TWI427251B - 雙層集熱裝置 - Google Patents

Description

雙層集熱裝置

本發明係關於一種集熱裝置，特別是一種可以快速且長效儲存熱能再利用的雙層集熱裝置。

由於現今人類活動與工業發展消耗了大量的石化能源，不僅引發了嚴重的能源危機，甚至因石化能源於燃燒的過程排放了大量二氧化碳而對環境造成不可抹滅的傷害，因此自然能的開發係為未來能源的主要發展目標。

存在於自然環境中的太陽能、水力、風力、地熱、潮汐等均屬自然能的一種，其中又以太陽能源的取之不盡用之不竭最為替代能源開發的首選。由於太陽能源係為一種電磁輻射能，其包含有紫外光線、可見光及近紅外線三部份，其中又以近紅外線為太陽熱能的主要來源。因此，發展一種足以有效吸收太陽熱能且能夠將其熱能進行再利用的裝置，實為當今業者極力研究之重點。

請參照第1圖所示，如中華民國公告第I305821號「太陽能集熱裝置」專利案係揭示一種太陽能集熱裝置9，其包含一全反射片91及一紅外線吸收裝置92，該全反射片91係由二透明片體疊合以於其中形成一空氣層G，以藉由該空氣層G提升該全反射片91的全反射效果，且該紅外線吸收裝置92係用以吸收經該全反射片91反射之太陽光L，藉此將該太陽光L所具有的紅外線熱能儲存以傳送至周圍填充有水液的一集水器93，達到熱能再利用以維持水液溫度之功效。

然而，該習知專利案所揭示的紅外線吸收裝置92係由金屬薄片塗佈紅外線吸收物質所構成，故該紅外線吸收裝置92僅能單純吸收該太陽能源中的紅外線，且快速將該紅外線所具有的熱能進行再利用，而無法將所吸收的太陽光熱能進行長效性的儲存，以作為儲備能源之再度使用。

再者，由於該紅外線吸收裝置92所塗佈的紅外線吸收物質係容易快速吸收大量的太陽光熱能，而產生瞬間過飽和之現象，因此，於長時間的太陽光照射下，該紅外線吸收裝置92所能夠吸收的熱能實為有限，反而可能造成熱能的過度輻射散失而降低太陽光熱能的吸收量。

此外，如中華民國公告第M397437號「一種光電與熱電效應之複合型發電系統」專利案中係揭示有一集熱單元，該集熱單元係以吸熱材圈圍出一儲熱腔室，且於該儲熱腔室內填充有高熱焓性的儲熱液體，用以提升熱能的儲存效率。於此，該集熱單元相較於上述該紅外光吸收裝置92雖增加有提升熱能儲存效率之結構，然而，該吸熱材及儲熱液體仍然無法改善熱能過飽和之現象及其所衍伸的問題；甚至可能因該吸熱材及儲熱液體無法吸收該太陽光所具有的紅外線熱能，更導致該集熱單元所吸收的熱能僅侷限於太陽光照射產生的微量傳導熱，而大幅降低太陽光熱能的吸收及儲存效果。若以此作為太陽光熱能的集熱裝置而期望獲得較佳的儲備能源，該些習知集熱裝置確實仍有許多不足之處，且該些集熱裝置所能夠達到的儲能效率與品質更著實令人堪慮。

有鑑於上述缺點，習知集熱裝置確實仍有加以改善之必要。

本發明之主要目乃改善上述缺點以提供一種雙層集熱裝置，其係能夠將所吸收的太陽光熱能作長效性的儲存，以提升太陽光熱能的儲存效率。

本發明之次一目的係提供一種雙層集熱裝置，係能夠避免產生熱能吸收過飽和之現象，以提升太陽光熱能的吸收效率。

為達到前述發明目的，本發明之雙層集熱裝置，包含：一儲熱層，係填充有吸熱多孔材，且該儲熱層係具有一介質表面；及一吸收層，係結合於該儲熱層之介質表面，且該吸收層係填充有溫室氣體，用以吸收熱能且使該熱能經該介質表面儲存於該儲熱層。

其中，該雙層集熱裝置還可以另包含數導熱件，該數導熱件係設置於該儲熱層與吸收層之間，各該導熱件之一端係深入該儲熱層的吸熱多孔材中，且各該導熱件之另一端係暴露於該吸收層所填充的溫室氣體內。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之第一實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2及3圖所示，本發明第一實施例之雙層集熱裝置係包含一儲熱層1及一吸收層2，該儲熱層1係具有一介質表面S，且該吸收層2係結合於該儲熱層1之介質表面S。

該儲熱層1係填充有吸熱多孔材11，且該儲熱層1可以依照各種場合而選擇合適之態樣(如圓盤狀、矩形狀…等)，其中該吸熱多孔材11係可以選擇為陶瓷、混凝土等具有長效儲熱特性之材質，藉以提升儲熱效果的持久性。於本實施例中，該儲熱層1係由形成有一儲熱腔室R1的一座體所構成，且於該儲熱腔室R1內係填充有該吸熱多孔材11，使得該吸熱多孔材11較佳係能夠與該儲熱腔室R1之開口齊平而形成該介質表面S，以透過該介質表面S將該吸收層2所吸收之太陽光熱能引導至該吸熱多孔材11，以進行長效性的熱能儲存。

