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TW201005239A - Solar energy collection and storing sysetm - Google Patents

Solar energy collection and storing sysetm Download PDF

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TW201005239A
TW201005239A TW097128645A TW97128645A TW201005239A TW 201005239 A TW201005239 A TW 201005239A TW 097128645 A TW097128645 A TW 097128645A TW 97128645 A TW97128645 A TW 97128645A TW 201005239 A TW201005239 A TW 201005239A
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thermal energy
heat storage
solar
collector
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Han-Chieh Chiu
Jer-Huan Jang
Hung-Wei Yeh
Chia-Chi Wang
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Han-Chieh Chiu
Jer-Huan Jang
Hung-Wei Yeh
Chia-Chi Wang
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Description

201005239 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案係關於一種太陽能集熱與儲熱系統，其係將太陽 能轉換為熱能，加以儲存，在需要時供應發電及/或室内暖 氣之用。 【先前技術】 習用之太陽能熱能系統，係將太陽能轉換為熱能，以 供熱水、室内暖氣與發電等之使用。其原理係以太陽能集 熱裝置將光能轉為熱能，並以熱交換裝置將熱能以熱水儲 存或直接用以發電。 另有系統將太陽能透過適當設計之窗口，聚集於室内 或水槽内，以保持室内溫度，達到暖房效果。 前述技術都是將熱能做即時的轉換應用。在地球上一 般地區，一天之中只有部分時間具有曰照。在無曰照的時 段或陰雨天則無法長期使太陽能熱能系統發揮功能，因此 發電或暖氣系統將無法使用。 【發明内容】 本案之主要目的在於針對太陽能熱能收集與應用，做 新的設計，以達到防止熱量散逸的效果，使收集的熱能可 以保存夠長久的時間，在需要時再取出使用。此系統對於 室内暖氣與發電，可以在更適當時機應用，而不受曰照時 201005239 段之限制。 為達前述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種 太陽能集熱與儲熱系統，包含太陽能集熱裝置與儲熱器。 太陽能集熱裝置係將太陽光能轉換為熱能，並以管路及工 作液體輸送至儲熱器儲存。儲熱器係具有熱能輸入與輸出 的接頭與控制閥，以工作液體之進出控制熱能輸入與輸 出，在日照不足，熱能無法輸入時，將熱能輸入控制閥關 Φ 閉並絕熱，使熱能儲存於儲熱器之密閉空間内。在需要輸 .出熱能時開啟熱能輸出控制閥，以熱能輸出管路與工作液 體將熱能應用於發電或室内暖氣。 【實施方式】 請參閱第一圖，其係為本案太陽能集熱與儲熱系統之 第一較佳實施例架構示意圖。如圖所示，本案之太陽能集 熱與儲熱系統10係至少包含太陽能集熱裝置11、熱能輸 ❹ 入管路12、儲熱器13、熱能輸出管路14、控制器15以及 工作液體16。