TWI519268B - 噴灑式保溫型蒸汽供應裝置及使用其之發電設備 - Google Patents

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Description

噴灑式保溫型蒸汽供應裝置及使用其之發電設備
本發明是有關於一種蒸汽供應裝置及使用其之發電設備，且特別是有關於一種噴灑式保溫型蒸汽供應裝置及使用其之發電設備。
太陽能發電是一種節能減碳的技術。透過太陽能電池可以將光能轉換成電能，但是太陽能發電受限於太陽的照射時間。在夜晚時，太陽能發電起不了任何作用。由於太陽能電池的蓬勃發展，各地區設置的太陽能發電設備也越來越多，可以在白天提供相當的電力給整個市電供應系統。因此，在不久的未來，白天由太陽能發電設備所產生的電力可能會過剩。此時，雖然可以利用電池來儲存電能，但是這些電池不是價格昂貴就是效率過低，且會造成環境污染。
此外，傳統的鍋爐利用火力來加熱鍋爐中的水而產生水蒸氣來推動蒸汽發電機進行發電。但是，在沒有對鍋爐監控好的情況下，容易產生鍋爐爆炸的危險。
因此，如何提供一種安全、穩定的儲能方式及能量轉換的方式，實為本案所欲解決的問題。
因此，本發明之一個目的是提供一種噴灑式保溫型蒸汽 供應裝置及使用其之發電設備，利用一種安全、穩定的儲能方式來儲存能量並轉換能量，達到有效分配能量的效果。
為達上述目的，本發明提供一種噴灑式保溫型蒸汽供應 裝置，包含：一保溫爐，具有一個內腔室、一個包圍內腔室之外腔室以及一個分隔內腔室與外腔室的分隔層；一高熱容材料，裝填於外腔室中；一加熱器，連接至保溫爐，並加熱高熱容材料，高熱容材料的熱能透過分隔層傳輸到內腔室中；一供應管，供應管之一第一端設置於保溫爐之內腔室；一液體供應源，連接至供應管之一第二端，並經由供應管提供一液體至內腔室中，使液體吸收內腔室的熱能而產生蒸汽；以及一蒸汽輸出口，連接至內腔室，使蒸汽透過蒸汽輸出口輸出。
藉由上述蒸汽供應裝置，當內腔室內的壓力過大時，供 應管的水無法噴進去內腔室中，因而具有自動切斷液體源的效果，只要液體不再進入內腔室膨脹，就不會有爆炸的危險。因此，上述保溫爐是相當安全的。
本發明亦提供一種發電設備，包含：一太陽能發電裝置， 將太陽能轉換成電能；上述噴灑式保溫型蒸汽供應裝置，其中加熱器將電能轉換成熱能，以加熱高熱容材料；以及一蒸汽發電機，連接至蒸汽輸出口，並接收蒸汽來進行發電。
藉由上述發電設備，當有日照時的太陽能發電裝置產生 的電力過剩時，控制裝置就控制將太陽能發電裝置的電力提供給加熱器來加熱高熱容材料。當無日照時，控制裝置就控制液體供應源提供液體至內腔室中以產生蒸汽，使蒸汽發電機可以利用蒸汽來發電，藉此可以將電力作最佳化的分配。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
W‧‧‧液體
1‧‧‧發電設備
2-2‧‧‧線
10‧‧‧保溫爐
11‧‧‧內腔室
12‧‧‧外腔室
13‧‧‧分隔層
13A‧‧‧斜面
14‧‧‧支架
15‧‧‧內壁
16‧‧‧凹部
20‧‧‧高熱容材料
30‧‧‧加熱器
40‧‧‧供應管
41‧‧‧第一端
42‧‧‧第二端
50‧‧‧液體供應源
52‧‧‧止逆閥
60‧‧‧蒸汽輸出口
70‧‧‧安全閥
75‧‧‧安全排氣孔/安全排氣閥
80‧‧‧支撐器
90‧‧‧移動機構
100‧‧‧噴灑式保溫型蒸汽供應裝置
200‧‧‧太陽能發電裝置
300‧‧‧蒸汽發電機
400‧‧‧控制裝置
