專利名稱：家用供熱和供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠?qū)崿F(xiàn)操作家用組合供熱和供電(dchp)單元的高效方法的家用供熱和供電系統(tǒng)，并且涉及調(diào)度具有dchp單元的家庭內(nèi)的家用電器工作的節(jié)能(energy-efficient)方法。
背景技術(shù)：
在家庭環(huán)境中使用dchp單元來提供熱水和集中供熱是眾所周知的。例如，我們的國際專利申請PCT/GB03/001200介紹了包括斯特林發(fā)動機的這樣一種dchp單元。這些單元的益處在于，除了滿足家庭集中供熱和熱水需求之外，它們還可以用于以節(jié)能方式發(fā)電。如此產(chǎn)生的電力在家庭對電力有需求的時候可以在家庭內(nèi)部使用，或者可以返銷給為家庭供電的電力輸送網(wǎng)。因此，可以減少從輸電網(wǎng)汲取的凈電量。dchp單元的另一個優(yōu)點是，如果發(fā)生停電，它們可以用于在家庭內(nèi)供電。
因此，dchp單元本質(zhì)上比家庭中采用的傳統(tǒng)供熱單元(比如供應(yīng)熱水和/或集中供熱的鍋爐)更節(jié)能。就是說，這樣的驅(qū)動力總是存在的不斷提高能量供應(yīng)的效率以在家庭中使用。這伴隨著消費者對靈活性和舒適度的期待。
本發(fā)明通過提供一種經(jīng)過改進的能夠?qū)崿F(xiàn)對家庭中的電力使用進行調(diào)度的改進方法的家用供熱和供電系統(tǒng)來解決能量管理的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對這一背景，并且根據(jù)第一方面，本發(fā)明在于一種家用供熱和供電系統(tǒng)，包括dchp單元、dchp單元控制器、編程器模塊和設(shè)置成與家用電器進行通信的能量調(diào)度器。該dchp單元控制器、編程器模塊和能量調(diào)度器相鏈接，以允許在它們之間進行通信。這使得dchp單元能夠在dchp單元控制器的命令下操作，以產(chǎn)生用于對家庭供熱的熱量和/或為家庭提供熱水以及產(chǎn)生用來供應(yīng)給家庭的電力。能量調(diào)度器可操作以接收來自家用電器的功率要求信息并使家用電器進行工作。編程器模塊可操作以接收用戶輸入的數(shù)據(jù)并由此產(chǎn)生相應(yīng)的供熱和/或熱水時間安排。進而，dchp單元控制器可操作以根據(jù)由編程器模塊提供的供熱和/或熱水時間安排確定dchp單元的工作時間并將dchp單元工作時間提供給能量調(diào)度器。能量調(diào)度器隨后可操作來使用這些dchp單元工作時間確定家用電器的工作時間。
這樣，可以使家用電器的工作得到優(yōu)化，從而家用電器與dchp單元的工作一致地進行工作。這樣，由dchp單元的工作產(chǎn)生的電力可以用于為家用電器供電。顯然，不止一個家用電器可以與能量調(diào)度器協(xié)同工作。在如此連接時這能夠?qū)崿F(xiàn)減少從輸電網(wǎng)汲取的電力。
dchp單元控制器、編程器模塊和能量調(diào)度器可以以不同的方式布置。它們可以相當于位于不同地點的分立的物理實體。另選地，雖然是分立的實體，但是dchp單元控制器、編程器模塊和能量調(diào)度器中的兩個或全部三個可以位于同一地點。而且，dchp單元控制器、編程器模塊和能量調(diào)度器中的兩個或全部三個可以不是物理上分立的。例如，dchp單元控制器和編程器模塊可以是諸如電路板或計算機之類的公用裝置的不同功能部分。第一示例電路板相當于電子實現(xiàn)方式，而第二示例計算機相當于軟件實現(xiàn)方式。實際上，dchp單元控制器、編程器模塊和能量調(diào)度器的集成(或它們的任何組合)可能使得不可能進行物理分立它們可能僅僅相當于公用裝置的單純的功能劃分或者甚至是計算機程序代碼的單個塊。
根據(jù)需要，家用供熱和供電系統(tǒng)還包括適用于將dchp單元產(chǎn)生的電力供應(yīng)給輸電網(wǎng)的與電力輸送網(wǎng)的連接。這能夠?qū)崿F(xiàn)在產(chǎn)生了比一個家用電器或多個家用電器消耗的電力多的電力的情況下將電力輸出到輸電網(wǎng)中。
優(yōu)選地，編程器模塊可操作以顯示與家用供熱和供電系統(tǒng)相關(guān)的信息。該信息最有可能與家用供熱和供電系統(tǒng)的工作有關(guān)，比如供熱或熱水時間安排、家用電器的工作時間安排、dchp單元的工作條件和維護信息。在下面的本發(fā)明的優(yōu)選實施例中給出了其它的示例。雖然某些信息可以連續(xù)顯示(比如家庭的當前溫度)，但是大多數(shù)可得到的信息優(yōu)選地是在用戶的要求下顯示的。這樣，用戶或維護工程師可以選擇他們希望看到的信息。這可以得到具有菜單驅(qū)動的圖形用戶界面的編程器模塊的幫助，該圖形用戶界面使得用戶能夠通過由編程器模塊呈現(xiàn)的分級菜單查找到期望的信息。
根據(jù)需要，家用供熱和供電系統(tǒng)還包括可操作用以與遠程地點通信的通信裝置。遠程地點很有可能是服務(wù)提供商或產(chǎn)品提供商(比如dchp單元的燃料提供商或電力提供商)的地點。此外，編程器模塊可以操作以經(jīng)由通信裝置將關(guān)于供熱和供電系統(tǒng)的信息發(fā)送給維修代理。通信裝置優(yōu)選地包括可操作以通過電話網(wǎng)絡(luò)進行通信的調(diào)制解調(diào)器，不過也可以使用其它的鏈路，比如移動網(wǎng)絡(luò)、無線電鏈路和衛(wèi)星鏈路。
優(yōu)選地，家用供熱和供電系統(tǒng)還包括鏈接成能夠?qū)崿F(xiàn)與編程器模塊的通信的第一恒溫器單元。方便地，該恒溫器單元可操作以測量溫度并顯示如此測量的溫度，并且還包括可以使用戶能夠設(shè)定家庭溫度的調(diào)節(jié)裝置。該調(diào)節(jié)裝置可以是旋轉(zhuǎn)撥盤等，并且根據(jù)需要，恒溫器模塊可以顯示當前家庭溫度和由用戶設(shè)定的家庭溫度二者。
可以使用一個或更多個與第一恒溫器單元進行通信的副控恒溫器單元。這在很大的家庭內(nèi)或在房間分布在數(shù)個樓層上的情況下尤其有益處。優(yōu)選地，只有第一恒溫器單元可以進行測量溫度的操作，并且所有的恒溫器單元都可以進行顯示如此測量到的溫度的操作并且還包括使用戶能夠設(shè)定家庭溫度的調(diào)節(jié)裝置。
本發(fā)明也可以用在多家協(xié)作的網(wǎng)絡(luò)中。因此，根據(jù)第二方面，本發(fā)明在于一種家用供熱和供電系統(tǒng)，為家庭網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，包括集線器控制器、連接家庭網(wǎng)絡(luò)的電力輸送裝置和實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)與集線器控制器之間的通信的通信裝置。該家用供熱和供電系統(tǒng)還包括配備有dchp單元、dchp單元控制器和編程器模塊的至少一個家庭，其中dchp單元控制器、編程器模塊和集線器控制器是鏈接起來的，以實現(xiàn)它們之間的通信。dchp單元可以在dchp單元控制器的命令下進行操作以產(chǎn)生用于對該家庭供熱的熱量和/或為該家提供熱水以及產(chǎn)生用于在該家中使用和用于通過電力輸送裝置供應(yīng)到家庭網(wǎng)絡(luò)中的電力。編程器模塊可操作以接收由用戶輸入的數(shù)據(jù)并由此產(chǎn)生相應(yīng)的供熱和/或熱水時間安排。進而，dchp單元控制器可操作以根據(jù)由編程器模塊提供的供熱和/或熱水時間安排確定dchp單元的工作時間。dchp單元控制器將這些dchp單元工作時間提供給集線器控制器。
該家用供熱和供電系統(tǒng)還包括配備有本地能量調(diào)度器的至少一個其它家庭，該本地能量調(diào)度器設(shè)置成與集線器控制器和該家庭內(nèi)的家用電器進行通信。本地能量調(diào)度器可操作以從家用電器接收功率需求信息并將該信息傳遞給集線器控制器，其中集線器控制器可操作以使用dchp單元工作時間來確定家用電器的工作時間。該集線器控制器將家用電器工作時間傳送給本地能量調(diào)度器，本地能量調(diào)度器進而使家用電器依照該時間安排進行工作。這樣，可以在家庭網(wǎng)絡(luò)上共享本發(fā)明的益處，在這種情況下，有可能實現(xiàn)更大的能量效率。
