CN102130632A - 能量再生系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能量再生系统，其包含：热泵、生物反应器、燃烧器及温差发电装置。该热泵设置用于对该生物反应器进行热调节，且可用于空调、除湿、制冰、致冷、致热及/或提供沐浴用热水。该生物反应器收容有机物质，有机物质通过微生物的作用转换成生物质燃料及其它物质。通过该燃烧器，将生物质燃料的化学能转换成热能，用于驱动温差发电装置，以产生电能。

Description

能量再生系统
技术领域
本发明涉及一种能量再生系统，特别涉及一种用于将生物质能(biomass energy)转换成热能、机械能及/或电能的系统。
背景技术
US2008/0127657揭示了一种热泵驱动的发电装置，以热泵驱动斯特林发动机来发电。
US6892522揭示一种结合蒸气压缩循环系统的有机兰琴循环系统，利用燃气涡轮机产生的废热来发电。
US2004/0093864揭示一种利用斯特林发动机的发电装置。
发明内容
本发明提供一种能量再生系统，其包含：一热泵，其产生一热源及一冷源，该热源与第1工作流体热接触，而该冷源与第2工作流体热接触；一生物反应器，用于产出生物质燃料(biomassfuel)；一燃烧器，其燃烧该生物质燃料，以使第3工作流体过热，过热的第3工作流体气化成高温蒸气；一温差发电装置，其包含一热端及一冷端，该热端与该高温蒸气热接触，该冷端与一热库(heat sink)热接触，以便产生电能；其中，该第1工作流体及该第2工作流体用于对该生物反应器热调节。
根据本发明的另一实施例，该生物反应器包含第1反应器单元及第2反应器单元。该第1反应器单元以动物排泄物为反应的基质，以产出第1生物质燃料。该第2反应器单元以动植物材料为反应的基质，以产出第2生物质燃料。该第1生物质燃料包含有甲烷、氢气及一氧化碳等，而该第2生物质燃料包含乙醇。
动植物材料意指动植物或动植物的一部分，典型地包含厨余、农业废弃物、林业废弃物、畜牧业废弃物及/或食品业废弃物。
根据本发明的另一实施例，温差发电装置可包含一斯特林发动机及一发电机。
根据本发明的另一实施例，本发明的系统可进一步包含太阳能电池(solar cell)、风力发电机(wind power generator)及/或电力储存装置。当以太阳能电池及/或风力发电机产生电能时，通过该温差发电装置所产生的电能可储存于电力储存装置。该电力储存装置可由一个以上的蓄电池所组成。
借助微生物的作用，例如发酵，在生物反应器内的诸如动物排泄物及动植物材料等有机物质被转换成可用于发电的生物质燃料。动物排泄物及动植物材料这类的有机物质通常被当作废弃物处理。本发明以有机废弃物作为能源的来源而使能源再生利用，如此可降低对于石化燃料或天然气的需求，并减少温室气体的排放。
附图说明
图1显示根据本发明的能量再生系统。
具体实施方式
图1概要地例示根据本发明的能量再生系统，其整体以组件符号1标示。
能量再生系统1包含热泵11、生物反应器12、燃烧器13及温差发电装置14。
热泵11产生热源111及冷源112。热源111与第1工作流体F 1热接触或热交换，而冷源112与第2工作流体F2热接触或热交换。第1工作流体F 1及第2工作流体F2可为水或乙二醇水溶液。
生物反应器12提供用于产出生物质燃料。较佳地，生物反应器12包含第1反应器单元及第2反应器单元(未图标)。第1反应器单元以动物排泄物为反应的基质，以产出第1生物质燃料，其包含甲烷、氢气及一氧化碳等。第2反应器单元以动植物材料为反应的基质，以产出第2生物质燃料，其包含乙醇。
于生物反应器12中，诸如动物排泄物或动植物材料废弃物等有机物质通过微生物的作用而转换成生物质燃料及其它物质。在此反应过程中，会产生热。反应的速率大致与温度成正相关。因此，对生物反应器12的热管理是很重要且有必要。有利地以第1工作流体F1及第2工作流体F2对生物反应器12热调节，以便控制反应温度及反应速率，例如将反应温度保持恒定，或可依所需反应速率对应地提高或降低反应温度。此外，第1工作流体F1亦可进一步用于空调、致热及/或沐浴。第2工作流体F2亦可进一步用于空调、除湿、致冷及/或制冰。第1工作流体F 1及第2工作流体F2亦可提供桑拿或SPA等所需的冷热需求。
由生物反应器12所产生的生物质燃料被供应至燃烧器13并在此燃烧，使得流经热交换器15的第3工作流体F 3被加热至过热状态。过热的第3工作流体F3气化成高温蒸气S。举例而言，可借助闪蒸器16使过热的第3工作流体F 3气化。
已知斯特林发动机能将温差直接转换成机械能。在本例中，温差发电装置14包含斯特林发动机141及发电机142，但不限于此。亦可采用其它可将温差直接或间接转换成机械能或电能的已知装置。以斯特林发动机循环为例，斯特林发动机14的热端143与高温蒸气S热接触，而其冷端144与热库HS热接触，通过使斯特林发动机141运转而产生机械能。发电机142将斯特林发动机141产生的机械能转换成电能。冷端144可为周围空气及/或地表(ground)。
蒸气S不仅可用于发电，亦可取代煤气炉用于烹饪。如此，可进一步降低对天然气或煤气的需求。
在第3工作流体F3在经由燃烧器加热之前，最好先以热源111及/或生物反应器12预热。例如，第3工作流体F3依序借助热源111及生物反应器12而被预热，或依序借助生物反应器12及热源111而被预热。第3工作流体F3亦可借助与第1工作流体F 1热交换而被预热。
如果第1工作流体F 1及第3工作流体F3都选自于相同的工作流体，例如水，则亦可使用第1工作流体F 1作为第3工作流体F 3。
热泵11除了可自第2工作流体F2吸热，亦可自斯特林发动机141的冷端144吸热。换言之，热泵11的冷源112可用以提高斯特林发动机141的热端143及冷端144之间的温差。
根据本发明的能量再生系统可进一步包含储水槽(未图示)。储水槽收集生活废水、雨水及/或该生物反应器所产生的水体。如果储水槽储存水量够多的话，那么储水槽可作用成热稳定的热库，用于对该生物反应器热调节及/或自斯特林发动机的冷端吸热(即作用成热库HS)。
根据本发明的能量再生系统可进一步包含太阳能电池、风力发电机及/或电力储存装置(未图标)。电力储存装置由一个以上的蓄电池(例如聚合物锂电池)所组成，用于储存太阳能电池、风力发电机及/或温差发电装置所产生的电能。在电力需求由太阳能电池及/或风力发电机满足的情形下，较佳地将温差发电装置所产生的电能储存在电力储存装置，或者以热调节的方式使生物反应器停止反应或减缓反应速率。
热泵运转所需的电力亦可由太阳能电池、风力发电机、电力储存装置、温差发电装置及电力公司的供电中的至少一者来提供。
根据本发明的能量再生系统可进一步包含自动电力切换装置(ATS)，用于选择性地或可控制地将电力需求端(负载)连接至电力公司的供电或能量再生系统。在电力需求端连接至电力公司的供电的情况下，能量再生系统所产生的电能可储存于电力储存装置。例如，在电力公司的供电中断的情况下，自动电力切换装置自动地将电力需求端连接至能量再生系统，避免对电力需求端的供电中断。
虽然本发明参照较佳实施例而进行说明示范，但应了解的是在不脱离本发明的精神及范畴内，对于本发明所属技术领域中具有通常知识者而言，仍得有许多变化及修改。因此，本发明并不限制于所揭露的实施例，即不偏离本发明范围所做的均等变化与修饰，应仍属本发明的涵盖范围。

