TWM454455U - 大氣收縮壓發電裝置 - Google Patents

Description

大氣收縮壓發電裝置

本新型是有關於一種發電裝置，特別是指一種大氣收縮壓發電裝置。

現有的汽電共生發電裝置，通常包含一蒸汽鍋爐、一連通蒸汽鍋爐的渦輪機，及一連接渦輪機的發電機。在使用時，蒸汽鍋爐利用石化燃料燃燒的熱能產生大量高壓蒸汽，並將高壓蒸汽輸出至渦輪機中推動渦輪機的葉片使渦輪機轉動；而發電機則能受渦輪機的轉動帶用而運轉，藉此將渦輪機轉動的機械動能轉化為電能輸出，達到汽電共生發電裝置發電的目的。

然而，現有的汽電共生發電裝置雖然具有優秀的能源轉換效率，但探究其執行現實面，仍存在相當多難以忽視的問題。首先，現有的汽電共生發電裝置的動力來源不外乎是在蒸汽鍋爐中燃燒重油、燃料油、天然瓦斯等石化燃料，釋放石化燃料中的化學能以製造高壓蒸汽來驅動渦輪機；然而，石化燃料的燃燒非但會產生大量如碳氧化物(COx)、氮氧化物(NOx)等的汙染氣體危害環境，更會消耗地球上所剩無幾的非再生石化資源，與現今環保及節能減碳意識抬頭的世界潮流全然背道而馳。

其次，由於現有汽電共生發電裝置中，必然需要裝配蒸汽鍋爐，因此不但使發電裝置的使用領域限制在少數有使用蒸汽鍋爐的產業中，更因為含有蒸汽鍋爐的結構較複 雜不易保養而維護經費高；此外，蒸汽鍋爐通常具有較大的體積而較佔空間，且燃燒時產生大量熱能與廢氣更使設置的地點受到諸多限制，也讓操作人員處於高溫的危險工作環境。因此，現有的汽電共生發電裝置確實存在有待改善的空間。

因此，本新型之目的，即在提供一種不會產生汙染氣體且不需燃燒石化燃料的大氣收縮壓發電裝置，完全符合世界各國致力環境保護、節能和綠能的訴求。

本新型之另一目的，即在提供一種結構簡單而易於維護的大氣收縮壓發電裝置。

本新型之又一目的，即在提供一種節省空間且低製造成本的大氣收縮壓發電裝置。

於是，本新型大氣收縮壓發電裝置包含一渦輪機、一供壓單元、一發電機，及一空壓機單元。該供壓單元包括一內部預先儲存有壓縮空氣的貯氣槽，及一連接貯氣槽與渦輪機的恆穩調壓器。較佳地，該空壓機單元包括連接該貯氣槽的一主空壓機及一啟動空壓機；該大氣收縮壓發電裝置還包含一自動電源切換開關，及一連接該渦輪機與該發電機的減速齒輪箱。該恆穩調壓器用以調節貯氣槽中壓縮空氣的壓力並輸出至渦輪機，藉輸出的壓縮空氣驅動渦輪機運轉。該自動電源切換開關連接該空壓機單元、該發電機與一外接電源，而用以切換該空壓機單元的驅動電源。該減速齒輪箱用以將該渦輪機輸出扭矩之轉速與扭力轉 換至適於驅動該發電機運轉規格的轉速與扭力以驅動該發電機運轉。

該發電機連接該渦輪機並受渦輪機的運轉帶動，用以將渦輪機運轉的機械動能轉換為電能並輸出。該啟動空壓機連接於貯氣槽，並恆提供貯氣槽一穩壓空氣，使貯氣槽內的壓縮空氣保持於一定的壓力值；且還透過該自動電源切換開關連接於該發電機的輸出電能及該外接電源，而可選擇地以該發電機產生的部分輸出電能或該外接電源作為該啟動空壓機的驅動電源而運轉。

當該啟動空壓機提供達恆穩定壓力，並藉由貯氣槽、恆穩調壓器、渦輪機，及減速齒輪箱傳動機械能量而使該發電機產出穩定的輸出電能。在此同時，該發電機產生的部分輸出電能透過該自動電源切換開關的切替，終使該主空壓機開始運轉；最後當該主空壓機也達到上述恆穩定壓力輸出後，使該啟動空壓機隨同自動電源切換開關的切替而停止運轉。(圖未示)

