专利名称：家用热电联产组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种家用热电联产(dchp)系统，且尤其涉及这样一种系统，其使用斯特林发动机来产生电力并且该斯特林发动机还用来提供热能。
背景技术：
这种发动机需要相当量的外部设备来进行操作，例如包括用于斯特林发动机的热量回收的热交换器。
理想地，整个设备组装成一个单一单元，然后将其输送到其最终位置进行安装。由于这个安装过程所涉及的重量，因此会出现危险从而需要不止一个具有熟练技能的技术人员在场。
发明内容
根据本发明，提供了一种家用热电联产组件，其包括墙壁可安装的框架；斯特林发动机模块，包括用于产生电力并还用于提供热能的斯特林发动机；和热交换器模块，用于斯特林发动机的热量回收；其中所述斯特林发动机模块和热交换器模块为独立单元，且其中所述斯特林发动机模块可以与热交换器模块无关的方式安装到所述框架上。
通过设计所述组件使其具有可以与热交换器模块无关的方式安装的斯特林发动机模块，减少了将要被抬起定位的设备的组成部件的重量，从而允许单个技术人员进行所述安装。还有一益处在于如果斯特林发动机单元发生故障，则可以简单地拆下并更换该单元，从而对用户造成最小的干扰。因此，可以对损坏的单元进行异地维护。
斯特林发动机模块可以通过任意方便的安装结构而安装到框架上。但是，优选所述框架具有用于将发动机容纳在第一位置的托架，发动机从该第一位置绕托架可枢转运动到第二操作位置，发动机在该第二操作位置由所述框架固定支撑。这种安装提供了这样一种便利的方式，即允许发动机的头部向上摆动到热交换器模块中。
热交换器模块和斯特林发动机模块都可以包括多个附加部件。例如，斯特林发动机模块优选地包括弹性安装的缓冲质量块、燃烧密封件(combustion seal)、发动机悬挂组件、以及用于将水供应给发动机冷却器和从发动机冷却器供应水的管子。或者，这些部件中的一个或多个可以安装在组件上的其它位置。热交换器模块优选地包括用于向斯特林发动机头部供应热燃气的燃烧器、用于产生额外热量的辅助燃烧器、用于向所述或每个燃烧器供应燃气的瓦斯系统(gas train)、用于从所述或每个燃烧器清除排气的外部管道、以及用于待由所述或每个燃烧器加热的水的水管。此外，这些部件中的一个或多个可以设置在所述组件上的其它位置。
单元的模块设计可以扩展至所述组件的其它方面，使得组件优选地包括一控制模块，该控制模块包括系统控制器并可以与斯特林发动机模块和热交换器模块无关的方式安装到框架上。再次，提供了这样的优点，即，减少了所输送部件的个体重量，从而便于维护。
所述组件还可具有一组合模块，其可以与任意其它模块无关的方式安装到组件上，并且除了中央加热之外还可用于供应对热水的瞬时家用需求。如果用户需要dchp系统实现常规复式锅炉的功能，则可设置这种模块。
所述组合模块可以仅包括附加的热交换器，该附加的热交换器将即时加热家用热水。但是，优选地组合模块包括一热水箱，且所述组件还包括控制装置，用于在可能的热水需求时将该热水箱中的水温保持在升高的温度。所述水箱设计得相对较小(级别为12升容量)，并在发动机燃烧器或辅助燃烧器点火以供应对超出水箱容量的热水的持续需求时，允许组件尽可能快地供应热水需求。
当前结构的dchp系统结合有安装到墙壁上的结构化副框架，且所述的系统部件都安装在其上。这个副框架和系统部件因此被分开两部分的密封盒包围，从而防止发动机及其部件的噪音和振动传递到周围空间。
根据本发明的第二方面，提供了一种家用热电联产单元，其包括密封壳体，用于将该密封壳体安装到墙壁上的装置；斯特林发动机；用于加热所述斯特林发动机头部的燃烧器；以及用于回收来自斯特林发动机头部的废热的热交换器，其中所述斯特林发动机、燃烧器和热交换器直接由所述密封壳体支撑。
