太阳灶，太阳能热水器的构造和原理！

【专家解说】：太阳灶就是把太阳能收集起来，用于做饭、烧水的一种器具。我们知道太阳是一个巨大的火球，它的体积大约是地球的130万倍。在太阳的内部和表面，发生着类似于氢弹爆炸那样的复杂的物理化学反应，产生大量的能量。这些能量以射线的形式，每时刻不断地向周围辐射出去，其中有可见光、红外线、紫外线、X射线等等，其中可见光和外线占总能量的90以上。我们把这些以射线形式表现出来的太阳能称之为太阳辐射能。地球接收的太阳辐射能总量是非常巨大的，但又是低密度的。在晴朗的天气里，地面上所接收的太阳辐射能量也不过每平方米1千瓦左右。太阳灶的作用就是把这种低密度的、分散的太阳辐射能聚集起来，进行烹调作业。根据不同地区的自然条件和群众不同的生活习惯，太阳灶每年的实际使用时间大约在400至600小时左右，每台太阳灶每年可以节省秸秆500至800公斤，经济效益和生态效益是十分显著的。 太阳灶的基本构造及原理 ： 太阳灶是怎样把分散的太阳辐射汇聚到一起的呢?这就要从它的构造谈起。从收集太阳辐射的方式上讲，大阳灶可以分为“聚光式太阳灶”和“热箱式太阳灶”两种类型。它们汇聚太阳辐射能的原理是不一样的。这里我们只介绍在我国普遍推广的反射聚光式太阳灶。 反射聚光式太阳灶一般是由“灶体”、“支撑调节机构”和"锅架"组成。 太阳灶灶体的表面形状为旋转抛物面凹面，上面粘贴反光材料。旋转抛物面是由抛物线绕它的对称轴旋转180度而形成的。众所周知，抛物线具有这样的性质：当平行光线沿着主光轴（抛物线对称轴）方向入射到它的表面时，反射光线都通过它的焦点。旋转抛物面具有同样的性质。由于太阳光基本上属于平行光线，所以当太阳灶的(旋转抛物面的)主光轴指向太阳的时候，平行的太阳光线入射到旋转抛物面表面，经过反光材料的反射，这些反射光线都从它的焦点处通过，在这里形成太阳光线的高密集区。抛物面的焦点就在它的主光轴上。这样，我们把炊具放到抛物面焦点附近时，就可以烧水做饭了。 太阳灶的支撑调节机构是保证太阳灶随时跟踪太阳的结构部分。为了使太阳灶全年都能使用，太阳灶的主光轴应该随时指向太阳，就需要太阳灶灶体能够根据太阳的高低作前后俯仰的仰角调节；还要能够左右转动，进行方位角调节。实现这一功能的部分就是太阳灶的支撑调节机构。它包含了支架、底座以及仰角调节杆。支架架在底座上，灶体架在支架上，可以自由地左右旋转。仰角调节杆连接了灶体和支架，以实现太阳灶灶体的仰角调节。 锅架就是支撑锅具的结构部分。 根据太阳灶的锅架与灶体之间的连接关系不同，反射聚光太阳灶又可以分为”轴上聚光太阳灶”和“轴外聚光太阳灶”。 轴上聚光太阳灶的锅架是平行四边形结构。它直接与太阳灶的灶体连接。当太阳灶跟踪太阳作仰角调节的时候，支撑在太阳灶锅架上的锅具连同锅架、大阳灶灶体一起做前后的俯仰运动；当太阳灶灶体进行方位角调节的时候，它们也一起跟着左右转动。由于锅具在太阳灶的主光轴上的焦点附近，这就保证了被太阳灶灶面反射的太阳光线在锅底上汇聚。 轴外聚光太阳灶的锅架是直接与太阳灶的支架连接而不与灶体连接的。这样，当太阳灶进行仰角调节的时候，锅架并不与灶体一起运动，它只和支架连同灶体厂起进行左右旋转，实现方位角调节，也就是说，当太阳灶进行仰角调节的时候并不能保证锅具总在抛物面的焦点附近。但只要不是离得太远，反射光线中的绝大部分还是能够在锅底上汇聚的。 太阳灶的制作方法： 太阳灶的灶体是太阳灶最重要的组成部分。它可以用有机的、无机的，金属的或者非金属材料制作。目前，我国所拥有的大阳灶，绝大多数是菱苦土灶体、水泥砂浆或铸铁灶体。而其它材料的灶体却由于种种原因没有得到广泛应用。 在农村批量生产太阳灶，可以采用菱苦土或水泥砂浆制作灶体。步骤是这样的： 1．制作模型。为了保证太阳灶灶体的凹面是旋转抛物面，灶体应该在具有抛物面凸面的模型上制作。模型表面的旋转抛物面形状是用有抛物线刃口的刮板刊出来的。 刮板一般用金属板制做。首先在坐标纸上精确地画出焦距为750或800毫米的抛物线，抛物线的横坐标一般取1200毫米左右。