[發明專利]使用太陽能的熱機

無效

• 申請號: 201080006500.6
• 申請日: 2010-02-04
• 公開（公告）號: CN102308158A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 蔡洙祚
• 申請（專利權）人: 蔡洙祚
• 主分類號: F24J2/10
• 分類號: F24J2/10;H01L31/042;F24J2/12
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 張全文

技術領域

本發明有關一種熱機，更特別是有關一種使用太陽能的熱機。

背景技術

近來由于消耗的石油儲量及環境問題對于替代能源的興趣增加。最受注目的替代能源類型是太陽能發電系統。

使用太陽能產生電的方法包含直接將陽光轉換成電能以及以使用太陽熱的熱機來驅動發電機。

將太陽能直接轉換成電的太陽能發電機使用太陽能電池且被廣泛使用，因為其耐用且容易使發電系統半自動或自動的。

然而，僅有一部分的陽光，即可見光和一部分紅外線，可用于太陽能電池，而且大部分長波長的紅外線光子具有低能量因而不可以用于產生電但太陽能的溫度增加，因此降低發電效率。此外，太陽能電池是昂貴且比熱機具有更顯著的低發電效率。

在此期間，已有積極研究聚光太陽能(CSP)發電機。用于CSP發電機的外燃機包含史特靈(Stirling)引擎及渦輪引擎，其遵循布雷頓(Brayton)循環，且通常比太陽能電池具有更高效率。特別地，使用史特靈引擎的太陽能碟式CSP發電機具有最高的發電效率。

當使用史特靈引擎時，史特靈引擎的加熱器通過太陽熱加熱。史特靈引擎是一種外燃機，其密封由汽缸與活塞所形成空間中的操作氣體，像是氫或氦，且從外部加熱及冷卻此操作氣體以往復運動活塞而獲得機械能。史特靈引擎具有類似于為一理想引擎的卡諾(Carnot)引擎的高熱效率循環。

然而，因為這種史特靈引擎透過加熱器壁傳送熱至操作氣體，操作氣體可達到的溫度是有限的，且能量由于冷卻器的熱傳導而損失。為了將此問題降到最小，使用為一特殊合金的哈氏合金(hastelloy)的高階技術是需要的，但未廣泛地商業化。

為了使外燃機像是史特靈引擎具有高熱效率，操作氣體需要重復地達到高溫與低溫。然而，因通過太陽熱操作的外燃機是不斷地從外部加熱，不像其內是通過燃燒而瞬間達到高溫的內燃機，在其充分加熱而到達高溫前操作氣體變成膨脹的，因此降低熱機的效率。特別地，在通過自由活塞操作的線性熱機中，行程(stroke)的限定是透過加熱壓縮壓力及冷卻膨脹的操作氣體，其作用于自由活塞地任一側。

此外，大部分熱機利用一曲軸將直線運動轉換成旋轉運動，根據汽缸內氣體的熱膨脹。在此轉換期間，因摩擦損失很多力。因此，已致力于發展由自由活塞構成的線性發電機，但這樣的努力已經受到震動及控制問題阻礙。

在太陽能轉換成機械能后將機械能轉換成電能的發電機中，太陽能轉換成機械能時所產生的震動及扭矩傳送至集中太陽能的裝置，因此所集中的太陽能變成失焦。此外，此些震動及扭矩過度運用發電機而縮短發電機的壽命。

發明內容

[技術問題]

本發明提供一種采用光直接加熱操作氣體的效果而高效率的熱機。

本發明亦提供一種使用太陽能的熱機，其比傳統史特靈引擎具有更簡單結構因而制作成本較少且更易于維護及修理。

本發明亦提供一種使用太陽能的熱機，其將太陽能轉換成機械能時所產生的震動及扭矩降到最小。

[技術解決方案]

本發明的一方面特征在于一種使用太陽能的熱機。根據本發明的一實施例的熱機可包含：第一本體，其可包含第一汽缸具有第一操作氣體與第二操作氣體存貯在其任一側內且具有第一透光部與第二透光部設置在其任一側上，以及第一活塞總成包含第一活塞與第二活塞滑動式設置在第一汽缸的任一側內及第一連接件連接第一活塞與第二活塞；第二本體，其可包含第二汽缸具有第三操作氣體與第四操作氣體存貯在其任一側內且具有分別對應第一透光部與第二透光部的第三透光部與第四透光部設置在其任一側上，以及第二活塞總成包含第三活塞與第四活塞滑動式設置在第二汽缸的任一側內及第二連接件連接第三活塞與第四活塞，第二本體是毗鄰且平行設置于第一本體；以及太陽能聚光器配置以匯集陽光并交替地傳送所匯集的陽光至第一透光部和第四透光部或至第二透光部和第三透光部以交替地熱膨脹第一操作氣體和第四操作氣體或第二操作氣體和第三操作氣體交替地。當第一操作氣體和第四操作氣體或第二操作氣體和第三操作氣體交替地熱膨脹時，第一活塞總成與第二活塞總成可分別在第一汽缸與第二汽缸內以彼此相反方向往復運動。

根據本發明的一實施例的熱機也可包含一互鎖部互鎖第一活塞總成與第二活塞總成。

互鎖部可包含：第一齒條部分形成在第一連接件的一側；第二齒條部分形成在面對第一連接件的第二連接件的一側；以及小齒輪互鎖第一齒條部分與第二齒條部分。