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TWI427250B - 浮力式太陽集熱動力裝置 - Google Patents

浮力式太陽集熱動力裝置 Download PDF

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TWI427250B
TWI427250B TW100124683A TW100124683A TWI427250B TW I427250 B TWI427250 B TW I427250B TW 100124683 A TW100124683 A TW 100124683A TW 100124683 A TW100124683 A TW 100124683A TW I427250 B TWI427250 B TW I427250B
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Chang Hsien Tai
Jr Ming Miao
Ming Hui Ho
Uzu Kuei Hsu
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Description

浮力式太陽集熱動力裝置
本發明係關於一種動力裝置，尤其是一種浮力式太陽集熱動力裝置。
習知太陽能集熱式動力裝置係包含一集熱組件及一儲能組件，透過該集熱組件吸收太陽所放射之熱能，且將該熱能轉換成電能或其他能量型態，再將該能量輸出至該儲能組件儲存，如此，讓使用者即使是在沒有太陽的時候，也能運用早已儲存的能量。
習知太陽能集熱式動力裝置在吸收太陽熱能後，會將該熱能透過一熱機轉換成軸功輸出，而在轉換的過程中，因系統匹配考量，該熱機之單位時間能量轉換值有限，未能充分利用吸收之太陽輻射熱能，使得軸功的供應量變少且不穩定，降低該太陽能集熱式動力裝置的供能效果。
此外，該集熱組件大多設有一聚熱板，並將該聚熱板置於地表平面或屋頂平面，透過該聚熱板吸收太陽所放射之輻射熱能，為使該聚熱板能順利接收太陽熱能，該聚熱板之配置必須避免週遭存在遮蔽物，或是保持該聚熱板周圍之淨空，當一區域置放該聚熱板後，該區域之鄰近空間便產生其他物件擺放的限制。
如此一來，為了達到空間的有效利用及提供一穩定的動力來源二個基本需求，傳統的太陽能集熱式動力系統存在改良的空間。
本發明之主要目的係提供一種浮力式太陽集熱動力裝置，該熱式動力裝置可降低系統因日照量變化所造成之能量供應不均，使該集熱式動力裝置能產生更多的能量。
本發明之次要目的係提供一種浮力式太陽集熱動力裝置，該熱式動力裝置可浮於空中，減少地面空間其他擺設的限制。
為達到前述發明目的，本發明所運用之技術手段包含有：一種浮力式太陽集熱動力裝置，係包含：一座體，具有一容置空間，該容置空間具有一第一工作流體，該第一工作流體具有小於1之比重，用以對該座體提供浮力；一集熱組件，結合於容置空間之開口端，使該容置空間形成一密閉空間；一導熱組件，具有連接該集熱組件以傳導熱能之一導熱管，該導熱管一端管口連接容置空間，該導熱管之另一端管口連接一泵，該泵由抽取口抽取容置空間之第一工作流體；及一熱機，由數管路連通一壓縮機、一熱交換器及一氣渦輪機，該氣渦輪機連接一發電機，該熱交換器與第一工作流體作熱交換。
本發明之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該集熱組件具有一透光層、一集熱層及一集熱板，該集熱層之一表面連接該透光部，另一表面連接該集熱板。
本發明之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該透光層設有數聚光部。
本發明之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該數聚光 部形成弧凹表面。
本發明之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該集熱層設有數第一集熱部及數第二集熱部，該數第一集熱部及數第二集熱部間隔設置，且該數第一集熱部與該數聚光部對應設置。
本發明之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該數第一集熱部還可以形成漸窄之斜度設計。
本發明之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該數第二集熱部填充一溫室氣體。
本發明之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該集熱板設有數集熱道，該數集熱道對應設置於該數第一集熱部之窄部。
本發明之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該導熱管設於數集熱道內。
本發明之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該第一工作流體為一氦氣。
本發明之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該座體之材料為一絕熱材質。
本發明之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該熱機還可以另設有一預熱器，該預熱器設於壓縮機與熱交換器之間。
本發明之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該熱機之數管路內具有一第二工作流體。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第1、2圖所示，本發明之浮力式太陽集熱動力裝置係包含一座體1、一集熱組件2、一導熱組件3及一熱機4。該座體1具有一容置空間11，該集熱組件2結合於該容置空間11之開口端，使該座體1之容置空間11形成一密閉空間，該導熱組件3結合於該集熱組件2，該熱機4可以與該密閉空間之工作流體作熱交換。
該座體1具有一容置空間11，該容置空間11可以容置第一工作流體，該第一工作流體之成份在此並不設限，較佳為一氣體且具有熱容比(Cp)高且比重小於1之特性，使該第一工作流體具有較高的容熱效果與較大的浮力，在本實施例中，該第一工作流體為一氦氣。該座體1之材料與形狀在此並不設限，較佳以絕熱材質製成，避免熱量由該座體1導出。