根據(jù)第三個方面，本發(fā)明在于一種家用供熱和供電系統(tǒng)，包括dchp單元、dchp單元控制器和編程器模塊。dchp單元可操作以在dchp單元控制器的命令下產(chǎn)生用于對家庭供熱的熱量和/或為家庭提供熱水以及產(chǎn)生用來供應(yīng)給家庭和/或與該家庭相連的電力輸送網(wǎng)的電力。編程器模塊可操作以接收由用戶輸入的與具有起始和結(jié)束時間的時間段、該時間段期間家庭的期望溫度和/或在該時間段期間需要熱水的確認相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并且該編程器模塊可操作以由此產(chǎn)生相應(yīng)供熱和/或熱水時間安排。dchp單元控制器可操作以依據(jù)由編程器模塊提供的供熱和/或熱水時間安排確定dchp單元的工作時間，從而在各個時間段的起始時間處家庭的溫度達到期望的溫度和/或有熱水可用。
這與使用戶僅能設(shè)定時間段、各個時間段具有起始時間和接收時間的家用供熱和供電系統(tǒng)的標準操作不同。標準系統(tǒng)僅僅在起始時間點火并且在結(jié)束時間切斷。因此，熱水和/或供熱僅僅在用戶輸入的起始時間之后的某些時候可以得到。結(jié)果，用戶必須猜測所要輸入的必要偏差量，以確保在特定的期望時刻家庭得到加熱和/或可以得到熱水。
有益地，用戶可以將每天分成任意數(shù)量的時間段并且輸入相關(guān)的溫度和/或熱水要求。這將會確保家庭整天保持在最小溫度下。還能夠?qū)崿F(xiàn)可以達到的家庭溫度的很大的變化。
dchp單元通常包括主燃燒器和輔助燃燒器，其中主燃燒器的工作產(chǎn)生電力，在這種情況下，dchp單元控制器優(yōu)選地依照應(yīng)當使輔助燃燒器的點火最少化的規(guī)則確定dchp單元的工作時間。這樣，主燃燒器的點火被最大化，因此，電力的產(chǎn)生也被最大化(大多數(shù)當前的dchp單元并不由輔助燃燒器的點火產(chǎn)生電力)。根據(jù)需要，dchp單元控制可操作以將dchp單元工作時間確定為在設(shè)定了升高的期望溫度的時間段的起始時間之前有一段時間主燃燒器獨自點火。雖然將會花費較長的時間才能達到期望的溫度，但是以這種方式，所產(chǎn)生的電量得到了最大化。
為了確保家庭在時間段的起始點達到期望的溫度，dchp單元控制器優(yōu)選地可操作以接收代表家庭的溫度的信息并預(yù)測對于時間段的起始點家庭是否會按時達到期望溫度，并且在預(yù)測結(jié)果是否定的情況下，可操作以使輔助燃燒器點火從而確保對于時間段的起始點家庭會按時達到期望溫度。
可以采用確保使用最佳預(yù)熱時段來在起始時間達到期望溫度的各種不同的方法。便利地，dchp單元控制器可操作以針對之前的多個日子記錄達到時間段的期望溫度所花費的時間并使用這些時間確定使主燃燒器獨自點火期間的時段的長度。此外，dchp單元控制器可以根據(jù)需要進行這樣的操作如果使輔助燃燒器點火來確保家庭在時間段的起始點之前達到期望溫度，則自動增大后續(xù)的主燃燒器獨自點火期間的時段的長度。
根據(jù)需要，當在時間段的起始時間之前需要供熱和熱水二者時，dchp單元控制器依照這樣的規(guī)則來確定dchp單元工作時間dchp單元在第一時段進行工作，以剛好在dchp單元進行工作來提供供熱的第二時段之前提供熱水。優(yōu)選地，dchp單元控制器可操作以將dchp單元工作時間確定為使主燃燒器在時段之間保持點火。這樣，為了提高效率，主燃燒器可以在兩個時段內(nèi)都保持開啟。
根據(jù)需要，由dchp單元在dchp單元控制器的命令下在時間段期間保持供熱和/或熱水，從而dchp控制器可操作以依照輔助燃燒器在點火和空閑之間進行切換優(yōu)先于在點火和空閑之間切換主燃燒器的規(guī)則確定dchp單元的工作。這使得主燃燒器能夠得到優(yōu)先點火，從而使電力產(chǎn)生量最大化。
有益地，dchp控制器可操作以使用家庭溫度變化的速度的測量結(jié)果控制輔助燃燒器和/或主燃燒器的點火速度。根據(jù)需要，家用供熱和供電系統(tǒng)還包括可操作以向dchp單元控制器供應(yīng)家庭溫度變化速度的測量結(jié)果的基于熱敏電阻的溫度計。
優(yōu)選地，對主燃燒器頭部的溫度進行監(jiān)測，并且根據(jù)需要，dchp單元控制器可操作以控制dchp單元以將主燃燒器頭部溫度維持為基本上為550℃。dchp單元控制器可操作以進行通過改變經(jīng)過主燃燒器的燃料的流量來維持主燃燒器頭部溫度。根據(jù)當前優(yōu)選的實施例，可以將dchp單元控制器設(shè)置成，如果測量到了高于上限的主燃燒器頭部溫度，則將主燃燒器切換到空閑狀態(tài)。此外，可以將dchp單元控制器設(shè)置成，當測量到高于下限但是低于上限的主燃燒器頭部溫度時，降低主燃燒器頭部的溫度，而不將發(fā)動機燃燒器設(shè)定為空閑。
有益地，編程器模塊可操作以接收由用戶輸入的、與具有起始和結(jié)束時間的至少兩組時間段、該時間段期間家庭的期望溫度和/或在該時間段期間需要熱水的確認相應(yīng)的數(shù)據(jù)，各個時間段跨越二十四小時的時段，并且用戶指示一周中的各天使用哪一組，并且其中dchp單元控制器每天實施合乎要求的組。
根據(jù)另一個方面，本發(fā)明在于一種家庭內(nèi)的能量調(diào)度方法，該家庭包括dchp單元、dchp單元控制器、家用電器和能量調(diào)度器，該方法包括以下步驟用戶選擇熱水和/或供熱要求；dchp單元控制器調(diào)度dchp單元的工作，以根據(jù)所選擇的要求產(chǎn)生熱水和/或供熱時間安排；和能量調(diào)度器調(diào)度家用電器的工作，以與dchp單元一致地工作。
根據(jù)再另一個方面，本發(fā)明在于一種為家庭提供供熱和/或熱水的方法，該家庭包括dchp單元、dchp單元控制器、家用電器和能量調(diào)度器，該方法包括以下步驟用戶選擇具有起始和結(jié)束時間的時間段、該時間段期間家庭的期望溫度和/或在該時間段期間需要熱水的確認；和dchp單元控制器調(diào)度dchp單元的工作，以根據(jù)所選擇的供熱和/或熱水要求產(chǎn)生熱水和/或供熱時間安排，以使在各個時間段的起始時間家庭的溫度達到選定的溫度和/或可以得到熱水。


為了更加容易地理解本發(fā)明，現(xiàn)僅以示例方式參照附圖，在附圖中圖1是家用能量調(diào)度系統(tǒng)的框圖；圖2是dchp單元的簡化表示；圖3示出了對應(yīng)于“上班”日的24小時時段的供熱時間安排；圖4示出了對應(yīng)于“在家”日的24小時時段的供熱時間安排；圖5是示出了如何在中心供熱設(shè)定點(chsp)周圍的溫度使發(fā)動機燃燒器和輔助燃燒器進行工作的表；圖6示出了將燃燒器輸出與風扇速度和混合器閥角度關(guān)聯(lián)起來的映射關(guān)系；圖7示出了圖1的dchp單元的啟動程序的相對定時；以及圖8是圖7的啟動程序期間家庭溫度的圖形表示。
具體實施例方式
圖1中示出了家用能量調(diào)度系統(tǒng)10，它包括dchp單元12、dchp控制器14、編程器(programmer)模塊16、恒溫器單元18、能量調(diào)度器20、家用電器22和調(diào)制解調(diào)器24。dchp單元12包括用于為家庭供應(yīng)熱量和熱水的燃燒器和用于產(chǎn)生電力的斯特林發(fā)動機。dchp控制器14對dchp單元12實施直接控制并且給出與dchp單元12的操作相關(guān)的信息，同時能量調(diào)度器20針對家用電器22實現(xiàn)類似的功能。具體地，能量調(diào)度器20給出與相連家用電器22的電力需求相關(guān)的信息并且響應(yīng)于dchp單元12發(fā)電的時間安排操縱相連的家用電器22。編程器模塊16與dchp控制器14和能量調(diào)度器20二者相連并且通過顯示與能量調(diào)度系統(tǒng)10相關(guān)的信息和通過接收來自用戶的編程輸入而起到用戶用中央界面的作用。此外，用戶可以使用恒溫器模塊18設(shè)定溫度。
dchp控制器14位于dchp單元12之內(nèi)并且與編程器模塊16進行通信。編程器模塊16給出由用戶設(shè)定的工作時間安排，該工作時間安排對應(yīng)于多個時間段和在這些時間段內(nèi)應(yīng)當將家庭加熱到的溫度以及應(yīng)當可得到熱水的時間段。dchp控制器14為dchp單元12確定工作計劃，以滿足這些工作時間安排。另選地，編程器模塊16可以為dchp單元12確定工作時間安排。在這種情況下，dchp控制器14可能相當于用于將編程器模塊16提供的信號轉(zhuǎn)換成適用于控制dchp單元12的信號的裝置(即，實際上是通信管理器)。
