锅炉单元的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种封装于外壳内的锅炉单元(100)，锅炉单元(100)配置成容纳固态热电联产装置(130)。锅炉单元(100)包括用于产生热量的加热装置(110)；以及用于独立控制加热装置(110)和固态热电联产装置(130)中的每一个的控制单元(120)。锅炉单元(100)可在不存在固态热电联产装置(130)的情况下操作。
【专利说明】锅炉单元
[0001 ] 本申请是
【申请人】塞瑞斯知识产权有限公司的、国际申请日2009年11月26日的、国际申请号PCT/GB2009/002760的、发明名称“锅炉单元”的、国家申请号200980155474.0的、进入中国国家阶段日期2011年7月27日的申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种锅炉单元，具体涉及但并不限于用于给家庭住所提供暖气的家用锅炉单元。
【背景技术】
[0003]在家庭住所中提供锅炉以便提供热源。这种锅炉通常封装于外壳内，外壳可被移除因此这种锅炉将是封闭式锅炉单元。这种锅炉通常是壁式安装或地面安装的。加热通常为提供给住所加热的空间加热或将热水源提供给住所的热水加热。这种单元可由电网或气体供应器供以动力;气体燃烧以便加热锅炉内的水，按所需提供给空间加热系统和/或热水储存触。
[0004]在一些情况下，空间加热可称为集中供暖。
[0005]本发明试图对现有技术进行改进，或克服或改善与现有技术相关的至少一个问题。
【发明内容】
[0006]根据本发明的第一方面，提供配置成容纳固态热电联产装置(CHP装置)的锅炉单元，锅炉单元包括用于产生热量的加热装置，用于独立控制加热装置和CHP装置中的每一个的控制单元，其中可在不存在CHP装置的情况下操作锅炉单元。锅炉可封装于外壳内。锅炉单元可为组装式的。外壳可被去除，和/或可具有一个开口，其内可安装固态热电联产装置。外壳可包括用于容纳CHP装置的空间。外壳可形成锅炉单元的一部分。
[0007]取代固态热电联产装置，可提供斯特林发动机或冉肯发动机以便产生热电，以及锅炉单元可配置成容纳这种斯特林发动机或冉肯发动机，而不是容纳固态热电联产装置。
[0008]锅炉单元可以是一体装置以及锅炉单元的元件可以全部封装于单一的外壳内。
[0009]该设计可提供用于提供空间加热和/或热水加热的锅炉单元，在此锅炉单元可作为家用或工业加热系统和/或热水供应系统的一部分而安装和操作。锅炉单元可包含锅炉装置，该锅炉装置包含可操控的鼓风机、至少一个主热交换器单元，其中至少一个主热交换器单元提供用于将来自锅炉装置中所供应燃料燃烧的热能传递到传热流体，以便将热量提供给空间加热系统和/或将热能提供给热水系统和/或储热器，且其中锅炉单元设计允许将CHP装置相继装配到锅炉单元内。
[0010]当CHP装置安装于锅炉单元内时，CHP装置可产生适于热水的热量，且还可产生适于空间加热的热量，以及还可产生适于由锅炉单元使用以及任选适于附连到锅炉单元的电负载的电力。通过使用不同于主热交换器单元的CHP热交换器配置使得CHP装置可产生适于热水的热量，以及还可产生适于空间加热的热量。
[0011]CHP装置可以是基于燃料电池的CHP装置。CHP装置可以是基于固体氧化物燃料电池的装置。CHP装置可以是基于固体氧化物燃料电池的装置，称之为燃料电池模块。CHP装置可包括燃料电池组。CHP装置可包括固体氧化物燃料电池组。
