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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf einen solarbeheizten Herd mit Wärmespeicher,
der von Sonnenkollektoren über einen durch Konvektion in schräg nach oben angeordneten
Rohren zirkulierenden Wärmeträger aufgeheizt wird, wobei der Wärmeträger gleichzeitig
die Speichermasse ist.
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Der Wärmespeicher ist ein Kessel, deren Oberteil außen massivverbundene
Plattenträger hat, auf denen Kochplatten mit je drei Kontaktflächen, die schräg
und konzentrisch an Platte und Plattenträger verlaufen, an-
geordnet sind, und durch
Verdrehen der Kochplatte ein stufenloses Regulieren des Wärmeflusses ermöglichen.
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Die Kochplatte wird von einem Zapfen, der von einer Aufnahmebohrung
im Plattenträger geführt wird, in der Mitte gegen Verrutschen und Abheben gesichert.
Durch einen Gewindestift am Umfang des Plattenträgers wird der Regelbereich, der
durch die Ausnehmung im Rand der Kochplatte bestimmt ist, begrenzt Die Kochplatte
wird mittels eines Regelstabes, der in die am Umfang der Kochplatte vorgesehenen
Bohrung gesteckt wird, entsprechend dem Wärmebedarf verdreht. Aus weiteren Unteransprüchen
gehen die restlichen Besonderheiten hervor.
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Vorrichtungen zum direkten Kochen während der Sonnenstrahlung sind
bekannt. Es handelt sich um Parabolspiegel, welche die Strahlen im Brennpunkt konzentrieren,
in dem der Kochtopf steht. Leider werden diese Vorrichtungen von der Bevölkerung
in den Wüstenländern nicht angenommen. Sie blenden, müssen der Sonne nachgeführt
werden und sind von der Zeit des nutzbaren Sonnenscheins abhängig.
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Eine verbesserte Kochvorrichtung mit Speicherblock geht aus der Patentschrift
(DE 32 26 782 C 2) hervor. Sie ist einfach aufgebaut und von Ort sowie Tageszeit
unabhängig. Von einem Sonnenkollektor geht schräg nach oben zum Speicherblock ein
Wärmerohr, in dem ein leichtverdampfendes Medium zirkuliert. Darüber ist ein zweites
Wärmerohr angeordnet, welches den Speicherblock mit einer Kochvorrichtung verbindet.
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Durch Anheben des Sonnenkollektors wird der Speicherblock mit der
Kochvorrichtung angekippt, wobei das Wärmerohr eine entgegengesetzte Neigung bekommt
und in ihm die Wärme vom Speicherblock zur Kochvorrichtung zirkuliert. Am Speicherblock
sind mehrere Öffnungen vorgesehen, die verschiedene Anstiegswinkel des Wärmerohres
ermöglichen und so den Wärmetransport entsprechend beeinflussen.
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Diese Art Regelung ist kompliziert. Sie ermöglicht keine stufenlose
Temperaturregelung über einen großen Bereich. Auch die Ebene der Kochvorrichtung
läßt sich schlecht nach allen Seiten in eine horizontale Lage bringen.
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Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gemacht, eine solarbeheizte
Kochanlage mit Speicher zu schaffen, auf dem direkt stufenlos über einen größeren
Temperaturbereich regelbare Kochplatten angeordnet sind. Dies wird durch einen Herd
erreicht, wie er in den Ansprüchen gekennzeichnet ist. Der Herd ist gleichzeitig
der Speicher und hat eine Kesselform, deren Oberteil außen mehrere massiwerbundene
Plattenträger, auf denen Kochplatten angeordnet sind, deren drei schrägen, konzentrischen
Kontaktflächen durch Verdrehen der Kochplatte ein stufenloses Regulieren des Wärmeflusses
ermöglichen, aufweist Innen, unter den Plattenträgern, ist das Oberteil mit Rippen
versehen, welche von der Speicherflüssigkeit umspült werden.
