TWI724887B - 熱機裝置及其雙熱源太陽能集熱器 - Google Patents

熱機裝置及其雙熱源太陽能集熱器 Download PDF

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陳嬿妃
黃上庭
林昱廷
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Abstract

本發明係有關於一種雙熱源太陽能集熱器，用於對一熱機加熱，以驅動該熱機。該雙熱源太陽能集熱器包含一本體，該本體包括有一太陽能聚熱室及一熱源室，該太陽能聚熱室接受太陽光聚熱而產生一太陽熱能，該熱源室產生或接受一加熱熱能，該太陽能聚熱室與該熱源室之間設有一高熱傳壁，使該太陽能聚熱室與該熱源室區隔為二空間，該加熱熱能可以透過該高熱傳壁傳遞至該太陽能聚熱室。本發明也是一種雙熱源太陽能熱機裝置，係將該熱機置於該太陽能聚熱室，以選擇式地接收該太陽熱能或/及該加熱熱能而驅動該熱機。

Description

熱機裝置及其雙熱源太陽能集熱器
本發明係有關於一種熱機裝置及其雙熱源太陽能集熱器，特別是指可以選擇式地接收太陽熱能或/及加熱熱能以驅動熱機的裝置。
現有的太陽能熱機發電裝置只能單純利用太陽能，因此只在有太陽時可以運轉，無太陽時則停機，屬於被動式(Passive)發電系統。且太陽能熱機發電裝置在白天運轉時若太陽光的強度隨時間改變，發電的能力也會隨之改變，因此輸出電功率欠缺穩定。
因此有中華民國發明專利公告第I516732號「太陽能聚焦式史特林引擎發電裝置」，其中史特林引擎又名史特靈引擎，該案是一種太陽能聚焦式發電裝置，為了維持太陽能發電效率，該案設置追光系統，減少史特靈引擎因為太陽移動位置對聚焦溫度的不足使史特靈引擎無所作動的問題，並維持輸出的電功率。
但是如果陰天、雨天及夜晚史特靈引擎就無法運作，在長時間的陰雨天氣或在缺少陽光的地區，也有無法發電的問題，因此太陽能熱機發電系統通常必須另附加能量儲存系統(Energy storage system)，以大型電池儲存電能或以熔鹽系統儲存熱能繼續驅動熱機，以維持發電系統供電。然而無論是以電 能或熱能方式儲存，裝置成本必須增加，且儲存的時間相當有限，在長時間的陰雨天氣或在缺少陽光的地區，便無法發電。
爰此，本發明提出一種雙熱源太陽能集熱器，該雙熱源太陽能集熱器用於對一熱機加熱，以驅動該熱機。
該雙熱源太陽能集熱器包含：一本體，包括有一太陽能聚熱室及一熱源室，且該熱機的一膨脹室伸入該太陽能聚熱室中，該太陽能聚熱室接受太陽光聚熱而產生一太陽熱能，該熱源室產生或接受一加熱熱能，該太陽能聚熱室與該熱源室之間設有一高熱傳壁，使該太陽能聚熱室與該熱源室區隔為二空間，該加熱熱能可以透過該高熱傳壁傳遞至該太陽能聚熱室。
進一步，有一吸熱元件，該吸熱元件設置於該太陽能聚熱室中且連接該熱機，使該吸熱元件可以接受該太陽熱能或/及該加熱熱能。
進一步，該太陽能聚熱室設有石英玻璃的一透鏡，太陽光透過該透鏡使該太陽熱能傳遞至該熱機。
進一步，有一產熱單元，該產熱單元接受一燃料而燃燒產生該加熱熱能，並將該加熱熱能傳遞至該熱源室中，該本體有一排氣口連通該熱源室。更進一步，該產熱單元係設置於該熱源室外，一第一輸送管連接該產熱單元與該熱源室，該產熱單元透過燃燒該燃料而產生該加熱熱能，該加熱熱能透過該第一輸送管傳遞至該熱源室中；或者，該產熱單元係設置於該熱源室內，一第二輸送管連接至該產熱單元，以輸送該燃料至該產熱單元。