[0012]燃料电池模块可包括燃料电池组组件、围绕燃料电池组组件的盖子、燃料电池组压缩装置、基板(燃料电池组组件、盖子以及燃料电池组压缩装置与其连接)、尾气燃烧器单元、电连接到容纳于燃料电池模块内的传感器的燃料重整处理单元(包括蒸汽产生器、蒸汽和燃气混合器、蒸汽重整单元、将来自离开重整区域的重整器的热能传递给蒸汽产生器单元的热交换单元、将来自尾气燃烧器单元的排气流的热能传递给燃料处理器单元的热交换器)、以及从燃料电池组组件连接到电输出点的电线、以及气/气热交换单元(用于允许从蒸汽产生器热交换器单元离开的排气和到达燃料电池模块的氧化剂进气之间进行热能传递)、以及将燃料电池模块的组件连接到一起以及将燃料电池模块组件连接到锅炉单元的管道、以及在燃料电池模块周围提供明显热绝缘的热绝缘装置。
[0013]CHP装置可于锅炉单元安装好之后，安装在锅炉单元内。
[0014]CHP装置可于锅炉单元安装好之后以及当锅炉装置操作之后，安装在锅炉单元内。
[0015]控制单元还可包括动力电子设备，以便将CHP装置的电输出转换成适用于锅炉单元内部使用以及适用于锅炉单元外部使用的合适形式。
[0016]控制单元还允许将锅炉单元连接到电网，以便利用电网给锅炉单元供电和/或将来自锅炉单元的电力输出到电网。
[0017]在电网的操作需要将锅炉单元从电网脱离连接的情况下，控制单元可允许锅炉单元从电网脱离连接。
[0018]当锅炉单元从电网脱离连接之后，控制单元可允许锅炉单元连接到电网。
[0019]当锅炉单元安装好之后，控制单元可允许锅炉单元连接到电网。
[0020]当锅炉单元在维修之后，控制单元可允许锅炉单元连接到电网。
[0021]当不存在CHP装置时，控制单元可允许锅炉单元操作。
[0022]可提供适于锅炉装置的主热交换器;其可以是冷凝类型的热交换器。
[0023]可提供CHP热交换系统(其可与主热交换器分离)以便传递适于空间加热和/或适于热水加热的热量;其也可以是冷凝类型的热交换器配置。
[0024]可提供两个独立的热传递系统。在该情况下，一个热交换系统由锅炉装置操作，而另一个热交换系统由CHP装置操作。以该方式，可以实现两个装置的独立操作。在热交换系统中使用的传热介质可以为水。两个系统可连接到单一的储热器或者可连接到两个独立的储热器。
[0025 ] CHP热交换系统可包括处于固体氧化物燃料电池(SOFC)堆阳极废气流动路径中的冷凝热交换器单元以及处于CHP装置清除后(尾气)燃烧器排气流动路径中的冷凝热交换器。
[0026]CHP热交换系统可另外包括一个热交换器，用于将SOFC堆阳极废气中的一些热能传递给供应到SOFC堆的氧化剂。
[0027]CHP热交换系统可作为CHP装置的一部分而被包括在内。可选的，CHP热交换系统可作为已安装好的锅炉单元的一部分而被包括在内。到CHP装置的燃料供应配置可包括燃气栗单元和压力缓冲器。到CHP装置的燃料供应可包括具有气体隔离阀的气体总管分路接头，以便当尾气燃烧器用作启动燃烧器时用于将燃气供应给尾气燃烧器，以及用于将燃料供应给燃料电池模块中的燃料处理单元。
[0028]CHP装置的燃料供应配置可包括低温燃气脱硫器(desulphurisor)单元。该燃气脱硫器单元可包括封装于可替换单元内的气体脱硫器构件，该可替换单元可作为常规锅炉单元维护和维修的一部分而被更换。当锅炉单元安装于不存在CHP装置的情况下，该气体脱硫器可以是模拟的气体脱硫器单元。当CHP装置安装好时，该模拟的气体脱硫器单元可以用活性气体脱硫器单元替换。适于CHP装置的燃料供应配置可作为CHP装置的一部分而被包括在内。可选的，适于CHP装置的燃料供应配置可作为已安装好的锅炉单元的一部分而被包括在内。
[0029]适于CHP装置的燃料供应配置可作CHP装置的一部分而被包括在内。可选的，CHP热交换系统可作为已安装好的锅炉单元的一部分而被包括在内。CHP装置的燃料供应配置可包括燃气栗单元和压力缓冲器。
[0030]CHP装置的燃料供应可包括具有气体隔离阀的气体总管分路接头，以便当尾气燃烧器用作启动燃烧器时用于将燃气供应给尾气燃烧器单元，以及用于将燃料供应给燃料电池模块中的燃料处理单元。