本新型之功效在於：藉由貯氣槽內預先儲存的壓縮空氣做為動力來源驅動渦輪機運轉以帶動發電機產生電能，因此不需要裝設現有汽電共生發電裝置中的蒸汽鍋爐，所以在運轉過程中不需燃燒任何石化燃料，也不會產生任何汙染氣體。此外，貯氣槽的結構也遠比蒸汽鍋爐簡單，因此降低了發電裝置整體的製造成本與維護難度。另外，由於無須配置蒸汽鍋爐與廢氣排放處理的空間，大幅減小了發電裝置的體積而能節省空間。再者，因空壓機單元能選 擇地使用發電機產生的部分輸出電能作為其驅動電源，因此運作時能更加節省能源消耗，

有關本新型之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。

參閱圖1，為本新型大氣收縮壓發電裝置之較佳實施例，包含一渦輪機11、一供壓單元2、一發電機12、一連接渦輪機11與發電機12的減速齒輪箱13、一空壓機單元3，及一自動電源切換開關4。該供壓單元2包括一內部預先儲存有壓縮空氣的貯氣槽21，及一連接貯氣槽21與渦輪機11的恆穩調壓器22。該恆穩調壓器22用以調節貯氣槽21中壓縮空氣的壓力並輸出至渦輪機11，能確保貯氣槽21供給渦輪機11之壓縮空氣的壓力與氣流量保持穩定，並藉由輸出的壓縮空氣驅動渦輪機11運轉。其中渦輪機11的進排氣端設有一電磁閥軸節開關保護裝置(圖未示)，能在渦輪機11運轉過速或失速時調節渦輪機11的壓縮空氣進排氣量，達到調整渦輪機11轉速的功效。而該等壓縮空氣於推動渦輪機11運轉後，則回流至貯氣槽21內補充貯氣槽21中的空氣壓力。

該發電機12經由減速齒輪箱13連接渦輪機11，並受渦輪機11的運轉帶動以將渦輪機11轉動的機械動能轉換為輸出電能72並輸出。在本實施例中，渦輪機11相較於發電機12具有較高的轉速，因此，減速齒輪箱13提供了3000 rpm/1800 rpm的轉速轉換比率，以將渦輪機11輸出之高轉速、低扭力的扭矩轉換為適於驅動發電機12運轉規格之低轉速、高扭力的扭矩，並傳遞至發電機12以驅動發電機12運轉產出60Hz的額定輸出電能72。

該空壓機單元3連接於貯氣槽21，並恆提供貯氣槽21一加壓空氣，使貯氣槽21內的壓縮空氣在一部分經由恆穩調壓器22輸出至渦輪機11後，能持續得到加壓空氣的補充而使內部壓縮空氣保持於一定的壓力值。須強調地，本裝置之發電機12產生的輸出電能72一部分對外輸出以供一聯外輸出系統73使用，而另一部分的輸出電能72則回饋至系統中供空壓機單元3使用。空壓機單元3經由該自動電源切換開關4連接於發電機12與一外接電源71，並能藉由自動電源切換開關4的切換，將空壓機單元3的驅動電源可選擇地在外接電源71與發電機12輸出的部分輸出電能72之間切換。

該空壓機單元3包括連接至貯氣槽21的一主空壓機31及一啟動空壓機32。在大氣收縮壓發電裝置初始啟動時，外接電源71經由自動電源切換開關4傳遞至啟動空壓機32以驅動啟動空壓機32運轉，並藉由啟動空壓機32提供的加壓空氣使貯氣槽21內的空氣壓力達到飽和狀態後，再將壓縮空氣輸出至渦輪機11推動渦輪機11運轉。而在渦輪機11開始帶動發電機12產生穩定的輸出電能72輸出後，自動電源切換開關4便將部分發電機12產生的輸出電能72傳遞至主空壓機31使主空壓機31啟動運轉，並切斷外接電源71而 改以主空壓機31作為提供貯氣槽21的加壓空氣來源。藉此大氣收縮壓發電裝置在開始運轉發電後，便不需再以外接電源71提供空壓機單元3能量的機制，能以自身發電機12產出的輸出電能72滿足空壓機單元3的運轉需求節省了外接電源71的成本。而啟動空壓機32除了於大氣收縮壓發電裝置初始啟動時運轉外，在主空壓機31進行保養、維修或其他緊急狀況需要停機時，也可啟動做為一個備用的加壓空氣源，使貯氣槽21內的空氣持續獲得增壓而維持大氣收縮壓發電裝置的運轉。

