[發(fā)明專利]一種梯級升溫太陽能開水爐

無效

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• 申請日: 1993-09-25
• 公開（公告）號: CN1049275C
• 公開（公告）日: 2000-02-09
• 發(fā)明（設計）人: 石行
• 申請（專利權）人: 北京市西城區(qū)新開通用試驗廠
• 主分類號: F24J2/10
• 分類號: F24J2/10;F24J2/24
• 代理公司: 北京三友專利代理有限責任公司
• 代理人: 朱黎光

一種梯級升溫太陽能開水爐，它屬于一種生活用品，可廣泛用于機關、學校、公共場所、以及旅館、飯店等。

現(xiàn)在各機關、學校等提供的開水、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。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)復雜，體積龐大，而且使用中的維護等也使裝置運行成本增加。

本發(fā)明的目的是發(fā)明一種梯級升溫太陽能開水爐，它不用使用跟蹤機構(gòu)以適應太陽位置變化，可以直接輸出達到沸點的開水。

本發(fā)明的結(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為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖2為本發(fā)明垂直剖面圖。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結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明的工作原理如下：

冷水通過水磁化器4后進入到串聯(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，就能達到100℃～105℃左右的溫度(因為冷水進水有一定的壓力，其溫度可以大于100℃的標準大氣壓下的沸騰溫度)。在達到100℃～105℃左右的開水進入保溫桶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。面裝于底部的放淤閥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3表面的平均能流密度。