能量調(diào)度器20與選定的家用電器22相連，比如洗衣機、滾筒烘衣機和洗碗機。它還與調(diào)制解調(diào)器24相連，從而允許與服務(wù)提供商進行通信。服務(wù)提供商可以提供象燃氣供應(yīng)的費用以及從輸電網(wǎng)輸入的電力的費用和輸出到輸電網(wǎng)的電力的收益之類的信息。除了所掌握的與所相連的家用電器22的電力需求和dchp單元12的預(yù)計電力供應(yīng)相關(guān)的信息之外，使用通過調(diào)制解調(diào)器24接收到的信息，能量調(diào)度器20可以對所相連的家用電器22的工作進行調(diào)度。
現(xiàn)在將更加詳細地介紹家用能量調(diào)度系統(tǒng)10的各個組成部分。
dchp單元圖2中示出了可以用于對家進行供熱并且還可以用于為家庭供應(yīng)熱水的dchp單元12。此外，dchp單元12可以用于發(fā)電，所發(fā)的電既可以在家庭內(nèi)部用掉，也可以反送到為該家庭供電的電力輸送網(wǎng)中。
dchp單元12是圍繞著斯特林發(fā)動機26建立的。發(fā)動機26優(yōu)選地是線性自由活塞斯特林發(fā)動機，這種發(fā)動機的操作在本領(lǐng)域中是公知的。為了在dchp單元12中使用，該發(fā)動機的電力輸出應(yīng)當是高達16安培的單相輸出。
斯特林發(fā)動機26由發(fā)動機燃燒器28的熱輸出驅(qū)動。該燃燒器28被供應(yīng)燃氣供應(yīng)30，燃氣供應(yīng)30在閥門34的控制下與空氣供應(yīng)32相混合?；旌狭饔娠L扇36輸送給發(fā)動機燃燒器28。這驅(qū)動斯特林發(fā)動機26由線性交流發(fā)電機產(chǎn)生電力輸出38。在冷卻器40處將熱量從斯特林發(fā)動機中提取出來，冷卻器40本質(zhì)上是熱交換器，由泵42泵送的水沿著管線44穿過冷卻器40。然后在熱交換器46中，穿過冷卻器40的水被發(fā)動機燃燒器28中排出的已經(jīng)對斯特林發(fā)動機26的頭部進行了加熱的排出氣體進一步加熱。
為了對水進一步加熱，并且還為了提供斯特林發(fā)動機26不工作時的獨立程度，設(shè)置了輔助燃燒器48來加熱熱交換器46內(nèi)的水。輔助燃燒器48被供應(yīng)了燃氣供應(yīng)30，燃氣供應(yīng)30在閥門52的控制下與空氣供應(yīng)50混合。由風扇36將混合流輸送給輔助燃燒器48。風扇36通過分流閥53將空氣輸送到混合器閥34和52，分流閥53確保正確的空氣流到達各個混合器。在另選的設(shè)計中，使用分立的風扇將空氣輸送到這兩個燃氣/空氣混合器閥34、52。這消除了使用分流閥的必要性，但是與單獨一個風扇的設(shè)計方案相比，這種設(shè)計方案會帶來嚴重的重量、成本和效率方面的損失?？梢钥闯?，輔助燃燒器的工作并不產(chǎn)生電力，因為它并不驅(qū)動斯特林發(fā)動機26。
從發(fā)動機燃燒器28和輔助燃燒器48排出的已經(jīng)在熱交換器46中貢獻出了它們的熱量的排放氣體沿著煙道(flue)54排出。這樣，斯特林發(fā)動機26產(chǎn)生了電力輸出38和熱輸出56，后者可以用來例如滿足家庭熱水需求、供應(yīng)集中供熱系統(tǒng)或在組合設(shè)備(“組合”鍋爐)中既滿足家庭熱水需求又供應(yīng)集中供熱系統(tǒng)。
dchp單元12被設(shè)計用于直接向家用網(wǎng)(凈)提供高達4kW的電力，并因此與來自輸電網(wǎng)的電力相結(jié)合。
dchp控制器dchp控制器14裝納在dchp單元12之內(nèi)，并且在dchp單元12上配備有相關(guān)的顯示器，用來顯示關(guān)于dchp單元12的當前工作的信息，這一信息也可以用來在編程器模塊16處觀看。dchp控制器14沒有用于直接數(shù)據(jù)輸入的裝置代之地，它從編程器模塊16接收信息。
在本實施例中，dchp控制器14的目的是使dchp單元12的工作自動進行，從而在實現(xiàn)所有必要的安全功能的同時使操作成本最小。dchp控制器14從編程器模塊16接收與每24小時時段內(nèi)的所需溫度時間安排有關(guān)的信息。dchp控制器14將這些時間安排轉(zhuǎn)換為24小時時段內(nèi)的工作計劃，所述工作計劃能夠使dchp單元12的發(fā)動機燃燒器28和輔助燃燒器48盡可能經(jīng)濟地工作。
dchp單元12僅當對集中供熱或熱水有需求的時候才進行工作。在工作的時候，發(fā)動機26將會產(chǎn)生電力并且將這一電力與來自電力輸送網(wǎng)的電力供應(yīng)組合在一起輸送到家庭電路之內(nèi)。dchp控制器14根據(jù)它所做出的工作計劃通過編程器模塊16通知能量調(diào)度器20接下來24小時之內(nèi)的發(fā)電時間安排。
dchp控制器14使用閥門34和52以及風扇36來啟動和停止發(fā)動機燃燒器28和輔助燃燒器48二者并且與熱需求成比例地調(diào)節(jié)它們的操作。通過調(diào)節(jié)經(jīng)過發(fā)動機燃燒器28和輔助燃燒器48的質(zhì)量流的速率來控制氣體質(zhì)量流而對熱需求的響應(yīng)加以影響。這一速率是由自適應(yīng)算法確定的，這種自適應(yīng)算法考慮了一次水路(primary water circuit)中的熱慣性和該水路中的輸送延遲，使得它能夠計算熱需求和相應(yīng)的質(zhì)量流。根據(jù)本地存儲的映射表(比如圖6中所示的映射表)將這些質(zhì)量流換算成相應(yīng)的風扇速度和混合器閥角度。在我們的共同未決專利申請GB0305566.2中，可以找到這種操作方法的更加詳細的內(nèi)容。取決于熱需求的大小，使燃燒器28和48之一或兩者工作。
dchp控制器14還管理交流發(fā)電機與輸電網(wǎng)的連接與斷開。當達到發(fā)動機頭部的目標溫度時，使dchp單元12與輸電網(wǎng)相連，當發(fā)動機頭部溫度降低而低于下限或者當發(fā)動機產(chǎn)生的電力降低而低于下限時，使dchp單元12與輸電網(wǎng)斷開。如果市電電源(mains supply)超出針對頻率和電壓設(shè)定的極限之外，也會斷開。
編程器模塊編程器模塊16代表與用戶的主要界面，并且根據(jù)該實施例，在物理上，其與dchp單元12分離，不過它們也可以位于相互接近的位置上(例如，都在廚房中或儲藏室中)。其它的布置也是可行的，下面將就此進行介紹。
編程器模塊16包括用于將信息和指示顯示給用戶的顯示器以及使用戶能夠輸入信息的按鈕和撥盤。按鈕和撥盤的功能是靈活多變的，是與呈現(xiàn)在顯示器上的信息相關(guān)聯(lián)地加以操作的。用戶使用編程器模塊16來輸入調(diào)度信息。例如，可以通過編程器模塊16加以改變的功能包括開啟和關(guān)閉供熱、選擇不同的供熱時間安排(例如，用于用戶在家時的日子的“在家”，用于用戶工作時的日子的“上班”，或者在“經(jīng)濟”和“快速”模式之間選擇)、設(shè)定日期和時間以及查看統(tǒng)計信息。該統(tǒng)計信息可以包括到目前為止所產(chǎn)生的電量；當前產(chǎn)生電力的絕對數(shù)量或者占當前需求的分數(shù)或百分數(shù)；用于將各個值清零的重置功能(類似于汽車里程表的短程里程表)；最后一次重置的日期，從而可以確定總能量的數(shù)量；和安裝日期和/或工作小時數(shù)，以便實現(xiàn)與保修期和維護時間安排進行比較。
此外，編程器模塊16起到與dchp控制器14、能量調(diào)度器20和恒溫器單元18交換信息的集線器的作用。在某些當前設(shè)想的實施例中，能量調(diào)度器20并不包含在能量調(diào)度系統(tǒng)10中，在這種情況下，編程器模塊16直接與調(diào)制解調(diào)器24相連，從而診斷數(shù)據(jù)能夠發(fā)送給服務(wù)提供商或維修中心。
在能量調(diào)度系統(tǒng)10不正確工作時，編程器模塊16可以顯示錯誤和警告。某些錯誤可能要求用戶進行dchp單元12或能量調(diào)度系統(tǒng)10的重置，并且這是使用編程器模塊16進行的。
恒溫器單元雖然可以在編程器模塊16上設(shè)定溫度，但是還配備了一個或更多個恒溫器單元18，從而允許在家中的其它位置設(shè)定溫度。恒溫器單元18包括顯示器和旋轉(zhuǎn)撥盤用戶可以通過旋轉(zhuǎn)該撥盤來設(shè)定家庭內(nèi)應(yīng)當加熱到的溫度，直到顯示出了期望的溫度。所配備的恒溫器單元18的數(shù)量總地來說取決于家的大小額外的恒溫器單元18是為了便于避免需要在家庭四處走動很遠才能調(diào)節(jié)溫度設(shè)定而配備的。在家延續(xù)幾個樓層的情況下或者在編程器模塊16位于幾乎不使用的家庭部分中(例如，在儲藏室內(nèi))的情況下，配備額外的恒溫器單元18尤其有益處，在后一種情況下，可以將恒溫器單元18置于諸如起居室或臥室之類的頻繁使用的房間內(nèi)，或者置于諸如走廊或樓梯平臺之類的主要通道中。
