關於太陽爐

太陽爐

什麼是太陽爐 ？
太陽爐 就是把太陽能收集起來，用於做飯、燒水的一種器具。我們知道太陽是一個巨大的火球，它的體積大約是地球的130萬倍。在太陽的內部和表面，發生著類似于氫彈爆炸那樣的複雜的物理化學反應，產生大量的能量。這些能量以射線的形式，每時刻不斷地向週圍輻射出去，其中有可見光、紅外線、紫外線、X射線等等，其中可見光和外線占總能量的90以上。我們把這些以射線形式表現出來的太陽能稱之為太陽輻射能。地球接收的太陽輻射能總量是非常巨大的，但又是低密度的。在晴朗的天氣里，地面上所接收的太陽輻射能量也不過每平方米1千瓦左右。太陽爐 的作用就是把這種低密度的、分散的太陽輻射能聚集起來，進行烹調作業。根據不同地區的自然條件和群眾不同的生活習慣，太陽爐 每年的實際使用時間大約在400至600小時左右，每台太陽爐 每年可以節省秸稈500至800公斤，經濟效益和生態效益是十分顯著的。
太陽爐 的基本構造及原理 ：

太陽爐 是怎樣把分散的太陽輻射匯聚到一起的呢?這就要從它的構造談起。從收集太陽輻射的方式上講，大陽爐 可以分為“聚光式太陽爐 ”和“熱箱式太陽爐 ”兩種類型。它們匯聚太陽輻射能的原理是不一樣的。這裡我們只介紹在我國普遍推廣的反射聚光式太陽爐 。
反射聚光式太陽爐 一般是由“爐 體”、“支撐調節機構”和"鍋架"組成。
太陽爐 爐 體的表面形狀為旋轉拋物面凹面，上面粘貼反光材料。旋轉拋物面是由拋物線繞它的對稱軸旋轉180度而形成的。眾所週知，拋物線具有這樣的性質：當平行光線沿著主光軸（拋物線對稱軸）方向入射到它的表面時，反射光線都通過它的焦點。旋轉拋物面具有同樣的性質。由於太陽光基本上屬於平行光線，所以當太陽爐 的(旋轉拋物面的)主光軸指向太陽的時候，平行的太陽光線入射到旋轉拋物面表面，經過反光材料的反射，這些反射光線都從它的焦點處通過，在這裡形成太陽光線的高密集區。拋物面的焦點就在它的主光軸上。這樣，我們把炊具放到拋物面焦點附近時，就可以燒水做飯了。
太陽爐 的支撐調節機構是保証太陽爐 隨時跟蹤太陽的結構部分。為了使太陽爐 全年都能使用，太陽爐 的主光軸應該隨時指向太陽，就需要太陽爐 爐 體能夠根據太陽的高低作前後俯仰的仰角調節；還要能夠左右轉動，進行方位角調節。實現這一功能的部分就是太陽爐 的支撐調節機構。它包含了支架、底座以及仰角調節杆。支架架在底座上，爐 體架在支架上，可以自由地左右旋轉。仰角調節杆連接了爐 體和支架，以實現太陽爐 爐 體的仰角調節。
鍋架就是支撐鍋具的結構部分。
根據太陽爐 的鍋架與爐 體之間的連接關係不同，反射聚光太陽爐 又可以分為”軸上聚光太陽爐 ”和“軸外聚光太陽爐 ”。
軸上聚光太陽爐 的鍋架是平行四邊形結構。它直接與太陽爐 的爐 體連接。當太陽爐 跟蹤太陽作仰角調節的時候，支撐在太陽爐 鍋架上的鍋具連同鍋架、大陽爐 爐 體一起做前後的俯仰運動；當太陽爐 爐 體進行方位角調節的時候，它們也一起跟著左右轉動。由於鍋具在太陽爐 的主光軸上的焦點附近，這就保証了被太陽爐 爐 面反射的太陽光線在鍋底上匯聚。
軸外聚光太陽爐 的鍋架是直接與太陽爐 的支架連接而不與爐 體連接的。這樣，當太陽爐 進行仰角調節的時候，鍋架並不與爐 體一起運動，它只和支架連同爐 體廠起進行左右旋轉，實現方位角調節，也就是說，當太陽爐 進行仰角調節的時候並不能保証鍋具總在拋物面的焦點附近。但只要不是離得太遠，反射光線中的絕大部分還是能夠在鍋底上匯聚的。
太陽爐 的製作方法：

