TW201510354A - 低成本的發電系統 - Google Patents

Abstract

一種低成本的發電系統，其包括：一擷取裝置；一空氣能儲存筒；低水位的水槽、高水位的水槽；一能量累積裝置及一水力發電機所構成，其結構至少由一擷取裝置將包括風力、水力、太陽能等免費且取之不盡、用之不竭的自然能源轉換成高壓空氣能並由灌入口儲存於空氣能儲存筒中；將高壓空氣能導入至少一能量累積裝置可將低水位的水槽中的水提升至高水位的水槽中，則高壓空氣能完全轉換成高水位位能，在高水位的水槽及低水位的水槽間設有一水力發電機，高水位的水槽中的水以引水管向下輸入至水力發電機發電後則再以引水管導入至低水位的水槽中，重覆循環使用可完成本發電系統，如此重覆持續發電是使用免付費之自然能源而完全不需耗損大量的付費能源(如煤、石油等)，故本發明是一低成本的發電系統者。

Description

低成本的發電系統

一種低成本的發電系統，尤其一種擷取包括風力、水力、太陽能等免費且取之不盡、用之不竭的自然能源作為動力來源之低成本發電系統，其至少由一擷取裝置將自然能源轉換成高壓空氣能並儲存於空氣能儲存筒中；將高壓空氣能導入至少一能量累積裝置可將低水位的水槽中的水逐次提升至高水位的水槽中，則高壓空氣能完全轉換成高水位位能，在高水位的水槽及低水位的水槽間設有一水力發電機，高水位的水槽中的水輸入至水力發電機發電後則回流至低水位的水槽中；重覆由能量累積裝置將低水位的水槽中水利用空氣能儲氣存筒中高壓空氣導入逐次提升至高水位的水槽中再將水導出至水力發電機發電，如此重覆持續發電是使用免付費之自然能源而完全不需耗損大量的付費能源(如煤、石油等)，故本發明是一低成本的發電系統者。

按今之發電系統包括大型的橫軸式發電機、水力發電、火力發電及核能發電等，因各國種資源不同或因地勢條件、經濟發展狀態等因素而作出不同選擇，但不論是那一種發電機組都是浩大工程，不僅所費不貲且耗時、特別是需大型場地才建置，特別是一些地窄人稠地區極難覓得一廣大的開闊地而無法實施，偏生隨著人類文明的腳步改變已到了不可或缺電力的地步，是以，如何創建一種不需佔用極大面積用地且開 發成本極低之較小型的供電系統是現今解套的方案，尤其是不需付出極高代價購買能源就能轉換成電力之發電系統更是人類長久以來的努力方向，發明人有鑑於此，經多年之研發、試驗，終創設出本發明，其目的係在提供一種適合社區、聚落或工廠電力規模之低成本的發電系統，不僅創建門檻低且不會造成任何空污或需遷徙住戶等公共問題，是一小而美且低消費之發電系統者。

一種低成本的發電系統，尤其一種擷取包括風力、水力、太陽能等免費且取之不盡、用之不竭的自然能源作為動力來源之低成本發電系統，具有創設門檻低且施建工期短、對週邊生態環境、人員衝擊小等優點之新款之發電系統者。

本發明低成本的發電系統至少包括一擷取裝置、一空氣能儲存筒；低、高水位的水槽；一能量累積裝置及一水力發電機所構成(請參閱第1圖)，其結構至少由一擷取裝置將自然能源轉換成高壓空氣能並儲存於空氣能儲存筒中；將高壓空氣能導入至少一能量累積裝置可將低水位的水槽中的水逐次提升至高水位的水槽中，則高壓空氣能完全轉換成高水位位能，在高水位的水槽及低水位的水槽間設有一水力發電機，高水位的水槽中的水輸入至水力發電機發電後則回流至低水位的水槽中；重覆由能量累積裝置將低水位的水槽中水利用空氣能儲氣存筒中高壓空氣導入至各層逐次提升至高水位的水槽中再將水導出至水力發電機發電者。

