TWI603042B - 具有發電系統的熱水器及熱水器發電方法 - Google Patents

Description

具有發電系統的熱水器及熱水器發電方法

本發明在於提供一種具有發電系統的熱水器及熱水器發電方法，尤指一種燃氣熱水器及其發電方法。

熱水器是目前一般居家生活不可或缺的裝置，就使用的能源而言，大致可分為燃氣熱水器、電熱水器及太陽能熱水器等，其中燃氣熱水器廣泛的為一般大眾所使用。

習知的燃氣熱水器於機體內部設置有燃燒器及熱交換器，該熱交換器連接有冷水管路及熱水管路，熱交換器、冷水管路及熱水管路可構成一水迴路。該冷水管路的一端具有一冷水入口，可連接於適當的水源，用於輸入欲加熱的冷水。該熱水管路的一端具有一熱水出口，可由冷水入口及冷水管路輸入欲加熱的冷水，使冷水輸送至熱交換器，冷水進入熱交換器進行熱交換，而後由熱水管路及熱水出口輸出熱水。

當該燃燒器被點燃後，燃燒器可產生高溫的燃燒氣體，燃燒氣體被向上推送，燃燒氣體接觸熱交換器，藉以進行熱交換的操作，使得流經熱交換器內的水可從常溫被加熱至高溫，再行排出熱水使用。

惟，習知的燃氣熱水器通常設有點火器，該點火器由電池供應電源，因此使用者需經常檢視電池的狀況，且需於家中儲存備 用的電池，否則一但電池的電力用盡，熱水器隨即停擺而無法使用，造成使用者極大的不便。

綜上所述，本發明人有感上述缺失可改善，乃特潛心研究並配合學理之應用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。

本發明所要解決的技術問題，在於提供一種具有發電系統的熱水器及熱水器發電方法，可以長時間不用更換電池，以免除經常更換電池的不便。

為了解決上述的技術問題，本發明提供一種具有發電系統的熱水器，包括：一機體；一燃燒器，該燃燒器設置於該機體內部；一熱交換器，該熱交換器設置於該機體內部，該熱交換器連接有一冷水管路及一熱水管路；一熱電轉換模組，該熱電轉換模組設有一熱電轉換晶片，該熱電轉換晶片具有一熱接點及一冷接點，該熱電轉換晶片的冷接點與該冷水管路之間以導熱的方式連接；一導熱裝置，該導熱裝置的一端與該熱交換器之間以導熱的方式連接，該導熱裝置的另一端與該熱電轉換晶片的熱接點之間以導熱的方式連接；一蓄電模組，該蓄電模組電性連接於該熱電轉換模組；以及一點火器，該點火器靠近該燃燒器，且該點火器電性連接於該蓄電模組。

為了解決上述技術問題，本發明還提供一種熱水器發電方法，包括步驟：提供一所述之具有發電系統的熱水器；啟動該熱水器，當該燃燒器被點燃後，該燃燒器能產生高溫的燃燒氣體，該燃燒氣體接觸該熱交換器，使該熱交換器被加熱；以及當該熱交換器被加熱時，通過該導熱裝置將高溫傳導至該熱電轉換晶片的熱接點，使該熱電轉換晶片的熱接點及冷接點產生電壓，並將電壓輸送至該蓄電模組及該點火器。

較佳的，該熱交換器具有多個鰭片及一水管，該些鰭片間隔設置，該水管穿設於該些鰭片中，該些鰭片及該水管的外部設置有一殼體。該導熱裝置包含一熱導管，該熱導管的一端連接一導熱片，該導熱片接觸該熱交換器的殼體，該熱導管的另一端接觸該熱電轉換晶片的熱接點。

較佳的，該熱導管的一端形成一第一端部，該第一端部呈彎折狀，該第一端部的側面與該導熱片連接。該熱導管的另一端形成一第二端部，該第二端部垂直於該熱導管，且該第二端部平行於該熱電轉換晶片的熱接點，該第二端部的側面與該熱電轉換晶片的熱接點連接。

較佳的，該冷水管路的一端設置有一冷水接頭傳導器，該熱電轉換晶片的冷接點與該冷水接頭傳導器接觸。

本發明至少具有下列的優點：本發明可以利用導熱裝置將熱交換器的高溫傳導至熱電轉換晶片的熱接點，使該熱電轉換晶片的熱接點及冷接點產生電位差，並將電壓輸送至蓄電模組及點火器。本發明通過該熱電轉換模組取得電力，可達到長時間不用更換電池之目的。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

