CN102261267A - 电力供应系统和集合式住宅发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力供应系统及集合式住宅发电系统，其主要包括：气体燃料产生单元、第一电力产生单元以及第二电力产生单元。其中，气体燃料产生单元将有机废弃物进行处理以产生气体燃料，第一电力产生单元包括发电机与涡轮机，且涡轮机是用该气体燃料作为运转所需的燃料源来驱动该发电机进行发电，第二电力产生单元利用该第一电力产生单元运转所产生的热进行发电。本发明可在有机废弃物处理的过程中产出能源，并将之回馈给住户，达到住宅用电可完全或部分自给自足的功效。

Description

电力供应系统和集合式住宅发电系统

技术领域

本发明涉及一种电力供应系统，尤其涉及一种在处理有机废弃物时可进行发电，以供应住户所需的民生用电的电力供应系统。

背景技术

在公知的大楼、公寓等住宅中，住户所产生的废弃物多依其不同性质进行收集处理。举例来说，可在家庭层级将废弃物分为不同类别，像是可燃物品(如纸张、干枯树叶和树枝等)、可再循环物品(如瓶、罐和塑料袋等)、有机物(如蔬菜、水果皮及其它食物废弃物)等，再依照各类别适合的处理方式将废弃物搬运至特定的处理厂进行掩埋、焚化或其它后续处理。

另一方面，住户所产生的排泄物则是经过污水管收集在地下化粪池内，并在其中进行发酵、杀菌等处理，待一定时间化粪池填满后，再委托清洁公司进行抽肥作业以将化粪池内累积的污物清干净。

据此，现有技术中居家的排泄物及废弃物多需要运输至特定场所进行集中处理，而无法在住宅中直接进行处理，不仅在运输过程中需要耗费大量人力物力，而且处理过程中并无法将资源有效利用而回馈给住户。

发明内容

有鉴于此，有必要提出一种有别以往的有机废弃物(指任何可经处理而产生气体燃料的物质，包括厨余、排泄物、碳氢化合物等等，但并不以此为限)处理方式的做法，可在有机废弃物处理的过程中产出能源，并将之回馈给住户，达到住宅用电可完全或部分自给自足的功效。

本发明的目的之一，在于提供一种电力供应系统，其主要包括：气体燃料产生单元，是将有机废弃物进行处理以产生气体燃料；第一电力产生单元，包括：发电机；以及涡轮机，与该发电机连接，该涡轮机是用该气体燃料作为运转所需的燃料源来驱动该发电机进行发电；以及第二电力产生单元，利用该第一电力产生单元运转所产生的热进行发电。

在较佳的情形中，气体燃料产生单元可以包括生物处理槽和/或电浆重组器，但并不以此为限，以对有机废弃物进行分解和/或重组而产生氢气，作为该气体燃料的一部分。此外，电力供应系统尚可选择性包括预处理单元，是将该有机废弃物进行预处理，如混合、打浆等，使其更适于被该气体燃料产生单元处理。

此外，本发明的电力供应系统还可选择性包括第三电力产生单元，如燃料电池。此时，第一与第二电力产生单元可作为主要供电单元，而第三电力产生单元则可作为备用供电单元，其可在主要供电单元故障或电力供应量不足时辅助提供电力至各住户。在第三电力产生单元为燃料电池的情形中，为能提高气体燃料产生单元产生的氢气纯度，可进一步使用纯化单元对气体燃料进行纯化，以提高该气体燃料中氢气的纯度。

为能提高本发明在运转时所能产生的实际效果，本发明的电力供应系统还可选择性包括热交换装置，介于该第一电力产生单元与该第二电力产生单元之间，用以将第一电力产生单元运转过程中产生的废热转移至第二电力产生单元，以使第二电力产生单元可利用该废热进行发电。

本发明的再一目的，在于提供一种集合式住宅发电系统，在就地(in-situ)处理住户所产生的有机废弃物的同时进行发电，以供应至少一住户所需的民生用电，该集合式住宅绿能发电系统包括：预处理单元，是对有机废弃物进行搅拌、打浆、粉碎、均质化或细微化的预处理；气体燃料产生单元，是将预处理后的有机废弃物进行处理以产生气体燃料，该气体燃料产生单元包括生物处理槽，用来对有机废弃物进行发酵反应，以及电浆重组器，用来将有机废弃物中的碳氢化合物进行重组；第一电力产生单元，包括：发电机以及涡轮机，与该发电机连接，该涡轮机是用该气体燃料作为运转所需的燃料源来驱动该发电机进行发电；第二电力产生单元，利用该第一电力产生单元运转所产生的热进行发电；纯化单元，连接至该气体燃料产生单元，并对气体燃料进行纯化，以提高气体燃料中氢气的纯度；以及第三电力产生单元，与该纯化单元连接，并用纯化后的气体燃料中的氢气作为运转所需的燃料源而产生电力。

