專利名稱：鍋爐單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍋爐單元，具體涉及但并不限于用于給家庭住所提供暖氣的家用鍋爐單元。
背景技術(shù)：
在家庭住所中提供鍋爐以便提供熱源。這種鍋爐通常封裝于外殼內(nèi)，外殼可被移除因此這種鍋爐將是封閉式鍋爐單元。這種鍋爐通常是壁式安裝或地面安裝的。加熱通常為提供給住所加熱的空間加熱或?qū)崴刺峁┙o住所的熱水加熱。這種單元可由電網(wǎng)或氣體供應(yīng)器供以動力；氣體燃燒以便加熱鍋爐內(nèi)的水，按所需提供給空間加熱系統(tǒng)和/或熱水儲存罐。在一些情況下，空間加熱可稱為集中供暖。本發(fā)明試圖對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，或克服或改善與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的至少一個問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供配置成容納固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置(CHP裝置)的鍋爐單元，鍋爐單元包括用于產(chǎn)生熱量的加熱裝置，用于獨立控制加熱裝置和CHP裝置中的每一個的控制單元，其中可在不存在CHP裝置的情況下操作鍋爐單元。鍋爐可封裝于外殼內(nèi)。鍋爐單元可為組裝式的。外殼可被去除，和/或可具有一個開口，其內(nèi)可安裝固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。外殼可包括用于容納CHP裝置的空間。外殼可形成鍋爐單元的一部分。取代固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，可提供斯特林發(fā)動機(jī)或冉肯發(fā)動機(jī)以便產(chǎn)生熱電，以及鍋爐單元可配置成容納這種斯特林發(fā)動機(jī)或冉肯發(fā)動機(jī)，而不是容納固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。鍋爐單元可以是一體裝置以及鍋爐單元的元件可以全部封裝于單一的外殼內(nèi)。該設(shè)計可提供用于提供空間加熱和/或熱水加熱的鍋爐單元，在此鍋爐單元可作為家用或工業(yè)加熱系統(tǒng)和/或熱水供應(yīng)系統(tǒng)的一部分而安裝和操作。鍋爐單元可包含鍋爐裝置，該鍋爐裝置包含可操控的鼓風(fēng)機(jī)、至少一個主熱交換器單元，其中至少一個主熱交換器單元提供用于將來自鍋爐裝置中所供應(yīng)燃料燃燒的熱能傳遞到傳熱流體，以便將熱量提供給空間加熱系統(tǒng)和/或?qū)崮芴峁┙o熱水系統(tǒng)和/或儲熱器，且其中鍋爐單元設(shè)計允許將CHP裝置相繼裝配到鍋爐單元內(nèi)。當(dāng)CHP裝置安裝于鍋爐單元內(nèi)時，CHP裝置可產(chǎn)生適于熱水的熱量，且還可產(chǎn)生適于空間加熱的熱量，以及還可產(chǎn)生適于由鍋爐單元使用以及任選適于附連到鍋爐單元的電負(fù)載的電力。通過使用不同于主熱交換器單元的CHP熱交換器配置使得CHP裝置可產(chǎn)生適于熱水的熱量，以及還可產(chǎn)生適于空間加熱的熱量。CHP裝置可以是基于燃料電池的CHP裝置。CHP裝置可以是基于固體氧化物燃料電池的裝置。CHP裝置可以是基于固體氧化物燃料電池的裝置，稱之為燃料電池模塊。CHP 裝置可包括燃料電池組。CHP裝置可包括固體氧化物燃料電池組。
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燃料電池模塊可包括燃料電池組組件、圍繞燃料電池組組件的蓋子、燃料電池組壓縮裝置、基板(燃料電池組組件、蓋子以及燃料電池組壓縮裝置與其連接)、尾氣燃燒器單元、電連接到容納于燃料電池模塊內(nèi)的傳感器的燃料重整處理單元(包括蒸汽產(chǎn)生器、 蒸汽和燃?xì)饣旌掀?、蒸汽重整單元、將來自離開重整區(qū)域的重整器的熱能傳遞給蒸汽產(chǎn)生器單元的熱交換單元、將來自尾氣燃燒器單元的排氣流的熱能傳遞給燃料處理器單元的熱交換器)、以及從燃料電池組組件連接到電輸出點的電線、以及氣/氣熱交換單元(用于允許從蒸汽產(chǎn)生器熱交換器單元離開的排氣和到達(dá)燃料電池模塊的氧化劑進(jìn)氣之間進(jìn)行熱能傳遞)、以及將燃料電池模塊的組件連接到一起以及將燃料電池模塊組件連接到鍋爐單元的管道、以及在燃料電池模塊周圍提供明顯熱絕緣的熱絕緣裝置。CHP裝置可于鍋爐單元安裝好之后，安裝在鍋爐單元內(nèi)。CHP裝置可于鍋爐單元安裝好之后以及當(dāng)鍋爐裝置操作之后，安裝在鍋爐單元內(nèi)?？刂茊卧€可包括動力電子設(shè)備，以便將CHP裝置的電輸出轉(zhuǎn)換成適用于鍋爐單元內(nèi)部使用以及適用于鍋爐單元外部使用的合適形式?？