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太陽能灶具原理 太陽能灶種類 太陽能灶生產工藝流程
添加時間:2019-03-07
太陽能灶
太陽能灶就是把太陽能收集起來,用于做飯、燒水的一種器具。太陽灶的關鍵部件是聚光鏡,不僅有鏡面材料的選擇,還有幾何形狀的設計。最普通的反光鏡為鍍銀或鍍鋁玻璃鏡,也有鋁拋光鏡面和滌綸薄膜鍍鋁材料等。
隨著時代的進步,先進的科技逐漸進入人們的生活,太陽能是21世紀節能、環保設備。在當今能源日益緊缺的情況下太陽能環保設備越來越受人們的青瞇。
原理
太陽能灶的鏡面設計,大都采用旋轉拋物面的聚光原理。
在數學上若拋物線繞主軸旋轉一周,所得的面,即稱為“旋轉拋物面”。若有一束平行光沿主軸射向這個拋物面,遇到拋物面的反光,則光線都會集中反射到定點的位置,于是形成聚光,或叫“聚焦”作用。作為太陽灶使用,要求在鍋底形成一個焦面,才能達到加熱的目的。換言之,它并不要求嚴格地將陽光聚集到一個點上,而是要求一定的焦面。確定了焦面之后,我們就不難研究聚光器的聚光比,它是決定聚光式太陽灶的功率和效率的重要因素。聚光比K可用公式求得:K=采光面積/焦面面積。采光面積是指太陽灶在使用時反射鏡面陽光的有效投影面積。根據我國推廣太陽灶的經驗,設計一個700~1200瓦功率的聚光式太陽灶,通常采光面積約為1.5~2.0平方米。個別大型蒸汽太陽灶也是聚光式太陽灶,但其采光面積較大,有的要在5平方米以上。
旋轉拋物面聚光鏡是按照陽光從主軸線方向入射,所以往往在通過焦點上的鍋具時會留下一個陰影,這就要減少陽光的反射,直接影響太陽灶的功率。我國大部分太陽灶的設計均采用了偏軸聚焦原理。
聚光式太陽灶除采用旋轉拋物面反射鏡外,還有將拋物面分割成若干段的反射鏡,光學上稱之為菲涅耳鏡,也有把菲涅耳鏡做成連續的螺旋式反光帶片,俗稱“蚊香式太陽灶”。這類灶型都是可折疊的便攜式太陽灶。聚光式太陽灶的鏡面,有用玻璃整體熱彎成型,也有用普通玻璃鏡片碎塊粘貼在設計好的底板上,或者用高反光率的鍍鋁滌綸薄膜裱糊在底板上。底板可用水泥制成,或用鐵皮、鈣塑材料等加工成型。也可直接用鋁板拋光并涂以防氧化劑制成反光鏡。聚光式太陽灶的架體用金屬管材彎制,鍋架高度應適中要便于操作,鏡面仰角可靈活調節。為了移動方便,也可在架底安裝兩個小輪,但必須保證灶體的穩定性。在有風的地方,太陽灶要能抗風不倒。可在鍋底部位加裝防風罩,以減少鍋底因受風的影響而功率下降。有的太陽灶裝有自動跟蹤太陽的跟蹤器,但是一般認為這只會增加整灶的造價。中國農村推廣的一些聚光式太陽灶。大部分為水泥殼體加玻璃鏡面,造價低,便于就地制作,但不利于工業化生產和運輸。
種類
第一種:室外太陽灶
這種太陽灶只能用于室外燒水做飯,在70年代由各地方政府推廣。其優點是能獲得太陽能高溫,節省燃料。其制作成本適合當時農民的生活水平,其缺點是人工操作,極為不便。一般僅用手工操作,只能在室外做飯,負重低,可以滿足個人家庭生活部分的需要。由于造價特別低廉,這種太陽灶如今在許多地方仍在使用。
第二種:菲涅爾透鏡聚焦
