CN102252430B - 太阳能有储热装置的室内灶 - Google Patents

Abstract

太阳能有储热装置的室内灶属于太阳能灶领域。设计了采光机构，热交换锅与热交换器。使这三件热交换件利用三通阀，组成多回路组合系统。在系统中利用棉子油做传热介质。设计了螺旋工作泵推动传热介质在加热食物时循环。设计了温度调节开关可对烹饪的温度进行调节，设计了储热装置。利用六水氯化钙做储热介质。开拓了真空保温法，利用真空不传热的物理性能保温。能长期储存高温热能。采光机构设计了自动太阳跟踪机构。使聚光器能自动跟踪太阳旋转。太阳能灶，只要操作三通阀的旋纽，就能完成。①有太阳可直接加热食物。②无太阳可随时使用储存备用的热能加热食物。③不使用时可随时储存备用热能。随用随开，不用就关。

Description

太阳能有储热装置的室内灶

本发明属于太阳能灶领域中的新领域——带有储热的室内灶。 

背景技术：室外聚光式太阳能灶。发明思想：设计一种工作系统能把聚光式太阳能灶吸收的阳光热能输送到室内储存，使用，就可以在城乡每一个家庭使用。节约做饭能源。 

设计构思：系统在工作中要具备的条件是。能成立三条循环回路，①采光机构(与太阳交换热量的构件)与热交换锅(与食物热交换件)组成循环回路，采光机构采集的阳光热能就能直接加热食物(图1)。②采光机构与热交换器(与储热介质热交换件)组成循环回路，采光机构采集的阳光热能就能储存备用。(图2)。③热交换锅与热交换器组成循环回路，储存备用的热能在无太阳时就能加热食物。(图3)④循环回路中要有传热介质。传热介质是液体能在循环回路中能流动，才能输送热能。为达到这三条循环回路的成立条件。解决的技术方案是：设计了三件热交换件。热交换锅(图4，图5)，热交换器(图6)，集光管(采光机构：图7，图8)。组成三条循环回路。采用棉子油做传热介质在系统中载热循环。因棉子油是液体，可流动，载热温度高。组成这三条循环回路，如果能把这三条循环回路组合成整体。采光机构是与太阳交换热量安装在室外，热交换锅与热交换器组成灶体安装在室内。以形成室内与室外两部分，室内为储存热能，使用热能部分。室外为采光机构部分。 

室内部分的设计： 

三通阀的设计：当组合三条循环回路为整体时，技术问题出现：工作系统复杂，结构复杂，操作复杂，怎么组合。解决的方案是，设计一个三通阀，(图9，图10)把三条循环回路组成一个多回路工作系统，(图11)使三条回路组成一个整体。系统里的传热介质在采光机构被加热后，先进入三通阀，经三通阀分配系统中的回路工作。按人们的需要操作三通阀的操作旋纽完三项功能：①当操作旋纽指向有太阳使用当时，采光机构与热交换锅组成循环回路，采集的阳光热直接加热食物。(图11)②当操作旋纽指向不使用当时，采光机构与热交换器组成循环回路，采集的阳光可随时储存备用。(图13)③当操作旋纽指向无太阳使用当时，热交换锅与热交换器组成循环回路，储存备用的热能可随时用于加热食物。(图12)三通阀把三条循环回路利用集中分配法，完美的组成一个多回路工作系统。使系统简单，结构简单，操作更简单。 