刂茊卧€允許將鍋爐單元連接到電網(wǎng)，以便利用電網(wǎng)給鍋爐單元供電和/或?qū)碜藻仩t單元的電力輸出到電網(wǎng)。在電網(wǎng)的操作需要將鍋爐單元從電網(wǎng)脫離連接的情況下，控制單元可允許鍋爐單元從電網(wǎng)脫離連接。當(dāng)鍋爐單元從電網(wǎng)脫離連接之后，控制單元可允許鍋爐單元連接到電網(wǎng)。當(dāng)鍋爐單元安裝好之后，控制單元可允許鍋爐單元連接到電網(wǎng)。當(dāng)鍋爐單元在維修之后，控制單元可允許鍋爐單元連接到電網(wǎng)。當(dāng)不存在CHP裝置時，控制單元可允許鍋爐單元操作?？商峁┻m于鍋爐裝置的主熱交換器；其可以是冷凝類型的熱交換器?？商峁〤HP熱交換系統(tǒng)(其可與主熱交換器分離)以便傳遞適于空間加熱和/或適于熱水加熱的熱量；其也可以是冷凝類型的熱交換器配置?？商峁﹥蓚€獨立的熱傳遞系統(tǒng)。在該情況下，一個熱交換系統(tǒng)由鍋爐裝置操作，而另一個熱交換系統(tǒng)由CHP裝置操作。以該方式，可以實現(xiàn)兩個裝置的獨立操作。在熱交換系統(tǒng)中使用的傳熱介質(zhì)可以為水。兩個系統(tǒng)可連接到單一的儲熱器或者可連接到兩個獨立的儲熱器。CHP熱交換系統(tǒng)可包括處于固體氧化物燃料電池(SOFC)堆陽極廢氣流動路徑中的冷凝熱交換器單元以及處于CHP裝置清除后(尾氣)燃燒器排氣流動路徑中的冷凝熱交換器。CHP熱交換系統(tǒng)可另外包括一個熱交換器，用于將SOFC堆陽極廢氣中的一些熱能傳遞給供應(yīng)到SOFC堆的氧化劑。CHP熱交換系統(tǒng)可作為CHP裝置的一部分而被包括在內(nèi)?？蛇x的，CHP熱交換系統(tǒng)可作為已安裝好的鍋爐單元的一部分而被包括在內(nèi)。到CHP裝置的燃料供應(yīng)配置可包括燃?xì)獗脝卧蛪毫彌_器。到CHP裝置的燃料供應(yīng)可包括具有氣體隔離閥的氣體總管分路接頭，以便當(dāng)尾氣燃燒器用作啟動燃燒器時用于將燃?xì)夤?yīng)給尾氣燃燒器，以及用于將燃料供應(yīng)給燃料電池模塊中的燃料處理單元。CHP裝置的燃料供應(yīng)配置可包括低溫燃?xì)饷摿蚱?desulphurisor)單元。該燃?xì)饷摿蚱鲉卧砂ǚ庋b于可替換單元內(nèi)的氣體脫硫器構(gòu)件，該可替換單元可作為常規(guī)鍋爐單元維護(hù)和維修的一部分而被更換。當(dāng)鍋爐單元安裝于不存在CHP裝置的情況下，該氣體脫硫器可以是模擬的氣體脫硫器單元。當(dāng)CHP裝置安裝好時，該模擬的氣體脫硫器單元可以用活性氣體脫硫器單元替換。適于CHP裝置的燃料供應(yīng)配置可作為CHP裝置的一部分而被包括在內(nèi)?？蛇x的，適于CHP裝置的燃料供應(yīng)配置可作為已安裝好的鍋爐單元的一部分而被包括在內(nèi)。適于CHP裝置的燃料供應(yīng)配置可作CHP裝置的一部分而被包括在內(nèi)?？蛇x的，CHP 熱交換系統(tǒng)可作為已安裝好的鍋爐單元的一部分而被包括在內(nèi)。CHP裝置的燃料供應(yīng)配置可包括燃?xì)獗脝卧蛪毫彌_器。CHP裝置的燃料供應(yīng)可包括具有氣體隔離閥的氣體總管分路接頭，以便當(dāng)尾氣燃燒器用作啟動燃燒器時用于將燃?xì)夤?yīng)給尾氣燃燒器單元，以及用于將燃料供應(yīng)給燃料電池模塊中的燃料處理單元。可提供水供應(yīng)配置，其可接收來自CHP裝置冷凝熱交換器中至少一個的水。水供應(yīng)配置可包括水處理裝置，其為可替換的。水供應(yīng)配置可包括在水處理裝置和CHP裝置之間的隔離閥。水處理裝置可包括去離子單元，其為可替換的。水處理裝置還可包括可控水泵。水處理裝置可封裝于可替換單元內(nèi)，該可替換單元可作為常規(guī)鍋爐維護(hù)和維修的一部分而更換。水供應(yīng)配置的溢流口可連接到冷凝水排出管(與鍋爐裝置的至少一主熱交換器的冷凝水排出管相同)。適于CHP裝置的水供應(yīng)配置可作為CHP裝置的一部分而被包括在內(nèi)。適于CHP裝置的水供應(yīng)配置可作為已安裝好的鍋爐單元的一部分而被包括在內(nèi)。CHP裝置可包括燃料處理裝置。燃料處理裝置可包括重整單元。燃料處理裝置可包括重整單元。燃料處理裝置可包括重整(reformer)單元，該重整單元包括蒸汽重整區(qū)域和蒸汽產(chǎn)生器。燃料處理裝置任選包括重整產(chǎn)品(reformate)冷卻熱交換器，其配置成將重整的重整產(chǎn)品冷卻到接近進(jìn)氣組(inlet stack)操作的溫度。CHP裝置可包括燃料電池組廢氣燃燒器單元。燃料電池組廢氣燃燒器可包括連接件，允許其流體連接到燃料電池組陽極廢氣以及流體連接到來自氣體總管分路接頭的啟動燃料供應(yīng)。CHP裝置可包括連接件，允許其流體連接到氧化劑供應(yīng)、CHP熱交換系統(tǒng)，連接到水供應(yīng)配置，連接到燃料供應(yīng)。鍋爐單元可包括可控的CHP空氣傳送裝置?？煽氐腃HP空氣傳送裝置可包括可控的電動機(jī)以及鼓風(fēng)機(jī)組件?？