TWM538082U - 太陽熱能及風力等自然能混成發電系統 - Google Patents

Description

太陽熱能及風力等自然能混成發電系統

本新型係有關一種太陽熱能及風力等自然能混成發電系統，尤指一種可以有效混合併行利用太陽熱能與風力等自然能而達到較佳發電效能的自然能混成發電技術。

按，由於使用石化燃料會造成環境的高度污染，所以許多產學業者已經開始致力開發更為潔淨的替代能源。目前已知的發電方式包括有核能發電、水力發電、火力發電、風力發電以及太陽能發電等種類，其中，核能發電與火力發電都會對環境造成高度的污染。另外，水力發電則必須設在水壩上，以放水洩流的方式來驅動水輪機旋轉，進而驅動發電機組發電，由於每次發電都必須放水洩流，所以在水源枯竭時便無法進行水力發電，以致水力發電較難以安裝在水資源較為缺乏的地區。

至於風力發電及太陽熱能發電不但具有不會污染環境的優點，而且風力與太陽能均是大自然取之不盡的自然能源，所以沒有水力發電有實施場所限制以及核能發電與火力發電會對環境造成污染等諸多問題的產生。在各種替代能源中，太陽能、風能以及生質能廣為相關技術產業的重視，然而這些替代能源雖不會造成環境污染以及氣候的暖化，但是卻無法於特定環境與條件下進行發電，例如太陽能發電需處於充足的日照環 境下，風力發電則需處於有風的環境下，於此方能有效利用上述自然能源來進行發電，於此，即會造成太陽能與風能使用與應用上的限制。

為改善上述缺失，相關技術領域業者已然開發出一種如中華民國發明公開第201111628『太陽能和風力的能源轉換器』、發明第I402420號『太陽能發電之自動聚焦構造及群聚式發電裝置』、新型第M379658號『太陽能暨風能混合發電裝置』以及新型第M384240號『移動式風力及可調角度太陽能發電裝置』等專利所示。該等專利雖然可以實現有效混合併行利用太陽能與風力等自然能源發電的功效；惟，該等專利並無與第三種自然能源混合併行的機能設置，以致無法與第三種自然能源(如地熱能源)混合併行來提升發電效能，致使在無日光照射及無風的環境下無法發電，因而造成發電上的不便與困擾的情事產生。

由上述歸納分析得知，習知混合併行自然能發電技術確實未臻完善仍然有再改善的必要性，尤其是，台灣地區具備豐富的地熱資源可供應用發電，因此，如何有效將混合併行自然能發電技術與地熱資源做一有效整合的開發利用而提升整體的發電效能，實已成為相關產官學界所急欲解決與挑戰的技術課題。

本新型第一目的在於，提供一種太陽熱能及風力等自然能混成發電系統，主要是有效混合併行利用太陽熱能與風力等自然能源，藉以達到較佳發電效能。本新型達成第一目的之技術手段，係包括風能動力產生模組、太陽能聚熱模組、流體供應模組、熱能機械轉換模組及發電機組。風能動力產生模組用以承受風力而產生第一機械動力。太陽能聚熱模組用以聚集接收太陽能而產生熱能。流體供應模組用以輸送流體繞經太陽熱能 收集器，使流體可受太陽熱能收集器的熱能加熱作用而成為高溫流體。熱能機械轉換模組可承受高溫流體的驅動而產生第二機械動力。發電機組可接受第一機械動力及第二機械動力的驅動而產生電力。

本新型第二目的在於，提供一種太陽熱能、風力及地熱等自然能混成發電系統，主要是有效混合併行利用太陽熱能、風力及地熱等自然能源，藉以達到更佳的發電效能。本新型達成第二目的之技術手段，係包括風能動力產生模組、太陽能聚熱模組、流體供應模組、熱能機械轉換模組及發電機組。風能動力產生模組用以承受風力而產生第一機械動力。太陽能聚熱模組用以聚集接收太陽能而產生熱能。流體供應模組用以輸送流體繞經太陽熱能收集器，使流體可受太陽熱能收集器的熱能加熱作用而成為高溫流體。熱能機械轉換模組可承受高溫流體的驅動而產生第二機械動力。發電機組可接受第一機械動力及第二機械動力的驅動而產生電力。其中，該熱能機械轉換模組包含一流體供應模組及一全流式水輪機組；該流體供應模組用以輸送一流體繞經該太陽熱能收集器，使該流體可受該太陽熱能收集器的熱能加熱作用而成為高溫流體；該全流式水輪機組包含一水輪機渦輪，該水輪機渦輪可承受該高溫流體的驅動而產生該第二機械動力。

