專利名稱：家用熱電聯(lián)產組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種家用熱電聯(lián)產(dchp)系統(tǒng)，且尤其涉及這樣一種系統(tǒng)，其使用斯特林發(fā)動機來產生電力并且該斯特林發(fā)動機還用來提供熱能。
背景技術：
這種發(fā)動機需要相當量的外部設備來進行操作，例如包括用于斯特林發(fā)動機的熱量回收的熱交換器。
理想地，整個設備組裝成一個單一單元，然后將其輸送到其最終位置進行安裝。由于這個安裝過程所涉及的重量，因此會出現(xiàn)危險從而需要不止一個具有熟練技能的技術人員在場。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明，提供了一種家用熱電聯(lián)產組件，其包括墻壁可安裝的框架；斯特林發(fā)動機模塊，包括用于產生電力并還用于提供熱能的斯特林發(fā)動機；和熱交換器模塊，用于斯特林發(fā)動機的熱量回收；其中所述斯特林發(fā)動機模塊和熱交換器模塊為獨立單元，且其中所述斯特林發(fā)動機模塊可以與熱交換器模塊無關的方式安裝到所述框架上。
通過設計所述組件使其具有可以與熱交換器模塊無關的方式安裝的斯特林發(fā)動機模塊，減少了將要被抬起定位的設備的組成部件的重量，從而允許單個技術人員進行所述安裝。還有一益處在于如果斯特林發(fā)動機單元發(fā)生故障，則可以簡單地拆下并更換該單元，從而對用戶造成最小的干擾。因此，可以對損壞的單元進行異地維護。
斯特林發(fā)動機模塊可以通過任意方便的安裝結構而安裝到框架上。但是，優(yōu)選所述框架具有用于將發(fā)動機容納在第一位置的托架，發(fā)動機從該第一位置繞托架可樞轉運動到第二操作位置，發(fā)動機在該第二操作位置由所述框架固定支撐。這種安裝提供了這樣一種便利的方式，即允許發(fā)動機的頭部向上擺動到熱交換器模塊中。
熱交換器模塊和斯特林發(fā)動機模塊都可以包括多個附加部件。例如，斯特林發(fā)動機模塊優(yōu)選地包括彈性安裝的緩沖質量塊、燃燒密封件(combustion seal)、發(fā)動機懸掛組件、以及用于將水供應給發(fā)動機冷卻器和從發(fā)動機冷卻器供應水的管子?；蛘撸@些部件中的一個或多個可以安裝在組件上的其它位置。熱交換器模塊優(yōu)選地包括用于向斯特林發(fā)動機頭部供應熱燃氣的燃燒器、用于產生額外熱量的輔助燃燒器、用于向所述或每個燃燒器供應燃氣的瓦斯系統(tǒng)(gas train)、用于從所述或每個燃燒器清除排氣的外部管道、以及用于待由所述或每個燃燒器加熱的水的水管。此外，這些部件中的一個或多個可以設置在所述組件上的其它位置。
單元的模塊設計可以擴展至所述組件的其它方面，使得組件優(yōu)選地包括一控制模塊，該控制模塊包括系統(tǒng)控制器并可以與斯特林發(fā)動機模塊和熱交換器模塊無關的方式安裝到框架上。再次，提供了這樣的優(yōu)點，即，減少了所輸送部件的個體重量，從而便于維護。
所述組件還可具有一組合模塊，其可以與任意其它模塊無關的方式安裝到組件上，并且除了中央加熱之外還可用于供應對熱水的瞬時家用需求。如果用戶需要dchp系統(tǒng)實現(xiàn)常規(guī)復式鍋爐的功能，則可設置這種模塊。
