TW200305682A - A domestic combined heat and power unit - Google Patents

Description

200305682 ⑴ 玖、發明說明 (發明說明應敘明··發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 技術領域 本發明係關於一種内用型熱電共生單元，其包含一史特 林引擎，該史特林引擎具有一燃燒器，以將熱能輸入至引 擎端頭，以驅動一往復運動構件，該往復運動構件係可經 由一父流發電機而產生電能輸出；一熱交換器，於該熱交換 器中之流體係可由燃燒器中接收到熱量；一輔助加熱器，其 係用以加熱在熱交換器中之流體；以及一風扇，其係用以由 輔助加熱器產生熱氣而通過該熱交換器。此一單元在下文 中將稱之為“上述類型，，之單元。 先前技術 此類型之史特林引擎技術係眾所週知的，且上述類型之 單几係揭露在，例如，英國專利第0124985·3號中。 史特林引擎需要熱量來操作。在許多條件下，内用型加 ，系統之熱容量係可提供熱氣的產生。然而，當關閉散熱 器而不需要熱水時，此時便不再有熱氣的需求。這將會造 成流體冷卻劑的溫度上升，因而使史特林引擎的性能變差 。使用者覺知到此-需要而將散熱器關閉，在某程度上係 可m -問題。然而’無法僅憑藉此方式來防止系統過 熱。 另一種可以防止此問題的方式，係依照熱氣需求來驅動 史特林引^ 1由電熱網來提供任何額外的電能需求。然 y此方式並不可仃，尤其在停電期間。在此狀況下， 平讀可用以提供住宅的熱氣需求，並且提供某些程度的 (2) (2)200305682

電能’諸如在本案巾請人Μ提“尚在審查中之專利申 請第0130378.3號，在沒有主要電力可用的情況下，可以相 當具有優點地驅動該單元’以由史特林引擎來供應最大的 電力輸出’ #使在沒有熱氣需求的情況下亦然。 發明内容 依照本發明’上述類型之單元的特徵在於_控制器，當 該控制器㈣^特林引擎所產生的熱量已超過—預定; 求時便運轉一風扇’而不需要運轉該輔助加熱器來產生 一未加熱之空氣流通過該熱交換器。 因此，本發明便可利用已存在於該心^單元中之元件來 提供一種消散熱量的方法。在正常狀況下與輔助加熱器配 合使用之風扇，可提供一冷卻空氣流通過該熱交換器，藉 此將多餘的熱量由熱交換器中抽離，而經由正常的廢氣煙 道排出。該風扇所具有之額外優點係在於，其可以產生一 空氣流通過整個引擎，藉以冷卻引擎外殼。 在可以輸出電力至電熱網的情況下，本發明亦可用以使 引擎以其全輸出容量來運轉，而不論是否存在局部的熱氣 需求。這對使用者而言是經濟實惠的，其可使得在高區域 性電力需求時所輸入之電力成本，由低區域性電力需求時 所輸出之電力成本的利潤所補償。 在一種配置方式中，該風扇係可額外地產生一空氣流至 史特林引擎燃燒器，且一分路閥係用以控制饋給至史特林 引擎燃燒器及輔助加熱器之空氣量。或者，一第二風扇係 提供一空氣流至史特林引擎燃燒器。 200305682 (3) 實施方式 依照本發明所建構之單元之一實例，將參考後面所附之 諸圖來加以說明。 該單元係根據一史特林引擎1而設計，其中熱量在冷卻器 2中被移除’且藉由一燃燒器3而將熱量添加至引擎端頭。 燃燒器3係具有一空氣流4及一氣體流5的混合物，其係在一 氣體閥6之控制下而混合在一起。一風扇7係供應氣體/空氣 此&物至燃燒器3中。已用以加熱端頭之燃燒產物接著便饋 …至熱父換器8，並且提供熱量至一水流9中。此一水流 係先由一泵1 〇所抽取而通過冷卻器2，且其溫度在該處係上 升的。然後，該水流便在熱交換器8中進一步由燃燒器3之 廢氣所加熱。 ’ 一輔助燃燒器11係用以加熱在熱交換器8中的水，其係設 在燃燒器3之氣體下游。燃燒器係可考量由史特林引擎丨所 提供之加熱程度而調整至能夠滿足住宅的熱氣需求。輔助 燃燒器11係在-氣體閥14的控制下而被供應一氣體流12及 一空氣流13。混合的氣體係藉由一輔助風扇15而被供應至 輔助燃燒器11。 經過三階段加熱之水便會以加熱之纟流i 6的型式而離開 *玄熱交換器8。該加熱之水流16係會在一住宅中之迴路中循 環’以供應熱水及/或熱氣至一中央加熱系統，且當其將熱 量供應至住宅之後’便會冷卻下來。冷卻的水接著便會藉 由系H)而循環回到上述加熱系統中，而由燃燒器3及輔助燃 燒11中所排出且已將熱量提供給水流之廢氣，便會經由 200305682

