《平面太阳灶（分列式太阳灶）》－第五届－中国宋庆龄基金会少年儿童发明奖

《平面太阳灶（分列式太阳灶）》

来源：发布时间：2007-12-30 浏览次数：1751

金奖

作品名称：《平面太阳灶（分列式太阳灶）》
厦门叶杨娜

作品说明

本作品提供一种成本低、制造工艺简单，便于组装、收藏、搬运，尤其适于农村推广应用的分列式平面太阳灶。
参见图1~3，平面太阳灶由支架和反射面两部分组成。其反射面可由横切面为等高直角梯形的多组环形镜面与平面基座组成一个整体平面，环形镜面反射聚焦区及圆心重叠。圆环形反射镜的镜面为平面或曲面，镜面的反射聚焦区域位于支架的上部锅架上。反射镜的底面为平面，以便作为反射镜的底座。所说的曲面选为抛物面。反射镜由2n块分体反射镜组成，其中n为≥2的正整数，最好n=2。
在反射镜的中心可设圆形反射镜。支撑架的下部可与反射镜连接。
图1平面太阳灶结构示意图
1、当环形镜面的剖面为平面时，反射光集中于某一圆形区域，直径约为反射面长度，参见图1，在图1中，①反射光会聚的圆形区域，②平行太阳光线，③平面太阳灶基板，④反射面镀层。数据的计算：设直角梯形的两腰的夹角设为 ，高为L, 支架高为h， 则有：
 	= 1/2   = 1/2* arctan（n+1）L/h      （n=1, 2, 3, ……）
2、当环形镜面的剖面为有共同焦点的抛物面时,平行光被聚焦于共同的焦点，参见图2和3。数据的计算：如果反射面为抛物面的一部分， BE为第n块环行镜面，FG为准线，C为焦点，ED为基座平面。抛物线方程式的算法为：
EF+CD=2AG                 
图2                    图3
本作品还可将整个太阳灶分割为相同的小块，以便于制造、安装、拆卸、携带和储藏，图4给出四等分平面太阳灶的结构示意图，四块分体的太阳灶结构件完全相同，制造时只需一块模板即可，因此，大幅度降低了成本，简化了制造工艺。本产品适合于大批量工业化生产。真正做到节能，环保，经济，方便。
图4 四等分平面太阳灶的结构示意图          图3 八等分平面太阳灶的结构示意图
传统的太阳灶结构及其复杂。所占的空间体积很大,收藏与搬运不方便。制作时需要非常坚固的材料，并且生产工艺要高精度的金属冲压设备，造价成本高也不经济。安装与拆卸困难，需要专业的人员进行安装与调试，这样就使得它不易推广不易普及。这款太阳灶优势十分明显（1）由于它是平面的，就使得它的体积和重量大大减小，我们可以根据空间的大小需要分割成几块，任何人可以在几分钟内将它拼装好，使得它收藏和携带及其方便。(2)由于是平面，所以很容易分割的特点，我们可以将它等分成对称的小块，可使用工程塑料借助太阳灶模具一次成型再电镀它的反射面，模板只需要做其中一小块的就可以了。制作工艺成熟简单，有效地降低了成本。(3)在使用时也可根据火力的大小需要，只取其中的几块组合，因地制宜。(4)这款太阳灶曾拿到多个实验点试用,那里的农民反映非常好，说明它是很适合于经济落后的农村地区所使用。

发明小故事

物理课上老师在讲解"光"的相关内容时，介绍了抛物面太阳灶的焦点可以达到几千度的高温，还介绍了应用太阳灶的广阔前景，给我留下了深刻的印象。但是，我发现太阳灶的应用并不广泛。既环保，又节能的产品为什么大家不爱用呢？经过思考及查找资料，我认为在于其抛物面结构的体积及重量过大，造价成本高，安装、拆卸、运输和收藏都很不方便，特别是需要专业人员进行安装，无法普及。
一次偶然的机会，听到老师讲到眼镜的分列式结构，并且讲如果不做成这种结构，镜片就会很厚很重，使用很不方便，教室里的幻灯机的凸透镜也是这种分列式的结构。听完后我豁然开朗，想到我也可以用同样的方法将太阳灶变薄变轻，所占空间大大变小，使它方便于使用。于是在王勇老师的指导下开始了这项研究。
我想可以在平面的基座上依次放置一系列的环形镜面，并将其融为一体。这样，每一组的镜面都不高，体积就减小了。其次，与传统的抛物面太阳灶相比，不需要用特别牢固的材料做成灶体，可用工程塑料将平面太阳灶经模具一次成型，再电镀反射面。这样就大大减轻了重量，降低了成本。其三，平面可按空间大小需要分割，类似切蛋糕，易搬运收藏，这样任何人都可在很短的几分钟内安装与拆卸。
然后是动手做模型了。先设计草图，并计算相应的参数。在老师的指导下，我设计了两种方案，一种是环形镜面的剖面为直线，一种是环形镜面的剖面为抛物线。
再做模型。因为将环形镜面的剖面做成抛物线存在现实的困难，所以我只做出了环形镜面的剖面为直线的太阳灶。尽管这样，我们还是碰到了一些困难。选材就不说了，就说制作吧。因为是纯手工活，精度要求高，不然不聚焦，所以要很细致。从小模型到大模型，到能烧水的产品，到支架的设计及制作。过程长且辛苦，但始终充满激情和成就感。制作模型所用的材料是胶片、反光纸、泡沫板。