煽氐腃HP空氣傳送裝置可包括可控的300-400VDC的電動機(jī)和鼓風(fēng)單元件。控制單元可通過單一的控制單元來控制鍋爐裝置和CHP裝置兩者。單一的PCB可設(shè)置于控制單元中以便控制CHP裝置和鍋爐。診斷管理器可設(shè)置于控制單元中，上述是彼此獨立的，這樣一個裝置上的任意故障不會妨礙另一裝置的操作?？捎蓛煞N裝置使用同一傳感器，以便檢測任意排出的燃料過熱。如果該傳感器顯示高讀數(shù)，或者可在該傳感器中看到故障，那么可控制兩種裝置關(guān)閉。如果找不到裝置(諸如鍋爐剛安裝)，那么裝置的診斷可作出響應(yīng)為沒有傳感器存在，因此將不允許任何啟動程序在那個裝置上運行-控制單元將使得那個裝置控制永久地保持在“關(guān)閉(OFF)”模式?？刂茊卧瑟毩⒂贑HP裝置來控制鍋爐裝置?？刂茊卧?br> 6獨立于鍋爐來控制CHP裝置。控制單元可允許任一裝置獨立于彼此或一起工作，或一個裝置可啟動和/或停止，而另一個裝置在運行或不運行?？刂茊卧煽刂朴扇剂想姵亟M產(chǎn)生的電力?？刂茊卧烧{(diào)節(jié)由燃料電池組產(chǎn)生的電力，以及允許經(jīng)調(diào)節(jié)的電力不僅給鍋爐單元中的電力需求供電，而且給連接到鍋爐單元的那些供電。其中連接到鍋爐單元的電力需求是家用電負(fù)載。此外可選的，連接到鍋爐單元的一個電力需求可為電網(wǎng)。(如通過專利 GB2441849中所述的那樣)。CHP裝置可包括將燃料電池組輸出連接到主鍋爐控制單元的電連接件。CHP裝置可包括傳感器和連接到主鍋爐控制單元的控制連接件。CHP裝置中的燃料電池組可在 4500C _650°C的溫度范圍下操作。根據(jù)本發(fā)明的實施例，這種系統(tǒng)允許獨立于CHP裝置來操作鍋爐單元，且允許相繼地任選安裝CHP裝置。因此鍋爐單元可獨立于CHP裝置來制備。鍋爐單元和CHP裝置可獨立地且分開地運輸?shù)桨惭b位置。它們可以從兩個階段安裝，甚至是兩者都在單元激活之后立即運行的情況下。由于CHP單元和鍋爐單元每個都很笨重，在CHP裝置的重量可被安置之前，先行將鍋爐單元安裝在墻上，這使得鍋爐單元的壁式安裝變得更容易。以該方式， 將鍋爐單元在現(xiàn)場安裝的安裝者可安裝和固定鍋爐單元，然后將CHP裝置提升到鍋爐單元內(nèi)，導(dǎo)致安裝復(fù)雜性降低，減少勞動需求，降低成本，以及具有健康和安全的益處。通過使得單一的鍋爐單元內(nèi)具有CHP裝置和加熱裝置，可使用單一的控制單元來使得兩者運行。以該方式，可以檢測到加熱裝置或CHP裝置的任意故障，以及可考慮到上述故障來控制剩余
直ο根據(jù)本發(fā)明實施例的鍋爐單元可用于家用和工業(yè)應(yīng)用。在使得對維修提供者做成最小的干擾的情況下，將鍋爐單元安裝之后，提供便于升級的路徑以便包括于其中一個CHP 裝置。CHP裝置的升級是簡單的，因為可移除舊的裝置，以及用新的經(jīng)過升級的裝置來替換。 如果需要，CHP裝置可相繼去除，而不對鍋爐單元的熱水提供產(chǎn)生影響。


現(xiàn)在將參照附圖僅僅通過實例的方式來描述本發(fā)明的實施例，其中圖Ia和圖Ib示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的鍋爐單元；圖加和圖2b示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的鍋爐單元；圖3a和圖北示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的鍋爐單元；圖如和圖4b示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的鍋爐單元；以及圖5示出代表適于典型英國家庭應(yīng)用的電力、熱能和熱水能量需求的典型季節(jié)性變化。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的實施例，如在此所述的那樣，提供鍋爐單元100，其配置成容納固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置或容納斯特林/冉肯發(fā)動機(jī)(CHP裝置)130。鍋爐單元100包括用于產(chǎn)生熱量的加熱裝置110以及用于在安裝后獨立地控制加熱裝置110和CHP裝置130的每一個的控制單元120。鍋爐單元100可在CHP130不存在的情況下操作。在描述于此的實施例中，加熱裝置110是鍋爐裝置110。但是，可以使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的任意種類的加熱裝置。描述于此的鍋爐裝置110包括標(biāo)準(zhǔn)冷凝鍋爐裝置 110，其包括至少一個冷凝熱交換器，該冷凝熱交換器用于將由燃?xì)庠阱仩t燃燒器單元的空氣中燃燒而產(chǎn)生的熱能傳遞到熱能傳遞介質(zhì)。在家用加熱應(yīng)用中，該傳遞介質(zhì)通常是水。