[0031 ]可提供水供应配置，其可接收来自CHP装置冷凝热交换器中至少一个的水。水供应配置可包括水处理装置，其为可替换的。水供应配置可包括在水处理装置和CHP装置之间的隔离阀。水处理装置可包括去离子单元，其为可替换的。水处理装置还可包括可控水栗。水处理装置可封装于可替换单元内，该可替换单元可作为常规锅炉维护和维修的一部分而更换。水供应配置的溢流口可连接到冷凝水排出管(与锅炉装置的至少一主热交换器的冷凝水排出管相同)。适于CHP装置的水供应配置可作为CHP装置的一部分而被包括在内。适于CHP装置的水供应配置可作为已安装好的锅炉单元的一部分而被包括在内。
[0032 ] CHP装置可包括燃料处理装置。燃料处理装置可包括重整单元。燃料处理装置可包括重整单元。燃料处理装置可包括重整(reformer)单元，该重整单元包括蒸汽重整区域和蒸汽产生器。燃料处理装置任选包括重整产品(reformate)冷却热交换器，其配置成将重整的重整产品冷却到接近进气组(inlet stack)操作的温度。
[0033]CHP装置可包括燃料电池组废气燃烧器单元。燃料电池组废气燃烧器可包括连接件，允许其流体连接到燃料电池组阳极废气以及流体连接到来自气体总管分路接头的启动燃料供应。
[0034]CHP装置可包括连接件，允许其流体连接到氧化剂供应、CHP热交换系统，连接到水供应配置，连接到燃料供应。
[0035]锅炉单元可包括可控的CHP空气传送装置。可控的CHP空气传送装置可包括可控的电动机以及鼓风机组件。可控的CHP空气传送装置可包括可控的300-400VDC的电动机和鼓风单元件。
[0036]控制单元可通过单一的控制单元来控制锅炉装置和CHP装置两者。单一的PCB可设置于控制单元中以便控制CHP装置和锅炉。诊断管理器可设置于控制单元中，上述是彼此独立的，这样一个装置上的任意故障不会妨碍另一装置的操作。
[0037]可由两种装置使用同一传感器，以便检测任意排出的燃料过热。如果该传感器显示高读数，或者可在该传感器中看到故障，那么可控制两种装置关闭。
[0038]如果找不到装置(诸如锅炉刚安装)，那么装置的诊断可作出响应为没有传感器存在，因此将不允许任何启动程序在那个装置上运行-控制单元将使得那个装置控制永久地保持在“关闭(OFF)”模式。控制单元可独立于CHP装置来控制锅炉装置。控制单元可独立于锅炉来控制CHP装置。控制单元可允许任一装置独立于彼此或一起工作，或一个装置可启动和/或停止，而另一个装置在运行或不运行。控制单元可控制由燃料电池组产生的电力。控制单元可调节由燃料电池组产生的电力，以及允许经调节的电力不仅给锅炉单元中的电力需求供电，而且给连接到锅炉单元的那些供电。其中连接到锅炉单元的电力需求是家用电负载。此外可选的，连接到锅炉单元的一个电力需求可为电网。(如通过专利GB2441849中所述的那样)。
[0039 ] CHP装置可包括将燃料电池组输出连接到主锅炉控制单元的电连接件。CHP装置可包括传感器和连接到主锅炉控制单元的控制连接件。CHP装置中的燃料电池组可在450°C-650°C的温度范围下操作。
[0040]根据本发明的实施例，这种系统允许独立于CHP装置来操作锅炉单元，且允许相继地任选安装CHP装置。因此锅炉单元可独立于CHP装置来制备。锅炉单元和CHP装置可独立地且分开地运输到安装位置。它们可以从两个阶段安装，甚至是两者都在单元激活之后立即运行的情况下。由于CHP单元和锅炉单元每个都很笨重，在CHP装置的重量可被安置之前，先行将锅炉单元安装在墙上，这使得锅炉单元的壁式安装变得更容易。以该方式，将锅炉单元在现场安装的安装者可安装和固定锅炉单元，然后将CHP装置提升到锅炉单元内，导致安装复杂性降低，减少劳动需求，降低成本，以及具有健康和安全的益处。通过使得单一的锅炉单元内具有CHP装置和加热装置，可使用单一的控制单元来使得两者运行。以该方式，可以检测到加热装置或CHP装置的任意故障，以及可考虑到上述故障来控制剩余装置。
