TWI435455B - 多層級太陽能裝置 - Google Patents

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TWI435455B TW100122047A TW100122047A TWI435455B TW I435455 B TWI435455 B TW I435455B TW 100122047 A TW100122047 A TW 100122047A TW 100122047 A TW100122047 A TW 100122047A TW I435455 B TWI435455 B TW I435455B
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Description

多層級太陽能裝置
本發明係關於一種多層級太陽能裝置，特別是一種利用太陽能發電或驅動其他裝置作動之多層級太陽能裝置。
習知致動氣渦輪機(gas turbine)的方法，係藉由在氣渦輪機前段設置燃燒室，並於燃燒室中點燃油類燃料以產生高溫高壓的氣體，從而帶動氣渦輪機中的葉片轉動作功。
然而，該習知致動氣渦輪機的方法所對應設置之設備結構較為繁瑣，且須消耗大量的電力或燃料；尤其是欲以氣渦輪機接設發電機發電時，氣渦輪機必須長時間維持在一定的高溫，不僅相當耗費資源，亦容易在產生能源的同時製造出大量污染物或廢氣而造成環境污染。
本發明之主要目的係提供一種多層級太陽能裝置，係可收集太陽能以致動氣渦輪機者。
為達到前述目的，本發明所運用之技術內容包含有：一種多層級太陽能裝置，係包含：一透光基板；複數個聚光板，分別具有不同大小之弧度，並依弧度之曲率半徑大小依序間隔設置於該透光基板之底部，以隔出複數個光反射空間；一導熱管，繞設於各光反射空間中；至少一氣渦輪機，設置於該導熱管中；一氣體導入管，分為第一段及第二段，該第一段凸伸於該透光基板之頂部，該第二段貫穿該透光基板並與該導熱管之一端相接；及一氣體排放管，一端凸伸於該透光基板之頂部，另一端貫穿該透光基板並與導熱管之另一端相接。
本發明之多層級太陽能裝置，其中，該氣體排放管凸伸於透光基板頂部之一端係同心設置於氣體導入管外。
本發明之多層級太陽能裝置，其中，該複數個聚光板呈同心設置，以將穿過透光基板之光線反射至鄰近同一平面處。
本發明之多層級太陽能裝置，其中，該導熱管之一端係設置於最頂層之光反射空間，以與該氣體排放管相接，該導熱管之另一端係設置於最底層之光反射空間，以與該氣體導入管相接。
本發明之多層級太陽能裝置，其中，最外層以外之各聚光板均設有至少一開槽，該氣體導入管之第二段沿最頂層之聚光板的軸向延伸，並穿過各聚光板之開槽而延伸至最底層之光反射空間中。
本發明之多層級太陽能裝置，其中，該透光基板之底部設有二封閉板，該二封閉板分別結合於該複數個聚光板形成弧度之兩側邊。此外，各光反射空間中可以填充有對紅外線具有較高吸收率特性之吸熱介質。
本發明之多層級太陽能裝置，其中，該導熱管為光熱材質所製成，或該導熱管表面塗附有光熱材質。
本發明之多層級太陽能裝置，其中，該氣體導入管之第二段係部分穿設於該導熱管中。
本發明之多層級太陽能裝置，其中，該氣體導入管之第一段頂部接設一壓縮器，該壓縮器之另一端則接設一低溫氣體導入器。此外，該壓縮器中可以設有一風扇，且該至少一氣渦輪機之轉軸與該風扇相接。