諸如防蝕劑的添加劑可加入到傳遞介質(zhì)，該傳遞介質(zhì)在本實施例中是水?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖Ia和圖Ib示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的鍋爐單元100。圖Ia 示出處于操作狀態(tài)下的鍋爐單元，其中提供可容納CHP裝置130的空間130’。圖Ib中示出安裝有CHP裝置130的鍋爐單元。鍋爐裝置110和CHP裝置130兩者都連接到控制單元 120以及都受到控制單元120的控制。使用單一的控制單元120確保上述裝置可控制成按所需的那樣以及獨立于彼此地操作。鍋爐單元100還包括輔助連接歧管140以便將鍋爐單元100連接到所需的外表面上，用于當(dāng)僅有鍋爐裝置110已安裝時來操作鍋爐單元，以及用于當(dāng)兩種裝置都安裝在鍋爐單元100中時，來操作熱電聯(lián)產(chǎn)裝置130。本發(fā)明的輔助連接歧管包括標(biāo)準(zhǔn)的鍋爐裝置輔助連接以及熱電聯(lián)產(chǎn)裝置連接件。在存在熱能儲存器的情況下，標(biāo)準(zhǔn)鍋爐裝置連接件包括燃料供應(yīng)、鍋爐裝置100、熱能傳遞介質(zhì)供給、鍋爐裝置熱能傳遞介質(zhì)返回所需的連接件、用于給鍋爐裝置供電的電連接以及冷凝液排出管線。為熱電聯(lián)產(chǎn)裝置提供的附加輔助連接包括熱電聯(lián)產(chǎn)裝置熱能傳遞介質(zhì)供應(yīng)以及熱能傳遞介質(zhì)返回?？商峁┑浇佑斜ｋU絲的配電箱的電連接(而不是到鍋爐裝置的電連接)，或還可提供到鍋爐裝置的電連接。此外，可提供將控制單元120連接到外部傳感器、控制箱和/或現(xiàn)場能量處理系統(tǒng)的至少一電纜。可選的，這些可通過無線鏈接而連接。給鍋爐裝置和熱電聯(lián)產(chǎn)裝置提供單獨的熱能傳遞介質(zhì)供應(yīng)管線和返回管線確保裝置可完全獨立于彼此地發(fā)揮其功能。本實施例的加熱系統(tǒng)是“濕”加熱系統(tǒng)，其中液體用作傳熱介質(zhì)。在該實施例中， 用于將來自熱能儲存器的熱能傳遞介質(zhì)分流到加熱系統(tǒng)的分流閥位于鍋爐單元的外部。優(yōu)選的，分流裝置定位于熱能傳遞介質(zhì)泵位于熱能儲存器的旁邊。在某些情況下，對于分流閥而言其可以位于鍋爐單元的附近。在已安裝鍋爐單元的同時，或者在已安裝CHP裝置(如果CHP裝置在晚于鍋爐單元的時刻安裝)時，對連接到熱能儲存器的CHP裝置熱能傳遞介質(zhì)供應(yīng)和返回管線進(jìn)行安裝是可能的。這在下面進(jìn)行更詳細(xì)的描述。如果熱能傳遞介質(zhì)泵和分流閥位于鍋爐單元中，那么包括附加的輔助連接；而輔助連接包括燃料供應(yīng)、到濕加熱系統(tǒng)的熱能傳遞介質(zhì)供應(yīng)、到儲熱器的熱能傳遞介質(zhì)供應(yīng)、 熱能傳遞介質(zhì)返回、CHP裝置熱能傳遞介質(zhì)供應(yīng)、CHP裝置熱能傳遞介質(zhì)返回、給鍋爐裝置供電的電連接、以及冷凝液排出管線。在鍋爐單元中還包括可控的CHP空氣傳送裝置，例如，可控的電動機(jī)和用于可控地將空氣提供給CHP裝置的鼓風(fēng)機(jī)。鍋爐單元100還具有空氣供應(yīng)和廢氣供應(yīng)。廢氣優(yōu)選是平衡的燃料廢氣，使得鍋爐單元100能夠在密封或半密封狀態(tài)下操作，其中空氣供應(yīng)和鍋爐廢氣使用在平衡的燃料配置中包含的同心管路。空氣供應(yīng)和廢氣供應(yīng)連接到鍋爐裝置110且每一供應(yīng)還具有與位于鍋爐單元內(nèi)的容易接近的空間附近的封口管的獨立接合點。容易接近的空間130’配置成當(dāng)單元蓋子被取走時，可容易從單元的前部接近，以及配置成將CHP裝置130安裝到空間 130’內(nèi)，以及配置成將所需的管線和電纜進(jìn)行簡單組裝和連接，以便將CHP裝置130連接
8到控制單元120以及輔助連接歧管140以及安裝在鍋爐單元100內(nèi)的其它CHP裝置支撐組件。冷凝液排出管線允許來自至少一個鍋爐單元冷凝熱交換器的多馀的冷凝液、以及來自CHP熱交換系統(tǒng)冷凝熱交換器的多馀的冷凝液、以及來自水供應(yīng)配置的任何多馀的除去離子水從鍋爐單元中排出。在第一實施例中，CHP裝置130包括處于CHP裝置130內(nèi)的CHP熱交換系統(tǒng)132、 水供應(yīng)配置134以及燃料處理裝置136。這些都安裝在CHP裝置單元內(nèi)且與燃料電池模塊 138(其產(chǎn)生CHP裝置130的熱和電)一起安裝到鍋爐單元100內(nèi)?？梢允褂弥T如斯特林發(fā)動或冉肯發(fā)動機(jī)的其它CHP裝置。在本實施例中，燃料電池模塊138是在450°C _650°C之間操作的由燃料電池組構(gòu)成的中溫SOFC單元。圍繞燃料電池組組件設(shè)置蓋子。