CN1344900A - 以光电为热源的供暖供热系统 - Google Patents

以光电为热源的供暖供热系统 Download PDF

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Abstract

一种以光电为热源的供暖供热系统,包括光电加热主机、蓄热罐、控制柜、热媒循环管道系统,光电加热主机由n个光电加热单元组成,n为自然数;每一光电加热单元主要由聚光反射器,石英灯管和换热器组成;聚光反射器有一横截面为凹弧形的高光洁度的内凹反射曲面,石英灯管固装在该反射曲面的焦点位置;换热器安装在聚光反射器的反射曲面的折射光线能够照射到的位置,该换热器的进水管连接聚光反射器箱体的冷却水出水管;本发明实现零污染,无排放,高效节能,运行安全,费用低廉,体积小巧,既可以用于工业及建筑的供热供暖,也可用于家庭热水供给。

Description

以光电为热源的供暖供热系统
技术领域
本发明涉及工业及建筑供暖供热工程，具体地说是一种以光电为热源的供暖供热系统。
背景技术
目前为工业及民用建筑供暖供热的设备多采用以燃煤、燃气或燃油为能源的锅炉，此类设备存在的弊端是众所周知的，如燃烧时对大气环境的污染，燃料运输、贮存、炉渣的排放等诸多不便，此类设备尽管经过多次改进，但能源利用率低，燃料被大量地浪费，另外锅炉运行时除去劳动条件艰苦外，还需要有专业技术的操作人员，稍有不慎便有酿成大祸的危险，还有修建锅炉房、燃料贮存库，不但要耗去大量的人力、物力、财力，还要占去很多宝贵的土地。散在于用户中的电供暖热设备如小型蓄热式电锅炉，电取暖器、空调、暖风机、电热水器等，又因其热效率低，耗电量大，价格昂贵等原因，还不能为广大用户所接受。目前国际上供暖供热性能先进的产品是在美国生产的一种蓄热式电热锅炉，它们采用的发热元件是电阻丝或热管，电热转换率为68.4％，电热管平均寿命为1000小时，每个供暖季节要更换一次，因电热管与水直接接触，所以存在着漏电隐患，解决的办法是靠一套复杂的电器保护系统来控制，该设备目前售价很高，还难以普及使用。
发明内容
本发明的目的是打破传统的供热加热方式，提供一种实现零污染，无排放，高效节能，运行安全，费用低廉，体积小巧的以光电为热源的供暖供热系统。
本发明的目的是这样实现的：
一种以光电为热源的供暖供热系统，包括光电加热主机、蓄热罐、控制柜、热媒循环管道系统，其特征在于：
所述光电加热主机由n个光电加热单元组成，n为自然数；每一光电加热单元主要由聚光反射器，石英灯管和换热器组成；
聚光反射器有一横载面为凹弧形的高光洁度的内凹反射曲面，该反射曲面的背部连接一有密闭空腔的箱体，该箱体两端各有冷却水进、出水管连通该空腔，该箱体有供组合安装的连接部，该箱体两端有供安装石英灯管的支架，该石英灯管固装在该反射曲面的焦点位置；所述换热器为有进、出水口的密闭腔室，安装在聚光反射器的反射曲面的折射光线能够照射到的位置，该换热器的进水口连接聚光反射器箱体的冷却水出水管。
本发明的目的还可以通过以下措施实现：
所述聚光反射器的反射曲面为抛物线曲面。
所述聚光反射器的箱体的组合结构可以是上、下排结构，也可是环形结构，其组合连接部可以是螺钉连接，插榫连接、焊接、铆接、粘结中的任一种。
所述换热器的结构可以是由两块人字形波纹板按相反方向叠加在一起的空格式金属换热器，周边焊接封闭，两端各设进、出水管。
所述蓄热罐为双层壁的罐式结构，双层壁之间充以聚胺脂泡沫塑料，罐上装有水位计和安全排气阀。
所述热媒管道系统的构造为：所述光电供热主机的出口管有两分支，一分支经调节阀、截止阀连通用户供暖管，该供暖管连通用户散热器；该用户供暖管连通高于散热器的集气罐，该散热器的回水管经逆止阀、循环泵连通供热主机；该出口管的另一分支经调节阀，载止阀连通蓄热罐的进口管，该蓄热罐的出口管经逆止阀连通循泵前方的回水管；该回水管以三通连接一膨涨水管，该膨涨水管的水位高于散热器；所述供热主机的石英灯管连接控制柜，该控制柜连接设置在安装有散热器的房间内的温度传感器。