Claims (19)

1.一种能量再生系统，其包含：
一热泵，其产生一热源及一冷源，该热源与第1工作流体热接触，而该冷源与第2工作流体热接触；
一生物反应器，用于产出生物质燃料及热能；
一燃烧器，其燃烧该生物质燃料，以使第3工作流体过热，过热的第3工作流体气化成高温蒸气；
一温差发电装置，其包含一热端及一冷端，该热端与该高温蒸气热接触，该冷端与一热库热接触，以便产生电力；
其中，该第1工作流体及该2工作流体对该生物反应器热调节。
2.如权利要求1所述的系统，其中该第1工作流体进一步用于空调、沐浴及/或致热，该第2工作流体进一步用于空调、除湿、制冰及/或致冷。
3.如权利要求1所述的系统，该生物反应器至少包含第1反应器单元及第2反应器单元中的一个，该第1反应器单元以动物排泄物为反应的基质，以产出第1生物质燃料，该第2反应器单元以动植物材料为反应的基质，以产出第2生物质燃料。
4.如权利要求3所述的系统，其中该第1生物质燃料包含甲烷、氢气及/或一氧化碳，该第2生物质燃料包含甲醇或乙醇。
5.如权利要求1所述的系统，其中该第3工作流体在经由燃烧器过热之前通过该热源及/或该生物反应器预热。
6.如权利要求5所述的系统，其中该第3工作流体在经由燃烧器过热之前依序通过该热源及该生物反应器预热。
7.如权利要求5所述的系统，其中该第3工作流体在经由燃烧器过热之前依序通过该生物反应器及该热源预热。
8.如权利要求1至7中任一项所述的系统，其中该过热的第3工作流体经由一闪蒸器气化成高温蒸气。
9.如权利要求1至7中任一项所述的系统，其中该热库为周围空气及/或地表。
10.如权利要求1至7中任一项所述的系统，其中该冷源作用成该热库。
11.如权利要求1至7中任一项所述的系统，其中一部分的高温蒸气用于烹饪。
12.如权利要求1至7中任一项所述的系统，其中该第1工作流体、该第2工作流体及该第3工作流体为水或水溶液。
13.如权利要求1至7中任一项所述的系统，其中该温差发电装置包含一斯特林发动机及一发电机。
14.如权利要求1至7中任一项所述的系统，其又包含一储水槽，其储存生活废水、该生物反应器所产生的废水及/或雨水。
15.如权利要求14所述的系统，该储水槽作用成该热库。
16.如权利要求14所述的系统，该储水槽用于热调节该生物反应器。
17.如权利要求1至7中任一项所述的系统，其进一步包含太阳能电池、风力发电机及/或电力储存装置。
18.如权利要求17所述的系统，其中该电力储存装置由一个以上的蓄电池所组成。
19.如权利要求1至7所述的系统，其进一步包含自动电力切换装置，用于选择性地将电力需求端连接至电力公司的供电或该能量再生系统。
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