1‧‧‧機體

2‧‧‧燃燒器

3‧‧‧熱交換器

31‧‧‧鰭片

32‧‧‧水管

33‧‧‧殼體

4‧‧‧燃氣管路

41‧‧‧第一電磁閥

42‧‧‧第二電磁閥

5‧‧‧冷水管路

51‧‧‧冷水入口

52‧‧‧冷水接頭傳導器

6‧‧‧熱水管路

61‧‧‧熱水出口

7‧‧‧熱電轉換模組

71‧‧‧熱電轉換晶片

711‧‧‧熱接點

712‧‧‧冷接點

8‧‧‧導熱裝置

81‧‧‧熱導管

811‧‧‧第一端部

812‧‧‧第二端部

82‧‧‧導熱片

9‧‧‧蓄電模組

91‧‧‧導線

92‧‧‧升壓穩壓迴路

921‧‧‧升壓保持電路

922‧‧‧逆向電壓保護電路

93‧‧‧充電迴路

931‧‧‧電壓源控制電路

932‧‧‧限流保護電路

933‧‧‧電池過熱保護電路

934‧‧‧電池狀態指示電路

935‧‧‧電池電力監控電路

94‧‧‧輸出控制迴路

941‧‧‧電力輸出控制電路

942‧‧‧輸出穩壓電路

943‧‧‧輸出短路保護電路

10‧‧‧點火器

11‧‧‧電池盒

111‧‧‧溫度感測器

圖1為本發明熱水器的平面示意圖。

圖2為本發明熱電轉換模組的平面示意圖。

圖3為本發明的電路方塊圖(一)。

圖4為本發明的電路方塊圖(二)。

圖5為本發明熱水器發電方法的流程圖。

[第一實施例]

請參閱圖1，本發明提供一種具有發電系統的熱水器，該熱水器為一燃氣熱水器，包括一機體1、一燃燒器(火排)2及一熱交換器3。該機體1為一中空殼體，燃燒器2及熱交換器3設置於機體1內部，燃燒器2及熱交換器3設置的位置並不限制，可因應需要而加以變化。在本實施例中，燃燒器2及熱交換器3由下而上依序的設置於機體1內部。該燃燒器2可連接有一燃氣管路4，該燃氣管路4的一端可連接於燃氣(瓦斯)來源，用以輸送燃氣至該燃燒器2。該燃氣管路4上可設有一第一電磁閥41及一第二電磁閥42，用以控制燃氣的開關及流量等。當燃燒器2被點燃後，燃燒器2可產生高溫的燃燒氣體，燃燒氣體被向上推送，燃燒氣體接觸熱交換器3，藉以進行熱交換的操作，使得流經熱交換器3內的水可從常溫被加熱至高溫，再行排出熱水使用。

該熱交換器3連接有一冷水管路5及一熱水管路6，熱交換器3、冷水管路5及熱水管路6可構成一水迴路，熱交換器3連接於冷水管路5及熱水管路6之間。該冷水管路5的一端具有一冷水入口51，可連接於適當的水源，用於輸入欲加熱的冷水。該熱水管路6的一端具有一熱水出口61，用於輸出加熱完成的熱水。該熱水器可進一步包括一電控機板(圖略)，該電控機板設置於機體1內部，燃燒器2等裝置電性連接於該電控機板，以便利用該電控機板控制燃燒狀況，藉此產生熱水。

該熱交換器3的型式及構造並不限制，在本實施例中，該熱交換器3具有多個鰭片31及一水管32，鰭片31及水管32以高熱傳導材料(如銅等)製成，該些鰭片31間隔設置，該水管32穿設於該些鰭片31中，且鰭片31及水管32的外部設置有一殼體33。水管32一端連接於冷水管路5，另一端連接於熱水管路6，使水管32連接於冷水管路5及熱水管路6之間。可由冷水入口51 及冷水管路5輸入欲加熱的冷水，使冷水輸送至熱交換器3，冷水進入熱交換器3進行熱交換，而後再由熱水管路6及熱水出口61輸出熱水，以供使用者使用。由於上述熱水器的構造大致與既有技術的構造相同，故不再加以贅述。

本發明的熱水器另包括一熱電轉換模組7、一導熱裝置8、一蓄電模組9及一點火器10，該熱電轉換模組7、導熱裝置8、蓄電模組9及點火器10設置於機體1內部。該熱電轉換模組7設有一熱電轉換晶片71，該熱電轉換晶片71為一種可將熱能轉換為電能的元件，以便透過熱電轉換模組7取得電力。該熱電轉換晶片71具有一熱接點711及一冷接點712(如圖2所示)。