本新型大氣收縮壓發電裝置還包含一第一節流控制閥61、一第二節流控制閥62，及一個類比控制單元5。第一節流控制閥61連接空壓機單元3、渦輪機11及貯氣槽21，用以調節控制空壓機單元3與渦輪機11輸入貯氣槽21中的壓縮空氣流量。第二節流控制閥62則連接恆穩調壓器22與渦輪機11，用以調節恆穩調壓器22輸入渦輪機11的壓縮空氣流量。

類比控制單元5包括一延時切換控制器51、一轉速感測器52，及一類比控制器53。轉速感測器52連接該減速齒輪箱13與發電機12，用以感測減速齒輪箱13與發電機12的轉速。類比控制器53則連接於轉速感測器52、第一節流控制閥61及第二節流控制閥62，並能根據轉速感測器52感測到之減速齒輪箱13與發電機12的轉速值，調節壓縮空氣通過該第一節流控制閥61及第二節流控制閥62的流量，因此當減速齒輪箱13與發電機12轉速發生改變時，類比控制器 53能控制第一節流控制閥61及第二節流控制閥62調整以提供貯氣槽21與渦輪機11適當流量的壓縮空氣，確保渦輪機11與發電機12安全穩定地運轉。

類比控制單元5的延時切換控制器51連接於恆穩調壓器22與自動電源切換開關4，用以感測恆穩調壓器22輸出之壓縮空氣的壓力與流量，並根據感測到的壓力與流量值控制自動電源切換開關4以切換空壓機單元3的電源來源。延時切換控制器51設置的主要目的在於：能控制自動電源切換開關4切換空壓機單元3之電源來源的時間，在確保恆穩調壓器22輸出的壓縮空氣具有穩定的壓力與流量且發電機12穩壓產生輸出電能72後，才使自動電源切換開關4切斷外接電源71而改用發電機12產生的輸出電能72供空壓機單元3使用，避免空壓機單元3提供的加壓空氣不穩定，連帶使恆穩調壓器22的壓縮空氣不穩定輸出造成渦輪機11運轉過速或失速而損壞。此外，在大氣收縮壓發電裝置開始運轉發電後，若延時切換控制器51感測到恆穩調壓器22輸出氣流與氣壓不穩定，也能手動控制自動電源切換開關4將空壓機單元3的驅動電源切換至穩定的外接電源71，保護渦輪機11與發電機12平穩地運轉。

綜上所述，本新型大氣收縮壓發電裝置利用貯氣槽21內預先儲存的壓縮空氣做為動力源來驅動渦輪機11運轉以帶動發電機12產生輸出電能72，因此不需要裝設任何蒸汽鍋爐，在運轉的過程中不需使用石化燃料進行燃燒，不會產生任何汙染氣體而符合現今世界節能減碳的環保目標， 更避免了操作的人員需在高溫的環境中進行操作的危險。此外，去除了結構複雜的蒸汽鍋爐，也能降低發電裝置的整體製造成本與維護難度。另外，因不再需要保留燃燒與排放廢氣的處理空間，大幅縮小了發電裝置的體積而能節省空間。確實能達到本新型之目的。

惟以上所述者，僅為本新型之較佳實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，即大凡依本新型申請專利範圍及新型說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

