RU2374565C1 - Photonic heating network - Google Patents

Photonic heating network Download PDF

Info

Publication number
RU2374565C1
RU2374565C1 RU2008118460/03A RU2008118460A RU2374565C1 RU 2374565 C1 RU2374565 C1 RU 2374565C1 RU 2008118460/03 A RU2008118460/03 A RU 2008118460/03A RU 2008118460 A RU2008118460 A RU 2008118460A RU 2374565 C1 RU2374565 C1 RU 2374565C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
heating
outlets
inlet
temperature sensors
Prior art date
Application number
RU2008118460/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Феоктистович Зайцев (RU)
Дмитрий Феоктистович Зайцев
Original Assignee
Дмитрий Феоктистович Зайцев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дмитрий Феоктистович Зайцев filed Critical Дмитрий Феоктистович Зайцев
Priority to RU2008118460/03A priority Critical patent/RU2374565C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2374565C1 publication Critical patent/RU2374565C1/en

Links

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

FIELD: heating systems.
SUBSTANCE: photonic heating network includes power supply and control units, laser sources, fibre optic cable, optical connectors and terminal devices. To heating network there introduced are heating radiators with absolutely black body chambers, temperature sensors, optical transmitter, optical fibre of feedback line, optical receiver. At that, temperature sensors outlets are connected to inlet of optical transmitter the outlet of which is connected to inlet of optical fibre the outlet of which is connected to control inlet of power supply and control device the outlet of which is connected to inlet of laser sources the outlets of which are connected to inlets of photon crystalline fibres of optical cable the outlets of which are connected by means of optical connectors to sections of photon crystalline fibres the outlets of which are connected to absolutely black body chambers located inside heating radiators.
EFFECT: improving power effectiveness, eliminating the problem of defrosting, time and costs on routing, preventive maintenance and service, heating network weight is considerably decreased and its flexibility is increased.
1 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к тепловым сетям, а более конкретно к тепловым сетям систем центрального или локального отопления помещений или других объемов, которые необходимо надежно отапливать. Это изобретение также относится к применению нанотехнологии (нанофотоники) в системах центрального и (или) локального отопления.The invention relates to heat engineering, in particular to heating networks, and more particularly to heating networks of central or local heating systems of rooms or other volumes that must be reliably heated. This invention also relates to the use of nanotechnology (nanophotonics) in central and (or) local heating systems.

Такого типа устройства применяются также в «умных», энергосберегающих домах и других помещениях, которые необходимо надежно отапливать с малыми энергозатратами.This type of device is also used in “smart”, energy-saving houses and other rooms that need to be reliably heated with low energy consumption.

До настоящего времени для обогрева помещений прокладывают электрические провода в качестве линий электрообогрева или трубы, по которым подводят горячую воду.To date, electric wires have been laid for space heating as electric heating lines or pipes through which hot water is supplied.

Однако при использовании электричества или горячей воды возникают большие затраты на установку необходимых устройств, а также большие текущие расходы, требуется большое количество электроэнергии или топлива.However, when using electricity or hot water, there are large costs for installing the necessary devices, as well as high running costs, a large amount of electricity or fuel is required.

Для прокладки сетей теплоснабжения необходимо отчуждать значительные площади земли, которые, учитывая высокую стоимость земли, особенно в больших городах, увеличивают стоимость самих сетей. Временное прекращение подачи горячей воды по теплосетям в холодное время года обычно приводит к «размораживанию» трубопроводов и батарей отопления, что наносит значительный экономический ущерб. В случае применения систем электрообогрева, при нагреве проводов существует опасность утечки, поражения электричеством или возгорания.For the construction of heat supply networks it is necessary to alienate significant areas of land, which, given the high cost of land, especially in large cities, increase the cost of the networks themselves. Temporary cessation of hot water supply to heating networks in the cold season usually leads to a “thaw” in pipelines and radiators, which causes significant economic damage. If electrical heating systems are used, there is a risk of leakage, electric shock, or fire when the wires are heated.