[0041]根据本发明实施例的锅炉单元可用于家用和工业应用。在使得对维修提供者做成最小的干扰的情况下，将锅炉单元安装之后，提供便于升级的路径以便包括于其中一个CHP装置。CHP装置的升级是简单的，因为可移除旧的装置，以及用新的经过升级的装置来替换。如果需要，CHP装置可相继去除，而不对锅炉单元的热水提供产生影响。
【附图说明】
[0042]现在将参照附图仅仅通过实例的方式来描述本发明的实施例，其中:
[0043]图1a和图1b不出根据本发明第一实施例的锅炉单兀；
[0044]图2a和图2b不出根据本发明第二实施例的锅炉单兀；
[0045]图3a和图3b不出根据本发明第三实施例的锅炉单兀；
[0046]图4a和图4b不出根据本发明第四实施例的锅炉单兀；以及
[0047]图5示出代表适于典型英国家庭应用的电力、热能和热水能量需求的典型季节性变化。
【具体实施方式】
[0048]根据本发明的实施例，如在此所述的那样，提供锅炉单元100，其配置成容纳固态热电联产装置或容纳斯特林/冉肯发动机(CHP装置)130。锅炉单元100包括用于产生热量的加热装置110以及用于在安装后独立地控制加热装置110和CHP装置130的每一个的控制单元120。锅炉单元100可在CHP130不存在的情况下操作。
[0049]在描述于此的实施例中，加热装置110是锅炉装置110。但是，可以使用本领域的技术人员公知的任意种类的加热装置。描述于此的锅炉装置110包括标准冷凝锅炉装置110，其包括至少一个冷凝热交换器，该冷凝热交换器用于将由燃气在锅炉燃烧器单元的空气中燃烧而产生的热能传递到热能传递介质。在家用加热应用中，该传递介质通常是水。诸如防蚀剂的添加剂可加入到传递介质，该传递介质在本实施例中是水。
[0050]现在转到附图，图1a和图1b示出根据本发明第一实施例的锅炉单元100。图1a示出处于操作状态下的锅炉单元，其中提供可容纳CHP装置130的空间130’。图1b中示出安装有CHP装置130的锅炉单元。锅炉装置110和CHP装置130两者都连接到控制单元120以及都受到控制单元120的控制。使用单一的控制单元120确保上述装置可控制成按所需的那样以及独立于彼此地操作。
[0051]锅炉单元100还包括辅助连接歧管140以便将锅炉单元100连接到所需的外表面上，用于当仅有锅炉装置110已安装时来操作锅炉单元，以及用于当两种装置都安装在锅炉单元100中时，来操作热电联产装置130。本发明的辅助连接歧管包括标准的锅炉装置辅助连接以及热电联产装置连接件。在存在热能储存器的情况下，标准锅炉装置连接件包括燃料供应、锅炉装置100、热能传递介质供给、锅炉装置热能传递介质返回所需的连接件、用于给锅炉装置供电的电连接以及冷凝液排出管线。为热电联产装置提供的附加辅助连接包括热电联产装置热能传递介质供应以及热能传递介质返回。可提供到接有保险丝的配电箱的电连接(而不是到锅炉装置的电连接)，或还可提供到锅炉装置的电连接。此外，可提供将控制单元120连接到外部传感器、控制箱和/或现场能量处理系统的至少一电缆。可选的，这些可通过无线链接而连接。给锅炉装置和热电联产装置提供单独的热能传递介质供应管线和返回管线确保装置可完全独立于彼此地发挥其功能。
[0052]本实施例的加热系统是“湿”加热系统，其中液体用作传热介质。在该实施例中，用于将来自热能储存器的热能传递介质分流到加热系统的分流阀位于锅炉单元的外部。优选的，分流装置定位于热能传递介质栗位于热能储存器的旁边。在某些情况下，对于分流阀而言其可以位于锅炉单元的附近。
[0053]在已安装锅炉单元的同时，或者在已安装CHP装置(如果CHP装置在晚于锅炉单元的时刻安装)时，对连接到热能储存器的CHP装置热能传递介质供应和返回管线进行安装是可能的。这在下面进行更详细的描述。
