TWM496893U - 史特林引擎運用在廢氣處理之熱回收裝置 - Google Patents

Description

史特林引擎運用在廢氣處理之熱回收裝置

本創作係有關一種熱回收裝置，特別是指一種將史特林引擎運用在廢氣處理之熱回收裝置。

按，目前全球對能源的主要議題在於石化燃料燃燒後所產生之污染及溫室效應，以及石油在未來30~50年之間將會使用殆盡等問題上，而現階段所採用之內燃機或引擎主要係以石化燃料，如汽油或柴油為能源，所以引擎或內燃機燃燒後所產生的污染以及衍生的溫室效應問題，為人類目前最迫切的課題，再加上油價日漸高昂，對全球的經濟衝擊與日俱增，所以，如何使能源使用率增加，並降低成本便是現今能源技術開發相當重要的課題。

其中，史特林引擎是一種高效率的能量轉換裝置，採用封閉氣體循環及再生器設計；其於西元1816年由蘇格蘭愛丁堡的牧師史特林(Robert Sterling)申請專利權後，此種引擎近兩百年來出現至少百種不同機構型式。理論上，理想史特林引擎的熱效率與卡諾引擎(Carnot engine)相當，二者皆屬可逆熱機(Reversible cycle)，具最高熱力循環轉換效率。史特林引擎使用的工作氣體可為高壓之空氣如氮氣、氦氣、或氫氣等；一般而言，其構造上可能的配置大致分為兩種：第一種配置是利用一個動力活塞壓縮或膨脹氣體，另者是利用一個移氣器(Displacer)使工作氣體在氣缸內來回流動；第二種配置則不用移氣器，完全利用兩個活塞來達到壓縮膨脹氣體與來回驅趕氣體之目的，當氣缸內部氣 體被驅趕至加熱部而受熱時，即因膨脹推動動力活塞而對外作功。

惟，目前技術上提供史特靈發電機發電的熱能提供方式都是直接提供加熱方式進行，該直接加熱的方法有如美國發明專利US6775982號「Solar heat utilization stirling engine power generation plant」專利說明書中所揭示之太陽光聚熱方式提供熱能或直接以火力提供熱能的方式進行；或是，有利用太陽能集熱板收集熱源(受熱端)之史特林引擎，如中華民國新型專利公告第M355500號「太陽能儲熱式史特林引擎發電裝置」，主要係包含有太陽能集熱板、史特林引擎及發電單元，其中：太陽能集熱板設有一加熱單元及儲熱單元，而史特林引擎係接受加熱單元傳遞之熱能而作動，並發電單元係耦合於史特林引擎；藉之，利用太陽光能之加熱器升溫儲熱單元以推動史特林引擎，進而帶動發電單元產生電能者。

但不論其以何種方式進行直接加熱，都有其熱能提供的問題，如以太陽能聚熱方法提供熱能，其受到日照時間的限制而無法全時的發電，或以火力加熱方式反而增生碳排放汙染及增加能源損耗的缺點，因此如何在該類史特林發電機發電技術上提供更佳熱能來源，使其更具環保效益與增加電能產生，便是重要的課題。

有鑑於此，本創作係在提供一種將史特林引擎運用在廢氣處理之熱回收裝置。

為達上揭目的，本創作之熱回收裝置至少包括：廢氣處理模組以及至少一史特林引擎，該史特林引擎係設置於該加熱爐膛一側，該史特林引擎具有至少一汽缸、位於該汽缸內之動力活塞、分別與該汽缸接觸之致冷端及加熱端，以及位於該致冷 端及加熱端間之再生器，該汽缸內並具有氣體，而該加熱端係與該加熱爐膛相互接觸，由該加熱爐膛所產生之熱能推動該史特林引擎動作，進而轉換成電能使用。

依據上述技術特徵，所述史特林引擎為α型史特林引擎、β型史特林引擎，及γ型史特林引擎其中之一。

依據上述技術特徵，所述加熱爐膛係為圓筒形，而該加熱端則形成符合該圓筒形之弧面。

上述熱回收裝置係具有二個史特林引擎。

依據上述技術特徵，所述熱回收裝置進一步設有第一發電機，該第一發電機係與該動力活塞連接，可將該動力活塞之機械能轉換成電能。

依據上述技術特徵，所述熱回收裝置進一步設有相互連接之高壓氣輪機及第二發電機，該高壓氣輪機並與該汽缸連接，該高壓氣輪機具有一渦輪以及與該渦輪連接之輸出軸，可接收該汽缸內之高壓氣體，並可推動渦輪轉動而形成機械能，而該第二發電機則可接受該輸出軸所傳送之機械能轉換成電能。