再者，該儲熱腔室R1之外周壁12較佳係選擇以非導熱性材質(如塑膠、橡膠等)製成，藉以增加該儲熱腔室R1的氣密性，且同時避免該儲熱腔室R1內所儲存的太陽光熱能由該外周壁12散失於外界，而能夠維持該儲熱層1的較佳儲熱效果。此外，本發明還可以於該儲熱腔室R1的外周壁12形成一組裝部121，該組裝部121係可以供該吸收層2緊密卡合於該儲熱層1，以確保本發明雙層集熱裝置與外界隔絕的密封效果，而達到完善的儲熱功效。

該吸收層2係填充有溫室氣體21，且該吸收層2係可以依據該儲熱層1選擇相對應之態樣，藉以增加該吸收層2結合於該儲熱層1的密合性而避免太陽光熱能自結合縫隙散失的可能。其中，該溫室氣體21係可以選擇為一氧化二氮、二氧化碳等具有近紅外線高吸收率之氣體，藉此提升太陽光熱能的吸收效率。於本實施例中，該吸收層2係由具有一吸收腔室R2的一封蓋所構成，且構成該吸收層2的封蓋係覆蓋於構成該儲熱層1的座體上方(依第2圖之圖面所示)，以封閉該吸收腔室R2，使得該吸收腔室R2能夠注入有該溫室氣體21，以藉由該溫室氣體21快速吸收太陽光中所富含的近紅外線熱能，而維持較佳的吸熱效果。

再者，構成該吸收層2的封蓋外周壁另設有至少一通孔22，該通孔22係連通該吸收腔室R2，用以對該吸收腔室R2進行真空抽氣且同時由該通孔22注入該溫室氣體21。本實施例較佳係具有一抽氣孔22a及一注氣孔22b，以利用該抽氣孔22a連接一真空幫浦(未繪示)，而可以對該吸收腔室R2進行真空抽氣，再以該注氣孔22b連接一注氣單元(未繪示)，而可以將填充於該注氣單元的溫室氣體21送入該吸收腔室R2內，藉此方便補充及替換該吸收腔室R2內的溫室氣體21，以維持該溫室氣體21的較佳吸收效率。其中，構成該吸收層2的封蓋外周壁較佳係可以選擇由非導熱且具透光性的材質(如玻璃、塑膠等)製成，藉此，除了可以避免該吸收腔室R2內的太陽光熱能散失，更可以同時提高該吸收層2對太陽光熱能的吸收效果。

請再參照第3圖所示，本發明第一實施例之雙層集熱裝置於實際應用時，係先將該封蓋結合於該座體的組裝部121，以由該封蓋及座體分別形成該吸收層2及儲熱層1，此時，該座體所形成的儲熱腔室R1內係填充有該吸熱多孔材11，且同時將該封蓋所形成的吸收腔室R2封閉；接著，係由該封蓋外周壁的抽氣孔22a對該吸收腔室R2進行真空抽氣，再由該注氣孔22b注入該溫室氣體21於該吸收腔室R2內。如此，於太陽光照射下，該吸收層2內的溫室氣體21係能夠快速吸收太陽光中的近紅外線熱能，且透過該介質表面S將該溫室氣體21所吸收之太陽光熱能引導至該儲熱層1的吸熱多孔材11，藉此利用該吸熱多孔材11進行熱能的長效性儲存，且同時避免該吸收層2之溫室氣體21出現熱能吸收過飽和的現象，以將該吸熱多孔材11中的熱能作為儲備能源，達到熱能儲存再利用之功效。

請參照第4及5圖所示，本發明第二實施例之雙層集熱裝置係包含如該第一實施例所述之儲熱層1及吸收層2，且於該儲熱層1及吸收層2之間還可以另設有數導熱件3，以藉由該數導熱件3將該吸收層2內的太陽光熱能快速傳遞至該儲熱層1的吸熱多孔材11進行儲存。其中，該導熱件3係可以選擇高導熱性金屬(如銅、鐵等)，以加速太陽光熱能於該吸收層2及儲熱層1間的熱傳導效率。於本實施例中，該儲熱層1所填充的吸熱多孔材11係開設有數凹槽111，該數凹槽111係用以容納該數導熱件3，以使得各該導熱件3的一端可以直接穿設於該儲熱層1的吸熱多孔材11中，且各該導熱件3的另一端係置於該吸收層2內填充有溫室氣體21的吸收腔室R2內，其中，該數凹槽111之孔徑大小較佳係對應於該導熱件3之徑寬，藉此提升該數導熱件3傳導太陽光熱能至該吸熱多孔材11的效率。

請再參照第5圖所示，本發明第二實施例之雙層集熱裝置於實際應用時係如該第一實施例所述，於此不再詳加贅述。惟，本實施例係可以藉由該數導熱件3加速該吸收層2與儲熱層1間的熱傳導效率，以將該吸收層2內之溫室氣體21所吸收的太陽光熱能快速傳遞至該儲熱層1的吸熱多孔材11，以達到如該第一實施例所述之功效。

