專利名稱：一種梯級升溫太陽能開水爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種梯級升溫太陽能開水爐，它屬于一種生活用品，可廣泛用于機(jī)關(guān)、學(xué)校、公共場所、以及旅館、飯店等。
現(xiàn)在各機(jī)關(guān)、學(xué)校等提供的開水、多是使用專用的燃煤(或其它燃料)在開水爐中燃燒，加熱冷水得到。這不僅要建造專用的鍋爐房，而且要有專人值守，同時還會產(chǎn)生空氣污染。在一些高級的旅館、飯店，也有使用電熱開水器的，它解決了建造專用鍋爐房占地，以及污染問題，但是它要消耗大量的電能，這是能量的浪費(fèi)。太陽能是一種干凈、無污染和對環(huán)境幾乎沒有影響的一種很好的能源，但在太陽能利用中，有兩個問題需要解決，之一是太陽光的能流密度(在單位時間內(nèi)通過單位面積的太陽光所攜帶的能量大小)不高，一般只有每平方米1千瓦左右。在直接利用換能器吸收時，為得到較大的輸出功率，就必須使用大面積的換能元件。由于換能元件表面本身與外界也在進(jìn)行熱交換(對流和幅射)，產(chǎn)生較多的熱量損失，因此換能效率不高，而且得到的水溫較低。問題之二是太陽在天空中的位置是隨一天中時刻不同而變化的。為提高太陽光的能流密度，可以使用各種匯集裝置(如反射鏡等)把太陽光集中，提高能流密度。但由于太陽在天空中位置的變化，必須使用一套跟蹤裝置使匯集裝置的輸出始終保持在換能器表面。使用跟蹤裝置使得太陽能換能裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，而且使用中的維護(hù)等也使裝置運(yùn)行成本增加。
本實(shí)用新型的目的是發(fā)明一種梯級升溫太陽能開水爐，它不用使用跟蹤機(jī)構(gòu)以適應(yīng)太陽位置變化，可以直接輸出達(dá)到沸點(diǎn)的開水。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)如附


圖1所示，它有支架1、反射鏡2、真空吸熱管3，反射鏡為圓柱面的一部分，其圓心角接近180°，支架1支持反射鏡2使其軸線為南北方向并使軸線與水平面的夾角等于使用地緯度值，其特征在于真空吸熱管3直徑為反射鏡2圓柱直徑的三分之一到六分之一，真空吸熱管3的安裝軸線與反射鏡的軸線平行并在反射鏡圓弧中點(diǎn)所在半徑上，在該半徑上真空吸熱管3的下外沿距反射鏡圓弧中點(diǎn)的距離約為二分之一反射鏡圓弧半徑，反射鏡2為多個，并排排列，在每一個反射鏡2相應(yīng)位置上有一個真空吸熱管3，真空吸熱管3相互串聯(lián)，在串聯(lián)的真空吸熱管3的總?cè)肟谔幯b有水磁化器4，在總出水口處裝有保溫桶5，在保溫桶5上面裝有蒸汽放溢閥6，在距底部一定距離處裝有開水輸出閥門7，在底面裝有放淤閥8。
附
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為本實(shí)用新型垂直剖面圖。圖中R為反射鏡圓弧半徑，r為真空吸熱管3的半徑，H為真空吸熱管3剖面圓心到反射鏡圓弧圓心的距離。
附圖3為太陽光入射角度與反射鏡指向間角度不大時的光線反射示意圖。
附圖4為太陽光入射角度與反射鏡指向間角度較大時的光線反射示意圖。
附圖5為反射鏡在指向方向分割縮進(jìn)結(jié)構(gòu)示意圖。