1‧‧‧開口容器

10‧‧‧桶

1-1 2-1 3-1‧‧‧能量轉換裝置

1-2 2-2 3-2‧‧‧出水口

1-3 2-3 3-3‧‧‧氣閥

1-5 2-5 3-5‧‧‧進水口

11‧‧‧能量累積裝置

12‧‧‧軸

13‧‧‧推水器

14‧‧‧管

15‧‧‧逆止閥

16‧‧‧氣輪

17‧‧‧軸

18‧‧‧軸承

19‧‧‧螺旋葉片

2‧‧‧驅動腔

20‧‧‧連桿

3‧‧‧氣閥

31‧‧‧引線

32‧‧‧浮筒

4‧‧‧儲水腔

40‧‧‧連接板

41‧‧‧第一進水口

5‧‧‧第二進水口

51‧‧‧氣動驅動器

6‧‧‧空氣能儲存桶

6-1‧‧‧灌入口

60‧‧‧進氣管

61‧‧‧出氣管

62‧‧‧噴嘴

66‧‧‧自然能源

67‧‧‧擷取裝置

68‧‧‧高壓空氣能

7‧‧‧位置

8‧‧‧低水位的水槽

9‧‧‧引水管

90‧‧‧高水位的水槽

9-1 9-2 9-3 9-4 9-5‧‧‧引水管

94‧‧‧水力發電機

a‧‧‧延伸線

第1圖系本發明最佳實施例構成之方塊示意圖。

第2圖系本發明以低壓空氣逐層送水累積至高水位之示意圖。

第3圖系本發明第2實施例示意圖。

第4圖系第3圖之動作示意圖。

第5圖系本發明第3實施例每一單層將空氣能轉換成水位能構成之剖示圖。

第6圖系第5圖之俯視圖。

本發明最佳實施例(請參閱第1圖)主要至少包括一擷取裝置67；一空氣能儲存筒6；低水位的水槽8、高水位的水槽90；一能量累積裝置11及一水力發電機94所構成(請參閱第1圖)，其結構至少由一擷取裝置67將自然能源66轉換成高壓空氣能68並由灌入口6-1儲存於空氣能儲存筒6中；將高壓空氣能68導入至少一能量累積裝置11可將低水位的水槽8中的水提升至高水位的水槽90中，則高壓空氣能68完全轉換成高水位位能，在高水位的水槽90及低水位的水槽8間設有一水力發電機94，高水位的水槽90中的水以引水管9-4向下輸入至水力發電機94發電後則再以引水管9-5導入至低水位的水槽8中；重覆由擷取裝置67將自然能源66轉換成高壓空氣能68並儲存於空氣能儲存筒6中；再將高壓空氣能68導入至少一能量累積裝置11可將低水位的水槽8中的水逐層提升至高水位的水槽90中，再將高水位的水槽90中的水向下輸入至水力發電機94發電後則回流至低水位的水槽8中循環使用可完成本發電系統者(請參閱第2圖)。

而能量累積裝置11(請參閱第2圖)將低水位的水槽8中 的水提升至高水位的水槽90中系由數個能量轉換裝置(1-1 2-1 3-1)的組合來完成〔依發電條件不同可增加若干個中間層能量轉換裝置2-1；2-1A；2-1B；2-1C----〕，其中，置放在最低位置7的為第1層能量轉換裝置1-1的儲水腔4之進水口1-5與一水源相通，其氣閥1-3的進氣管60與高壓空氣源相通，其推水器13的出水口1-2連接一引水管9-1，該引水管9-1連接至位置7比較高的第2層能量轉換裝置2-1的儲水腔4之進水口2-5；第2層能量轉換裝置2-1的氣閥2-3之進氣管60與高壓空氣源相通，其推水器13的出水口2-2連接一引水管9-2，該引水管9-2連接至位置比較高的另一層能量轉換裝置3-1的儲水腔4之進水口，如此類推，可以重複置放能量轉換裝置(1-1 2-1 3-1)至需求的高度為止，在最頂層位置7的能量轉換裝置，其儲水腔4的進水口3-5與下一層的能量轉換裝置(1-1 2-1 3-1)所送出之引水管9連接，其氣閥3-3的進氣管60與一高壓空氣源6相通，其推水器13的出水口3-2連接一引水管9-3，該引水管9-3連接至一高水位的水槽90。

又當最低位置7第1層能量轉換裝置1-1的儲水腔4之進水口1-5由水源8的水進入，其儲水腔4的水位升至適當的高度時，其氣閥3呈現接通狀態，則空氣能儲存桶6的高壓空氣將帶動其推水器13，該推水器13將推水經一引水管9-1進入第2層能量轉換裝置2-1的儲水腔4之進水口2-5，當第2層能量轉換裝置2-1的儲水腔4水位升至適當的高度時，其氣閥2-3呈現接通狀態，則空氣能儲存桶6的高壓空氣將帶動其推水器4，該推水器13將推水經一引水管9-2進入上一層能量轉換裝置3-1的儲水腔4之進水口3-5，如此類推，在重複置放能量轉換裝置2-1；2-1A；2-1B； 2-1C----至需求的高度時為最頂層的能量轉換裝置3-1，其儲水腔4的水位升至適當的高度時，其氣閥3-3呈現接通狀態，則空氣能儲存桶6中的高壓空氣將帶動其推水器13，該推水器13將推水經一引水管9-3進入一高水位的水槽90，也就是說，空氣能儲存桶6的高壓空氣可將低位置7的水逐層提升至需求的高度----即高水位的水槽90(圖中以延伸線a示意不設限高度、層數)，此即將低能量的空氣能累積成為高能量的高水位能；而在高水位的水槽90向下以引水管9-4導入水力發電機94發電後再以引水管9-5連通至一低水位的水槽8可完成本發電系統者。

