TW200305704A - A heating appliance - Google Patents

Description

200305704 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種加熱設備。詳言之，本發明係關於一 種内用型熱電共生（DCHP)單元。 【先前技術】 此類DCHP單元先前已被提出，其係併入一連接至一交流 發電機之史特林（Stirling)引擎，以產生電流。由引擎所產生 而原本要浪費掉的熱，係可用以加熱要饋進至内用型水及 中央加熱系統的水，因此，變成DCHP之一種有利用價值的 產品。已知，當史特林引擎/交流發電機的尺寸係設計成用 以產生1 kW的電力時，該單元係可產生最大的經濟效益。 然而，在此程度中，僅可提供大約5 kw的熱量，而這實低 於一般超過20 kW之家用熱負載。 為了供應其餘的熱量，俾使該]〇(：]91)單元可與目前家用型 沸水态 '規格相抗衡，便有需要提供一輔助性氣體燃燒器 本I月的目的係要提供一種史特林引擎與輔助燃燒器之 有效的熱能操作。 【發明内容】 、…本1明，其係提供一種内用型熱電共生系統，包含 、=特林引擎及-熱水器，其中該史特林引擎係配置成可 由-饋給有可燃性氣體之第一燃燒器所加熱，該總成 、匕S —廢氣導f，該廢氣導管係通過史特林引擎而與-了燃：乳體入口相接觸，並且延伸至第一燃燒器中，以予， 加熱涊進入至第-燃燒器之可燃性氣體，然後將熱水器戶/ 200305704 加熱的水再額外地加熱。 藉此，廢氣之熱量一開始便可回收而加熱該導入至燃燒 器之二氣/氣體混合氣體，因此可以減少燃料用量，以及增 進燃燒溫度，進而增加熱量傳遞至史特林引擎的速率，而 增進系統的效率。已冷卻至一定程度的廢氣接著便可用來 加熱水，其中該水亦由輔助熱水器所加熱，藉此可以降低 所為要之輔助熱水器的熱量供應。 若系統係配置成可以藉由熱水器上游的廢氣來加熱水， 則其效率便可增加。 T輔助熱水器可以係-電熱器，但最料—輔助燃燒器。 、取好，琢系統係設置成一旦廢氣與辅助燃燒器氣體將其 熱量供給水之後，可使廢氣及辅助燃燒器之氣體構成一混 口氣机，且琢混合氣流可用以加熱在廢氣上游的水。藉由 此5又计，水可以由混合氣流接收到較低等級的熱量，因 為混合氣體的成份係已經供給某些熱量給水。水接著便可 以接收到由廢氣及由輔助燃燒器所直接提供之較高等級的 熱量。. 取好，i系統尚包含一史特林引擎冷卻器，其係配置成 可以加為在廢氣上游的水。這不僅可促進水的加熱，且亦 有助於保持在通過史特林引擎時所需要的溫度差。 此外本發明亦提供一種操作一内用型熱電共生總成的 、 _ +由 苐燃燒咨供應熱量至一史特林引擎，然 後使離開史特林引擎之廢氣流與饋進第一燃燒器之可燃性 氣心开y成扁乂換，再將第一燃燒器所排出之廢氣與水形成 200305704 熱交換，然後進一步加熱在一熱水器中預先加熱的水。 加熱史特林引擎端頭之燃燒器氣體適常係具有大約1 400 °C的溫度。當氣體流經該端頭時，熱便會傳遞至加熱器端 頭，而使氣體的溫度降低至大約80(TC。氣體係將熱傳遞至 導入的燃料/空氣混合物中。若沒有進一步的熱回收，則通 常流入至史特林引擎煙道中之廢氣係具有大約600°C的溫 度。 本發明亦可擴展至一種加熱設施的新穎設計，該加熱設 施係用以將熱傳遞至水。此一設計的條件在於，其具有小 型化外形，且能以最大的效率而由至少兩個氣流來將熱傳 遞至水。 