[0054]如果热能传递介质栗和分流阀位于锅炉单元中，那么包括附加的辅助连接;而辅助连接包括燃料供应、到湿加热系统的热能传递介质供应、到储热器的热能传递介质供应、热能传递介质返回、CHP装置热能传递介质供应、CHP装置热能传递介质返回、给锅炉装置供电的电连接、以及冷凝液排出管线。
[0055]在锅炉单元中还包括可控的CHP空气传送装置，例如，可控的电动机和用于可控地将空气提供给CHP装置的鼓风机。
[0056]锅炉单元100还具有空气供应和废气供应。废气优选是平衡的燃料废气，使得锅炉单元100能够在密封或半密封状态下操作，其中空气供应和锅炉废气使用在平衡的燃料配置中包含的同心管路。空气供应和废气供应连接到锅炉装置110且每一供应还具有与位于锅炉单元内的容易接近的空间附近的封口管的独立接合点。容易接近的空间130’配置成当单元盖子被取走时，可容易从单元的前部接近，以及配置成将CHP装置130安装到空间130’内，以及配置成将所需的管线和电缆进行简单组装和连接，以便将CHP装置130连接到控制单元120以及辅助连接歧管140以及安装在锅炉单元100内的其它CHP装置支撑组件。
[0057]冷凝液排出管线允许来自至少一个锅炉单元冷凝热交换器的多馀的冷凝液、以及来自CHP热交换系统冷凝热交换器的多馀的冷凝液、以及来自水供应配置的任何多馀的除去离子水从锅炉单元中排出。
[0058]在第一实施例中，CHP装置130包括处于CHP装置130内的CHP热交换系统132、水供应配置134以及燃料处理装置136。这些都安装在CHP装置单元内且与燃料电池模块138(其产生CHP装置130的热和电)一起安装到锅炉单元100内。可以使用诸如斯特林发动或冉肯发动机的其它CHP装置。在本实施例中，燃料电池模块138是在450 °C-650 °C之间操作的由燃料电池组构成的中温SOFC单元。
[0059]围绕燃料电池组组件设置盖子。还设置燃料电池组压缩装置、与燃料电池组组件和盖子以及燃料电池组压缩装置连接的基板)、尾气燃烧器单元、电连接到容纳于燃料电池模块内传感器的燃料重整处理单元(包括蒸汽产生器、蒸汽和燃气混合气、蒸汽重整单元、将来自离开重整区域的重整器的热能传递给蒸汽产生器单元的热交换单元、将来自尾气燃烧器单元的排气流的热能传递给燃料处理器单元的热交换器)、以及从燃料电池组组件连接到电输出点的电线、以及气/气热交换单元(用于允许从蒸汽产生器热交换器单元离开的排气和到达燃料电池模块的氧化剂进气之间进行热能传递)、以及将燃料电池模块的组件连接到一起以及将燃料电池模块组件连接到CHP空气传送装置、水供应配置、CHP热交换系统、燃料电池装置以及锅炉单元的管道、以及在燃料电池模块周围提供热绝缘的热绝缘装置。
[0060]水供应配置134包括罐，用于捕获从燃料电池组阳极废气以及从尾气燃烧器排气冷凝的冷凝液、初始的除去离子水填充管线、排出管线和阀、可控的水栗、可替换的水除去离子器单元和流量传感器或开关。
[0061]燃料处理装置136包括可替换的脱硫器单元、压力传感器、至少一个燃料隔离阀、可控的燃料栗、燃料膨胀体积、燃料流量传感器、适于将燃料气体供给CHP装置和尾气燃烧器的可控流量阀、以及任选的，在锅炉单元安装过程中或作为锅炉单元组装过程一部分的通到燃料管线组装泄漏测试的阀。
[0062]CHP热交换系统132包括至少一个热交换装置。在优选实施例中，CHP热交换系统132包括第一热交换装置、第二热交换装置以及第三热交换装置。
[0063]第一热交换装置是气/气热交换器，用于将燃料电池组阳极废气中的热能交换到供给到燃料电池组阴极侧的进气。第一热交换装置位于燃料电池模块空气侧上的上游，以及具体位于气/气热交换单元空气侧上的上游，以便允许热能在从蒸汽产生器热交换器单元离开的废气和供给到燃料电池模块的氧化剂进气之间传递。
[0064]存在可控的空气旁路，通过在第一热交换装置和蒸汽产生器热交换器单元旁边通过，允许将环境温度空气供给到燃料电池组阴极入口，并将氧化剂进气供给到燃料电池模块
