太阳灶
利用太阳辐射获取热量的炊具
太阳灶于1956年在中国上海诞生,是利用太阳能辐射获取热量的装置。太阳灶由于炊事过程较短,加之经济和维修上的原因,大都采用人工调节跟踪。在高度角跟踪方面有拉杆或套管调节、提拉式齿条螺杆调节、有级和无级相结合的齿杆调节机构等;方位角跟踪方面采用小车调节和立轴调节。
太阳灶利用太阳能辐射,通过聚光等形式从而获取热量。它不烧任何燃料、没有任何污染,方便简单。太阳灶可分为箱式太阳灶、平板式太阳灶、聚光太阳灶和室内太阳灶。
太阳灶主要应用于烧水,发电和海水淡化
发展历史
中原地区第一台太阳灶于1956年在上海市诞生,但作为一门技术为人们所重视应该从1974年在上海召开的部分省市太阳能技术交流会算起,当时,河南安阳研制出热箱式太阳灶,上海、北京市甘肃省等地推出了不同类型的聚光太阳灶。随着太阳灶技术的发展,各地的聚光大阳灶开始取代温度和功率均较低的热箱式太阳灶,并显示出良好的实用性。1979年,西安市召开的全国第二次太阳能利用工作经验交流会上,河南省河北省、甘肃和上海等地分别推出了水泥聚光灶、纸壳正抛轴外聚光灶、凹面玻璃正抛聚光灶以及塑料壳聚光灶,全国第二次太阳能利用工作经验交流会之后,各种聚光大阳灶如雨后春笋般地出现,全国四、五个太阳灶研制单位纷纷推出各种新型太阳灶。这期间各种设计思想与设计方法相继出台,各抒己见,呈现出百家争鸣的势头,如“偏抛”“正抛”“正抛轴外聚光”“斜四边形自动平衡锅架”和“太阳灶有效面分析图表法”等等;各种制作工艺和材料不断推出,上海市研制成真空镀铝薄膜,为太阳灶提供了急需的新型反光材料;对太阳灶热性能测试方法也开展了研究。
1983年3月,在中国计委、科委、农业部及国务院“三西”办的支持下,中国农业上怪研究设计院牵头组织了河南省能源研究所、郑州工学院、上海市能源研究所、甘肃省能源研究所、河北省能源研究所、兰州市科技所、甘肃省临夏回族自治州能源站、江苏省无锡市能源所和盐城市锅厂等18个国内研究、试制太阳灶有成效的单位,组成太阳灶联合攻关组。同年9月在北京召开了全国太阳灶评选交流会,会后攻关组开始对太阳灶的设计理论、测试方法和材料工艺等方面进行系统研究,并重点研制了几种不同类型的太阳灶。
1986年9月,由农业部主持在北京召开了第二次全国太阳灶评选交流会,这次会议是对中原地区太阳灶在“六五”期间取得的成果的一次总结和检阅。会上评出了13种优秀太阳灶。这些太阳灶一般都具有热性能指标高、炊事功能完善、设计合理、结构简单、操作方便、成本比较合理等特点。通过这次评比活动,可以看出,采用联合攻关的形式对提高太阳灶的质量、推广应用起到了积极的作用。
1986年,中国将太阳灶的研究列入“七五”科技攻关项目,从财力、物力上给予大力支持,使太阳灶的发展逐步走向了归口管理、系统研究、计划推广的健康发展轨道。“七五”期间,中国在科技攻关项目上共安排了12项研究课题,包括理论研究、新型太阳灶研究、制作工艺研究、反光材料研究以及测试方法的研究。课题于1990年通过验收,其整体水平达到了国内先进,在实用性方面为中原地区提供了较为成熟的太阳灶技术。太阳灶攻关组成立后,把原来分散的理论研究逐步纳入系统的、围绕中国太阳灶实用化上来。提出的“三圆计算作图法”是一种太阳灶采光面的优化设计方法,使灶面设计由定性变为定量,由技术制图推向解析计算,大大提高了太阳灶的热性能。“七五”攻关期间,又在太阳灶“三圆计算作图法”的基础上,探讨了太阳灶作为光学接收器时的光效率以及光学参数--反射率、截获率和吸收率;研究了太阳灶作为太阳能热能转换器时的热效率、功率以及光、热效率的关系,提出了光效率和热效率之间关系的计算式。以太阳灶光效率为优化设计目标,对设计太阳灶的主要参数进行优化分析、计算,根据用户的不同需要,提出了设计取值范围和计算方法,编制了实用的太阳灶设计程序,逐步完善了太阳灶的设计理论。