所述热媒管道系统的构造为：所述光电供热主机的进口管连接自来水，供热主机内换热器的出口管连通蓄热罐的进口管，该蓄热罐有回水管连接循环泵，该循环泵的出水管连接供热主机，该循环泵及供热主机的石英灯管的导线连接控制柜，该蓄热罐的出口管连接用热水器。
所述聚光反射器的反射曲面的材质为金属镀金、银、铝箔中的任一
本发明有以下积极有益的效果：
本发明由于采用了光辐射加热方法作为热源，经几十次的实验取得了如下的效果：
1.零污染：光电加热器的能源是电，在加热过程中不产生各种气体和排放物、不消耗氧气，光源是以远红外及可见光为主的光线，对人对物均无损害，因此没有任何污染。
2.节能：由于聚光系统将光能高密度地、定向地聚集到被加热物体上，能量得到了充分地利用，实践证明它比目前其它加热方式节能10-40％以上。
3.安全：本发明的传热媒介是光辐射，光源与被加热物体间有一段距离，因此真正地实现了水电分离，没有漏电短路的隐患。
4.自动化程度高：由于采用了电脑控制，为自动调温及故障报警提供了保证，实践证明：用户设定的室内温度与实测温度仅相差±2℃。
5.占地面积小：供应一座1000M2的建筑物，整套光电供暖供热设备占地仅用12M2，其主机体积为：长1200mm、宽650mm、高800mm。
6.经济：光电供暖主机的功率和供暖供热面积是无限的，从几十平方米至几万平方米的大型建筑均可应用，它可与建筑物现有的采暖系统对接，无需另外施工，该设备无需建造专用锅炉房，每座楼房可独立安装，不用埋设管道，节省了大批的建筑安装费用。就其运行费来说地远远低于
现有技术产品。
附表一是本发明与美国现有的蓄热式电热锅炉的性能对比表。
附表二是本发明与其它各种供暖方式运行费的对比表。
从附表一、二的对比，说明本发明的性能指标优于现有技术。
附图说明
图1是本系统使用的光电加热单元一实施例的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是本系统的由上、下各两排加热单元和换热器组合在一起的实施例的结构示意图；
图4是图3的侧视图；
图5是本系统用于建筑物采暖的一实施例的结构示意图；
图6是本系统用于家庭热水供给一实施例的结构示意图。
附图编号：
1.光电加热主机
101.聚光反射器(反射体)
111.反射曲面           112.封闭空腔         113.箱体
114.(冷却水)进水管     115.(冷却水)出水管
116.灯管支架           117.箱体端盖         118.空腔堵头
119.连接板             120连接部
102.石英灯管
121.折射光线           122.导线
103.换热器
131.受热面        132.进水口(进水管)    133.出水口(出水管)
134.热媒管道      135.波纹板
2.控制柜          3.管道            4.调节阀
5.载止阀(闸阀等)
6.蓄热罐
601.进水管             602.出水管
603.接用热水器(热水龙头、浴用喷头等)
7.逆止阀             8.膨涨水箱         9.循环泵
10.载止阀(闸阀等)    11.温度传感器      12.用户散热器
13.集气罐            14.用户供暖管      15.回水管
16.自来水
具体实施方式
本发明是一种以光电为热源的供暖供热系统，包括光电加热主机、蓄热罐、控制柜、热媒循环管道系统，
请参照图1、图2、图3、图4，所述光电加热主机1由n个光电加热单元组成，n为自然数；每一光电加热单元主要由聚光反射器101，石英灯管102和换热器103组成；
