專利名稱：熱氣引擎發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型有關(guān)一種熱氣引擎發(fā)電裝置，尤指一種用于以低階熱源來發(fā)電，構(gòu)造簡單、成本低，具有很高經(jīng)濟價值的發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：
由于現(xiàn)今石化燃料即將耗盡，因此，如何有效的利用廢熱及再生熱源產(chǎn)生新的能源實在刻不容緩。其中，廢熱約在200℃以下，太陽熱水板在80℃以下，一般溫泉水約在70℃以下，海水與環(huán)境的溫差在15℃左右，火力或核能發(fā)電廠排放水與環(huán)境的溫差在12℃以下，下雪地區(qū)的冰水(或鹽水)與外界的溫差在10℃左右等，這些熱源皆可用于發(fā)電。但，一般火力發(fā)電的熱源溫度需在500℃以上，與上述各種溫度相差甚多，故現(xiàn)有的火力發(fā)電廠設(shè)備顯然不適合以上的再生能源及廢熱的利用。
而熱氣引擎最具代表性的是史特靈引擎(Stirling engine)，其優(yōu)點為可利用任何熱源于外部燃燒，但由于其內(nèi)部氣體熱傳導的系數(shù)低，故而傳熱效率不高，因此若要用太陽能則需聚光至700℃高溫以上，內(nèi)部氣壓在20MPa(200大氣壓力)，才能達到應有的傳熱效率。故其各方面的技術(shù)要求高，設(shè)備昂貴，目前最大只做到25Kw。
綜觀目前市面上，似乎還沒有適當?shù)臒嵋嬖诖笠?guī)模的利用這些低溫的再生能源及廢熱。有鑒于此，申請人乃秉持多年從事該項業(yè)務(wù)的經(jīng)驗，經(jīng)不斷研究、實驗，期使低溫差熱氣引擎更具效率，且降低制造的成本。

實用新型內(nèi)容本實用新型的主要目的，即在于提供一種熱氣引擎發(fā)電裝置，使發(fā)電裝置得以借助低階熱源來發(fā)電，且其構(gòu)造簡單、成本低，可達到很高經(jīng)濟價值。
前述的熱氣引擎發(fā)電裝置，主要是于一密閉容器開一出口，以供連接氣壓缸或油壓缸(pneumatic or hydraulic cylinder)，所述氣壓缸或油壓缸具有能往復運動的活塞；于該密閉容器注入高壓氣體，一個噴淋裝置，該噴淋裝置交換式地向容器內(nèi)噴灑冷、熱液體，借以加熱或冷卻容器內(nèi)的氣體，使氣體膨脹或收縮；于膨脹時推動該氣壓缸或油壓缸的活塞構(gòu)成往復運動以輸出動力，以此動力帶動發(fā)電機發(fā)電；而當氣體收縮時，則以彈簧或懸錘拉回活塞，如此往復運動，以達到不間斷的輸出電能。其中，也可利用線性發(fā)電機輸出電能。
該噴淋裝置設(shè)有冷、熱交換器，由冷源及熱源通過所述冷、熱交換器冷卻或加熱液體而生成該冷、熱液體。生成的冷、熱液體再重復用于噴灑容器內(nèi)的氣體。其中，熱源可為溫泉水、太陽熱板水或廢熱，冷源可為海水或河水。
前述的熱氣引擎發(fā)電裝置，該容器內(nèi)所注入的氣體，可為空氣、氫、氦、氮氣等各種氣體。
其中，噴淋裝置還包括泵、噴灑器、電磁閥門，該冷、熱液體利用泵推動液體至設(shè)置于該氣體容器內(nèi)的噴灑器，并利用該些電磁閥門自動控制以交換式噴灑該冷、熱液體，進一步地，該噴灑器可設(shè)計為依據(jù)該冷熱、液體流動的能量，自動旋轉(zhuǎn)以增加噴灑范圍的噴灑器。