通过由还用于相对于外部环境提供密封的密封壳体支撑斯特林发动机系统的元件，所述单元的结构可以得到简化，从而减小了单元的复杂性和重量，由此降低了制造成本。
下面将参照附图描述根据本发明构成的组件的示例，其中图1是组件的盖子和框架的展开示意剖面图；图2是表示密封盒的后部的立体图，且热交换器模块和其它部件处于适当位置；图3是斯特林发动机配件的立体图；图4是类似的立体图，示出了结合有图3的斯特林发动机配件的斯特林发动机模块；图5A、5B和5C是表示斯特林发动机模块如何摆动到适当位置的示意图；图6是组合模块的内部部件的立体图；图7是组合模块的部件的示意图；以及图8是表示在拆下前盖的情况下，所有部件处于适当位置的立体图。
具体实施例方式
图1表示不同的支撑框架和盖板。安装到墙壁上的第一部件为背板1。该第一部件为轻型钢板部件，其本身的强度和刚性较低，从而通过其安装在墙壁上而从该墙壁获得强度和刚性。示出的背板1足够宽以容纳下面所述的组合模块。如果不需要组合模块，则可以使用较窄的板。
将密封盒2安装在背板上。该密封盒是金属片制品并包括后部3和前部4。这两个部分的面板成形为刚性以减小在发动机运行频率发生共振的危险。盒2内衬有自粘性复合隔音片，其使金属制品中的振动衰减并吸收空中振动。所述前部和后部通过硅橡胶密封带密封在一起，该硅橡胶密封带形成弹性密封件，用来提供气密外壳并还使密封盒的外部与容纳在密封盒内的部件的噪音和振动隔离，如下面将更详细描述。后部3固定于背板1的底部上并通过多个螺栓在顶部固定。
装饰面板5可装配在密封盒的前部上。同样，如果设置组合模块，则组合壳体6和组合装饰面板7可以与主单元并排设置。
如图1所示，密封盒的后部3设有多个用于不同部件的固定件。具体地说，后部3沿其长度在大致一半处设有悬臂发动机支架8。该支架还设有较大圆孔9并在任一侧具有下翻凸缘10，用于提供额外的结构刚性。一对突耳11(图1中只示出了其中之一，另一个被所述前部挡住了)因为下面所述的原因从发动机支架8的前方伸出。
图2表示支撑在密封盒2的后部3上的不同附加部件。热交换器模块20定位在后部3的顶部。该热交换器模块包括主热交换器21，在该主热交换器中从斯特林发动机和辅助燃烧器的排气回收热量，以形成热水蒸汽用于家用中央加热。在申请PCT/GB02/05771中详细地描述了该热交换器的性质。这个热交换器的结构与本发明无关。另外，瓦斯系统24位于后部3上。该瓦斯系统主要包括适当的管道布置、风扇和阀，以向发动机燃烧器和辅助燃烧器(未示出)提供空气和燃料的供给。在申请PCT/GB02/05775和PCT/GB02/05776中给出了适当瓦斯系统的细节。管道(未示出)分别向辅助燃烧器和发动机燃烧器供给燃气—空气混合物。此外，用于燃烧器的排气的同心烟道30或者从后部3的顶部或者从背面延伸，经过背板中的孔31。然后烟道与住宅墙壁中的孔对齐。
如图2所示，热交换器模块所需的连接如下通向混合阀的进气口，以通过瓦斯系统24向发动机燃烧器和辅助燃烧器进行供应。
通过瓦斯系统24用于发动机燃烧器和辅助燃烧器的、由风扇(未示出)驱动的空气进口。
通向热交换器21的用于水的进水口。
从斯特林发动机的热排气入口。
控制线路，用于包括瓦斯系统24的阀和风扇在内的各种电部件。
用于排气的废气出口30。
从燃烧器(未示出)至发动机头部所提供的热气。
用于已经被热交换器加热的水的出水口。
后部1与至此所述的部件在工厂中被组装成单个模块，并将作为一个单元固定到背板1上。在该模块处于适当位置后，可以将斯特林发动机模块40放置在适当位置。下面参照图3和图4详细描述斯特林发动机模块40。