[0065]第二热交换装置是冷凝热交换器，其允许来自燃料电池组阳极废气的热能传递到CHP热能传递介质。第二热交换装置位于第一热交换装置的下游。
[0066]第三热交换装置是冷凝热交换器，其允许来自尾气燃烧器排气流的热能传递到CHP热能传递介质。第三热交换装置位于第二热交换装置的下游，以便适于CHP热能传递介质，以及位于气/气热交换单元的尾气燃烧器排气流上的下游，以便允许热能在从蒸汽产生器热交换器单元离开的排气和供给到燃料电池模块的氧化剂进气之间传递。
[0067]除了在此所述的热交换器配置之外，也可包括其它热交换构造，如相关领域中的技术人员意识到的那样。
[0068]当CHP装置130安装到锅炉单元100内时，锅炉装置110优选关闭以及电隔离，以及隔离燃气。CHP装置130位于锅炉单元100中的容易接近空间130’内，以及形成相关的流体、电和控制连接。形成的流体连接是燃气到燃料处理系统的连接、CHP装置的空气供应管线到CHP空气传送装置的连接、从锅炉单元到水供应配置排出管线的冷凝管线的连接、CHP热能传递介质供应进出管线的连接、从CHP装置到控制板的电力电缆的连接、以及从CHP装置到控制板的控制电缆和传感器电缆的连接。
[0069]锅炉单元100可在未安装脱硫器单元的情况下运输和安装。在这些情况下，模拟脱硫器单元最先被安装，当CHP装置130安装好时，模拟脱硫器会与活性脱硫器单元交换。
[0070]作为CHP装置组件行终端测试过程的一部分，CHP装置130在空气和燃料侧上进行压力测试。刚好在安装到锅炉单元内之前，可另外在CHP装置130上执行压力测试。通过将尾气燃烧器排气管线封口以及从燃料供应隔离阀进行压力测试以便确定到CHP装置130的任意连接处或在CHP装置130中是否存在燃气泄漏。如果在除去离子水装置充满除去离子水时没有运输CHP装置130，那么会在燃料侧进行压力测试之前进行，以便防止气体沿着蒸汽产生汽泄漏、通过水供应配置以及离开排出管线。用除去离子水填充除去离子器提供足够的背压以便防止在压力测试过程中燃气沿着蒸汽产生器中的蒸汽管线流动。
[0071]—旦进行了压力测试，那么通过将适于锅炉装置的平衡燃料排气的接合点封口打开而可将CHP装置排气连接到适于锅炉装置的平衡燃料排气。如果需要，来自CHP控制单元的电输出可连接到接有保险丝的配电板或在锅炉单元外部的这种类似装置上。之后可将电力和燃气脱离隔离。
[0072]在通电后，控制单元执行可用装置的评估，包括诊断检查。在诊断示出一个装置存在明显故障的情况下，那么控制单元将不会允许那个装置运行。一旦控制单元已经完成其诊断，则CHP单元准备好操作。CHP单元的操作可基于安装者的信号、来自远程控制单元的指令、指示需要适于热能储存器或湿加热系统的热能的来自恒温器的指令、或其它这种指令，以便验证CHP单元的操作。
[0073]对于本领域的技术人员而言，合适的CHP装置的操作是众所周知的。
[0074]在CHP装置130安装后的锅炉单元100的操作过程中，如果控制单元120检测到装置110、130的其中之一没有在可接受规范中起作用，那么可关闭那个装置。在锅炉装置110关闭的情况下，锅炉单元100仍可从CHP装置130提供电力输出和热能输出。在CHP装置130关闭的情况下，锅炉单元100仍可从锅炉装置110提供热能输出。
[0075]由于该配置，在锅炉单元100的操作寿命期间，维修，替换或升级锅炉装置110或CHP装置130是可能的。
[0076]图2a和图2b示出了根据本发明第二实施例的锅炉单元200。由于第二实施例类似于上述第一实施例，因此将仅仅描述区别之处且相似的附图标记指代相似的元件和系统。第二实施例与第一实施例的不同之处在于CHP热交换系统232、水供应配置234以及燃料处理装置236设置于锅炉单元200中而不是设置于CHP装置230中。因此在第二实施例中，这些系统232、234、236都永久地安装在锅炉单元200中而不是和CHP装置230—同安装和移除。CHP热交换系统232、水供应配置234以及燃料处理装置236与参照上述第一实施例的所述类似，但是区别在于它们被设置于锅炉单元200中而不是设置于CHP装置230中。在第二实施例中，CHP装置包括燃料电池模块。
