高效吸收太阳辐射能的加热器皿制造技术

本发明专利技术属于太阳灶技术领域，公开了高效吸收太阳辐射能的加热器皿，所述加热器皿包括有玻璃器皿，所述玻璃器皿的形状为圆柱形、圆锥台形或倒圆锥台形，所述玻璃器皿的直径为8至40cm，还包括有容器和液体水，所述容器在所述玻璃器皿内，所述液体水在所述玻璃器皿内的底部，所述容器浮在所述液体水的液面上，所述容器底部与所述玻璃器皿底部之间的距离为2至10cm，所述容器的内部盛放所烹饪的食物，也可以包括有容器、液体水、支架和圆盘，所述容器在所述玻璃器皿内，所述液体水在所述玻璃器皿内的底部，所述支架用于支承所述容器，所述圆盘是安装在所述支架上。本发明专利技术能够高效吸收太阳辐射能，减少光反射损失和散热损失，取得较高的热效率。

Heating vessel for efficiently absorbing solar radiation energy

The invention belongs to the technical field of solar cookers, discloses the efficient absorption of solar radiation heating vessel, the heating vessel comprises a glass, the glass is in the shape of cylindrical, conical or inverted cone shape, the glass diameter is 8 to 40cm, also includes a container and liquid water, the container in the glass container, the bottom of the liquid water in the glass container, the container floating in the liquid water on the surface, between the bottom of the container and the glass at the bottom of the range of 2 to 10cm, the interior of the container for cooking the food, may also include a container, liquid water, and support disc, the container in the glass container, the bottom of the liquid water in the glass container, the bracket for supporting the container, the disc is safe Mounted on the support. The invention can efficiently absorb solar radiation energy, reduce light reflection loss and heat dissipation loss, and obtain higher thermal efficiency.

