稳压装置及使用其的获能系统 |
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| 申请号 | CN201310351150.2 | 申请日 | 2013-08-13 | 公开(公告)号 | CN103807226A | 公开(公告)日 | 2014-05-21 |
| 申请人 | 财团法人工业技术研究院; | 发明人 | 江室莹; 李宜宸; 罗圣宗; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种稳压装置及使用其的获能系统，本发明的获能系统包括一第一腔室、一第二腔室、一间隔件、一加压装置、一获能装置及一稳压装置。第一腔室及第二腔室借以容置一液体。间隔件设置于第一腔室及第二腔室之间。第二腔室经由间隔件的一开口与第一腔室连通。加压装置与第一腔室及第二腔室连通。获能装置设置于开口。稳压装置与第一腔室连通。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种获能系统，其特征在于，包含有： |
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| 说明书全文 | 稳压装置及使用其的获能系统技术领域[0001] 本发明涉及一种获能系统，尤其是涉及一种使用一稳压装置的获能系统。 背景技术[0002] 工业革命以后，人类大量使用地球中的煤、石油及天然气等燃料作为动能的提供来源。人类借由燃烧上述燃料的燃烧过程中所产生的热能借由各种方式转换成动能，甚至转换成电能。例如蒸汽机借由燃料燃烧加热水，液态水转变为气态的水蒸气，再利用水蒸气膨胀推动活塞工作而转换成动能。活塞与电流磁效应的元件连接时，能够将动能转换成电能。另外，例如汽车引擎借由对提炼自石油的汽油混合空气点火产生爆炸，空气受热膨胀而推动活塞工作，以将汽油的化学能转换成动能。然而，这类借由燃烧燃料而将燃料的化学能转换成动能的方式，由于会产生大量的热能，分散化学能所能转换的能量，而使得化学能转换成动能的效率不佳，更谈不上进一步从动能转换成电能的效率。 [0003] 而且，上述的能源于地球上的含量日渐缺乏。即使有研究者提出从玉米等谷物中提炼石油的方案，但却会造成地球的粮食短缺问题。因此，在能源日渐缺乏的今日，从自然界的律动中寻找能量的来源，已成为相关产业解决能源缺乏的手段，例如风力发电、水力发电及波浪发电等发电方式。 [0004] 然而，自然界的律动通常存在其能量的频率及大小不规则的问题。因此，能够从不规则的自然力量中取得稳定能量的系统设计，便成为行业人员所面临的课题。 发明内容[0005] 有鉴于上述问题，本发明提供一种稳压装置及使用其的获能系统，能够利用稳压装置稳定液体压力。 [0006] 本发明提供一种获能系统，包括一第一腔室、一第二腔室、一间隔件、一加压装置、一获能装置及一稳压装置。第一腔室及第二腔室借以容置一液体。间隔件设置于第一腔室及第二腔室之间。第二腔室经由间隔件的一开口与第一腔室连通。加压装置与第一腔室及第二腔室连通。获能装置设置于开口。稳压装置与第一腔室连通。 [0007] 本发明还提供一种稳压装置，用以与一第一腔室连通，且稳定容置于第一腔室的一液体的一压力。稳压装置包括一支点、一杠杆、一第二腔室、一补偿流体、容置该补偿流体的一补偿腔室、与该补偿腔室相连的一补偿控制器、连接该第一腔室的第一缸体、连接该补偿腔室的一第二缸体、连接该第二腔室的一第三缸体、一第一活塞、一第二活塞及一第三活塞。杠杆枢设于支点。第二腔室借以容置一气体。第一活塞、第二活塞及第三活塞分别设置于第一缸体、第二缸体及第三缸体中，且枢设于杠杆。 [0008] 根据本发明的稳压装置及使用其的获能系统，能够借由获能装置设置于间隔第一腔室及第二腔室之间隔件的开口，而直接获取第一压力及第二压力的压差能量。具有第一压力的液体不需要经过管路，仅需要直接经过获能装置，就能成为具有第二压力的液体。