太阳能开水器制造技术

一种太阳能开水器，它由折射聚光镜片、集光反射器、受热器、集光笼架和支架等组成。镜片和受热器安装在集光笼架的两端，集光笼架安装在支架的水平转轴上，可在竖直面内转动，支架可绕穿过其中央固定在地面上的竖直轴在水平面内转动，以跟踪太阳。折光聚光镜片厚度为几毫米，可会集大面积阳光，形成很大集光功率。集光反射器可减小设备“焦距”，减小设备体积，增长设备调整时间，使用中约半小时调整一次。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
太阳能开水器本技术涉及一种太阳能开水器。现有的太阳能设备可分为两类，一类是直射吸收式设备，如太阳能热水器、太阳能电池等。另一类是反射聚焦式设备，如抛物面反射太阳能灶。太阳热水器等直射吸收式设备，因不能将阳光汇集起来，所以不能形成高温，不能将水烧开。抛物面反射聚焦式设备虽然能将阳光汇集起来形成高温，但这种设备体积大，笨重，缺少科学合理易于操作的跟踪装置，而且聚焦点在抛物面上方，离地面高，操作不便，使抛物面不宜做得过大。本技术的目的是提供一种太阳能开水器，寻求解决大截光面积，重量轻，折射聚光效果良好的太阳能折射聚光镜片问题，从而开拓出利用太阳能的第三类设备——折射聚焦式太阳能设备，使聚焦点在镜片下方，并配以科学合理，结构简单，易于操作的太阳跟踪装置。本技术的目的是这样实现的，总体为球壳状的折光镜片采用多层圆台阶式内表面，或为直角台阶或为钝角台阶，外表面为球面，可为单球面，可为组合球面。总体为柱壳状的折光镜片，其内表面采用多层直台阶结构，或为直角台阶，或为钝角台阶，外表面为圆柱面，或为单圆柱面，或为组合圆柱面。总体为平板状的折光镜片，其一个表面为平面，另一个表面可以是相互间隔连接的窄环形球面和与平面垂直的短圆柱面，中央为圆形球面。另一个表面还-->可以是相互平行相互间隔连接的圆柱面和与平面垂直的窄平面，这类镜片边缘的部分环形球面或柱面也可为环形锥面或斜面。集光笼架可为圆锥状可为V形槽状，折光镜片安装在集光笼架的大端，包有绝热材料受热腔在内部的圆桶状受热器安装在集光笼架的小端，并在笼架中安装内表面是光滑反射面的圆锥状或V形槽状的集光反射器，笼架安装在支架上部的水平转轴上，由三角形和矩形组合而成的支架下方安装多个触地轮，支架下部中央的轴套套在竖直固定在地面上的地轴上，从而转动笼架、转动支架即可跟踪太阳，笼架与支架间用定位片和手轮定位止动，支架与地面间用手轮的螺柱触地定位止动。由于采用上述方案，使镜片变得很薄，平均厚度约有几毫米(如3毫米以下)，使其重量大大减轻，它的重量可以是同样截光面积平凸透镜的2.5％以下，而且聚光效果不变。从而可以制成大面积的镜片(大镜片可制成多片拼装)，集光功率可以达几千瓦、几十千瓦，甚至更大(每平方米阳光功率约1千瓦)。因镜片有的将阳光汇集在一个很小的圆面积上，有的可将阳光汇集在一条窄长条形面积上，可以适合不同受热器的需要，而且制造镜片可用普通民用白玻璃或透明塑料，成本低廉。应用本镜片的太阳能开水器，聚焦点在镜片下方，跟踪太阳装置结构简单、操作方便，大约可每30分钟调整一次。一台截光面积2平方米的开水器，装载5公斤水，若热效率为60％，23分钟即可开水，中间不需要调整设备方位。现对本技术结合附图，分别说明如下。图1为折射聚光镜片之——台阶式单球面折射聚光镜片示意图。图2为折射聚光镜片之二——变台阶角度式单球面折射聚光镜片示意图。-->图3为台阶角度计算的原理图。图4为折射聚光镜片之三——台阶式组合球面折射聚光镜片示意图。