依照本發明之另一樣態，其係提供一種用以加熱一流體 之加熱設施，該設施包含一外殼；一位在外殼中且朝向外側 周緣而螺旋狀捲繞該外殼之一中心軸的導管，該導管係用 以將流體由外殼之第一端部傳送至外殼之第二端部；一輔助 燃燒器，其係設置在外殼中且與第二端部相鄰，並且由該 導管所包圍，以將熱量傳送至位在該導管之一第一部分中 的流體；一用以導入一外部加熱源所提供之熱氣的入口，該 入口係設計成可將熱氣徑向朝外地導引至該導管之一第二 部分上，其中該導管之第二部分係比導管之第一部分還要 靠近該外殼之第一端部。 由於輔助燃燒器及用以導入一外部加熱源所提供之熱氣 的入口，係皆位在用以傳送流體的導管内部，因此，此一 設施係特別地精巧小型。此外，輔助燃燒器及入口係設置 200305704 成可以將熱傳遞至螺旋狀導管的不同部位。因此，此設施 係可設計成特別具有熱效率。 最好，該入口係設置成至少在輔助燃燒器排出之氣體與 外部加熱源所提供之熱氣通過該螺旋狀捲繞之導管之前， 其可大致避免該輔助燃燒器排出之氣體與外部加熱源所提 供之熱氣相混合。藉此，在到達導管之前，可避免氣流相 混合，以確保有效率的熱傳遞。 一旦廢氣及外部加熱源之熱氣已通過螺旋狀導管之後， 其便可以分開地或以一混合氣流的型式由系統中排出。然 而，最好是一旦兩氣流開始將某些熱量供給導管之後，兩 氣流便可形成一混合氣流，且該混合氣流係環繞通過該導 管之第三部分，其中該導管之第三部分係比第二部分還要 靠近該外殼第一端部。藉此，在螺旋狀捲繞之導管中而進 入至外殼之第一端部的冷卻流體，一開始會遭遇到此一較 冷的混合流體，並且在由外部加熱源之熱氣以及輔助燃燒 器之熱氣所加熱之前，可以由該氣流先預先加熱之。 雖然辅助燃燒器之氣體與外部加熱源之熱氣的某些程度 的混合係可容許的，因為小量的混合對於流體的整體加熱 僅會產生很小的影響，然而，最好還是儘可能地減少此一 混合發生。因此，最好可提供一密封件，以避免輔助燃燒 器排出之氣體與外部加熱源朝導管徑向内側所提供之熱氣 混合在一起。 為使傳遞至導管的熱量得以最大化，該導管最好係設計 成使得導管之每一圈段在中央軸之方向上呈扁平狀，使得 200305704 在截面形狀上，其徑向尺寸係超過其軸向尺寸。i 土 件考，導 管之相鄰圈段取好係緊密相鄰或鄰接。這可以確保說广 通過介於導管相鄰圈段之間之較長且較窄的通道，、氣係 、，以使熱 傳遞更有效率°此一導管設計係揭露在國際專利 94/16272號中。 【實施方式】 本發明之一實例將參考後面所附的圖式來加以說明。 在圖1中所顯示之配置係包含一史特林引擎丨，

燒器14係可供應熱量至該引擎。熱量係藉由一績片系统1 (如本案申請人先前提出而 00200 12號所揭露者）而傳送至 離開。 尚在審查中之專利申請第 引擎端頭，並且經由一煙道而 圖1之配置係具有一熱水器15，其係設計成可藉由—輔助 燃燒器1 7而加熱一水流1 6。廢氣係經由煙道1 8而排出。 一共用氣體供應管19係同時針對第一燃燒器14及輔助燃 燒器17而提供。氣流係由—單一多功能閥2〇所控制。用以 控制燃燒器之點火以及燃燒器火焰偵測之控制器，係可併 入至一多功能控制器中。在多功能閥2〇中之氣體係會進入 至-具有文氏管21型式的混合腔室中，並且與一藉由風扇 所驅動之空氣流22相混合。 氣體與空氣之混合流體接著便被供應至一分路閥23，其 中一入口 24係導通至一第—燃燒器出口以及—第二燃燒器 出口 26。流’至每一出口的相對量值係由一舌閥η所控：了 其中該舌閥能以一軸線28為中心而轉動。纟闕”的位置係 •10- 200305704 可以藉由設備控制器所設定，並且藉由一伺服馬達而被驅 動至4位置。