因此，第一压力及第二压力的压差能量，不会因为液体与管路摩擦而产生损耗。此外，由于稳压装置与第一腔室连通，而能稳定容置于第一腔室的液体的第一压力。稳压装置中，借由将第一压力配置成对支点提供与补偿流体所提供的第二力矩同向但与气体所提供的第三力矩反向的第一力矩，并利用补偿流体对于气体所提供的力矩改变进行补偿，以维持第一压力的大小。 [0010] 图1为示出本发明的实施例的获能系统的剖面示意图； [0011] 图2A及图2B为示出图1的稳压装置的剖面示意图； [0012] 图2C为示出图2A中支点及杠杆的力学示意图； [0013] 图2D为示出图2B中支点及杠杆的力学示意图； [0014] 图3A及图3B为示出本发明的实施例的另一稳压装置的剖面示意图； [0015] 图4A及图4B为示出本发明的实施例的另一稳压装置的剖面示意图。 [0016] 附图标记 [0017] 具体实施方式[0018] 以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域中具通常知识的人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭示的内容、权利要求书及附图，任何本领域中具通常知识的人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。 [0019] 请参照图1，为示出本发明的实施例的获能系统1的剖面示意图。本发明的获能系统1包括一第一腔室10、一第二腔室20、一间隔件30、一加压装置40、一获能装置50及一稳压装置60。第一腔室10及第二腔室20容置一液体L。间隔件30设置于第一腔室10及第二腔室20之间，第二腔室20经由间隔件30的一第一开口31与第一腔室10连通。加压装置40与第一腔室10及第二腔室20连通，用以加压容置于第二腔室20的液体L。加压装置40还将因加压而具有一第一压力P1的液体L移送至第一腔室10，且使第一压力P1大于容置于第二腔室20的液体L的一第二压力P2。获能装置50设置于第一开口31，用以获取第一压力P1及第二压力P2的压差能量。具有第一压力P1的液体L不需要经过管路，仅需要直接经过设置于间隔件30的第一开口31的获能装置50，就能成为具有第二压力P2的液体L。因此，第一压力P1及第二压力P2的压差能量，不会因为液体L与管路摩擦而产生损耗。稳压装置60以一连接口60a与第一腔室10的连通孔11连通，用以稳定容置于第一腔室10的液体L的第一压力P1。 [0020] 于本实施例中，获能系统1还包括一弹性膜21，第二腔室20还容置一第一气体G1，弹性膜21分隔第一气体G1及液体L。 [0022] 于本实施例中，获能系统1还包括一压力阀80。压力阀80设置于间隔件30的一第二开口32。当第一压力P1及第二压力P2的压力差大于指定压力时，压力阀80会因压力差而开启，使第一腔室10能经由压力阀80与第二腔室20连通。 [0023] 加压装置40包括一扇叶或一浮球。扇叶能应用于风力及水力发电，浮球能应用于波浪发电。加压装置40能借由来自外界的动能推动液体L。且因单向阀70对于液体L流向的限制，使加压装置推动从第二腔室20流至加压装置40的液体L，再推动经过加压的流体流至第一腔室10。因此，加压装置40能使得第一腔室10中的液体L的第一压力P1大于第二腔室20中的液体L的第二压力P2。然而，风力、水力及波浪等自然界的能量通常不稳定，而容易使第一压力P1忽高忽低。因此，第一腔室10中的液体L除了受到加压装置40的加压以外，还受到稳压装置60的稳压作用，使得第一压力P1能够具有稳定的大小，而不会有忽高忽低的情形。 [0024] 在第一压力P1大于第二压力P2的情形下，获能装置50能够借由第一压力P1及第二压力P2的压力差获取其压差能量。举例而言，获能装置50能为发电机组。因第一压力P1大于第二压力P2，故液体L会从第一腔室10流至第二腔室20。