該導熱裝置8以高熱傳導材料(如銅等)製成，導熱裝置8設置於熱交換器3及熱電轉換晶片71的熱接點711之間，用以將熱交換器3的高溫傳導至熱電轉換晶片71的熱接點711。在本實施例中，該導熱裝置8可包含一熱導管81，該熱導管81的一端延伸至熱交換器3，且熱導管81的一端連接一導熱片82，該導熱片82以貼附或焊接等方式接觸熱交換器3的表面(殼體33)，使得導熱裝置8的一端與熱交換器3之間以導熱的方式連接。該熱導管81的另一端則延伸至熱電轉換晶片71的熱接點711，且熱導管81的另一端以貼附或焊接等方式接觸熱電轉換晶片71的熱接點711，使得導熱裝置8的另一端與熱電轉換晶片71的熱接點711之間以導熱的方式連接。藉此，熱交換器3的高溫可以通過導熱裝置8的導熱片82及熱導管81傳導至熱電轉換晶片71的熱接點711。

該熱電轉換晶片71的冷接點712與冷水管路5之間以導熱的方式連接。具體而言，熱電轉換晶片71的冷接點712可與冷水管路5上的任一組件以貼附或焊接等方式接觸，在本實施例中，該冷水管路5的一端設置有一冷水接頭傳導器52，該冷水接頭傳導器52以高熱傳導材料(如銅等)製成，冷水接頭傳導器52的構 造與既有冷水接頭的構造相同，用以連接冷水管路5與水源。該冷水接頭傳導器52兼具有冷水接頭及傳導的功能，熱電轉換晶片71的冷接點712可與冷水管路5上的冷水接頭傳導器52以貼附或焊接等方式接觸，使得熱電轉換晶片71的冷接點712與冷水管路5之間以導熱的方式連接，冷水接頭傳導器52也能提供較大的熱傳導面積。藉此，該冷水管路5的低溫可以通過冷水接頭傳導器52傳導至熱電轉換晶片71的冷接點712。

在本實施例中進一步揭示該熱導管81的一端形成一第一端部811，該第一端部811呈彎折狀，例如呈U型彎折狀，該第一端部811的側面與導熱片82以貼附或焊接等方式連接，可具有較大的接觸面積，使其接合更為穩固，且熱傳導效率較佳。該熱導管81的另一端形成一第二端部812，該第二端部812垂直於熱導管81，且該第二端部812平行於熱電轉換晶片71的熱接點711，該第二端部812的側面與熱電轉換晶片71的熱接點711以貼附或焊接等方式連接，可具有較大的接觸面積，使其接合更為穩固，且熱傳導效率較佳。

該蓄電模組9電性連接於熱電轉換模組7，該蓄電模組9為一蓄電電路，該蓄電模組9能以一導線91電性連接於熱電轉換模組7，熱電轉換晶片71可在熱接點711及冷接點712產生電壓(電位差)，並通過導線91將電壓輸送至蓄電模組9。該點火器10靠近燃燒器2，且該點火器10電性連接於蓄電模組9，以便利用蓄電模組9提供點火器10點火時所需的電源。該機體1內部也可設有一電池盒11(備援電池組)，該電池盒11電性連接於蓄電模組9，電池盒11可以提供第一次安裝時，蓄電模組9為充電時所需啟動點火器10的電源。

當熱水器燃燒時，熱交換器3的表面產生高溫，並通過導熱裝置8將高溫傳導至熱電轉換晶片71的熱接點711，使該熱電轉換晶片71的熱接點711及冷接點712產生電壓(電位差)，並通 過導線91將電壓輸送至蓄電模組9及點火器10。本發明通過該熱電轉換模組7取得電力，可達到長時間不用更換電池之目的。

[第二實施例]