在安裝了多個恒溫器單元18的情況下，一個單元起到主控器18a的作用，而其它的單元是副控器18b。所有的恒溫器單元18都能夠用于設(shè)定溫度，但是只有主控器單元18a給出溫度度數(shù)。恒溫器單元18以分級方式網(wǎng)連起來，使得主控器單元18a與編程器模塊16相連，而副控器單元18b與主控器單元18a相連。此外，恒溫器單元18可以在它們的顯示器上示出系統(tǒng)錯誤消息，以確保任何故障都可以由用戶盡可能快地注意到。
能量調(diào)度器能量調(diào)度器20提供編程器模塊16與家中要借助能量調(diào)度系統(tǒng)10加以操縱的其它電器22之間的鏈接。為了簡明起見，能量調(diào)度器20沒有與用戶間的直接界面，而是通過編程器模塊16進行通信，從而用戶僅具有單個界面。因此，編程器模塊16可以給出全部家庭能量狀態(tài)和消耗預(yù)測。
將與任何時刻的可用電力和下一24小時之內(nèi)的預(yù)測可用電力(是從dchp單元12的工作計劃得出的)相關(guān)的信息傳送給能量調(diào)度器20。能量調(diào)度器20然后可以依照存儲在它的存儲器內(nèi)的本地調(diào)度算法確定使用這一電力和從輸電網(wǎng)引入額外電力(在有此必要的情況下)的最經(jīng)濟方式。
通過編程器模塊16將診斷數(shù)據(jù)從dchp控制器14發(fā)送到能量調(diào)度器20。這些數(shù)據(jù)通過能量調(diào)度器20所連接的調(diào)制解調(diào)器24作為常規(guī)更新的一部分發(fā)送給服務(wù)提供商。反過來，同一服務(wù)提供商或者一個或多個其它服務(wù)提供商將最新費率信息(針對電力引入/輸出和供應(yīng)燃氣的費率)發(fā)送給能量調(diào)度器20，供能量調(diào)度算法使用。在無法得到在線費率信息的情況下，取而代之，可以使用所存儲的費率數(shù)據(jù)，這一數(shù)據(jù)可由用戶定期更新。這樣，即使當服務(wù)提供商的鏈路(或調(diào)制解調(diào)器)不可用時，也可以得到能量調(diào)度系統(tǒng)10的益處。
家用電器原則上，任何類型的家用電器22都可以與能量調(diào)度器20相連。不過，并不是所有的家用電器22都適于進行能量調(diào)度，因為它們提供的是按需服務(wù)(比如電視)。諸如洗衣機、滾筒烘衣機和洗碗機之類的電器22可以在它們的工作定時方面有一定靈活性地加以操縱，所以明顯適于與能量調(diào)度器20相連。
調(diào)制解調(diào)器使用的是標準調(diào)制解調(diào)器24，它使得能量調(diào)度器能夠通過諸如電話線、無線電鏈路、寬帶網(wǎng)之類的數(shù)據(jù)鏈路與位于服務(wù)提供商、維修中心或其它類似地點處的遠程計算機服務(wù)器進行通信。
用戶編程英國的大多數(shù)集中供熱/熱水控制器是依照由用戶設(shè)定的相當于兩個“開”循環(huán)(在該開循環(huán)期間，將家庭加熱到使用恒溫器設(shè)定的溫度)的時間段進行工作的。家庭的加熱僅僅在各個“開”循環(huán)的起始點開始，從而在家庭達到設(shè)定溫度之前會有延遲。在“開”循環(huán)結(jié)束時，加熱關(guān)閉，并且家庭溫度會降低到環(huán)境溫度。因為大多數(shù)用戶需要在設(shè)定的時間(例如，當他們早上起床時或當他們下班回家時)達到設(shè)定溫度，并且因為在“開”循環(huán)之間不對溫度進行控制，因而這種工作方法并不特別方便。此外，這種方法并不考慮外部條件，這些外部條件對加熱時間和所達到的溫度有明顯影響。
本實施例采用另選的工作方法，其中，用戶將一天分成任何數(shù)量的時間段58并且針對各個時間段58為家庭選擇溫度60。因此，家庭的溫度總是受到控制的。在圖3和4中示出了一個示例。圖3相當于“上班”日，此時用戶只在24小時時段內(nèi)的某些有限時段期間在家。針對家里沒人和整個夜晚的時段設(shè)定的是較低的溫度(15℃)，針對午餐時間和傍晚早些時候(early evening)設(shè)定的是中等溫度(20℃)，而針對早晨和傍晚晚些時候(late evening)設(shè)定的是較高的溫度(23℃)。圖4相當于“在家”日，此時將家庭整日保持在中間溫度(20℃)上。
此外，將由用戶設(shè)定的時間段58的起始時間實現(xiàn)為應(yīng)當達到該時間段的溫度60時的時刻。因此，加熱系統(tǒng)將會先于起始時間開始工作，以確保到達該起始時間之時達到較高的選定溫度，或者先于起始時間切斷供熱，以使得家庭能夠冷卻到較低的選定溫度。這是由圖3和4的線62表示的，這些線62代表家庭的溫度。
為了在選定時間達到選定溫度而開始或結(jié)束加熱時的時間是針對內(nèi)部空氣溫度、外部空氣溫度、dchp單元12的加熱功率、家庭大小和家庭的隔熱質(zhì)量而計算出來的。這一信息由dchp控制器14使用以確定將家庭加熱到較高的選定溫度的最經(jīng)濟方式，下面將更加詳細地對此加以介紹。
除了上面介紹的“上班”和“在家”程序之外，還可以設(shè)定任何數(shù)量的其它程序來為用戶提供最大的舒適度。例如，可以使用“度假”程序?qū)⒓彝ケ３衷谳^低的溫度下。因此，當用戶離開家去度假時，用戶可以快速且方便地將程序切換為將家庭暫時保持在對家庭植物和其它嬌弱物品有益的期望最小溫度下的時間安排。除了任何防凍保護之外，這可以是比如在dchp單元12內(nèi)的水溫降低到臨界水平(例如，大約5℃)以下時點燃輔助燃燒器來防止水凍結(jié)。位于dchp單元12內(nèi)的溫度傳感器使用dchp單元12是加熱系統(tǒng)中的溫度最低點的假設(shè)。這通常是實際情況，因為dchp單元12一般位于車庫或儲藏室內(nèi)。不過，對于這一假設(shè)不再適用(例如，位于閣樓中)的情況，溫度傳感器應(yīng)位于遠處。
維護除了為用戶提供界面之外，編程器模塊16還為登門的維護工程師(在維修期間或在系統(tǒng)安裝期間)提供了界面。這樣，可以呈現(xiàn)給維護工程師比傳統(tǒng)加熱設(shè)施可得到的信息更為詳盡的信息，比如●安裝期間和用于更新的系統(tǒng)信息○程序/集成電路版本○錯誤歷史，例如最后十個錯誤代碼的記錄○用于設(shè)定本地語言(英語、法語、德語等)的地理位置、溫度格式(℃、)和日期格式(31/12/03、12/31/03)●溫度讀數(shù)○內(nèi)部/外部氣溫○恒溫器溫度○流出/流回溫度○平衡/發(fā)動機頭部溫度●dchp單元12配置，以實現(xiàn)下列調(diào)節(jié)○開/關(guān)發(fā)動機26○開關(guān)預(yù)加熱○重新設(shè)置輔助預(yù)啟動時間調(diào)節(jié)○調(diào)節(jié)輔助預(yù)啟動時間反運轉(zhuǎn)策略當dchp單元12完全變熱時，應(yīng)當將其操縱成在確保將發(fā)動機燃燒器28的點火率保持為最小的同時維持家庭內(nèi)的穩(wěn)定溫度。這是通過調(diào)整輔助燃燒器48何時點火來實現(xiàn)的。這一調(diào)整具有對于任何所需的熱需求都將熱交換器46內(nèi)的溫度保持得盡可能低的效果，從而使冷凝效率最大化。由于dchp單元管路的末級內(nèi)的水溫較低，所以這會增大加熱的平均效率，并且因而在經(jīng)濟的角度上有益處。
在正常工作期間，為了最小化發(fā)動機26的開/關(guān)周期，可以使用其它一些策略。這些策略的目的在于減輕有時造成需求小于發(fā)動機燃燒器輸出而在另一些時候造成需求大于發(fā)動機燃燒器輸出的系統(tǒng)負荷波動的影響。除非采取先發(fā)制人的動作，否則這一波動將會導(dǎo)致燃燒器28和48之一或二者的無效運轉(zhuǎn)。燃燒器28和48的頻繁運轉(zhuǎn)除了是無效的以外，還將會明顯縮短它們的使用壽命。
在流出溫度設(shè)定點周圍設(shè)置了保護帶，以定義出對應(yīng)于如何使用發(fā)動機燃燒器28和輔助燃燒器48的區(qū)域。在圖5中示出了這些區(qū)域。