本新型第三目的在於，提供一種可將地熱發電已利用完之低溫廢熱水再次加熱利用的太陽熱能、風力及地熱等自然能混成發電系統，主要是將地熱發電已利用完之低溫廢熱水經太陽熱能加熱系統之加熱後來驅動全流式水輪機組，以增加熱能利用率及提升發電效能。本新型達成第三目的之技術手段，係包括風能動力產生模組、太陽能聚熱模組、流體供應模組、熱能機械轉換模組及發電機組。風能動力產生模組用以承受風力 而產生第一機械動力。太陽能聚熱模組用以聚集接收太陽能而產生熱能。流體供應模組用以輸送流體繞經太陽熱能收集器，使流體可受太陽熱能收集器的熱能加熱作用而成為高溫流體。熱能機械轉換模組可承受高溫流體的驅動而產生第二機械動力。發電機組可接受第一機械動力及第二機械動力的驅動而產生電力。其中，該流體供應模組包含一輸送管路，該輸送管路之輸入端與一地熱發電模組的一廢熱輸出端連接，以接受來自該地熱發電模組已做完地熱發電後的低溫地熱流體，該低溫地熱流體經該太陽能聚熱模組的加熱作用而成為高溫流體，再由該流體供應模組之輸出端導入至該全流式水輪機組中。

本新型第四目的在於，提供一種可以有效增加太陽熱能利用率以提升發電效能的太陽熱能、風力及地熱等自然能混成發電系統。本新型達成第四目的之技術手段，係包括風能動力產生模組、太陽能聚熱模組、流體供應模組、熱能機械轉換模組及發電機組。風能動力產生模組用以承受風力而產生第一機械動力。太陽能聚熱模組用以聚集接收太陽能而產生熱能。流體供應模組用以輸送流體繞經太陽熱能收集器，使流體可受太陽熱能收集器的熱能加熱作用而成為高溫流體。熱能機械轉換模組可承受高溫流體的驅動而產生第二機械動力。發電機組可接受第一機械動力及第二機械動力的驅動而產生電力。其中，該流體供應模組一部分之輸送管路具有一導熱段，該導熱段繞經至少一史特靈發動機(Stirling engines)之一受熱區氣缸壁，該史特靈發動機(Stirling engines)之一致冷區氣缸壁則受到一冷媒管路繞經，藉由該導熱段的加熱作用以及該冷媒管路的致冷作用而使該史特靈發動機(Stirling engines)產生第三機械動力來驅動該發電機組產生電力。

1‧‧‧地熱生產井

10‧‧‧風能動力產生模組

11‧‧‧風車輪組

110,33‧‧‧傳動軸

20‧‧‧太陽能聚熱模組

21‧‧‧太陽熱能收集器

30‧‧‧熱能機械轉換模組

31‧‧‧流體供應模組

310‧‧‧輸送管路

310a‧‧‧導熱段

32‧‧‧全流式水輪機組

320‧‧‧水輪機渦輪

321‧‧‧噴射組件

322‧‧‧溫差用冷卻模組

323‧‧‧機殼

323a‧‧‧輸入段

323b‧‧‧排出段

323c‧‧‧空腔

40‧‧‧發電機組

41‧‧‧輸入軸

50‧‧‧地熱發電模組

51‧‧‧廢熱輸出端

60‧‧‧動力互連機構

61‧‧‧聯軸器

62‧‧‧皮帶輪

63‧‧‧皮帶

70‧‧‧史特靈發動機

71‧‧‧受熱區氣缸壁

72‧‧‧致冷區氣缸壁

73‧‧‧致冷輸送模組

730‧‧‧冷媒管路

圖1係本新型混成發電的具體架構示意圖。

圖2係本新型混成發電的第一種應用實施示意圖。

圖3係本新型混成發電的第二種應用實施示意圖。

圖4係本新型混成發電的第三種應用實施示意圖。

圖5為本新型動力互連機構的動力連結實施示意圖。

為讓 貴審查委員能進一步瞭解本新型整體的技術特徵與達成本新型目的之技術手段，玆以具體實施例並配合圖式加以詳細說明如后：請參看圖1所示，為達成本新型第一目的之第一實施例，係包括風能動力產生模組10、太陽能聚熱模組20、熱能機械轉換模組30及發電機組40等技術特徵。風能動力產生模組10包括一風車輪組11，此風車輪組11用以承受風力而產生第一機械動力。太陽能聚熱模組20用以聚集接收太陽能而產生熱能。熱能機械轉換模組30用以將太陽能聚熱模組20產生之熱能轉換為第二機械動力。發電機組40分別與風車輪組11及熱能機械轉換模組30連動，於此，即可接受第一機械動力及第二機械動力的驅動而產生電力。