其優點極為明顯,聚焦精度高。為片狀塑性材料,輕便,性能好。是當今太陽能聚焦最好的方式之一,主要用于太陽能發電。但其缺點是造價十分昂貴,技術要求精度高,在我國能生產大型菲涅爾透鏡的廠家基本沒有,即使個別能生產的,其產品也全部轉為出口。且造價十分昂貴,一個一平方以內的菲涅爾透鏡售價約一千多元,即使在國外,一個兩平方的菲涅爾透鏡約六千多元。由于成本極高,使用者往往望而卻步,這使我國菲涅爾透鏡生產廠家的生產能力因價格和消費市場而受到了抑制。
第三種:固定焦點太陽能灶
固定焦點太陽能灶是由我國科學工作者經過十多年的研制而開發的一種新型太陽能灶。其特點是將聚光集熱與蓄熱儲能分為兩個不同部分,將聚光結構在自動跟蹤器的引導下使鍋形聚光器始終對準陽光并沿著地軸方向反射到集熱儲能器的靶心上。并將獲得的高能光熱轉換到集熱器上。
其優點是由于集熱和聚光分為兩個不同體,因此聚光方便,使用動力小,費用低,而儲能部分在其靶心上,所以其重量體積不受限制,因而這種固定焦點太陽能灶可以用于集體食堂、高溫集熱、熱水工程、海水淡化及太陽能發電。該技術已領先于世界前列。也是我國科學工作者對太陽能利用做出的新貢獻。
此外,我國太陽能專家又研制出一種模塊式太陽能發電系統,它可以進行集約化生產,生產能力不受限制,加工方便,成本低廉,效能高。一個組件就可以發出一個千瓦的電能,支持任何發電系統,這是其它太陽能發電系統性價比所無法比擬的,這必將為我國太陽能產業的發展起到促進的作用。
工藝流程
太陽灶的灶體是太陽灶最重要的組成部分。它可以用有機的、無機的,金屬的或者非金屬材料制作。我國所擁有的大陽灶,絕大多數是菱苦土灶體、水泥砂漿或鑄鐵灶體。而其它材料的灶體卻由于種種原因沒有得到廣泛應用。
在農村批量生產太陽灶,可以采用菱苦土或水泥砂漿制作灶體。步驟是這樣的:
1、制作模型。為了保證太陽能灶灶體的凹面是旋轉拋物面,灶體應該在具有拋物面凸面的模型上制作。模型表面的旋轉拋物面形狀是用有拋物線刃口的刮板刊出來的。
刮板一般用金屬板制做。首先在坐標紙上精確地畫出焦距為750或800毫米的拋物線,拋物線的橫坐標一般取1200毫米左右。然后在鋼板上畫出同樣的,拋物線,切割出刮板的凹形刃口,經過仔細打磨并與坐標紙上的拋物線進行比對,最后固定在一條金屬軸上,一方面使它的因形刃口與坐標紙上的拋物線貼合,同時,軸的中心線與坐標紙上的拋物線的縱坐標重合。需要強調的是,制作刮板是保證太陽灶質量最關鍵的一步,必須認真仔細。
太陽灶模型一般用混凝土制做。模型表面用具有拋物線刃口的刮板竣轉刮制而成。具體做法是:在地面上畫出一個直徑為2.4厘米(假定我們準備生產的太陽灶,其截光面積為2平方米〕的圓,周圍用磚或石頭砌成20厘米高的墻、中間填土夯實,同時在土里埋好用于支撐刮板軸的支架,在突起的土堆上面糊5厘米厚的草泥,待草泥基本干燥后、上面覆蓋50毫米厚的100號混凝土,架好刮板,使其刃口與混凝土表面之間有15至20毫米的間隙,隨后在混凝土上抹150號水泥砂漿,旋轉刮板把砂漿刮勻,然后用泥刀趕壓。在砂漿表面上還需要上一層素灰漿。上漿前把刮板提起少許,擦凈刃口上的沙粒,調整刮板,使其刃口距離砂漿表面大約5毫米,待砂漿表面略干,在砂漿表面澆一層素灰漿。具體做法是:把素灰漿澆到刮板的根部(也就是凸模的頂部〕,在均勻而緩慢地轉動刮板的同時,輕輕敲打刮板,使灰漿順暢地流到摸型的邊緣。模型上澆滿灰漿后,提起刮板,對摸型進行養護。養護時間一般需要10至15天,在澆灰漿的過程中,由于刮板的振動,可能會在模型表面形成徑向型波紋。養護完畢,需要用砂紙模型表面上的波紋輕輕磨光,以保證模型表面光滑。