經由上述得知本發明之雙層集熱裝置係能夠以該吸收層2內的溫室氣體21快速吸收太陽光中的近紅外線熱能，且同時將該溫室氣體21所大量吸收的太陽光熱能傳遞至該儲熱層1之吸熱多孔材11進行長效性的熱能儲存，藉此不僅可以提升熱能儲存的效率，更可以透過本發明雙層集熱裝置之設計避免熱能吸收過飽和之現象，而能夠達到完善吸收及儲存熱能之功效。再且，本發明之雙層集熱裝置還可以透過該數導熱件3的設置提高該吸收層2與儲熱層1之間的熱傳導效率，以快速將該溫室氣體21所吸收的太陽光熱能引導至該吸熱多孔材11內，藉此避免大量的太陽光熱能暫存於該吸收腔室R2而降低該溫室氣體21對熱能的吸收效率。如此，本發明不僅可以透過該溫室氣體21大量吸收近紅外線熱能，更可以藉由該吸熱多孔材11的長效儲能特性達到較佳的儲熱效果，以將該太陽光熱能作為儲備能源使用，而徹底達到回收熱能再利用之功效。

於此，本發明之雙層集熱裝置係不受限於太陽光的熱能吸收，其係可以應用於任何需進行熱能回收再利用之領域，以透過上述所言之技術達到近紅外線熱能吸收及儲存再利用的較佳功效。

本發明之雙層集熱裝置係能夠將所吸收的太陽光熱能作長效儲存，以達到提升太陽光熱能儲存效率之功效。

本發明之雙層集熱裝置係能夠避免產生熱能吸收過飽和之現象，以達到提升太陽光熱能吸收效率之功效。

雖然本發明已利用上述第一實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

[本發明]

1．．．儲熱層

11．．．吸熱多孔材

111．．．凹槽

12．．．外周壁

121．．．組裝部

2．．．吸收層

21．．．溫室氣體

22．．．通孔

22a．．．抽氣孔

22b．．．注氣孔

3．．．導熱件

S．．．介質表面

R1．．．儲熱腔室

R2．．．吸收腔室

[習知]

9．．．太陽能集熱裝置

91．．．全反射片

92．．．紅外線吸收裝置

93．．．集水器

G．．．空氣層

L．．．太陽光

第1圖：習知集熱裝置之剖面示意圖。

第2圖：本發明雙層集熱裝置之立體分解圖。

第3圖：本發明雙層集熱裝置之剖面示意圖。

第4圖：本發明雙層集熱裝置之立體分解圖又一。

第5圖：本發明雙層集熱裝置之剖面示意圖又一。

1‧‧‧儲熱層

11‧‧‧吸熱多孔材

12‧‧‧外周壁

121‧‧‧組裝部

2‧‧‧吸收層

21‧‧‧溫室氣體

22‧‧‧通孔

22a‧‧‧抽氣孔

22b‧‧‧注氣孔

S‧‧‧介質表面

R1‧‧‧儲熱腔室

R2‧‧‧吸收腔室

Claims (9)

1. 一種雙層集熱裝置，包含：一儲熱層，係填充有吸熱多孔材，且該儲熱層係具有一介質表面；一吸收層，係結合於該儲熱層之介質表面，且該吸收層係填充有溫室氣體，用以吸收熱能且使該熱能經該介質表面儲存於該儲熱層；及數導熱件，係設置於該儲熱層與吸收層之間，各該導熱件之一端係穿設於該儲熱層的吸熱多孔材中，且各該導熱件之另一端係置於該吸收層所填充的溫室氣體內。
2. 依申請專利範圍第1項所述之雙層集熱裝置，其中該導熱件係為高導熱性金屬。
3. 依申請專利範圍第1項所述之雙層集熱裝置，其中該吸熱多孔材係為陶瓷或混凝土之其一。
4. 依申請專利範圍第1項所述之雙層集熱裝置，其中該溫室氣體係為一氧化二氮或二氧化碳之其一。
5. 依申請專利範圍第1項所述之雙層集熱裝置，其中該儲熱層係由形成有一儲熱腔室的一座體所構成，且於該儲熱腔室內係填充有該吸熱多孔材。
6. 依申請專利範圍第5項所述之雙層集熱裝置，其中該儲熱腔室之外周壁係以非導熱性材質製成。
7. 依申請專利範圍第5項所述之雙層集熱裝置，其中該吸收層係由具有一吸收腔室的一封蓋所構成，且構成該吸收層的封蓋係與構成該儲熱層的座體相結合，以封閉該 吸收腔室，且該吸收腔室係填充有該溫室氣體。
8. 依申請專利範圍第7項所述之雙層集熱裝置，其中構成該吸收層的封蓋外周壁另設有至少一通孔，該通孔係連通該吸收腔室。
9. 依申請專利範圍第7項所述之雙層集熱裝置，其中構成該吸收層的封蓋外周壁係由非導熱且具透光性的材質製成。