TWI611151B

TWI611151B - 太陽熱能廢熱回收裝置

Info

Publication number: TWI611151B
Application number: TW105112800A
Authority: TW
Inventors: 鄭金祥; 楊翰勳
Original assignee: 國立成功大學
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2018-01-11
Also published as: TW201738513A

Abstract

本發明係關於一種太陽熱能廢熱回收裝置，係於一反射鏡設有一循環管路，以供一流體通過，該循環管路之二端設有一進口端及一出口端，該反射鏡設有一第一進水管路及一第一出水管路，該第一進水管路係與該進口端相連通。一太陽能引擎設有一冷卻部，該冷卻部設有一第二進水管路及一第二出水管路，該第二進水管路係與該出口端相連通，該第二出水管路係與該第一出水管路相連通。利用該流體通過該循環管路及/或該冷卻部進行熱交換，使該流體昇溫而供做為熱水使用。無庸另外增加散熱或加熱裝置，可達到節省能源之功效。

Description

太陽熱能廢熱回收裝置

本發明係有關於一種可以充分利用反射鏡的殘餘廢熱及太陽能引擎作功時產生之熱能，而進行熱交換以產生熱水供民生使用的太陽能廢熱回收構造。

目前地球上的能源日漸短缺，因此尋求替代能源係已為刻不容緩之重要目標。由於太陽能之應用範圍相當廣泛，例如太陽能發電、太陽能熱水器或是利用太陽能驅動史特靈引擎作功，皆已是常見之應用技術，而太陽能儼然已成為最具潛力之替代能源之一。

因此有中華民國101年6月21日所公告之新型第M432146號「碟型聚光型太陽能光電結構」專利案，其係揭露：包含有一均質器，且在其所設的一V型槽的槽底部設有聚光型太陽能電池；一聚光型太陽能電池，係設於前述V型槽的槽底部；及一主動式散熱模組，係設於前述均質器的底部，得對前述聚光型太陽能電池進行主動式散熱，除了可以降低聚光型太陽能電池的工作溫度、增加其發電效率外，尚可回收均質器的廢熱、提高聚光型太陽能電池的壽命等等之優點。

該專利前案雖然具有回收廢熱功能，但其散熱模組係以冷媒管作為冷卻功能，相對成本較高，且散熱模組並未設置於反射鏡上，並無法收集到反射鏡上所未反射至太陽能電池之殘餘的熱能，故無法有效利用到所有的廢熱能。

另外有中華民國102年6月1日所公告之新型第M454523號「可提升效能的太陽能發電裝置」專利案，其係揭露：包含有一太陽能發電裝置；一散導熱裝置，該散導熱裝置設置於該太陽能發電裝置不接收陽光的一側面，且該散導熱裝置與該太陽能發電裝置相觸接；一冷卻水循環裝置，該冷卻水循環裝置與散導熱裝置相連接以形成一循環管路；一溫水收集裝置，該回收溫水收集裝置內包含有一溫水集水槽與一回收溫水入水管，其中該回收溫水入水管兩端分別與該溫水集水槽及散導熱裝置相連接；一溫差發電裝置，該溫差發電裝置設置於該散導熱裝置與冷卻水循環裝置之間的循環管路上；藉由該冷卻水循環裝置與散導熱裝置相連接形成一前述循環管路，且該冷卻水循環裝置及溫水集水槽可分別存放不同冷熱之工作液體，而可對太陽能發電裝置提供良好有效的散熱機制。

惟該專利前案係利用一溫度感測器所測得的工作液體溫度達到一預定數值時，一控制器可控制並改變一切換閥的流通方向，使已通過太陽能發電裝置並吸熱之該工作液體，可經由該回收溫水入水管流入該溫水集水槽內，而使該溫水集水槽可將溫度較高的工作液體(即溫水)儲存起來。又當該溫度感測器所測得該工作液體之溫度又低於該預定數值以下，則該控制器並控制該切換閥的流通方向切換回原本方向，而使其再次重新通過太陽能發電裝置而再次吸熱。然如此之構造，容易因為冬天或陰雨天時太陽的熱能不足，即使是工作液體一再重覆通過太陽能發電裝置而吸熱，仍然無法使工作液體溫度達到預定數值，反而會將原有的熱能帶走，造成冷卻水槽內之工作液體的溫度持續降低，因此工作液體只是無意義的重覆流動，浪費時間而已。