【技术实现步骤摘要】
高效吸收太阳辐射能的加热器皿
本专利技术涉及太阳灶
，更具体地涉及高效吸收太阳辐射能的加热器皿。
技术介绍
我们的祖先早在公元前11世纪的青铜器时代已经专利技术了“阳燧取火”。所谓阳燧就是一种金属的凹面镜，它能汇聚阳光点燃艾绒之类东西而取得火种。史书记载“阳燧以铜为之，形如镜，照物则景倒，向日生火”。又有记载“阳燧，金也。日高三四丈，持以向日，燥艾承之寸余，有顷，焦吹之则得火”。可见，前人早已利用阳光聚焦达到高温来加热物体，这是最古老的太阳能热利用方法之一。用高聚光效率的光学透镜聚焦阳光来烹饪食物是由德国人Tschirnhausen(1651-1708)首先试验的。用抛物面镜反射太阳能集中到悬挂的锅上的太阳灶则是由法国人穆肖在1860年首先研制的。1890年前欧洲已开始工业化生产用旋转抛物面镜反射太阳能集中到烹饪锅上的太阳灶。1970年“石油危机”后，太阳能利用技术研发得到了更大的重视。太阳灶作为一种既不消耗矿物燃料，又不排放任何污染物，最为节能环保的烹饪方式也得到了较多的研究。在太阳能资源丰富的国家和地区太阳灶已得到了一定程度的应用。自1980年以来我国也积极在太阳能资源丰富的省份(如甘肃、青海、宁夏、内蒙、新疆、西藏、云南)推广使用太阳灶。2006年国家农业部组织实施“太阳能温暖工程”等重大项目，使得我国的太阳灶保有量迅速增加。2014年在中国西部地区太阳灶的保有量已达120万台以上，取得了一定的节能减排的效果。常用的反射聚光型太阳灶如图1所示。反射聚光器R将太阳光反射聚焦到支架S上的锅具P的底部来加热锅内食物，锅具P为人们日常生活使用的普通金属锅。已有的太阳灶技术研究主要涉及反射聚光器R的反光面形状(如旋转抛物面、槽形抛物面、球面、圆锥面等)和结构参数(如口径、焦距、聚光比等)、反光面材料(如玻璃镜面、金属镜面、反光膜等)、布置方式(如正轴式、偏轴式设计)、自动跟踪太阳的装置(如单轴式、双轴式自动跟踪太阳装置)等。太阳灶的光学性能参数中最重要的是聚光效率。聚光效率定义为由反射聚光器R聚焦到达锅具P的太阳辐射量与反射聚光器R采光面积接收的太阳直射辐射量之比。目前常见的旋转抛物面太阳灶的聚光效率一般达到85％。太阳灶的热性能参数中最重要的是光效率和热效率。《聚光型太阳灶》NY/T219-2003定义光效率为：“热损为零时，太阳灶测试锅具吸收到的能量和垂直投射到截光面积上的太阳直射辐射量之比”。该标准规定测试太阳灶的光效率时初始温度为低于环境温度10℃，终止温度为高于环境温度10℃，并规定太阳灶产品的光效率不低于65％。《聚光型太阳灶》NY219-1992则定义煮水热效率为：“太阳灶锅具内的水从某一初始温度升高到某一终止温度的全过程中所得的总热量与该过程中垂直投射到采光面积上的累积太阳直射辐照量之比”。该标准规定测试太阳灶的煮水热效率时初始温度为环境温度，终止温度为高于环境温度50℃，并规定太阳灶产品的煮水热效率不低于55％。上述两个标准中测试锅具的温度偏低，NY/T219-2003仅高于环境温度10℃，热损失小；NY219-1992仅高于环境温度50℃，热损失也不大。但实际使用太阳灶烹饪食物时锅具温度一般需要达到100℃且保持100℃一段时间才能煮熟食物。假定气温为10℃，锅具与环境空气的温度差高达90℃，锅具热损失相当大。因此在实际使用条件下太阳灶的热效率低于上述两个标准给出的65％和55％。实际上现有太阳灶的热效率一般仅有45％左右。太阳灶如此低的热效率对于其实际使用效果有很大的影响。因为，实际加热功率＝太阳辐照度x太阳灶采光面积x热效率。常见太阳灶的采光面积为1.7m2，在晴天时太阳辐照度可达1000W/m2。此时，实际加热功率＝1000W/m2x1.7m2x45％＝765W。该加热功率可用于烹煮食物，但加热速度不快。在多云天气时太阳辐照度只有600W/m2，实际加热功率＝600W/m2x1.7m2x45％＝459W。该加热功率过小，加热速度缓慢，导致在太阳辐照度600W/m2的多云天气时太阳灶不可用。但如果太阳灶的热效率是75％的话，实际加热功率＝600W/m2x1.7m2x75％＝765W，这样在太阳辐照度600W/m2的多云天气仍然是可用的。可见，太阳灶的实际使用效果和可用率都受到了其低热效率的很大影响。如上所述，本来太阳灶的聚光效率达到了85％。为什么热效率只有45％？本专利技术人认为主要原因在于：1、光反射损失较大反射聚光器R聚焦照射到金属锅具P底部的太阳辐射只有部分能够被金属锅具P底部吸收转化为热能，其余会被金属锅具P底部反射损失掉(图1中锅底下方的粗箭头表示聚焦到锅底的太阳辐射，细箭头表示锅底反射引起的光反射损失)。新的表面抛光的不锈钢或铝合金锅底对于太阳光的反射率高达80至90％。实际使用的旧锅的锅底有颜色发黑的垢层和积碳层，因此旧锅的锅底的太阳光反射率约为25％至35％。就是说，太阳灶聚焦照射到金属锅具P底部的焦斑辐射能的25％至35％被金属锅底反射向周围而损失掉。2、散热损失较大(a)对流热损失较大：太阳灶烹饪时锅具P整个锅体裸露在周围的流动空气中，当环境气温低，风速大时，其对流热损失相当大。(b)长波红外辐射热损失：当锅体尤其是锅底焦斑处达到较高温度时，锅体本身也向外界发出长波红外辐射，因此会有锅体本身的长波红外辐射热损失。3、传热步骤多、传热面积小、传热热阻较大在锅底外表面发生的太阳光热转换产生的热量需要以热传导的方式依次经过锅底外表面垢层和积碳层、锅底壁、锅底内表面垢层和沉积在锅底内表面的食物层传导至锅内，然后再以对流传热和/或热传导的方式传递给锅内食物。其传热面积等于锅底面积(直径24cm锅具的锅底面积只有0.045m2)。太阳光热转换产生的热量从锅底向锅内食物传递的传热步骤多、传热面积小、传热热阻较大。以旋转抛物面太阳灶的典型数据为例：反射聚光器R聚光效率85％，就是说，其采光面积接收的太阳辐射能的85％能够被反射聚焦到达锅具P底部(其余的15％为反光面的散射和聚焦误差损失)。那些被反射聚焦到达锅具P底部的太阳辐射能的70％能够被锅具P底部吸收转换为热能(其余的30％为金属锅底的光反射损失)。而那些被锅具P底部吸收转换产生的热能的70％能够传递至锅内食物(其余的30％为锅具P向环境空气的散热损失)。则热效率为：85％x70％x70％＝41.7％。可见，锅具P的光反射损失和散热损失是造成太阳灶热效率低的主要原因。一直以来，人们在太阳灶上烹饪食物时使用的锅具均为普通家用金属锅。已有的太阳灶技术极少研究适合在太阳灶上使用的锅具。但太阳灶的加热机理明显不同于一般厨房灶具，因此适合在太阳灶上使用的锅具应该不同于一般厨房用的金属锅具。如上所述，本专利技术人认为太阳灶加热普通金属锅具时光反射损失较大、散热损失较大、传热步骤较多、传热面积较小、传热热阻较大。因此，本专利技术提供适用于太阳灶的、能够高效吸收太阳辐射能的加热器皿，对于太阳灶的实际应用有着积极意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对在太阳灶上使用普通金属锅具烹煮食物时光反射损失较大、散热损失较大、传热步骤较多、传热面积较小、传热热阻较大等问题，提供适用于在现有太阳灶上烹煮日常食物、能够高效吸收太阳辐射能的、成本低廉且使用方本文档来自技高网...