圖1顯示依據本發明第一實施例之噴灑式保溫型蒸汽供應裝置之示意圖。
圖2顯示沿著圖1之線2-2的剖面圖。
圖3顯示依據本發明第二實施例之噴灑式保溫型蒸汽供應裝置之簡化示意圖。
圖4顯示依據本發明第一實施例之發電設備之示意圖。
圖1顯示依據本發明第一實施例之噴灑式保溫型蒸汽供應裝置之示意圖。圖2顯示沿著圖1之線2-2的剖面圖。如圖1與圖2所示，本實施例之噴灑式保溫型蒸汽供應裝置100包含一保溫爐10、一高熱容材料20、一加熱器30、一供應管40、一液體供應源50以及一蒸汽輸出口60。
保溫爐10具有一個內腔室11、一個包圍內腔室11之外腔室12以及一個分隔內腔室11與外腔室12的分隔層13。保溫爐10較佳是由隔熱或絕熱材料所製成，以減少保溫爐10內的熱能散發至外部環境中。絕熱材料可以阻滯熱流傳遞，譬如是玻璃纖維、石棉、岩棉、矽酸鹽、如氣凝膠氈、真空板等。
高熱容材料20裝填於外腔室12中，具有高熱容、在高溫下呈現安全且穩定的狀態。於一例子中，高熱容材料20包含硝酸鹽， 譬如是硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鋰或亞硝酸鈉。於另一例子中，高熱容材料20是多元混合的硝酸鹽，譬如是硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鋰以及亞硝酸鈉四元混合硝酸鹽，當樣品質量配比NaNO3：KNO3：LiNO3：NaNO2=0.23：0.407：0.106：0.257時，四元混合鹽類的熔點低至92℃，沸點達到559.3℃硝酸鹽。藉由調整質量比及種類(二元或三元)，可以製備出不同熔點及沸點的多元混合硝酸鹽，熔點範圍在87至97℃之間，沸點範圍在540至580℃之間。
加熱器30連接至保溫爐10，並加熱高熱容材料20，高 熱容材料20的熱能透過分隔層13傳輸到內腔室11中。於本實施例中，加熱器30是將電能轉換成熱能。於本實施例中，加熱器30將高熱容材料20加熱成液態狀，且溫度介於450至580℃之間，特別是介於500至600℃之間。於本實施例中，高熱容材料20尚未填滿外腔室12，以留一些空間給液狀的高熱容材料20膨脹用。於一非限制例子中，加熱器30是不銹鋼電加熱管，其是以金屬管為外殼，沿管內中心軸向均布螺旋電熱合金絲(鎳鉻、鐵鉻合金)，其空隙填充壓實具有良好絕緣導熱性能的氧化鎂砂，管口兩端用矽膠或陶瓷密封。不銹鋼電加熱管的熱效率高，使用方便，安裝簡單，無污染，被廣泛使用在各種加熱場合。該加熱器最高工作溫度可達譬如850℃。
供應管40之一第一端41設置於保溫爐10之內腔室11， 也就是穿入保溫爐10之內腔室11中，第一端41較佳是以噴嘴的型式存在，以朝向分隔層13噴出霧狀或近似霧狀的液體，譬如是噴出水或水霧，藉此形成高溫蒸氣。
液體供應源50連接至供應管40之一第二端42，並經由 供應管40提供一液體W至內腔室11中，使液體W吸收來自內腔室11 的熱能而產生蒸汽。於本實施例中，是以水當作液體W作說明，水是以純水或接近純水的水為佳，水可回收再利用，且液體供應源50透過一止逆閥52連接至供應管40。於其他例子中，亦可使用其他液體來加熱。 止逆閥52的位置以靠近內腔室11的底部為佳，於本實施例中是設置於保溫爐10的底部的凹部16中。於一例子中，供應管40的材質為金屬。 於另一例子中，供應管40是利用絕熱材料製作而成，以避免供應管40中的水在供應管40內就汽化而產生危險。