[0077]如在第一实施例中的那样，当CHP装置230安装到锅炉单元内时，锅炉装置110优选关闭以及电隔离和燃气隔离。CHP装置230位于锅炉单元200中的容易接近的空间230’内，以及形成相关的流体、电以及控制连接。但是，由于CHP装置230不包括第一实施例中所包括的所有系统，因此这些系统在安装CHP装置230的过程中进行连接。形成的连接是从燃料处理系统到尾气燃烧器以及到蒸汽重整器的燃气连接、空气和尾气燃烧器以及阳极废气到CHP热交换系统的连接(作为独立连接或作为组合连接)、CHP装置的空气供应管线到CHP空气输送装置以及到任选的在CHP装置和CHP空气传送装置之间的空气旁路管线的连接、除去离子水到蒸汽重整单元的供应连接、从CHP装置到控制板的电力电缆连接、以及从CHP装置到控制板的控制电缆和传感器电缆连接。控制单元220连接到系统232、234、236的每一个。控制单元还连接到CHP装置230 (当其安装时)。
[0078]如第一实施例中的那样，锅炉单元可与模拟脱硫器单元一同运输和安装，其于安装CHP装置230時替换。测试可如第一实施例中的那样。在CHP装置230安装时形成的所有连接都需要进行测试。
[0079]在图3a和3b中示出的第三实施例中，所有类似的附图标记指代与第一和第二实施例相似的元件和系统。在第三实施例中，CHP热交换系统332、水供应配置334以及燃料处理装置336以与上述第二实施例的相同方式操作和形成。但是，它们设置于单一的辅助单元360中，其连接到辅助连接歧管以及控制单元。在该实施例中，所有组件都封装于单一单元中，其可以一次动作安装于锅炉单元内。该实施例的所有其它方面与前述相同。
[0080]在图4a和4b中示出的第四实施例中，所有类似的附图标记指代与第一和第二实施例相似的元件和系统。在第四实施例中，CHP装置包括燃料处理装置，而不是CHP热交换系统或水供应配置，它们一起设置于独立单元中，如在第三实施例中的那样。第四实施例的所有其它方面与前述相同。
[0081]可存在其它实施例，其中CHP装置支撑组件的方面作为锅炉单元的一部分而在制备锅炉单元期间被安装在内，以及其它组件作为CHP装置的一部分而被包括在内。
[0082]在所有实施例中，安装到墙上会包括固定到墙上的固定托架，这样被安装的单元可是方形的且固定到墙上。这种固定托架可包括可视水平气泡以便使得安装更容易。一旦固定托架被安装，主锅炉单元框架可位于固定托架上并按需要固定到位。此时并不安装CHP装置。CHP装置的连接可被容易识别以及可被容易物理封口。一旦锅炉单元通电，如果控制单元检测不到在来自CHP装置的确切信号，则将不允许CHP装置运行，包括不允许通到CHP装置的气体控制阀打开。
[0083]在将电力应用于锅炉单元之前可进行到锅炉单元的辅助连接并作物理测试。在操作中，锅炉控制单元识别可用装置并仅仅使得连接到控制单元的那些装置能被使用。如果装置被安装但没有连接到控制单元，那么那个装置不会受到控制单元的指令来操作。在进行系统诊断之前，控制单元将仔细检查控制单元启动程序。一旦系统诊断指示锅炉单元准备好操作，则控制单元将允许锅炉单元操作。通过在单元处的安装工程师产生的信号可进行锅炉操作，或经由手动或远离控制单元的程序板或电力处理系统来进行电子操作。之后响应于适于湿系统加热所需或为了将热能提供给储热器所需的热需求，锅炉将作为常规的锅炉单元进行操作。
[0084]锅炉单元具有传感器，以便检测是否发生超出常规范围需要将锅炉装置关闭的事件。这种事件包括燃料压力下降到特定值之下、废气供应的堵塞、锅炉单元中的超温、电力失败、水压下降到特定值之下、在尝试特定次数之后锅炉装置点火失败、或锅炉燃烧器不能充分燃烧。