所述組合模塊可以僅包括附加的熱交換器，該附加的熱交換器將即時加熱家用熱水。但是，優(yōu)選地組合模塊包括一熱水箱，且所述組件還包括控制裝置，用于在可能的熱水需求時將該熱水箱中的水溫保持在升高的溫度。所述水箱設計得相對較小(級別為12升容量)，并在發(fā)動機燃燒器或輔助燃燒器點火以供應對超出水箱容量的熱水的持續(xù)需求時，允許組件盡可能快地供應熱水需求。
當前結構的dchp系統(tǒng)結合有安裝到墻壁上的結構化副框架，且所述的系統(tǒng)部件都安裝在其上。這個副框架和系統(tǒng)部件因此被分開兩部分的密封盒包圍，從而防止發(fā)動機及其部件的噪音和振動傳遞到周圍空間。
根據本發(fā)明的第二方面，提供了一種家用熱電聯(lián)產單元，其包括密封殼體，用于將該密封殼體安裝到墻壁上的裝置；斯特林發(fā)動機；用于加熱所述斯特林發(fā)動機頭部的燃燒器；以及用于回收來自斯特林發(fā)動機頭部的廢熱的熱交換器，其中所述斯特林發(fā)動機、燃燒器和熱交換器直接由所述密封殼體支撐。
通過由還用于相對于外部環(huán)境提供密封的密封殼體支撐斯特林發(fā)動機系統(tǒng)的元件，所述單元的結構可以得到簡化，從而減小了單元的復雜性和重量，由此降低了制造成本。


下面將參照附圖描述根據本發(fā)明構成的組件的示例，其中圖1是組件的蓋子和框架的展開示意剖面圖；圖2是表示密封盒的后部的立體圖，且熱交換器模塊和其它部件處于適當位置；圖3是斯特林發(fā)動機配件的立體圖；圖4是類似的立體圖，示出了結合有圖3的斯特林發(fā)動機配件的斯特林發(fā)動機模塊；圖5A、5B和5C是表示斯特林發(fā)動機模塊如何擺動到適當位置的示意圖；圖6是組合模塊的內部部件的立體圖；圖7是組合模塊的部件的示意圖；以及圖8是表示在拆下前蓋的情況下，所有部件處于適當位置的立體圖。
具體實施例方式
圖1表示不同的支撐框架和蓋板。安裝到墻壁上的第一部件為背板1。該第一部件為輕型鋼板部件，其本身的強度和剛性較低，從而通過其安裝在墻壁上而從該墻壁獲得強度和剛性。示出的背板1足夠寬以容納下面所述的組合模塊。如果不需要組合模塊，則可以使用較窄的板。
將密封盒2安裝在背板上。該密封盒是金屬片制品并包括后部3和前部4。這兩個部分的面板成形為剛性以減小在發(fā)動機運行頻率發(fā)生共振的危險。盒2內襯有自粘性復合隔音片，其使金屬制品中的振動衰減并吸收空中振動。所述前部和后部通過硅橡膠密封帶密封在一起，該硅橡膠密封帶形成彈性密封件，用來提供氣密外殼并還使密封盒的外部與容納在密封盒內的部件的噪音和振動隔離，如下面將更詳細描述。后部3固定于背板1的底部上并通過多個螺栓在頂部固定。
裝飾面板5可裝配在密封盒的前部上。同樣，如果設置組合模塊，則組合殼體6和組合裝飾面板7可以與主單元并排設置。
如圖1所示，密封盒的后部3設有多個用于不同部件的固定件。具體地說，后部3沿其長度在大致一半處設有懸臂發(fā)動機支架8。該支架還設有較大圓孔9并在任一側具有下翻凸緣10，用于提供額外的結構剛性。一對突耳11(圖1中只示出了其中之一，另一個被所述前部擋住了)因為下面所述的原因從發(fā)動機支架8的前方伸出。