2、畫線及制作圍框。太陽灶的模型表面就是一個旋轉拋物面凸面,制作太陽灶的灶體只需要這個表面的一部分。在不同地區,根據對太陽灶功能的不同要求,太陽灶灶體可能設計成不同形狀和大小。這就需要根據設計在模型表面畫出太陽灶灶體的輪廓線。在太陽灶設計中,一般只給出灶體的投影形狀,那么,在模型上畫灶體的實際輪廓線的時候,就需要使輪廓線在地面上的投影盡可能接近設計的形狀、大小。同時,要在模型上標出預埋件和開孔的位置。太陽灶灶體的中部需要預留一個長方形孔,以適應太陽灶進行仰角角調節的需要。孔的寬度一般為50毫米、長度應該與太陽灶仰角調節的角度相適應。如果根據設計需要在灶件內配筋,也應該畫出配筋走向。
由于模型的表面為光滑的凸面,制作灶體的材料是水泥砂漿或菱苦土,因而需要按照輪廓線制作圍框。圍框一般用扁鐵或角鐵制作,高度為30至50毫米。
3、搗制灶體。水泥砂漿灶體一般刷成溥殼加肋結構。薄殼部分厚度15至20毫米,邊緣及肋部分厚度為30至40毫米。加肋部分需配筋,薄殼部分需加玻璃纖維。
菱苦土灶體所需材料主要為氧化美、氯化鎂,它們之間的比例大約為4比3,還可以加入8%一10%的鋸末、15%一18%的細綿沙,或者其他填充物。此外為了保證灶體有足夠的強度;開減少脆裂,還需加入0.3%一0.5%左右的磷酸三鈉作為增強劑。在配料時,氧化鎂溶液的濃度應該根據氣濕的高低掌握在26至28波美度,氣溫低時濃度高一些。
搗制灶體的過程是這樣的:首先在凸模上薄薄地抹上一層廢機油(或鋪上一層塑料薄膜,注意把嚴重折疊的部分剪開〕把圍框、預埋件、預留孔木塊定好位置,布好筋,就可以將攪拌均勻的料撒在圍框內,用白木板均勻、拍實,然后在表面苦上薄膜就可以進入養護階段。菱苦土材料需要養護3天,水泥砂漿需要養護7天,然后就可以起摸。灶體起模后,凹面朝上;下面適當地墊上支撐物,繼續養護10至15天,便可以粘貼反光材料。
一個合格的灶體,應當形狀規整、尺寸準確、薄厚均白、沒有斑疤和裂紋,輕輕敲擊時聲音清脆,從各個方向搬動時都不發生變形。
4、粘貼反光材料。太陽能灶反光材料可以用2最毫米厚的鍍鋁玻璃鏡片,也可以用鍍鋁聚酯薄膜。用玻璃鏡片時,需要裁成40毫米見方的小塊。粘結劑可以是乳膠或乳化瀝青。用鍍鋁薄膜時,以把它裁成100毫米寬的條,直接粘貼。薄膜背后的壓敏就是粘結劑。
粘貼反光材料之前,需要把灶體的凹表面上可能存在的小孔填平,打磨光滑,擦去粉塵。在粘貼反光材料的時候,鏡片之間要均勻過渡、鏡片與灶體間要緊密貼合,以保證反光材料表面盡可能接近旋轉拋物面。在粘貼鏡片過程中,應該使粘結劑擠滿鏡片之間的縫隙。貼完鏡片以后,需要在太陽灶整個反光表面撒上一些干燥水泥(或氧化鎂粉),均勻涂抹,使水泥(或氧化鎂粉)填入鏡片之間不可避免的縫隙中。
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