進一步，該熱源室的一外壁係包覆有一隔熱層。
進一步，有一控制單元及一溫度感測單元，該溫度感測單元設置在該太陽能聚熱室，該控制單元電連接該溫度感測單元及該產熱單元，該溫度感測單元偵測一溫度訊號，該控制單元接收該溫度訊號，並根據該溫度訊號控制該產熱單元啟動或關閉。
進一步，有一控制單元及一計時器，該控制單元電連接該計時器及該產熱單元，該計時器用以設定一時間訊號，該控制單元接收該時間訊號，並根據該時間訊號控制該產熱單元啟動或關閉。
進一步，該熱源室係環繞於該太陽能聚熱室的外圍。
本發明再提出一種包含所述雙熱源太陽能集熱器的雙熱源太陽能熱機裝置，該雙熱源太陽能熱機裝置進一步包含：一熱機，位於該太陽能聚熱室中；該熱機接受該太陽熱能或/及該加熱熱能而被驅動。
進一步，有一發電單元連接該熱機，該熱機被驅動後帶動該發電單元發電。
進一步，該熱機係為一史特靈引擎。
透過上述技術特徵可具有以下功效：
1.本發明的本體具有太陽能聚熱室及熱源室，在晴天時熱機可藉由太陽能聚熱室產生的太陽熱能使熱機運作，而在陰天、雨天及夜晚可由產熱單元產生加熱熱能使熱機運作，藉由此雙熱源的集熱器使熱機可以持續運作不受天氣及時間所影響。
2.本發明之熱機透過連接發電單元可形成太陽能熱機發電裝置，並透過此雙熱源太陽能集熱器產生穩定的電功率輸出。
3.本發明可透過溫度感測單元感測太陽能聚熱室的溫度，而在太陽能聚熱室的溫度不足時，控制產熱單元產生加熱熱能；或者也可以透過計時器設定例如夜晚沒有太陽光的時間，控制產熱單元產生加熱熱能。藉此維持熱機穩定運轉。
4.熱源室環繞於太陽能聚熱室的外圍，藉以對太陽能聚熱室均勻的熱傳。而在熱源室外包覆隔熱層，減少加熱熱能外溢，提高能源效率。
1:本體
11:太陽能聚熱室
12:熱源室
13:高熱傳壁
14:排氣口
2:熱機
3:導熱管
4:隔熱層
5:透鏡
6:蓋件
7A:產熱單元
71A:第一輸送管
7B:產熱單元
71B:第二輸送管
8:溫度感測器
9:控制單元
10:計時器
20:發電單元
A:溫度訊號
B:時間訊號
[第一圖]係為本發明第一實施例之熱機裝置及其雙熱源太陽能集熱器的構造示意圖。
[第二圖]係為本發明第一實施例中，利用溫度偵測器的溫度訊號或計時器的時間訊號來啟動產熱單元的功能方塊圖。
[第三圖]係為本發明第一實施例中，自太陽能聚熱室提供熱機太陽熱能的示意圖。
[第四圖]係為本發明第一實施例中，自熱源室提供熱機加熱熱能的示意圖。
[第五圖]係為本發明第一實施例中，同時自太陽能聚熱室及熱源室提供熱機太陽熱能及加熱熱能的示意圖。
[第六圖]係為本發明第二實施例之熱機裝置及其雙熱源太陽能集熱器的構造示意圖。
綜合上述技術特徵，本發明熱機裝置及其雙熱源太陽能集熱器的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
本發明第一實施例之熱機裝置請參閱第一圖所示[要說明的是，本發明實施例的圖式係以示意圖呈現，具體構造依據加工工藝的不同會呈現不同型態]，包括有一雙熱源太陽能集熱器及一熱機2。該雙熱源太陽能集熱器包括有一本體1，該本體1包括有一太陽能聚熱室11及一熱源室12，該太陽能聚熱室11與該熱源室12之間設有一高熱傳壁13，該高熱傳壁13的材質類似於熱水器之金屬內膽，具有高熱傳係數但能夠抗氧化，該高熱傳壁13使該太陽能聚熱室11與該熱源室12區隔為二空間，本實施例中該熱源室12係環繞於該太陽能聚熱室11的外圍。