專利名稱：電力供應系統(tǒng)和集合式住宅發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電力供應系統(tǒng)，尤其涉及一種在處理有機廢棄物時可進行發(fā)電， 以供應住戶所需的民生用電的電力供應系統(tǒng)。
背景技術：
在公知的大樓、公寓等住宅中，住戶所產生的廢棄物多依其不同性質進行收集處理。舉例來說，可在家庭層級將廢棄物分為不同類別，像是可燃物品(如紙張、干枯樹葉和樹枝等)、可再循環(huán)物品(如瓶、罐和塑料袋等)、有機物(如蔬菜、水果皮及其它食物廢棄物)等，再依照各類別適合的處理方式將廢棄物搬運至特定的處理廠進行掩埋、焚化或其它后續(xù)處理。另一方面，住戶所產生的排泄物則是經過污水管收集在地下化糞池內，并在其中進行發(fā)酵、殺菌等處理，待一定時間化糞池填滿后，再委托清潔公司進行抽肥作業(yè)以將化糞池內累積的污物清干凈。據(jù)此，現(xiàn)有技術中居家的排泄物及廢棄物多需要運輸至特定場所進行集中處理， 而無法在住宅中直接進行處理，不僅在運輸過程中需要耗費大量人力物力，而且處理過程中并無法將資源有效利用而回饋給住戶。

發(fā)明內容
有鑒于此，有必要提出一種有別以往的有機廢棄物(指任何可經處理而產生氣體燃料的物質，包括廚余、排泄物、碳氫化合物等等，但并不以此為限)處理方式的做法，可在有機廢棄物處理的過程中產出能源，并將之回饋給住戶，達到住宅用電可完全或部分自給自足的功效。本發(fā)明的目的之一，在于提供一種電力供應系統(tǒng)，其主要包括氣體燃料產生單元，是將有機廢棄物進行處理以產生氣體燃料；第一電力產生單元，包括發(fā)電機；以及渦輪機，與該發(fā)電機連接，該渦輪機是用該氣體燃料作為運轉所需的燃料源來驅動該發(fā)電機進行發(fā)電；以及第二電力產生單元，利用該第一電力產生單元運轉所產生的熱進行發(fā)電。在較佳的情形中，氣體燃料產生單元可以包括生物處理槽和/或電漿重組器，但并不以此為限，以對有機廢棄物進行分解和/或重組而產生氫氣，作為該氣體燃料的一部分。此外，電力供應系統(tǒng)尚可選擇性包括預處理單元，是將該有機廢棄物進行預處理，如混合、打漿等，使其更適于被該氣體燃料產生單元處理。此外，本發(fā)明的電力供應系統(tǒng)還可選擇性包括第三電力產生單元，如燃料電池。此時，第一與第二電力產生單元可作為主要供電單元，而第三電力產生單元則可作為備用供電單元，其可在主要供電單元故障或電力供應量不足時輔助提供電力至各住戶。在第三電力產生單元為燃料電池的情形中，為能提高氣體燃料產生單元產生的氫氣純度，可進一步使用純化單元對氣體燃料進行純化，以提高該氣體燃料中氫氣的純度。為能提高本發(fā)明在運轉時所能產生的實際效果，本發(fā)明的電力供應系統(tǒng)還可選擇性包括熱交換裝置，介于該第一電力產生單元與該第二電力產生單元之間，用以將第一電力產生單元運轉過程中產生的廢熱轉移至第二電力產生單元，以使第二電力產生單元可利用該廢熱進行發(fā)電。 本發(fā)明的再一目的，在于提供一種集合式住宅發(fā)電系統(tǒng)，在就地(in-situ)處理住戶所產生的有機廢棄物的同時進行發(fā)電，以供應至少一住戶所需的民生用電，該集合式住宅綠能發(fā)電系統(tǒng)包括預處理單元，是對有機廢棄物進行攪拌、打漿、粉碎、均質化或細微化的預處理；氣體燃料產生單元，是將預處理后的有機廢棄物進行處理以產生氣體燃料，該氣體燃料產生單元包括生物處理槽，用來對有機廢棄物進行發(fā)酵反應，以及電漿重組器，用來將有機廢棄物中的碳氫化合物進行重組；第一電力產生單元，包括發(fā)電機以及渦輪機， 與該發(fā)電機連接，該渦輪機是用該氣體燃料作為運轉所需的燃料源來驅動該發(fā)電機進行發(fā)電；第二電力產生單元，利用該第一電力產生單元運轉所產生的熱進行發(fā)電；純化單元，連接至該氣體燃料產生單元，并對氣體燃料進行純化，以提高氣體燃料中氫氣的純度；以及第三電力產生單元，與該純化單元連接，并用純化后的氣體燃料中的氫氣作為運轉所需的燃料源而產生電力。