流动的过程中，获能装置50能够将液体L的流动动能借由电流磁效应转换为电能。当加压装置40对液体L加压的幅度过大，而可能超出稳压装置60稳定压力的容许范围时，压力阀80能开启，使第一腔室10也能够经由压力阀80与第二腔室20连通。第一腔室10中的液体L能够经由压力阀80流至第二腔室20，以卸除过多的压力。借此，能够避免加压装置40因过大的压力而损坏获能装置50及稳压装置60。另外，当加压装置40对液体L加压的幅度大到需要进行稳压时，部分液体L会经由连接口60a流入稳压装置60中。此时，弹性膜21会朝向液体L方向变形。另外，当加压装置40对液体L加压的幅度小到需要进行稳压时，部分液体L会从稳压装置60经由连接口60a流回第一腔室10中。此时，弹性膜21会朝向第一气体G1方向变形。 [0025] 请同时参照图2A及图2B，为示出图1的稳压装置60的剖面示意图。稳压装置60包括一支点61、一杠杆62、一第三腔室63、一补偿流体F、一补偿腔室64、一补偿控制器65、一第一缸体661、一第二缸体662、一第三缸体663、一第一活塞671、一第二活塞672、一第三活塞673、一第一连杆681、一第二连杆682及一第三连杆683。杠杆62枢设于支点61。第三腔室63容置一第二气体G2。补偿腔室64容置补偿流体F。补偿控制器65与补偿腔室64相连。第一缸体661以连接口60a与第一腔室10的连通孔11连通。第二缸体662连接补偿腔室64。第三缸体663连接第三腔室63。第一活塞671、第二活塞672及第三活塞 673分别设置于第一缸体661、第二缸体662及第三缸体663中，且分别经由第一连杆681、第二连杆682及第三连杆683枢设于杠杆62。第一活塞671、第二活塞672及第三活塞673朝向杠杆62的方向相对于支点61分别形成一第一力矩、一第二力矩及一第三力矩。 [0026] 于第一腔室10的液体L以第一压力P1推抵第一缸体661中的第一活塞671，以经由第一连杆681施力于杠杆62，而对支点61施加逆时针的第一力矩。于补偿腔室64的补偿流体F推抵第二缸体662中的第二活塞672，以经由第二连杆682施力于杠杆62，而对支点61施加逆时针的第二力矩。于第三腔室63的第二气体G2推抵第三缸体663中的第三活塞673，以经由第二连杆683施力于杠杆62，而对支点61施加顺时针的第三力矩。 [0027] 第一力矩与第二力矩的方向皆为逆时针方向而方向相同，第三力矩的方向为顺时针方向而与第一力矩及第二力矩的方向相反。第三力矩增减时，补偿控制器65用以控制补偿流体F增减第二力矩，以稳定第一力矩及第一压力P1。 [0028] 于本实施例中，液体L除了容置于第一腔室10以外，还容置于第一缸体661的一部分，且由第一活塞671封住而能使液体L不至于流至设置有支点61及杠杆62的空间中。补偿流体F除了容置于补偿腔室64以外，还容置于第二缸体662的一部分，且由第二活塞 672封住而能使补偿流体F不至于流至设置有支点61及杠杆62的空间中。第二气体G2除了容置于第三腔室63以外，还容置于第三缸体663的一部分，且由第三活塞673封住而能使第二气体G2不至于流至设置有支点61及杠杆62的空间中。当温度固定且第三活塞673沿着第三缸体663移动时，第二气体G2的体积会有所改变，第二气体G2的气压也会有所改变。第二气体G2在固定的温度下，根据波以耳定律（Boyle’sLaw），气体的体积与压力成反比。 [0029] 杠杆62具有以支点61划分的相对的一第一侧621及一第二侧622。第一活塞671及第三活塞673枢设于第一侧621，第二活塞672枢设于第二侧622。第一活塞671施力于第一侧621，以对支点61施加第一力矩。第二活塞672施力于第二侧622，以对支点61施加第二力矩。第三活塞673施力于第一侧621，以对支点61施加第三力矩。第一缸体661与第三缸体663能够同轴设置。