线性发电机。

前述的热气引擎发电装置，其中该容器是以坚固的金属或高强度聚合物(UHMWPE)等所制成，以利于装载高压气体，亦或可将其置于地下，四周以混凝土加强其强度以节省成本。

前述的热气引擎发电装置，其中若冷热源的温差较高，则可在冷热液体喷洒的中间，先喷洒一种或多种中间温度的液体，以增加热效率。即另设有一个中间温度液体，该中间温度液体与该冷、热液体交替式向该气体容器内喷洒，该中间温度液体为不需热交换器而自然保持在冷、热液体之间温度的相同液体。

本实用新型的有益技术效果在于：以装满高压气体的密闭容器，配合连接的气压缸或油压缸，以便对容器内的气体交换式的喷洒冷、热液体，借以对容器内的气体构成加热或冷却，使气体膨胀或收缩推动气压缸的活塞杆产生动力，以达到不间断的电能输出，借此，使发电装置得以借助低阶热源来发电，且其构造简单、成本低，可达到很高经济价值。

附图说明

图1：本实用新型的第一实施例结构图

图2：本实用新型的第二实施例结构图

图3：本实用新型的第三实施例结构图

图4：本实用新型的发电机为线性发电机。

主要元件符号说明：

1气体容器       21、22、23、24电磁阀  2空气压缩机 20油

3气压缸(油压缸) 25、26、27、28电磁阀  3a活塞      29泵

3b活塞杆        32棘轮齿轮            3c弹簧      31排齿轮

4热液体容器     5冷液体容器           33飞轮      34固定圆轮

6喷洒器         36、37钢索            7热交换器   35固定滑轮

8冷交换器       38变速齿轮箱          9发电机     39悬吊物

10高压气体      41、42、43、40承轴    44电磁阀    11气阀

12气体管路      45中间温度液体容器    13压力表    46液体管路

14、15液体管路  16、17液体管路        18油气容器  19线性发电机

具体实施方式

请同时参阅图1及图2，为本实用新型的第一实施例及第二实施例结构图。如图所示，本实用新型主要设有一气体容器1，于气体容器1内设有一喷洒器6，使该气体容器1借助空气压缩机2通过气阀11及气体管路12，充入高压气体10于气体容器1的内部，于充气过程中，当压力表13指示达到所需的压力时，即将气阀11关闭；

该气体容器1连接于一个喷淋装置，在本实施例中，喷淋装置包括喷洒器6、热液体容器4、冷液体容器5、热交换器7及冷交换器8以及各电磁阀等。于操作时，首先开启电磁阀21、22、23、24，并同时关闭电磁阀25、26、27、28，并开动泵29，即将热液体容器4的液体通过液体管路14、17、16输至气体容器1内的喷洒器6，喷洒加热高压气体10；热液体通过热交换器7不断加热，由于气体被加热后会产生膨胀，即通过气体管路12到气压缸3，以推动气压缸3的活塞3a，使活塞杆3b前进产生动力，将此动力转变为电能，其转变的方式可以有很多种，且各有利弊。如图1的实施例，在本实施例中将动力转变为电能方式为：推动一排齿轮(gear rack)31，使啮接于排齿轮31的齿轮32转动，进而带动发电机9以产生电能。

当活塞3a已推至尽头时，即自动控制关闭电磁阀21、22、23、24，同时开启电磁阀25、26、27、28，此时冷液体容器5中的液体，即通过管路14、15、16至气体容器1内的喷洒器6，以供喷洒冷却高压气体10，冷液体通过冷交换器8不断冷却，由于气体被冷却后会产生收缩，此时气压缸3内的弹簧3c会将活塞杆3b及排齿轮31拉回，其中，该齿轮32内由于装有棘轮，因此，不会被反向拉动，而借助发电机9所设的飞轮33储存的惯性能量继续转动，也即如自行车的脚踏板反转踏时，车子可继续往前跑一样。

当活塞杆3b缩回定位时，再自动如前所述启动电磁阀21、22、23、24，同时关闭电磁阀25、26、27、28，如此周而复始，即可不断产生电能。

喷洒器6可设计成以液体流动的能量，自动转动以增加喷洒范围。

前述的气体容器1因内装有高压气体10，故必须以坚固的金属或高强度聚合物(UHMWPE)等所制成，亦可埋入地下，以更坚固。

热交换器7不断的以热源产生的热液体如温泉水、电厂排放水、太阳板加热水、海洋表面海水来加热，冷交换器8不断的以冷源的冷液体如河水、海水、深层海水或空气来冷却。若冷热源温差较大(如废热)，则可如图2，于喷洒冷热液体之间，先喷洒一容器45内的中间温度的液体，其电磁阀自动操作如下：

由上表的步骤4到步骤5，为热源加热已达中间温度的高压气体10，因中间温度液体容器45液体的温度自然会达到冷热液体的中间值，因此并不需要热交换器47，图上显示只是便于说明。如此真正热能的消耗只是原来图1方式的一半，也就是热效率提高2倍。

图2亦另举一实施例说明将气压缸3的动能转换为电能的方法。如图所示，是在活塞杆3b的前端加一固定圆轮34，以便导引钢索36或其他材质的绳索移动，当活塞杆3b前进时，钢索36经固定滑轮35转动承轴40，即借助此转动的能量，来旋转发电机9产生电能，中间亦可通过一变速齿轮箱38，以提高转速，增加发电机9的效率。