該熱機2則位在該太陽能聚熱室11中，具體而言，該熱機2例如是史特靈引擎，將該史特靈引擎的膨脹室伸入該太陽能聚熱室11中，並在該熱機2上包覆有一吸熱元件，例如一導熱管3，再有一發電單元20連接該熱機2，該發電單元20例如連接該史特靈引擎的活塞連桿。該雙熱源太陽能集熱器還包括在該熱源室12的外壁上再包覆有一隔熱層4，例如以中空容器的中空層裝填石綿層，並將該本體1置入該中空容器；並有石英玻璃的一透鏡5設置在該本體1上，使該透鏡5對應該太陽能聚熱室11，具體的，有一蓋件6蓋在該本體1上，該蓋件6中央透空，將該透鏡5支承在該蓋件6上。該雙熱源太陽能集熱器更有一產熱單元7A，本實施例該產熱單元7A設置在該熱源室12外，該產熱單元7A透過一第一輸送管71A連通該熱源室12。
參閱第一圖及第二圖所示，本實施例之雙熱源太陽能集熱器進一步有一有一溫度感測單元8、一控制單元9及一計時器10，該溫度感測單元8設置在該太陽能聚熱室11中，該控制單元9電連接該溫度感測單元8、該計時器10及該產熱單元7A。
參閱第二圖及第三圖所示，在平日白天太陽光充足時，太陽光通過具有聚熱效能的該透鏡5而將太陽熱能聚焦在該熱機2上，使該熱機2吸收足夠太陽熱能而能夠帶動該發電單元20發電，藉此將太陽熱能轉換為電能。其中，透過該導熱管3接收該太陽熱能可增加該熱機2吸熱的表面積，以進一步提高熱效率。
參閱第二圖及第四圖所示，當夜晚沒有太陽光時，可以利用該計時器10設定一時間訊號B，在夏天時可設定太陽下山時間約下午6點，在冬天時則可設定太陽下山時間約下午4點半，當該控制單元9接收該時間訊號B時，該控制單元9會控制該產熱單元7A啟動，該產熱單元7A例如是一燃燒器而會接受一燃料燃燒產生一加熱熱能，該加熱熱能透過例如燃料燃燒後的高溫空氣的介質傳輸並透過該第一輸送管71A傳遞至該熱源室12中，該加熱熱能進一步透過該高熱傳壁13傳遞至該太陽能聚熱室11中，以維持該熱機2的運作，使該發電單元20持續發電。在該本體1上則進一步有一排氣口14連通該熱源室12，以將該燃料燃燒後的高溫空氣的介質排出。
參閱第二圖及第五圖所示，除了夜晚沒有太陽光之外，當白天因為陰天、雨天而太陽光不足，使該太陽能聚熱室11中的溫度不足時，該熱機2的運轉效能也會受影響而影響該發電單元20的發電功率輸出。而由於前述溫度感測單元8設置在該太陽能聚熱室11中，因此可以持續感測該太陽能聚熱室11中的溫度而產生一溫度訊號A，該溫度訊號A被傳輸至該控制單元9，當該太陽能聚熱室11中的溫度不足時，該控制單元9也會控制該產熱單元7A啟動，以將該加熱熱能傳遞至該太陽能聚熱室11中，以提高該太陽能聚熱室11的溫度，以維持該熱機2的運作，使該發電單元20持續發電。
本發明透過上述雙熱源太陽能集熱器依據不同狀況使用該太陽熱能或/及該加熱熱能驅動該熱機2，使該發電單元20可產生穩定的電功率輸出。
本發明第二實施例請參閱第六圖所示，與第一實施例不同之處在於，本實施例沒有設置該產熱單元7A，而是將一產熱單元7B設置在該熱源室12中，並以一第二輸送管71B連接至該產熱單元7B，以輸送一燃料至該產熱單元7B，本實施例透過該產熱單元7B設置在該熱源室12中，讓燃料在該熱源室12中燃燒，減少燃燒後該加熱熱能的熱散逸，以進一步提高熱效率。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
1:本體
11:太陽能聚熱室
12:熱源室
13:高熱傳壁
14:排氣口
2:熱機
3:導熱管
4:隔熱層
5:透鏡
6:蓋件
7A:產熱單元
71A:第一輸送管
8:溫度感測器
9:控制單元
10:計時器
20:發電單元