聚光反射器101有一横载面为凹弧形的高光洁度的内凹反射曲面111，该反射曲面111的背部连接一有密闭空腔112的箱体113，该箱体两端焊接有空腔堵头118，并用螺钉安装有箱体端盖117，该箱体两端各有冷却水进、出水管114、115连通该空腔，该箱体有供组合安装的连接部120，该箱体两端有供安装石英灯管102的支架116，该石英灯管102固装在该反射曲面111的焦点位置；所述换热器103为有进、出水口132、133的密闭腔室，安装在聚光反射器的反射曲面的折射光线121能照射到的位置，该换热器的进水口132连接聚光反射器箱体的冷却水出水管115。
实施时，所述聚光反射器1的反射曲面111最佳为抛物线曲面。
实施时，所述聚光反射器的箱体的组合结构可以是上、下排结构，也可是环形结构，其组合连接部可以是螺钉连接，插榫连接、焊接、铆接、粘结中的任一种。图4选用的是上下各三组的结构，以螺钉连接。
在图3所示实施例中，所述换热器102的结构是由两块人字形波纹板135按相反方向叠加在一起的空格式金属换热器，周边焊接封闭，两端各设进、出水管132、133。
实施时，所述蓄热罐6为双层壁的罐式结构，双层壁之间充以聚胺脂泡沫塑料实现保温，罐上有水位计和安全排气阀(附图未示)。
在图5所示实施例中，所述热媒管道系统的构造为：所述光电供热主机1的出口管3有两分支，一分支经调节阀4、截止阀10连通用户供暖管14，该供暖管14连通用户散热器12；该用户供暖管14连通高于散热器12的集气罐13，该散热器12的回水管15经逆止阀7、循环泵9连通供热主机1；该出口管3的另一分支经调节阀4，截止阀5连通蓄热罐6的进口管601，该蓄热罐6的出口管602经逆止阀7连通循泵9前方的回水管15；该回水管15以三通连接一膨涨水管8，该膨涨水管的水位高于散热器12；所述供热主机的石英灯管连接控制柜2，该控制柜连接设置在安装有散热器12的房间内的温度传感器11。
所述蓄热罐在常压下工作，罐上装有水位计和安全排气阀，最高温度工作点为95℃。由光电加热主机、调节阀门、蓄热罐、循环泵等组成一个循环回路，蓄热罐里的热媒经循环泵送到光电加热主机被加热后经调节阀再回到蓄热罐完成一个加热循环，每一次循环热媒被升温20-25℃，当蓄热罐里热媒达到为用户供热的标准时，关闭蓄热罐的进口阀门，热媒将直接进入用户的采暖循环系统，一般用户循环的供水温度和回水温度相差20-25℃。
所述的控制柜2是由温度传感器、计算机处理中心和执行元件组成，温度传感器可测量到用户的室内温度，当室内实际温度与用户设置温度有差距时，温度传感器就会反馈给主控中心一个电信号，经计算机处理后便可给执行元件—固态调压器发出指令，从而改变供电电压及电流达到调温的目的，控制柜的另一项任务是监测光电加热器的工作状态，光电加热器工作时石英灯周围的温度可达600℃，为了保护反射体的镜面不被烧坏，必须有一循环水为其冷却，整机工作前必须先开启循环水泵，或当循环水泵出现故障断水时，必须关闭电源，还有该光加热主机是由多个加热单元组成，控制柜还要担任巡检每个石英灯是否出现故障的任务，该控制柜右以采用MC351系列单片计算机，以8031单片机为控制核心，配置了必要的计算机硬件系统和外围I/O接口电路等，这里所说的计算机控制电路及温度传感器可采用已有技术，这对本技术领域普通技术人员来说都是显而易见的，本说明书不详述。
在图6所示实施例中，所述热媒管道系统的构造为：所述光电供热主机1的进口管连接自来水16，供热主机内换热器的出口管连通蓄热罐6的进口管601，该蓄热罐6有回水管604连接循环泵9，该循环泵9的出水管连接供热主机1，该循环泵9及供热主机1的石英灯管的导线连接控制柜2，该蓄热罐6的出口管602连接用热水器603，如浴头、洗衣、洗碗等。