本發明之多層級太陽能裝置，其中，該氣體排放管之頂部設有一排氣增益器，該排氣增益器之頂部分別形成一個較高的迎風口及一個較低的引流口。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參閱第1圖，係為本發明較佳實施例之立體圖。在本實施例中，該多層級太陽能裝置包含一透光基板1、複數個聚光板2、一導熱管3、至少一氣渦輪機4、一氣體導入管5及一氣體排放管6；該導熱管3之兩端分別與該氣體導入管5及氣體排放管6相接，該複數個聚光板2可反射太陽光以加熱該導熱管3，從而加熱來自該氣體導入管5之低溫氣體並推動該至少一氣渦輪機4作功。
該透光基板1可以是由玻璃纖維強化塑膠所製成，該透光基板1具有高透光率及耐衝擊等特性，令太陽光可穿透並向下傳遞。
該聚光板2係具有上、下表面各可反射光線之特性，該複數個聚光板2分別具有不同大小之弧度，並依弧度之曲率半徑大小，由小至大、由內而外依序間隔設置於上述透光基板1之底部，在本實施例中，各聚光板2之至少一弧度終止邊緣，可以牢固結合於該透光基板1之底部表面，以隔出複數個光反射空間21。此外，該複數個聚光板2較佳呈同心設置，以將穿過該透光基板1之太陽光反射至鄰近同一平面S處。又，為方便管線之設置，除了最外層之聚光板2以外，各層之聚光板2可設有至少一開槽22以供管線穿設。
另為使各光反射空間21具有持熱之效果，上述透光基板1之底部較佳設有二封閉板11，該二封閉板11分別結合於複數個聚光板2形成弧度之兩側邊，以將複數個光反射空間21之二側封閉，而形成一密閉的空間，且各光反射空間21中較佳填充有吸熱介質(例如氧化氮)，該吸熱介質對紅外線具有較高之吸收率特性，使各光反射空間21除可供太陽光反射之外，還可以吸收太陽光中的熱能而呈現高溫狀態。
該導熱管3為光熱材質所製成，或該導熱管3表面塗附有光熱材質，故該導熱管3可吸收由各聚光板2反射之太陽光而發熱，使該導熱管3呈現高溫狀態。該導熱管3具有一第一端31及一第二端32，在本實施例中，該導熱管3之第一端31係設置於最頂層之光反射空間21，該第二端32則設置於最底層之光反射空間21，且該導熱管3係穿過各聚光板2之開槽22，而在該平面S上呈近似S形地連續繞設於各光反射空間21中。
該至少一氣渦輪機4係設置於導熱管3中，可由該導熱管3之熱能所驅動而作功，該至少一氣渦輪機4係用以發電或直接驅動其他裝置運作。
該氣體導入管5係用以導入外界之低溫氣體，該氣體導入管5可分為第一段51及第二段52，該第一段51係凸伸於透光基板1之頂部；該第二段52則貫穿該透光基板1，而沿最頂層之聚光板2的軸向延伸，並穿過各聚光板2之開槽22而延伸至最底層之光反射空間21中，以與上述導熱管3之第二端32相接。其中，該氣體導入管5之第二段52較佳可部分穿設於該導熱管3中。
該氣體排放管6之一端係凸伸於透光基板1之頂部，該氣體排放管6之另一端則貫穿該透光基板1而伸至最頂層之光反射空間21中，並與上述導熱管3之第一端31相接，以將至少一氣渦輪機4作功後所產生之廢熱向上導送並排放。其中，該氣體排放管6凸伸於該透光基板1頂部之一端，較佳係同心設置於上述氣體導入管5外，以利用排放之廢熱將該氣體導入管5中向下導送之低溫氣體預熱，以助提高該至少一氣渦輪機4之作功效率，而該氣體導入管5及氣體排放管6可以於最頂層之光反射空間21中分開，以分別延伸而接合於該導熱管3之兩端。
在本實施例中，為提升冷、熱氣體之循環效率，上述氣體導入管5之第一段51頂部可以接設一個漏斗型之壓縮器53，該壓縮器53之另一端則接設一個可轉動的低溫氣體導入器54，該低溫氣體導入器54可隨風向轉動，以集聚低溫氣體並流經該壓縮器53而導入該氣體導入管5中。