杠杆62沿顺时针转动时，第一活塞671能够往接近第一腔室10的方向移动，第二活塞672能够往接近补偿腔室64的方向移动，第三活塞673能够往离开第三腔室63的方向移动。反之，杠杆62沿逆时针转动时，第一活塞671能够往离开第一腔室10的方向移动，第二活塞672能够往离开补偿腔室64的方向移动，第三活塞673能够往接近第三腔室63的方向移动。 [0030] 请参照图2A及图2C，图2C为示出图2A中支点61及杠杆62的力学示意图。当第一压力P1大到需要进行稳压的瞬间，图1所示的第一腔室10的部分液体L会流入稳压装置60中，且推动第一活塞671向上移动。由于第一活塞671与第三活塞673皆设置于杠杆62的第一侧621，且第一缸体661与第三缸体663能够同轴设置，使得第三活塞673也会向上移动而压缩第三腔室63内第二气体G2的体积。根据波以耳定律，受到压缩而体积缩小的第二气体G2其气压会上升。因此会导致由第二气体G2施力于杠杆62而对支点61所施加的第三力矩增加，也即顺时针的力矩增加。此时，杠杆62的第一侧621会向上移动，第二侧622会向下移动，而带动第二活塞672向下移动。补偿控制器65会连带对补偿腔室64补充补偿流体F。补偿控制器65能够借由补偿流体F的补充量及杠杆62的尺寸信息，得知第二气体G2的压缩量，进而推算第二气体G2所造成的第三力矩的增加量。且补偿控制器65主动控制补偿流体F的压力，以增加补偿流体F施力于杠杆62而对支点61所施加的第二力矩，也即增加逆时针的力矩。第三力矩与第二力矩的增加量相同，而使得第一力矩无需改变。因此，能够在不改变造成第一力矩的第一压力P1的情况下，使杠杆62的力矩平衡，进而达到稳定第一压力P1的效果。 [0031] 请参照图2B及图2D，图2D为示出图2B中支点61及杠杆62的力学示意图。当第一压力P1小到需要进行稳压的瞬间，稳压装置60中的部分液体L会流回图1所示的第一腔室10中，且而使第一活塞671向下移动。由于第一活塞671与第三活塞673皆设置于杠杆62的第一侧621，使得第三活塞673也会向下移动而膨胀第三腔室63内第二气体G2的体积。根据波以耳定律，受到膨胀而体积增加的第二气体G2其气压会下降。因此会导致由第二气体G2施力于杠杆62而对支点61所施加的第三力矩减少，也即顺时针的力矩减少。此时，杠杆62的第一侧621会向下移动，第二侧622会向上移动，而带动第二活塞672向上移动。补偿腔室64中补偿流体F能回流至补偿控制器65。补偿控制器65能够借由补偿流体F的回流量及杠杆62的尺寸信息，得知第二气体G2的膨胀量，进而推算第二气体G2所造成的第三力矩的减少量。且补偿控制器65控制补偿流体F的压力，以减少补偿流体F施力于杠杆62而对支点61所施加的第二力矩，也即减少逆时针的力矩。第三力矩与第二力矩的减少量相同，而使得第一力矩无需改变。因此，能够在不改变造成第一力矩的第一压力P1的情况下，使杠杆62的力矩平衡，进而达到稳定第一压力P1的效果。 [0032] 于第二气体G2的体积压缩时，提供补偿控制器65控制补偿流体F增加第二力矩的能量中，至少部分能于第二气体G2的体积膨胀时回收。 [0033] 于其它实施例中，稳压装置60还包括一压力传感器，设置于第三腔室63，且与补偿控制器65连接。压力传感器能将所感测到的第二气体G2的气压传送至补偿控制器。补偿控制器65根据第二气体G2的气压的增加情形，控制补偿流体F增减第二力矩。 [0034] 于其它实施例中，稳压装置60还包括一压力传感器，设置于第一缸体661与图1所示的第一腔室10的连接处，且与补偿控制器65连接。压力传感器感测第一压力P1，补偿控制器65根据第一压力P1控制补偿流体F增减第二力矩，以维持第一压力P1。 [0035] 请参照图3A及图3B，为示出本发明的实施例的另一稳压装置601的剖面示意图。稳压装置601与稳压装置60相似，也以连接口60a与图1的第一腔室10的连通孔11连通。 