當出現(xiàn)了熱需求信號時，啟動發(fā)動機26。當發(fā)動機頭部溫度讀數(shù)為500℃時，啟動定時器。如果在八分鐘之后流出溫度低于chsp-δeng_neg，則輔助燃燒器48將會點火(其中chsp是集中供熱設(shè)定點溫度，而在本實施例中將δeng_neg設(shè)定為5℃)。當流出溫度再次降低到chsp-δeng_neg以下時，定時器重新啟動并且根據(jù)上述方式和如圖5所示那樣控制輔助燃燒器48。在圖5中，在本實施例中將δsup_pos設(shè)定為5℃，并且將δeng_pos設(shè)定為10℃。
因此輔助燃燒器48的控制是基于由k型熱電偶測得的發(fā)動機頭部溫度而進行的。為了安全起見，將最大加熱器頭部溫度(圖5中的“maxtemp”)限定為600℃如果超出了這一溫度，則關(guān)閉發(fā)動機燃燒器28并且通過使交流發(fā)電機停轉(zhuǎn)來停止發(fā)動機26。還針對峰值溫度和鐵心溫度對發(fā)動機燃燒器28的工作加以調(diào)整。峰值溫度是設(shè)施冷卻管路內(nèi)的最高溫度并且不應(yīng)當超過85℃。鐵心溫度是交流發(fā)電機內(nèi)的磁鐵的溫度并且不應(yīng)超過上限，以避免造成磁鐵強度和/或磁鐵壽命的損失。
系統(tǒng)升溫如前所述，家用能量調(diào)度系統(tǒng)10由用戶編程，從而使dchp單元12進行工作，以確保家庭在到設(shè)定時間時達到設(shè)定溫度。通常用戶會在要求對家庭加熱的同時要求可以使用熱水。確切地，dchp單元12如何工作來加熱家庭和供應(yīng)熱水是由dchp控制器14確定的。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于dchp單元12來說，總體效率更高的做法是，在發(fā)動機燃燒器28和輔助燃燒器48一起同時點火(如果需要)的短時段68之前有初始預(yù)熱時段64和66，而不是在最快的可能時間內(nèi)嘗試提供熱水和集中供熱設(shè)定溫度。
在家庭結(jié)構(gòu)造成的損耗較低的情況下(這是大多數(shù)現(xiàn)代家庭的情況)，使用dchp單元12通過單獨利用發(fā)動機燃燒器28來提升家庭的溫度而滿足供熱要求是比較有益的。
這樣，僅僅在熱負荷大于發(fā)動機燃燒器28獨自可以供應(yīng)的熱負荷的預(yù)熱時段64和66期間使用輔助燃燒器48。僅僅對于dchp單元12產(chǎn)生的電力的利益超出通過家庭的結(jié)構(gòu)損失的熱量的花費的時段才使用預(yù)熱時段64和66。例如，能量調(diào)度器20可以指出，將洗衣機設(shè)定為工作，從而可以使該洗衣機在熱水預(yù)熱64和中央供熱預(yù)熱66期間使用由dchp單元12產(chǎn)生的電力進行工作。
設(shè)Qmax為家庭造成的臨界熱損耗，高于Qmax時利用中央供熱預(yù)熱66是不經(jīng)濟的，Qmax可以由電力與燃氣價格(是通過調(diào)制解調(diào)器24提供的)的比和估計出來的家庭內(nèi)電力需求(是由能量調(diào)度器20告知的)確定。家庭造成的熱損耗是外墻的熱傳遞系數(shù)(U，U值根據(jù)建筑規(guī)范)、墻壁的總表面面積(A)以及內(nèi)部和外部氣溫(Tin，Tout)的函數(shù)，從而U×A×(Tin-Tout)＜Qmax對于中央供熱預(yù)熱66的操作是經(jīng)濟的。乘積U×A可以由dchp控制器14通過學習針對各種外部溫度Tout對各種不同的熱輸入的Tin的歷史響應(yīng)來確定。
Tin和Tout可以通過將讀數(shù)供應(yīng)給dchp控制器14的傳感器來測量。Tin可以根據(jù)主控恒溫器單元18a確定并且通過編程器模塊16告知給dchp控制器。Tout可以根據(jù)在dchp單元的燃氣入口處或附近的恒溫器(未示出)確定，但是從經(jīng)濟的角度來講，優(yōu)選地使用位于設(shè)施內(nèi)部的進口氣流內(nèi)的溫度傳感器(例如，容器溫度傳感器)。當dchp單元12不工作時，需要在短時間段內(nèi)使進氣風扇工作，以使得可以采樣外部溫度Tout。
在家庭造成的較高的結(jié)構(gòu)損耗表明采用發(fā)動機燃燒器預(yù)熱時段64和66不經(jīng)濟的情況下(即，在房子以等于或大于供應(yīng)熱量的速度損失熱量的情況下)或者在預(yù)熱時段期間產(chǎn)生的電力沒有效益的情況下，dchp單元利用預(yù)定預(yù)熱時段進行工作，以確保熱水和/或中央供熱設(shè)定點溫度在設(shè)定時間上或之前得到滿足。這個時段可以例如在只需要中央供熱的情況下是30分鐘或者在中央供熱和熱水二者都需要的情況下是60分鐘。
圖7表示dchp單元12如何工作才能在到設(shè)定時間時供應(yīng)熱水和加熱家庭。最開始，在64處，發(fā)動機燃燒器28點火，以便在設(shè)定時間之前供應(yīng)熱水。接著，在66處，使用發(fā)動機燃燒器28來在時間安排之前提供集中供熱。
理想地，單獨使用發(fā)動機燃燒器28來提供中央供熱預(yù)熱66，但是這個工作時段之后可以跟著使發(fā)動機燃燒器28和輔助燃燒器48二者全功率工作的時段68，以便在設(shè)定時間之前將家庭溫度升高到設(shè)定溫度。如圖8所示，如果dchp控制器14檢測到發(fā)動機燃燒器28獨自提供的房間加熱速度不足以在指定的時間(tCH)達到所需的溫度，則在中央供熱預(yù)熱時段66的最后一段內(nèi)開啟輔助燃燒器48。因此，僅僅在使發(fā)動機燃燒器48獨自點火不足以在可接受的時間內(nèi)將家庭升溫到設(shè)定溫度的情況下才在預(yù)熱時段64和66期間使用輔助燃燒器48。
可以將發(fā)動機燃燒器28和輔助燃燒器48二者可以全功率運轉(zhuǎn)的短時段68安排成與中央供熱時段66相連續(xù)，從而發(fā)動機燃燒器28可以始終保持工作(沒有無效的燃燒器中間冷卻)。
熱水時間安排在設(shè)定時間之前提供熱水是在同時有對熱水和供熱的需求的情況下和單獨提供熱水和供熱(例如，在非組合型供熱系統(tǒng)中)的情況下或者同時提供它們需要比發(fā)動機燃燒器28獨自能夠給出的熱力更多的熱力的情況下可使用的選擇方案。顯然，在熱水和集中供熱需求不同時發(fā)生的情況下，不需要包含64處的熱水預(yù)熱。
使用熱水預(yù)熱時段64能夠?qū)崿F(xiàn)熱負荷從輔助燃燒器48向發(fā)動機燃燒器28的轉(zhuǎn)移，從而增大了dchp單元12的電力產(chǎn)生量，并且因此提高了總體工作效率。由于大多數(shù)熱水罐隔熱性能是非常好的，因為在估算使發(fā)動機燃燒器28點火和開始64處的熱水預(yù)熱的適當點時，可以忽略損耗。確定何時使發(fā)動機燃燒器28點火的關(guān)鍵準則是，剛好在中央供熱預(yù)熱66被調(diào)度開始之前，熱水應(yīng)當達到適當?shù)臏囟龋员惚苊獍l(fā)動機燃燒器28的開/關(guān)循環(huán)(on/off cycling)。很明顯，達到一定溫度所花費的時間取決于水在加熱之前的溫度和最終要達到的溫度。這個時間很容易由dchp控制器14使用由熱敏電阻給出的熱水罐中水的溫度讀數(shù)確定出來。
自適應(yīng)預(yù)測將dchp控制器14設(shè)置為用于從dchp單元12的正在發(fā)生的歷史中進行學習，以提高預(yù)測所需預(yù)熱時間的精度。dchp控制器14監(jiān)測達到所需房間溫度所需要的時間，并且存儲來自前十個加熱時段的時間。如果輔助燃燒器48已經(jīng)由于僅僅使用發(fā)動機燃燒器28造成房間加熱速度不足而在預(yù)熱時段68期間點火，這將會反映為用于在將來的預(yù)測中使用而記錄的加熱提前量增加。當前加熱時段的預(yù)熱時段64和66的長度是由這些存儲值計算出來的(是加權(quán)平均值)。
雖然上面的“經(jīng)濟”工作模式在經(jīng)濟方面是有益的，但是會有很多時候用戶希望家庭的溫度升高得盡可能快。為了滿足這一要求，編程器模塊16使用戶能夠在經(jīng)濟模式和“快速”模式(在這種模式下，通過使發(fā)動機燃燒器28和輔助燃燒器48二者以全功率點火，在盡可能短的時間內(nèi)提供供熱和熱水)之間進行切換。一旦家庭達到了溫度，就可以在保持發(fā)動機燃燒器28繼續(xù)運轉(zhuǎn)的同時調(diào)整輔助燃燒器48，以保持在設(shè)定溫度上。