本發明第二實施例能量累積裝置11結構(請參閱第3圖)系至少包括一能量轉換裝置1-1，該能量轉換裝置1-1是由一氣動驅動器51、一推水器13、一氣閥3及一開口容器1所組合，開口容器1是一種可裝水的外殼、內置有一連接板40，該連接板40將開口容器1分割為二個腔體，分別為儲水腔4及驅動腔2，在儲水腔4的外殼上開設有一第二進水口5，其上端設有一開關式的氣閥3，該氣閥3二端分別連接低能量的高壓空氣源之進氣管60及出氣管61，該氣閥3經一引線31與一浮筒32連接，其中浮筒32將隨儲水腔4內的水位之高低而位移，經引線31而控制氣閥3的開或關，在儲水腔4裡的連接板40，其下方置有一第一進水口41，該第一進水口41的水引至驅動腔2內的一推水器13，在驅動腔2內置有一推水器13和一氣動驅動器51，該氣動驅動器51的動力經一軸12直接帶動推水器13旋轉，一進氣管60引入低能量的高壓空氣，由氣閥3控制經出氣管61進入一氣動驅動器51，該推水器13的出水經管14連接一逆止閥15再接一引水管9者。

當儲水腔4無水時，氣閥3的浮筒32在低位，經一引線31控制令氣閥3呈現關閉狀態，讓進氣管60與出氣管61不相通且氣動驅動器51呈現靜止狀態；反之，當儲水腔4的第二進水口5有進水時，儲水腔4的水位會不斷的升高，在驅動腔2內的推水器13也會進水，浮筒32隨水位升至適當的高度時，經引線31而控制氣閥3呈現接通狀態，則空氣源的高壓空氣將由進氣管60經出氣管61引入氣動驅動器51，同時帶動推水器13將水推出，由出水管14經一逆止閥15至一引水管9，一直到水位上升至相當的高度，該高度的水位能是等同施壓的空氣能，也就是說，該能量累積裝置11能夠將空氣源的高壓空氣能68轉換為水的位能(請參閱第4圖)。

在上二項所述之能量累積裝置11結構之驅動腔2內置有一推水裝置為離心式的水幫浦和一氣動驅動器51，可令低水位的水槽8中的水更有效率地提升至高水位的水槽90中者；又在能量累積裝置11結構之驅動腔2內置之氣動驅動器51為一種氣動馬達者。

本發明第三實施例能量累積裝置11(請參閱第5、6圖)包括由一氣輪16、一螺旋葉片19、一氣閥3以及一開口容器1所組合，開口容器1是一種可裝水的外殼，該開口器1內置有一連接板40，該連接板40將開口容器1分割為二個腔體，分別為儲水腔4及驅動腔2，在儲水腔4的外殼上開設有一第二進水口5，其上端設有一開關式的氣閥3，該氣閥3二端分別連接低能量的高壓空氣源之進氣管60及出氣管61，該氣閥3經一引線31與一浮筒32連接，其中浮筒32將隨儲水腔4內的水位之高低而位移，經引線31而控制氣閥3的開或關，在儲水腔4裡的連接板40，其 下方置有一第一進水口41，該第一進水口41的水引至驅動腔2內，該驅動腔2由一螺旋葉片19、一圓筒10和一氣輪16組合，其中的螺旋葉片19置於一圓筒10內，該圓筒10的側邊置一第一進水口41，該第一進水口41與儲水腔4的連接板40之第一進水口41相通，圓筒10的底部中心置有一防水軸承18，該軸承18的軸17一端在圓筒10內並為一螺旋葉片19的轉軸，其軸17端是與一連桿20套接，該螺旋葉片19的外徑接近圓筒10的內徑，該軸17的另一端是在圓筒底的外部，其軸17端是為一氣輪16的轉軸，因此氣輪16在旋轉時將帶動螺旋葉片19一起旋轉，在圓筒10的上段置有一逆止閥15，該逆止閥15只允許圓筒10內的水向上流動至圓筒10上方的引水管9；在氣輪16的外緣置有一空氣噴嘴62，該空氣噴嘴62是固定在開口容器1外殼的底部，其噴射的空氣是由氣閥3的出氣管61引入，空氣噴嘴62以最適當的角度對氣輪16噴射，讓氣輪16獲得最好的扭力輸出，噴出的氣體經由氣輪16的周邊向上流出沿圓筒10的外緣至上端與大氣相連。