【技术保护点】
高效吸收太阳辐射能的加热器皿，其特征在于：所述加热器皿包括有玻璃器皿，所述玻璃器皿的形状为圆柱形、圆锥台形或者倒圆锥台形，所述玻璃器皿的直径为8至40cm。

【技术特征摘要】
1.高效吸收太阳辐射能的加热器皿，其特征在于：所述加热器皿包括有玻璃器皿，所述玻璃器皿的形状为圆柱形、圆锥台形或者倒圆锥台形，所述玻璃器皿的直径为8至40cm。2.根据权利要求1所述的高效吸收太阳辐射能的加热器皿，其特征在于：还包括有容器和液体水，所述容器在所述玻璃器皿内，所述液体水是在所述玻璃器皿内的底部，所述容器浮在所述液体水的液面上，所述容器底部与所述玻璃器皿底部之间的距离为2至10cm，所述容器的内部盛放所烹饪的食物。3.根据权利要求1所述的高效吸收太阳辐射能的加热器皿，其特征在于：还包括有容器、液体水、支架和圆盘，所述容器在所述玻璃器皿内，所述液体水是在所述玻璃器皿内的底部，所述支架用于支承所述容器，所述圆盘是安装在所述支架上，所述容器的内部盛放所烹饪的食物。4.根据权利要求3所述的高效吸收太阳辐射能的加热器皿，其特征在于：所述圆盘具有倾斜度。5.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海涛，梁耀辉，杨宇熙，邓洪毅，黄宇畅，张俊辉，陈泓妤，利洪康，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44