螺旋工作泵的设计：在实际工作中，会不断的出现新的技术问题；无太阳时，加热食物，系统里的传热介质循环态慢。达不到使用的温度，需要工作泵的推动循环。才能满足烹饪的温度。因太阳能灶使用的是高温传热介质。现有的泵体结构与非金属材料不能程受传热介质的高温，而无法使用。解决的技术方案是，利用耐热金属材料RTGr-16，设计一个无非金属材料的结构，加工成螺旋工作泵，(图14，)能适应于500℃以上的循环正常工作，串联于热交换锅的出口与采光机构连接。推动传热介质循环。(图11，图12)使有太阳使用与无太阳使用时，利用螺旋工作泵推动传热介质循环。解决高温循环问题。储热时采用自然对流循环。因被动式自然对流循环，传热介质在集光管亭留时间长。传热介质温度高，储存的温度也会升高。当集光管的温度高于储热器时就会自动循环，低于储热器时循环自动亭止，不用管理。注意在安装时采光机构要低于储热器，才能自然对流循环。为了减少操作程序，以防止操作中的错误。螺旋工作泵的开关，利用两个微动开关，采用双控电路，安装在三通阀的阀体上(图9)有三通阀的操作旋纽控制螺旋工作泵的工作，不用人工再操作螺旋工作泵的工作。使有太阳使用与无太阳使用两当自动工作。 

储热装置的设计：在储存热能时，还存在技术问题需要解决。采光机构采集的热能储存在什么地方，怎么储存。采用的技术方案是；设计一个储热箱体，(图15)把热交换器(图6)安装在储热箱体中，再把储热箱体中放入六水氯化钙做储热介质。传热介质在采光机构中加热后输送到热交换器，就被六水氯化钙吸收，六水氯化钙吸热液化，热能就被储存在六水氯化钙中。储热箱成了储热器。(图16)当无太阳使用热能时热交换器又从六水氯化钙中吸回热能输送到热交换锅加热食物，(图12)六水氯化钙固化。使太阳能灶有了储热装置。 

温度调节开关的设计：设计了热交换锅，热交换器，采光机构与三通阀，螺旋工作泵。可以组成一个完整的工作系统。(图11)在做烹饪工作时不能适应，还需要解决一相技术问题，烹饪的高低温度变化，不能调节。解决的技术方案是，设计一个温度调节开关(图17，图18)。串联在三通 阀与热交换锅之间的系统管道上。可以调节传热介质流入热交换锅的流量，来控制热交换锅的温度高低，(图12)适应烹饪温度需要。 

真空保温法的设计：在做烹饪工作时，需要太阳能灶采集300℃以上的高温热能，才能正常做烹饪工作。这种高温与环境温差几百度。在这种苛刻的温差条件下，想长期储存与输送高温热能，这也是在考验保温的性能，一般的保温材料难以实现。这一技术问题，解决的方案是；不用保温材料保温，开拓真空保温法。利用真空不传热的物理性能保温。具体方案是，①加工双层套箱，套箱两板壁之间形成了一个空间，在空间内放入加强网，(图21，图22)来增强内外板壁的强度，使内外板壁在抽真空时不会变形。抽真空后成了真空保温箱(图15)，箱内安装热交换器放入六水氯化钙就成为真空储热器(图16)用于储存热能。②系统管道的保温，是在输送传热介质的系统管道上，再套上一根比原系统管道粗20毫米以上的金属管道，就形成了一个套管空间，在套管空间拐弯处或100至200毫米处放入定位环(图23，图24)使套管与原系统管道在拐弯时保持平行，做系统回路管道。使太阳能灶在输送热能时传热介质处于决热。③室外连接采光机构的系统管道过长时，可以另行加工双层套管，在两管壁之间的空间放入加强网密封(图19，图20)密封夹层抽成真空，成了真空保温管(图25)，可以套在过长的系统管道上保温。储热装置与输送热能都处于决热。达到长期储存高温热能的目的。 

太阳能灶的工作过程：采光机构把采集的热能先输送到三通阀，有三通阀分配系统安排循环路线工作。人们可以根据需要操作工作旋纽，操作旋纽指向有太阳使用当时；根据需要的温度，调节温度调节开关，热交换锅与采光机构组成的循环回路工作。(图11)采集的阳光热能直接加热食物。操作旋纽指向无太阳使用当时；根据需要的温度，调节温度调节开关，热交换锅与热交换器组成的循环回路工作。(图12)随时使用备用的热能加热食物。操作旋纽指向不使用当时；采光机构与热交换器组成的循环回路工作。(图13)随时储存热能。太阳能灶就象蓄电池一样，使用起来比蓄电池还要方便，除调节温度外。全部功能只在一个操作旋纽上，可以完成；有太阳使用，无太阳使用与储热功能。随用随开，不用就关。 