其中太陽能集熱裝置11内含集熱器111與 集熱器溫度感測器112,熱能輸入管路12的路徑上設置熱 能輸入泵浦121。儲熱器13包含有内殼131、内殼底座 132、外殼133、複數個熱能輸入接頭134、複數個熱能輸 出接頭135、複數個熱能輸入控制閥136、複數個熱能輸 出控制閥137以及儲熱器溫度感測器138。熱能輸出管路 14的路徑上設置熱能輸出泵浦141。 太陽能集熱裝置11係置於戶外之光照處，並以集熱 6 201005239 器111與熱能輸入管路12連接。熱能輸入管路12係連接 儲熱器13。儲熱器13係具有内殼131與外殼132。内殼 131與外殼132之間係具有絕熱間隙。内殼131係以内殼 底座133置於外殼132之底部上，並具有容置空間139以 容置工作液體16。内殼131上係具有複數個熱能輸入接頭 134與複數個熱能輸出接頭135，分別連通外殼132内側 之複數個熱能輸入控制閥136與複數個熱能輸出控制閥 137。複數個熱能輸入控制閥136係連通熱能輸入管路12。 複數個熱能輸出控制閥137係連通熱能輸出管路14。熱能 輸出管路14之路徑上係設置有熱能輸出泵浦丨41，並連通 熱能應用裝置19,例如熱能發電單元17 (例如史特靈引 擎）及/或室内暖氣單元18。 當曰照充足時，該太陽能集熱裝置11將太陽光聚 集’加熱集熱器111内之工作液體16。此時集熱器溫度感 測器112感測之溫度與儲熱器溫度感測器138所感測之溫 度’其差值高於一預設值以上，控制器15接收集熱器溫 度感測器112與儲熱器溫度感測器138之訊號，開啟熱能 輸入控制闕136及熱能輸入泵浦121，將加熱之工作液體 丄6由太陽能集熱裝置η内輸送至儲熱器13内，並且將儲 熱器13内較低溫之工作液體16輸送至太陽能集熱裝置^ 内加熱，如此循環輸送，可以使儲熱器13内所有的工作 液體16總熱量持續增加。 當曰照充足持續加熱，使儲熱器13内之儲熱器溫度 感測器138所感測之溫度高於一預設值時，控制器15接 7 201005239 收儲熱益溫度感測器138之訊號，開啟熱能輸入控制閥i36 與熱能輪出控制閥137，並使熱能輸入泵浦 121與熱能輸 出系浦j41同時運作，此時熱能由太陽能集熱裝置11經 過儲熱益13傳輸至熱能應用裝置19，例如熱能發電單元 例^史特靈引擎）及/或室内暖氣單元 18。當然，熱 能又電單元17 (例如史特靈引擎）所排出之含餘熱空氣可 提供^内暖氣單元18之用或排放至室外。 ❹ 田曰照不足時，集熱器溫度感測器112所感測之溫度 與儲熱器:度感測器138所感測之溫度差值低於一預設 、丨器15停止熱能輸入泵浦121與熱能輸出泵浦 並關閉熱能輸入控制閥136與熱能輸出控制閥137, 13與外界維持絕熱狀態，以使熱能維持在儲熱 器15可获當需要輸出熱能供應發電或室内暖氣時，控制 錢能輸St動方式的控制來開啟熱能輸出控制閥137 ^在儲執器^^^工作液體16經由熱能輪出管路 # (例如史特靈弓丨=:應:裝置19,例如熱能發電單元Π 元η(例如=或二内暖氣之用。當然’熱能發電翠 暖氣單元18之用=所排放含有餘熱之空氣，供室内 發電單元！ 7除可以\1^卜° Ρ些實施例中’熱能 以彼此並聯連接如笛暖氣單元18串聯連接夕卜，亦可 t - 如第一圖所示。當然，太陽能隼叙#Φ 由 下），其中光電板將太陽光能轉為熱能（或 8 201005239 電能再轉換為熱能），該傳熱機構再將熱能傳至熱能輸入 管路12,該傳熱機構係可為集熱管與工作液體16所組成。