Известна волоконно-оптическая (фотонная) тепловая сеть для дома, применяемая для отопления и лазерной инсаляции жилых помещений, крыш и подвалов [1], состоящая из лазерных источников (линейки лазеров), устройства питания и управления, волоконно-оптических кабелей, оптических соединителей и оконечных устройств.Known fiber-optic (photon) heating network for the home, used for heating and laser insulation of residential premises, roofs and cellars [1], consisting of laser sources (a line of lasers), a power and control device, fiber-optic cables, optical connectors and terminal devices.

Недостатком известной сети является наличие в составе оконечного устройства для обогрева стен и пола слоистых панелей, в которых для преобразования оптической энергии в тепловую применяется слой искусственных или природных смол, что требует существенного изменения технологии домостроения и исключает быстрое и малозатратное приспособление существующих помещений для ее применения.A disadvantage of the known network is the presence of layered panels in the terminal device for heating walls and floors, in which a layer of artificial or natural resins is used to convert optical energy to heat, which requires a significant change in house building technology and eliminates the need for quick and low-cost adaptation of existing rooms for its application.

Кроме того, предлагаемые в известной сети искусственные или природные смолы, как, например, наиболее распространенные эпоксидные или каменноугольные смолы, являются, как правило, сильными канцерогенами, что исключает их применение в жилых и ограничивает применение в нежилых помещениях. Относительно малый коэффициент преобразования лучистой энергии в тепловую смол снижает КПД тепловой сети, а сравнительно малая их теплопроводность вынуждает применять многоканальный ввод оптической энергии посредством оптических волокон для каждой из ее слоистых панелей, которыми покрывается вся площадь стен и пола помещения (по 5 шт. на одну панель). Это приводит к увеличению дополнительных потерь энергии на деление и (или) к соответствующему увеличению количества лазеров и усложнению всей конструкции сети, а также увеличению ее стоимости. Кроме того, применяемые в известной тепловой сети смолы имеют малую стойкость к лучистой энергии и низкую температуру плавления, что значительно снижает энергетический потенциал сети и ограничивает ее практические возможности.In addition, artificial or natural resins offered in the well-known network, such as, for example, the most common epoxy or coal tar, are usually strong carcinogens, which excludes their use in residential and limits their use in non-residential premises. The relatively low coefficient of conversion of radiant energy into thermal resins reduces the efficiency of the heat network, and their relatively low thermal conductivity forces the use of multichannel input of optical energy through optical fibers for each of its laminated panels, which cover the entire area of the walls and floor of the room (5 pcs. Per panel). This leads to an increase in additional energy losses per division and (or) to a corresponding increase in the number of lasers and complication of the entire network design, as well as an increase in its cost. In addition, the resins used in the known heat network have low resistance to radiant energy and a low melting point, which significantly reduces the energy potential of the network and limits its practical capabilities.

Известная тепловая сеть, а именно устройство управления не имеет в своем составе вынесенного датчика (датчиков) температуры, таким образом, исключая работу сети в режиме климат-контроля.The known heating network, namely, the control device, does not include a remote temperature sensor (s), thus eliminating the network operation in climate control mode.

Единая задача, на решение которой направлено данное изобретение, - повышение КПД, энергетического потенциала, снижение стоимости фотонной тепловой сети, получение возможности малозатратного переоборудования помещений для ее применения, а также обеспечение комфорта и экологической чистоты при эксплуатации.The single task to which this invention is directed is to increase efficiency, energy potential, reduce the cost of the photon heating network, obtain the possibility of low-cost conversion of premises for its use, as well as ensure comfort and environmental cleanliness during operation.

Для этого предлагается фотонная тепловая сеть, основанная на элементной базе нанофотоники (нанотехнологии), в которой применяется высокоэффективное преобразование оптической энергии в тепло в камерах абсолютно черного тела (КАЧТ), устанавливаемых непосредственно в модернизируемых радиаторах центрального отопления.To do this, we propose a photon heating network based on the elemental base of nanophotonics (nanotechnology), which uses highly efficient conversion of optical energy to heat in absolutely black body chambers (CABT) installed directly in modernized central heating radiators.

