TWM505114U - 提升發電效率的轉換裝置 - Google Patents

Description

提升發電效率的轉換裝置

本創作在提供一種提升發電效率的轉換裝置，其以電感性裝置結合電容性裝置，施予並聯形成轉換裝置，使電能與電力間共振(Resonant)，呈特殊移轉性「電氣耦合」，達成高效率發電轉換裝置。

據物理學的輻射場(Radio Frequency Field)，包含力、光、電、磁、核、化、溫、機等能量場，都與其中的電場共生。習慣上稱由能量場生電是發電、由電生能量場為用電。每個能量場相互之間透過電場作能量的傳遞或交換，稱為場效應轉換。

請參閱圖一所示為目前發電的電力輸出方式，其直接將電能產生裝置10所產生的電能經整流濾波後當成電力儲存或輸出使用，無任何轉換機制或方式。電能係指電的形態呈頻率變化或相位變化或振幅變化的不連續現象，如交流電、發電機等。圖一中標號11表示電力儲存或輸出端。

請參閱圖二。電能產生裝置10所產生的電能經整流濾波後，其電的性與電力類似呈電容性，故難以充入電池成可利用的實電，只能暫存於電力儲存裝置內成為會消散的虛電。所述儲存裝置可以是電容111。其間，電能轉換成電力的電氣電路為i。只有電容111內阻R與電力端內阻r相同(R=r)時，才有穩定電力輸出。即習知最大功率移轉定理(MPTT)，造成一半的電能損失於無形。因此，目前任何形式的轉換都會有損失。例如：力場，經由壓電片(Piezoelectric)，轉成非連續電能輸出。高電能脈衝輕易消失。

光場，經電壓(Voltaic)效應)由光伏板(Solar voltaic)，轉成非連續電 能輸出。轉換損失大。

磁場，經由電磁鐵(Magnetism)，轉成非連續電能輸出。資源有限輸出卻是弱電。

核場，經裂解融合效應，由蒸氣渦輪(Steam turbine)，轉成非連續電能輸出。產生副產物核廢料。

化場，經逆電化學效應，由燃料電池(Fuel cell)，轉成非連續電能輸出。同時產生熱電效應。

溫場，經由熱電偶(Thermal coupler)，轉成非連續電能輸出。發電效率極低。

機場，經反電機效應，由交流發電機(Alternator)，轉成非連續電能輸出。機械損失大。其中，因為產生電能是無法當正規電力使用。

本創作在提供一種提升發電效率的轉換裝置，其以電感性裝置結合電容性裝置，施予並聯形成轉換裝置。電能轉成電力時，使電能與電力間共振(Resonant)，呈特殊移轉性「電氣耦合」，為電能與電力間的接合內阻近乎於零的傳遞電氣耦合，達成高效率發電轉換裝置。所述轉換裝置與電能產生裝置組合後，能夠形成由電容性裝置及電感性裝置作電性並聯連接而構成的共振電路。所述電能產生裝置所產生的電能經所述轉換裝置的共振電路後輸出電力，使電壓與電流間產生振盪的電氣耦合，能夠將所述電能產生裝置所輸出的電能作較大功率傳遞輸出，提升發電效率。

本創作所提供之提升發電效率的轉換裝置，其係與電能產生裝置的輸出端連接，並與電能產生裝置做電性並聯。所述電能產生裝置為一種能夠產生直流性電能的直流發電裝置。所述轉換裝置包含有一電容性裝置及一電感性裝置。所述電容性裝置與所述電感性裝置間施予電性並聯連接而構成共振電路。所述直流發電裝置所產生的電能經所述轉換裝置的共振電路後輸出電力。所述電容性裝置在振盪電路中能夠將電流相位超前電壓相位90度，使電壓與電流間產生振盪的電氣耦合，能夠將所述直流發電裝置所輸出的電能作較大功率傳遞輸出。