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Durch das Verdrehen der Kochplatte entstehen zwischen den Träger-
und Plattenschrägflächen variable Luftspalte, wodurch die Kontaktflächen verkleinert
oder vergrößert werden. Der Dreh- bzw. der Regelbereich wird durch eine Ausnehmung
im Plattenrand und einen Gewindestift im Plattenträger als Anschlag begrenzt. Die
Kochplatte weist in der Mitte einen Zentrierzapfen mit einem Stift auf, der in die
Aufnahmebohrung des Plattenträgers ragt und die so gegen Verrutschen und Abheben
sichert.
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Mittels eines Regelstabes, der in eine am Umfang der Platte vorhandene
Bohrung gesteckt wird, wird die
Kochplatte verdreht.
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Außerhalb des Kochraumes sind die Parabolkollektoren auf einem Gestell
montiert, welches am Herdende auf einer Lagerstütze gelagert ist. Das andere Ende
wird von einem Lochgestell entsprechend des Sonnenstandes verstellbar gehalten.
Das Vor- und das Rücklaufrohr gehen durch die Achse der Lagerung und haben an dieser
Stelle eine flexible Verbindung. Der Herd steht höher als die Kollektoren, wodurch
eine gute Zirkulation des Wärmeträgers erreicht wird.
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Um die Wärmeverluste sehr gering zu halten, sind die Kochplatten
mit wärmeisolierenden Abdeckungen versehen, die bei Benutzung seitlich abgezogen
werden können. Damit der Kontakt zwischen den Flächen der Kochplatte und des Plattenträgers
gut ist, und die Kochplatte sich leicht verdrehen läßt, werden die Flächen mit Graphitpulver
oder einer hitzebeständigen Paste bestrichen.
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Das Oberteil ist noch mit einem Ausdehnungsraum versehen, auf dem
ein Thermometer, Manometer und ein Sicherheitsventil angebracht sind. Der Speicher
ist mit Wasser oder Thermalöl gefüllt. Er ist mit einer Isolierung gegen Wärmeverlust
versehen, welches auch für das Vor- und Rücklaufrohr gilt. Das Vorlaufrohr geht
durch die Wand des Oberteiles und mündet, nach oben gekrümmt, mit einer erweiterten
Öffnung in der Mitte des Speichers. Das Rücklaufrohr schließt direkt in der Mitte
des Bodens an.
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Die gesamte Anlage ist fest installiert, wobei der Herd über dem
Niveau der Sonnenkollektoren in einem Kochraum steht. Das Wasser wird durch die
konzentrierten Sonnenstrahlen auf das Absorberrohr auf eine nutzbare Temperatur
von 110 bis 2000 C aufgeheizt und strömt durch das Vorlaufrohr nach oben in den
Kessel des Herdes. Das wesentlich kühlere Wasser strömt aus dem Boden des Kessels
durch das Rücklaufrohr schräg nach unten wieder zum Absorberrohr des unteren Sonnenkollektors.
Diese Zirkulation erfolgt solange, bis die Temperaturdifferenz des Wassers im Vor-
und Rücklaufrohr fast ausgeglichen ist.
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Das Wasser ist im Speicher somit aufgeheizt und steht unter hohem
Druck. Bei Anwendung von Thermalöl (z. B. Malotherm L, Fabrikat CWH) als Wärmeträger,
kann drucklos gearbeitet werden. Die Speicherkapazität ist jedoch wesentlich geringer
bei gleichem Volumen. Wasser hat auch den Vorteil, daß es billiger ist und Dampf
zum Antrieb von Pumpaggregaten angezapft werden kann.
