CN1049275C - 一种梯级升温太阳能开水炉 - Google Patents

Abstract

一种梯级升温太阳能开水炉，它有支架、反射镜、真空吸热管，其特征在于：真空吸热管安装在与圆弧反射镜圆弧焦面相切的位置，反射镜为多个，在每一个反射镜相应位置上有一个真空吸热管，真空吸热管相互串联，在总出水口处装有保温桶，其上面装有蒸汽放溢阀、开水输出阀门和放淤阀。采用太阳能加热的方法直接得到开水，不用使用任何燃料燃烧，因此可以绝对避免产生污染。使用多个真空吸热管串联的方法来达到使冷水加热成开水，热损失少。由于反射的阳光投射到圆弧焦面处，无需转动反射镜。

Description

一种梯级升温太阳能开水炉

一种梯级升温太阳能开水炉，它属于一种生活用品，可广泛用于机关、学校、公共场所、以及旅馆、饭店等。

现在各机关、学校等提供的开水、多是使用专用的燃煤(或其它燃料)在开水炉中燃烧，加热冷水得到。这不仅要建造专用的锅炉房，而且要有专人值守，同时还会产生空气污染。在一些高级的旅馆、饭店，也有使用电热开水器的，它解决了建造专用锅炉房占地，以及污染问题，但是它要消耗大量的电能，这是能量的浪费。太阳能是一种干净、无污染和对环境几乎没有影响的一种很好的能源，但在太阳能利用中，有两个问题需要解决，之一是太阳光的能流密度(在单位时间内通过单位面积的太阳光所携带的能量大小)不高，一般只有每平方米1千瓦左右。在直接利用换能器吸收时，为得到较大的输出功率，就必须使用大面积的换能元件。由于换能元件表面本身与外界也在进行热交换(对流和幅射)，产生较多的热量损失，因此换能效率不高，而且得到的水温较低。问题之二是太阳在天空中的位置是随一天中时刻不同而变化的。为提高太阳光的能流密度，可以使用各种汇集装置(如反射镜等)把太阳光集中，提高能流密度。但由于太阳在天空中位置的变化，必须使用一套跟踪装置使汇集装置的输出始终保持在换能器表面。使用跟踪装置使得太阳能换能装置的结构复杂，体积庞大，而且使用中的维护等也使装置运行成本增加。

本发明的目的是发明一种梯级升温太阳能开水炉，它不用使用跟踪机构以适应太阳位置变化，可以直接输出达到沸点的开水。

本发明的结构如附图1所示，它有支架1、反射镜2、真空吸热管3，反射镜为圆柱面的一部分，其圆心角接近180°，支架1支持反射镜2使其轴线为南北方向并使轴线与水平面的夹角等于使用地纬度值，其特征在于：真空吸热管3直径为反射镜2圆柱直径的三分之一到六分之一，真空吸热管3的安装轴线与反射镜的轴线平行并在反射镜圆弧中点所在半径上，在该半径上真空吸热管3的下外沿距反射镜圆弧中点的距离约为二分之一反射镜圆弧半径，反射镜2为多个，并排排列，在每一个反射镜2相应位置上有一个真空吸热管3，真空吸热管3相互串联，在串联的真空吸热管3的总入口处装有水磁化器4，在总出水口处装有保温桶5，在保温桶5上面装有蒸汽放溢阀6，在距底部一定距离处装有开水输出阀门7，在底面装有放淤阀8。

附图1为本发明的结构示意图。

附图2为本发明垂直剖面图。图中R为反射镜圆弧半径，r为真空吸热管3的半径，H为真空吸热管3剖面圆心到反射镜圆弧圆心的距离。

附图3为太阳光入射角度与反射镜指向间角度不大时的光线反射示意图。

附图4为太阳光入射角度与反射镜指向间角度较大时的光线反射示意图。

附图5为反射镜在指向方向分割缩进结构示意图。

本发明的工作原理如下：

冷水通过水磁化器4后进入到串联的真室吸热管3中。冷水在通过各个真空吸热管3时，吸收由真空吸热管3内壁吸收到的太阳光热量，使水温上升。由于真空吸热管3是串联的，冷水在通过每一个真空吸热管3后，温度都有所上升，通过多个串联后，就能达到100℃～105℃左右的温度(因为冷水进水有一定的压力，其温度可以大于100℃的标准大气压下的沸腾温度)。在达到100℃～105℃左右的开水进入保温桶5中留存供使用。在保温桶5上面的蒸汽放溢阀6用于排放由于开水进入保温桶5后产生的蒸汽，以保持保温桶5中的压力接近于正常大气压力。在保温桶5下部距底面一定距离装有的开水输出阀门7，用于为用户输出开水。面装于底部的放淤阀8用于定时排放开水中产生的水垢。由于进水处装有水磁器4，因此，在冷水加温成开水时产生的水垢是松散的，它不会结于真空吸热管3内壁，而是沉淀于保温桶5底部。