依據上述技術特徵，所述熱回收裝置進一步設有儲存單元，該儲存單元分別與該汽缸及高壓氣輪機連接，以接收儲存該汽缸內之高壓氣體，並傳送至該高壓氣輪機。

在處理含有有害氣體的廢氣時，一般是使用濕式法、吸附法、加熱分解法及燃燒法等4種方法，本創作主要利用廢氣處理作業中的燃燒廢熱加以利用，用來驅動該史特林引擎動作，進而轉換成電能使用。

10‧‧‧加熱爐膛

20‧‧‧史特林引擎

21‧‧‧汽缸

22‧‧‧動力活塞

23‧‧‧致冷端

24‧‧‧加熱端

25‧‧‧再生器

26‧‧‧移氣器

27‧‧‧壓縮區

28‧‧‧膨脹區

30‧‧‧第一發電機

40‧‧‧高壓氣輪機

50‧‧‧第二發電機

60‧‧‧儲存單元

61‧‧‧儲氣筒

611‧‧‧管路

62‧‧‧控制閥

63‧‧‧腔體

631‧‧‧第三氣室

632‧‧‧第四氣室

64‧‧‧推桿

65‧‧‧墊塊

200‧‧‧槓桿裝置

201‧‧‧桿體

202‧‧‧定位點

300‧‧‧重物組件

301‧‧‧重物塊

302‧‧‧連接件

303‧‧‧腔體

3031‧‧‧第一氣室

3032‧‧‧第二氣室

304‧‧‧墊塊

第1圖係為本創作中熱回收裝置第一實施例之第一示意圖。

第2圖係為本創作中史特林引擎之第二示意圖。

第3圖係為本創作中熱回收裝置第二實施例之第三示意圖。

第4圖係為本創作中熱回收裝置第三實施例之第四示意圖。

第5圖係為本創作中熱回收裝置第四實施例之第五示意圖。

第6圖係為本創作中熱回收裝置第五實施例之第六示意圖。

第7圖係為本創作中熱回收裝置第五實施例之第七示意圖。

第8圖係為本創作中熱回收裝置第六實施例之第八示意圖。

本創作之特點，可參閱本案圖式及實施例之詳細說明而獲得清楚地瞭解。

如第1圖本創作熱回收裝置第一實施例之第一示意圖所示，本創作之動力發電裝置至少包括有：廢氣處理模組以及至少一史特林引擎20。

該廢氣處理模組具有至少一加熱爐膛10，用以處理廢氣。

該史特林引擎20係設置於該加熱爐膛10一側，該史特林引擎20可以為α型史特林引擎、β型史特林引擎，及γ型史特林引擎其中之一，請同時參閱第2圖所示，本創作之史特林引擎20係以β型史特林引擎為例，該史特林引擎20具有至少一汽缸21、位於該汽缸21內之動力活塞22、分別與該汽缸21接觸之致冷端23及加熱端24，以及位於該致冷端23及加熱端24間之再生器25，而該汽缸21內並設有一移氣器26，可將該汽缸區分為壓縮區27及膨脹區28，該膨脹區28係相對接觸於該加熱端24處，該汽缸21內並具有氣體，而該加熱端24係與該加熱爐膛10相互接觸。

利用該加熱端24與該加熱爐膛10相互接觸，可將 廢氣處理作業中的燃燒廢熱加以利用，由加熱爐膛10所產生之熱源傳送至該加熱端24進而驅動內部動力活塞22，將其動能轉換為電能；其中，該熱回收裝置可進一步設有第一發電機30，該第一發電機30係與該動力活塞22連接，可將該動力活塞22之機械能轉換成電能；舉例來說，該動力活塞可連動該第一發電機之軸心，以帶動第一發電機發電；或者該史特林引擎可耦接一感應式之第一發電機，而將動能再轉化成電能，達到發電的目的。

再者，該加熱爐膛10係為圓筒形，而該加熱端24則形成符合該圓筒形之弧面；且如第3圖之實施例所示，該熱回收裝置係具有二個史特林引擎20，且該二個史特林引擎之加熱端24可分別形成半圓弧之弧面，以包覆且完全接觸於該加熱爐膛10，進而達到廢熱有效完全利用之效果。

本創作之熱回收裝置亦可透過史特林引擎內所聚集之高壓氣體，來推動一高壓氣輪機，進而將動能轉換成電能；如第4圖所示，該熱回收裝置進一步設有相互連接之高壓氣輪機40及第二發電機50，該高壓氣輪機40並與該史特林引擎之汽缸21連接，該高壓氣輪機40具有一渦輪(圖未示)以及與該渦輪連接之輸出軸(圖未示)，可接收該汽缸21內之高壓氣體，並可推動渦輪轉動而形成機械能，而該第二發電機50則可接受該輸出軸所傳送之機械能轉換成電能。