其中，氣壓缸或油壓缸的活塞連接有一個彈簧及一個活塞桿，該活塞桿上設(shè)有一個排齒輪，該發(fā)電機連接有一個與該排齒輪相嚙接的棘輪齒輪及一個飛輪，當所述高壓氣體被加熱膨脹時，該活塞利用該活塞桿推動該排齒輪，進而帶動該棘輪齒輪，以帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能，且當高壓氣體被冷卻收縮時，該活塞上的彈簧將活塞桿縮回，并利用由該棘輪齒輪帶動的飛輪所儲存的慣性動能持續(xù)帶動發(fā)電機發(fā)電。
或者，所述活塞是于該活塞桿前端裝置有一條由一個固定圓輪及一個固定滑輪引導的繩索，該繩索的另端固定卷于一個承軸，當活塞桿前進時，該繩索的拉力轉(zhuǎn)動該承軸進而傳動發(fā)電機發(fā)電。所述承軸的遠離該活塞桿的一端設(shè)有一個懸吊物，當該高壓氣體膨脹時，該承軸由繩索的拉力轉(zhuǎn)動，同時卷起該承軸上的懸吊物的繩索，當高壓氣體收縮時，該懸吊物往下墜落且通過該懸吊物的繩索帶動承軸反轉(zhuǎn)進而將活塞桿拉回。
其中，該承軸與發(fā)電機之間，裝置一臺用以增加轉(zhuǎn)速的變速齒輪箱。
其中，該氣壓缸或油壓缸加裝一個內(nèi)部注入油的油氣容器，由該高壓氣體膨脹去擠壓該油氣容器，該油氣容器利用油推動該氣壓缸或油壓缸的活塞帶動發(fā)電機發(fā)電。
其中，所述發(fā)電機為一般轉(zhuǎn)動式發(fā)電機或為線性發(fā)電機。
前述的熱氣引擎發(fā)電裝置，其中該容器是以堅固的金屬或高強度聚合物(UHMWPE)等所制成，以利于裝載高壓氣體，亦或可將其置于地下，四周以混凝土加強其強度以節(jié)省成本。
前述的熱氣引擎發(fā)電裝置，其中若冷熱源的溫差較高，則可在冷熱液體噴灑的中間，先噴灑一種或多種中間溫度的液體，以增加熱效率。即另設(shè)有一個中間溫度液體，該中間溫度液體與該冷、熱液體交替式向該氣體容器內(nèi)噴灑，該中間溫度液體為不需熱交換器而自然保持在冷、熱液體之間溫度的相同液體。
本實用新型的有益技術(shù)效果在于以裝滿高壓氣體的密閉容器，配合連接的氣壓缸或油壓缸，以便對容器內(nèi)的氣體交換式的噴灑冷、熱液體，借以對容器內(nèi)的氣體構(gòu)成加熱或冷卻，使氣體膨脹或收縮推動氣壓缸的活塞桿產(chǎn)生動力，以達到不間斷的電能輸出，借此，使發(fā)電裝置得以借助低階熱源來發(fā)電，且其構(gòu)造簡單、成本低，可達到很高經(jīng)濟價值。

圖1本實用新型的第一實施例結(jié)構(gòu)圖 圖2本實用新型的第二實施例結(jié)構(gòu)圖 圖3本實用新型的第三實施例結(jié)構(gòu)圖 圖4本實用新型的發(fā)電機為線性發(fā)電機。
主要元件符號說明 1氣體容器 21、22、23、24電磁閥 2空氣壓縮機 20油 3氣壓缸(油壓缸) 25、26、27、28電磁閥 3a活塞 29泵 3b活塞桿32棘輪齒輪3c彈簧 31排齒輪 4熱液體容器 5冷液體容器 33飛輪 34固定圓輪 6噴灑器 36、37鋼索7熱交換器 35固定滑輪 8冷交換器 38變速齒輪箱 9發(fā)電機 39懸吊物 10高壓氣體 41、42、43、40承軸44電磁閥11氣閥 12氣體管路 45中間溫度液體容器13壓力表46液體管路 14、15液體管路 16、17液體管路18油氣容器 19線性發(fā)電機 具體實施方式