[0085]因此，在不添加CHP装置的情况下，锅炉单元可仅仅作为锅炉单元而被安装和操作。
[0086]图5示出适于英国家庭应用的电力、热能和热水能量需求的典型季节性变化。如可看到的那样，空间加热的高度变化季节性地发生。但是，在整个一年里电力和热水供应保持大致恒定。热水和电力的比率是大约1:1，上述使得燃料电池高度适于产生该热水和电力，因为燃料电池通常在大约1:1比率下的热和电力。因此可通过锅炉单元中的标准锅炉来提供超额季节性空间热量的需求。如果在夏季的月份里提供高于1:1的热电比率，那么热量必须被浪费以便产生足够的电力，或者系统必须在自电网接受的低输出和外部电力下运行。CHP装置的热电比率越高，那么可在不浪费热量的情况下产生更少的电力，尤其是在夏季的月份里。
[0087]上面参照具体实施例对本发明进行了描述。一些添加、省略以及替代是显而易见的，以及在不脱离本发明精神和范围的情况下可采用这种变型、省略以及替代。
【主权项】
1.锅炉单元和外壳，锅炉单元封装于外壳内，锅炉单元能够容纳固态热电联产装置，锅炉单元包括: 用于产生热量的加热装置；以及 用于独立控制加热装置和固态热电联产装置中的每一个的控制单元； 其中控制单元配置成在不存在固态热电联产装置时允许锅炉单元操作，由此锅炉单元能够在不存在固态热电联产装置时通过控制单元操作和控制;和其中外壳包括容纳固态热电联产装置的空间。2.根据权利要求1所述的锅炉单元，其中所述空间是可接近的空间，该空间定尺寸并且通过移除至少部分外壳可接近，从而容纳固态热电联产装置。3.根据权利要求1所述的锅炉单元，进一步包括用于锅炉单元内的固态热电联产装置的热恢复系统。4.根据权利要求1所述的锅炉单元，其中控制单元配置成允许加热装置和固态热电联产装置的一个操作，而另一个不操作。5.根据权利要求1所述的锅炉单元，其中锅炉单元不需要改变来容纳固态热电联产装置。6.根据权利要求1所述的锅炉单元，其中控制单元包括单一的印刷电路控制板，以便控制加热装置和固态热电联产装置的每一个。7.根据权利要求1所述的锅炉单元，其中用于加热装置和固态热电联产装置的诊断处理器设置于控制单元中，其分别独立于彼此。8.根据权利要求1所述的锅炉单元，包括固态热电联产装置。9.根据权利要求8所述的锅炉单元，其中加热装置和固态热电联产装置可独立于彼此操作。10.根据权利要求8所述的锅炉单元，其中固态热电联产装置产生可用的热和电力。11.根据权利要求8所述的锅炉单元，其中固态热电联产装置仅仅产生可用的电力。12.根据权利要求1所述的锅炉单元，锅炉单元可安装于墙上。13.根据权利要求1所述的锅炉单元，其中加热装置包括锅炉。14.根据权利要求1所述的锅炉单元，其中固态热电联产装置和加热装置包括用于分配由各自装置产生的热量的独立循环系统。15.根据权利要求1所述的锅炉单元，进一步包括适于锅炉单元内的固态热电联产装置的热恢复系统，其中热恢复系统独立于加热装置。16.根据权利要求1所述的锅炉单元，进一步包括适于固态热电联产装置的燃料处理系统。17.根据权利要求16所述的锅炉单元，燃料处理系统包括可替换的脱硫器构件。18.根据权利要求1所述的锅炉单元，进一步包括用于固态热电联产装置的水供应配置。19.根据权利要求18所述的锅炉单元，水供应配置包括可替换的除去离子器单元。20.根据权利要求1所述的锅炉单元，其中锅炉单元是家用的锅炉单元。
【文档编号】F24H1/22GK105910285SQ201610245211
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2009年11月26日
【发明人】詹姆士·戴扶连特, 克里斯托弗·约翰·埃文斯, 罗伯特·摩根, 保罗·巴纳尔, 布鲁斯·格文
【申请人】塞瑞斯知识产权有限公司