附图说明

图1是本发明利用有机废弃物的处理来产生电力的主要概念示意图；

图2是本发明电力供应系统一较佳实施例的示意图。

【主要组件符号说明】

S11、S13、S15、S17、S19处理步骤

200电力供应系统

210预处理单元

220生物处理槽

230电浆重组器

240纯化单元

250燃料电池

260涡轮机

270发电机

280热交换装置

290热温差发电机

具体实施方式

为充分说明本发明的目的、特征及功效，现借由下述具体的实施例，并配合所附的图式，对本发明做一详细说明如后。

请参照图1，其是本发明利用有机废弃物的处理来产生电力的主要概念示意图。首先，步骤S11是进行有机废弃物的收集。由于本发明的供电系统可应用的场所并不以住宅为限，诸如饭店、各级学校、政府机关、餐厅密集区、垃圾回收场、污水处理厂、综合果菜市场、养殖/畜牧/屠宰场、垃圾掩埋场、食品加工厂、工业废油产生处等等均可架设本发明的供电系统，因此，有机废弃物的收集方式可配合不同应用场所的需求而进行调整。举例来说，若以住宅区为例，有机废弃物可收集在大楼的筏基坑中，使未装设本发明的供电系统的传统大楼、公寓等在有机废弃物的收集方面无需加装额外的设备即可适用于本发明。

之后，可选择性进行步骤S13，以对所收集的有机废弃物进行预处理，使其更适于后续产生气体燃料的处理。举例来说，预处理步骤可包括将有机废弃物进行粉碎、均质化、细微化等等，亦或是对有机废弃物进行混合、打浆的预处理。

接着，步骤S15则是利用有机废弃物来进行气体燃料的生产。在本发明中，生产气体燃料的方式并不特别限制，任何一种可将有机废弃物转化成可作为后续电力产生单元的燃料源的手段皆可为本发明所用，且其较佳是为生物处理槽和/或电浆重组器。

在产生气体燃料后，可视后续使用的电力产生单元的特性来决定是否要先对气体燃料进行步骤S17的纯化。举例来说，若电力产生单元对于燃料源的要求并不特别高，则可直接将所生产的气体燃料直接送至电力产生单元进行发电；倘若电力产生单元对于燃料源有特殊的要求，如对于氢气浓度要求较高的燃料电池，则可先对气体燃料进行纯化，待其符合电力产生单元的要求后再将之送至电力产生单元进行发电。

最后，则是借由步骤S19利用气体燃料来产生电力，在本发明中，可同时使用两种以上的电力产生单元进行发电，以达到较高的发电效率。举例而言，第一电力产生单元可包括发电机与涡轮机，当涡轮机以气体燃料作为运转所需的燃料源进行运转时，可带动发电机进行发电，而第二电力产生单元则可以是废热回收装置，其可利用涡轮机运转所产生的废热进行发电。

在本发明中，电力产生单元所产生的电力可回馈给住宅中的住户，以完全或部分供应住户所需的民生用电，并降低住户的电费支出。倘若电力产生单元所产生的电力多过于住户所需的民生用电，则可将多余的电力贩卖给电力公司(如台电)，并将销售获得的利润回馈给住户。

由此可知，本发明可将集合式住宅所产生的垃圾废弃物就地分解转化为可利用的燃料，提供现场设置的发电设备使用，产出的电力除提供自用外并可将多余的电力销售以创造利润。如此一来，不但可以达成垃圾减量、节能减碳的目标，还能将原有无用废弃物资转化为有用的电力并可增加额外的收益。

请再参照图2，其是本发明电力供应系统一较佳实施例的示意图。其中，电力供应系统200主要包括预处理单元210、生物处理槽220、电浆重组器230、纯化单元240、燃料电池250、涡轮机260、发电机270、热交换装置280及热温差发电机290。

如图2所示，不同来源的有机废弃物，即任何可经处理而产生气体燃料的物质，包括厨余、排泄物、其它碳氢化合物等等，在收集后可先由预处理单元210进行预处理，如搅拌、打浆(如利用刀片或磨盘进行搅打)、粉碎、均质化或细微化等等，使其更适于后续产生气体燃料的处理。