爰此，有鑑於目前的太陽能集熱器構造，係具有上述之缺點。故本發明提供一種太陽熱能廢熱回收裝置，包含：一反射鏡，係設有一循環管路，以供一流體通過，該循環管路之二端分別設有一進口端及一出口端，又該反射鏡設有一第一進水管路及一第一出水管路，該第一進水管路係與該進口端相連通。一太陽能引擎，其係固定於該反射鏡上，該太陽能引擎設有一冷卻部，該冷卻部係分別設有一第二進水管路及一第二出水管路，該第二進水管路係與該出口端相連通，該第二出水管路係與該第一出水管路相連通。藉以利用該流體通過該循環管路及/或該冷卻部進行熱交換，使該流體昇溫而供做為熱水使用。

本發明進一步設有一旁通管路及一第一旁通閥，該旁通管路係分別設有一第一端及一第二端，該第一端係連通於該第一進水管路及該進口端相連通之位置處，該第二端則連通於該第二進水管路，該第一旁通閥係設置於該第一端、該第一進水管路及該進口端相連通之位置處，該第一旁通閥係根據一溫度偵測器監測該循環管路內之溫度是否達到一預設值，而控制該流體之流向。

上述溫度感測器監測到該循環管路內之溫度未達到該預設值時，則會控制該第一旁通閥啟動，以導通該流體由該第一進水管路流到該旁通管路內，而流向該冷卻部。

上述溫度感測器監測到該循環管路內之溫度達到該預設值時，則會控制該第一旁通閥停止啟動，以導通該流體由該第一進水管路經由該進口端流到該循環管路內，而流向該冷卻部。

本發明進一步設有一第二旁通閥，該第二旁通閥設於該出口端與該第二進水管路相連通之位置處，該第二旁通閥係連通有一分流管路，經以手動或自動之方式，選擇啟動該第二旁通閥，藉以可中斷該第二進水管路與該出口端之間的連通，而控制該流體由該分流管路直接流出，而無需流經該太陽能引擎之該冷卻部。

上述循環管路係於該反射鏡之背面或內部。

上述循環管路係設呈為一螺旋盤繞狀或一迂迴彎曲狀。

上述反射鏡係固定於一支撐架上，該第一進水管路及該第一出水管路則設於該支撐架之內部。

上述太陽能引擎係為一史特靈引擎。

上述太陽能引擎係設有一熱集中部，該熱集中部係位於該反射鏡之一反射聚焦位置上。

根據上述技術特徵係具有下列之優點：

1.藉由流體通過循環管路，可以充分利用反射鏡殘餘之廢熱進行熱交換使其昇溫，流體並進一步流經太陽能引擎，利用其作功時產生之熱能而使流體昇溫，以供可產生熱水供應民生使用，無庸再另外增加散熱或加熱之裝置，藉以達到節省能源之作用。

2.利用流體可以與反射鏡進行熱交換，能夠有效帶走反射鏡上多餘的廢熱，以避免反射鏡因過熱而變形。

3.利用流體可以流經太陽能引擎之冷卻部，藉以對於該太陽能引擎進行散熱，以避免其過熱而損壞。

4.當太陽光之熱能不足，該反射鏡及該循環管路不會產生殘餘的廢熱時，係可選擇流體直接流向太陽能引擎之冷卻部，無庸再流經溫度未達預設值之該循環管路，以避免造成該流體的溫度不昇反降，以及耗費流動的時間，藉以達到節省能源之作用。