基本构造
针对中原地区太阳灶的使用对象主要是农民的这一特点,在满足基本功能的前提下,近年来,中国太阳灶的结构设计尽量做到简化,制作容易、价格低廉,与常规能源有可比性。选取操作参数时,尽量便于使用和操作。太阳灶由于炊事过程较短,加之经济和维修上的原因,大都采用人工调节跟踪。在高度角跟踪方面有拉杆或套管调节、提拉式齿条螺杆调节、有级和无级相结合的齿杆调节机构等;方位角跟踪方面采用小车调节和立轴调节。此外在跟踪调节方面还有随遇平衡式、轮转式、摆头式等等,自动跟踪因成本高,维修不便,未能进入实用性阶段。“七五”期间,甘肃省自然能源研究所曾研制出户内太阳灶,比国外报道过的室内太阳灶的工作温度还高50℃以上,但因经济上无法和常规灶具竞争、也未进入实用化阶段。
锅架支承机构有平行四边行和斜四边型两种。斜四边型是在不影响正常使用情况下,把锅架倾斜一个小角度,这样能增大有效采光面积。近年还研制出一种不随灶体转动的固定式锅架,较适合轻型灶使用。
工作原理
太阳是万物之源,人类对于太阳的利用方面越来越多,生活中最常见的太阳能工具便是太阳灶了,通过把太阳光线集中在一处迅速升高温度来转换能量。太阳灶往往是一面凹状的镜子组成,大小也是半人高方便转移。
太阳灶是利用一种太阳能辐射,通过聚光等形式获取热量,对食物进行加热,进行炊事烹食物的装置。它不烧任何燃料、没有任何污染,方便简单。
太阳灶已是较成熟的产品,人类利用太阳能烹饪食物已有久远的历史,特别是近二、三十年来,世界各国都先后研制生产了各种不同类型的太阳灶。尤其是发展中的中国,太阳灶受到了广大用户的好评,并得到了较好的推广和应用。
太阳灶是一种利用太阳能进行炊事、烹饪食品的一种装置,属于太阳能中、高温利用的一种太阳能热利用设备。太阳灶主要有两种类型:热箱式太阳灶(又称闷晒式太阳灶)和聚焦式太阳灶。目前应用于生活中的主要为聚集式太阳灶。
分类
箱式太阳灶
根据黑色物体吸收太阳辐射较好的原理研制而成。它像一只箱子,使用时温度可达100℃以上,能够满足蒸、煮食物的要求。这种太阳灶不需要跟踪装置,能够吸收太阳的直射和散射能量,但由于箱内温度相对不高,不能满足所有的炊事要求,推广应用受到限制。
平板式太阳灶
利用平板集热器和箱式太阳灶的箱体结合起来就形平板式太阳灶。平板集热器可用全玻璃电子管,通过产生蒸汽或高温液体,将热量传入箱内进行烹调。这种太阳灶只能用于蒸煮或烧开水,推广应用也受到很大限制。
聚光太阳灶
采用抛物面发射镜或特殊的透镜,将单射太阳辐射聚集在某一较小的区域,此区域即焦区或焦斑,直径大约为15~30厘米,温度可达400℃以上,可以满足烧、炒、蒸煮、烤等多种烹调需求。
室内太阳灶
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,然后用来烹调食物。考虑到室内操作的稳定性,应增加蓄热装置。
使用方法
安全使用技术
太阳灶的安放
一是太阳灶应选择坐北朝南的开阔、避风、平坦处安放,且底座要平稳牢靠;二是要避开周围高大建筑物及树木、电杆等能遮阴挡光的地方,使用期间不应受到任何建筑和物体对阳光的遮挡;三是要远离柴草、秸秆易燃物;四是不要放在人畜、机械经常活动和容易阻碍其它活动的场所;五是不要放在阴冷潮湿的地方;六是不能放在公共设施场所。
安全使用方法和注意事项