再者，該熱回收裝置可進一步設有儲存單元60，如第5圖所示，該儲存單元60分別與該汽缸21及高壓氣輪機40連接，以接收儲存該汽缸21內之高壓氣體，並傳送至該高壓氣輪機40，再由該高壓氣輪機40將高壓氣體轉換成機械能，再經由該第二發電機50將機械能轉換成電能。

請參閱第6圖及第7圖之第五實施例所示，該熱回 收裝置進一步設有儲存單元60、第二發電機50以及位於該儲存單元60及第二發電機50之槓桿裝置200及重物組件300。

槓桿裝置200設有一桿體201及位於該桿體201一側之定位點202，其中，該定位點202係位於該桿體201中心位置處。重物組件300係位於該桿體201之上，該重物組件300設有二重物塊301以及連接二重物塊301之連接件302；如圖所示之實施例中，該重物組件300進一步設有一腔體303，而該些重物塊301及連接件302係位於該腔體303內，並將該腔體303區分為一位於其中一重物塊301鄰側之第一氣室3031，以及一位於另一重物塊301鄰側之第二氣室3032，且該第一氣室3031與其中一重物塊301間設有一墊塊304，該第二氣室3032與另一重物塊301間設有一墊塊304。

儲存單元60設於該桿體201靠近該重物組件300處，該儲存單元60設有一儲氣筒61及與該儲氣筒61連接之控制閥62，該儲存單元60之儲氣筒61可儲存有經壓縮的高壓氣體，且該控制閥62可調節高壓氣體的流量。其中，本發明可設有二儲存單元60，其中一儲存單元60之儲氣筒61可提供經壓縮的高壓氣體至該第一氣室3031，且該儲氣筒61進一步設有一管路611與該第一氣室3031連接，用以接收該第一氣室3031輸出之氣體，而另一儲存單元60之儲氣筒61可提供經壓縮的高壓氣體至該第二氣室3032，且該儲氣筒61亦進一步設有一管路611與該第二氣室3032連接，用以接收該第二氣室3032輸出之氣體。

第二發電機50係與桿體201連接，如圖所示之實施例中，該桿體201二端分別設有一第二發電機50，該第二發電機50之軸心係設有一曲桿51，該曲桿51係樞接於該桿體201。

整體使用時，該儲存單元60之儲氣筒61可提供經 壓縮的高壓氣體至該重物組件300。左側儲氣筒61可提供經壓縮的高壓氣體至該第一氣室3031，同時讓第二氣室3032內之氣體由管路611傳送至該右側儲氣筒61，讓進入該第一氣室3031之高壓氣體可先推動桿體201一側之重物塊301，使其往桿體201另側移動，使該桿體201之重心改變而朝順時針方向擺動，該桿體201擺動時可連動該第二發電機50作動，亦可藉由右側儲氣筒61提供經壓縮的高壓氣體至該第二氣室3032，同時讓第一氣室3031內之氣體由管路611傳送至該左側儲氣筒61，讓進入該第二氣室3032之高壓氣體推動桿體201另側之重物塊301，使該桿體201之重心改變而朝逆時針方向擺動，藉此該儲存單元60僅施以重物組件300於該槓桿裝置200上移動之高壓氣體，即可利用槓桿裝置200及重物組件300之重力作用，讓與該槓桿裝置200連接之第二發電機50動作，而達到發電之目的。

請參閱第8圖之第六實施例所示，該熱回收裝置進一步設有儲存單元60、第二發電機50以及位於該儲存單元60及第二發電機50之槓桿裝置200及重物組件300。其中，該槓桿裝置200之定位點202係位於該儲存單元60及該第二發電機50之間，且靠近該第二發電機50處，且使該桿體201形成不同長度力臂之槓桿裝置200，且該重物組件300係固定於該桿體201之末端並相對位於該第二發電機50處；而該桿體201一端設有一第二發電機50，該第二發電機50之軸心係設有一曲桿51，該曲桿51係樞接於該桿體201，而該儲存單元60係與桿體201連接，且該儲存單元60可位於該桿體201之下。