饭锅的设计：以上以太阳能单灶的技术方案说明设计过程，与食物交换热量时采用炒锅，(图4，)在家庭生活中，多以双灶同时使用。为家庭生活的方便，再设计饭锅(图26)有灶炉，饭锅，蒸盘，锅盖等组成。灶炉的加热盘螺旋通道连接到单灶工作系统中。再增加一个温度调节开关，一头与炒锅的温度调节开关并联，另一头与饭锅串联，饭锅的另一头与炒锅出口并联。成为双灶工作系统。炒菜与煮饭可以同时进行。(图29)温度各自调节。储热(图27)与单灶(图28)使用都可以。 

太阳能灶与厨房家具融合设计：太阳能灶是安装在厨房使用，厨房里有着各种厨房家具，把太阳能的外箱设计成灶柜的形状(图30，图31)。与厨房家具形状配套，尺寸配套，颖式配套。灶柜与厨房家具融合在一起安装，出现在厨房，(图32)美观，整洁，大方，这种设计的方法付合现代生活的需要。 

室外部分的设计： 

设计的构思：采光机构，是采集阳光热能的热交换机构。集光管是与太阳交换热量的热交换件，要使集光管能达到更高的热量，采用旋转抛物面反射器聚光(聚光器)。聚光的方式为，抛物线的焦点是集光管，聚光为一条线。为使阳光从早到晚都能聚集在集光管上，使聚光器能跟着太阳旋转。要有太阳跟踪机构。聚光器能自动正反旋转。使聚光器早晨向东方倾斜45度，跟踪太阳到傍晚向西方倾斜45度。 

技术方案 

集光管的设计：通过旋转抛物面的反射聚光，集光管会很快升温到几百度。集光管暴露在自然界中与自然界温差几百度。集光管会产生反辐射。因反辐射使温度下降，集光管就采集不到高温热能。为使让集光管能采集高温热能输送到室内。就要对集光管采取保温处理。采用的技术方案是：集光心管(图33，34)与玻璃真空管(图35，36)相套。在两管之间的空间开口处密封，抽真空后注入氩气(图37，38)。但这里氩气的作用不但有保温性能，而重要的是保护玻璃真空管内层玻璃，不会破集光心管的反辐射，而使内层玻璃升温过高被破坏的作用。集光管的出进管口，与室内的系统连接产生工作回路。(图11) 

聚光器的发计：聚光器的作用是把抛物线的反射阳光聚集在集光管上，能根着太阳旋转。设计方案是，先加工一个聚光器支架(图41，42)。再用空心轴承(图39，40)把聚光器(图43，44)与 聚光器支架连接。聚光器就可以在聚光器支架上做旋转，集光管从空心轴承内穿过。(图7)集光管就成为聚光器的焦点。聚光器以集光管为中心旋转。聚光器反射的阳光成一条线被集光管吸收。 

太阳跟踪机构的设计：太阳跟踪机构是由变速器与月牙齿，螺旋轮等组成。变速器(图45，图46，图47)的电动机转速为1440转，每日工作10小时总转速为864000转。设计为三级传动装置。第一级为蜗轮传动，转比为144∶1转；第二级为蜗轮传动，转比为60∶1转。两级总转比为8640∶1转。变速器输出轴为6分钟1转，每日100转。因聚光器夜晚要返回向东方倾斜45度，变速器采用蜗轮减速，不能反向旋转。所以第三级传动采用锥齿轮，做变向传动(惰轮)。使输出轴能正反旋转。所以聚光器早晚能向东西倾斜45度。月牙齿(图48，49)螺旋轮(图50，51)月牙齿安装在聚光器的底部与螺旋轮啮合，螺旋轮通过锥齿轮与变速器输出轴上的锥齿轮啮合，(图52)变速器安装在聚光器支架上。变速器减速后输出轴上的锥齿轮与螺旋轮轴上的锥齿轮啮合，经螺旋轮与月牙齿的传动使聚光器能做缓慢的来回旋转。所以聚光器能满足跟踪太阳的正常工作。 