在预处理后的有机废弃物接着会送入气体燃料产生单元进行处理(有机废弃物的流向以实线箭头表示)。在本实施例中，气体燃料产生单元包括生物处理槽220与电浆重组器230，其对有机废弃物进行分解和/或重组而产生氢气和/或其它气体燃料，如甲烷。

为了操作上的便利性，生物处理槽220可设置在建筑物的筏基坑内，并用多个彼此串连的筏基坑同时进行生物性处理。在本发明中，生物处理槽220中是用微生物来进行氢气和/或其它气体燃料的生产。以产氢为例，可分为光合作用和非光合作用两种，其中光合作用微生物需要光能来累积生长所需的能量，并以水或有机物产氢。在光合作用微生物中，有许多可在厌氧情况下产氢，其中以紫色不含硫细菌效率最佳，其以光为能量来源，把有机物质如有机酸、醣类等完全分解，并产生氢气，这种反应称作光发酵反应。另一方面，非光合微生物则借由有机质厌氧发酵生产氢气，因不需光源，所以称作暗发酵反应。因此，暗发酵产氢是指厌氧微生物使有机质发酵时所伴随的产氢作用，常被使用的厌氧产氢菌有梭孢杆菌属、肠道菌属等。在产氢发酵过程中，通常会伴随产生乙酸、丁酸、乳酸、乙醇等产物。

由于暗发酵产氢与光发酵产氢的作用对象不同，但有先后关系，因此较佳是先利用暗发酵把巨大分子的多醣类分解而快速产氢，在这过程中生成的有机酸及醇类，再经由光发酵继续分解，进行第二阶段产氢。如此，不但可降低末端排放的有机物含量，也可减少废水处理成本并增加氢气获取量。

在本发明中，微生物的种类并不特别限制，只要其可将所收集的有机废弃物转化为气体燃料即可。此外，以下文献中所使用的微生物及相关技术均可应用在本发明的生物处理槽220中，且并不以此为限：中华民国专利公告第I290172号、中华民国专利公告第I307364号、中华民国专利公告第I317381号以及中华民国专利公开第200609349号。

在本实施例中，经过生物处理槽220处理后的残余物中所含的碳氢化合物可再送至电浆重组器230中，分解水及碳氢化合物，并产生可直接使用或利用于燃料电池的氢气和/或碳氧化物，主要特征是利用碳氢化合物为起始物及处于非平衡热电浆条件下的强电子场，而在电浆重组器里将水分解成氢气与氧气，其优点在于反应快速，且不须高压环境。在本发明中，中华民国专利公告第M270849号中所公开的相关技术可应用在本发明的电浆重组器230中，但并不以此为限。

在本发明中，由气体燃料产生单元所产生的气体燃料可透过管线导入不同设备中进行发电(气体燃料的流向以虚线箭头表示)。举例来说，在图2的实施例中，生物处理槽220及电浆重组器230所产生的氢气和/或其它种类气体燃料可先经过纯化单元240进行纯化，待气体燃料的性质适合应用于第三电力产生单元(在本实施例中为燃料电池250)后，再导入其中进行发电。

在本实施例中，燃料电池250可包括质子交换膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)或固态氧化物燃料电池(SOFC)，且较佳的包括固态氧化物燃料电池，因为其在发电的同时产生的热与水可再回收利用于住宅的发电或其它应用，如热水供应、用于维持生物处理槽220的温度等等。

若电力产生单元对于燃料源的要求并不特别高，则可直接将生物处理槽220及电浆重组器230所产生的气体燃料直接送至电力产生单元进行发电。举例来说，气体燃料可导入以该气体燃料作为运转所需燃料源的第一电力产生单元(在本实施例中包括涡轮机260与发电机270)中，作为其涡轮机260的动力来源。此时，运转的涡轮机260将可带动发电机270进行发电。

为了能有效回收利用第一电力产生单元在运转发电过程中所产生的废热，本实施例的电力供应系统200可透过热交换装置280(如锅炉)将废热导入第二电力产生单元(在本实施例中包括热温差发电机290)中进行发电。在本发明中，热温差发电机290是指任何一种可基于席贝克效应(Seebeckeffect)而利用温度差进行发电的装置，且其较佳为普惠动力系统公司(Pratt &Whitney Power Systems，Inc.)所贩卖的「

280」机组。

据此，本实施例共采用三个电力产生单元来进行发电，以达到资源利用效能最佳化的功效。其中，发电机270与热温差发电机290可作为主要电力供应设备，而燃料电池250可作为备用电力供应设备。

