DE3545890A1 - Solarherd - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Solarherd mit einem die Sonnenenergie aufnehmenden Kollektor, der über Rohr­ leitungen mit einem thermischen Speicher verbunden ist, und mit wenigstens einer eine Kochplatte aufweisenden Kochstelle, die mit dem thermischen Speicher über ein die Wärmezufuhr steuerndes Regelorgan verbunden ist.

Ein derartiger Solarherd ist in der österreichischen Patentschrift Nr. 3 54 017 beschrieben und gestattet ein dosiertes Zuführen von Wärme, die mit Hilfe von Sonnen­ energie gewonnen worden ist zu einer Kochstelle, wobei als Regelorgan eine Pumpe oder ein Ventil verwendet werden, die in einem Kreislauf parallel zum Thermo­ siphonkreislauf des Speichers liegen. Neben dem Nach­ teil einer verhältnismäßig trägen Beeinflussung der der Kochstelle zugeführten Wärme ist es bei einem als Pumpe ausgebildeten Regelorgan noch erforderlich, von außen elektrische Energie zuzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solar­ herd zu schaffen, der eine schnelle und verlustfreie Einstellung sowie Änderung der zu einer Kochstelle geführten Wärmemenge gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmespeicher einem Verdampfer zugeordnet ist, dessen Innenraum über ein Regelventil mit einem Konden­ satorgehäuse verbunden ist, auf dem die Kochplatte ausgebildet ist.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dient der Wärmespeicher gleichzeitig als Ver­ dampfer indem der Wärmespeicher nur teilweise mit Wasser gefüllt ist und einen Dampfraum aufweist. Der den Dampfer verlassende Dampf kondensiert an der durch den Kochtopf abgekühlten Oberseite des Kondensatorge­ häuses und gibt dort eine verhältnismäßig hohe Konden­ sationswärme ab. Die gleichzeitig mit der Phasenum­ wandlung eintretende Volumenreduzierung gestattet es weiterem Dampf, je nach der Stellung des Ventils, mehr oder weniger schnell nachzuströmen, um nach Bedarf eine kontinuierliche Wärmezufuhr zum Kochtopf zu gestatten. Die kondensierte Flüssigkeit kann entlang den Wänden des Kondensatorgehäuses infolge der Schwerkraft über das Regelventil zum Dampfraum des Verdampfers und Wärmespeichers zurückfließen.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, das in seiner einzigen Figur einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Solarherd in einer Seiten­ ansicht darstellt.

Die in der Zeichnung dargestellte Kocheinrichtung zum Kochen unter Verwendung von Sonnenenergie wird nach­ folgend kurz als Solarherd bezeichnet. Die Zeichnung zeigt den Solarherd im Betrieb bei geschlossenem Deckel 1. Der Deckel 1 ist über ein Scharnier 2 mit dem Chassis 3 des Solarherdes verbunden. Der Deckel 1 sowie das Chassis 3 sind mit einem Isoliermaterial 4, bei­ spielsweise einer wenigstens 20 cm starken Schicht aus Glaswolle isoliert. Ein Griff 5 gestattet das Öffnen des Deckels 1 und das Entnehmen oder Einbringen eines Kochtopfes 6 in einen Kochraum 7 der nach außen gut isoliert ist, um die Wärmeverluste beim Kochen gering zu halten.

Der Kochtopf 6 ruht mit seinem Boden 8 auf der Ober­ seite 9 eines trichterförmigen Kondensatorgehäuses 10. Die Erwärmung der Oberseite 9 des Kondensatorgehäuses 10 und damit des Bodens 8 und des Kochgefäßes 6 erfolgt mit Hilfe von Kondensationswärme, die an der Oberseite 9 des Kondensatorgehäuses dann entsteht, wenn dort durch den Kochtopf 6 so viel Wärme abgeführt wird, daß die Temperatur der Oberseite 9 des Kondensatorgehäuses 10 kleiner ist als die Kondensationstemperatur eines Dampfes 11, der in der Zeichnung von unten über ein Ventil 12 auf der engen Seite des trichterförmigen Kondensatorgehäuses 10 einströmt.

Der in das Kondensatorgehäuse 10 einströmende Dampf wird an der Oberseite 9 des Kondensatorgehäuses 10 abgekühlt und dadurch zum Kondensieren gebracht, wobei er die für den jeweiligen Dampf charakteristische Kondensationswärme abgibt. Wenn der Dampf 11 Wasser­ dampf ist, beträgt diese 536 cal/g bzw. 2258 J/g.