該集熱組件2係結合於該容置空間11之開口端，並將該開口端封閉，使該容置空間11形成一密閉空間，可以避免該容置空間11內之第一工作流體逸出。該集熱組件2係包含一透光層21、一集熱層22及一集熱板23。
該透光層21係由透光材質製成，並具有數聚光部211，該數聚光部211可匯集太陽光所照射之熱能，在本實施例中，該數聚光部211形成弧凹表面，使太陽光能聚焦，形成較佳之集熱效果。
該集熱層22之一表面連接該透光層21，並設有數第 一集熱部221與數第二集熱部222。該數第一集熱部221係相對該數聚光部211設置，該數第一集熱部221較佳形成漸窄之斜度設計，以達到較佳之聚熱效果；該數第二集熱部222係設於未連接該聚光部211之區間，在本實施例中，該數第二集熱部222係與該數第一集熱部221間隔設置，且該數第二集熱部222較佳可填充溫室氣體以增加熱源吸收效果。
該集熱板23連接於該集熱層22之另一表面，該集熱板23設有數集熱道231，該數集熱道231係相對設置於該數第一集熱部221之窄部，以將該數第一集熱部221之熱能匯集至該數集熱道231。該集熱板23較佳以高導熱材質製成，使該集熱板23能累積與聚集數第一集熱部221與數第二集熱部222之熱量。
該導熱組件3包含一導熱管31及一泵32，該導熱管31較佳為高導熱材質製成，該導熱管31穿設於數集熱道231，用以傳導該集熱道231所匯集之熱能，在本實施例中，該導熱管31係形成連續之繞設於數集熱道231。該導熱管31之一端管口連接於泵32，該導熱管31之另一端管口連接於容置空間11，經由該泵32之抽取口321可以使該第一工作流體能於該容置空間11、導熱管31及泵32之間循環流動，將該導熱管31之熱能傳導至該容置空間11。
該熱機4具有一壓縮機41、一熱交換器42、一氣渦輪機43及一發電機44，在本實施例中，該熱機4較佳可以設有一預熱器45，並設有數管路，透過該數管路連結該壓縮機41、預熱器45、熱交換器42及氣渦輪機43，使該 壓縮機41、預熱器45、熱交換器42及氣渦輪機43之間形成一循環迴路，該循環迴路中還可以填充第二工作流體，其中，該氣渦輪機43連接該發電機44。當該壓縮機41推動該第二工作流體後，該第二工作流體會經過該預熱器45進行預熱，再經過該熱交換器42與容置空間11之第一工作流體進行熱交換，以吸收該容置空間11中之熱能。該熱交換器42之設置位置並不設限，在本實施例中，該熱交換器42設於該容置空間11內。當該第二工作流體經過該預熱器45與熱交換器42提高溫度，並達到足以推動該氣渦輪機43之熱能後，推動該氣渦輪機43，使該氣渦輪機43輸出一軸功至該發電機44，產生一電能輸出。
請再參閱第1、2圖所示，其係本發明之浮力式太陽集熱動力裝置之作動過程，係由該數聚光部211匯集太陽光的熱能，並將該熱能透過數第一集熱部221進行聚熱，再將該熱能集中於該數集熱道231，及該數第二集熱部222內所填充之溫室氣體的溫度，也會隨著太陽光照射該透光層21而上升，以使該集熱板23更具有被加熱之效果，以使該數集熱道231與該集熱板23之溫度提升，進而使繞設於該數集熱道231之導熱管31能處於高溫環境，提升導熱管31的溫度。
由於該導熱管31之一端管口與該泵32之抽取口321連接該容置空間11，使該容置空間11之第一工作流體可於該導熱管31內與該容置空間11產生循環，該泵32之抽取口321會抽取該容置空間32之第一工作流體，並將該容置空間11之第一工作流體送入該導熱管31，該第一工作 流體通過該導熱管31時，該導熱管31之熱能會傳導至該第一工作流體，使該熱能隨著該第一工作流體由導熱管31之管口排出至容置空間11，藉由該第一工作流體的循環作動，使熱量由該集熱組件2轉移至該容置空間11內儲存。
由於該熱機4之熱交換器42設於該容置空間11內，並與該容置空間11之第一工作流體進行熱交換，當該壓縮機41驅動該熱機4內之第二工作流體時，該第二工作流體會先經過該預熱器45進行預熱，再經過該熱交換器42進行熱交換，吸收該容置空間11中之熱能，透過該二階段之熱能吸收，使該第二工作流體具有驅動該氣渦輪機43的能量，進而推動該氣渦輪機43而產生一軸功輸出，並將該軸功輸入至該發電機44轉換成電能，當該第二工作流體釋放出本身的熱能驅動該氣渦輪機43後，會再度回到該壓縮機41，再進行下一次的循環作動。
在本發明之浮力式太陽集熱動力裝置之作動過程中，除了透過該集熱組件2累積熱能外，該熱量也會透過該導熱組件3，將熱能透過第一工作流體傳導至該容置空間11，使熱能累積儲存於該容置空間11中，當該熱機4與該容置空間11進行熱交換時，雖然單位時間內之熱交換效率有限，惟未完全利用之熱能不會直接逸散，而是會繼續存在該容置空間11內，繼續進行熱交換的動作。此外，該容置空間11所填充之第一工作流體，為高熱容比與比重小於1之氣體，高熱容比可使該氣體儲存更高的熱能，比重小於1會使該氣體上升，產生浮力，當該浮力大於該動力裝置整體之重量時，會使該動力裝置上升，並使該動力裝置 形成一滯空之狀態。
本發明之浮力式太陽集熱動力裝置，該熱式動力裝置有較佳之儲熱效果，可減少熱量的逸失，具有使該熱式動力裝置產生更多的能量之功效。
本發明之浮力式太陽集熱動力裝置，該熱式動力裝置有滯空之設計，具有減少地面空間其他擺設限制之功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
〔本發明〕
1‧‧‧座體
11‧‧‧容置空間
2‧‧‧集熱組件
21‧‧‧透光層
211‧‧‧聚光部
22‧‧‧集熱層
221‧‧‧數第一集熱部
222‧‧‧數第二集熱部
23‧‧‧集熱板
231‧‧‧集熱道
3‧‧‧導熱組件
31‧‧‧導熱管
32‧‧‧泵
321‧‧‧抽取口
4‧‧‧熱機
41‧‧‧壓縮機
42‧‧‧熱交換器
43‧‧‧氣渦輪機
44‧‧‧發電機
45‧‧‧預熱器
第1圖：本發明浮力式太陽集熱動力裝置立體圖。
第2圖：本發明浮力式太陽集熱動力裝置剖視圖。
1‧‧‧座體
11‧‧‧容置空間
2‧‧‧集熱組件
21‧‧‧透光層
211‧‧‧聚光部
22‧‧‧集熱層
221‧‧‧數第一集熱部
222‧‧‧數第二集熱部
23‧‧‧集熱板
231‧‧‧集熱道
3‧‧‧導熱組件
31‧‧‧導熱管
32‧‧‧泵
321‧‧‧抽取口
4‧‧‧熱機
41‧‧‧壓縮機
42‧‧‧熱交換器
43‧‧‧氣渦輪機
44‧‧‧發電機
45‧‧‧預熱器