Сущность изобретения заключается в применении в качестве оконечных устройств стандартных алюминиевых радиаторов отопления, в которые вставляются металлические КАЧТ, обеспечивающие преобразование подводимой к ним по оптическим волокнам оптической энергии от мощных квантоворазмерных (наноразмерных) гетеролазеров с эффективностью, близкой к 100%.The essence of the invention consists in the use of standard aluminum heating radiators as terminal devices, into which metal CACTs are inserted, which convert the optical energy supplied to them via optical fibers from powerful quantum-sized (nanoscale) heterolasers with an efficiency close to 100%.

Единый технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, одновременно выражается в следующем:A single technical result, which can be obtained by carrying out the invention, is simultaneously expressed in the following:

а) повышение энергетической эффективности, б) исключение проблемы «размораживания», в) уменьшение времени на прокладку и монтаж, г) снижение стоимости и затрат на прокладку и обслуживание, д) уменьшение массы, габаритов, е) повышении комфортности для потребителей, ж) высокой экологичности.a) increasing energy efficiency, b) eliminating the problem of “defrosting,” c) reducing the time for laying and installation, d) reducing the cost and costs of laying and maintenance, e) reducing weight, dimensions, e) increasing comfort for consumers, g) high environmental friendliness.

Указанный единый технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что по сравнению с известным [1], являющимся наиболее близким аналогом к заявляемому, с общими признаками: наличие лазерных источников, устройства питания и управления, волоконно-оптических кабелей, оптических соединителей и оконечных устройств, введены радиаторы отопления с камерами абсолютно черного тела, ВОЛС обратной связи, состоящая из датчиков температуры, оптического передатчика, оптического волокна и оптического приемника, причем устройство (блок) питания и управления 1 (БПУ) подключен к матрице мощных гетеролазеров с оптическими согласующими устройствами 2, выходы которых подключены к входам соответствующих оптических волокон 3 (ОВ) оптического кабеля 4 (ОК), выходы которых с помощью оптических соединителей 5 (ОС) соединены с отрезками 6 ОВ, непосредственно присоединенными к радиаторам отопления 7 с камерами абсолютно черного тела 8 (КАЧТ), в непосредственной близости от которых находятся датчики температуры 9, соединенные с оптическим передатчиком 10, выход которого соединен с входом оптического волокна 11, выход которого соединен со входом оптического приемника 12, выход которого соединен с управляющим входом БПУ.The specified single technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that, compared with the known [1], which is the closest analogue to the claimed, with common features: the presence of laser sources, power and control devices, fiber optic cables, optical connectors and terminals, heating radiators with absolutely black body cameras, a feedback fiber-optic link, consisting of temperature sensors, an optical transmitter, an optical fiber and an optical receiver, the device ( power supply and control unit 1 (BPU) is connected to a matrix of powerful heterolasers with optical matching devices 2, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding optical fibers 3 (OV) of the optical cable 4 (OK), the outputs of which are connected via optical connectors 5 (OS) with 6 OV sections directly connected to heating radiators 7 with absolutely black body cameras 8 (KACHT), in the immediate vicinity of which there are temperature sensors 9 connected to an optical transmitter 10, the output of which is connected to the input the house of the optical fiber 11, the output of which is connected to the input of the optical receiver 12, the output of which is connected to the control input of the control unit.

Благодаря применению в качестве оконечных устройств подвергнутых незначительной модернизации стандартных алюминиевых радиаторов отопления достигается значительное снижение стоимости фотонной теплосети и затрат на ее внедрение в уже имеющемся жилом фонде и нежилых помещениях.Thanks to the use of standard aluminum heating radiators, which have undergone minor modernization, as a terminal device, a significant reduction in the cost of the photon heating system and the cost of its implementation in existing housing stock and non-residential premises is achieved.