還設(shè)置燃料電池組壓縮裝置、與燃料電池組組件和蓋子以及燃料電池組壓縮裝置連接的基板)、尾氣燃燒器單元、電連接到容納于燃料電池模塊內(nèi)傳感器的燃料重整處理單元(包括蒸汽產(chǎn)生器、蒸汽和燃?xì)饣旌蠚狻⒄羝卣麊卧?將來自離開重整區(qū)域的重整器的熱能傳遞給蒸汽產(chǎn)生器單元的熱交換單元、將來自尾氣燃燒器單元的排氣流的熱能傳遞給燃料處理器單元的熱交換器)、以及從燃料電池組組件連接到電輸出點的電線、以及氣/氣熱交換單元(用于允許從蒸汽產(chǎn)生器熱交換器單元離開的排氣和到達(dá)燃料電池模塊的氧化劑進(jìn)氣之間進(jìn)行熱能傳遞)、以及將燃料電池模塊的組件連接到一起以及將燃料電池模塊組件連接到CHP空氣傳送裝置、水供應(yīng)配置、CHP熱交換系統(tǒng)、燃料電池裝置以及鍋爐單元的管道、以及在燃料電池模塊周圍提供熱絕緣的熱絕緣
直ο水供應(yīng)配置134包括罐，用于捕獲從燃料電池組陽極廢氣以及從尾氣燃燒器排氣冷凝的冷凝液、初始的除去離子水填充管線、排出管線和閥、可控的水泵、可替換的水除去離子器單元和流量傳感器或開關(guān)。燃料處理裝置136包括可替換的脫硫器單元、壓力傳感器、至少一個燃料隔離閥、 可控的燃料泵、燃料膨脹體積、燃料流量傳感器、適于將燃料氣體供給CHP裝置和尾氣燃燒器的可控流量閥、以及任選的，在鍋爐單元安裝過程中或作為鍋爐單元組裝過程一部分的通到燃料管線組裝泄漏測試的閥。CHP熱交換系統(tǒng)132包括至少一個熱交換裝置。在優(yōu)選實施例中，CHP熱交換系統(tǒng) 132包括第一熱交換裝置、第二熱交換裝置以及第三熱交換裝置。第一熱交換裝置是氣/氣熱交換器，用于將燃料電池組陽極廢氣中的熱能交換到供給到燃料電池組陰極側(cè)的進(jìn)氣。第一熱交換裝置位于燃料電池模塊空氣側(cè)上的上游，以及具體位于氣/氣熱交換單元空氣側(cè)上的上游，以便允許熱能在從蒸汽產(chǎn)生器熱交換器單元離開的廢氣和供給到燃料電池模塊的氧化劑進(jìn)氣之間傳遞。存在可控的空氣旁路，通過在第一熱交換裝置和蒸汽產(chǎn)生器熱交換器單元旁邊通過，允許將環(huán)境溫度空氣供給到燃料電池組陰極入口，并將氧化劑進(jìn)氣供給到燃料電池模塊第二熱交換裝置是冷凝熱交換器，其允許來自燃料電池組陽極廢氣的熱能傳遞到 CHP熱能傳遞介質(zhì)。第二熱交換裝置位于第一熱交換裝置的下游。第三熱交換裝置是冷凝熱交換器，其允許來自尾氣燃燒器排氣流的熱能傳遞到CHP熱能傳遞介質(zhì)。第三熱交換裝置位于第二熱交換裝置的下游，以便適于CHP熱能傳遞介質(zhì)，以及位于氣/氣熱交換單元的尾氣燃燒器排氣流上的下游，以便允許熱能在從蒸汽產(chǎn)生器熱交換器單元離開的排氣和供給到燃料電池模塊的氧化劑進(jìn)氣之間傳遞。除了在此所述的熱交換器配置之外，也可包括其它熱交換構(gòu)造，如相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)人員意識到的那樣。當(dāng)CHP裝置130安裝到鍋爐單元100內(nèi)時，鍋爐裝置110優(yōu)選關(guān)閉以及電隔離，以及隔離燃?xì)?。CHP裝置130位于鍋爐單元100中的容易接近空間130’內(nèi)，以及形成相關(guān)的流體、電和控制連接。形成的流體連接是燃?xì)獾饺剂咸幚硐到y(tǒng)的連接、CHP裝置的空氣供應(yīng)管線到CHP空氣傳送裝置的連接、從鍋爐單元到水供應(yīng)配置排出管線的冷凝管線的連接、CHP 熱能傳遞介質(zhì)供應(yīng)進(jìn)出管線的連接、從CHP裝置到控制板的電力電纜的連接、以及從CHP裝置到控制板的控制電纜和傳感器電纜的連接。鍋爐單元100可在未安裝脫硫器單元的情況下運輸和安裝。在這些情況下，模擬脫硫器單元最先被安裝，當(dāng)CHP裝置130安裝好時，模擬脫硫器會與活性脫硫器單元交換。作為CHP裝置組件行終端測試過程的一部分，CHP裝置130在空氣和燃料側(cè)上進(jìn)行壓力測試。剛好在安裝到鍋爐單元內(nèi)之前，可另外在CHP裝置130上執(zhí)行壓力測試。通過將尾氣燃燒器排氣管線封口以及從燃料供應(yīng)隔離閥進(jìn)行壓力測試以便確定到CHP裝置130 的任意連接處或在CHP裝置130中是否存在燃?xì)庑孤?。如果在除去離子水裝置充滿除去離子水時沒有運輸CHP裝置130，那么會在燃料側(cè)進(jìn)行壓力測試之前進(jìn)行，以便防止氣體沿著蒸汽產(chǎn)生汽泄漏、通過水供應(yīng)配置以及離開排出管線。用除去離子水填充除去離子器提供足夠的背壓以便防止在壓力測試過程中燃?xì)庋刂羝a(chǎn)生器中的蒸汽管線流動。一旦進(jìn)行了壓力測試，那么通過將適于鍋爐裝置的平衡燃料排氣的接合點封口打開而可將CHP裝置排氣連接到適于鍋爐裝置的平衡燃料排氣。如果需要，來自CHP控制單元的電輸出可連接到接有保險絲的配電板或在鍋爐單元外部的這種類似裝置上。之后可將電力和燃?xì)饷撾x隔離。 在通電后，控制單元執(zhí)行可用裝置的評估，包括診斷檢查。