本實(shí)用新型的工作原理如下冷水通過水磁化器4后進(jìn)入到串聯(lián)的真室吸熱管3中。冷水在通過各個真空吸熱管3時，吸收由真空吸熱管3內(nèi)壁吸收到的太陽光熱量，使水溫上升。由于真空吸熱管3是串聯(lián)的，冷水在通過每一個真空吸熱管3后，溫度都有所上升，通過多個串聯(lián)后，就能達(dá)到100℃～105℃左右的溫度(因為冷水進(jìn)水有一定的壓力，其溫度可以大于100℃的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸騰溫度)。在達(dá)到100℃～105℃左右的開水進(jìn)入保溫桶5中留存供使用。在保溫桶5上面的蒸汽放溢閥6用于排放由于開水進(jìn)入保溫桶5后產(chǎn)生的蒸汽，以保持保溫桶5中的壓力接近于正常大氣壓力。在保溫桶5下部距底面一定距離裝有的開水輸出閥門7，用于為用戶輸出開水。而裝于底部的放淤閥8用于定時排放開水中產(chǎn)生的水垢。由于進(jìn)水處裝有水磁器4，因此，在冷水加溫成開水時產(chǎn)生的水垢是松散的，它不會結(jié)于真空吸熱管3內(nèi)壁，而是沉淀于保溫桶5底部。
圓弧反射鏡2有對于不同入射角度的光線聚焦到二分之一圓弧半徑的圓弧面上的特性。由于真空吸熱管3為圓柱形，其下外沿距反射鏡圓弧中點(diǎn)的距離約為二分之一反射鏡圓弧半徑。它正好處在與圓弧反射鏡2的焦面圓弧相切的位置。當(dāng)入射陽光相對于反射鏡2方向的角度不大時，其反射后陽光聚焦位置的焦面圓弧和真空吸熱管3對應(yīng)圓弧差不大，真空吸熱管3不要求聚焦的質(zhì)量，因此有一些散交是允許的，而且也是必須的。這時，散焦后的陽光還是基本全照射在真空吸熱管3表面，如附圖3所示。當(dāng)陽光入射角大于一定角度(如附圖4所示)時，只有真空吸熱管3右側(cè)的反射鏡2起作用，它的陽光反射后也還是投到真空吸熱管3的表面。因此不管太陽在天空中的什么位置，照射到反射鏡2的陽光都被反射到真空吸熱管3的表面，而真空吸熱管3的表面積小于反射鏡2的表面積，因而提高了真空吸熱管3表面的平均能流密度。
本實(shí)用新型采用太陽能加熱的方法直接得到開水，不用使用任何燃料燃燒，因此可以絕對避免產(chǎn)生污染，不用修建專用鍋爐房，同時也基本不消耗電能，是一種節(jié)能的開水爐。本實(shí)用新型采用圓弧反射鏡和圓柱形真空吸熱管，把圓柱形真空吸熱管安裝在與圓弧反射鏡圓弧焦面相切的位置，使太陽在天空中任意位置所投射的照到反射鏡的陽光光線被反射后基本都投射到真空吸熱管的表面。由于真空吸熱管的表面積小于反射射鏡的表面積，因而提高了真空吸熱管表面的平均能流密度。這可以提高轉(zhuǎn)換效率，降低成本。由于反射的陽光投射到圓弧焦面處，它不用使用跟蹤機(jī)構(gòu)就能適應(yīng)太陽位置變化，無需轉(zhuǎn)動反射鏡。它沒有運(yùn)動部件，結(jié)構(gòu)簡單，無需維護(hù)。
本實(shí)用新型使用多個真空吸熱管串聯(lián)的方法來達(dá)到使冷水加熱成開水。一方面，這可以避免由于單個真空吸熱管產(chǎn)生大溫升所帶來的效率下降問題。另一方面，只有少數(shù)幾個真空吸熱中的吸熱工質(zhì)熱處于高溫狀態(tài)，熱損失少。
本實(shí)用新型中的真空吸熱管3的數(shù)目可以是兩支、三支、四支，以及十幾支或是幾十支，它由所需達(dá)到的溫升和采熱面積決定。在要求溫升高，采熱面積大(要求輸出的功率大)時，真空吸熱管3的數(shù)目也應(yīng)多一些，最佳值在8～16之間，過多時，制造和連接困難，過少時單個真空吸熱管3的溫升增加，效率降低。
