[发明专利]组合式太阳能和燃烧加热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种结合了太阳能聚光器和燃烧器的加热器。

背景技术

希望用例如太阳能的可再生能源代替例如天然气的不可再生能源。然而，太阳能是日间的。要提供大容量存储系统或者补充太阳能。众所周知的是使用燃烧器补充太阳能，例如U.S.4328791中描述的。气体燃烧器仅在太阳能供热不足的情况下提供热量。在’791中，提供配有供给和返回连接器的水箱用于使水从水箱到太阳能集热器再回到水箱的循环。利用太阳能的气体加热器设在水箱上半部。两个加热装置相互移位。希望具有更简单的加热系统。

发明内容

为了提供至少一个期望的特征，公开了一种加热器组件，其包括：具有外表面和内表面的窗、具有比窗的面积大很多倍的收集面积的太阳能聚光器、靠近窗的内表面布置的热交换器、以及燃料-气体输送室，该输送室由窗的内表面、热交换器的第一表面、和输送室的侧壁限定，输送室带有限定在输送室侧壁中的用于燃料和空气的进口。射在太阳常聚光器上的大部分太阳光线反射到窗的外表面上。

热交换器包括螺旋布置的至少一个管，相邻管之间移位的距离小于等于燃料和空气的熄灭(quench)距离。热交换器可以替代地以任何合适的结构配置。

加热器组件还包括燃烧室和设置在燃烧室内的点火器，燃烧室由热交换器的第二表面、燃烧室的侧壁、和带有排气出口的底壁限定，排气出口限定在燃烧室的侧壁和底壁之一中。组件还包括：连接到燃料-空气输送室的进口的燃料供给管、连接到燃料-空气输送室的进口的空气供给管、设置在燃料供给管中的燃料阀、以及电子连接至燃料阀和点火器的电子控制单元。

热交换器具有能够传送工作流体的至少一个管，该管成螺旋状布置，并且该管具有进口和出口。测温设备置于管的出口内。电子控制单元(ECU)电子连接到测温设备和燃料阀。ECU根据管出口的温度控制燃料阀。

窗和热交换器大体为平的并且相互平行。在一个实施例中，太阳能聚光器具有能够将入射太阳光线反射到窗上的凹形反射抛物面环、与窗的上表面相对设置的凸形反射抛物面盘、以及置于反射抛物面环内的凹形反射抛物面碗。抛物面碗能够将入射太阳光线反射到抛物面盘上，而抛物面盘能够将入射太阳光线从抛物面碗反射到窗上。

还公开了一种加热器组件，其包括太阳能聚光器、包括螺旋布置的至少一个管的热交换器、和布置在太阳能聚光器和热交换器之间的窗。所述至少一个管能够引导工作流体。太阳能聚光器设置为将太阳光线引导至热交换器上。热交换器能够在提供空气和燃料的可燃混合物时以及在已经开始燃烧之后稳定热交换器外表面处的燃烧。热交换器设在由大体平行于热布置的窗、侧壁和底壁限定的室内，并且所述室被热交换器分为燃料-空气输送室和燃烧室。

燃料-空气输送室限定出燃料-空气进口。燃烧室限定出排气出口。燃烧室具有置于其中的点火器。

至少一个管包括第一管和第二管，第一管以第一螺旋布置，具有位于第一螺旋中心的进口和位于第一螺旋外围的出口，第二管以第二螺旋布置，具有位于第二螺旋中心的进口和位于第二螺旋外围的出口。第一螺旋和第二螺旋是盘绕的并且第一管和第二管的出口大体在直径方向上彼此相对布置。整个螺旋中螺旋的相邻管之间的距离小于熄灭距离。

太阳能聚光器大体为抛物面。组件还包括：定位系统，用来运动日光反射装置的镜子、太阳能聚光器、和加热器组件之一使得将来自太阳的有效光线以大体平行于太阳能聚光器的中心轴线导引至太阳能聚光器中；燃料输送系统，其具有用来计量供给到燃料-空气输送室的燃料量的阀；空气输送系统，用于计量供给到燃料-空气输送室的空气；以及电子控制单元，其电连接到阀、点火器和定位系统。

还公开了一种操作加热器组件的方法，所述加热器组件具有太阳能聚光器和能够稳定燃烧的热交换器。将邻近太阳能聚光器的日光反射装置、太阳能聚光器、或者加热器组件之一定位使太阳光线射在热交换器上。该方法还包括确定当前热量需求并在太阳能不足以提供热量需求时将燃料和空气供给到热交换器。该方法还包括当热交换器的温度低于邻近热交换器的燃料和空气的点火温度时启动点火器。

该方法还可包括根据期望热量需求调整燃料和空气的流速。

当燃料流速非常低时，很难维持燃烧并且表明日射量，即，到达表面(在这种情况下为热交换器)的太阳辐射量，足以满足需求。该方法还包括，确定燃料阀是否将近关闭。如果是，则指令燃料阀关闭。在具有日光反射装置的实施例中，该方法包括在确定为夜间时使日光反射装置的镜子大体平行于热交换器定位。