圖1是本發(fā)明利用有機廢棄物的處理來產生電力的主要概念示意圖
圖2是本發(fā)明電力供應系統(tǒng)一較佳實施例的示意圖。
主要組件符號說明
Sll、S13、S15、S17、S19 處理步驟
200電力供應系統(tǒng)
210預處理單元
220生物處理槽
230電漿重組器
240純化單元
250燃料電池
260渦輪機
270發(fā)電機
280熱交換裝置
290熱溫差發(fā)電機
具體實施例方式為充分說明本發(fā)明的目的、特征及功效，現(xiàn)借由下述具體的實施例，并配合所附的圖式，對本發(fā)明做一詳細說明如后。請參照圖1，其是本發(fā)明利用有機廢棄物的處理來產生電力的主要概念示意圖。 首先，步驟Sll是進行有機廢棄物的收集。由于本發(fā)明的供電系統(tǒng)可應用的場所并不以住宅為限，諸如飯店、各級學校、政府機關、餐廳密集區(qū)、垃圾回收場、污水處理廠、綜合果菜市場、養(yǎng)殖/畜牧/屠宰場、垃圾掩埋場、食品加工廠、工業(yè)廢油產生處等等均可架設本發(fā)明的供電系統(tǒng)，因此，有機廢棄物的收集方式可配合不同應用場所的需求而進行調整。舉例來說，若以住宅區(qū)為例，有機廢棄物可收集在大樓的筏基坑中，使未裝設本發(fā)明的供電系統(tǒng)的傳統(tǒng)大樓、公寓等在有機廢棄物的收集方面無需加裝額外的設備即可適用于本發(fā)明。之后，可選擇性進行步驟S13，以對所收集的有機廢棄物進行預處理，使其更適于后續(xù)產生氣體燃料的處理。舉例來說，預處理步驟可包括將有機廢棄物進行粉碎、均質化、 細微化等等，亦或是對有機廢棄物進行混合、打漿的預處理。接著，步驟S15則是利用有機廢棄物來進行氣體燃料的生產。在本發(fā)明中，生產氣體燃料的方式并不特別限制，任何一種可將有機廢棄物轉化成可作為后續(xù)電力產生單元的燃料源的手段皆可為本發(fā)明所用，且其較佳是為生物處理槽和/或電漿重組器。在產生氣體燃料后，可視后續(xù)使用的電力產生單元的特性來決定是否要先對氣體燃料進行步驟S17的純化。舉例來說，若電力產生單元對于燃料源的要求并不特別高，則可直接將所生產的氣體燃料直接送至電力產生單元進行發(fā)電；倘若電力產生單元對于燃料源有特殊的要求，如對于氫氣濃度要求較高的燃料電池，則可先對氣體燃料進行純化，待其符合電力產生單元的要求后再將之送至電力產生單元進行發(fā)電。最后，則是借由步驟S19利用氣體燃料來產生電力，在本發(fā)明中，可同時使用兩種以上的電力產生單元進行發(fā)電，以達到較高的發(fā)電效率。舉例而言，第一電力產生單元可包括發(fā)電機與渦輪機，當渦輪機以氣體燃料作為運轉所需的燃料源進行運轉時，可帶動發(fā)電機進行發(fā)電，而第二電力產生單元則可以是廢熱回收裝置，其可利用渦輪機運轉所產生的廢熱進行發(fā)電。在本發(fā)明中，電力產生單元所產生的電力可回饋給住宅中的住戶，以完全或部分供應住戶所需的民生用電，并降低住戶的電費支出。倘若電力產生單元所產生的電力多過于住戶所需的民生用電，則可將多余的電力販賣給電力公司(如臺電)，并將銷售獲得的利潤回饋給住戶。由此可知，本發(fā)明可將集合式住宅所產生的垃圾廢棄物就地分解轉化為可利用的燃料，提供現(xiàn)場設置的發(fā)電設備使用，產出的電力除提供自用外并可將多余的電力銷售以創(chuàng)造利潤。