在診斷示出一個裝置存在明顯故障的情況下，那么控制單元將不會允許那個裝置運行。一旦控制單元已經(jīng)完成其診斷，則CHP單元準(zhǔn)備好操作。CHP單元的操作可基于安裝者的信號、來自遠(yuǎn)程控制單元的指令、指示需要適于熱能儲存器或濕加熱系統(tǒng)的熱能的來自恒溫器的指令、或其它這種指令，以便驗證CHP單元的操作。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，合適的CHP裝置的操作是眾所周知的。在CHP裝置130安裝后的鍋爐單元100的操作過程中，如果控制單元120檢測到裝置110、130的其中之一沒有在可接受規(guī)范中起作用，那么可關(guān)閉那個裝置。在鍋爐裝置 110關(guān)閉的情況下，鍋爐單元100仍可從CHP裝置130提供電力輸出和熱能輸出。在CHP裝置130關(guān)閉的情況下，鍋爐單元100仍可從鍋爐裝置110提供熱能輸出。由于該配置，在鍋爐單元100的操作壽命期間，維修，替換或升級鍋爐裝置110或 CHP裝置130是可能的。圖加和圖2b示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的鍋爐單元200。由于第二實施例類似于上述第一實施例，因此將僅僅描述區(qū)別之處且相似的附圖標(biāo)記指代相似的元件和系統(tǒng)。第二實施例與第一實施例的不同之處在于CHP熱交換系統(tǒng)232、水供應(yīng)配置234以及燃
10料處理裝置236設(shè)置于鍋爐單元200中而不是設(shè)置于CHP裝置230中。因此在第二實施例中，這些系統(tǒng)232、234、236都永久地安裝在鍋爐單元200中而不是和CHP裝置230 —同安裝和移除。CHP熱交換系統(tǒng)232、水供應(yīng)配置234以及燃料處理裝置236與參照上述第一實施例的所述類似，但是區(qū)別在于它們被設(shè)置于鍋爐單元200中而不是設(shè)置于CHP裝置230 中。在第二實施例中，CHP裝置包括燃料電池模塊。如在第一實施例中的那樣，當(dāng)CHP裝置230安裝到鍋爐單元內(nèi)時，鍋爐裝置110優(yōu)選關(guān)閉以及電隔離和燃?xì)飧綦x。CHP裝置230位于鍋爐單元200中的容易接近的空間230’ 內(nèi)，以及形成相關(guān)的流體、電以及控制連接。但是，由于CHP裝置230不包括第一實施例中所包括的所有系統(tǒng)，因此這些系統(tǒng)在安裝CHP裝置230的過程中進(jìn)行連接。形成的連接是從燃料處理系統(tǒng)到尾氣燃燒器以及到蒸汽重整器的燃?xì)膺B接、空氣和尾氣燃燒器以及陽極廢氣到CHP熱交換系統(tǒng)的連接(作為獨立連接或作為組合連接)、CHP裝置的空氣供應(yīng)管線到CHP空氣輸送裝置以及到任選的在CHP裝置和CHP空氣傳送裝置之間的空氣旁路管線的連接、除去離子水到蒸汽重整單元的供應(yīng)連接、從CHP裝置到控制板的電力電纜連接、以及從CHP裝置到控制板的控制電纜和傳感器電纜連接。控制單元220連接到系統(tǒng)232、234、 236的每一個?？刂茊卧€連接到CHP裝置230 (當(dāng)其安裝時)。如第一實施例中的那樣，鍋爐單元可與模擬脫硫器單元一同運輸和安裝，其于安裝CHP裝置230時替換。測試可如第一實施例中的那樣。在CHP裝置230安裝時形成的所有連接都需要進(jìn)行測試。在圖3a和北中示出的第三實施例中，所有類似的附圖標(biāo)記指代與第一和第二實施例相似的元件和系統(tǒng)。在第三實施例中，CHP熱交換系統(tǒng)332、水供應(yīng)配置334以及燃料處理裝置336以與上述第二實施例的相同方式操作和形成。但是，它們設(shè)置于單一的輔助單元360中，其連接到輔助連接歧管以及控制單元。在該實施例中，所有組件都封裝于單一單元中，其可以一次動作安裝于鍋爐單元內(nèi)。該實施例的所有其它方面與前述相同。在圖如和4b中示出的第四實施例中，所有類似的附圖標(biāo)記指代與第一和第二實施例相似的元件和系統(tǒng)。在第四實施例中，CHP裝置包括燃料處理裝置，而不是CHP熱交換系統(tǒng)或水供應(yīng)配置，它們一起設(shè)置于獨立單元中，如在第三實施例中的那樣。第四實施例的所有其它方面與前述相同。可存在其它實施例，其中CHP裝置支撐組件的方面作為鍋爐單元的一部分而在制備鍋爐單元期間被安裝在內(nèi)，以及其它組件作為CHP裝置的一部分而被包括在內(nèi)。在所有實施例中，安裝到墻上會包括固定到墻上的固定托架，這樣被安裝的單元可是方形的且固定到墻上。這種固定托架可包括可視水平氣泡以便使得安裝更容易。一旦固定托架被安裝，主鍋爐單元框架可位于固定托架上并按需要固定到位。此時并不安裝CHP 裝置。CHP裝置的連接可被容易識別以及可被容易物理封口。一旦鍋爐單元通電，如果控制單元檢測不到在來自CHP裝置的確切信號，則將不允許CHP裝置運行，包括不允許通到CHP 裝置的氣體控制閥打開。在將電力應(yīng)用于鍋爐單元之前可進(jìn)行到鍋爐單元的輔助連接并作物理測試。