斯特林发动机模块的主部件为斯特林发动机41，如图3所示。该斯特林发动机具有被多个轴向延伸的散热片43包围的发动机头部42，散热片被供应有来自热交换器模块20中的发动机燃烧器的热量。在该头部下方设置有环形发动机安装凸缘44，其目的将在下面说明。在所述头部下方是发动机冷却器(未示出)，沿着管子45将水供应给该冷却器。在该冷却器下方是交流发电机，其以本领域公知的方式将活塞在发动机内的往复运动转变为电能。发动机被调谐到50Hz的环形缓冲质量块46包围，该质量块悬挂在多个弹簧47上以吸收斯特林发动机的固有振动，如在PCT/GB02/05111中所详细描述的一样。
图3中示出的斯特林发动机配件构成了如图4所示的斯特林发动机模块4的核心。该模块被壳体50包围，该壳体的顶面形成发动机吊架51，从而发动机以下面将要描述的方式悬挂于后部3。托架51为具有一对间隔开的孔53的上翻凸缘52。
图4中还示出了隔离件54，其使燃烧密封件(未示出)与撞击在散热片43上的燃烧器的热气隔离。这在申请人较早的申请GB 0211121.9中有详细的描述。
设置点火器和电离探针55以监控发动机燃烧器的点火。
在壳体50上设置有氦气填充点(未示出)，以允许对斯特林发动机加压。这也可以用于在维护过程中补充燃气。
斯特林发动机41通过多个伸长的拉簧58悬挂于框架50，如在PCT/GB02/05111中所详细描述的一样。水管(未示出)通过管子45向和从发动机冷却器供应水。
至斯特林发动机模块40的连接，如下进水口，用于冷却发动机冷却器以及燃烧密封件。
用于发动机控制系统的控制线路。
从发动机和燃烧密封件的出水口。
用于发电的电力布线。
用于与控制系统通信的传感器布线。
当如图2所示后部3和热交换器模块20处于适当位置时，如图5A-5C所示安装发动机模块40。通过使模块40倾斜，从而使上翻凸缘52处于最上方，孔53就可以挂在突耳11上，如图5A和5B所示。一旦模块40正确定位，其就摆动到图5C所示的位置，在该位置，发动机吊架51通过螺钉或其它适当紧固件固定到安装托架8上，且连接处由陶瓷纸衬(未示出)密封。在这个位置，发动机41的头部42上的散热片43被热交换器模块20中的发动机燃烧器包围。
如果所述设备是组合式，则可以安装组合模块60，如图6和7所示。该组合模块设置在如图1所示的组合壳体6内。
组合模块60用于提供热水源，以允许一旦家用住宅中的龙头被打开就几乎立刻提供热水。在常规的组合单元中，燃烧器仅在需要时点火以提供热水需求。但是，能尽可能快地提供热水是有利的。这在下列情况下尤为重要，即，当在没有中央加热要求的夏天模式下运行时，因为没有储存热水，燃烧器必须经过其点火次序，点火并加热热质量的水、热交换器和连接管道布置。在当前的dchp设备的情况下，要加热附加热质量的发动机水套。储存箱61是图7中所示的热水和中央加热分配系统的一部分。水通过调制泵62A和定速泵62B围绕所述系统被泵送。在正常操作下，在中央加热阀67和热水阀68的控制下，围绕发动机热交换器63和辅助热交换器64将水泵送到散热器65和热水龙头66。
组合模块60的操作模式如下1、热水存储当对家用热水存在潜在需求(由程序员设置)时，储存箱61(12升容量)保持在77℃或接近该温度。如果进行中央加热，则发动机早已被点火且通过使热水阀68打开并使中央加热阀67关闭一较短时期，可以加热储存箱61。如果在编程设定的中央加热时期外，则通过使辅助燃烧器点火一较短时期来加热该储存箱。
2、家用热水需求当在房子中的任意地方打开热水龙头时，涡轮流量计69检测流量。
如果所述设备没有供应中央加热需求，则调制泵62A起动且热水阀68打开。这将引导热水从储存箱61通过板式热交换器70以迅速加热家用热水。控制系统调节调制泵的速度以传送所需的热水温度(由传感器71测量)。同时，辅助燃烧器的点火次序开始并起动定速泵62B，从而持续储存箱61消耗的时间来加热由辅助燃烧器供应的热水。
通过控制系统调节辅助燃烧器点火率和调制泵速度，以使家用热水的传送温度在3至15升/分的流量范围内保持在用户定义的设定点。家用热水供应优先于中央加热需求。
