聚光式太阳灶的结构

第三节　聚光式太阳灶的结构

太阳灶的使用者主要是农民，因此，在满足基本功能的条件下，结构设计要尽量简单，易于制作，价格低廉，与农村用的常规能源灶相比具有竞争性。参数的选择要尽量便于使用和操作。

太阳灶的采光面积确定后，在结构设计中首先要确定支点位置，目前国内对于重型灶（如水泥灶和铸铁灶），一般采用偏重心支撑。支撑点选取的原则是：

①靠近重心，使调整轻便；

②在使用过程中，不会使操作高度超过方便的限度；

③在使用范围内（不包括极限位置），壳体不会触地。

聚光式太阳灶在使用过程中，必须使人射的太阳光和反射面的轴平行，这样，所有的反射光才能会聚于设置在焦点处的锅底。一天之中，太阳的高度角和方位角是在不断变化的，为了满足上述要求，就要使反射面的轴始终对准太阳，这就叫做跟踪太阳。要做到跟踪太阳，就要使反射面轴的方位角和仰角，在任何时刻都与太阳的方位角和高度角相一致，这需要有相应的跟踪机构。另外一个特点就是，在太阳灶的使用过程中，锅底必须始终与地面平行，这就需要有相应的锅架支撑机构。

由于一般炊事过程较短，同时又要使太阳灶价格低廉，目前国内太阳灶大都采用手动跟踪机构。在太阳高度角跟踪方面，主要是用调节螺杆（图3-13）、用拉杆齿条（图3-14）和用调节套管（图3-15）等调节方法。在方位角跟踪方面，主要有立轴旋转式（图3-13,3-14）和小车移动式（图3-15）等方式。

图3-13　聚光太阳灶例1

1.灶壳　2.反光材料　3.托架　4.耳环　5.支架　6.丁字轴　7.调节螺母　8.调节螺杆9.把手　10.锅圈后支撑　11.锅圈前支杆　12.锅圈

图3-14　聚光太阳灶例2

1.底座　2.拉杆　3.齿杆　4.销轴　5.螺母（栓）　6.聚光器壳体　7.螺母垫圈　8.丁字轴　9.锅圈支杆　10.锅圈　11.角铁

图3-15　聚光太阳灶例3

1.转轮　2.底架　3.小轮　4.聚光器　5.手轮　6.定位杆　7.手柄　8.后支杆　9.前支杆10.锅圈　11.平行拉杆

太阳灶锅具的支撑与灶面高度角跟踪机构是相互配合的，设计时必须统一考虑。如果锅具由地面上的支架支撑，则灶面仰角调整的轴（水平轴）必须通过焦点，如图3-16所示。

安装这种太阳灶要注意锅圈平面必须与水平面平行；灶面吊杆要选择适当，使灶面反射光的焦斑恰好落在锅圈内。

如果锅具由灶面上的支架支撑，则灶面调整的水平轴要通过或尽量接近灶面的重心，如图3-17所示。

图3-16 地面上支架支撑锅具的太阳灶

1.锅具　2.锅圈　3.锅圈支杆　4灶面　5.水平轴　6.灶面吊杆　7.垂直轴　8.操纵杆9.仰角定位螺丝

图3-17　灶面上支架支撑锅具的太阳灶

1.锅具　2.锅圈　3.锅架连杆　4.锅架支杆　5.灶面　6.仰角定位杆　7.把手　8.水平轴　9.水平轴支杆　10.灶轮

为了保证在使用过程中锅圈处于水平位置，一般采用平行四边形或斜四边形支撑机构。平行四边形机构的原理如图2-14所示，水平臂BD、锅圈AC、支杆AB、CE中，A、B、C三点为活动铰链点，D点焊在丁字轴上，E点紧固在灶壳上，设计成AC＝BD。当太阳灶调整时，E点绕D点转动，实际上相当于CD距离（图中虚线）不变，ABCD构成平行四边形。由于BD设计成与地面平行，AC等于而且平行于BD，从而就保持了锅底的水平。斜四边形机构的工作原理与上述类似，但BD＜AC，这样，当太阳高度角大时，锅圈自动向后倾斜一个小角度，当太阳高度角小时，锅圈自动向前倾斜一个小角度，这样能保证在设计的反射线与锅底平面最小夹角θ不变的条件下，提高太阳灶的使用时数。这个附加的小角度一般取5°～8°。

当采光面积A_c、投射角θ和高度角h确定后，应当可以由三圆计算法确定焦距f和操作高度H。但是由于计算的困难，而且操作高度还要取决于壳体的支点，壳体支点又和壳体曲面的面积和空间重心的坐标有关，这些数值一般需要用迭代法反复计算，才能得到满意的结果。在有条件的情况下，可编制程序由计算机来完成计算。