聚光型取暖器.pdf

一种聚光型取暖器，包括：光源，用于取暖；菲涅尔透镜，位于所述光源的一侧，用于将所述光源发出的光会聚到需要取暖的区域；以及位于所述光源与菲涅尔透镜相对的一侧的反射镜。本发明的聚光型取暖器价格便宜且寿命长；零配件方便采购，不必开模；菲涅尔透镜工作温度低，使用寿命长；支柱上可以装照明灯，兼有照明功能；在非取暖季节，仍可保持家居智能监控功能及柱灯照明功能，可常年应用。

权利要求书
1.  一种聚光型取暖器，包括：
光源，用于取暖；
菲涅尔透镜，位于所述光源的一侧，用于将所述光源发出的光会聚到需要取暖的区域；以及
所述聚光型取暖器可以采用抛物面或球面反射所述光源发出的光照射人体。

2.  如权利要求1所述的聚光型取暖器，其中所述光源为红外光源。

3.  如权利要求1所述的聚光型取暖器，其中所述菲涅尔透镜将所述光源的发光体面积放大了10-40倍，优选为20-25倍。

4.  如权利要求1所述的聚光型取暖器，其中所述聚光型取暖器还包括位于所述光源相对于菲涅尔透镜的另一侧的反射镜。

5.  如权利要求4所述的聚光型取暖器，其中所述反射镜可为平面、球面或抛物面反射镜。

6.  如权利要求1所述的聚光型取暖器，其中所述聚光型取暖器还包括可调节支架，用于使所述聚光型取暖器自动或手动调节取暖区域。

7.  如权利要求1所述的聚光型取暖器，其中所述聚光型取暖器还包括监控摄像头和控制装置，所属控制装置根据所述监控摄像头拍摄到的实时人体位置而自动调节所述聚光型取暖器给拍摄到的所述人体取暖。

8.  如权利要求7所述的聚光型取暖器，其中所述聚光型取暖器能够根据房间温度，自动调节辐射功率；当房间内人数多于取暖器个数时，所述控制装置会对人群分时照射取暖；当房间温度超过22℃或房间无人时，智能关闭所述聚光型取暖器。