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Für den Kochvorgang wird die Plattenabdeckung abgezogen, der Topf
auf die Platte gestellt und durch Verdrehen der Kochplatte nach links auf vollen
Flächenkontakt gedreht. Nach dem Ankochen wird durch Rechtsverdrehen der Kochplatte
die Kontaktfläche wieder verkleinert, wodurch ein mäßiges Kochen und eine Sparsamkeit
mit der gespeicherten Energie erreicht wird. Kochplatte und Plattenträger sind aus
einem gutleitendem Material (z. B. Al-Legierung). Es kann zu allen Tageszeiten gleichzeitig
auf mehreren Platten gekocht, gebraten oder Fladenbrot gebacken werden.
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Der Anwendungsbereich des solarbeheizten Herdes ist besonders in
Wüstenregionen und der Sahelzone, wo der Baumbestand wegen Brennholzmangel rapide
abnimmt und die Ausbreitung der Wüste fortschreitet.
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Täglich werden ca. 1,5 kg Holz/Person benötigt.
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Ein Zahlenbeispiel eines Herdes mit 2 fokuszierenden Kollektoren
von insgesammt 5 m2 Fläche und einem Konzentrationsfaktor c = 20 - 30 soll die Wirkung
und Vorteilhaftigkeit der Sonnenenergienutzung bei einer
jährlichen Sonnenscheindauer
ab 2500 Stunden verdeutlichen.
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Bei einer täglichen Ladedauer von 8 Std. werden im Speicher mit 1501
Wasser bei einer Nutztemperatur von200-1100C = 90°C 14 kWh gespeichert. Der Wärmewirkungsgrad
liegt bei 30-40%. Eine Familie von 5 Personen benötigt ca. 2 kWh täglich. Es können
7 Familien mit 35 Personen ihr Essen kochen. Das macht eine Holzersparnis von 52,5
kg täglich und Arbeitszeit noch dazu. In 10 monatiger Nutzdauer wird eine Baumvernichtung
von 15,75 t Holzmasse verhindert.
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Im folgenden wird ein Ausführungsweg der Erfindung unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 Herd mit Speicher im Halbschnitt,
Fig. 2 eine Draufsicht nach Fig. 1.
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Fig. 3 Seitenansicht der Kochplatte mit Plattenträger, Fig. 4 eine
Draufsicht der Kochplatte.
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Fig. 5 eine Seitenansicht der Herd- und Kollektoraufstellung in N-S-Richtung.
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Fig. 6 eine Draufsicht der Herdanlage.
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Fig. 7 eine Seitenansicht einer größeren Herdanlage mit Solarfarmanordnung
in O-W-Richtung, Fig. 8 eine Draufsicht nach Fig. 7 und Fig. 9 einen Schnitt A-A
in Fig. 8.
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Wie in Fig. 1 dargestellt, sind Herd und Speicher eine Einheit und
weist die Form eines Kessels auf.
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Der Speicher besteht aus dem Oberteil 1 und dem Unterteil 2 und ist
mit einer Isolierung 10 versehen. In das Oberteil 1 geht bis zur Mitte das Vorlaufrohr
7. An die Mitte des Unterteils 2 ist das Rücklaufrohr 8 angeschlossen.
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Das Oberteil 1 weist massivverbundene, aus einem gutleitendem Material
Plattenträger 4 auf, auf dem die Kochplatten 5 montiert sind. Im Innern ist es mit
Rippen 6 versehen. Auf dem Oberteil 1 ist in der Mitte ein Ausdehnungsraum 3 angebracht,
in den das Thermometer 24, das Manometer 25 und das Überdruckventil 26 ragen. Die
Kochplatten 5 sind mit einzelen abziehbaren Isolierabdeckungen 9 versehen. Der Speicher
kann mit Wasser oder Thermalöl (Malotherm L) gefüllt werden.
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Aus Fig. 2 ist seine kreisrunde Form und die Anordnung der Plattenträger
4 mit den Kochplatten 5 gut ersichtlich. Wie in Fig. 3 dargestellt, ruht die Kochplatte
5 auf dem Plattenträger 4. Das Besondere daran ist, daß die Kochplatte 5 drei Schrägflächen
19 und der Plattenträger 4 ebenfalls drei Trägerschrägflächen 20 aufweisen, die
zueinander plan passen und konzentrisch angeordnet sind. Sie sind mit Graphit oder
einer hitzebeständigen Paste bestrichen.