圖2表示支撐在密封盒2的后部3上的不同附加部件。熱交換器模塊20定位在后部3的頂部。該熱交換器模塊包括主熱交換器21，在該主熱交換器中從斯特林發(fā)動機和輔助燃燒器的排氣回收熱量，以形成熱水蒸汽用于家用中央加熱。在申請PCT/GB02/05771中詳細地描述了該熱交換器的性質。這個熱交換器的結構與本發(fā)明無關。另外，瓦斯系統(tǒng)24位于后部3上。該瓦斯系統(tǒng)主要包括適當的管道布置、風扇和閥，以向發(fā)動機燃燒器和輔助燃燒器(未示出)提供空氣和燃料的供給。在申請PCT/GB02/05775和PCT/GB02/05776中給出了適當瓦斯系統(tǒng)的細節(jié)。管道(未示出)分別向輔助燃燒器和發(fā)動機燃燒器供給燃氣—空氣混合物。此外，用于燃燒器的排氣的同心煙道30或者從后部3的頂部或者從背面延伸，經過背板中的孔31。然后煙道與住宅墻壁中的孔對齊。
如圖2所示，熱交換器模塊所需的連接如下通向混合閥的進氣口，以通過瓦斯系統(tǒng)24向發(fā)動機燃燒器和輔助燃燒器進行供應。
通過瓦斯系統(tǒng)24用于發(fā)動機燃燒器和輔助燃燒器的、由風扇(未示出)驅動的空氣進口。
通向熱交換器21的用于水的進水口。
從斯特林發(fā)動機的熱排氣入口。
控制線路，用于包括瓦斯系統(tǒng)24的閥和風扇在內的各種電部件。
用于排氣的廢氣出口30。
從燃燒器(未示出)至發(fā)動機頭部所提供的熱氣。
用于已經被熱交換器加熱的水的出水口。
后部1與至此所述的部件在工廠中被組裝成單個模塊，并將作為一個單元固定到背板1上。在該模塊處于適當位置后，可以將斯特林發(fā)動機模塊40放置在適當位置。下面參照圖3和圖4詳細描述斯特林發(fā)動機模塊40。
斯特林發(fā)動機模塊的主部件為斯特林發(fā)動機41，如圖3所示。該斯特林發(fā)動機具有被多個軸向延伸的散熱片43包圍的發(fā)動機頭部42，散熱片被供應有來自熱交換器模塊20中的發(fā)動機燃燒器的熱量。在該頭部下方設置有環(huán)形發(fā)動機安裝凸緣44，其目的將在下面說明。在所述頭部下方是發(fā)動機冷卻器(未示出)，沿著管子45將水供應給該冷卻器。在該冷卻器下方是交流發(fā)電機，其以本領域公知的方式將活塞在發(fā)動機內的往復運動轉變?yōu)殡娔?。發(fā)動機被調諧到50Hz的環(huán)形緩沖質量塊46包圍，該質量塊懸掛在多個彈簧47上以吸收斯特林發(fā)動機的固有振動，如在PCT/GB02/05111中所詳細描述的一樣。
圖3中示出的斯特林發(fā)動機配件構成了如圖4所示的斯特林發(fā)動機模塊4的核心。該模塊被殼體50包圍，該殼體的頂面形成發(fā)動機吊架51，從而發(fā)動機以下面將要描述的方式懸掛于后部3。托架51為具有一對間隔開的孔53的上翻凸緣52。
圖4中還示出了隔離件54，其使燃燒密封件(未示出)與撞擊在散熱片43上的燃燒器的熱氣隔離。這在申請人較早的申請GB 0211121.9中有詳細的描述。
設置點火器和電離探針55以監(jiān)控發(fā)動機燃燒器的點火。
在殼體50上設置有氦氣填充點(未示出)，以允許對斯特林發(fā)動機加壓。這也可以用于在維護過程中補充燃氣。
斯特林發(fā)動機41通過多個伸長的拉簧58懸掛于框架50，如在PCT/GB02/05111中所詳細描述的一樣。水管(未示出)通過管子45向和從發(fā)動機冷卻器供應水。
至斯特林發(fā)動機模塊40的連接，如下進水口，用于冷卻發(fā)動機冷卻器以及燃燒密封件。