其工作方式为：自来水(冷水)16由管道进入加热主机1的聚光反射器101的箱体空腔112内进行预热，经换热器升温后进入蓄热罐6，当热水温度未过到洗浴温度时，关闭阀门5，蓄热罐6内的水由控制柜2自动操作打开循环泵9，经回水管604、循环泵9进入加热主机1进行二次加热，再进入蓄热水罐6至水温达到用热水要求，提供给家庭用热水的场所，如洗浴、洗碗、洗衣等。
实施时，所述聚光反射器1的反射曲面111的材质最佳为金属镀金箔或银箔或铝箔。
实施时，所述的石英灯管102是一支管状红外线石英灯，它有一根钨灯丝，这个质量很轻的钨灯丝用钽盘沿其长度方向支撑住，石英管内充以惰性气体，如氩气、卤素、碘等以防止灯丝氧化，灯管两端通过软导线进行联线，灯管的工作状态由供电电压决定，一般工作波长为1.58至0.85微米之间。
本发明的结构特点和工作原理：
众所周知光是能量的一种形式，例如在太阳光下用一个凸透镜照射纸，当焦点照到纸上时，纸马上就燃烧了，这就是高密度光能所产生的热效应。本发明基于这一原理，通过一个特制的电光源石英灯管将电能转变为光能，再经一个反射聚光系统将光能高密度地聚集到一个设定的场区，由n(n＞1)个这样的结构按加热的要求组合起来，即形成一个高能量场，置于这个高能量场中的物体迅速地被加热。本发明是将一个换热器放置在高能量场内，热媒流经换热器后被加热，从而达到供暖供热的目的。
具体实施例：
依据上述原理制造的18KW光电供热机组，其结构是这样的：它由上下两排(各15个)光电加热单元组成，每上下两组之间有一个换热器，循环水经下排反射体内腔流到上排反射体内腔再流经换热器，热媒升温25℃，流量526升/小时，按北京地区供暖标准，室内平均温度18℃，室外最低温度-16℃，可供暖面积306平方米。光电供暖主机与美国蓄热式电热锅炉性能比表一
    功率KW   升温25℃     流量L/小时 供暖面积   年运行费元/M2
3   电热     70   40     28.30
  光电     88   51     22.19
30   电热     706   410     27.60
  光电     877   510     22.19
216   电热     5080   2971     27.43
  光电     6314   3692     22.07
360   电热     8467   4980     27.27
  光电     10523   6190     21.94
    540   电热     12700   7471     27.27
  光电     15784   9285     21.94
    900   电热     21168   12452     27.26
  光电     26307   15475     21.94
注：供暖标准：按北京市70W/M2室内温度18℃，室外最低温度-16℃，供暖期为120天，每天供暖8小时，电费按0.393元/千瓦时计算。居住建筑采暖方式年运行费用表表二
    采暖方式 能耗费 人工费   修理费 折旧费 运行费 排序
 普通蓄热式电锅炉 38.08     3.52  4.55     45.75     1
    电热膜供热 23.75     1.58  18     43.33     2
    燃气分散锅炉房 30.75   0.72     3.13  3.8     38.58     3
    燃油分散锅炉房 29.56   0.72     3.36  3.85     37.49     4
  楼栋式燃气锅炉房 27.27   0.64     2.48  2.87     33.26     5
  楼栋式燃油锅炉房 26.60   0.64     2.53  2.92     32.69     6
  燃气壁挂式采暖炉 19.21   0.12     4.83  7.61     31.77     7