燃燒器控制為了將房間溫度保持在其安排好的水平Tch上，與本領(lǐng)域中通常采用的簡單雙金屬片設(shè)計的檢測器不同，使用了基于熱敏電阻的檢測器。這使得能夠檢測到溫度變化的速度，與到達設(shè)定溫度時開關(guān)的簡單開/關(guān)觸發(fā)器不同。通過針對較高的房間溫度變化速度將點火速度(進入發(fā)動機燃燒器28的混合物的質(zhì)量流)調(diào)節(jié)到較大的程度并且在房間溫度變化速度較小的情況下將點火速度調(diào)節(jié)到較低的程度，可以對發(fā)動機燃燒器的點火速度進行優(yōu)化，以實現(xiàn)最大化發(fā)動機工作(這從經(jīng)濟的角度來說是希望出現(xiàn)的)。通過以這種方式對溫度變化做出反應(yīng)，僅僅在需要比發(fā)動機燃燒器28獨自能夠滿足的加熱速度要高的加熱速度的情況下，才使輔助燃燒器48點火。
對于正常條件下斯特林發(fā)動機26的最高效工作而言，發(fā)動機頭部溫度應(yīng)當盡可能長時間地保持在其最佳溫度(550℃)上。在超過了預(yù)設(shè)房間溫度Tch的情況下，可能需要降低頭部溫度，這將會導(dǎo)致產(chǎn)能效率和輸出降低。為了保證用戶的舒適度，可以容忍這種情況，直到房間溫度回復(fù)到預(yù)設(shè)水平Tch。一旦達到這一溫度，就可以重新開始正常的發(fā)動機燃燒器控制，即，保持最佳加熱器頭部溫度，以給出最大產(chǎn)能效率。下面的發(fā)動機燃燒器控制過程用來確保這一條件在正常工作時段期間得到滿足。
通過發(fā)動機燃燒器28的氣體流是使用兩個軸來加以控制的發(fā)動機頭部溫度的變化速度(δThh)和頭部溫度誤差(εThh)。前一個值可以簡單地由δThh＝Thh，之前-Thh，當前得出，其中Thh，之前是之前的頭部溫度，而Thh，當前是當前的頭部溫度。后一個值可以簡單地由εThh＝Thh，設(shè)定-Thh，當前得出，其中Thh，設(shè)定是頭部設(shè)定溫度。兩個軸的斜率是由兩個可以使用編程器模塊設(shè)定的變量控制的R斜率和E斜率?？刂戚敵?Cout)是根據(jù)Cout＝(εThh×E斜率)+(δThh×R斜率)計算出來的。
將這一控制輸出換算成發(fā)動機燃燒器質(zhì)量流最大值與最小值之間差值的百分比(Cout(％))并且將其加到之前的質(zhì)量流輸出上，即Mout，當前＝Mout，之前+Cout(％)其中Mout，當前是計算出來的燃燒器質(zhì)量流速度，而Mout，之前是之前的燃燒器質(zhì)量流速度。對新的輸出值進行范圍檢查，以確保它不會超出最小和最大流量設(shè)定值。
對輔助燃燒器48使用相應(yīng)的控制過程，由與流溫度的變化速度和流溫度誤差相應(yīng)的兩個軸開始。
功率調(diào)度如上所述，能量調(diào)度器20通過調(diào)制解調(diào)器24接收來自服務(wù)提供商的與引入電力的當前價格、外銷電力價值和引入燃氣的價格相關(guān)的信息。這一信息用于確定是dchp單元12產(chǎn)生電力還是簡單地從輸電網(wǎng)引入電力更為經(jīng)濟。此外，能量調(diào)度器20確定使與其相連的家用電器22進行工作的最經(jīng)濟時間。這樣，能量調(diào)度器20啟動這些家用電器22并且監(jiān)測它們的工作狀態(tài)。將這一信息通過編程器模塊16按要求告知給用戶。
家庭自動化的新發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)家用電器22的遠程控制。例如，可以為在WiFi網(wǎng)絡(luò)之類的網(wǎng)絡(luò)中的各個家用電器22安裝低成本的接收機，以使它們可以與能量調(diào)度器20進行通信，而不需要大量的硬連線?？梢詾楦鱾€家用電器22分配唯一的因特網(wǎng)地址，以實現(xiàn)通信。在EP1,217,475A中介紹了這樣的設(shè)置。
基于網(wǎng)絡(luò)的能量調(diào)度我們的國際專利申請PCT/GB03/001200介紹了一種通過“集線器”控制器進行工作的數(shù)個家庭的局域協(xié)同操作網(wǎng)絡(luò)。這樣，來自網(wǎng)絡(luò)中連接的任何一個家庭的電力需求可以由網(wǎng)絡(luò)內(nèi)安裝的dchp單元12中的任何一個來加以滿足。
與集線器控制器相關(guān)聯(lián)的能量調(diào)度器20能夠?qū)崿F(xiàn)相連家庭內(nèi)電器工作和dchp單元12的工作的協(xié)調(diào)，以最小化總網(wǎng)絡(luò)能量成本。這總體上代表使dchp單元12以最優(yōu)方式工作來滿足供熱需求，和調(diào)度家用電器22以緩和整體網(wǎng)絡(luò)電力需求。這樣，可以使價格較高的來自輸電網(wǎng)的電力輸入最小化。就是說，能量調(diào)度器20在判定從輸電網(wǎng)汲取電力更為經(jīng)濟的情況下會從輸電網(wǎng)汲取電力。
變型例本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明顯看出，可以對上述實施例進行變形，而不會超出本發(fā)明的范圍。
例如，上述實施例介紹了dchp單元控制器14與編程器模塊16物理上分離開、但是它們之間能夠進行通信的布局。如上面所討論的，并不必須如此。圖9和10給出了兩種實施例，其中物理上分離開的dchp單元控制器14和編程器模塊16由單個主控制系統(tǒng)70取代，這個主控制系統(tǒng)給出了它們的組合功能。這樣，主控制系統(tǒng)70接收用戶輸入、由此得出供熱和熱水時間安排并且還確定了dchp單元12的工作時間。
主控制系統(tǒng)70是在單個控制板上實現(xiàn)的。兩個分立的電路區(qū)域處理前面介紹的由dchp單元控制器14執(zhí)行的功能。第一個區(qū)域是加熱控制器72，而第二個區(qū)域是發(fā)動機管理系統(tǒng)74。數(shù)據(jù)總線76將兩個區(qū)域聯(lián)系起來，以在這兩個區(qū)域72和74之間提供數(shù)據(jù)流。
發(fā)動機管理系統(tǒng)74負責使斯特林發(fā)動機26以可能的最高效方式進行工作。具體來說，發(fā)動機管理系統(tǒng)74負責下列功能。
●發(fā)動機/輸電網(wǎng)連接/斷開●輸電網(wǎng)不穩(wěn)定性保護(或者ENS，德國的電源有功損耗檢測系統(tǒng))●輸電網(wǎng)的獨立功能(GIM)●功率監(jiān)測(包括發(fā)動機穩(wěn)定性檢查)●發(fā)動機頭部溫度控制算法(將要求輸送給加熱控制72來進行加熱調(diào)節(jié))●安全功能加熱控制器72管理dchp單元12的加熱元件，比如發(fā)動機燃燒器28和輔助燃燒器48。具體來說，加熱控制器72負責下列功能。
●安全功能●氣體輸送(train)控制(風扇速度、空氣分流器閥位置、輔助和發(fā)動機氣體閥、雙燃燒器控制算法)●加熱系統(tǒng)診斷(包括錯誤處理)●計時器(用于時間安排的板上時鐘)●無線電通信(與手持用戶界面78、恒溫器18、服務(wù)設(shè)施80、調(diào)制解調(diào)器24等進行通信)主控制系統(tǒng)70可以以不同的方式與用戶進行通信，并且圖9和10中示出了兩種不同的設(shè)計。
圖9表示具有手持用戶界面78的簡單控制器82。這種可選方案是用于dchp單元12位于遠程位置上的安裝方式。作為面板位于dchp單元12的外殼上的簡單控制器能夠?qū)崿F(xiàn)基本的板上用戶設(shè)置，同時由電池驅(qū)動的手持裝置78提供正常的詳細用戶界面。這個手持裝置是接收用戶設(shè)置并將這一信息發(fā)送給主控制系統(tǒng)70(所有的“智能”都位于主控制系統(tǒng)中)的非智能終端。
手持用戶界面78可以根據(jù)需要包含恒溫器18，使用戶能夠靈活選擇對房間溫度進行采樣的位置(提供了維持個人空間內(nèi)的溫度的能力)。這樣，手持用戶界面78取代了主控恒溫器單元18a。家庭可以包含其它的副控恒溫器單元18b，這些副控恒溫器單元可以通過無線鏈路或通過硬連線與主控制系統(tǒng)70進行通信。
圖10示出了使用高級控制器84而不是圖9的簡單用戶界面82與手持用戶界面78的組合的實施例。高級控制器82方案更好地適用于dchp單元12處于中央地點(比如廚房)的安裝形式。高級控制器82安裝在dchp單元12的外殼上并且使整個范圍的詳細用戶設(shè)置能夠得到調(diào)節(jié)。這一實施例需要至少一個額外的房間恒溫器單元18(通過無線電鏈路或硬連線進行通信)。也可以根據(jù)需要安裝其它的副控恒溫器單元18b。
圖9和10的實施例的其它特征也不同于圖1的實施例。在圖9和10的實施例中，是主控制系統(tǒng)70提供與調(diào)制解調(diào)器24的通信接口。主控制系統(tǒng)70可以在需要的情況下將信息傳遞給能量調(diào)度器20。當然，主控制系統(tǒng)70現(xiàn)在給出了可以將斯特林發(fā)動機26的工作時間直接傳送給能量調(diào)度器20的中央接口(與圖1的實施例中采用的dchp單元控制器14到編程器模塊16到能量調(diào)度器20的通信鏈相比)。