太陽爐 的爐 體是太陽爐 最重要的組成部分。它可以用有機的、無機的，金屬的或者非金屬材料製作。目前，我國所擁有的大陽爐 ，絕大多數是菱苦土爐 體、水泥砂漿或鑄鐵爐 體。而其它材料的爐 體卻由於種種原因沒有得到廣氾應用。
在農村批量生產太陽爐 ，可以採用菱苦土或水泥砂漿製作爐 體。步驟是這樣的：
1．製作模型。為了保証太陽爐 爐 體的凹面是旋轉拋物面，爐 體應該在具有拋物面凸面的模型上製作。模型表面的旋轉拋物面形狀是用有拋物線刃口的刮板刊出來的。
刮板一般用金屬板制做。首先在坐標紙上精確地畫出焦距為750或800毫米的拋物線，拋物線的橫坐標一般取1200毫米左右。然後在鋼板上畫出同樣的，拋物線，切割出刮板的凹形刃口，經過仔細打磨並與坐標紙上的拋物線進行比對，最後固定在一條金屬軸上，一方面使它的因形刃口與坐標紙上的拋物線貼合，同時，軸的中心線與坐標紙上的拋物線的縱坐標重合。需要強調的是，製作刮板是保証太陽爐 質量最關鍵的一步，必須認真仔細。
太陽爐 模型一般用混凝土製做。模型表面用具有拋物線刃口的刮板竣轉刮制而成。具體做法是：在地面上畫出一個直徑為2.4釐米（假定我們準備生產的太陽爐 ，其截光面積為2平方米〕的圓，週圍用磚或石頭砌成20釐米高的牆、中間填土夯實，同時在土里埋好用於支撐刮板軸的支架，在突起的土堆上麵糊5釐米厚的草泥，待草泥基本乾燥后、上面覆蓋50毫米厚的100號混凝土，架好刮板，使其刃口與混凝土表面之間有15至20毫米的間隙，隨後在混凝土上抹150號水泥砂漿，旋轉刮板把砂漿刮勻，然後用泥刀趕壓。在砂漿表面上還需要上一層素灰漿。上漿前把刮板提起少許，擦淨刃口上的沙粒，調整刮板，使其刃口距離砂漿表面大約5毫米，待砂漿表面略干，在砂漿表面澆一層素灰漿。具體做法是：把素灰漿澆到刮板的根部(也就是凸模的頂部〕，在均勻而緩慢地轉動刮板的同時，輕輕敲打刮板，使灰漿順暢地流到摸型的邊緣。模型上澆滿灰漿后，提起刮板，對摸型進行養護。養護時間一般需要10至15天，在澆灰漿的過程中，由於刮板的振動，可能會在模型表面形成徑向型波紋。養護完畢，需要用砂紙模型表面上的波紋輕輕磨光，以保証模型表面光滑。
2．畫線及製作圍框。太陽爐 的模型表面就是一個捉轉拋物面凸面，製作太陽爐 的爐 體只需要這個表面的一部分。在不同地區，根據對太陽爐 功能的不同要求，太陽爐 爐 體可能設計成不同形狀和大小。這就需要根據設計在模型表面畫出太陽爐 爐 體的輪廓線。在太陽爐 設計中，一般只給出爐 體的投影形狀，那麼，在模型上畫爐 體的實際輪廓線的時候，就需要使輪廓線在地面上的投影盡可能接近設計的形狀、大小。同時，要在模型上標出預埋件和開孔的位置。太陽爐 爐 體的中部需要預留一個長方形孔，以適應太陽爐 進行仰角角調節的需要。孔的寬度一般為50毫米、長度應該與太陽爐 仰角調節的角度相適應。如果根據設計需要在爐 件內配觔，也應該畫出配觔走向。
由於模型的表面為光滑的凸面，製作爐 體的材料是水泥砂漿或菱苦土，因而需要按照輪廓線製作圍框。圍框一般用扁鐵或角鐵製作，高度為30至50毫米。
3．搗制爐 體。水泥砂漿爐 體一般刷成溥殼加肋結構。薄殼部分厚度15至20毫米，邊緣及肋部分厚度為30至40毫米。加肋部分需配觔，薄殼部分需加玻璃纖維。
菱苦土爐 體所需材料主要為氧化美、氯化鎂，它們之間的比例大約為4比3，還可以加入8%一10%的鋸末、15%一18%的細綿沙，或者其他填充物。此外為了保証爐 體有足夠的強度；開減少脆裂，還需加入0.3%一0.5％左右的磷酸三鈉作為增強劑。在配料時，氧化鎂溶液的濃度應該根據氣濕的高低掌握在26至28波美度，氣溫低時濃度高一些。
搗制爐 體的過程是這樣的：首先在凸模上薄薄地抹上一層廢機油（或鋪上一層塑料薄膜，注意把嚴重折疊的部分剪開〕把圍框、預埋件、預留孔木塊定好位置，布好觔，就可以將攪拌均勻的料撒在圍框內，用白木板均勻、拍實，然後在表面苦上薄膜就可以進入養護階段。菱苦土材料需要養護3天，水泥砂漿需要養護7天，然後就可以起摸。爐 體起模后，凹面朝上；下面適當地墊上支撐物，繼續養護10至15天，便可以粘貼反光材料。
一個合格的爐 體，應當形狀規整、尺寸準確、薄厚均白、沒有斑疤和裂紋，輕輕敲擊時聲音清脆，從各個方向搬動時都不發生變形。
4．粘貼反光材料。太陽爐 的反光材料可以用2最毫米厚的鍍鋁玻璃鏡片，也可以用鍍鋁聚酯薄膜。用玻璃鏡片時，需要裁成40毫米見方的小塊。粘結劑可以是乳膠或乳化瀝青。用鍍鋁薄膜時，以把它裁成100毫米寬的條，直接粘貼。薄膜背後的壓敏就是粘結劑。
粘貼反光材料之前，需要把爐 體的凹表面上可能存在的小孔填平，打磨光滑，擦去粉塵。在粘貼反光材料的時候，鏡片之間要均勻過渡、鏡片與爐 體間要緊密貼合，以保証反光材料表面盡可能接近旋轉拋物面。在粘貼鏡片過程中，應該使粘結劑擠滿鏡片之間的縫隙。貼完鏡片以後，需要在太陽爐 整個反光表面撒上一些乾燥水泥(或氧化鎂粉)，均勻塗抹，使水泥(或氧化鎂粉)填入鏡片之間不可避免的縫隙中。



其他參考資料
http://www.huf.org.tw/bulletin/solar042.htm
163.20.81.134/kou8732/8un/96teach_school/悶燒鍋葵花寶典簡報1.ppt
http://163.17.112.138/~boswell/envi/02continuation/energy/solar/02.doc
http://l3698.diytrade.com/sdp/314860/3/cp-1252822.html　（呢個好詳細）