(4) 煙道17而由熱交換器8中流出。

在正常操作狀態下，住宅的熱氣需求係相當大，因此燃 燒器3及輔助燃燒器11都要點火燃燒，以供應熱氣需求。若 熱氣需求低，則便停止輔助燃燒器，且由燃燒器3所供應的 熱氣便足以滿足需求。若對於電力的需求尚存在，而對於 熱氣之需求進一步下降時，則在迴路中之水的溫度將會上 升’這是因為提供住宅之熱氣減少所致。一感應器丨8係設 置在冷卻器2中，以偵測水的溫度何時上升至一限制值。這 可提供一指示，亦即供應熱水流16之加熱迴路並無法消散 足夠的熱量以維持通過史特林引擎之溫度差。 在這些狀況下，為了進一步排除熱量，一接收由感應器 18所傳送之信號之控制系統將會啟動辅助風扇15，而不需 要點火燃燒該燃燒器11 ,以提供冷卻空氣流通過該熱交換 器8。控制器係可改變風扇速度，以維持較佳的水溫來通過 史特林引擎冷卻器2,俾維持所具有之效率，且可消耗較少 的燃料。

dchp單元之第二實例係顯示在圖2中。此單元之大部分元 件係與圖1所示者相同。相同的元件符號係用以標示相同的 元件，且這些元件在下文中將不再贅述。 圖2與圖i之差異係在於，圖1之雙風扇7、15的設計及其 相關的氣體與水流與控制系統，係由一可產生單一六氣; 2 1之單一風扇20所取代。此一單一空_ 工孔流係可藉由分路開 2 2而分成兩個氣流，其操作係由一伺服 服馬達依照兩燃燒器: 、11之需求來加以控制。氣流23、24係拉^ μ係饋給至各別的分鲜 200305682 (5) 空氣流，並且由閥體6、14依照燃燒器的需求來加以控制。 或者，氣體可以饋給至位在分路閥22上游的氣流中。 與圖1相較，當感應器1 8指示水的溫度已上升超過限制值 時，在分路閥22中的扇葉便會沿著圖2之逆時針方向轉動， 以使空氣流入至輔助燃燒器11中。此輔助燃燒器係保持不 啟動的狀態，而提供一冷卻的空氣流通過熱交換器8。這提 供了與圖1相同的效果，但其僅需較少的元件。

圖式簡單說明 圖1係顯示一第一 dchp單元的概要截面視圖。 圖2係顯示一第二dchp單元的概要截面視圖。 圖式代表符號說明

1 史特林引擎 2 冷卻器 3 燃燒器 4 空氣流 5 氣體流 6 氣體閥 7 風扇 8 熱交換器 9 水流 10 泵 11 輔助燃燒器 12 氣體流 13 空氣流 200305682 ⑻ 14 氣體閥 15 輔助風扇 16 加熱之水流 17 煙道 18 感應器 20 風扇 21 空氣流 22 分路闊 23, 24 氣體流

Claims (1)

1. zu^〇5682 拾、申請專利範圍 ι·:種内用型熱電共生單元，包含一史特林引擎，以將熱 能輸入至引擎端頭來驅動—往復運動構件，該往復運動 構件係會經由—交電發電機而產生電能；-熱交換器，於 該熱交換器中之流體係可由燃燒器中接收到熱量;一輔 助加熱器’其係用以加熱在熱交換器中之流體;以及一風 扇。:其係用以由辅助加熱器產生一熱氣流來通過該熱交 ^ 7…特徵在於控制器，當該控制器偵測出史特林引 擎所產生的熱量已超過一預定需求時，便運轉一風扇， 而不需要運轉該輔助加熱器來產生一未加熱之空氣流 通過該熱交換器。 2·根據巾請專利範圍第旧之單元，其中該風扇係可額外 地產生一空氣流至史特林引擎燃燒器，且一分路閥係用 以控制饋給至史特林引擎燃燒器及輔助加熱器之空氣 量。 3.根據中請專利範圍第！項之單元，其中一第二風扇係提 供一空氣流至史特林引擎燃燒器。 根據則述中請專利範圍任—項之單元，其中該控制器係 引擎之控制系統的一部分。