在操作中，鍋爐控制單元識別可用裝置并僅僅使得連接到控制單元的那些裝置能被使用。如果裝置被安裝但沒有連接到控制單元，那么那個裝置不會受到控制單元的指令來操作。在進(jìn)行系統(tǒng)診斷之前，控制單元將仔細(xì)檢查控制單元啟動程序。一旦系統(tǒng)診斷指示鍋爐單元準(zhǔn)備好操作，則控制單元將允許鍋爐單元操作。通過在單元處的安裝工程師產(chǎn)生的信號可進(jìn)行鍋爐操作，或經(jīng)由手動或遠(yuǎn)離控制單元的程序板或電力處理系統(tǒng)來進(jìn)行電子操作。之后響應(yīng)于適于濕系統(tǒng)加熱所需或為了將熱能提供給儲熱器所需的熱需求，鍋爐將作為常規(guī)的鍋爐單元進(jìn)行操作。鍋爐單元具有傳感器，以便檢測是否發(fā)生超出常規(guī)范圍需要將鍋爐裝置關(guān)閉的事件。這種事件包括燃料壓力下降到特定值之下、廢氣供應(yīng)的堵塞、鍋爐單元中的超溫、電力失敗、水壓下降到特定值之下、在嘗試特定次數(shù)之后鍋爐裝置點火失敗、或鍋爐燃燒器不能充分燃燒。因此，在不添加CHP裝置的情況下，鍋爐單元可僅僅作為鍋爐單元而被安裝和操作。圖5示出適于英國家庭應(yīng)用的電力、熱能和熱水能量需求的典型季節(jié)性變化。如可看到的那樣，空間加熱的高度變化季節(jié)性地發(fā)生。但是，在整個一年里電力和熱水供應(yīng)保持大致恒定。熱水和電力的比率是大約1 1，上述使得燃料電池高度適于產(chǎn)生該熱水和電力，因為燃料電池通常在大約1 1比率下的熱和電力。因此可通過鍋爐單元中的標(biāo)準(zhǔn)鍋爐來提供超額季節(jié)性空間熱量的需求。如果在夏季的月份里提供高于1 1的熱電比率， 那么熱量必須被浪費以便產(chǎn)生足夠的電力，或者系統(tǒng)必須在自電網(wǎng)接受的低輸出和外部電力下運行。CHP裝置的熱電比率越高，那么可在不浪費熱量的情況下產(chǎn)生更少的電力，尤其是在夏季的月份里。上面參照具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述。一些添加、省略以及替代是顯而易見的，以及在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下可采用這種變型、省略以及替代。
1權(quán)利要求
1.封裝于外殼內(nèi)的鍋爐單元，鍋爐單元配置成容納固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，鍋爐單元包括用于產(chǎn)生熱量的加熱裝置；以及用于獨立控制加熱裝置和固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置中的每一個的控制單元； 其中可在不存在固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的情況下操作該鍋爐單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐單元，包括一個可接近的空間，該空間具有容納固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鍋爐單元，進(jìn)一步包括適于鍋爐單元內(nèi)的固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的熱恢復(fù)系統(tǒng)。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的鍋爐單元，其中控制單元配置成允許加熱裝置和固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的一個操作，而另一個不操作。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的鍋爐單元，其中鍋爐單元不需要改變來容納固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的鍋爐單元，其中控制單元包括單一的印刷電路控制板，以便控制加熱裝置和固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的每一個。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的鍋爐單元，其中適于加熱裝置和固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的診斷處理器設(shè)置于控制單元中，其分別獨立于彼此。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的鍋爐單元，包括固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鍋爐單元，其中加熱裝置和固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置可獨立于彼此操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的鍋爐單元，其中固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置產(chǎn)生可用的熱和電力。