如此一來，不但可以達成垃圾減量、節(jié)能減碳的目標，還能將原有無用廢棄物資轉化為有用的電力并可增加額外的收益。請再參照圖2，其是本發(fā)明電力供應系統(tǒng)一較佳實施例的示意圖。其中，電力供應系統(tǒng)200主要包括預處理單元210、生物處理槽220、電漿重組器230、純化單元MO、燃料電池250、渦輪機沈0、發(fā)電機270、熱交換裝置280及熱溫差發(fā)電機四0。如圖2所示，不同來源的有機廢棄物，即任何可經處理而產生氣體燃料的物質，包括廚余、排泄物、其它碳氫化合物等等，在收集后可先由預處理單元210進行預處理，如攪拌、打漿(如利用刀片或磨盤進行攪打)、粉碎、均質化或細微化等等，使其更適于后續(xù)產生氣體燃料的處理。在預處理后的有機廢棄物接著會送入氣體燃料產生單元進行處理(有機廢棄物的流向以實線箭頭表示)。在本實施例中，氣體燃料產生單元包括生物處理槽220與電漿重組器230，其對有機廢棄物進行分解和/或重組而產生氫氣和/或其它氣體燃料，如甲烷。為了操作上的便利性，生物處理槽220可設置在建筑物的筏基坑內，并用多個彼此串連的筏基坑同時進行生物性處理。在本發(fā)明中，生物處理槽220中是用微生物來進行氫氣和/或其它氣體燃料的生產。以產氫為例，可分為光合作用和非光合作用兩種，其中光合作用微生物需要光能來累積生長所需的能量，并以水或有機物產氫。在光合作用微生物中，有許多可在厭氧情況下產氫，其中以紫色不含硫細菌效率最佳，其以光為能量來源，把有機物質如有機酸、醣類等完全分解，并產生氫氣，這種反應稱作光發(fā)酵反應。另一方面，非光合微生物則借由有機質厭氧發(fā)酵生產氫氣，因不需光源，所以稱作暗發(fā)酵反應。因此，暗發(fā)酵產氫是指厭氧微生物使有機質發(fā)酵時所伴隨的產氫作用，常被使用的厭氧產氫菌有梭孢桿菌屬、腸道菌屬等。在產氫發(fā)酵過程中，通常會伴隨產生乙酸、丁酸、乳酸、乙醇等產物。由于暗發(fā)酵產氫與光發(fā)酵產氫的作用對象不同，但有先后關系，因此較佳是先利用暗發(fā)酵把巨大分子的多醣類分解而快速產氫，在這過程中生成的有機酸及醇類，再經由光發(fā)酵繼續(xù)分解，進行第二階段產氫。如此，不但可降低末端排放的有機物含量，也可減少廢水處理成本并增加氫氣獲取量。在本發(fā)明中，微生物的種類并不特別限制，只要其可將所收集的有機廢棄物轉化為氣體燃料即可。此外，以下文獻中所使用的微生物及相關技術均可應用在本發(fā)明的生物處理槽220中，且并不以此為限中華民國專利公告第U90172號、中華民國專利公告第 1307364號、中華民國專利公告第1317381號以及中華民國專利公開第200609349號。在本實施例中，經過生物處理槽220處理后的殘余物中所含的碳氫化合物可再送至電漿重組器230中，分解水及碳氫化合物，并產生可直接使用或利用于燃料電池的氫氣和/或碳氧化物，主要特征是利用碳氫化合物為起始物及處于非平衡熱電漿條件下的強電子場，而在電漿重組器里將水分解成氫氣與氧氣，其優(yōu)點在于反應快速，且不須高壓環(huán)境。 在本發(fā)明中，中華民國專利公告第M270849號中所公開的相關技術可應用在本發(fā)明的電漿重組器230中，但并不以此為限。在本發(fā)明中，由氣體燃料產生單元所產生的氣體燃料可透過管線導入不同設備中進行發(fā)電(氣體燃料的流向以虛線箭頭表示)。舉例來說，在圖2的實施例中，生物處理槽 220及電漿重組器230所產生的氫氣和/或其它種類氣體燃料可先經過純化單元240進行純化，待氣體燃料的性質適合應用于第三電力產生單元(在本實施例中為燃料電池250) 后，再導入其中進行發(fā)電。