5.當流體通過該循環管路之後，亦可以手動或自動之方式，選擇流體經由分流管路直接流出，無需流經該太陽能引擎之冷卻部，亦可直接做為熱水使用。

(1)‧‧‧反射鏡

(11)‧‧‧支撐架

(12)‧‧‧循環管路

(121)‧‧‧進口端

(122)‧‧‧出口端

(13)‧‧‧第一進水管路

(14)‧‧‧第一出水管路

(2)‧‧‧太陽能引擎

(21)‧‧‧冷卻部

(22)‧‧‧第二進水管路

(23)‧‧‧第二出水管路

(24)‧‧‧熱集中部

(3)‧‧‧旁通管路

(31)‧‧‧第一端

(32)‧‧‧第二端

(4)‧‧‧第一旁通閥

(41)‧‧‧溫度偵測器

(5)‧‧‧第二旁通閥

(51)‧‧‧分流管路

(1A)‧‧‧反射鏡

(12A)‧‧‧循環管路

[第一圖]係為本發明之立體外觀圖。

[第二圖]係為本發明主要組件之簡單配置圖。

[第三圖]係為本發明循環管路係設呈為螺旋盤繞狀之示意圖。

[第四圖]係為本發明流體通過循環管路之示意圖。

[第五圖]係為本發明流體通過旁通管路之示意圖。

[第六圖]係為本發明流體通過分流管路流出之示意圖。

[第七圖]係為本發明另一實施例循環管路係設呈為迂迴彎曲狀之示意圖。

請參閱第一圖、第二圖及第三圖所示，本發明實施例係包括有反射鏡(1)、太陽能引擎(2)、旁通管路(3)、第一旁通閥(4)及第二旁通閥(5)，其中：

反射鏡(1)，其係固定於一支撐架(11)上。該反射鏡(1)之背面或內部係設有一循環管路(12)，以供一流體通過。該循環管路(12)係設呈為一螺旋盤繞狀。又該循環管路(12)之二端分別設有一進口端(121)及一出口端(122)。該支撐架(11)內部則分別設入有一第一進水管路(13)及一第一出水管路(14)，該第一進水管路(13)係與該進口端(121)相連通。

太陽能引擎(2)，其係固定於該反射鏡(1)。該太陽能引擎(2)係設有一冷卻部(21)，該冷卻部(21)係分別設有一第二進水管路(22)及一第二出水管路(23)。其中該第二進水管路(22)係與該出口端(122)相連通，該第二出水管路(23)係與該第一出水管路(14)相連通。又該太陽能引擎(2)係設有一熱集中部(24)，該熱集中部(24)係位於該反射鏡(1)之一反射聚焦位置上。該太陽能引擎(2)係可為一史特靈引擎。

旁通管路(3)，其係分別設有一第一端(31)及一第二端(32)，該第一端(31)係連通於該第一進水管路(13)及該進口端(121)相連通之位置處。該第二端(32)則連通於該第二進水管路(22)。

第一旁通閥(4)，其係設置於該第一端(31)、該第一進水管路(13)及該進口端(121)相連通之位置處。該第一旁通閥(4)係可根據一溫度偵測器(41)監測該循環管路(12)內之溫度是否達到一預設值，而控制該流體之流向。亦即當該循環管路(12)內之溫度未達到預設值時，該溫度偵測器(41)則會控制該第一旁通閥(4)啟動，藉以導通該流體由該第一進水管路(13)流到該旁通管路(3)內。直到該溫度偵測器(41)監測到該循環管路(12)內之溫度已達到預設值時，才會控制該第一旁通閥(4)停止啟動，而能導通該流體由該第一進水管路(13)流到該進口端(121)內，而再經過該循環管路(12)進行熱交換。

第二旁通閥(5)，其係設於該出口端(122)與該第二進水管路(22)相連通之位置處，該第二旁通閥(5)係連通有一分流管路(51)。經啟動該第二旁通閥(5)時，則會中斷該第二進水管路(22)與該出口端(122)之連通，而控制該流體由該分流管路(51)直接流出。