所述直流發電裝置可以是壓電片、光伏板、燃料電池、熱電偶等。

所述電感性裝置為升壓器、高壓產生器、交換式變流器、交換式變頻器、離子產生器等。

所述電感性裝置包含有一電感元件及一高頻振盪開關。所述電感元件為固態線圈、變壓器、振盪線圈、介電電感器、電抗器、升壓線圈等。所述高頻振盪開關可以是振盪積體電路、交換式控制器、自激振盪電路、自激振盪器、交換式開關、脈衝產生器等。

所述電容性裝置為電容抗、電容電池、無極性電容、介電電容、超級電容、電解電容等其中之一。

本創作所提供之提升發電效率的轉換裝置，其係與電能產生裝置的輸出端連接，並與電能產生裝置做電性並聯。所述電能產生裝置為一種能夠產生交流性電能的交流發電裝置，其具有電感性；所述轉換裝置包含有一電容性裝置；所述轉換裝置與所述交流發電裝置間施予電性並聯連接而構成共振電路；所述電容性裝置在共振回路中能夠將電流相位超前電壓相位90度，使電壓與電流間產生振盪的電氣耦合，能夠將所述交流發電裝置所輸出的電能作較大功率傳遞輸出，藉以提升發電效率。

所述交流發電可以是交流發電機、風力發電機、渦輪發電機等。所述電容性裝置可以是電容器。

10‧‧‧電能產生裝置

11‧‧‧電力儲存或輸出端

111‧‧‧電容

20‧‧‧電能產生裝置

21‧‧‧直流發電裝置

22‧‧‧交流發電裝置

211‧‧‧壓電片

30‧‧‧轉換裝置

31‧‧‧電容性裝置

311‧‧‧電容

312‧‧‧電容

32‧‧‧電感性裝置

321‧‧‧電感元件

322‧‧‧高頻振盪開關

323‧‧‧變頻器

33‧‧‧電容性裝置

40‧‧‧電力儲存或輸出端

41‧‧‧電力輸出端

42‧‧‧電力儲存端

43‧‧‧電力輸出端

i₁ ‧‧‧第一電流迴路

i₂ ‧‧‧第二電流迴路

圖一為習用電能轉換成電力的裝置示意圖。

圖二為圖一所示裝置的電路示意圖。

圖三為本創作裝置的電路方塊圖。

圖四為本創作實施例的電路方塊圖。

圖五為實踐圖四的電路示意圖。

圖六為實踐圖四的另一電路示意圖。

圖七為本創作再一實施例的電路方塊圖。

圖八實踐圖七的電路示意圖。

本創作揭露一種提升發電效率的轉換裝置，其以電場的場效 應等效量子力學中的粒子衰變(Particle decay)，可類比出電學中電氣耦合即複數平面的頻率/相位/振幅，使本創作的轉換裝置可以用於發電的一種機制，同時作用於實功與虛功之間，故稱為場效應轉換裝置，尤指能夠阻抗匹配於電能與電力的轉換裝置。

請參閱圖三。本創作的轉換裝置30係與電能產生裝置20 連接，以將電能轉換成電力輸出至電力儲存或輸出端40。所述轉換裝置與電能產生裝置20做電性並聯連接。所述轉換裝置30包含由電容性裝置31及電感性裝置32作電性並聯連接而構成的振盪電路。所述電能產生裝置20所產生的電能經所述轉換裝置30的振盪電路後輸出電力，使電壓與電流間產生振盪的電氣耦合，能夠將所述電能產生裝置所輸出的電能作較大功率傳遞輸出，提升發電效率。