自动变向拨叉的设计：自动变向拨叉(图55，56)，是有上下跳板组，跳板组有曲柄，跳板，拉簧，支架等组成跳板组。上跳板组安装在变速器的上盖上，下跳板组安装在变速器内，用连杆连接，下跳板组的曲柄与拨叉连接，拨叉与锥齿轮连接管连接。锥齿轮z5与z6连接在锥齿轮连接管两头，拨叉穿过导向杆，能平行移动。拨叉移动时带动锥齿轮z5与z6移动，锥齿轮z5离开锥齿轮z7，锥齿轮z6与锥齿轮z7啮合变速器输出轴反向旋转。聚光器也反向旋转，当聚光器旋转到45度时，聚光器上左右安装了拨杆，左拨杆会推动上跳板组的曲柄，使曲柄移动，移动到一定的位置，上跳板组在拉簧的拉动下跳动。跳板移动了位置。因上下跳板组的跳板，有连杆连接，带动下跳板组的跳板移动，下跳板组在拉簧的拉动下也跳动。带动拨叉平移。使锥齿轮z6离开锥齿轮z7，锥齿轮z5与锥齿轮z7啮合。聚光器又反向旋转，此时，定时器断开电动机电源两小时，两小时后电动机通电，聚光器又开始旋转。聚光器旋转到45度时，聚光器上安装的右拨杆推动上跳板组的曲柄移动。重复以上动作。方向相反。拨叉的使用条件是靠聚光器上的拨杆推动上跳板组的曲柄移动实现自动变向的。 

安装支架的设计：采光机构设计了两种安装形式，一种是墙面安装，使用安装架(图53，54)和连杆(图57，58)与聚光器支架组合构成墙面安装支架。(图63)安装在向南的墙面上。墙面安装主要是对高层建筑的使用，高层建筑的楼上与楼下部有共同的安装条件。一种是屋面安装，使用前腿(图59，60)和后腿(图61，62)与聚光器支架组合构成屋面支架。(图7)屋面支架，可以安装在屋面，平台，与地面等地方。屋面安装主要是对农村的零散房屋的使用。 

