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第12章 太阳灶分类及结构

用太阳灶做饭再省事不过了,它是利用太阳能辐射,通过聚光获取热量,进行炊事烹饪的一种装置。它正常使用时比蜂窝煤炉还要快,和煤气灶速度差不多。使用太阳灶做饭不燃烧任何燃料,并且没有任何污染。

太阳灶已是较成熟的产品,人类利用太阳灶也有了200多年的历史。近二、三十年来,世界上各种不同类型的太阳灶已经被各国先后研制生产出来。在发展中国家,太阳灶得到了较好的推广和应用,受到了广大用户的好评。

太阳灶基本上可分为箱式太阳灶、平板式太阳灶、聚光太阳灶、室内太阳灶、储能太阳灶。前三种太阳灶均需在阳光下进行炊事操作。

(1)箱式太阳灶

箱式太阳灶是根据黑色物体吸收太阳辐射较好的原理研制而成的。它是一只典型的箱子,朝阳光那面的一个托盖条上,安装了一层或二层平板玻璃盖板,目的是尽量减少向箱外环境的辐射和对流散热,让太阳辐射尽可能多地进入箱内。里面放了一个挂条来挂放锅及食物。

箱内表面涂有黑色涂料,以提高吸收太阳辐射的能力。箱子的四周和底部采用隔热保温层,外表面用金属或非金属,防止老化。整个箱子包括盖板与灶体之间的全部缝隙都用橡胶或密封胶堵严。使用时,盖板朝阳,能够满足蒸、煮食物的要求,温度可以达到100℃以上。

这种太阳灶结构极为简单,不需要跟踪装置,可以手工制作,能够吸收太阳的直射和散射能量,产品价格十分低。缺点是箱内温度较低,不能满足所有的炊事要求,从而限制了它的推广应用。

(2)平板式太阳灶

平板式太阳灶是利用平板集热器和箱式太阳灶的箱体结合起来而形成的。

平板集热器应用全玻璃真空管,温度可以达到100℃以上,产生蒸汽或高温液体,将热量传入箱内进行烹调。普通拼版集热器的盖板上,如果采用高质量选择性黑色涂料,其集热温度也可以达到100℃以上。

平板式太阳灶只能用于蒸煮或烧开水,同样不适合大量推广应用。

(3)聚光太阳灶

聚光式太阳灶是将较大面积的阳光聚焦到锅底,使温度升高,以满足炊事的要求。聚光镜是这种太阳灶的关键部件,镜面材料的选择、几何形状的设计都有严格要求。最普通的反光镜有镀银、镀铝玻璃镜、铝抛光镜面、涤纶薄膜镀铝材料等种类。

聚光式太阳灶的镜面设计大都采用旋转抛物面的聚光原理。“旋转抛物面”就是在数学上,抛物线绕主轴旋转一周所得的面。若有一束平行光沿主轴射向这个抛物面,遇到抛物面的反光,光线则会集中反射到定点的位置,形成聚光(或叫“聚焦”)。

聚光式太阳灶要求在锅底形成一个焦面,才能达到加热的目的。确定了焦面之后,人们就可以容易地确定聚光器的聚光比,由此人们可以了解聚光式太阳灶的功率和效率。

聚光比K可用公式求得:K=采光面积/焦面面积。采光面积是指太阳灶在使用时反射镜面阳光的有效投影面积。一个700~1200瓦功率的聚光式太阳灶,通常采光面积约为1.5~2.0平方米。个别大型蒸汽太阳灶也是聚光式太阳灶,有的拥有5平方米以上的采光面积。使用旋转抛物面聚光镜时,阳光从主轴线方向入射,往往在通过焦点上的锅具时会留下一个阴影,因此减少了阳光的反射,影响了太阳灶的功率。青岛本游太阳能设备有限公司在研制太阳灶时,克服了上述弊病,提出偏轴聚焦原理。目前,偏轴聚焦原理为我国大部分太阳灶的设计所采用。

除采用旋转抛物面反射镜外,聚光式太阳灶还有将抛物面分割成若干段的反射镜,光学上称之为菲涅耳镜,菲涅耳镜可以做成连续的螺旋式反光带片,俗称“蚊香式太阳灶”。这类灶型都是可折叠的便携式太阳灶。

聚光式太阳灶的镜面有若干种类型,有的用玻璃整体热弯成型,有的用普通玻璃镜片碎块粘贴在设计好的底板上,有的用高反光率的镀铝涤纶薄膜裱糊在底板上。底板制作材料有水泥、铁皮、钙塑材料。

聚光式太阳灶的锅架高度要适中便于操作,架体用金属管材弯制,镜面仰角可灵活调节。在架底可以安装两个小轮,以便移动方便;可以在锅底部位加装防风罩,以方便在有风的地方使用,使太阳灶抗风不倒,减少锅底因受风的影响而功率下降;可以安装自动跟踪太阳的跟踪器。

水泥壳体加玻璃镜面是目前中国农村推广的一些聚光式太阳灶,它的造价低,便于就地制作,但不利于工业化生产和运输。

(4)室内太阳灶

前面介绍的三种太阳灶有一个共同特点就是都必须在室外进行炊事操作,工作环境恶劣,不卫生。

为了克服室外太阳灶的弊端,人们又研制生产出室内太阳灶。这种太阳灶采用传热介质(液体),把室外聚集接收到的太阳辐射能传递到室内,以供人们用来烹调食物。但是,这种太阳灶缺乏蓄热装置。

(5)储能太阳灶

储能太阳灶是利用光学原理使低品位阳光,通过聚焦达到800℃~1000℃的高温能量后,再利用导光镜或光纤使高温光束导向灶头直接利用或将能量储存起来。

这种全新的太阳灶功能众多,可以做饭烧水、烘烤、储能和室内照明。

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