Металлические камеры абсолютно черного тела в радиаторах отопления, которые преобразуют подводимую к ним оптическую энергию с эффективностью, близкой к 100%, обеспечивают значительное повышение КПД фотонной теплосети с одновременным сохранением экологии окружающего пространства.Black-body metal chambers in heating radiators, which convert the optical energy supplied to them with an efficiency close to 100%, provide a significant increase in the efficiency of the photon heating system while preserving the environment ecology.

Многомодовые оптические волокна с большим диаметром сердечника в оптическом кабеле обеспечивают передачу большой оптической мощности от матрицы мощных квантоворазмерных гетеролазеров к оконечным устройствам (радиаторам отопления), что значительно расширяет область применения фотонной теплосети.Multimode optical fibers with a large core diameter in the optical cable provide the transmission of large optical power from a matrix of powerful quantum-well heterolasers to terminal devices (heating radiators), which greatly expands the field of application of the photonic heating network.

Применение датчиков температуры помещений с ВОЛС обратной связи позволяет осуществлять режим климат-контроля, что улучшает экономичность и повышает уровень комфорта.The use of room temperature sensors with feedback FOCL allows for climate control, which improves profitability and increases the level of comfort.

Становится возможной также реализации аэромобильной теплосети с высокой заводской готовностью (АТСВЗГ) для быстрой доставки и оперативного развертывания в случае аварий теплосетей в зимний период, особенно в северных регионах.It is also possible to implement an air-mobile heating system with a high factory readiness (ATSVZG) for quick delivery and rapid deployment in the event of a heating network accident in the winter, especially in the northern regions.

На чертеже представлена структурная схема фотонной теплосети.The drawing shows a structural diagram of a photon heating system.

Здесь: 1 - блок питания и управления; 2 - лазерные источники (матрица мощных гетеролазеров); 3 - оптические волокна; 4 - оптический кабель; 5 - оптические соединители; 6 - отрезки оптического волокна (пач-корды) для ввода оптической энергии непосредственно в КАЧТ; 7 - радиаторы отопления; 8 - КАЧТ; 9 - датчики температуры в помещении (помещениях); 10 - оптический передатчик с АЦП; 11 - оптическое волокно; 12 - оптический приемник.Here: 1 - power supply and control unit; 2 - laser sources (matrix of powerful heterolasers); 3 - optical fibers; 4 - optical cable; 5 - optical connectors; 6 - segments of the optical fiber (patch cord) for inputting optical energy directly into the CASH; 7 - heating radiators; 8 - CASHT; 9 - temperature sensors in the room (rooms); 10 - optical transmitter with ADC; 11 - optical fiber; 12 is an optical receiver.

В качестве лазерных источников 2 могут быть использованы матрицы мощных квантоворазмерных гетеролазеров квазинепрерывной мощностью более 15 кВт [2], причем КПД отдельных гетеролазеров в настоящее время превышает 74% [3], по современным многомодовым оптическим волокнам 3, несмотря на их малые размеры, возможна передача свыше нескольких кВт непрерывной оптической энергии в широком температурном диапазоне [4], камеры абсолютно черного тела 8 могут преобразовывать оптическую энергию в тепловую с эффективностью, близкой к 100% [5-7].As laser sources 2, matrices of powerful quantum-well hetero-lasers with quasicontinuous power of more than 15 kW can be used [2], and the efficiency of individual hetero-lasers currently exceeds 74% [3], modern multimode optical fibers 3, despite their small size, can be transmitted over several kW of continuous optical energy in a wide temperature range [4], absolutely black body cameras 8 can convert optical energy to heat with an efficiency close to 100% [5-7].