3、中央加热模式当存在中央加热的需求而没有家用热水的需求时，中央加热阀67打开且热水阀68关闭。控制系统调节辅助燃烧器点火率以保持所需的流动温度Tf，且所述设备以与其在没有组合模块60的情况下相同的操作方式进行操作。
至组合模块60的连接为从辅助热交换器64的进水口。
至发动机41的出水口。
控制阀和泵的控制线路。
用于家用热水的出口。
从中央加热系统的进水口。
至中央加热系统的出水口。
将检测到的信息传送至控制系统的传感器布线。
如图8所示，待安装的最终模块为电模块80，其沿位于后部3底部的托架81滑动到适当位置。电模块80具有下列连接用于来自其它模块的传感器布线的输入。
用于向控制模块供电的电力布线。
用户控制输入，允许用户与系统接触并设置恰当的加热参数。
用于控制各种模块的控制线路。
用于向家庭提供电力的电力布线。
实际上，图8表示所有模块都安装在适当位置。剩下将前部4、组合壳体6以及装饰面板5和7(图1中示出)固定在适当位置就完成了安装。
权利要求
1.一种家用热电联产组件，其包括墙壁可安装的框架；斯特林发动机模块，包括用于产生电力并还用于提供热能的斯特林发动机；和热交换器模块，用于斯特林发动机的热量回收；其中所述斯特林发动机模块和热交换器模块为独立单元，且其中所述斯特林发动机模块可以与热交换器模块无关的方式安装到所述框架上。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述框架具有用于将发动机容纳在第一位置的托架，发动机从该第一位置绕托架可枢转运动到第二操作位置，发动机在该第二操作位置由所述框架固定支撑。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述斯特林发动机模块包括下列中的一个或多个弹性安装的缓冲质量块、燃烧密封件、发动机悬挂组件、以及用于将水供应给发动机冷却器和从发动机冷却器供应水的管子。
4.根据前述任一项权利要求所述的组件，其特征在于，所述热交换器模块包括下列中的一个或多个用于向斯特林发动机头部供应热燃气的燃烧器、用于产生额外热量的辅助燃烧器、用于向所述或每个燃烧器供应燃气的瓦斯系统、用于从所述或每个燃烧器清除排气的外部管道、以及用于待由所述或每个燃烧器加热的水的水管。
5.根据前述任一项权利要求所述的组件，其特征在于，还包括一控制模块，该控制模块包括系统控制器并可以与斯特林发动机模块和热交换器模块无关的方式安装到框架上。
6.根据前述任一项权利要求所述的组件，其特征在于，还包括一组合模块，其可以与任意其它模块无关的方式安装到组件上并用于供应热水的家用需求。
7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，所述组合模块包括一热水箱，且所述组件还包括控制装置，用于在可能的热水需求时将该热水箱中的水温保持在升高的温度。
8.一种家用热电联产单元，其包括密封壳体，用于将该密封壳体安装到墙壁上的装置；斯特林发动机；用于加热所述斯特林发动机头部的燃烧器；以及用于回收来自斯特林发动机头部的废热的热交换器，其中所述斯特林发动机、燃烧器和热交换器直接由所述密封壳体支撑。
全文摘要
一种家用热电联产组件，其包括墙壁可安装的框架(13)，具有斯特林发动机(41)的斯特林发动机模块(40)，和用于斯特林发动机的热量回收的热交换器模块(20)。该斯特林发动机模块和热交换器模块为可相互无关地安装到框架上的独立单元。
文档编号F02G1/055GK1788150SQ200480012822
公开日2006年6月14日 申请日期2004年5月13日 优先权日2003年5月13日
发明者大卫·麦克斯韦·约翰斯顿, 约翰·科佩多尔 申请人:麦克罗金能源有限公司