請同時參閱圖1及圖2，為本實用新型的第一實施例及第二實施例結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，本實用新型主要設(shè)有一氣體容器1，于氣體容器1內(nèi)設(shè)有一噴灑器6，使該氣體容器1借助空氣壓縮機2通過氣閥11及氣體管路12，充入高壓氣體10于氣體容器1的內(nèi)部，于充氣過程中，當壓力表13指示達到所需的壓力時，即將氣閥11關(guān)閉； 該氣體容器1連接于一個噴淋裝置，在本實施例中，噴淋裝置包括噴灑器6、熱液體容器4、冷液體容器5、熱交換器7及冷交換器8以及各電磁閥等。于操作時，首先開啟電磁閥21、22、23、24，并同時關(guān)閉電磁閥25、26、27、28，并開動泵29，即將熱液體容器4的液體通過液體管路14、17、16輸至氣體容器1內(nèi)的噴灑器6，噴灑加熱高壓氣體10；熱液體通過熱交換器7不斷加熱，由于氣體被加熱后會產(chǎn)生膨脹，即通過氣體管路12到氣壓缸3，以推動氣壓缸3的活塞3a，使活塞桿3b前進產(chǎn)生動力，將此動力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽滢D(zhuǎn)變的方式可以有很多種，且各有利弊。如圖1的實施例，在本實施例中將動力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊绞綖橥苿右慌琵X輪(gear rack)31，使嚙接于排齒輪31的齒輪32轉(zhuǎn)動，進而帶動發(fā)電機9以產(chǎn)生電能。
當活塞3a已推至盡頭時，即自動控制關(guān)閉電磁閥21、22、23、24，同時開啟電磁閥25、26、27、28，此時冷液體容器5中的液體，即通過管路14、15、16至氣體容器1內(nèi)的噴灑器6，以供噴灑冷卻高壓氣體10，冷液體通過冷交換器8不斷冷卻，由于氣體被冷卻后會產(chǎn)生收縮，此時氣壓缸3內(nèi)的彈簧3c會將活塞桿3b及排齒輪31拉回，其中，該齒輪32內(nèi)由于裝有棘輪，因此，不會被反向拉動，而借助發(fā)電機9所設(shè)的飛輪33儲存的慣性能量繼續(xù)轉(zhuǎn)動，也即如自行車的腳踏板反轉(zhuǎn)踏時，車子可繼續(xù)往前跑一樣。
當活塞桿3b縮回定位時，再自動如前所述啟動電磁閥21、22、23、24，同時關(guān)閉電磁閥25、26、27、28，如此周而復始，即可不斷產(chǎn)生電能。
噴灑器6可設(shè)計成以液體流動的能量，自動轉(zhuǎn)動以增加噴灑范圍。
前述的氣體容器1因內(nèi)裝有高壓氣體10，故必須以堅固的金屬或高強度聚合物(UHMWPE)等所制成，亦可埋入地下，以更堅固。
熱交換器7不斷的以熱源產(chǎn)生的熱液體如溫泉水、電廠排放水、太陽板加熱水、海洋表面海水來加熱，冷交換器8不斷的以冷源的冷液體如河水、海水、深層海水或空氣來冷卻。若冷熱源溫差較大(如廢熱)，則可如圖2，于噴灑冷熱液體之間，先噴灑一容器45內(nèi)的中間溫度的液體，其電磁閥自動操作如下
由上表的步驟4到步驟5，為熱源加熱已達中間溫度的高壓氣體10，因中間溫度液體容器45液體的溫度自然會達到冷熱液體的中間值，因此并不需要熱交換器47，圖上顯示只是便于說明。如此真正熱能的消耗只是原來圖1方式的一半，也就是熱效率提高2倍。