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In der Mitte wird die Kochplatte 5 durch einen Zentrierzapfen 16
mit einem Stift 15 von der Aufnahme 16 im Plattenträger 4 gehalten. Die Nut 17 dient
dem Durchgang des Stiftes 15 beim Aufsetzen der Kochplatte5.
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Der Regelbereich wird durch die Ausnehmung 12 im Rand 11 und durch
den Gewindestift 13 im Plattenträger 4 begrenzt Die Bohrung 18 dient der Aufnahme
des Regelstabes 23. Die Verkleidung der Isolierung 10 ist unter dem Rand 11 hochgezogen,
wodurch das Eindringen von überlaufenden Speisen verhindert werden soll.
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Durch Verdrehen der Kochplatte 5 im Uhrzeigersinn gleitet sie auf
den Schrägflächen 19 wie bei einem Gewinde nach oben wobei drei Luftspalte 21 entstehen
und den Wärmefluß verringern. Entgegengesetzt verdreht, wird der Wärmefluß durch
eine vergrößerte Kontaktfläche erhöht. Die Abstufungen 22 können ebenfalls als Anschlag
dienen. Der Regelbereich beträgt ca. 1100 und
kann mit einer Skala
versehen werden. Der Wärmefluß kann somit zwischen 10 und 100% während des Kochens
reguliert werden. Hierzu siehe Fig. 4.
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In den Fig.S u. 6 ist eine Herdanlage dargestellt, die von lediglich
zwei Parabolkollektoren 27 aufgeladen wird. Sie sind auf einem Rahmen 29 in N-S-Richtung
montiert. Der Rahmen 29 ist auf der Herdseite mittels Lagerung 30 auf der Lagerstütze
32 gelagert, wogegen er am anderen Ende von einem Lochgestell 33 mit dem Verstellstab
34 unter der Auflage 35 vertikal verstellbar gehalten wird. Durch das Lochgestell
33 kann der Breitengrad-Winkel a eingestellt werden. Der Herd steht im Kochraum
36 höher als die Kollektoren 27, so daß das Vorlaufrohr 7, das Rücklaufrohr 8 und
die Absorberröhre 28 immer schräg nach oben verlaufen und der Wärmeträger von selbst
zirkulieren kann. Das Vorlaufrohr 7 und das Rücklaufrohr 8 führen durch die Achse
der Lagerung 30 und sind an dieser Stelle mit Metallbälgen 31 versehen.
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Wie in Fig. 7 u. 8 dargestellt, ist eine Herdanlage für eine kleine
Dorfgemeinschaft installiert.
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Der Speicher hat eine horizontale Lage, auf dessen Oberteil in zwei
Reihen zwölf Kochplatten 5 mit Abdekkungen 9 angeordnet sind. Außerhalb des Kochraumes
36 ist eine Solarfarm mit zehn Parabolkollektoren 27 auf einem festen Rahmen 29
installiert Sie ist, wie aus Fig. 8 ersichtlich, mit den Absorberröhren 28 in O-W-Richtung
aufgestellt, wodurch nur eine Breitengrad-Winkelverstellung nötig ist. Eine Nachführung
im Tagesablauf ist nicht erforderlich.
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Herd und Solarfarm sind durch das Vorlaufrohr 7 und das Rücklaufrohr
8, die beide schräg nach oben verlaufen, starr und ohne jeglichen Ventile miteinander
verbunden. Wie aus Fig. 9 hervorgeht, haben die Absorberröhren 28 einen Anstiegswinkel
b zum Vorlaufrohr 7, damit ein gutes Anlaufen des Wärmeträgers ermöglicht wird.
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Die O-W-Anordnung ist im Aufbau und Bedienung einfacher, ihr Wirkungsgrad
aber dafür geringer.