此外，上述壓縮器53中可以設有一風扇55，且至少一氣渦輪機4可以設置為兩個，其中一個氣渦輪機4之轉軸41可以延伸至該壓縮器53中，並與該風扇55相接，以透過該氣渦輪機4驅動該風扇55運轉，使得更大流量之低溫氣體被牽引導入該氣體導入管5中。
再者，上述氣體排放管6之頂部還可以增設一排氣增益器61，該排氣增益器61之頂部分別形成一個較高的迎風口611及一個較低的引流口612，使得該氣體排放管6可藉由該迎風口611與引流口612之高度差，使氣體從該迎風口611吹向該引流口612時，可一併牽引該引流口612處之氣體，以加強該引流口612處之拔風作用，從而加速對流、提升該氣體排放管6之排熱效率。
請參閱第2圖，在本實施例中，其係以設置三層之聚光板2，及在最底層及最頂層之光反射空間21中分別設置一氣渦輪機4a、4b，以進行該多層級太陽能裝置之運作說明；然而，在其他應用例中，可依據不同使用需求改變該聚光板2及氣渦輪機4之設置數量，本發明並不加以限制。
據此，該多層級太陽能裝置可藉由弧狀設置之各聚光板2，將穿過透光基板1之太陽光反射至導熱管3上，使該導熱管3發熱而呈現高溫狀態；其中，各光反射空間21中填充有對紅外線具有較高吸收率特性之吸熱介質，因此各光反射空間21亦可吸收太陽熱能而維持高溫，減少各光反射空間21與該導熱管3之溫差，以減少該導熱管3之熱損失，使得該導熱管3較易維持高溫狀態。
請參閱第3圖，當低溫氣體被低溫氣體導入器54導入氣體導入管5後，低溫氣體係由該氣體導入管5之第一段51進入至透光基板1下方之第二段52，並可先在穿設於導熱管3中的氣體導入管5之第二段52部位被預熱，再於流入該導熱管3後被快速加熱。升溫後的氣體可流經設於最底層之光反射空間21中的氣渦輪機4a，以致動該氣渦輪機4a作功，而由該氣渦輪機4a之轉軸41驅動一發電機(圖未繪示)發電，或是直接驅動其他裝置(例如：壓縮機等)運作以進一步減少能量轉換之損失。
上述氣渦輪機4a作功所產生之熱損失，將使原本高溫的氣體溫度下降，而流失熱能的氣體則可在持續流動的過程中，被導熱管3再度加熱而恢復高溫狀態，並流過設於最頂層之光反射空間21中的氣渦輪機4b，使該氣渦輪機4b作功，以透過該氣渦輪機4b之轉軸41，驅動壓縮器53中的風扇55運轉，從而牽引更大流量之低溫氣體被導入該氣體導入管5中。此外，該氣渦輪機4b運作所產生的廢熱，則藉由與導熱管3相接之氣體排放管6，穿過該透光基板1而由氣體導入管5之外圍向上排出，同時還可將部分熱能傳導至該氣體導入管5，以預熱該氣體導入管5之第一段51中向下導送之低溫氣體。又，在本實施例中，該二氣渦輪機4a、4b係以同一轉軸41表示，使該二同軸之其中一氣渦輪機4a、4b轉速不足時，由另一氣渦輪機4b、4a補償。惟該氣渦輪機4之轉軸41配置係可依使用需求改變，本發明並不加以限制。
綜上所述，本發明之多層級太陽能裝置，可藉由反射太陽光而將低溫氣體加熱，以驅動氣渦輪機4作功而作發電或直接驅動其他裝置運作之用途，本發明之多層級太陽能裝置具有節能環保之功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，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。
1．．．透光基板
11．．．封閉板
2．．．聚光板
21．．．光反射空間
22．．．開槽
3．．．導熱管
31．．．第一端
32．．．第二端
4．．．氣渦輪機