9.  如权利要求1所述的聚光型取暖器，其中所述聚光型取暖器还包括人体体温感应IC芯片，用于提高对人体识别的准确度。

10.  如权利要求1所述的聚光型取暖器，其中在非取暖季节能够独立使用家居智能监控功能及柱灯照明功能。

说明书聚光型取暖器
技术领域
本发明涉及光取暖技术领域，更具体地涉及一种聚光型取暖器。
背景技术
房间冬季取暖大都采用暖气或空调技术，使整个房间达到合适的温度，例如20℃左右，这样会浪费大量能源。实际上只要房间中的人感到温暖舒适，即人体周围范围内温度达到20℃左右即可。而房间80％以上无人区只需维持基本温度，大概10℃即可。当房间无人时，整个房间只需维持基础温度，例如5℃即可。当房间进人时，红外辐射会立即照射人体使人感到温暖。
据初步估算，在10℃的房间中，只需100瓦的红外辐射聚集照射人体即可使人感到温暖。而一个15平方米的房间要达到20℃的温度，需1.5千瓦电暖气，耗时1小时以上才能达到。
目前市场上有少量产品具有定向辐射取暖功能，但不具备聚光照射人体功能，更不能智能跟踪照射活动中的人体。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种聚光型取暖器，以便能够聚光照射人体取暖，节约能量消耗。
为了实现上述目的，本发明提供了一种聚光型取暖器，包括：
光源，用于取暖；以及
菲涅尔透镜，位于所述光源的一侧，用于将所述光源发出的光会聚到需要取暖的区域。
其中，所述光源为红外光源。
其中，所述菲涅尔透镜将所述光源的发光体面积放大了10-40倍，优选为20-25倍。
其中，所述聚光型取暖器还包括位于所述光源相对于菲涅尔透镜的另一侧的反射镜，所述反射镜可为平面、球面或抛物面反射镜。
其中，所述聚光型取暖器还包括可调节支架，用于使所述聚光型取暖器自动或手动调节取暖区域。
其中，所述聚光型取暖器还包括监控摄像头和控制装置，所属控制装置根据所述监控摄像头拍摄到的实时人体位置而自动调节所述聚光型取暖器给拍摄到的所述人体取暖。
其中，所述聚光型取暖器能够根据房间温度，自动调节辐射功率；当房间内人数多于取暖器个数时，所述控制装置会对人群分时照射取暖；当房间温度超过22℃或房间无人时，智能关闭所述聚光型取暖器。
其中，聚光型取暖器还包括人体体温感应IC芯片，用于提高对人体识别的准确度。
其中，在非取暖季节能够独立使用家居智能监控功能及柱灯照明功能。
基于上述技术方案可知，本发明的聚光型取暖器价格便宜且寿命长，10年以上。因为红外发热体、抛物面反光罩、菲涅尔透镜、支架等元件均有现成产品可采购，不必自己开模制造。发热体在600℃左右工作，寿命很长；菲涅尔透镜只要在设计时保证在透镜材料软化变形温度以下工作，寿命也很长(例如采用聚碳酸酯注塑的透镜，其工作温度必须低于135℃)。如果在支柱上装上一个照明灯，此产品还兼有照明取暖功能。在非取暖季节，仍可保持家居智能监控功能及柱灯照明功能，可常年应用。当房间温度超过22℃或房间无人时，会智能关闭取暖器。
附图说明
图1为本发明的透射型聚光照射系统的原理图；
图2为本发明中发热体放置位置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种聚光型取暖器，包括：
光源，用于取暖；以及
菲涅尔透镜，位于所述光源的一侧，用于将所述光源发出的光会聚到需要取暖的区域。
其中，光源为红外光源，例如市售的各种近红外、远红外取暖灯管。其可以为各种形状，例如圆柱形、长条形、环形等。
菲涅尔透镜可以采用塑料透镜，将所述光源的发光体面积放大了10-40倍，优选为20-25倍。
该聚光型取暖器还包括位于所述光源相对于菲涅尔透镜的另一侧的反射镜。反射镜可为平面、球面或抛物面反射镜，可以采用玻璃、镀膜塑料、金属等各种材质制造。
该聚光型取暖器还包括可调节支架，用于使所述聚光型取暖器自动或手动调节取暖区域。
该聚光型取暖器还包括监控摄像头和控制装置，控制装置根据监控摄像头拍摄到的实时人体位置而自动调节该聚光型取暖器给拍摄到的人体取暖。
该聚光型取暖器能够根据房间温度，自动调节辐射功率；当房间内人数多于取暖器个数时，所述控制装置会对人群分时照射取暖；当房间温度超过22℃或房间无人时，智能关闭所述聚光型取暖器。
该聚光型取暖器还包括人体体温感应IC芯片，用于提高对人体识别的准确度。
在非取暖季节能够独立使用家居智能监控功能及柱灯照明功能。
更具体地，本发明涉及二项关键技术：首先要设计一种“聚光型取暖器”，作为本发明的基本型号；其次是采用人工智能技术使取暖器自动跟踪照射房间中活动的人体。
普及型产品设计
当通过用此取暖器配上活动调整支架，采用人工对准人体的方式可构成本产品普及型产品。普及型产品虽然不能自动跟踪活动中的人体，但能对准静坐着看书或工作的人，以及睡觉中的人体进行人体取暖。一般而言， 人在活动中相对不怕冷，所以普及型产品仍有广阔的市场潜力。其主要优点是价格非常便宜，因而易于推广应用。
普通取暖器的热辐射会向四周扩散而迅速衰减，如果按体积计算，热辐射将按与发热体距离的立方衰减，本发明的聚光型取暖器由于采用聚光技术，能将红外发热体的热辐射最大限度地聚集照射到人体，由于人体及人的衣服对热辐射的吸收率很高，会使人体感到温暖舒适，实现人体节能取暖。
将红外发热体的热辐射聚集照射到人体的聚光技术大致可分为反射型聚光照射和透射型聚光照射二种，也可将二者结合使用使聚光效率更高，但成本也会高一些。