如上所述，本发明完全符合专利三要件：新颖性、创造性和实用性。以新颖性和创造性而言，本发明整合了气体燃料产生单元与电力产生单元，其不仅可将住宅所产生的有机废弃物就地分解转化为可利用的燃料，提供现场设置的发电设备使用，产出的电力除提供自用外并可将多余的电力销售以创造利润。如此一来，不但可以达到垃圾减量、节能减碳的目标，还能将原有无用废弃物资转化为有用的电力并可增加额外的收益；就实用性而言，利用本发明所衍生的系统，不仅充分满足目前市场的需求，更打破现有房屋营销及住户对电力需求来源的认知，在较佳的情形下提供一种免电费(由销售电力产生的利润提供)、免管理费(由销售电力产生的利润提供)、免费热水供应(可来自系统中产出热水的设备)、免费供应厨房用燃料(可来自气体燃料产生单元中产生的甲烷和/或其它气体燃料)的全新定义的豪宅。

此外，由于本发明所使用的气体燃料产生单元与第一电力产生单元在操作过程中并无产生温室气体，故其属于一种绿能发电系统。当此电力供应系统应用于民生住宅时，即可构成集合式住宅绿能发电系统，其可在就地处理住户所产生的有机废弃物时进行发电，以供应至少一住户所需的民生用电，完全符合环保的要求。

上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明的范围。任何熟于此项技艺的人士均可在不违背本发明的技术原理及精神下，对实施例作修改与变化。本发明的权利保护范围应如后述的权利要求所述。

Claims (10)

1.一种电力供应系统，其特征在于，包括：

气体燃料产生单元，是将有机废弃物进行处理用以产生气体燃料；

第一电力产生单元，包括：

发电机；以及

涡轮机，与该发电机连接，该涡轮机是用该气体燃料作为运转所需的燃料源驱动该发电机进行发电；以及

第二电力产生单元，利用该第一电力产生单元运转所产生的热进行发电。

2.如权利要求1所述的电力供应系统，其特征在于，该气体燃料产生单元包括生物处理槽，是将该有机废弃物分解并产生氢气和/或甲烷，作为该气体燃料的一部分。

3.如权利要求2所述的电力供应系统，其特征在于，该气体燃料产生单元更包括电浆重组器，与该生物处理槽连接，并将有机废弃物进行重组以至少产生氢气，作为该气体燃料的一部分。

4.如权利要求1所述的电力供应系统，其特征在于，该气体燃料包括氢气和/或甲烷。

5.如权利要求1至4中任一项所述的电力供应系统，其特征在于，还包括纯化单元，连接至该气体燃料产生单元，并对该气体燃料进行纯化，以提高该气体燃料中氢气的纯度。

6.如权利要求5所述的电力供应系统，其特征在于，包括第三电力产生单元，与该纯化单元连接，并以纯化后的气体燃料作为运转所需的燃料源而产生电力。

7.如权利要求6所述的电力供应系统，其特征在于，该第三电力产生单元包括燃料电池。

8.如权利要求1至4中任一项所述的电力供应系统，其特征在于，还包括热交换装置，介于该第一电力产生单元与该第二电力产生单元之间，用以将该第一电力产生单元运转所产生的热传递至该第二电力产生单元进行发电。

9.如权利要求1至4中任一项所述的电力供应系统，其特征在于，还包括预处理单元，是将该有机废弃物进行预处理，使其更适于被该气体燃料产生单元处理。

10.一种集合式住宅发电系统，在就地处理住户所产生的有机废弃物时可进行发电，以供应至少一住户所需的民生用电，其特征在于，该集合式住宅发电系统包括：

(1)预处理单元，对有机废弃物进行搅拌、打浆、粉碎、均质化或细微化的预处理；

(2)气体燃料产生单元，将预处理后的有机废弃物进行处理以产生气体燃料，该气体燃料产生单元包括：

(2a)生物处理槽，用来对有机废弃物进行发酵反应；以及

(2b)电浆重组器，用来将有机废弃物中的碳氢化合物进行重组；

(3)第一电力产生单元，包括：

(3a)发电机；以及

(3b)涡轮机，与该发电机连接，该涡轮机是用该气体燃料作为运转所需的燃料源来驱动该发电机进行发电；

(4)第二电力产生单元，利用该第一电力产生单元运转所产生的热进行发电；

(5)纯化单元，连接至该气体燃料产生单元，并对气体燃料进行纯化，以提高气体燃料中氢气的纯度；以及

(6)第三电力产生单元，与该纯化单元连接，并以纯化后的气体燃料中的氢气作为运转所需的燃料源而产生电力。

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