Устройство работает следующим образом: электроэнергия, подводимая от устройства питания и управления 1 к лазерным источникам 2, преобразуется в оптическую, далее оптическая энергия по оптическим волокнам 3 оптического кабеля 4 передается к присоединенным посредством оптических соединителей 5 и отрезкам оптического волокна 6 радиаторам отопления 7 и вводится в камеры абсолютно черного тела 8, установленные внутри них, где преобразуется с высоким КПД в тепло. Датчики температуры 9 отслеживают текущую температуру внутри отапливаемых помещений, информация о которой поступает на АЦП оптического передатчика 10, который мультиплексирует ее и передает по оптическому волокну обратной связи 11 на оптический приемник, сигналы с которого подаются на управляющий вход устройства питания и управления 1 и после обработки используются для управления мощностью соответствующих лазеров лазерного источника 2, поддерживая тем самым заданную программно или вручную температуру внутри отапливаемых помещений.The device operates as follows: the electric power supplied from the power supply and control device 1 to the laser sources 2 is converted into optical, then the optical energy is transmitted through the optical fibers 3 of the optical cable 4 to the heating radiators 7 connected through the optical connectors 5 and the segments of the optical fiber 6 and introduced in cameras of an absolutely black body 8, installed inside them, where it is converted with high efficiency into heat. Temperature sensors 9 monitor the current temperature inside the heated rooms, information about which is fed to the ADC of the optical transmitter 10, which multiplexes it and transmits it via an optical feedback fiber 11 to the optical receiver, the signals from which are fed to the control input of the power and control device 1 after processing are used to control the power of the respective lasers of the laser source 2, thereby maintaining the programmed or manually set temperature inside the heated rooms.

Источники информацииInformation sources

1. JP 2003328548, K.Yasuhi, N.Hideki, Int. C1. A01M 1/04; A01M 29/00; E04B 1/72; E04F 13/08; E04F 15/18; F24D 13/02; G02F 1/01; G08B 13/186; 19.11.2003.1. JP 2003328548, K. Yasuhi, N. Hideki, Int. C1. A01M 1/04; A01M 29/00; E04B 1/72; E04F 13/08; E04F 15/18; F24D 13/02; G02F 1/01; G08B 13/186; 11/19/2003.

2. Data Sheet Laser Arrays AQ081Q15000 // Roithner lasertechnik GmbH. - www.roithner-laser.com. 2008.2. Data Sheet Laser Arrays AQ081Q15000 // Roithner lasertechnik GmbH. - www.roithner-laser.com. 2008.

3. Винокуров Д.А., Зорина C.A., Тарасов И.С. и др. Мощные полупроводниковые лазеры на основе асимметричных гетероструктур раздельного ограничения // Физика и техника полупроводников. - 2005. - Т.39, вып.3 - с.388-393.3. Vinokurov D.A., Zorina C.A., Tarasov I.S. et al. Powerful semiconductor lasers based on asymmetric separate-limiting heterostructures // Physics and Technology of Semiconductors. - 2005. - T.39, issue 3 - p. 388-393.

4. High-Power Delivery Fibers. Photonics and instrumentation. Newport Co. // www.newport.com. 2008.4. High-Power Delivery Fibers. Photonics and instrumentation. Newport Co. // www.newport.com. 2008.

5. Савельев И.В. Курс общей физики в 3 т. - М.: Наука, изд. 4-е. - т.3. - 1970.5. Saveliev I.V. The course of general physics in 3 vols. - M .: Nauka, ed. 4th. - t. 3. - 1970.

6. Прибор для измерения мощности оптического излучения ИМО-2. Техническое описание. ГОСТ 24469-80.6. The device for measuring the power of optical radiation IMO-2. Technical description. GOST 24469-80.

7. Измеритель мощности технологических лазеров РСИ-ЭИ. - Техническое описание. - ИЛ. 173.00.000 ТУ.7. Power meter of technological lasers RSI-EI. - Technical description. - IL. 173.00.000 TU.