图1的弹簧3c亦可以图2的悬吊物39取代，当承轴40转动发电时，亦同时以钢索37卷起悬吊物39，当高压气体10冷却收缩时，悬吊物39下坠，反转承轴40卷起钢索36，进而将活塞杆3b拉回。变速齿轮箱38的齿轮亦装置有棘轮，因此借助飞轮33的动能，发电机9得以继续维持同一方向旋转发电。

请参阅图3，为本实用新型的第三实施例结构图。如图所示，本实用新型可将图1的气压缸3变更为油压缸，并加装一油气容器18，于其内部注入油20，以便当高压气体10于膨胀或收缩时，即挤压油20将活塞3a推动或缩回。

请参阅图4，其中的线性发电机19，可直接将往复来回移动的动能转换为电能。

本发明的原理及可行的具体实施方式，以及操作的模式，已举例描述于前述的说明，但是本发明的专利保护，并不受前述揭示的特定形式所限制。本发明以该等特定形式仅作为说明，而非用以限制本发明，是以，在不离本发明的精神范畴下，对于所属的技术领域所作各种更改及修饰均应落入本发明的保护范围。

综上所述，本实用新型以装满高压气体的密闭容器，配合连接的气压缸或油压缸，以便对容器内的气体交换式的喷洒冷、热液体，借以对容器内的气体构成加热或冷却，使气体膨胀或收缩推动气压缸的活塞杆产生动力，以达到不间断的电能输出。

Claims (13)

1.一种热气引擎发电装置，其特征在于包含：

一个装满高压气体且为密闭状的气体容器，于该气体容器设有一个连接于气压缸或油压缸的出口；

气压缸或油压缸，与该出口相连通，且具有往复运动的活塞；

一个喷淋装置，该喷淋装置交换式的向该气体容器内的高压气体喷洒冷、热液体；

其中：借助该冷、热液体与该高压气体热交换造成该高压气体热胀冷缩，推动该气压缸或油压缸的活塞构成往复运动输出动能，该发电装置利用该动能带动发电机发电。

2.如权利要求1所述的热气引擎发电装置，其特征在于，该气体容器内的高压气体为空气、氢气、氦气或氮气。

3.如权利要求1所述的热气引擎发电装置，其特征在于，该喷淋装置设有冷、热交换器，该喷淋装置内的循环液体由冷源及热源通过该冷、热交换器冷却或加热而生成该冷、热液体。

4.如权利要求3所述的热气引擎发电装置，其特征在于，该冷源为海水或河水，该热源为温泉水、太阳热板水或废热。

5.如权利要求3所述的热气引擎发电装置，其特征在于，该喷淋装置还包括泵、喷洒器、电磁阀门，所述泵推动该冷、热液体至设置于该气体容器内的喷洒器，且该些电磁阀门自动控制该循环液体进入该喷洒器使其交换式喷洒该冷、热液体。

6.如权利要求5所述的热气引擎发电装置，其特征在于，该喷洒器为借助该冷、热液体流动的能量，能自动旋转的喷洒器。

7.如权利要求1所述的热气引擎发电装置，其特征在于，该活塞连接有一个弹簧及一个活塞杆，该活塞杆上设有一个排齿轮，该发电机连接有一个与该排齿轮相啮接的棘轮齿轮及一个飞轮，当所述高压气体被加热膨胀时，该活塞利用该活塞杆推动该排齿轮，进而带动该棘轮齿轮，该棘轮齿轮带动发电机旋转产生电能，且当高压气体被冷却收缩时，该活塞上的弹簧推动该活塞杆缩回，并利用由该棘轮齿轮带动的飞轮所储存的惯性动能持续带动发电机发电。

8.如权利要求1所述的热气引擎发电装置，其特征在于，该活塞于该活塞杆前端装置有一条由一个固定圆轮及一个固定滑轮引导的绳索，该绳索的另端固定卷于一个承轴，当活塞杆前进时，该绳索的拉力转动该承轴进而带动发电机发电。

9.如权利要求8所述的热气引擎发电装置，其特征在于，所述承轴的远离该活塞杆的一端设有一个悬吊物，当该高压气体膨胀时，该承轴由绳索的拉力转动，同时卷起该承轴上的悬吊物的绳索，当高压气体收缩时，该悬吊物往下坠落且通过该悬吊物的绳索带动承轴反转进而将活塞杆拉回。

10.如权利要求8所述的热气引擎发电装置，其特征在于，该承轴与发电机之间，装置一台用以增加转速的变速齿轮箱。

11.如权利要求3所述的热气引擎发电装置，其特征在于，另设有一个中间温度液体，该中间温度液体与该冷、热液体交替式向该气体容器内喷洒，该中间温度液体为不需热交换器而自然保持在该冷、热液体之间温度的相同液体。

12.如权利要求1所述的热气引擎发电装置，其特征在于，该气压缸或油压缸另包含一个内部注入油的油气容器，由该高压气体膨胀去挤压该油气容器，该油气容器利用油推动该气压缸或油压缸的活塞带动发电机发电。

13.如权利要求1所述的热气引擎发电装置，其特征在于，所述发电机为转动式发电机或为线性发电机。

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