圖9和10還示出了與主控制系統(tǒng)70相連的維護用膝上型電腦80，這可以是維護工程師上門服務(wù)期間的情況。另選地，某些維護功能(尤其是診斷)可以通過使維護用膝上型電腦80或其它類型的計算機經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器24與主控制系統(tǒng)70相連接來遠程執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.一種家用供熱和供電系統(tǒng)，包括dchp單元、dchp單元控制器、編程器模塊和設(shè)置成與家用電器進行通信的能量調(diào)度器，其中所述dchp單元控制器、編程器模塊和能量調(diào)度器相鏈接，以允許在它們之間進行通信；所述dchp單元可以在所述dchp單元控制器的命令下操作以產(chǎn)生用于對家庭供熱的熱量和/或為家庭提供熱水以及產(chǎn)生用來供應(yīng)給家庭的電力；所述能量調(diào)度器可操作以接收來自家用電器的功率需求信息并使家用電器進行工作；所述編程器模塊可操作以接收用戶輸入的數(shù)據(jù)并由此產(chǎn)生相應(yīng)的供熱和/或熱水時間安排；所述dchp單元控制器可操作以根據(jù)由所述編程器模塊提供的供熱和/或熱水時間安排確定dchp單元的工作時間并將所述dchp單元工作時間提供給能量調(diào)度器；和所述能量調(diào)度器可操作以接收dchp單元工作時間并使用所述dchp單元工作時間確定家用電器的工作時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，還包括可操作以將dchp單元產(chǎn)生的電力供應(yīng)給輸電網(wǎng)的與電力輸送網(wǎng)的連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中所述編程器模塊可操作以顯示與家用供熱和供電系統(tǒng)相關(guān)的信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，還包括可操作以與一個或更多個遠程地點交換信息的通信裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中所述通信裝置包括可操作以通過電話網(wǎng)絡(luò)進行通信的調(diào)制解調(diào)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中所述編程器模塊可操作以經(jīng)由所述通信裝置接收來自服務(wù)提供商或產(chǎn)品提供商的信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求4到6中任一項所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中所述編程器模塊可操作以經(jīng)由所述通信裝置將關(guān)于供熱和供電系統(tǒng)的信息發(fā)送給維修代理。
8.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，還包括與所述編程器模塊相鏈接以實現(xiàn)與所述編程器模塊通信的第一恒溫器單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中所述第一恒溫器單元可操作以測量所述溫度并顯示如此測量到的溫度，并且還包括可操作以使得用戶設(shè)定期望的家庭溫度的調(diào)節(jié)裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，還包括一個或多個與第一恒溫器單元進行通信的副控恒溫器單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中只有所述第一恒溫器單元可操作以測量溫度，并且所有的恒溫器單元都可操作以顯示如此測量到的溫度并且還包括用于使用戶能夠設(shè)定家庭溫度的調(diào)節(jié)裝置。
12.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中所述dchp單元控制器具有可操作以控制dchp單元的發(fā)動機的第一部分并且具有可操作以控制所述dchp單元的一個或多個加熱元件的第二部分。
13.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，還包括可操作以接收由用戶輸入的數(shù)據(jù)并將這一信息告知編程器模塊的手持裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中所述手持裝置包括恒溫器。
15.一種家用供熱和供電系統(tǒng)，為家庭網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，包括集線器控制器；連接家庭網(wǎng)絡(luò)的電力輸送裝置；允許所述家庭網(wǎng)絡(luò)與所述集線器控制器之間進行通信的通信裝置；配備有dchp單元、dchp單元控制器和編程器模塊的至少一個家庭，其中所述dchp單元控制器、編程器模塊和集線器控制器被鏈接起來，以允許在它們之間進行通信，所述dchp單元可在所述dchp單元控制器的命令下操作以產(chǎn)生用于對該家庭供熱的熱量和/或為該家庭提供熱水以及產(chǎn)生用于在該家庭中使用和用于通過所述電力輸送裝置供應(yīng)到家庭網(wǎng)絡(luò)中的電力，所述編程器模塊可操作以接收由用戶輸入的數(shù)據(jù)并由此產(chǎn)生相應(yīng)的供熱和/或熱水時間安排，并且所述dchp單元控制器可操作以根據(jù)由所述編程器模塊提供的供熱和/或熱水時間安排確定所述dchp單元的工作時間并將這些dchp單元工作時間提供給所述集線器控制器；和配備有本地能量調(diào)度器的至少一個其它家庭，所述本地能量調(diào)度器設(shè)置成與所述集線器控制器和該家庭內(nèi)的家用電器進行通信，并且可操作以從所述家用電器接收功率需求信息并且將該信息傳遞給所述集線器控制器，其中所述集線器控制器可操作以使用所述dchp單元工作時間確定家用電器的工作時間并將所述家用電器工作時間傳送給本地能量調(diào)度器，該本地能量調(diào)度器進而使家用電器依照該時間安排進行工作。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到14中任一項所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中所述編程器模塊可操作以接收由用戶輸入的與具有起始和結(jié)束時間的時間段、該時間段期間家庭的期望溫度和/或在該時間段期間需要熱水的確認相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并且該編程器模塊可操作以由此產(chǎn)生相應(yīng)供熱和/或熱水時間安排；和所述dchp單元控制器可操作以依據(jù)由所述編程器模塊提供的供熱和/或熱水時間安排確定所述dchp單元的工作時間，從而在各個時間段的起始時間處家庭的溫度達到期望的溫度和/或有熱水可用。