請參看圖1、2所示，為達成本新型第二目的之第二實施例，係包括風能動力產生模組10、太陽能聚熱模組20、熱能機械轉換模組30及發電機組40等技術特徵。風能動力產生模組10包括一風車輪組11，此 風車輪組11用以承受風力而產生第一機械動力。太陽能聚熱模組20用以聚集接收太陽能而產生熱能。熱能機械轉換模組30用以將太陽能聚熱模組20產生之熱能轉換為第二機械動力。發電機組40分別與風車輪組11及熱能機械轉換模組30連動，可接受第一機械動力及第二機械動力的驅動而產生電力。其中，上述熱能機械轉換模組30係包含一流體供應模組31及一全流式水輪機組32。流體供應模組31用以輸送一流體繞經太陽能聚熱模組20之太陽熱能收集器21，使流體可受太陽熱能收集器21的熱能加熱作用而成為高溫流體(此溫度介於攝氏100~340度之間)。至於全流式水輪機組32則包含一水輪機渦輪320，此水輪機渦輪320可承受高溫流體的驅動而產生上述的第二機械動力。再者，如圖2所示之流體供應模組3包含一輸送管路310，輸送管路310一端連接一地熱生產井1，輸送管路310另端則連接至太陽能聚熱模組20中，用以將地熱生產井1所輸送之地熱流體加熱為上述的高溫流體。

具體來說，再請配合參看圖2所示之全流式水輪機組32更包含一噴射組件321、一溫差用冷卻模組322及一容裝噴射組件321與水輪機渦輪320的機殼323等技術特徵，此機殼323內具有包括分別位於水輪機渦輪320之兩端的一輸入段323a、一排出段323b及一位於輸入段323a與排出段323b之間的空腔323c。溫差用冷卻模組322包括一冷卻組件322a，此冷卻組件322a與水輪機渦輪320之排出段323b連通。當高溫流體輸入至全流式水輪機組32時，則經噴射組件321之複數個噴嘴以高速噴向水輪機渦輪320，並由輸入段323a經空腔323c而流至排出段323b，再經冷卻組件322a 的冷卻作用，使輸入段323a及排出段323b之間產生一至少攝氏60度的溫度差，藉由此溫度差而使輸入段323a及排出段323b之間產生一至少4bar的壓力差，再藉由此壓力差來驅動水輪機渦輪320運轉而驅使發電機組40運轉而產生電力。具體而言，於本實施例中，輸送至輸入段323a的高溫流體的溫度為至少攝氏120度且壓力為至少5ar，而輸送至排出段323b的高溫流體的溫度則小於攝氏60度且壓力小於1bar。

請參看圖1、3所示，為達成本新型第三目的之第三實施例，係包括風能動力產生模組10、太陽能聚熱模組20、熱能機械轉換模組30、發電機組40及地熱發電模組50等技術特徵。風能動力產生模組10包括一風車輪組11，此風車輪組11用以承受風力而產生第一機械動力。太陽能聚熱模組20用以聚集接收太陽能而產生熱能。熱能機械轉換模組30用以將太陽能聚熱模組20產生之熱能轉換為第二機械動力。發電機組40分別與風車輪組11及熱能機械轉換模組30連動，可接受第一機械動力及第二機械動力的驅動而產生電力。其中，上述流體供應模組31係包含一輸送管路310，此輸送管路310之輸入端與地熱發電模組50的廢熱輸出端51連接，以接受來自地熱發電模組50已做完地熱發電後的低溫地熱流體，低溫地熱流體經太陽能聚熱模組20的加熱作用而成為高溫流體，再由流體供應模組31之輸出端導入至第二實施例所述之全流式水輪機組32中，進而驅動發電機組40產生電力，於此，即可增加熱能利用率及提升發電效能。