图5为组合球面设计原理图。图6为折射聚光镜片之四——台阶式柱面折射聚光镜片示意图。图7为折射聚光镜片之五——锯齿式球面折射聚光镜片示意图。图8为折射聚光镜片之六——锯齿式锥球组合面折射聚光镜片示意图。图9为折射聚光镜片之七——锯齿式柱面或斜面折射聚光镜片示意图。图10为实施例之一——点折射聚焦式太阳能开水器示意图。图11为集光反射器原理示意图。图12为受热器结构纵剖面示意图。图13为实施例之二——线折射聚焦式太阳能开水器示意图。图14为集光槽端面反光示意图。如图1所示为折射聚光镜片之一——台阶式单球面折射聚光镜片示意图。它总体为球壳状，本图为纵剖图，其中MO′N为以O点为球心的球面，OO′为其中中央轴线。其内剖面由多层直角台阶组成，AA′、BB′、CC′……均为环形平面，并都跟中央轴线OO′垂直。aa′、bb′、cc′……为半径不同的圆柱面，这些圆柱面有共同的轴线—OO′。当有平行于OO′的阳光入射时，每条光线都跟环形平面垂直，不改变方向地进入镜片的介质中，并在球面上发生折射，形成会聚-->光束。由于受球差的影响，离中央轴线越远的光线汇集点离O′点越近，但可以在光束截面积最小的PQ面上收集光能。此种台阶式聚光镜片，留厚越薄，台阶高度越小重量越轻。一台两平方米的玻璃折射聚光镜片，如果设计焦距为2.0米，不采用台阶式结构时，其重量为760公斤。若采用台阶式结构，每3毫米一个台阶，留厚2毫米，其重量约为19公斤，是原重的2.5％。上述台阶式单球面折射聚光镜片适应于球差影响小的大半径球面的长焦距镜片。对于短半径球面短焦距镜片，由于镜片边缘入射光在球面上的入射角较大，球差影响也大，光的反射损失也大，甚至发生全反射，使光能无法收集。解决这一问题有两种方法，一种是改直角台为钝角台阶，从中央向外依次增大台阶环形上面的下倾角度，从而使光线在球面上的入射角减小。另一种方法是仍采用直角台阶，但镜片下表面采用组合球面，由中央向外分段增大球面半径，也使球面处的入射角减小。图2是折射聚光镜片之二——变台阶角度式单球面折射聚光镜片示意图。由内向外台阶角度依次增大，台阶的倾角可由折射定律逐一算出。图3为台阶角度计算原理图。在图3中，OF为镜片中央轴线，α为台阶上环面与中央轴线垂线的夹角，即台阶下倾角，R为球面半径，F为光线的汇集点，PQ为台阶上环面的法线，a为光线在球面上的入射角，β为折射角。当光线平行于中央轴线入射时，在此台阶的入射角亦为α，折射角为(α-b)。在计算某一台阶的下倾角α时，首先在此台阶正下方所对应的圆弧线中央，确定球面上一点A，过A点作中央轴线的垂线AB，设AB-->长为X，BF长为Y，测出X和y，即可分别求得半径OA和折射光线AF与中央轴线的夹角θ和Φ(R已知)。由图：3知，β＝θ+Φ，若镜片材料的折射率为n，由n=SinβSinα]]>可求得角a，由θa+b和n=SinαSin(α-b)]]>可求得：Sina=nSin(θ-a)n2+1-2nCos(θ-a)]]>由此式可求得该台阶的下倾角a，此台阶的钝角值即为(90°+a)，各台阶的角度求法相同。设计时也可将临近的几个台阶取相同的下倾角。图4为折射聚光镜片之三——台阶式组合球面折射聚光镜片示意图。中央CD部分为半径是R1的球面，BC、DE部分为半径是R2的环形球面，AB、EF部分为半径是R3的环形球面，且R3＞R2＞R1。各球面球心都在中央轴线上。组合球面的个数可根据聚光面积大小的需要确定，由镜片中央向外，各环形球面的宽度依次减小。图5为组合球面设计原理图。