圖2亦另舉一實施例說明將氣壓缸3的動能轉(zhuǎn)換為電能的方法。如圖所示，是在活塞桿3b的前端加一固定圓輪34，以便導引鋼索36或其他材質(zhì)的繩索移動，當活塞桿3b前進時，鋼索36經(jīng)固定滑輪35轉(zhuǎn)動承軸40，即借助此轉(zhuǎn)動的能量，來旋轉(zhuǎn)發(fā)電機9產(chǎn)生電能，中間亦可通過一變速齒輪箱38，以提高轉(zhuǎn)速，增加發(fā)電機9的效率。
圖1的彈簧3c亦可以圖2的懸吊物39取代，當承軸40轉(zhuǎn)動發(fā)電時，亦同時以鋼索37卷起懸吊物39，當高壓氣體10冷卻收縮時，懸吊物39下墜，反轉(zhuǎn)承軸40卷起鋼索36，進而將活塞桿3b拉回。變速齒輪箱38的齒輪亦裝置有棘輪，因此借助飛輪33的動能，發(fā)電機9得以繼續(xù)維持同一方向旋轉(zhuǎn)發(fā)電。
請參閱圖3，為本實用新型的第三實施例結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，本實用新型可將圖1的氣壓缸3變更為油壓缸，并加裝一油氣容器18，于其內(nèi)部注入油20，以便當高壓氣體10于膨脹或收縮時，即擠壓油20將活塞3a推動或縮回。
請參閱圖4，其中的線性發(fā)電機19，可直接將往復來回移動的動能轉(zhuǎn)換為電能。
本發(fā)明的原理及可行的具體實施方式
，以及操作的模式，已舉例描述于前述的說明，但是本發(fā)明的專利保護，并不受前述揭示的特定形式所限制。本發(fā)明以該等特定形式僅作為說明，而非用以限制本發(fā)明，是以，在不離本發(fā)明的精神范疇下，對于所屬的技術(shù)領(lǐng)域所作各種更改及修飾均應落入本發(fā)明的保護范圍。
綜上所述，本實用新型以裝滿高壓氣體的密閉容器，配合連接的氣壓缸或油壓缸，以便對容器內(nèi)的氣體交換式的噴灑冷、熱液體，借以對容器內(nèi)的氣體構(gòu)成加熱或冷卻，使氣體膨脹或收縮推動氣壓缸的活塞桿產(chǎn)生動力，以達到不間斷的電能輸出。
權(quán)利要求1.一種熱氣引擎發(fā)電裝置，其特征在于包含
一個裝滿高壓氣體且為密閉狀的氣體容器，于該氣體容器設(shè)有一個連接于氣壓缸或油壓缸的出口；
氣壓缸或油壓缸，與該出口相連通，且具有往復運動的活塞；
一個噴淋裝置，該噴淋裝置交換式的向該氣體容器內(nèi)的高壓氣體噴灑冷、熱液體；
其中借助該冷、熱液體與該高壓氣體熱交換造成該高壓氣體熱脹冷縮，推動該氣壓缸或油壓缸的活塞構(gòu)成往復運動輸出動能，該發(fā)電裝置利用該動能帶動發(fā)電機發(fā)電。
2.如權(quán)利要求1所述的熱氣引擎發(fā)電裝置，其特征在于，該氣體容器內(nèi)的高壓氣體為空氣、氫氣、氦氣或氮氣。
3.如權(quán)利要求1所述的熱氣引擎發(fā)電裝置，其特征在于，該噴淋裝置設(shè)有冷、熱交換器，該噴淋裝置內(nèi)的循環(huán)液體由冷源及熱源通過該冷、熱交換器冷卻或加熱而生成該冷、熱液體。
4.如權(quán)利要求3所述的熱氣引擎發(fā)電裝置，其特征在于，該冷源為海水或河水，該熱源為溫泉水、太陽熱板水或廢熱。
5.如權(quán)利要求3所述的熱氣引擎發(fā)電裝置，其特征在于，該噴淋裝置還包括泵、噴灑器、電磁閥門，所述泵推動該冷、熱液體至設(shè)置于該氣體容器內(nèi)的噴灑器，且該些電磁閥門自動控制該循環(huán)液體進入該噴灑器使其交換式噴灑該冷、熱液體。