一是太阳灶使用的灶具底部要涂黑,新灶具要用柴草熏黑底部,以提高热太阳灶的使用效率,减少光的反射;二是使用太阳灶时,要随当日时间的变化调整太阳灶的方位和高度,一般每20~40分钟进行一次跟踪调整,使太阳灶的焦斑始终保持在锅(壶)底部中央;三是在使用太阳灶时严禁小孩在灶的周围玩耍,以免造成烫伤;四是由于光斑温度很高,调整时要特别注意不要使光斑落到人体或其他物体上,特别要注意农家院落内晾晒的衣物、堆积的柴草(秸秆)等易燃物,以免造成人身伤害或引起火灾导致财产损失;五是太阳灶使用完毕后,应背对阳光搁置,以免引起火灾造成人体损伤和对建筑物的破坏;六是如遇刮风时,应将灶背风放置,必要时底座加压重物,以防太阳灶被风刮倒,损坏灶体;七是太阳灶上的炊具要加盖,减少热量损耗;八是不能损坏灶面镀铝膜
维护与保养
1、灶面的维护与保养。灶面是太阳灶重要的一个部件,应特别注意镀铝膜表面的清洁,在清洗时应用棉布等柔软物轻擦表面,不要用硬物或带有腐蚀性的化学品擦洗,以免损坏反光材料而影响太阳灶的热效率,减少使用寿命。不使用期间,要将灶面背向阳光,以延长反光材料的使用寿命。遇到阴雨天将太阳灶搬至空闲的房子,防止冰雹打破反光面和雨水侵入缝隙缩短寿命。
2、支架及转动部分的维护与保养。当太阳灶使用一段时间后,要及时对各转动部件定期进行保养,如加润滑油等,必要时还需要喷刷防锈漆,以便转动灵活、方便使用,延长使用时间。
3、冬季不使用时保护。应将太阳灶的灶面擦拭干净、对支架及转动部分加入润滑油,并放置到妥善位置,不让太阳灶受到雨雪损害,待来年再使用。
应用领域
烧水
太阳灶是利用一种太阳能辐射,通过聚光等形式获取热量,对食物进行加热,进行炊事烹饪食物的装置。它不烧任何燃料、没有任何污染;方便快捷、简单易制。是利用凹面镜会聚光的性质把太阳能收集起来,用于做饭、烧水的一种器具。太阳灶的作用就是把低密度、分散的太阳辐射能聚集起来,进行烹调作业。
发电
法国南部比利牛斯山脉上,一个巨型建筑物矗立在空旷的原野上。这就是世界上最大的“太阳灶”,足足由上万面镜子装配而成,肉眼看上去仿佛一个巨大的玻璃墙。太阳炉选取在这个地点上也是有原因的,这里地势较高云层稀薄正好有利于高效地接受太阳辐射。并且这里也是法国境内太阳光照时间较长的场所,完美具备了太阳炉的最佳条件。中国最大聚光太阳能热发电项目在距离敦煌市西南22公里的戈壁里,有一片巨大的同心环区域。最短半径超过1000米,这里是中国最大的CSP塔式太阳能热发电项目。
海水淡化
运用太阳灶聚光集热太阳能作为海水淡化的加热系统,为海水提供热源,有效利用了太阳能这一清洁无污染、持续可再生的特点,将太阳灶与减压病蒸馏结合,在光强度和温度方面表现出了良好的性能。采用的PP中空纤维膜具有很好的疏水性,在使用太阳灶聚光集热-减压膜蒸馏海水淡化系统进行实验时,进料液海水的温度与膜的渗透通量成正比,馏出液的电导率平均在5.59μS/cm左右,且PP中空纤维膜的截留效果很好,截留率达到99.9%。
优缺点
优点
1、热量高。太阳灶汇集的光线温度相当于1000瓦功率的电炉,1千克生水仅用8分钟即可煮沸,热效率高。
2、节约能源。不用煤、电、柴草、液化石油气,利用太阳光就可直接烧水、做饭、取暖等。
3、环保。对环境和人体没有任何污染。
4、操作方便。结构简单,装配方便,容易拆装,成本比较低,在任何有阳光的地区都可以使用。
缺点
1、对环境有一定依赖,只能在白天晴天使用,阴雨雪天和夜晚无法使用。
2、总体热性能不高,多数时刻的太阳高度角,距离“设计初始太阳高度角”较远,斜射角较大,散光严重,总体热性能比较差。
3、设计工作复杂,难有使用范围较广的设计方案。
相关事件
2022年6月8日中国西藏阿里地区某居民住宅因使用太阳灶,并将太阳灶朝向一直对着围墙柴火堆垛处,从而引发火灾。火灾烧毁2021年购置的电动自行车1辆、围墙处木材等杂物、大门门楼及少部分住宅玻璃受损。
目录
概述
发展历史
基本构造
工作原理
分类
箱式太阳灶
平板式太阳灶
聚光太阳灶
室内太阳灶
使用方法
安全使用技术
太阳灶的安放
安全使用方法和注意事项
维护与保养
应用领域
烧水
发电
海水淡化
优缺点
优点
缺点
相关事件
参考资料