Claims (13)

  1. 一種雙熱源太陽能集熱器，用於對一熱機加熱，以驅動該熱機，該雙熱源太陽能集熱器包含：一本體，包括有一太陽能聚熱室及一熱源室，且該熱機的一膨脹室伸入該太陽能聚熱室中，該太陽能聚熱室接受太陽光聚熱而產生一太陽熱能，該熱源室產生或接受一加熱熱能，該太陽能聚熱室與該熱源室之間設有一高熱傳壁，使該太陽能聚熱室與該熱源室區隔為二空間，該加熱熱能可以透過該高熱傳壁傳遞至該太陽能聚熱室。
  2. 如請求項1之雙熱源太陽能集熱器，進一步，有一吸熱元件，該吸熱元件設置於該太陽能聚熱室中且連接該熱機，使該吸熱元件可以接受該太陽熱能或/及該加熱熱能。
  3. 如請求項1之雙熱源太陽能集熱器，其中，該熱源室的一外壁係包覆有一隔熱層。
  4. 如請求項1之雙熱源太陽能集熱器，進一步，該太陽能聚熱室設有石英玻璃的一透鏡，太陽光透過該透鏡使該太陽熱能傳遞至該熱機。
  5. 如請求項1之雙熱源太陽能集熱器，其中，係另包含有一產熱單元，該產熱單元接受一燃料而燃燒產生該加熱熱能，並將該加熱熱能傳遞至該熱源室中，該本體有一排氣口連通該熱源室。
  6. 如請求項5之雙熱源太陽能集熱器，其中，該產熱單元係設置於該熱源室外，一第一輸送管連接該產熱單元與該熱源室，該產熱單元透過燃燒該燃料而產生該加熱熱能，該加熱熱能透過該第一輸送管傳遞至該熱源室中。
  7. 如請求項5之雙熱源太陽能集熱器，其中，該產熱單元係設置於該熱源室中，一第二輸送管連接至該產熱單元，以輸送該燃料至該產熱單元。
  8. 如請求項4之雙熱源太陽能集熱器，進一步，有一控制單元及一溫度感測單元，該溫度感測單元設置在該太陽能聚熱室，該控制單元電連接該溫度感測單元及該產熱單元，該溫度感測單元偵測一溫度訊號，該控制單元接收該溫度訊號，並根據該溫度訊號控制該產熱單元啟動或關閉。
  9. 如請求項4之雙熱源太陽能集熱器，進一步，有一控制單元及一計時器，該控制單元電連接該計時器及該產熱單元，該計時器用以設定一時間訊號，該控制單元接收該時間訊號，並根據該時間訊號控制該產熱單元啟動或關閉。
  10. 如請求項1之雙熱源太陽能集熱器，其中，該熱源室係環繞於該太陽能聚熱室的外圍。
  11. 一種包含請求項1至10項中任一項所述雙熱源太陽能集熱器的雙熱源太陽能熱機裝置，該雙熱源太陽能熱機裝置進一步包含：一熱機，位於該太陽能聚熱室中；該熱機接受該太陽熱能或/及該加熱熱能而被驅動。
  12. 如請求項11之雙熱源太陽能熱機裝置，進一步，有一發電單元連接該熱機，該熱機被驅動後帶動該發電單元發電。
  13. 如請求項11之雙熱源太陽能熱機裝置，其中，該熱機係為一史特靈引擎。
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