請參閱第三圖，其係為本發明太陽能集熱與儲熱系統 之第二較佳實施例架構示意圖。該太陽能集熱與儲熱系統 之太陽能集熱裝置11係置於戶外，並以集熱器111與熱 能輸入管路12連接。熱能輸入管路12係經過熱能應用裝 置19，例如熱能發電單元π (例如史特靈引擎）及/或室 内暖氣單元18,再與儲熱器13連接。儲熱器13係具有内 殼131與外殼132。内殼131與外殼132之間係以絕熱間 隙絕熱。内殼131係以内殼底座133置於外殼132之底部 上’並具有容置空間139以容置工作液體16。内殼131上 係具有複數個熱能輸入接頭134與複數個熱能輸出接頭 135,分別連通外殼132内側之複數個熱能輸入控制閥U6 與複數個熱能輸出控制闕137。複數個熱能輸入控制閥U6 係連通熱能輸入管路12。複數個熱能輸出控制閥137係連 通熱能輸出管路14。 當曰照充足時，太陽能集熱裝置u將太陽光聚集， 加熱集熱器1U内之工作液體16。此時集熱器溫度感剛 112感測之溫度高於一預設值，此時控制器15開啟熱 入控制閥136且啟動熱能輸入泵浦121，使工作液體，、匕输 太陽能集熱裝Μ與儲熱器13之間循環，該卫作5 經過熱能應用裝置19,例如熱能發電單元17 題Μ 靈引擎)及/或室内暖氣單“時，將熱能提供：電史特 或室内暖氣。當然，熱能發電單元17 (例如史特靈弓^/ 201005239 所排出含有餘熱之空氣，可提供該室内暖氣單元18之用 或排放至室外。 當日照充足，儲熱器13内工作液體16的溫度繼續上 升’儲熱器溫度感測器I38所感測之溫度高於一預設值以 上，控制器15接收儲熱器溫度感測器138之訊號，開啟 熱能輸出控制閥137及熱能輸出泵浦Ml，使儲熱器13内 之工作液體16經由熱能輸出管路14，在儲熱器13與熱能 應用裝置19,例如熱能發電單元17 (例如史特靈引擎） 及/或室内暖氣單元18，之間循環，將熱能提供發電及/或 室内暖氣之用。此時工作液體16經由熱能輸入管路12與 熱能輸出管路14同時提供熱能給熱能應用裝置19，例如 熱能發電單元17 (例如史特靈引擎）及/或室内暖氣單元 18。當然，熱能發電單元17所排出之含餘熱空氣，可提 供室内暖氣之需要或排放至室外。 當曰照不足時，集熱器溫度感測器112所感測溫度與 儲熱器溫度感測器138所感測溫度差值低於一設定值，控 制器15停止熱能輸入泵浦121與熱能輸出泵浦141，並關 閉熱能輸入控制閥136與熱能輸出控制閥137，使儲熱器 13與外界維持絕熱狀態，以使熱能維持在儲熱器13内。 當需要輸出熱能供應發電或室内暖氣時，控制器15可藉 由手動方式開啟熱能輸出控制閥137與熱能輸出泵浦 141，使工作液體16經由熱能輸出管路14，在儲熱器 與熱能應用裝置19,例如熱能發電單元17 (例如史特靈 引擎）及/或室内暖氣單元18,之間猶環’將熱能提供$ 201005239 電及/或室内暖氣之用。熱能發電單元17 (例如史特靈引 擎）所排出含有餘熱之空氣，可提供室内暖氣之需要或排 放至室外。 綜上所述，本案之太陽能集熱與儲熱系統可以儲存熱 能，使太陽能之利用延伸至適當時段，確實符合專利申請 之要件。 以上所述者，僅為本新發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本新發明之實施範圍；故凡依本新發明申請專 利範圍及發明說明書内容所作之簡單的等效變化與修 飾，皆應仍屬本新發明專利涵蓋之範圍内。 11 201005239 【圖式簡單說明】 第一圖：其係為本案太陽能集熱與儲熱系統之第一較佳實 施例架構示意圖。 第二圖：其係為第一圖所示系統之另一實施態樣架構示意 圖。 第三圖：其係為本案太陽能集熱與儲熱系統之第二較佳實 施例架構示意圖。 【主要元件符號說明】 ίο :太陽能集熱與儲熱系統 111 :集熱器 12 :熱能輸入管路 13 :儲熱器 132 :儲熱器外殼 134 :熱能輸入接頭 136 :熱能輸入控制閥 138 :儲熱器溫度感測器 14 :熱能輸出管路 15 :控制閥控制器 17 :熱能發電單元 19 :熱能應用裝置 11 :太陽能集熱裝置 112 :集熱器溫度感測器 121 :熱能輸入泵浦 131 :儲熱器内殼 133 :内殼底座 135 :熱能輸出接頭 137 :熱能輸出控制閩 139 :容置空間 141 :熱能輸出泵浦 16 :工作液體 18 :熱能室内暖氣單元 12

Claims (1)