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的鍋爐單元，其中固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置僅僅產(chǎn)生可用的電力。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的鍋爐單元，鍋爐單元可安裝于墻上。
13.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的鍋爐單元，其中加熱裝置包括鍋爐。
14.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的鍋爐單元，其中固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置和加熱裝置包括用于分配由各自裝置產(chǎn)生的熱量的獨立循環(huán)系統(tǒng)。
15.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的鍋爐單元，進(jìn)一步包括適于鍋爐單元內(nèi)的固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的熱恢復(fù)系統(tǒng)，其中熱恢復(fù)系統(tǒng)獨立于加熱裝置。
16.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的鍋爐單元，進(jìn)一步包括適于固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的燃料處理系統(tǒng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的鍋爐單元，燃料處理系統(tǒng)包括可替換的脫硫器構(gòu)件。
18.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的鍋爐單元，進(jìn)一步包括適于固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的水供應(yīng)配置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的鍋爐單元，水供應(yīng)配置包括可替換的除去離子器單元。
20.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的鍋爐單元，其中鍋爐單元是家用的鍋爐單元。
21.基本如在此參照附圖限定的鍋爐單元。
22.封裝于外殼內(nèi)的鍋爐單元，鍋爐單元配置成容納冉肯或斯特林發(fā)動機(jī)，鍋爐單元包用于產(chǎn)生熱量的加熱裝置；以及用于獨立控制加熱裝置和所述冉肯或斯特林發(fā)動機(jī)中的每一個的控制單元；其中可在不存在冉肯或斯特林發(fā)動機(jī)的情況下操作鍋爐單元。
23.適于鍋爐單元部件的成套工具，成套工具包括用于產(chǎn)生熱量的加熱裝置；固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置或斯特林或冉肯發(fā)動機(jī)；以及用于獨立控制加熱裝置和固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置/斯特林或冉肯發(fā)動機(jī)中的每一個的控制單元。
全文摘要
本發(fā)明公開一種封裝于外殼內(nèi)的鍋爐單元(100)，鍋爐單元(100)配置成容納固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置(130)。鍋爐單元(100)包括用于產(chǎn)生熱量的加熱裝置(110)；以及用于獨立控制加熱裝置(110)和固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置(130)中的每一個的控制單元(120)。鍋爐單元(100)可在不存在固態(tài)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置(130)的情況下操作。
文檔編號H01M8/00GK102405546SQ200980155474
公開日2012年4月4日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月27日
發(fā)明者保羅·巴納爾, 克里斯托弗·約翰·埃文斯, 布魯斯·格文, 羅伯特·摩根, 詹姆士·戴扶連特 申請人:塞瑞斯知識產(chǎn)權(quán)有限公司