或者’氣丄可以在通過一單一進氣風扇6〇之 後’藉由β刀路閥2 3而被分割’然後每一空氣體便可採用 一多功能閥/控制器·，以精確控制俣應至每一燃燒器之混合 氣體量。此一設計係顯示在圖2中。 饋進至史特林引擎1之燃料/空氣混合物係會流經一整流 罩29，其中該整流罩29係包圍該燃燒器配置，並且由離開 燃燒器之熱氣流所加熱。已將其某些熱量供給至進入之混 合氣體的廢氣，便會經由歧管30而離開整流罩29 ,並且進 入至熱水器15中，並且在熱水器中與水流16(已在史特林引 擎冷卻器3 1中被加熱至一定程度）相接觸，以將輔助燃燒器 17上游的水流16進一步地預先加熱。若有需要，便可點火 該輔助燃燒器17 ,以提供水流16的辅助性加熱。由第一燃 燒器14排出之廢氣以及由輔助燃燒器17所排出之廢氣，係 經由煙道1 8而離開熱水器1 5。 該加熱設施係進一步詳細顯示於圖3及4中，其中包含輔 助燃燒器17及熱水器15 ^熱水器15係具有—大致呈圓筒狀 的外殼39，且該外殼具有一主軸40。辅助燃燒器17係設置 在該主軸40上，以徑向朝外地燃燒。 水係經由圖3右側之熱水器丨5而環繞—水導管4丨而饋進 至圖3的左側，其中該水導管41係一朝外圓筒狀外殼Μ的外 側周緣而捲繞主軸40之單一螺旋管（其可以由數個相連接的 區段所組成卜水導管41之每一圈段在軸長方向上係呈扁平 狀。相鄰的圈段係彼此緊密相鄰，但並未密封在一起，使 200305704 得熱氣可以通過相鄰的圈段。一入口 42係朝向熱水器丨5的 中間部位延伸，以導入由史特林引擎所排出之廢氣。該入 口係導通至一圓形腔室43，其中該腔室係由兩個圓形板料 、45所界定，且該圓形板45係針對該入口 42而形成一開口 。環狀托架46係橋接介於圓形板44、45之邊緣與導水管41 之間的間隙，以確保由腔室43所排出的所有廢氣都會通過 導水管41的圈段。一輔助燃燒器腔室47係朝向腔室43的第 二端部，其中該輔助燃燒器1 7係可在腔室47中點火燃燒。 辅助燃燒器係可朝向第二端部來加熱相鄰的圈段。 一排放腔室48係朝向腔室43之第一端部，且其具有一出 口 49。針對凝結物亦設有一出口 5〇，其中該凝結物係由於 在熱回收的此一最後階段的高效率特性所產生。 熱水态1 5之操作方式如下。水係經由導水管4 1而沿著一 螺旋路徑由第一端部流至第二端部。辅助燃燒器丨7係點火 燃燒於腔室47中’且廢氣係由入口 42進入並且通入至腔室 4 3中 這兩個居氣流係徑向地通過介於導水管4 1之相鄰圈 段 < 間的間隙，而進入至一外部環圈狀腔室5丨，並且形成 一混合氣流。此一混合氣流接著便向後流經鄰近第一端部 的導水管41，如箭頭52所示。因此，進入的水一開始便會 由此一混合氣流所加熱。當其進一步朝向第二端部流動時 ’其便會遭遇到由腔室43所排出之史特林引擎廢氣，而被 進一步地加熱。最後，其會遭遇到由輔助燃燒器丨7所供應 的熱氣，而提供第三階段的加熱。 藉由提供此一三階段式加熱配置，便可提供水的有效加 -12- 200305704 熱。此夕卜，士固Λ1t 的配置方 式 一 由圖2可以看出，提供此三階段加煞 係相當精巧小型，因此可節省成本及空間。’’’、 【圖式簡單說明】 配；1。係-概要示意圖，其中顯示-第一史特棟 引擎系统 之 其中顯示一第 圖2係—概要示意圖 配置。 二史特林引擎系統之 圖3係—通過加熱設” “_ 圖4係圖3之設備的端视圖。 【圖式代表符號說明】 1 史特林引擎 3 轉片系統 14 第一燃燒器 15 熱水器 16 .水流 17 輔助燃燒器 18 煙道 19 氣體供應管 20 多功能閥 21 文氏管 22 空氣流 23 分路閥 24 入口 25 第一燃燒器出