蒸汽輸出口60連接至內腔室11，使蒸汽透過蒸汽輸出口 60輸出。來自外腔室12的高熱容材料20的熱能可以透過空氣傳導及分隔層13的輻射方式傳送到水霧，水霧碰到高溫可以膨脹約1700倍、2600倍甚至是3000倍，因而快速汽化而產生蒸汽。因為此時的內腔室11的壓力升高，所以蒸汽可以從蒸汽輸出口60排出。值得注意的是，分隔層13於靠近蒸汽輸出口60之處可以設計有一斜面13A，使得蒸汽透過此斜面13A及上方的保溫爐10的內弧面形成類似噴嘴結構而從蒸汽輸出口60噴出。
此外，噴灑式保溫型蒸汽供應裝置100可以更包含一安全閥70、一安全排氣孔或安全排氣閥75、一支撐器80及一移動機構90。當然，這些元件可以適當地被省略。安全閥70設置於保溫爐10上，並連通內腔室11及外部環境，以在內腔室11的壓力高於一第一預定壓力時，進行排氣到外部環境的動作，以降低內腔室11的壓力。於另一例子中，安全閥70更可在內腔室11的壓力低於一第二預定壓力時，進行從外部環境進氣的動作，以提高內腔室11的壓力。安全排氣孔或安全排氣閥75設置於保溫爐10上，並連通外腔室12及外部環境，以進行安全排氣的動作，維持外腔室12內的安全。支撐器80設置於內腔室11，並支 撐供應管40於內腔室11中，以免供應管40受到蒸汽的擾動而亂竄。移動機構90連接至支撐器80，用於移動支撐器80，藉此可以移動供應管40的出口位置，適合讓調整人員進行調整，以調整出最佳位置。
於本實施例中，保溫爐10更包含多個支架14，將分隔層 13固定至保溫爐10之一內壁15，提供穩定的支撐。於另一實施例中，保溫爐10不具有支架，而是利用直接固定至保溫爐10的分隔層13達成穩固分隔內腔室11與外腔室12的效果。
在本發明之上述實施例中，當內腔室內的壓力過大時， 供應管的水無法噴進去內腔室中，因而具有自動切斷液體源的效果，只要液體不再進入內腔室膨脹，就不會有爆炸的危險。因此，上述保溫爐是相當安全的。
圖3顯示依據本發明第二實施例之噴灑式保溫型蒸汽供 應裝置之簡化示意圖。如圖3所示，本實施例是類似於第一實施例，不同之處在於分隔層13為縐摺狀，以加大外腔室12與內腔室11的介面面積。
圖4顯示依據本發明第一實施例之發電設備1之示意 圖。如圖4所示，本實施例之發電設備1包含一太陽能發電裝置200、噴灑式保溫型蒸汽供應裝置100以及一蒸汽發電機300。太陽能發電裝置200將太陽能轉換成電能。加熱器30將太陽能發電裝置200的電能轉換成熱能，以加熱高熱容材料20。蒸汽發電機300連接至蒸汽輸出口60，並接收蒸汽來進行發電。此外，發電設備1更包含一控制裝置400，電連接至太陽能發電裝置200、噴灑式保溫型蒸汽供應裝置100及蒸汽發電機300，控制裝置400在太陽能發電裝置200停止產生電能時，控制噴灑式保溫型蒸汽供應裝置100提供蒸汽給蒸汽發電機300進行發電， 發電後產生的水或低溫的水蒸氣可以再導入至液體供應源50中回收利用。於另一實施例中，安全閥70以及安全排氣孔或安全排氣閥75所排出的氣體或蒸汽可以排出至液體供應源50中以對裡面的液體進行預熱，減少熱損。
藉由上述實施例，當有日照時的太陽能發電裝置產生的 電力過剩時，控制裝置就控制將太陽能發電裝置的電力提供給加熱器來加熱高熱容材料。當無日照時，控制裝置就控制液體供應源提供液體至內腔室11中以產生蒸汽，使蒸汽發電機可以利用蒸汽來發電，藉此可以將電力作最佳化的分配。
在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。
W‧‧‧液體
2-2‧‧‧線
10‧‧‧保溫爐
11‧‧‧內腔室
12‧‧‧外腔室