在本實施例中，燃料電池250可包括質子交換膜燃料電池(PEMFC)、直接甲醇燃料電池(DMFC)或固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)，且較佳的包括固態(tài)氧化物燃料電池，因為其在發(fā)電的同時產生的熱與水可再回收利用于住宅的發(fā)電或其它應用，如熱水供應、用于維持生物處理槽220的溫度等等。若電力產生單元對于燃料源的要求并不特別高，則可直接將生物處理槽220及電漿重組器230所產生的氣體燃料直接送至電力產生單元進行發(fā)電。舉例來說，氣體燃料可導入以該氣體燃料作為運轉所需燃料源的第一電力產生單元(在本實施例中包括渦輪機 260與發(fā)電機270)中，作為其渦輪機260的動力來源。此時，運轉的渦輪機260將可帶動發(fā)電機270進行發(fā)電。為了能有效回收利用第一電力產生單元在運轉發(fā)電過程中所產生的廢熱，本實施例的電力供應系統(tǒng)200可透過熱交換裝置觀0(如鍋爐)將廢熱導入第二電力產生單元(在本實施例中包括熱溫差發(fā)電機四0)中進行發(fā)電。在本發(fā)明中，熱溫差發(fā)電機290是指任何一種可基于席貝克效應(kebeckeffect)而利用溫度差進行發(fā)電的裝置，且其較佳為普惠動力系統(tǒng)公司(Pratt &ffhitney Power Systems, Inc.)所販賣的「PureCycle 2洲」機
據(jù)此，本實施例共采用三個電力產生單元來進行發(fā)電，以達到資源利用效能最佳化的功效。其中，發(fā)電機270與熱溫差發(fā)電機290可作為主要電力供應設備，而燃料電池 250可作為備用電力供應設備。如上所述，本發(fā)明完全符合專利三要件新穎性、創(chuàng)造性和實用性。以新穎性和創(chuàng)造性而言，本發(fā)明整合了氣體燃料產生單元與電力產生單元，其不僅可將住宅所產生的有機廢棄物就地分解轉化為可利用的燃料，提供現(xiàn)場設置的發(fā)電設備使用，產出的電力除提供自用外并可將多余的電力銷售以創(chuàng)造利潤。如此一來，不但可以達到垃圾減量、節(jié)能減碳的目標，還能將原有無用廢棄物資轉化為有用的電力并可增加額外的收益；就實用性而言， 利用本發(fā)明所衍生的系統(tǒng)，不僅充分滿足目前市場的需求，更打破現(xiàn)有房屋營銷及住戶對電力需求來源的認知，在較佳的情形下提供一種免電費(由銷售電力產生的利潤提供)、免管理費(由銷售電力產生的利潤提供)、免費熱水供應(可來自系統(tǒng)中產出熱水的設備)、 免費供應廚房用燃料(可來自氣體燃料產生單元中產生的甲烷和/或其它氣體燃料)的全新定義的豪宅。此外，由于本發(fā)明所使用的氣體燃料產生單元與第一電力產生單元在操作過程中并無產生溫室氣體，故其屬于一種綠能發(fā)電系統(tǒng)。當此電力供應系統(tǒng)應用于民生住宅時，即可構成集合式住宅綠能發(fā)電系統(tǒng)，其可在就地處理住戶所產生的有機廢棄物時進行發(fā)電， 以供應至少一住戶所需的民生用電，完全符合環(huán)保的要求。上述實施例僅為例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明的范圍。任何熟于此項技藝的人士均可在不違背本發(fā)明的技術原理及精神下，對實施例作修改與變化。本發(fā)明的權利保護范圍應如后述的權利要求所述。
權利要求
1.一種電力供應系統(tǒng)，其特征在于，包括氣體燃料產生單元，是將有機廢棄物進行處理用以產生氣體燃料；第一電力產生單元，包括發(fā)電機；以及渦輪機，與該發(fā)電機連接，該渦輪機是用該氣體燃料作為運轉所需的燃料源驅動該發(fā)電機進行發(fā)電；以及第二電力產生單元，利用該第一電力產生單元運轉所產生的熱進行發(fā)電。