稳压装置601也包括一支点61、一杠杆62、一第三腔室63、一补偿流体F、一补偿腔室64、一补偿控制器65、一第一缸体661、一第二缸体662、一第三缸体663、一第一活塞671、一第二活塞672、一第三活塞673、一第一连杆681、一第二连杆682及一第三连杆683。第三腔室63容置一第二气体G2。补偿腔室64容置补偿流体F。于第一腔室10的液体L以第一压力P1推抵第一缸体661中的第一活塞671。 [0036] 同样的，杠杆62具有以支点61划分的相对的一第一侧621及一第二侧622。然而，第一活塞671枢设于第一侧621，第二活塞672及第三活塞673枢设于第二侧622。第一活塞671施力于第一侧621，以对支点61施加第一力矩。第二活塞672施力于第二侧622，以对支点61施加第二力矩。然而，于稳压装置601中，第三活塞673施力于第二侧622，以对支点61施加第三力矩。第一缸体661及第三缸体663借由杠杆62之间隔与第二缸体662隔开。 [0037] 如图3A所示，当第一压力P1大到需要进行稳压的瞬间，图1所示的第一腔室10的部分液体L会经由连接口60a流入稳压装置60中，且推动第一活塞671向下移动。此时，杠杆62的第一侧621会向下移动，第二侧622会向上移动，而带动第三活塞673向上移动。第三活塞673向上移动则会压缩第三腔室63内第二气体G2的体积。根据波以耳定律，受到压缩而体积缩小的第二气体G2其气压会上升。因此会导致由第二气体G2施力于杠杆62而对支点61所施加的第三力矩增加，也即顺时针的力矩增加。由于第二侧622会向上移动，而带动第二活塞672向上移动。补偿控制器65会连带对补偿腔室64补充补偿流体F。补偿控制器65能够借由补偿流体F的补充量及杠杆62的尺寸信息，得知第二气体G2的压缩量，进而推算第二气体G2所造成的第三力矩的增加量。且补偿控制器65主动控制补偿流体F的压力，以增加补偿流体F施力于杠杆62而对支点61所施加的第二力矩，也即增加逆时针的力矩。第三力矩与第二力矩的增加量相同，而使得第一力矩无需改变。因此，能够在不改变造成第一力矩的第一压力P1的情况下，使杠杆62的力矩平衡，进而达到稳定第一压力P1的效果。 [0038] 如图3B所示，当第一压力P1小到需要进行稳压的瞬间，稳压装置60中的部分液体L会流回图1所示的第一腔室10中，且而使第一活塞671向上移动。此时，杠杆62的第一侧621会向上移动，第二侧622会向下移动，而带动第三活塞673向下移动。第三活塞673向下移动则会膨胀第三腔室63内第二气体G2的体积。根据波以耳定律，受到膨胀而体积增加的第二气体G2其气压会下降。因此会导致由第二气体G2施力于杠杆62而对支点61所施加的第三力矩减少，也即顺时针的力矩减少。由于第二侧622会向下移动，而带动第二活塞672向下移动。补偿腔室64中补偿流体F能回流至补偿控制器65。补偿控制器65能够借由补偿流体F的回流量及杠杆62的尺寸信息，得知第二气体G2的膨胀量，进而推算第二气体G2所造成的第三力矩的减少量。且补偿控制器65控制补偿流体F的压力，以减少补偿流体F施力于杠杆62而对支点61所施加的第二力矩，也即减少逆时针的力矩。第三力矩与第二力矩的减少量相同，而使得第一力矩无需改变。因此，能够在不改变造成第一力矩的第一压力P1的情况下，使杠杆62的力矩平衡，进而达到稳定第一压力P1的效果。 [0039] 请参照图4A及图4B，为示出本发明的实施例的另一稳压装置602的剖面示意图。稳压装置602与稳压装置60相似，也以连接口60a与图1的第一腔室10的连通孔11连通。 稳压装置602也包括一支点61、一杠杆62、一第三腔室63、一补偿流体F、一补偿腔室64、一补偿控制器65、一第一缸体661、一第二缸体662、一第三缸体663、一第一活塞671、一第二活塞672、一第三活塞673、一第一连杆681、一第二连杆682及一第三连杆683。第三腔室63容置一第二气体G2。补偿腔室64容置补偿流体F。于第一腔室10的液体L以第一压力P1推抵第一缸体661中的第一活塞671。 [0040] 然而，于本实施例中，杠杆62具有以支点61划分的相对的一第二侧622、一第三侧623及位于第二侧622及第三侧623之间的一第一侧621。然而，第一活塞671枢设于第一侧621，第二活塞672枢设于第二侧622及第三活塞673枢设于第三侧623。第一活塞671施力于第一侧621以对支点61施加第一力矩。第二活塞672施力于第二侧622以对支点 61施加第二力矩。第三活塞673施力于第三侧623以对支点61施加第三力矩。第一力矩与第二力矩的方向皆为顺时针方向而方向相同，第三力矩的方向为逆时针方向而与第一力矩及第二力矩的方向相反。第一缸体661及第三缸体663的轴向能彼此呈垂直，但不限于此。于其它实施例中，第一缸体661及第三缸体663的轴向能彼此以不同的角度设置。 [0041] 如图4A所示，当第一压力P1大到需要进行稳压的瞬间，图1所示的第一腔室10的部分液体L会经由连接口60a流入稳压装置60中，且推动第一活塞671向左移动。此时，杠杆62的第一侧621会向左移动，第三侧623会向上移动，而带动第三活塞673向上移动。第三活塞673向上移动则会压缩第三腔室63内第二气体G2的体积。根据波以耳定律，受到压缩而体积缩小的第二气体G2其气压会上升。因此会导致由第二气体G2施力于杠杆62而对支点61所施加的第三力矩增加，也即逆时针的力矩增加。此时，第二侧622会向下移动，而带动第二活塞672向下移动。补偿控制器65会连带对补偿腔室64补充补偿流体F。 补偿控制器65能够借由补偿流体F的补充量及杠杆62的尺寸信息，得知第二气体G2的压缩量，进而推算第二气体G2所造成的第三力矩的增加量。且补偿控制器65主动控制补偿流体F的压力，以增加补偿流体F施力于杠杆62而对支点61所施加的第二力矩，也即增加顺时针的力矩。第三力矩与第二力矩的增加量相同，而使得第一力矩无需改变。因此，能够在不改变造成第一力矩的第一压力P1的情况下，使杠杆62的力矩平衡，进而达到稳定第一压力P1的效果。 [0042] 如图4B所示，当第一压力P1小到需要进行稳压的瞬间，稳压装置60中的部分液体L会流回图1所示的第一腔室10中，且而使第一活塞671向右移动。此时，杠杆62的第一侧621会向右移动，第三侧623会向下移动，而带动第三活塞673向下移动。第三活塞673向下移动则会膨胀第三腔室63内第二气体G2的体积。根据波以耳定律，受到膨胀而体积增加的第二气体G2其气压会下降。因此会导致由第二气体G2施力于杠杆62而对支点61所施加的第三力矩减少，也即逆时针的力矩减少。此时，第二侧622会向上移动，而带动第二活塞672向上移动。补偿腔室64中补偿流体F能回流至补偿控制器65。补偿控制器65能够借由补偿流体F的回流量及杠杆62的尺寸信息，得知第二气体G2的膨胀量，进而推算第二气体G2所造成的第三力矩的减少量。且补偿控制器65控制补偿流体F的压力，以减少补偿流体F施力于杠杆62而对支点61所施加的第二力矩，也即减少顺时针的力矩。第三力矩与第二力矩的减少量相同，而使得第一力矩无需改变。因此，能够在不改变造成第一力矩的第一压力P1的情况下，使杠杆62的力矩平衡，进而达到稳定第一压力P1的效果。 [0043] 综上所述，本发明的稳压装置及使用其的获能系统，能够借由获能装置设置于间隔第一腔室及第二腔室之间隔件的开口，而直接获取第一压力及第二压力的压差能量。具有第一压力的液体不需要经过管路，仅需要直接经过获能装置，就能成为具有第二压力的液体。因此，第一压力及第二压力的压差能量，不会因为液体与管路摩擦而产生损耗。此外，由于稳压装置与第一腔室连通，而能稳定容置于第一腔室的液体的第一压力。稳压装置中，借由将第一压力配置成对支点提供与补偿流体所提供的第二力矩同向但与气体所提供的第三力矩反向的第一力矩，并利用补偿流体对于气体所提供的力矩改变进行补偿，以维持第一压力的大小。 |
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