13‧‧‧分隔層
13A‧‧‧斜面
14‧‧‧支架
15‧‧‧內壁
16‧‧‧凹部
20‧‧‧高熱容材料
30‧‧‧加熱器
40‧‧‧供應管
41‧‧‧第一端
42‧‧‧第二端
50‧‧‧液體供應源
52‧‧‧止逆閥
60‧‧‧蒸汽輸出口
70‧‧‧安全閥
75‧‧‧安全排氣孔/安全排氣閥
80‧‧‧支撐器
90‧‧‧移動機構
100‧‧‧噴灑式保溫型蒸汽供應裝置

Claims (10)

  1. 一種噴灑式保溫型蒸汽供應裝置，包含：一保溫爐，具有一個內腔室、一個包圍該內腔室之外腔室以及一個分隔該內腔室與該外腔室的分隔層；一高熱容材料，裝填於該外腔室中；一加熱器，連接至該保溫爐，並加熱該高熱容材料，該高熱容材料的熱能透過該分隔層傳輸到該內腔室中；一供應管，該供應管之一第一端設置於該保溫爐之該內腔室；一液體供應源，連接至該供應管之一第二端，並經由該供應管提供一液體至該內腔室中，使該液體吸收該內腔室的熱能而產生蒸汽；以及一蒸汽輸出口，連接至該內腔室，使該蒸汽透過該蒸汽輸出口輸出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之噴灑式保溫型蒸汽供應裝置，更包含：一安全閥，設置於該保溫爐上，並連通該內腔室及外部環境，以在該內腔室的壓力高於一第一預定壓力時，進行排氣到該外部環境的動作。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之噴灑式保溫型蒸汽供應裝置，其中該安全閥更在該內腔室的壓力低於一第二預定壓力時，進行從該外部環境進氣的動作。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之噴灑式保溫型蒸汽供應裝置，更包含：一支撐器，設置於該內腔室，並支撐該供應管於該內腔室中。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之噴灑式保溫型蒸汽供應裝置，更包含：一移動機構，連接至該支撐器，用於移動該支撐器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之噴灑式保溫型蒸汽供應裝置，其中該高熱容材料包含硝酸鹽或多元混合的硝酸鹽。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之噴灑式保溫型蒸汽供應裝置，其中該高熱容材料被加熱成液態狀，且溫度介於450至580℃。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之噴灑式保溫型蒸汽供應裝置，其中該保溫爐更包含多個支架，將該分隔層固定至該保溫爐之一內壁。
  9. 一種發電設備，包含：一太陽能發電裝置，將太陽能轉換成電能；如申請專利範圍第1項所述之噴灑式保溫型蒸汽供應裝置，其中該加熱器將該電能轉換成熱能，以加熱該高熱容材料；以及一蒸汽發電機，連接至該蒸汽輸出口，並接收該蒸汽來進行發電。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發電設備，更包含： 一控制裝置，電連接至該太陽能發電裝置、該噴灑式保溫型蒸汽供應裝置及該蒸汽發電機，該控制裝置在該太陽能發電裝置停止產生電能時，控制該噴灑式保溫型蒸汽供應裝置提供該蒸汽給該蒸汽發電機進行發電。
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