用于發(fā)動機控制系統(tǒng)的控制線路。
從發(fā)動機和燃燒密封件的出水口。
用于發(fā)電的電力布線。
用于與控制系統(tǒng)通信的傳感器布線。
當如圖2所示后部3和熱交換器模塊20處于適當位置時，如圖5A-5C所示安裝發(fā)動機模塊40。通過使模塊40傾斜，從而使上翻凸緣52處于最上方，孔53就可以掛在突耳11上，如圖5A和5B所示。一旦模塊40正確定位，其就擺動到圖5C所示的位置，在該位置，發(fā)動機吊架51通過螺釘或其它適當緊固件固定到安裝托架8上，且連接處由陶瓷紙襯(未示出)密封。在這個位置，發(fā)動機41的頭部42上的散熱片43被熱交換器模塊20中的發(fā)動機燃燒器包圍。
如果所述設備是組合式，則可以安裝組合模塊60，如圖6和7所示。該組合模塊設置在如圖1所示的組合殼體6內。
組合模塊60用于提供熱水源，以允許一旦家用住宅中的龍頭被打開就幾乎立刻提供熱水。在常規(guī)的組合單元中，燃燒器僅在需要時點火以提供熱水需求。但是，能盡可能快地提供熱水是有利的。這在下列情況下尤為重要，即，當在沒有中央加熱要求的夏天模式下運行時，因為沒有儲存熱水，燃燒器必須經過其點火次序，點火并加熱熱質量的水、熱交換器和連接管道布置。在當前的dchp設備的情況下，要加熱附加熱質量的發(fā)動機水套。儲存箱61是圖7中所示的熱水和中央加熱分配系統(tǒng)的一部分。水通過調制泵62A和定速泵62B圍繞所述系統(tǒng)被泵送。在正常操作下，在中央加熱閥67和熱水閥68的控制下，圍繞發(fā)動機熱交換器63和輔助熱交換器64將水泵送到散熱器65和熱水龍頭66。
組合模塊60的操作模式如下1、熱水存儲當對家用熱水存在潛在需求(由程序員設置)時，儲存箱61(12升容量)保持在77℃或接近該溫度。如果進行中央加熱，則發(fā)動機早已被點火且通過使熱水閥68打開并使中央加熱閥67關閉一較短時期，可以加熱儲存箱61。如果在編程設定的中央加熱時期外，則通過使輔助燃燒器點火一較短時期來加熱該儲存箱。
2、家用熱水需求當在房子中的任意地方打開熱水龍頭時，渦輪流量計69檢測流量。
如果所述設備沒有供應中央加熱需求，則調制泵62A起動且熱水閥68打開。這將引導熱水從儲存箱61通過板式熱交換器70以迅速加熱家用熱水?？刂葡到y(tǒng)調節(jié)調制泵的速度以傳送所需的熱水溫度(由傳感器71測量)。同時，輔助燃燒器的點火次序開始并起動定速泵62B，從而持續(xù)儲存箱61消耗的時間來加熱由輔助燃燒器供應的熱水。
通過控制系統(tǒng)調節(jié)輔助燃燒器點火率和調制泵速度，以使家用熱水的傳送溫度在3至15升/分的流量范圍內保持在用戶定義的設定點。家用熱水供應優(yōu)先于中央加熱需求。
3、中央加熱模式當存在中央加熱的需求而沒有家用熱水的需求時，中央加熱閥67打開且熱水閥68關閉?？刂葡到y(tǒng)調節(jié)輔助燃燒器點火率以保持所需的流動溫度Tf，且所述設備以與其在沒有組合模塊60的情況下相同的操作方式進行操作。
至組合模塊60的連接為從輔助熱交換器64的進水口。
至發(fā)動機41的出水口。
控制閥和泵的控制線路。
用于家用熱水的出口。
從中央加熱系統(tǒng)的進水口。
至中央加熱系統(tǒng)的出水口。
將檢測到的信息傳送至控制系統(tǒng)的傳感器布線。