請參閱圖四及圖五所示的實施例，本實施例為一種運用在能 夠產生直流性電能的直流發電裝置21上的轉換裝置30。本實施例的轉換裝置30係設置在直流發電裝置21與電力儲存端41之間，並與直流發電裝置21做電性並聯連接。所述轉換裝置30包含有一電容性裝置31及一電感性裝置32。所述電容性裝置31與所述電感性裝置32間施予電性並聯連接而構成共振電路。所述直流發電裝置21所產生的電能經所述轉換裝置30的共振電路後輸出電力。所述電容性裝置31在振盪回路中能夠將電流相位超前電壓相位90度，使電壓與電流間產生振盪的電氣耦合，將所述直流發電裝置21所輸出的電能作較大功率傳遞輸出，提升發電效率。

圖五中，直流發電裝置21為壓電片211，其能夠產生直流 型態的電能。所搭配的轉換裝置30包含有一電容性裝置31及一電感性裝置32。所述電容性裝置31為超大容量的電容312。所述電感性裝置32包含有一電感元件321及一高頻振盪開關322。所述電容311與所述電感性裝置32間施予電性並聯連接而構成共振電路。所述電容311在振盪回路中能夠將電流相位超前電壓相位90度，使電壓與電流間產生振盪的電氣耦合。 所述高頻振盪開關322能夠賦予電感321與電容311產生共振作用，形成共振電路。所述高頻振盪開關322可以是振盪積體電路、交換式控制器、自激振盪電路、自激振盪器、交換式開關、脈衝產生器等。

圖五中，壓電片211與所述轉換裝置30之間形成第一電流 迴路i₁ 。電能經所述轉換裝置的共振電路轉換成電力後依第二電流迴路i₂ 由電力輸出端41輸出電力。因第一電流迴路i₁ 與第二電流迴路i₂ 為各自獨立的路徑，則電能與電力間的接合內阻在接近於零的情形下作傳遞，使發電端所產生的電能能夠全部或接近全部轉換成電力輸出，提升發電效率。

前述中的直流發電裝置除了是壓電片以外，亦可以是光伏 板、燃料電池、熱電偶等其中之一。所述電感元件可以是固態線圈、變壓器、振盪線圈、介電電感器、電抗器、升壓線圈等其中之一。

請參閱圖六所示本創作的另一實施例。本實施例中，所述電 容性裝置31為超大容量的電容312。所述電感性裝置32內含振盪器(圖上未示出)及電感元件(圖上未示出)的變頻器323。所述電容312與所述變頻器323之間為電性並聯連接而構成共振電路。所述電容311在共振回路中能夠將電流相位超前電壓相位90度，使電壓與電流間產生振盪的電氣耦合。圖六中，直流發電裝置21與所述轉換裝置30之間形成第一電流迴路i₁ 。變頻器323與電力儲存端42之間形成第二電流迴路i₂ 。因第一電流迴路i₁ 與第二電流迴路i₂ 的路徑各自獨立，發電端的內阻與電力儲存端的阻抗R無關。則所述轉換裝置30在電能與電力間的接合內阻接近於零的情形下作傳遞形成電氣耦合，使發電端所產生的電能能夠全部或接近全部轉換成電力儲存。

圖四中所示電感性裝置32除了可以是圖六中所示的變頻器 323外，還可以是升壓器、高壓產生器、交換式變流器、交換式變頻器、離子產生器等其中之一。

請參閱圖七及圖八所示本創作的再一實施例。本實施例中， 電能產生裝置20為能夠產生交流性電能的交流發電裝置22，其具有電感性。所搭配的轉換裝置30為具有超大容量的電容性裝置33。所述電容性裝 置33與所述交流發電裝置22間施予電性並聯連接而構成共振電路。所述電容性裝置33在共振回路中能夠將電流相位超前電壓相位90度，使電壓與電流間產生振盪的電氣耦合，能夠將所述交流發電裝置22所輸出的電能作最大功率移轉，提升發電效率。