圆弧反射镜2有对于不同入射角度的光线聚焦到二分之一圆弧半径的圆弧面上的特性。由于真空吸热管3为圆柱形，其下外沿距反射镜圆弧中点的距离约为二分之一反射镜圆弧半径。它正好处在与圆弧反射镜2的焦面圆弧相切的位置。当入射阳光相对于反射镜2方向的角度不大时，其反射后阳光聚焦位置的焦面圆弧和真空吸热管3对应圆弧差不大，真空吸热管3不要求聚焦的质量，因此有一些散交是允许的，而且也是必须的。这时，散焦后的阳光还是基本全照射在真空吸热管3表面，如附图3所示。当阳光入射角大于一定角度(如附图4所示)时，只有真空吸热管3右侧的反射镜2起作用，它的阳光反射后也还是投到真空吸热管3的表面。因此不管太阳在天空中的什么位置，照射到反射镜2的阳光都被反射到真空吸热管3的表面，而真空吸热管3的表面积小于反射镜2的表面积，因而提高了真空吸热3表面的平均能流密度。

本发明采用太阳能加热的方法直接得到开水，不用使用任何燃料燃烧，因此可以绝对避免产生污染，不用修建专用锅炉房，同时也基本不消耗电能，是一种节能的开水炉。本发明采用圆弧反射镜和圆柱形真空吸热管，把圆柱形真空吸热管安装在与圆弧反射镜圆弧焦面相切的位置，使太阳在天空中任意位置所投射的照到反射镜的阳光光线被反射后基本都投射到真空吸热管的表面。由于真空吸热管的表面积小于反射射镜的表面积，因而提高了真空吸热管表面的平均能流密度。这可以提高转换效率，降低成本。由于反射的阳光投射到圆弧焦面处，它不用使用跟踪机构就能适应太阳位置变化，无需转动反射镜。它没有运动部件，结构简单，无需维护。

本发明使用多个真空吸热管串联的方法来达到使冷水加热成开水。一方面，这可以避免由于单个真空吸热管产生大温升所带来的效率下降问题。另一方面，只有少数几个真空吸热中的吸热工质热处于高温状态，热损失少。

本发明中的真空吸热管3的数目可以是两支、三支、四支，以及十几支或是几十支，它由所需达到的温升和采热面积决定。在要求温升高，采热面积大(要求输出的功率大)时，真空吸热管3的数目也应多一些，最佳值在8-16之间，过多时，制造和连接困难，过少时单个真空吸热管3的温升增加，效率降低。

本发明中的多个反射镜2可以多个并排放置于支架上，还可以采用如象瓦楞铁相似的形状，采用在一个整张薄板上压制出多个凹形波面，每一个波面对应一个单体反射镜2，在本发明中，各个真空吸热管3之间的连接，应尽量短，可以采用蛇形连接，两真空吸热管3的上端连接或是下端连接。在真空吸热管3之间的连接处应使用绝热材料包覆，以减少热损失。

在本发明中，真空吸热管3可以采用市场出售的标准直形真空吸热管，也可以自制，采用双层套接蛇形管，每一个直边对应一个真空吸热管，其外层为透明玻璃，内层可以是涂有吸热材料的玻璃。也可以是通过发黑处理过的铝管或铜管，在内外管之间抽真空，以避免对流散热。

本发明中，真空吸热管3的半径可以是反射镜圆弧半径的三分之一至六分之一，太大是一种浪费。还降低了聚能效率，也不能太小，太小在太阳位置偏离反射镜指向较多时，不能保证反射阳光还能绝大多数投射到真空吸热管3的表面，其最好值为四分之一。

本发明的反射镜1可以采用在指向方向分割缩进的结构形式，如附图5所示。它把圆柱面沿轴向分割成条形，在指向方向缩进，保持反射光路不变而减少了反射镜的厚度。

本发明中，可以在保温桶5中装有备用电加热器，在由于阴天以及需要加大开水输出量的时候辅助加热。

Claims (1)

1.一种梯级升温太阳能开水炉，它有支架(1)、反射镜(2)、真空吸热管(3)，反射镜为圆柱面的一部分，其圆心角接近180°，支架(1)支持反射镜(2)使其轴线为南北方向并使轴线与水平面的夹角等于使用地纬度值，其特征在于：真空吸热管(3)直径为反射镜(2)圆柱直径的三分之一到六分之一，真空吸热管(3)的安装轴线与反射镜的轴线平行并在反射镜圆弧中点所在半径上，在滚半径上真空吸热管(3)的下外沿距反射镜圆弧中点的距离约为二分之一反射镜圆弧半径，反射镜(2)为多个，并排排列，在每一个反射镜(2)相应位置上有一个真空吸热管(3)，真空吸热管(3)相互串联，在串联的真空吸热管(3)的总入口处装有水磁化器(4)，在总出水口处装有保温桶(5)，在保温桶(5)上面装有蒸汽放溢阀(6)，在距底部一定距离处装有开水输出阀门(7)，在底面装有放淤阀(8)。

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