另，請參閱圖1至圖4，本發明的蓄電模組9可進一步包含一升壓穩壓迴路92、一充電迴路93及一輸出控制迴路94，升壓穩壓迴路92電性連接於熱電轉換模組7，充電迴路93電性連接於升壓穩壓迴路92，電池盒11電性連接於充電迴路93，輸出控制迴路94電性連接於電池盒11，電池盒11可放置充電電池。是以，本發明可以透過熱電轉換模組7獲取電力，經由升壓穩壓迴路92將獲取的電力維持在可以供給充電電池的電壓。後段的充電迴路93可以直接供給負載(如點火器10)，或將使用後剩餘的電力回充至電池盒11。電池盒11可以通過充電迴路93維持電力，電力需求則由輸出控制迴路94開啟來供應外部電力的需求。該電池盒11可通過輸出控制迴路94輸出電壓，該電池盒11可以提供短暫大電力的需求，並通過長時間的熱電轉換模組7充電，可達到長時間不用更換電池之目的。

進一步的，升壓穩壓迴路92可包含一升壓保持電路921及一逆向電壓保護電路922，升壓保持電路921電性連接於熱電轉換模組7，逆向電壓保護電路922電性連接於升壓保持電路921，該逆向電壓保護電路922可以避免熱電轉換無輸出時電壓逆流造成多餘的電力損耗。充電迴路93可包含一電壓源控制電路931及一限流保護電路932，電壓源控制電路931電性連接於逆向電壓保護電路922，電力傳輸至充電迴路93可以通過電壓源控制電路931使其充電電壓維持在固定的電壓範圍，不受負載(電池)的影響造成電壓不穩定。限流保護電路932電性連接於電壓源控制電路931，且電池盒11電性連接於限流保護電路932，該限流保護電路932可避免異常大電流破壞電池。

該電池盒11可設有一溫度感測器111，該溫度感測器111電 性連接於一電池過熱保護電路933，電池過熱保護電路933電性連接於一電池狀態指示電路934。該電池盒11可電性連接於一電池電力監控電路935，該電池電力監控電路935電性連接於限流保護電路932及電池狀態指示電路934。在電池充電過程可經由電池電力監控電路935隨時監控電力狀況，在充電完成後關閉充電迴路93，提升電池壽命。電池操作狀態則可通過電池狀態指示電路934顯示出目前在充電中、充電完成或電力不足等狀態。基於電池老化或環境影響，該溫度感測器111設在電池盒11(電池模組)上，可以隨時監控電池的溫度狀態，當異常高溫時可觸發充電迴路93及輸出控制迴路94關閉操作，以保護系統安全性。

該輸出控制迴路94可包含一電力輸出控制電路941、一輸出穩壓電路942及一輸出短路保護電路943，電力輸出控制電路941電性連接於電池盒11，輸出穩壓電路942電性連接於電力輸出控制電路941，輸出短路保護電路943電性連接於輸出穩壓電路942。為了確保電池的輸出電壓可以穩定輸出給負載(如點火器10等)，提供該輸出穩壓電路942來保持電壓的穩定性。為了避免外部裝置異常導致電池及控制迴路損壞，設置該輸出短路保護電路943以確保負載異常時關閉輸出電力，用以保護電池及迴路的安全性。

[第三實施例]

請參閱圖1、圖2及圖5，本發明另提供一種熱水器發電方法，包括步驟：首先，提供一所述具有發電系統的熱水器；由於該熱水器與上述實施例相同，不再予以贅述；接著，啟動該熱水器，以便利用該熱水器將冷水加熱成為熱水；當該燃燒器2被點燃後，該燃燒器2能產生高溫的燃燒氣體，燃燒氣體被向上推送，燃燒氣體接觸該熱交換器3，使該熱交換器3被加熱至高溫，藉以進行熱交換的操作，藉此，可使流經該熱交 換器3內的水可從常溫被加熱至高溫，再行排出熱水使用；以及該熱交換器3被加熱時，通過該導熱裝置8將高溫傳導至該熱電轉換晶片71的熱接點711，使該熱電轉換晶片71的熱接點711及冷接點712產生電壓(電位差)，並將電壓輸送至該蓄電模組9及該點火器10。另，可將使用後剩餘的電力回充至電池盒(備援電池組)11。

惟以上所述僅為本發明之優選實施例，非意欲侷限本發明的專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為的等效變化，均同理皆包含於本發明的權利保護範圍內，合予陳明。

1‧‧‧機體

2‧‧‧燃燒器

3‧‧‧熱交換器

31‧‧‧鰭片

32‧‧‧水管

33‧‧‧殼體

4‧‧‧燃氣管路

41‧‧‧第一電磁閥

42‧‧‧第二電磁閥

5‧‧‧冷水管路

51‧‧‧冷水入口

52‧‧‧冷水接頭傳導器

6‧‧‧熱水管路

61‧‧‧熱水出口

7‧‧‧熱電轉換模組

71‧‧‧熱電轉換晶片

8‧‧‧導熱裝置

81‧‧‧熱導管

811‧‧‧第一端部

812‧‧‧第二端部

82‧‧‧導熱片

9‧‧‧蓄電模組

91‧‧‧導線

10‧‧‧點火器

11‧‧‧電池盒

Claims (9)