圖八中，交流發電裝置22與電容性裝置33之間形成第一電 流迴路i₁ 。電容性裝置33與電力輸出端43之間形成第二電流迴路i₂ 。因第一電流迴路i₁ 與第二電流迴路i₂ 的各自獨立的路徑，則所述轉換裝置30在電能與電力間的接合內阻接近於零的情形下作傳遞電氣耦合，使發電端所產生的電能能夠全部或接近全部轉換成電力輸出。所述交流發電裝置22可以是交流發電機、風力發電機等。所述電容性裝置33可以是電容器。

本創作主要在電能轉換成電力的輸出路徑設置電容性裝置 及電感性裝置，以構成共振電路，使電能在經共振電路的振盪作用下，使電能產生裝置所輸出的電能作較大功率傳遞輸出，提升發電效率。

以上說明對本創作而言只是說明性的，而非限制性的，本領 域普通技術人員理解，在不脫離所附說明書所限定的精神和範圍的情況下，可做出許多修改、變化或等效，但都將落入本創作的保護範圍內。

21‧‧‧直流發電裝置

211‧‧‧壓電片

30‧‧‧轉換裝置

31‧‧‧電容性裝置

311‧‧‧電容

32‧‧‧電感性裝置

321‧‧‧電感元件

322‧‧‧高頻振盪開關

41‧‧‧電力輸出端

i₁ ‧‧‧第一電流迴路

i₂ ‧‧‧第二電流迴路

Claims (9)

1. 一種提升發電效率的轉換裝置，其係與電能產生裝置的輸出端連接，並與所述電能產生裝置呈電性並聯；所述電能產生裝置為一種能夠產生直流性電能的直流發電裝置；所述轉換裝置包含有一電容性裝置及一電感性裝置；所述電容性裝置與所述電感性裝置間施予電性並聯連接而構成共振電路；所述電感性裝置包含有電感元件及一高頻振盪開關；所述直流發電裝置所產生的電能經所述轉換裝置的共振電路後輸出電力；所述電容性裝置在共振電路中能夠將電流相位超前電壓相位90度，使電壓與電流間產生振盪的電氣耦合，能夠將所述直流發電裝置所輸出的電能作較大功率傳遞輸出，藉以提升發電效率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之提升發電效率的轉換裝置，其中，所述直流發電裝置為壓電片、光伏板、燃料電池、熱電偶其中之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述之提升發電效率的轉換裝置，其中，所述電感性裝置為升壓器、高壓產生器、交換式變流器、交換式變頻器、離子產生器其中之一。
4. 如申請專利範圍第1項所述之提升發電效率的轉換裝置，其中，所述電感元件為固態線圈、變壓器、振盪線圈、介電電感器、電抗器、升壓線圈其中之一。
5. 如申請專利範圍第1項所述之提升發電效率的轉換裝置，其中，所述高頻振盪開關為振盪積體電路、交換式控制器、自激振盪電路、自激振盪器、交換式開關、脈衝產生器其中之一。
6. 如申請專利範圍第1項所述之提升發電效率的轉換裝置，其中，所述電容性裝置為電容納、電容電池、無極性電容、介電電容、超級電容、電解電容其中之一。
7. 一種提升發電效率的轉換裝置，其係與電能產生裝置的輸出端連接，並與所述電能產生裝置做電性並聯；所述電能產生裝置為一種能夠產生交流性電能的交流發電裝置，其具有電感性；所述轉換裝置包含有一電容性裝置；所述轉換裝置與所述交流發電裝置間施予電性並聯連接而構成共振電路；所述電容性裝置在共振電路中能夠將電流相位超前電壓相位90度， 使電壓與電流間產生振盪的電氣耦合，能夠將所述交流發電裝置所輸出的電能作較大功率傳遞輸出，藉以提升發電效率。
8. 如申請專利範圍第7項所述之提升發電效率的轉換裝置，其中，所述交流發電裝置為交流發電機、風力發電機、渦輪發電機其中之一。
9. 如申請專利範圍第7項所述之提升發電效率的轉換裝置，其中，所述電容性裝置為電容器。