• 13 - 200305704 26 第二燃燒器出口 27 舌閥 28 舌閥轉動車由 29 整流罩 30 歧管 3 1 史特林引擎冷卻器 39 外殼 40 外殼中心軸 41 導水管 42 入口 43 圓形腔室 44,45 圓形板 46 環狀托架 47 輔助燃燒器腔室 48 •排放腔室 49 排放腔室出口 50 出口 51 外部環狀腔室 52 混合氣流流動方向 60 進氣閥

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Claims (1)

1. 200305704 拾、申請專利範圍： 1. 一種内用型熱電共生系統，包含一史特林引擎及一熱水 备，其中该史特林引擎係配置成可以藉由一饋給有可燃 性氣體之第—燃燒器所加熱，㈣統尚包含一廢氣導管 ，該廢氣導管係通過史特林引擎而與—可㈣氣體入口 :接觸’並且延伸至第一燃燒器中，以預加熱該進入至 第蛄&咨之可燃性氣體，然後將熱水器所加熱的水再 額外地加熱。 2. 根據_利範圍第1項之系統，其中該系統係配置成 可以藉由熱水器上游的廢氣來加熱水。 3·根據申請專利範圍第1或2項之系統，其中輔助熱水器係 一第二燃燒器。 4. 根據申請專利範圍第2及3項之系統，其中該系統係設置 成-旦廢氣與輔助燃燒器氣體將其熱量供給水之後，可 使廢氣及輔助燃燒器之氣體構成—遇合氣流，且該混合 氣流可用以加熱在廢氣上游的水。 5. 根據前述中請專利範圍任—項之系統，其尚包含一史特 林引擎冷卻器，其係配置成可以加熱在高熱廢 水。 ； η π a热冤共生總成 6. 一種操作 炉火 厂·、、、 …，匕Έ田一第 燒器供應埶量至—步„ ^ 1 土 史特林引擎，然後使離開史特林 擎之廢氣流與饋進第_燃燒器之可燃性氣流形成熱 換再將第-燃燒器所排出之廢氣與水形成熱交換， 後進一步加熱在一熱水器中預先加熱的水。 200305704 7 · —種加熱一流體之加熱設施，該設施包含一外殼；一位在 外殼中且朝向外側周緣而螺旋狀捲繞該外殼之一中心 軸的導管，該導管係用以將流體由外殼之第一端部傳送 至外殼之第二端部；一輔助燃燒器，其係設置在外殼中且 與第二端部相鄰，並且由該導管所包圍，以將熱量傳送 至位在該導管之一第一部分中的流體；一用以導入一外 部加熱源所提供之熱氣的入口，該入口係設計成可將熱 氣徑向朝外地導引至該導管之一第二部分上，其中該導 管之第二部分係比導管之第一部分還要靠近該外殼之 第一端部。 8. 根據申請專利範圍第7項之設施，其中該入口係設置成 至少在輔助燃燒器排出之氣體與外部加熱源所提供之 熱氣通過該螺旋狀捲繞之導管之前，其可大致避免該輔 助燃燒器排出之氣體與外部加熱源所提供之熱氣相混 合0 9. 根據申請專利範圍第7或8項之設施，其中一旦兩氣流開 始將某些熱量供給導管之後，兩氣流便可形成一混合氣 流，且該混合氣流係環繞通過該導管之一第三部分，其 中該導管之第三部分係比第二部分還要靠近該外殼第 一端部。 10. 根據申請專利範圍第8項之設施，其中提供一密封件， 以避免輔助燃燒器排出之氣體與外部加熱源朝導管徑 向内側所提供之熱氣混合在一起。 11 ·根據申請專利範圍第7至10項任一項之設施，其中該導 200305704 管之每一圈段在中央軸之方向上係呈扁平狀 面形狀上，其徑向尺寸係超過其軸向尺寸。 12·根據申請專利範圍第7至11項任一項之設施， <相鄰圈段係緊密相鄰或鄭接。 使得在截 其中導管