11‧‧‧渦輪機

12‧‧‧發電機

13‧‧‧減速齒輪箱

2‧‧‧供壓單元

21‧‧‧貯氣槽

22‧‧‧恆穩調壓器

3‧‧‧空壓機單元

31‧‧‧主空壓機

32‧‧‧啟動空壓機

4‧‧‧自動電源切換開關

5‧‧‧類比控制單元

51‧‧‧延時切換控制器

52‧‧‧轉速感測器

53‧‧‧類比控制器

61‧‧‧第一節流控制閥

62‧‧‧第二節流控制閥

71‧‧‧外接電源

72‧‧‧輸出電能

73‧‧‧聯外輸出系統

圖1 是一示意圖，說明本新型大氣收縮壓發電裝置一較佳實施例的結構。

11‧‧‧渦輪機

12‧‧‧發電機

13‧‧‧減速齒輪箱

2‧‧‧供壓單元

21‧‧‧貯氣槽

22‧‧‧恆穩調壓器

3‧‧‧空壓機單元

31‧‧‧主空壓機

32‧‧‧啟動空壓機

4‧‧‧自動電源切換開關

5‧‧‧類比控制單元

51‧‧‧延時切換控制器

52‧‧‧轉速感測器

53‧‧‧類比控制器

61‧‧‧第一節流控制閥

62‧‧‧第二節流控制閥

71‧‧‧外接電源

72‧‧‧輸出電能

73‧‧‧聯外輸出系統

Claims (7)

1. 一種大氣收縮壓發電裝置，包含：一渦輪機；一供壓單元，包括一內部儲存有壓縮空氣的貯氣槽，及一連接該貯氣槽與該渦輪機的恆穩調壓器，該恆穩調壓器用以調節該貯氣槽中壓縮空氣的壓力並輸出至該渦輪機，藉壓縮空氣驅動該渦輪機運轉；一發電機，連接該渦輪機並受該渦輪機的運轉帶動，用以將渦輪機運轉的機械動能轉換為電能並輸出；及一空壓機單元，連接於該貯氣槽，並恆提供該貯氣槽一穩壓空氣，使貯氣槽內的壓縮空氣保持於一定的壓力值，且還連接於該發電機與一外接電源，而可選擇地以該發電機輸出的部分電能或該外接電源為該空壓機單元的驅動電源以運轉。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的大氣收縮壓發電裝置，其中，該空壓機單元包括連接該貯氣槽的一主空壓機及一啟動空壓機。
3. 根據申請專利範圍第1項所述的大氣收縮壓發電裝置，還包含一連接該渦輪機與該發電機的減速齒輪箱；該減速齒輪箱用以將該渦輪機輸出扭矩之轉速與扭力轉換至適於驅動該發電機運轉規格的轉速與扭力以驅動該發電機運轉。
4. 根據申請專利範圍第3項所述的大氣收縮壓發電裝置，還包含一自動電源切換開關；該自動電源切換開關連接 該空壓機單元、該發電機，與該外接電源，用以將該空壓機單元的驅動電源在該外接電源與該發電機的輸出電能間切換。
5. 根據申請專利範圍第4項所述的大氣收縮壓發電裝置，還包含一類比控制單元；該類比控制單元包括一連接於該恆穩調壓器與該自動電源切換開關的延時切換控制器；該延時切換控制器用以感測該恆穩調壓器輸出之壓縮空氣的壓力與流量，並根據感測到的壓力與流量值控制該自動電源切換開關切換該空壓機單元的電源來源。
6. 根據申請專利範圍第5項所述的大氣收縮壓發電裝置，還包含一第一節流控制閥及一第二節流控制閥；第一節流控制閥連接該空壓機單元、該渦輪機，及該貯氣槽，用以調節該空壓機單元與該渦輪機輸入該貯氣槽的壓縮空氣流量；該第二節流控制閥連接該恆穩調壓器與該渦輪機，用以調節該恆穩調壓器輸入該渦輪機的壓縮空氣流量。
7. 根據申請專利範圍第6項所述的大氣收縮壓發電裝置，其中，該類比控制單元還包括一連接該減速齒輪箱與該發電機的轉速感測器及一類比控制器；該轉速感測器用以感測該減速齒輪箱與該發電機的轉速；該類比控制器連接該轉速感測器、該第一節流控制閥及第二節流控制閥，並根據該轉速感測器感測到的轉速值調節通過該第一節流控制閥及第二節流控制閥的壓縮空氣流量。