17.一種家用供熱和供電系統(tǒng)，包括dchp單元、dchp單元控制器和編程器模塊，其中所述dchp單元可在所述dchp單元控制器的命令下操作以產(chǎn)生用于對家庭供熱的熱量和/或為家庭提供熱水以及產(chǎn)生用于供應(yīng)給家庭和/或與該家庭相連的電力輸送網(wǎng)的電力；所述編程器模塊可操作以接收由用戶輸入的與具有起始和結(jié)束時間的時間段、該時間段期間家庭的期望溫度和/或在該時間段期間需要熱水的確認相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并且所述編程器模塊可操作以由此產(chǎn)生相應(yīng)供熱和/或熱水時間安排；和所述dchp單元控制器可操作以依據(jù)由所述編程器模塊提供的供熱和/或熱水時間安排確定dchp單元的工作時間，從而在各個時間段的起始時間處家庭的溫度達到期望的溫度和/或有熱水可用。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，所述dchp單元還包括主燃燒器和輔助燃燒器，其中主燃燒器的工作產(chǎn)生電力并且其中所述dchp單元控制器依照應(yīng)當使輔助燃燒器的點火最少化的規(guī)則確定所述dchp單元的工作時間。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中所述dchp單元控制器可操作以確定所述dchp單元的工作時間，從而在設(shè)定了升高的期望溫度的時間段的起始時間之前存在主燃燒器獨自點火的時段。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中所述dchp單元控制器可操作以接收代表家庭溫度的信息并預(yù)測對于所述時間段的起始點所述家庭是否會按時達到期望溫度，并且在預(yù)測結(jié)果是否定的情況下，可操作以使所述輔助燃燒器點火從而確保對于所述時間段的起始點所述家庭會按時達到期望溫度。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中所述dchp單元控制器可操作以針對之前的多個日子記錄達到時間段的期望溫度所花費的時間并使用這些時間確定使主燃燒器獨自點火期間的時段的長度。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中如果使所述輔助燃燒器點火來確保所述家庭在所述時間段的起始點之前達到期望溫度，則所述dchp單元控制器可操作以自動增大后續(xù)的主燃燒器獨自點火期間的時段的長度。
23.根據(jù)權(quán)利要求18到22中任一項所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中當在時間段的起始時間之前需要供熱和熱水二者時，所述dchp單元控制器依照這樣的規(guī)則來確定所述dchp單元的工作時間所述dchp單元在第一時段進行工作，以剛好在所述dchp單元進行工作來進行供熱的第二時段之前提供熱水。
24.根據(jù)權(quán)利要求18到23中任一項所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中所述dchp單元控制器可操作以確定所述dchp單元的工作時間從而主燃燒器在所述時段之間保持點火。
25.根據(jù)權(quán)利要求18到24中任一項所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中由所述dchp單元在所述dchp單元控制器的命令下在時間段期間保持供熱和/或熱水，從而所述dchp控制器可操作以依照輔助燃燒器在點火和空閑之間進行切換優(yōu)先于在點火和空閑之間切換主燃燒器的規(guī)則確定所述dchp單元的工作。
26.根據(jù)權(quán)利要求18到25中任一項所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中所述dchp控制器可操作以使用家庭溫度變化的速度的測量結(jié)果控制所述輔助燃燒器和/或主燃燒器的點火速度。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，還包括可操作以向所述dchp單元控制器供應(yīng)家庭溫度變化速度的測量結(jié)果的基于熱敏電阻的溫度計。
28.根據(jù)權(quán)利要求25到27中任一項所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中對主燃燒器頭部的溫度進行監(jiān)測。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中所述dchp單元控制器可操作以控制dchp單元來將主燃燒器頭部溫度維持為基本上為550℃。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中所述dchp單元控制器可操作以通過改變經(jīng)過主燃燒器的燃料的流量來維持主燃燒器頭部溫度。
31.根據(jù)權(quán)利要求27到30中任一項所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中將所述dchp單元控制器設(shè)置成如果測量到了高于上限的主燃燒器頭部溫度，則將所述主燃燒器切換到空閑。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的家用供熱和供電系統(tǒng)，其中將所述dchp單元控制器設(shè)置成，當測量到高于下限但是低于所述上限的主燃燒器頭部溫度時，降低所述主燃燒器頭部的溫度，而不將所述發(fā)動機燃燒器設(shè)定為空閑。
33.根據(jù)權(quán)利要求16到32中任一項權(quán)利要求所述的供熱和供電系統(tǒng)，其中所述編程器模塊可操作以接收由用戶輸入的與具有起始和結(jié)束時間的至少兩組時間段、該時間段期間家庭的期望溫度和/或在該時間段期間需要熱水的確認相應(yīng)的數(shù)據(jù)，各個時間段跨越二十四小時的時段，并且用戶指示一周中的各天使用哪一組，并且其中所述dchp單元控制器每天實施適合的組。
34.一種家用組合供熱和供電單元，用于對家庭供熱，包括主燃燒器和控制器，其中所述控制器可操作以參照所接收到的代表家庭溫度變化速度的信號控制所述主燃燒器的點火速度。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的家用組合供熱和供電單元，還包括輔助燃燒器，并且其中控制器可操作以參照所接收到的代表家庭溫度變化速度的信號控制所述主燃燒器或所述輔助燃燒器的點火速度。
36.一種家用組合供熱和供電單元，包括主燃燒器和控制器，其中在使用時，測量主燃燒器頭部的溫度，并且所述控制器可操作以控制所述主燃燒器的點火速度以維持基本恒定的溫度。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的家用組合供熱和供電單元，包括具有主燃燒器和輔助燃燒器的斯特林發(fā)動機，在使用時，將主燃燒器和輔助燃燒器二者點火，以進行供熱和/或提供熱水。
38.根據(jù)權(quán)利要求36或37所述的家用組合供熱和供電單元，其中所述控制器可操作以將主燃燒器頭部溫度維持為基本上為550℃。
39.根據(jù)權(quán)利要求36到38中任一項所述的家用組合供熱和供電單元，其中所述控制器可操作以通過改變經(jīng)過所述主燃燒器的燃料的流量來保持主燃燒器頭部溫度。
40.一種家庭內(nèi)的能量調(diào)度方法，該家庭包括dchp單元、dchp單元控制器、家用電器和能量調(diào)度器，該方法包括以下步驟用戶選擇熱水和/或供熱需求；所述dchp單元控制器調(diào)度所述dchp單元的工作，以根據(jù)所選擇的需求產(chǎn)生熱水和/或供熱時間安排；所述能量調(diào)度器調(diào)度所述家用電器的工作，以與所述dchp單元的工作相一致。
41.一種為家庭提供供熱和/或熱水的方法，該家庭包括dchp單元、dchp單元控制器、家用電器和能量調(diào)度器，該方法包括以下步驟用戶選擇具有起始和結(jié)束時間的時間段、該時間段期間家庭的期望溫度和/或在該時間段期間需要熱水的確認；和所述dchp單元控制器調(diào)度所述dchp單元的工作，以根據(jù)所選擇的供熱和/或熱水需求產(chǎn)生熱水和/或供熱時間安排，以使在各個時間段的起始時間，家庭的溫度達到選定的溫度和/或可以得到熱水。
全文摘要
本發(fā)明涉及能夠?qū)崿F(xiàn)操縱家用組合供熱和供電(dchp)單元的有效方法的家用供熱和供電系統(tǒng)并且涉及具有dchp單元的家庭內(nèi)調(diào)度家用電器工作的節(jié)能方法。dchp單元為家庭提供供熱和熱水并且還產(chǎn)生家庭中使用的電力。給出了一種家用供熱和供電系統(tǒng)，包括dchp單元、dchp單元控制器、編程器模塊和能量調(diào)度器，它們相互鏈接以允許在它們之間進行通信，其中編程器模塊接收輸入的數(shù)據(jù)并且由此產(chǎn)生供熱和/或熱水時間安排，dchp單元控制器依照該時間安排確定dchp單元的工作時間并且將這些工作時間提供給能量調(diào)度器，然后該能量調(diào)度器在工作時間期間使家用電器進行工作。
文檔編號F24D19/10GK1878990SQ200480033432
公開日2006年12月13日 申請日期2004年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月14日
發(fā)明者奈杰爾·格雷厄姆·摩爾, 希瑟·奧德瑞蒂, 弗蘭克·費爾迪南迪, 克里斯托弗·約翰·斯彭斯利, 艾德里安·羅賓·理查森, 韋恩·肯尼思·奧爾德里奇, 大衛(wèi)·安東尼·克拉克, 艾倫·威廉·麥卡錫·懷皮爾 申請人:麥克羅金能源有限公司