Claims (13)

  1. 一種浮力式太陽集熱動力裝置，係包含：一座體，具有一容置空間，該容置空間具有一第一工作流體，該第一工作流體具有小於1之比重，用以對該座體提供浮力；一集熱組件，結合於容置空間之開口端，使該容置空間形成一密閉空間；一導熱組件，具有連接該集熱組件以傳導熱能之一導熱管，該導熱管一端管口連接容置空間，該導熱管之另一端管口連接一泵，該泵由抽取口抽取容置空間之第一工作流體；及一熱機，由數管路連通一壓縮機、一熱交換器及一氣渦輪機，該氣渦輪機連接一發電機，該熱交換器與第一工作流體作熱交換。
  2. 依申請專利範圍第1項所述之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該集熱組件具有一透光層、一集熱層及一集熱板，該集熱層之一表面連接該透光部，另一表面連接該集熱板。
  3. 依申請專利範圍第2項所述之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該透光層設有數聚光部。
  4. 依申請專利範圍第3項所述之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該數聚光部形成弧凹表面。
  5. 依申請專利範圍第3、4項所述之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該集熱層設有數第一集熱部及數第二集熱 部，該數第一集熱部及數第二集熱部間隔設置，且該數第一集熱部與該數聚光部對應設置。
  6. 依申請專利範圍第5項所述之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該數第一集熱部形成漸窄之斜度設計。
  7. 依申請專利範圍第5項所述之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該數第二集熱部填充一溫室氣體。
  8. 依申請專利範圍第6項所述之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該集熱板設有數集熱道，該數集熱道對應設置於該數第一集熱部之窄部。
  9. 依申請專利範圍第8項所述之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該導熱管設於數集熱道內。
  10. 依申請專利範圍第1項所述之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該第一工作流體為一氦氣。
  11. 依申請專利範圍第1項所述之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該座體之材料為一絕熱材質。
  12. 依申請專利範圍第1項所述之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該熱機另設有一預熱器，該預熱器設於壓縮機與熱交換器之間。
  13. 依申請專利範圍第1項所述之浮力式太陽集熱動力裝置，其中，該熱機之數管路內具有一第二工作流體。
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