  1. * 201005239 十、申請專利範園· 1.一種太陽能集熱與儲熱系統’至少包含： 一太陽能集熱裝置’其係設置於光照處，n曰★ 且具有隼 熱器以及至少一集熱器溫度感測器，該集執哭〆 〃 T*，、、益係用於吸收 太陽光能並轉換成熱能’以加熱經過其内部的工作液體 該集熱器溫度感測器係用於偵測該集熱器内部的該工作 液體之溫度，以確認日照是否足夠； / 0 —儲熱器，具有一容置空間以及一儲熱器溫度感測 器，該容置空間係用於容置該工作液體及儲存熱能，該儲 熱器溫度感測器係用於感測該儲熱器内該工作液體之溫 度，以判斷該儲熱器所儲存熱能高低； 一熱能輸入管路’連接於該太陽能集熱裝置之該集熱 器與該儲熱器之間，用於提供該太陽能集熱裝置之該ϋ 器與該儲熱器間的該工作流體之循環路徑，該熱能輸入^ 路上設置至少一熱能輸入泵浦，用於將較高溫之該工作液 ❿ 體由該太陽能集熱裝置之該集熱器輸送至該儲熱器，並將 較低、/jnt之該工作液體由該儲熱器輸送至該太陽能集熱裝 置之該集熱器’俾將熱能輸入該儲熱器内； v 一熱能輸出管路，連接於該儲熱器與一熱能應用裝置 之間，用於提供該儲熱器與該熱能應用裝置間的該工作流 體之循環路徑，該熱能輸出管路上設置至少一熱能輸出泵 浦’用於將較高溫之該作液體由該儲熱諸送至該熱能 應用裝置，並將較低溫之該工作液體由該熱能應用裳置輸 送至該儲熱器内’俾藉由該熱能應用裂置將熱能輸出；以 13 201005239 及 一控制器，與該集熱器溫度感測器、該儲熱器溫度感 測器、該熱能輸入泵浦及該熱能輸出泵浦連接，用於根據 該集熱器溫度感測器與該儲熱器溫度感測器所感測之溫 度，控制該熱能輸入泵浦及該熱能輸出泵浦之作動，俾控 制該太陽能集熱裝置之該集熱器與該儲熱器間的該工作 流體之循環以及該儲熱器與該熱能應用裝置間的該工作 流體之循環。 ^ 2.如申請專利範圍第1項所述之太陽能集熱與儲熱系統， 其中該熱能應用裝置包括熱能發電單元及/或室内暖氣單 元，用於將熱能輸出以供發電及/或提供室内暖氣。 3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能集熱與儲熱系統， 其中該儲熱器更包括複數個熱能輸入控制閥以及複數個 熱能輸出控制閥，分別與該熱能輸入管路以及該熱能輸出 管路連通，且分別與該控制器連接，用以根據該集熱器溫 _ 度感測器與該儲熱器溫度感測器所感測之溫度，以藉由該 控制器控制該複數個熱能輸入控制閥及該複數個熱能輸 出控制闊之開閉作動。 4. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能集熱與儲熱系統， 其中該儲熱器更包括： 一外殼；以及 一内殼，具有該容置空間且與該外殼間形成一絕緣間 隙，該絕緣間隙係為真空或填充絕緣材料； 其中，該内殼具有複數個熱能輸入接頭以及複數個熱 14 201005239 能輸出接頭，該複數個熱能輸入接頭以及複數個熱能輸出 接頭为別為中空管且分別連通於該内殼之該容置空間與 該外殼上之該複數個熱能輸入控制閥以及複數個熱能輸 出控制閥® 5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能集熱與儲熱系統， 其中該熱能輸入管路係經由該熱能應用單元與該儲熱器 連接，以用於使該熱能輸入管路與該熱能輸出管路同時供 I 應熱能。 6. 如申請專利範圍第4項所述之該太陽能集熱與儲熱裝 置，其中該控制器係根據該集熱器溫度感測器與該儲熱器 溫度感測器所感測之溫度，控制該複數個熱能輸入控制閥 與該複數個熱能輸出控制閥之開閉作動以及該熱能輸入 泵浦與該熱能輸出泵浦之作動，俾自動地進行該太陽能集 熱與儲熱系統之儲熱或熱能使用。 7. 如申請專利範圍第4項所述之該太陽能集熱與儲熱裝 . 置，其中該控制器經由手動方式以控制該複數個熱能輸出 控制闊之開閉作動以及該熱能輪出泵浦之作動，俾進行該 太陽能集熱與儲熱系統之熱能使用。 8. 如申請專利範圍第1項所述之該太陽能集熱與儲熱系 統，其中該太陽能集熱裝置之該集熱器係由集熱管組成或 由具傳熱機構之光電板組成。 15
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