然后在钢板上画出同样的，抛物线，切割出刮板的凹形刃口，经过仔细打磨并与坐标纸上的抛物线进行比对，最后固定在一条金属轴上，一方面使它的因形刃口与坐标纸上的抛物线贴合，同时，轴的中心线与坐标纸上的抛物线的纵坐标重合。需要强调的是，制作刮板是保证太阳灶质量最关键的一步，必须认真仔细。 太阳灶模型一般用混凝土制做。模型表面用具有抛物线刃口的刮板竣转刮制而成。具体做法是：在地面上画出一个直径为2.4厘米（假定我们准备生产的太阳灶，其截光面积为2平方米〕的圆，周围用砖或石头砌成20厘米高的墙、中间填土夯实，同时在土里埋好用于支撑刮板轴的支架，在突起的土堆上面糊5厘米厚的草泥，待草泥基本干燥后、上面覆盖50毫米厚的100号混凝土，架好刮板，使其刃口与混凝土表面之间有15至20毫米的间隙，随后在混凝土上抹150号水泥砂浆，旋转刮板把砂浆刮匀，然后用泥刀赶压。在砂浆表面上还需要上一层素灰浆。上浆前把刮板提起少许，擦净刃口上的沙粒，调整刮板，使其刃口距离砂浆表面大约5毫米，待砂浆表面略干，在砂浆表面浇一层素灰浆。具体做法是：把素灰浆浇到刮板的根部(也就是凸模的顶部〕，在均匀而缓慢地转动刮板的同时，轻轻敲打刮板，使灰浆顺畅地流到摸型的边缘。模型上浇满灰浆后，提起刮板，对摸型进行养护。养护时间一般需要10至15天，在浇灰浆的过程中，由于刮板的振动，可能会在模型表面形成径向型波纹。养护完毕，需要用砂纸模型表面上的波纹轻轻磨光，以保证模型表面光滑。 2．画线及制作围框。太阳灶的模型表面就是一个捉转抛物面凸面，制作太阳灶的灶体只需要这个表面的一部分。在不同地区，根据对太阳灶功能的不同要求，太阳灶灶体可能设计成不同形状和大小。这就需要根据设计在模型表面画出太阳灶灶体的轮廓线。在太阳灶设计中，一般只给出灶体的投影形状，那么，在模型上画灶体的实际轮廓线的时候，就需要使轮廓线在地面上的投影尽可能接近设计的形状、大小。同时，要在模型上标出预埋件和开孔的位置。太阳灶灶体的中部需要预留一个长方形孔，以适应太阳灶进行仰角角调节的需要。孔的宽度一般为50毫米、长度应该与太阳灶仰角调节的角度相适应。如果根据设计需要在灶件内配筋，也应该画出配筋走向。 由于模型的表面为光滑的凸面，制作灶体的材料是水泥砂浆或菱苦土，因而需要按照轮廓线制作围框。围框一般用扁铁或角铁制作，高度为30至50毫米。 3．捣制灶体。水泥砂浆灶体一般刷成溥壳加肋结构。薄壳部分厚度15至20毫米，边缘及肋部分厚度为30至40毫米。加肋部分需配筋，薄壳部分需加玻璃纤维。 菱苦土灶体所需材料主要为氧化美、氯化镁，它们之间的比例大约为4比3，还可以加入8%一10%的锯末、15%一18%的细绵沙，或者其他填充物。此外为了保证灶体有足够的强度；开减少脆裂，还需加入0.3%一0.5％左右的磷酸三钠作为增强剂。在配料时，氧化镁溶液的浓度应该根据气湿的高低掌握在26至28波美度，气温低时浓度高一些。 捣制灶体的过程是这样的：首先在凸模上薄薄地抹上一层废机油（或铺上一层塑料薄膜，注意把严重折叠的部分剪开〕把围框、预埋件、预留孔木块定好位置，布好筋，就可以将搅拌均匀的料撒在围框内，用白木板均匀、拍实，然后在表面苦上薄膜就可以进入养护阶段。菱苦土材料需要养护3天，水泥砂浆需要养护7天，然后就可以起摸。灶体起模后，凹面朝上；下面适当地垫上支撑物，继续养护10至15天，便可以粘贴反光材料。 一个合格的灶体，应当形状规整、尺寸准确、薄厚均白、没有斑疤和裂纹，轻轻敲击时声音清脆，从各个方向搬动时都不发生变形。 4．粘贴反光材料。太阳灶的反光材料可以用2最毫米厚的镀铝玻璃镜片，也可以用镀铝聚酯薄膜。用玻璃镜片时，需要裁成40毫米见方的小块。粘结剂可以是乳胶或乳化沥青。用镀铝薄膜时，以把它裁成100毫米宽的条，直接粘贴。薄膜背后的压敏就是粘结剂。 粘贴反光材料之前，需要把灶体的凹表面上可能存在的小孔填平，打磨光滑，擦去粉尘。在粘贴反光材料的时候，镜片之间要均匀过渡、镜片与灶体间要紧密贴合，以保证反光材料表面尽可能接近旋转抛物面。在粘贴镜片过程中，应该使粘结剂挤满镜片之间的缝隙。贴完镜片以后，需要在太阳灶整个反光表面撒上一些干燥水泥(或氧化镁粉)，均匀涂抹，使水泥(或氧化镁粉)填入镜片之间不可避免的缝隙中。