本實(shí)用新型中的多個反射鏡2可以多個并排放置于支架上，還可以采用如象瓦楞鐵相似的形狀，采用在一個整張薄板上壓制出多個凹形波面，每一個波面對應(yīng)一個單體反射鏡2，在本實(shí)用新型中，各個真空吸熱管3之間的連接，應(yīng)盡量短，可以采用蛇形連接，兩真空吸熱管3的上端連接或是下端連接。在真空吸熱管3之間的連接處應(yīng)使用絕熱材料包覆，以減少熱損失。
在本實(shí)用新型中，真空吸熱管3可以采用市場出售的標(biāo)準(zhǔn)直形真空吸熱管，也可以自制，采用雙層套接蛇形管，每一個直邊對應(yīng)一個真空吸熱管，其外層為透明玻璃，內(nèi)層可以是涂有吸熱材料的玻璃。也可以是通過發(fā)黑處理過的鋁管或銅管，在內(nèi)外管之間抽真空，以避免對流散熱。
本實(shí)用新型中，真空吸熱管3的半徑可以是反射鏡圓弧半徑的三分之一至六分之一，太大是一種浪費(fèi)。還降低了聚能效率，也不能太小，太小在太陽位置偏離反射鏡指向較多時，不能保證反射陽光還能絕大多數(shù)投射到真空吸熱管3的表面，其最好值為四分之一。
本實(shí)用新型的反射鏡1可以采用在指向方向分割縮進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式，如附圖5所示。它把圓柱面沿軸向分割成條形，在指向方向縮進(jìn)，保持反射光路不變而減少了反射鏡的厚度。
本實(shí)用新型中，可以在保溫桶5中裝有備用電加熱器，在由于陰天以及需要加大開水輸出量的時候輔助加熱。
權(quán)利要求1.一種梯級升溫太陽能開水爐，它有支架(1)、反射鏡(2)、真空吸熱管(3)，反射鏡為圓柱面的一部分，其圓心角接近180°，支架(1)支持反射鏡(2)使其軸線為南北方向并使軸線與水平面的夾角等于使用地緯度值，其特征在于真空吸熱管(3)直徑為反射鏡(2)圓柱直徑的三分之一到六分之一，真空吸熱管(3)的安裝軸線與反射鏡的軸線平行并在反射鏡圓弧中點(diǎn)所在半徑上，在該半徑上真空吸熱管(3)的下外沿距反射鏡圓弧中點(diǎn)的距離約為二分之一反射鏡圓弧半徑，反射鏡(2)為多個，并排排列，在每一個反射鏡(2)相應(yīng)位置上有一個真空吸熱管(3)，真空吸熱管(3)相互串聯(lián)，在串聯(lián)的真空吸熱管(3)的總?cè)肟谔幯b有水磁化器(4)，在總出水口處裝有保溫桶(5)，在保溫桶(5)上面裝有蒸汽放溢閥(6)，在距底部一定距離處裝有開水輸出閥門(7)，在底面裝有放淤閥(8)。
專利摘要一種梯級升溫太陽能開水爐，它有支架、反射鏡、真空吸熱管，其特征在于真空吸熱管安裝在與圓弧反射鏡圓弧焦面相切的位置，反射鏡為多個，在每一個反射鏡相應(yīng)位置上有一個真空吸熱管，真空吸熱管相互串聯(lián)，在總出水口處裝有保溫桶，其上面裝有蒸汽放溢閥、開水輸出閥門和放淤閥。采用太陽能加熱的方法直接得到開水，不用使用任何燃料燃燒，因此可以絕對避免產(chǎn)生污染。使用多個真空吸熱管串聯(lián)的方法來達(dá)到使冷水加熱成開水，熱損失少。由于反射的陽光投射到圓弧焦面處，無需轉(zhuǎn)動反射鏡。
文檔編號F24J2/14GK2171817SQ9324039
公開日1994年7月13日 申請日期1993年9月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月25日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