使用時，第三圖及第四圖所示，當夏天或晴天陽光充足時，陽光照射在該反射鏡(1)上，再經由該反射鏡(1)將陽光集支在反射聚焦位置上，而可供對於該熱集中部(24)進行加熱，以供應該太陽能引擎(2)作功時所需之熱能。又該反射鏡(1)未經由聚焦反射之殘餘廢熱，則可經由熱傳導作用，使該循環管路(12)內之溫度上昇達到該預設值。如此，當該溫度偵測器(41)監測到該循環管路(12)內之溫度達到該預設值時，則會控制該第一旁通閥(4)停止啟動，該流體則可由該支撐架(11)內部之該第一進水管路(13)流入，然後流經該第一旁通閥(4)及該進口端(121)而流入到該循環管路(12)內，使該流體與該循環管路(12)進行熱交換而昇溫，而帶走多餘之廢熱。然後已昇溫之該流體，則可經由該出口端(122)及該第二旁通閥(5)而流入到該第二進水管路(22)內，使該流體可以通過該冷卻部(21)進行熱交換後而再次昇溫，可供對於該太陽能引擎(2)產生散熱作用。最後已昇溫之該流體則可由該冷卻部(21)之該第二出水管路(23)流出，而由該第一出水管路(14)流出後予以收集，以供可以做為熱水使用。如此，藉由上述該流體之循環散熱及加熱之作用，而可充分利用該反射鏡(1)殘餘之廢熱及該太陽能引擎(2)作功時所產生之熱能，以產生熱水供應民生使用。同時亦無庸另外增加散熱或加熱之裝置，藉以可達到節省能源之作用。

如第三圖及第五圖所示，當冬天、陰天或雨天陽光不充足時，此時陽光無法充分照射在該反射鏡(1)上，因此不會產生殘餘的廢熱使該循環管路(12)內之溫度上昇達到該預設值。當該溫度偵測器(41)監測到該循環管路(12)內之溫度未達到該預設值時，則會控制該第一旁通閥(4)開始啟動。該流體則可由該支撐架(11)內部之該第一進水管路(13)流入，然後流經該第一旁通閥(4)時，係會透過該第一旁通閥(4)之控制而經由該第一端(31)直接流入到該旁通管路(3)內，而不會使流體流入到該循環管路(12)內。然後該流體再將經由該旁通管路(3)之該第二端(32)而流入到該第二進水管路(22)內，使該流體可以通過該冷卻部(21)直接進行熱交換而昇溫，可供對於該太陽能引擎(2)產生散熱作用。最後昇溫之該流體則可由該冷卻部(21)之該第二出水管路(23)流出，而由該第一出水管路(14)流出後予以收集，以供可以做為熱水使用。如此，藉由該流體之散熱及加熱之作用，而可產生熱水供應民生使用。同時亦無庸再流經溫度未達預設值之該循環管路(2)，以避免造成該流體的溫度不昇反降，以及耗費流動的時間，藉以達到節省能源之作用。

如第六圖所示，另當該流體通過該循環管路(12)之後，係可以手動或自動之方式，選擇啟動該第二旁通閥(5)，藉以可中斷該第二進水管路(22)與該出口端(122)之間的連通，而控制該流體由該分流管路(51)直接流出，而無需流經該太陽能引擎(2)之該冷卻部(21)，而可直接供做為熱水使用。

本創作另一實施例，如第七圖所示，其中該循環管路(12A)係於該反射鏡(1A)之背面或內部而設呈為一迂迴彎曲狀。同樣可以充分利用該反射鏡 (1A)殘餘之廢熱及該太陽能引擎作功時所產生之熱能，藉以產生熱水供應民生使用。同時亦無庸另外增加散熱或加熱之裝置，而能達到節省能源之作用。

惟，以上所述僅為本發明其中之二實施例，當不能以此限定本發明之申請專利保護範圍，舉凡依本發明之申請專利範圍及說明書內容所作之簡單的等效變化與替換，皆應仍屬於本發明申請專利範圍所涵蓋保護之範圍內。