附图说明：

图1：采光机构与热交换锅组成的循环回路图。 

图2：采光机构与热交换器组成的循环回路图。 

图3：热交换锅与热交换器组成的循环回路图。 

图4：热交换炒锅主视图。 

图5：热交换炒锅俯视图。 

图6：热交换器图。 

图7：采光机构室面支架主视图。 

图8：采光机构室面支架A-向视图。 

图9：三通阀主视图。 

图10：三通阀A面俯视图。 

图11：采集阳光直接使用的多回路系统图。 

图12：使用储存备用的热能加热食物系统图。 

图13：采集阳光储存备用系统图。 

图14：螺旋工作泵图。 

图15：真空保温箱图。 

图16：真空保温储热器图。 

图17：温度调节开关主视图。 

图18：温度调节开关A面俯视图。 

图19：真空保温管加强网主视图。 

图20：真空保温管加强网展开图。 

图21：真空保温箱加强网主视图。 

图22：真空保温箱加强网俯视图。 

图23：真空保温系统管道图。 

图24：真空保温系统管道的定位环图。 

图25：真空保温管图。 

图26：热交换饭锅图。 

图27：双灶系统储热图。 

图28：双灶系统采光直接加热食物图。 

图29：双灶系统使用储存备用热能双灶同时加热食物图。 

图30：双灶结构主视图。 

图31：双灶结构俯视图。 

图32：太阳能灶与厨房家具融合设计图。 

图33：集光心管主视图。 

图34：集光心管左视图。 

图35：玻璃真空管主视图。 

图36：玻璃真空管左视图。 

图37：真空集光管主视图。 

图38：真空集光管左视图。 

图39：空心轴承主视图。 

图40：空心轴承左视图。 

图41：聚光器支架主视图。 

图42：聚光器支架左视图。 

图43：聚光器主视图。 

图44：聚光器左视图。 

图45：变速器主视图。 

图46：变速器左视图。 

图47：变速器俯视图。 

图48：月牙齿图。 

图49：月牙齿齿形放大图。 

图50：螺旋轮主视图。 

图51：螺旋轮左视图。 

图52：太阳跟踪机构传动图。 

图53：安装架主视图。 

图54：安装架左视图。 

图55：自动变向拨叉右拨杆推动上曲柄的传动图。 

图56：自动变向拨叉左拨杆推动上曲柄的传动图。 

图57：连杆主视图。 

图58：连杆俯视图。 

图59：前腿主视图。 

图60：前腿俯视图。 

图61：后腿主视图。 

图62：后腿左视图。 

图63：采光机构墙面支架安装图。 

Claims (4)

1.太阳能有储热装置的室内灶，采用了采光机构，热交换锅，热交换器，利用它们建立三条循环工作回路，该三条循环工作回路为，采光机构与热交换锅组成的循环工作回路，采光机构采集的阳光热能直接加热食物，采光机构与热交换器组成的循环工作回路，采光机构采集的阳光热能储存备用，热交换锅与热交换器组成的循环工作回路，储存备用的热能在无太阳时加热食物，采用三通阀把三条循环工作回路组合在一起，传热介质在采光机构被加热后，先进入三通阀，经三通阀分配系统中的回路工作，当三通阀的操作旋纽指向“有太阳使用”档时，采光机构与热交换锅组成循环回路，采集的阳光热能直接加热食物，当操作旋纽指向“不使用”档时，采光机构与热交换器组成循环工作回路，采集的阳光热能储存备用，当操作旋纽指向“无太阳使用”档时，热交换锅与热交换器组成循环工作回路，储存备用的热能用于加热食物，为了传热介质能正常循环，在循环工作回路的热交换锅出口与采光机构之间，串联螺旋工作泵推动传热介质循环，螺旋工作泵的开关是利用两个微动开关，采用双控电路，安装在三通阀的阀体上，由三通阀的操作旋纽控制螺旋工作泵的工作，当该操作旋纽指向“有太阳使用”档和“无太阳使用”档时，螺旋工作泵自动工作以推动传热介质循环，为实现烹饪时温度调节，在三通阀与热交换锅之间的系统管道上，串联温度调节开关，通过调节传热介质流入热交换锅的流量，从而控制热交换锅的温度高低，为减少热能在输送中损失，能长期储存热能，采用真空保温法，加工真空保温储热器，储存热能备用，真空保温系统管道，连接各组件输送热能，真空保温集光管，采集阳光热能，利用真空不传热的物理性能，对采光，热能输送与储存热能保温，使整个灶在热封闭中工作，处于绝热，太阳能有储热装置的室内灶，由室外与室内两部分组成，室外为采光机构部分，室内为储存热能与使用热能部分，采用真空保温系统管道连接，采光机构包括真空保温集光管，聚光器，太阳跟踪机构，太阳跟踪机构包括月牙齿，螺旋轮，变速器，变速器采用了自动变向机构，使真空保温集光管成为聚光器的焦点，聚光器以真空保温集光管为轴心旋转，真空保温集光管以一条线吸收聚光器抛物线的反射阳光，采集高温热能，使采光机构能自动工作，不用人工管理。 

2.如权利要求1所述的太阳能有储热装置的室内灶，其特征是，在循环系统中，再增加一个温度调节开关与一个热交换饭锅，该温度调节开关的一头与循环工作回路中的温度调节开关并联，另一头与热交换饭锅串联，热交换饭锅的另一头与循环工作回路中的热交换锅的出口并联，成为双灶。 

3.如权利要求1所述的太阳能有储热装置的室内灶，其特征是，采光机构的安装形式，采用屋面安装或墙面安装。 

4.如权利要求1所述的太阳能有储热装置的室内灶，其特征是，室内部分具有设计成灶柜的外箱，灶柜外形与厨房家具样式配套，尺寸配套，融合在一起安装。 

Images