Claims (1)

Фотонная теплосеть, содержащая устройства питания и управления, лазерные источники, волоконно-оптический кабель, оптические соединители, оконечные устройства, отличающаяся тем, что в нее введены радиаторы отопления с камерами абсолютно черного тела, датчики температуры, оптический передатчик, оптическое волокно линии обратной связи, оптический приемник, причем выходы датчиков температуры соединены с входом оптического передатчика, выход которого соединен с входом оптического волокна, выход которого соединен с управляющим входом устройства питания и управления, выход которого соединен с входом лазерных источников, выходы которых соединены с входами фотоннокристаллических волокон оптического кабеля, выходы которых, посредством оптических соединителей, соединены с отрезками фотоннокристаллических волокон, выходы которых соединены с камерами абсолютно черного тела, находящимися внутри радиаторов отопления. A photon heating network containing power and control devices, laser sources, fiber optic cable, optical connectors, end devices, characterized in that heating radiators with absolutely black body cameras, temperature sensors, an optical transmitter, feedback fiber optical fiber are introduced into it, an optical receiver, the outputs of the temperature sensors being connected to the input of the optical transmitter, the output of which is connected to the input of the optical fiber, the output of which is connected to the control input of the device The power supply and control, the output of which is connected to the input of laser sources, the outputs of which are connected to the inputs of the photonic crystal fibers of the optical cable, the outputs of which, by means of optical connectors, are connected to the segments of the photocrystalline fibers, the outputs of which are connected to the cameras of an absolutely black body inside the heating radiators.
RU2008118460/03A 2008-05-13 2008-05-13 Photonic heating network RU2374565C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008118460/03A RU2374565C1 (en) 2008-05-13 2008-05-13 Photonic heating network

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008118460/03A RU2374565C1 (en) 2008-05-13 2008-05-13 Photonic heating network

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2374565C1 true RU2374565C1 (en) 2009-11-27

Family

ID=41476795

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008118460/03A RU2374565C1 (en) 2008-05-13 2008-05-13 Photonic heating network

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2374565C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117824168A (en) * 2024-03-06 2024-04-05 允珩(天津)科技发展有限公司 Optical fiber transmission energy supply system based on photo-thermal conversion and utilization method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117824168A (en) * 2024-03-06 2024-04-05 允珩(天津)科技发展有限公司 Optical fiber transmission energy supply system based on photo-thermal conversion and utilization method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhao et al. Performance analysis of a hybrid system combining photovoltaic and nighttime radiative cooling
US20140035392A1 (en) Solar Panel as Infrared Signal Receiver and Processor
JP5605707B2 (en) Energy supply device with energy panels in the form of roof tiles
Ausen et al. Dynamic thermal rating system relieves transmission constraint
RU2374565C1 (en) Photonic heating network
JP2019517159A (en) Sunlight tile system
US8162546B1 (en) Fiber optic cable configured for indoor and outdoor deployment
CN202719665U (en) Electric heating wire routing structure of electric heating floor
CN201944495U (en) Thermal insulation device used for compressed natural gas input pipeline
AU2014320060B2 (en) System and method of using graphene enriched products for distributing heat energy
CA2803308A1 (en) Method and device for energy control
KR20220130571A (en) Smart surface heater system for freeze prevention in firefighting facilities
WO2015064797A1 (en) Supply connection system for individual heat/electric energy and central heat/electric energy built as cogeneration system, and method for operating same
JP2000077700A (en) Solar battery device
CN201555671U (en) Phial-type optical fiber temperature photoelectric sensor unit
CN106700664A (en) High temperature-resistant insulation coating
CN102760528A (en) Multifunctional cable with communication and temperature monitoring functions
US20160303540A1 (en) Apparatus and method for hydrogen generation and systems incorporating same
CN204268569U (en) Carbon fiber far infrared thermal-insulating waterproof heating board
TR2023013965U5 (en) MULTIPLE CONNECTION STRUCTURE
CN102132674A (en) Carbon-fiber electric heating device for intelligent temperature-controlled poultry house
CN202145394U (en) Multifunctional cable with functions of communication and temperature monitoring
Shah et al. Solar power plant installation and integration: Case study for Oshawa Power and Utilities Corporation
CN105259919A (en) Heliostat field
CZ308928B6 (en) Connection of a system of photovoltaic or photovoltaic-thermal panels