 美国蓄热式电热锅炉 22.36     1.83  3.90     28.09     8
   燃煤大型供热厂 10.82   1.32     6.33  7.16     25.63     9
   燃煤大型热电厂 6.46   0.94     8.04  8.97     25.18     10
 燃煤大型集中锅炉房 11.37   1.32     5.01  5.72     23.42     11
   光电供暖供热 16.44   1.32     1.1  2.8     21.66     12
注：本表排序前11位摘自北京市环境保护科学研究院、华北电业管理局、北京市环境保护局2000年编制电能利用研究。
本表数据取自北京地区，其它地区可供参考。

Claims (8)

1.一种以光电为热源的供暖供热系统，包括光电加热主机、蓄热罐、控制柜、热媒循环管道系统，其特征在于：
所述光电加热主机由n个光电加热单元组成，n为自然数；每一光电加热单元主要由聚光反射器，石英灯管和换热器组成；
聚光反射器有一横载面为凹弧形的高光洁度的内凹反射曲面，该反射曲面的背部连接一有密闭空腔的箱体，该箱体两端各有冷却水进、出水管连通该空腔，该箱体有供组合安装的连接部，该箱体两端有供安装石英灯管的支架，该石英灯管固装在该反射曲面的焦点位置；所述换热器为有进、出水口的密闭腔室，安装在聚光反射器的反射曲面的折射光线能够照射到的位置，该换热器的进水口连接聚光反射器箱体的冷却水出水管。
2.如权利要求1所述的以光电为热源的供暖供热系统，其特征在于：所述聚光反射器的反射曲面为抛物线曲面。
3.如权利要求1所述的以光电为热源的供暖供热系统，其特征在于：所述聚光反射器的箱体的组合结构可以是上、下排结构，也可是环形结构，其组合连接部可以是螺钉连接，插榫连接、焊接、铆接、粘结中的任一种。
4.如权利要求1所述的以光电为热源的供暖供热系统，其特征在于：所述换热器的结构可以是由两块人字形波纹板按相反方向叠加在一起的空格式金属换热器，周边焊接封闭，两端各设进、出水管。
5.如权利要求1所述的以光电为热源的供暖供热系统，其特征在于：所述蓄热罐为双层壁的罐式结构，双层壁之间充以聚胺脂泡沫塑料，罐上装有水位计和安全排气阀。
6.如权利要求1所述的以光电为热源的供暖供热系统，其特征在于：
所述热媒管道系统的构造为：所述光电供热主机(1)的出口管(3)有两分支，一分支经调节阀(4)、截止阀(10)连通用户供暖管(14)，该供暖管(14)连通用户散热器(12)；该用户供暖管(14)连通高于散热器(12)的集气罐(13)，该散热器(12)的回水管(15)经逆止阀(7)、循环泵(9)连通供热主机(1)；该出口管(3)的另一分支经调节阀(4)，载止阀(5)连通蓄热罐(6)的进口管(601)，该蓄热罐(6)的出口管(602)经逆止阀(7)连通循泵(9)前方的回水管(15)；该回水管(15)以三通连接一膨涨水管(8)，该膨涨水管的水位高于散热器(12)；所述供热主机的石英灯管连接控制柜(2)，该控制柜连接设置在安装有散热器(12)的房间内的温度传感器(11)。
7.如权利要求1所述的以光电为热源的供暖供热系统，其特征在于：所述热媒管道系统的构造为：所述光电供热主机(1)的进口管连接自来水(16)，供热主机内换热器的出口管连通蓄热罐(6)的进口管(601)，该蓄热罐(6)有回水管(604)连接循环泵(9)，该循环泵(9)的出水管连接供热主机(1)，该循环泵(9)及供热主机(1)的石英灯管的导线连接控制柜(2)，该蓄热罐(6)的出口管(602)连接用热水器(603)。
8.如权利要求1所述的以光电为热源的供暖供热系统，其特征在于：所述聚光反射器的反射曲面的材质为金属镀金、银、铝箔中的任一种。
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