具體來說，請參看圖5所示，上述第一、第二及第三實施例皆更包含一動力互連機構60，此動力互連機構60可選擇地與風車輪組11 連動；或是與熱能機械轉換模組30連動；或是與風車輪組11及熱能機械轉換模組30連動，使發電機組40可受風車輪組11驅動而產生電力；或是可受熱能機械轉換模組30驅動而產生電力；或是可受風車輪組11及熱能機械轉換模組30的同時驅動而產生電力。進一步而言，圖5所示之動力互連機構60可以是一種聯軸器61，此聯軸器61可以分別銜接連動風車輪組11及熱能機械轉換模組30之傳動軸110,33，並於二傳動軸110,33與聯軸器61接合處之間分別套設一單向輪或是單向軸承，且聯軸器61外周套設一皮帶輪62，並以一皮帶63套繞皮帶輪62及發電機組40之輸入軸41，當風車輪組11與熱能機械轉換模組30分別產生第一機械動力與第二機械動力時，則可共同推動發電機組40旋轉發電；當風車輪組11產生第一機械動力而熱能機械轉換模組30無動力輸出時，則單獨以風車輪組11之傳動軸110來推動發電機組40旋轉發電，至於熱能機械轉換模組30之傳動軸則形成空轉，而不會成為發電機組40運轉的阻力；當風車輪組11無動力輸出而熱能機械轉換模組30產生第二機械動力時，則單獨以熱能機械轉換模組30之傳動軸33來推動發電機組40旋轉發電，至於風車輪組11之傳動軸則形成空轉，故而不會成為發電機組40運轉的阻力。除此之外，動力互連機構60亦可採用如發明公開第201111628號專利所揭示的互連子系統，於此，同樣可以達到動力選擇切換的功效。

請參看圖1、4所示，為達成本新型第四目的之第四實施例，係包括風能動力產生模組10、太陽能聚熱模組20、熱能機械轉換模組30、發電機組40及史特靈發動機70(Stirling engines)等技術特徵。風能動力產生 模組10包括一風車輪組11，此風車輪組11用以承受風力而產生第一機械動力。太陽能聚熱模組20用以聚集接收太陽能而產生熱能。熱能機械轉換模組30用以將太陽能聚熱模組20產生之熱能轉換為第二機械動力。發電機組40分別與風車輪組11及熱能機械轉換模組30連動，可接受第一機械動力及第二機械動力的驅動而產生電力。其中，流體供應模組31包含一輸送管路310，此輸送管路310之輸入端與一地熱發電模組50的廢熱輸出端51連接，以接受來自地熱發電模組已做完地熱發電後的低溫地熱流體，此低溫地熱流體經太陽能聚熱模組20的加熱作用而成為高溫流體，再由流體供應模組31之輸出端導入至全流式水輪機組32中。

具體來說，本實施例之流體供應模組31一部分之輸送管路310具有一導熱段310a，此導熱段310a繞經至少一組史特靈發動機70(Stirling engines)之受熱區氣缸壁71，史特靈發動機70(Stirling engines)之致冷區氣缸壁72則受到致冷輸送模組73之冷媒管路730繞經，藉由導熱段310a的加熱作用以及冷媒管路730的致冷作用而使史特靈發動機70(Stirling engines)產生第三機械動力來驅動發電機組40產生電力。由於史特靈發動機70已為習知技術，故不再對史特靈發動機70的動作原理詳細贅述。至於冷媒管路73內流通的冷媒可以是低溫的海洋深層水、低溫自來水或是其他低溫冷媒。

此外，請參看圖5所示，本實施例更包含一動力互連機構60，此動力互連機構60可分離地選擇與風車輪組11連動；或是與水輪機渦輪320連動；或是與史特靈發動機70連動；或是與風車輪組11及水輪機渦輪320連動，使發電機組40可受風車輪組11驅動而產生電力；或是可受水 輪機渦輪320驅動而產生電力；或是可受史特靈發動機70驅動而產生電力；或是可受風車輪組11、水輪機渦輪320及史特靈發動機70的同時驅動而產生電力。至於本新型動力互連機構60的具體實施架構可以採用如發明公開第201111628專利所揭示的互連子系統，於此，即可達到動力選擇切換的功效目的。

除此之外，上述太陽熱能收集器21的具體實施可以是一種包含有Fresnel透鏡的聚焦器，此Fresnel透鏡具有平順表面，且具彎曲性，並由透明的聚合物材料所製成，其中一面是平滑表面而其反面是由眾多具縮影線性的Fresnel微細棱柱併排組成的，由平滑表面有效地形成每一個棱柱的光學面之一，而且每一個棱柱都包括可以折射這個光的光學面，每一個棱柱也都有無作用的光學面或者光學階梯不阻礙或者干擾日光的折射射線。於此，薄膠片中眾多微細棱柱被特定排列使得由這些微細棱柱所形成的光學階梯不致妨礙入射日光射線的折射。進一步來說，此Fresnel透鏡薄膠片有固定聚光面向，因此較易磨損破碎的Fresnel微細棱柱那一面不會直接暴露在冰雹，雨，或者其他具破壞性的大自然環境因素。