如圖8所示，待安裝的最終模塊為電模塊80，其沿位于后部3底部的托架81滑動到適當位置。電模塊80具有下列連接用于來自其它模塊的傳感器布線的輸入。
用于向控制模塊供電的電力布線。
用戶控制輸入，允許用戶與系統(tǒng)接觸并設置恰當的加熱參數。
用于控制各種模塊的控制線路。
用于向家庭提供電力的電力布線。
實際上，圖8表示所有模塊都安裝在適當位置。剩下將前部4、組合殼體6以及裝飾面板5和7(圖1中示出)固定在適當位置就完成了安裝。
權利要求
1.一種家用熱電聯(lián)產組件，其包括墻壁可安裝的框架；斯特林發(fā)動機模塊，包括用于產生電力并還用于提供熱能的斯特林發(fā)動機；和熱交換器模塊，用于斯特林發(fā)動機的熱量回收；其中所述斯特林發(fā)動機模塊和熱交換器模塊為獨立單元，且其中所述斯特林發(fā)動機模塊可以與熱交換器模塊無關的方式安裝到所述框架上。
2.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述框架具有用于將發(fā)動機容納在第一位置的托架，發(fā)動機從該第一位置繞托架可樞轉運動到第二操作位置，發(fā)動機在該第二操作位置由所述框架固定支撐。
3.根據權利要求1或2所述的組件，其特征在于，所述斯特林發(fā)動機模塊包括下列中的一個或多個彈性安裝的緩沖質量塊、燃燒密封件、發(fā)動機懸掛組件、以及用于將水供應給發(fā)動機冷卻器和從發(fā)動機冷卻器供應水的管子。
4.根據前述任一項權利要求所述的組件，其特征在于，所述熱交換器模塊包括下列中的一個或多個用于向斯特林發(fā)動機頭部供應熱燃氣的燃燒器、用于產生額外熱量的輔助燃燒器、用于向所述或每個燃燒器供應燃氣的瓦斯系統(tǒng)、用于從所述或每個燃燒器清除排氣的外部管道、以及用于待由所述或每個燃燒器加熱的水的水管。
5.根據前述任一項權利要求所述的組件，其特征在于，還包括一控制模塊，該控制模塊包括系統(tǒng)控制器并可以與斯特林發(fā)動機模塊和熱交換器模塊無關的方式安裝到框架上。
6.根據前述任一項權利要求所述的組件，其特征在于，還包括一組合模塊，其可以與任意其它模塊無關的方式安裝到組件上并用于供應熱水的家用需求。
7.根據權利要求6所述的組件，其特征在于，所述組合模塊包括一熱水箱，且所述組件還包括控制裝置，用于在可能的熱水需求時將該熱水箱中的水溫保持在升高的溫度。
8.一種家用熱電聯(lián)產單元，其包括密封殼體，用于將該密封殼體安裝到墻壁上的裝置；斯特林發(fā)動機；用于加熱所述斯特林發(fā)動機頭部的燃燒器；以及用于回收來自斯特林發(fā)動機頭部的廢熱的熱交換器，其中所述斯特林發(fā)動機、燃燒器和熱交換器直接由所述密封殼體支撐。
全文摘要
一種家用熱電聯(lián)產組件，其包括墻壁可安裝的框架(13)，具有斯特林發(fā)動機(41)的斯特林發(fā)動機模塊(40)，和用于斯特林發(fā)動機的熱量回收的熱交換器模塊(20)。該斯特林發(fā)動機模塊和熱交換器模塊為可相互無關地安裝到框架上的獨立單元。
文檔編號F02G1/055GK1788150SQ200480012822
公開日2006年6月14日 申請日期2004年5月13日 優(yōu)先權日2003年5月13日
發(fā)明者大衛(wèi)·麥克斯韋·約翰斯頓, 約翰·科佩多爾 申請人:麥克羅金能源有限公司