6.如權(quán)利要求5所述的熱氣引擎發(fā)電裝置，其特征在于，該噴灑器為借助該冷、熱液體流動的能量，能自動旋轉(zhuǎn)的噴灑器。
7.如權(quán)利要求1所述的熱氣引擎發(fā)電裝置，其特征在于，該活塞連接有一個彈簧及一個活塞桿，該活塞桿上設(shè)有一個排齒輪，該發(fā)電機連接有一個與該排齒輪相嚙接的棘輪齒輪及一個飛輪，當所述高壓氣體被加熱膨脹時，該活塞利用該活塞桿推動該排齒輪，進而帶動該棘輪齒輪，該棘輪齒輪帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能，且當高壓氣體被冷卻收縮時，該活塞上的彈簧推動該活塞桿縮回，并利用由該棘輪齒輪帶動的飛輪所儲存的慣性動能持續(xù)帶動發(fā)電機發(fā)電。
8.如權(quán)利要求1所述的熱氣引擎發(fā)電裝置，其特征在于，該活塞于該活塞桿前端裝置有一條由一個固定圓輪及一個固定滑輪引導的繩索，該繩索的另端固定卷于一個承軸，當活塞桿前進時，該繩索的拉力轉(zhuǎn)動該承軸進而帶動發(fā)電機發(fā)電。
9.如權(quán)利要求8所述的熱氣引擎發(fā)電裝置，其特征在于，所述承軸的遠離該活塞桿的一端設(shè)有一個懸吊物，當該高壓氣體膨脹時，該承軸由繩索的拉力轉(zhuǎn)動，同時卷起該承軸上的懸吊物的繩索，當高壓氣體收縮時，該懸吊物往下墜落且通過該懸吊物的繩索帶動承軸反轉(zhuǎn)進而將活塞桿拉回。
10.如權(quán)利要求8所述的熱氣引擎發(fā)電裝置，其特征在于，該承軸與發(fā)電機之間，裝置一臺用以增加轉(zhuǎn)速的變速齒輪箱。
11.如權(quán)利要求3所述的熱氣引擎發(fā)電裝置，其特征在于，另設(shè)有一個中間溫度液體，該中間溫度液體與該冷、熱液體交替式向該氣體容器內(nèi)噴灑，該中間溫度液體為不需熱交換器而自然保持在該冷、熱液體之間溫度的相同液體。
12.如權(quán)利要求1所述的熱氣引擎發(fā)電裝置，其特征在于，該氣壓缸或油壓缸另包含一個內(nèi)部注入油的油氣容器，由該高壓氣體膨脹去擠壓該油氣容器，該油氣容器利用油推動該氣壓缸或油壓缸的活塞帶動發(fā)電機發(fā)電。
13.如權(quán)利要求1所述的熱氣引擎發(fā)電裝置，其特征在于，所述發(fā)電機為轉(zhuǎn)動式發(fā)電機或為線性發(fā)電機。
專利摘要一種熱氣引擎發(fā)電裝置，主要設(shè)有一裝滿高壓氣體的密閉容器，于該密閉容器設(shè)有一出口，以供連接于氣壓缸或油壓缸；氣壓缸或油壓缸，與該出口相連通，且具有能往復運動的活塞。借助一個噴淋裝置對容器內(nèi)的氣體交換式地噴灑冷、熱液體，以對容器內(nèi)的氣體構(gòu)成加熱或冷卻，使氣體膨脹或收縮；于膨脹時推動氣壓缸的活塞桿(piston rod)產(chǎn)生動力，以此動力帶動發(fā)電機發(fā)電；而當氣體收縮時，則以彈簧或懸錘拉回活塞桿，如此往復運動，以達到不間斷的電能輸出。
文檔編號F02G1/044GK201486687SQ20092016397
公開日2010年5月26日 申請日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者劉國勝 申請人:赫力股份有限公司