4a．．．氣渦輪機
4b．．．氣渦輪機
41．．．轉軸
5．．．氣體導入管
51．．．第一段
52．．．第二段
53．．．壓縮器
54．．．低溫氣體導入器
55．．．風扇
6．．．氣體排放管
61．．．排氣增益器
611．．．迎風口
612．．．引流口
S．．．平面
第1圖：本發明較佳實施例之立體圖。
第2圖：本發明較佳實施例之光線反射示意圖。
第3圖：本發明較佳實施例之氣體流通示意圖。
1．．．透光基板
11．．．封閉板
2．．．聚光板
22．．．開槽
3．．．導熱管
31．．．第一端
32．．．第二端
4．．．氣渦輪機
4a．．．氣渦輪機
4b．．．氣渦輪機
41．．．轉軸
5．．．氣體導入管
51．．．第一段
52．．．第二段
53．．．壓縮器
54．．．低溫氣體導入器
55．．．風扇
6．．．氣體排放管
61．．．排氣增益器
611．．．迎風口
612．．．引流口
S．．．平面

Claims (12)

  1. 一種多層級太陽能裝置，係包含：一透光基板；複數個聚光板，分別具有不同大小之弧度，並依弧度之曲率半徑大小依序間隔設置於該透光基板之底部，以隔出複數個光反射空間；一導熱管，繞設於各光反射空間中；至少一氣渦輪機，設置於該導熱管中；一氣體導入管，分為第一段及第二段，該第一段凸伸於該透光基板之頂部，該第二段貫穿該透光基板並與該導熱管之一端相接；及一氣體排放管，一端凸伸於該透光基板之頂部，另一端貫穿該透光基板並與導熱管之另一端相接。
  2. 依申請專利範圍第1項所述之多層級太陽能裝置，其中，該氣體排放管凸伸於透光基板頂部之一端係同心設置於氣體導入管外。
  3. 依申請專利範圍第1或2項所述之多層級太陽能裝置，其中，該複數個聚光板呈同心設置，以將穿過該透光基板之光線反射至鄰近同一平面處。
  4. 依申請專利範圍第1或2項所述之多層級太陽能裝置，其中，該導熱管之一端係設置於最頂層之光反射空間，以與該氣體排放管相接，該導熱管之另一端係設置於最底層之光反射空間，以與該氣體導入管相接。
  5. 依申請專利範圍第1或2項所述之多層級太陽能裝置，其中，最外層以外之各聚光板均設有至少一開槽，該氣體導入管之第二段沿最頂層之聚光板的軸向延伸，並穿過各聚光板之開槽而延伸至最底層之光反射空間中。
  6. 依申請專利範圍第1或2項所述之多層級太陽能裝置，其中，該透光基板之底部設有二封閉板，該二封閉板分別結合於該複數個聚光板形成弧度之兩側邊。
  7. 依申請專利範圍第6項所述之多層級太陽能裝置，其中，各光反射空間中填充有對紅外線具有較高吸收率特性之吸熱介質。
  8. 依申請專利範圍第1或2項所述之多層級太陽能裝置，其中，該導熱管為光熱材質所製成，或該導熱管表面塗附有光熱材質。
  9. 依申請專利範圍第1或2項所述之多層級太陽能裝置，其中，該氣體導入管之第二段係部分穿設於該導熱管中。
  10. 依申請專利範圍第1或2項所述之多層級太陽能裝置，其中，該氣體導入管之第一段頂部接設一壓縮器，該壓縮器之另一端則接設一低溫氣體導入器。
  11. 依申請專利範圍第10項所述之多層級太陽能裝置，其中，該壓縮器中設有一風扇，且該至少一氣渦輪機之轉軸與該風扇相接。
  12. 依申請專利範圍第1或2項所述之多層級太陽能裝置，其中，該氣體排放管之頂部設有一排氣增益器，該排氣增益器之頂部分別形成一個較高的迎風口及一個較低的引流口。
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