除此之外，太陽熱能收集器21的更進一步具體實施例，係包括使用複合拋物線聚焦器(CPC)所採用的一種經濟型拋物線聚光槽類型允許更寬廣的太陽光線接收角度與更有效的能量收集，不需要用昂貴的太陽追蹤器去鎖定那每日在天空半球留下它明顯運行軌道的太陽。

以上所述，僅為本新型之一可行實施例，並非用以限定本新型之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精 神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本新型之專利範圍內。本新型所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合創作專利要件，爰依法具文提出申請，謹請 鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

10‧‧‧風能動力產生模組

11‧‧‧風車輪組

20‧‧‧太陽能聚熱模組

21‧‧‧太陽熱能收集器

30‧‧‧熱能機械轉換模組

31‧‧‧流體供應模組

Claims (8)

1. 一種太陽熱能及風力等自然能混成發電系統，其包括：一風能動力產生模組，其包括一風車輪組，該風車輪組用以承受風力而產生第一機械動力；一太陽能聚熱模組，其包含一太陽熱能收集器，用以聚集接收太陽能而產生熱能；一熱能機械轉換模組，其用以將該太陽能聚熱模組產生之該熱能轉換為第二機械動力；及一發電機組，其分別與該風車輪組及該熱能機械轉換模組連動，可接受該第一機械及該動力第二機械動力的驅動而產生電力。
2. 如請求項1所述之太陽熱能及風力等自然能混成發電系統，其中，該熱能機械轉換模組包含一流體供應模組及一全流式水輪機組；該流體供應模組用以輸送一流體繞經該太陽熱能收集器，使該流體可受該太陽熱能收集器的熱能加熱作用而成為高溫流體；該全流式水輪機組包含一水輪機渦輪，該水輪機渦輪可承受該高溫流體的驅動而產生該第二機械動力。
3. 如請求項2所述之太陽熱能及風力等自然能混成發電系統，其中，該流體供應模組包含一輸送管路，該輸送管路之輸入端與一地熱發電模組的一廢熱輸出端連接，以接受來自該地熱發電模組已做完地熱發電後的低溫地熱流體，該低溫地熱流體經該太陽能聚熱模組的加熱作用而成為高溫流體，再由該流體供應模組之輸出端導入至該全流式水輪機組中。
4. 如請求項2所述之太陽熱能及風力等自然能混成發電系統，其中，該流體供應模組一部分之輸送管路具有一導熱段，該導熱段繞經至少一史特靈發動機(Stirling engines)之一受熱區氣缸壁，該史特靈發動機(Stirling engines)之一致冷區氣缸壁則受到一致冷輸送模組之一冷媒管路繞經，藉由該導熱段的加熱作用以及該冷媒管路的致冷作用而使該史特靈發動機(Stirling engines)產生第三機械動力來驅動該發電機組產生電力。
5. 如請求項2所述之太陽熱能及風力等自然能混成發電系統，其中，該高溫流體的溫度介於攝氏100~350度之間。
6. 如請求項2所述之太陽熱能及風力等自然能混成發電系統，其中，該全流式水輪機組更包含一噴射組件、一溫差用冷卻模組及一容裝該噴射組件與該水輪機渦輪的機殼，該機殼內具有包括分別位於該水輪機渦輪之兩端的一輸入段、一排出段及一位於該輸入段與該排出段之間的空腔；該溫差用冷卻模組包括一冷卻組件，該冷卻組件與該水輪機渦輪之該排出段連通；當該高溫流體輸入至該全流式水輪機組時，經該噴射組件之複數個噴嘴以高速噴向該水輪機渦輪，並由該輸入段經該空腔而流至該排出段，再經該冷卻組件的冷卻作用，使該輸入段及該排出段之間產生一至少攝氏60度的溫度差，藉由該溫度差而使該輸入段及該排出段之間產生一至少4bar的壓力差，再藉由該壓力差來驅動該水輪機渦輪運轉而致使該發電機組運轉產生該電力。
7. 如請求項6所述之太陽熱能及風力等自然能混成發電系統，其中，輸送至該輸入段的該高溫流體的溫度為至少攝氏120度且壓力為至少5ar，而輸送至該排出段的該高溫流體的溫度則小於攝氏60度且壓力小於1bar。
8. 如請求項1所述之太陽熱能及風力等自然能混成發電系統，其更包含一動力互連機構，該動力互連機構可選擇地與該風車輪組連動；或是與該熱能機械轉換模組連動；或是與該風車輪組及該熱能機械轉換模組連 動，使該發電機組可受該風車輪組驅動而產生該電力；或是可受該熱能機械轉換模組驅動而產生該電力；或是可受該風車輪組及該熱能機械轉換模組的同時驅動而產生該電力。