2.如權利要求1所述的電力供應系統(tǒng)，其特征在于，該氣體燃料產生單元包括生物處理槽，是將該有機廢棄物分解并產生氫氣和/或甲烷，作為該氣體燃料的一部分。
3.如權利要求2所述的電力供應系統(tǒng)，其特征在于，該氣體燃料產生單元更包括電漿重組器，與該生物處理槽連接，并將有機廢棄物進行重組以至少產生氫氣，作為該氣體燃料的一部分。
4.如權利要求1所述的電力供應系統(tǒng)，其特征在于，該氣體燃料包括氫氣和/或甲烷。
5.如權利要求1至4中任一項所述的電力供應系統(tǒng)，其特征在于，還包括純化單元，連接至該氣體燃料產生單元，并對該氣體燃料進行純化，以提高該氣體燃料中氫氣的純度。
6.如權利要求5所述的電力供應系統(tǒng)，其特征在于，包括第三電力產生單元，與該純化單元連接，并以純化后的氣體燃料作為運轉所需的燃料源而產生電力。
7.如權利要求6所述的電力供應系統(tǒng)，其特征在于，該第三電力產生單元包括燃料電池。
8.如權利要求1至4中任一項所述的電力供應系統(tǒng)，其特征在于，還包括熱交換裝置， 介于該第一電力產生單元與該第二電力產生單元之間，用以將該第一電力產生單元運轉所產生的熱傳遞至該第二電力產生單元進行發(fā)電。
9.如權利要求1至4中任一項所述的電力供應系統(tǒng)，其特征在于，還包括預處理單元， 是將該有機廢棄物進行預處理，使其更適于被該氣體燃料產生單元處理。
10.一種集合式住宅發(fā)電系統(tǒng)，在就地處理住戶所產生的有機廢棄物時可進行發(fā)電，以供應至少一住戶所需的民生用電，其特征在于，該集合式住宅發(fā)電系統(tǒng)包括(1)預處理單元，對有機廢棄物進行攪拌、打漿、粉碎、均質化或細微化的預處理；(2)氣體燃料產生單元，將預處理后的有機廢棄物進行處理以產生氣體燃料，該氣體燃料產生單元包括(2a)生物處理槽，用來對有機廢棄物進行發(fā)酵反應；以及(2b)電漿重組器，用來將有機廢棄物中的碳氫化合物進行重組；(3)第一電力產生單元，包括(3a)發(fā)電機；以及(3b)渦輪機，與該發(fā)電機連接，該渦輪機是用該氣體燃料作為運轉所需的燃料源來驅動該發(fā)電機進行發(fā)電；(4)第二電力產生單元，利用該第一電力產生單元運轉所產生的熱進行發(fā)電；(5)純化單元，連接至該氣體燃料產生單元，并對氣體燃料進行純化，以提高氣體燃料中氫氣的純度；以及(6)第三電力產生單元，與該純化單元連接，并以純化后的氣體燃料中的氫氣作為運轉所需的燃料源而產生電力。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電力供應系統(tǒng)及集合式住宅發(fā)電系統(tǒng)，其主要包括氣體燃料產生單元、第一電力產生單元以及第二電力產生單元。其中，氣體燃料產生單元將有機廢棄物進行處理以產生氣體燃料，第一電力產生單元包括發(fā)電機與渦輪機，且渦輪機是用該氣體燃料作為運轉所需的燃料源來驅動該發(fā)電機進行發(fā)電，第二電力產生單元利用該第一電力產生單元運轉所產生的熱進行發(fā)電。本發(fā)明可在有機廢棄物處理的過程中產出能源，并將之回饋給住戶，達到住宅用電可完全或部分自給自足的功效。
文檔編號F02M25/12GK102261267SQ201010186778
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權日2010年5月25日
發(fā)明者朱嘉慶 申請人:陽碁動力節(jié)能科技股份有限公司