當儲水腔4無水時，氣閥3的浮筒32在低位，經一引線31控制氣閥3呈現關閉狀態，讓進氣管60與出氣管61不相通，則氣輪16呈現靜止狀態；反之，當儲水腔4的第二進水口5有進水時，儲水腔4的水位會不斷的升高，其中圓筒10側邊的第一進水口41也會將水引入圓筒10內，當浮筒32隨水位升至適當的高度時，經引線31而控制氣閥3呈現接通狀態，則空氣源的高壓空氣將由進氣管60經出氣管61引入噴嘴62使氣輪16旋轉，同時帶動圓筒10內的螺旋葉片19旋轉，則圓筒10內的水受到螺旋葉片19的推力而向上流動，該水經逆止閥15繼續向上流動至 圓筒10上方的引水管9，一直到水位上升至相當的高度，將因水的重量所造成的壓力大於螺旋葉片19的推力時而停止，該高度的水位能是等同施壓的空氣能，也就是說，能量轉換裝置能夠將空氣源的高壓空氣能68轉換為水的位能。

又本發明之自然能源66擷取裝置67至少包括一空壓機25可將自然能源66轉換成高壓空氣能68由灌入口6-1灌入並儲存於空氣能儲存筒6中者。

而上項自然能源66擷取裝置67之空壓機25動力源除了電源供給外，亦可由自然能量擷取裝置之空壓機動力源系由該擷取裝置67擷取自然能源66產生之動力軸驅動者。

11‧‧‧能量累積裝置

6‧‧‧空氣能儲存桶

66‧‧‧自然能源

67‧‧‧能量擷取裝置

68‧‧‧高壓空氣能

8‧‧‧低水位的水槽

90‧‧‧高水位槽

94‧‧‧水力發電機

Claims (6)

1. 一種低成本的發電系統，至少包括一自然能源擷取裝置；一空氣能儲存筒；低水位的水槽、高水位的水槽；一能量累積裝置及一水力發電機所構成，其結構至少由一能量擷取裝置將自然能源轉換成高壓空氣能並由灌入口儲存於空氣能儲存筒中；將高壓空氣能導入至少一能量累積裝置可將低水位的水槽中的水提升至高水位的水槽中，則高壓空氣能完全轉換成高水位位能，在高水位的水槽及低水位的水槽間設有一水力發電機，高水位的水槽中的水以引水管向下輸入至水力發電機發電後則再以引水管導入至低水位的水槽中；重覆由能量擷取裝置將自然能源轉換成高壓空氣能並儲存於空氣能儲存筒中；再將高壓空氣能導入至少一能量累積裝置可將低水位的水槽中的水逐層提升至高水位的水槽中，再將高水位的水槽中的水向下輸入至水力發電機發電後則回流至低水位的水槽8中循環使用可完成本發電系統者。
2. 根據申請專利第1項所述之低成本的發電系統，其中，能量累積裝置至少包括一能量轉換裝置，該能量轉換裝置是由一氣動驅動器、一推水器、一氣閥及一開口容器所組合，其中，開口容器是一種可裝水的外殼、內置有一連接板，該連接板將開口容器分割為二個腔體，分別為儲水腔及驅動腔，在儲水腔的外殼上開設有一第二進水口，其上端設有一開關式的氣閥，該氣閥二端分別連接低能量的高壓空氣源之進氣管及出氣管，該氣閥經一引線與一浮筒連接，其中浮筒將隨儲水腔內的水位之高低而位移，經引線而控制氣閥的開或關，在儲水腔裡的連接板，其下方置有一第一進水口，該第一進水口的水引至驅動腔內的一推水器，在驅動腔 內置有一推水器和一氣動驅動器，該氣動驅動器的動力經一軸直接帶動推水器旋轉，一進氣管引入低能量的高壓空氣，由氣閥控制經出氣管進入一氣動驅動器，該推水器的出水經管連接一逆止閥再接一引水管者。
3. 根據申請專利第1或2項所述之低成本的發電系統，其中，能量累積裝置結構中之驅動腔內置有一推水裝置為離心式的水幫浦和一氣動驅動器，可令低水位的水槽中的水更有效率地提升至高水位的水槽中者。
4. 根據申請專利第1、2或3項所述之低成本的發電系統，其中，在能量累積裝置結構之驅動腔內置之氣動驅動器為一種氣動馬達者。
5. 根據申請專利第4項所述之低成本的發電系統，其中，自然能源擷取裝置至少包括一空壓機可將自然能源轉換成高壓空氣能由灌入口灌入並儲存於空氣能儲存筒中者。
6. 根據申請專利第5項所述之低成本的發電系統，其中，自然能量擷取裝置之空壓機動力源系由該擷取裝置擷取自然能源產生之動力軸驅動者。