其中，該儲存單元60進一步設有一儲氣筒61、一腔體63以及位於該腔體63內之推桿64，該推桿64一端係突出於該腔體63並連接於該桿體201，該推桿64另端則位於該腔體內而形 成一墊塊65，該墊塊65將該腔體63區分為一第三氣室631及一第四氣室632，該第三氣室631係位於該墊塊65之下，而該第四氣室632則位於該墊塊65之上，而該儲氣筒61則可提供經壓縮的高壓氣體至該第三氣室631，且該儲氣筒61進一步設有一管路611與該腔體63之第四氣室632連接，用以接收該腔體63之第四氣室632輸出之氣體。

整體使用時，該儲存單元60之儲氣筒61可提供經壓縮的高壓氣體至該桿體201。該儲氣筒61提供經壓縮的高壓氣體至該第三氣室631，同時讓第四氣室632內之氣體由管路611傳送至該儲氣筒61，讓進入該第三氣室631之高壓氣體去推動該墊塊65及推桿64，進而讓推桿64推動桿體201一側，提供該桿體201往上移動，使該桿體201之重心改變而朝逆時針方向擺動，令該桿體201擺動可連動該第二發電機50作動；再藉由該儲氣筒61提供經壓縮的高壓氣體至該第四氣室632，同時讓第三氣室631內之氣體由管路611傳送至該儲氣筒61，讓進入該第四氣室632之高壓氣體去推動該墊塊65，進而讓推桿64往腔體內移動，以拉引該桿體201一端，以提供該桿體201往下移動之力量，使該桿體201之重心改變而朝順時針方向擺動，藉此該儲存單元60於較長力臂端僅施以該槓桿裝置200移動之高壓氣體，即可利用槓桿裝置200之作用，讓與該槓桿裝置200連接之第二發電機50動作，而達到發電之目的。

綜上所述，本創作提供一較佳可行之動力發電裝置，爰依法提呈新型專利之申請；本創作之技術內容及技術特點巳揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本創作之揭示而作各種不背離本案創作精神之替換及修飾。因此，本創作之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本創作之 替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧加熱爐膛

20‧‧‧史特林引擎

24‧‧‧加熱端

Claims (8)

1. 一種史特林引擎運用在廢氣處理之熱回收裝置，其至少包括：廢氣處理模組，其具有至少一加熱爐膛；以及至少一史特林引擎，係設置於該加熱爐膛一側，該史特林引擎具有至少一汽缸、位於該汽缸內之動力活塞、分別與該汽缸接觸之致冷端及加熱端，以及位於該致冷端及加熱端間之再生器，該汽缸內並具有氣體，而該加熱端係與該加熱爐膛相互接觸。
2. 如請求項1所述之史特林引擎運用在廢氣處理之熱回收裝置，其中，該史特林引擎為α型史特林引擎、β型史特林引擎，及γ型史特林引擎其中之一。
3. 如請求項1或2所述之史特林引擎運用在廢氣處理之熱回收裝置，其中，該加熱爐膛係為圓筒形，而該加熱端則形成符合該圓筒形之弧面。
4. 如請求項3所述之史特林引擎運用在廢氣處理之熱回收裝置，其中，該熱回收裝置係具有二個史特林引擎。
5. 如請求項1或2所述之史特林引擎運用在廢氣處理之熱回收裝置，其中，該熱回收裝置進一步設有第一發電機，該第一發電機係與該動力活塞連接，可將該動力活塞之機械能轉換成電能。
6. 如請求項1或2所述之史特林引擎運用在廢氣處理之熱回收裝置，其中，該熱回收裝置進一步設有相互連接之高壓氣輪機及第二發電機，該高壓氣輪機並與該汽缸連接，該高壓氣輪機具有一渦輪以及與該渦輪連接之輸出軸，可接收該汽缸內之高壓氣體，並可推動渦輪轉動而形成機械能，而該第二發電機則可接受該輸出軸所傳送之機械能轉換成電能。
7. 如請求項6所述之史特林引擎運用在廢氣處理之熱回收裝置， 其中，該熱回收裝置進一步設有儲存單元，該儲存單元分別與該汽缸及高壓氣輪機連接，以接收儲存該汽缸內之高壓氣體，並傳送至該高壓氣輪機。
8. 如請求項1或2所述之史特林引擎運用在廢氣處理之熱回收裝置，其中，該熱回收裝置進一步設有儲存單元、第二發電機以及位於該儲存單元及第二發電機之槓桿裝置及重物組件，該槓桿裝置包含一桿體及位於該桿體一側之一定位點；該重物組件係位於該桿體之上；該儲存單元設於該桿體靠近該重物組件處，該儲存單元可提供經壓縮之該高壓氣體至該重物組件，使該桿體之重心改變而擺動；該第二發電機係與該桿體連接，使該桿體擺動時可連動該第二發電機作動。