其中，反射型聚光照射主要采用旋转抛物面反光照射原理，即探照灯原理，将辐射源放在抛物面焦点附近。按光学原理，发自抛物面焦点的光，经抛物面反射后，将变成平行光射向远方。探照灯采用接近点光源的电弧光源或氙灯光源放置在抛物面焦点，因而能将光经抛物面反射，照射至数千米高空。而本发明采用的红外发热体不是理想的点光源，其具有一定大小及体积，因而经抛物面反射后不是理想平行光，有一定的发散度。因为本发明并不要求照射数千米外的人体，而只要求照射2至3米外的人体，而家居房间每间面积一般在4至5米见方的范围内，因此在房间的四角无人区放置取暖器，从取暖器到人体距离一般在2至3米距离。因为有一定的反射发散度，抛物面的口径不必很大，一般口径在180～280毫米左右即可。因为反射光的发散，人体在距发热体2～3米时，热辐射照射面积大约为直径φ800～1200mm左右，这正是人体要求加热的照射范围。与探照灯采用可见光聚光照射目标不同，本发明中采用红外光聚光照射人体，辐射源的温度为600℃左右。这样人不会感到耀眼，特别人在睡觉时不希望有强光照射，而红外光照射对人体有益，例如有不少红外光理疗照射人体产品。如果采用圆柱状长条形发热体，例如采用电烤箱中的发热管，可应用半圆柱抛物面反射体，将发热管放置在柱状抛物面焦线附近。热辐射经抛物面反射后成长条形聚光照射面积，这也更适合于人体照射要求。
透射型产品设计
用普通光学玻璃透镜聚光照射人体，价格太贵，因而没有市场竞争力，但采用菲涅尔透镜聚光照射，会使成本大大降低。因为菲涅尔透镜是由塑料注塑而成，薄而轻，且透光率高，价格又便宜。如图1所示，将红外发热体放置在菲涅尔透镜焦点后方附近，红外发热体呈扁薄长条形状，例如长宽厚分别为40mm×15mm×2mm，则菲涅尔透镜可将发热体放大成像在1.5～2米附近。例如：设菲涅尔透镜焦距为f＝70mm，发热体放在焦距后方3mm处，而物距L＝-73mm，则透镜将发热体放大成像约在距菲涅尔透镜1.7米处。具体的像距L′计算公式为)，菲涅尔透镜将发热体放大约倍，设发热体原面积为40mm×15mm，则放大后面积为933mm×350mm，放大后的面积正好和人体躯干面积相当大小。
为了充分利用发热体向后方发射的热辐射，可将发热体放置在上述位置略偏离光轴的地方，如上述例，将发热体放在焦距后方3mm处，且横向偏离光轴7.5mm处，并在后方放置球面反射镜，如图2所示，将90％以上向后辐射的热量再反射向前，在紧靠发热体旁边成像，再次被菲涅尔透镜聚焦透射到人体。因而最大限度的聚焦发热体辐射透射到人体。发热体侧面很薄，例如上例中为2mm，且发热面积很小，因而从两侧辐射的热辐射较少，而这一少部分辐射没有被聚焦利用照射人体。由于人体及衣服对红外辐射吸收率很高，通常都＞80％，因此人体感到温暖。
上述取暖器为本发明最核心、最基本的器件。房间中经常有多少人就要设置多少个取暖器。每个取暖器应有电缆及插头，可连接到电源并方便的调节功率。
将上述多个取暖器安放到一根上下可调节的立柱上。立柱高度能上下调节，还能在房间内方便移动，例如可设置车轮。取暖器在立柱上固定后，应能做上下及左右两个方向的运动，以便将取暖器对准需取暖的人。在一根立柱上可固定并可调节多个取暖器，每个取暖器对准一个人，因此可供房间内多人使用。由于红外辐射对人体有益无害，本产品还兼有保健功能。
这样就基本构成普及型和聚光型红外取暖器。此取暖器可在房间内方便移动，在不影响工作和生活的位置，如房间四角放置。经人工调节对准需取暖的人，例如放在床边可对准睡觉的人(比电热毯好，安全，白天也可用)，放在桌边对准看书或工作的人，放在沙发边对准看电视或交谈的人等。对后两种情况，取暖器可能会有少量的红光，这是因为当发热体温度高于500℃时会有少量红光，这对人体无害；少量可见光还能用肉眼判断热辐射是否对准人体；当照射入睡的人时，少量红光可能会影响有些人的睡眠；此时可将发热体调到500℃以下，例如450℃，也可在加热器前方放置HB-850滤光玻璃，它可以吸收可见光又不影响透射红外。HB-850可作为附件销售。
以上取暖器的特点是价格便宜且寿命长，10年以上。因为红外发热体、抛物面反光罩、菲涅尔透镜、支架等元件均有现成产品可采购，不必自己开模制造。发热体在600℃左右工作，寿命很长；菲涅尔透镜只要在设计时保证在透镜材料软化变形温度以下工作，寿命也很长(例如采用聚碳酸酯注塑的透镜，其工作温度必须低于135℃)。如果在支柱上装上一个照明灯，此产品还兼有照明取暖功能。
智能型产品设计
在上述普及型取暖器基础上，加监控广角摄像头及控制盒组成智能型取暖器，其中控制盒中内含嵌入式处理板卡、人体识别软件及驱动控制等。一个房间内只需一个摄像头及控制盒。在卧室中可以采用红外摄像头。
在上述取暖器上方设置广角摄像镜头，在房间内无人时摄像头的画面为初始化画面。当画面在初始化画面基础上出现新增人形物时，通过人体识别软件可确定人的位置，并通过驱动电路指令取暖器指向人体。当有多个人出现时，能智能地指令多个取暖器指向不同的人，即1个取暖器对应1个人。取暖器会根据房间温度，自动调节辐射功率，当房间内人数多于取暖器个数时，控制器会对人群分时照射取暖。取暖器会根据房间温度自动调节辐射功率。当人数超过取暖器个数时，电脑会发出报警信号，并令各取暖器打到最大功率，以提高整个房间温度。
为避免误判人体，可增设人体体温感应IC芯片，该芯片有现成产品出售。但这样会增加成本，一般不必作此双重保险。因为即使误判人形物体，将取暖器对准该物体，使该物体达到20℃左右，也不会造成事故，只是损失部分热量。
本产品在非取暖季节，仍可保持家居智能监控功能及柱灯照明功能，可常年应用。当房间温度超过22℃或房间无人时，会智能关闭取暖器。
本发明的智能型取暖器兼有家居智能监控功能，在非取暖期间关掉加热器即可作为家居智能监控器使用。
本发明的产品采用红外光聚光照射人体，对人体健康有益，适合家庭房间中应用，也适应人数较少的办公室用于冬季取暖。只要房间中保持5～10℃基础温度，使用本发明的产品时房间中的人会感到20℃左右室温的温暖，且本发明的产品的功率仅为100～200瓦，特别适合于我国南方无暖气地区应用，北方地区应用时也可降低室温节约能源。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。