1. 一種具有發電系統的熱水器，包括：一機體；一燃燒器，該燃燒器設置於該機體內部；一熱交換器，該熱交換器設置於該機體內部，該熱交換器連接有一冷水管路及一熱水管路；一熱電轉換模組，該熱電轉換模組設有一熱電轉換晶片，該熱電轉換晶片具有一熱接點及一冷接點，該熱電轉換晶片的冷接點與該冷水管路之間以導熱的方式連接；一導熱裝置，該導熱裝置的一端與該熱交換器之間以導熱的方式連接，該導熱裝置的另一端與該熱電轉換晶片的熱接點之間以導熱的方式連接；一蓄電模組，該蓄電模組電性連接於該熱電轉換模組；以及一點火器，該點火器靠近該燃燒器，且該點火器電性連接於該蓄電模組；其中該熱交換器具有多個鰭片及一水管，該些鰭片間隔設置，該水管穿設於該些鰭片中，該些鰭片及該水管的外部設置有一殼體；該導熱裝置包含一熱導管，該熱導管的一端連接一導熱片，該導熱片接觸該熱交換器的殼體，該熱導管的另一端接觸該熱電轉換晶片的熱接點；該冷水管路的一端設置有一冷水接頭傳導器，該熱電轉換晶片的冷接點與該冷水接頭傳導器接觸。
2. 如請求項1所述之具有發電系統的熱水器，其中該熱導管的一端形成一第一端部，該第一端部呈彎折狀，該第一端部的側面與該導熱片連接。
3. 如請求項2所述之具有發電系統的熱水器，其中該熱導管的另一端形成一第二端部，該第二端部垂直於該熱導管，且該第二端部平行於該熱電轉換晶片的熱接點，該第二端部的側面與該熱電轉換晶片的熱接點連接。
4. 如請求項1所述之具有發電系統的熱水器，其中該機體內部設有一電池盒，該電池盒電性連接於該蓄電模組。
5. 如請求項4所述之具有發電系統的熱水器，其中該蓄電模組包含一升壓穩壓迴路、一充電迴路及一輸出控制迴路，該升壓穩壓迴路電性連接於該熱電轉換模組，該充電迴路電性連接於該升壓穩壓迴路，該電池盒電性連接於該充電迴路，該輸出控制迴路電性連接於該電池盒。
6. 如請求項5所述之具有發電系統的熱水器，其中該升壓穩壓迴路包含一升壓保持電路及一逆向電壓保護電路，該升壓保持電路電性連接於該熱電轉換模組，該逆向電壓保護電路電性連接於該升壓保持電路，該充電迴路包含一電壓源控制電路及一限流保護電路，該電壓源控制電路電性連接於該逆向電壓保護電路，該限流保護電路電性連接於該電壓源控制電路，該電池盒電性連接於該限流保護電路。
7. 如請求項6所述之具有發電系統的熱水器，其中該電池盒設有一溫度感測器，該溫度感測器電性連接於一電池過熱保護電路，該電池過熱保護電路電性連接於一電池狀態指示電路，該電池盒電性連接於一電池電力監控電路，該電池電力監控電路電性連接於該限流保護電路及該電池狀態指示電路。
8. 如請求項5所述之具有發電系統的熱水器，其中該輸出控制迴路包含一電力輸出控制電路、一輸出穩壓電路及一輸出短路保護電路，該電力輸出控制電路電性連接於該電池盒，該輸出穩壓電路電性連接於該電力輸出控制電路，該輸出短路保護電路電性連接於該輸出穩壓電路。
9. 一種熱水器發電方法，包括步驟：提供一如請求項1至8所述之具有發電系統的熱水器； 啟動該熱水器，當該燃燒器被點燃後，該燃燒器能產生高溫的燃燒氣體，該燃燒氣體接觸該熱交換器，使該熱交換器被加熱；以及當該熱交換器被加熱時，通過該導熱裝置將高溫傳導至該熱電轉換晶片的熱接點，使該熱電轉換晶片的熱接點及冷接點產生電壓，並將電壓輸送至該蓄電模組及該點火器。