设计各球面前，首先画出中央球面MO′N折射光路图，入射平行光线要画得等距且尽量密些，并由折射定律计算出各条光线的折射角，根据折射角画出各条折射会聚光线的分布，由其分布选定光线最佳汇集范围AB(光线最佳汇集范围应选在会聚光线分布最集中的位置，此范围选得越小，各球面越窄)。观察各折射光线，若发现C点折射光线恰通过A点，则由C点作中央轴线的垂线CD，设CD＝X，DB＝Y，测出X和Y值，并作直线CB，由X、Y值-->即可求出CB与中央轴线的夹角Φ。因C点对应新球面的折射角β＝Φ+θ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能开水器，由安装在集光笼架一端的镜片会聚阳光，由安装在集光笼架另一端的受热器接受阳光，其特征是：镜片是由透明材料制成的折射聚光镜片，总体为球壳状的折光镜片，采用多层圆台阶状的内表面，外表面为球面，总体为柱壳状的折光镜片，其内表面采用多层直台阶结构，外表面为圆柱面，总体为平板状的折光镜片，其一个表面为平面，另一个表面可以是相互间隔连接的窄环形球面和与平面垂直的短圆柱面，另一个表面也可以是相互平行相互间隔连接的圆柱面和与平面垂直的窄平面，集光笼架可为圆锥状，也可为Ｖ形槽状，折光镜片安装在集光笼架的大端，包有绝热材料受热腔在其内部的圆桶状受热器安装在集光笼架的小端，在集光笼架中安装内表面是光滑反射面的圆锥状或Ｖ形槽状的集光反射器，集光笼架安装在支架上水平转轴上，由三角形和矩形组合而成的支架下部安装多个触地轮，支架下部中央的轴套套在竖直固定在地面上的地轴上，从而转动支架、转动集光笼架即可跟踪太阳，集光笼架与支架间靠定位片和手轮定位止动，支架和地面间用手轮的螺柱触地定位止动。

【技术特征摘要】
1、一种太阳能开水器，由安装在集光笼架一端的镜片会聚阳光，由安装在集光笼架另一端的受热器接受阳光，其特征是：镜片是由透明材料制成的折射聚光镜片，总体为球壳状的折光镜片，采用多层圆台阶状的内表面，外表面为球面，总体为柱壳状的折光镜片，其内表面采用多层直台阶结构，外表面为圆柱面，总体为平板状的折光镜片，其一个表面为平面，另一个表面可以是相互间隔连接的窄环形球面和与平面垂直的短圆柱面，另一个表面也可以是相互平行相互间隔连接的圆柱面和与平面垂直的窄平面，集光笼架可为圆锥状，也可为V形槽状，折光镜片安装在集光笼架的大端，包有绝热材料受热腔在其内部的圆桶状受热器安装在集光笼架的小端，在集光笼架中安装内表面是光滑反射面的圆锥状或V形槽状的集光反射器，集光笼架安装在支架上部的水平转轴上，由三角形和矩形组合而成的支架下部安装多个触地轮，支架下部中央的轴套套在竖直固定在地面上的地轴上，从而转动支架、转动集光笼架即可跟踪太阳，集光笼架与支架间靠定位片和手轮定位止动，支架和地面间用手轮的螺柱触地定位止动。2、根据权利要求1所述的太阳能开水器，其特征是折射聚光镜片有的总体为球壳状，其内表面为多层圆台阶状，或为多层直角台阶，或为由内向外角度依次增大的钝角台阶，外表面为球面，或为单球面，或为组合球面。3、根据权利要求1所述的太阳能开水器，其特征是折射聚光镜片有的总体为柱壳状，其内表面为多层直台阶结构，或为直角台阶，或为由内向外角度依次增大的钝角台阶，外表面为圆柱面，或为单圆柱面，或为组合圆柱面。4、根据权利要求1所述的太阳能开水器...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔金岩，
申请(专利权)人：崔金岩，
类型：实用新型
国别省市：37[中国|山东]