Da bei der Kondensation der viel Volumen beanspruchende Dampf in eine ein wesentlich geringeres Volumen bean­ spruchende flüssige Phase übergeht, entsteht bei der Kondensation eine Druckreduzierung, so daß bei einer Aufrechterhaltung des Druckes am engen Ende 13 des Kondensatorgehäuses 10 Dampf mit hoher Geschwindigkeit nachströmt. Die bei der Kondensation entstehende Flüs­ sigkeit tropft von der Oberseite 9 infolge der Schwer­ kraft nach unten ab und fällt dabei auf die konische Wand 14 des Kondensatorgehäuses 10, von wo aus sie zum engen Ende 13 fließt und in Gegenrichtung zum ein­ strömenden Dampf das Kondensatorgehäuse 10 über das Ventil 12 verläßt.

Wie man in der Zeichnung erkennt, ist das Ventil 12 in einem Rohrabschnitt 15 angeordnet, der das enge Ende 13 des Kondensatorgehäuses 10 mit einem Auslaß 16 ver­ bindet, der im oberen Bereich eines Wärmespeicher- und Verdampferbehälters, der nachfolgend kurz als Wärme­ speicher 17 bezeichnet wird, vorgesehen ist.

Der Wärmespeicher 17 ist bis zu einem Niveau 18 mit reinem Wasser 19 oder mit Wasser und Zusätzen, die eine Veränderung des Dampfdruckes bewirken, gefüllt. Das Wasser 19 im Wärmespeicher 17 dient als thermischer Speicher und außerdem als Wärmeübertragungsmittel für den durch den Wärmespeicher 17 gebildeten Verdampfer und den durch das Kondensatorgehäuse 10 gebildeten Kondensator. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt das Volumen des Wassers 20 Liter. Der oberhalb des Niveaus 18 liegende Dampf­ raum 20 sowie das Kondensatorgehäuse 10 werden nach dem Einbringen des Wassers 19 bis auf den Flüssigkeits­ dampfdruck evakuiert und danach dicht verschlossen. Auf diese Weise kann weder Wasser 19 noch Wasserdampf verlorengehen.

Wenn das Wasser 19 des Wärmespeichers 17 sich bis auf den Auslegungspunkt von 140°C erwärmt hat und das Ventil 12 über die Ventilbetätigung 21 geöffnet wird, strömt Wasserdampf aus dem Dampfraum 20 über den Rohr­ abschnitt 15 und das Ventil 12 in das Innere des Kon­ densatorgehäuses 10, kondensiert an der Oberseite 9 unter Abgabe der Kondensationswärme und fließt in Gegenrichtung in den Wärmespeicher 17 zurück. Ein Rückgang des Flüssigkeitsdampfdruckes im Dampfraum 20 wird dabei dadurch vermieden, daß Wasser 19 verdampft, indem es die erforderliche Verdampfungswärme seiner Umgebung entzieht. Je nach der Stellung des Ventils 12 erfolgt eine mehr oder weniger große Drosselung der Geschwindigkeit des in das Kondensatorgehäuse 10 nach­ strömenden Dampfes 11, so daß die pro Zeiteinheit an der Oberseite 9 zur Verfügung stehende Kondensations­ wärme durch Einstellen der Ventilbetätigung 21 je nach Wunsch verändert werden kann. Da die Einstellung des Ventils 12, das ähnlich dem Ventil eines Wasserhahns ausgelegt sein kann, sehr feinfühlig und schnell er­ folgen kann, ist es möglich, den Boden 8 des Kochtopfes 6 schnell auf eine hohe Temperatur zu bringen oder durch geringere Wärmemengezufuhr auf einer erwünschten Temperatur zu halten. Die Genauigkeit und die Geschwin­ digkeit der Temperatureinstellung an der Oberseite 9 ist dabei mit den Möglichkeiten eines Gasherdes im Gegensatz zum langsamer einstellbaren Elektroherd zu vergleichen.

Wie man in der Zeichnung erkennt, ist der Wärmespeicher 17 von einem Strömungsmittelbehälter oder Ölbehälter 22 umgeben. Der Ölbehälter 22 ist mit einem Wärmeträgeröl 23, insbesondere einem dünnflüssigen Mineralöl gefüllt, das die mit Hilfe eines Flachkollektors 24 gewonnene Wärme zum Wärmespeicher 17 überträgt.

Der Ölbehälter 22 ist mit einem Überlauf 25 versehen, wie man in der Zeichnung erkennt. Der Wärmespeicher 17 verfügt über ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Überdruckventil, das entsprechend einem Druck von 16 bar bei der Stillstandstemperatur im Wärmespeicher 17 ausgelegt ist. Die maximale Stillstandstemperatur beträgt 200°C.

Die beim Verdampfen des Wassers 19 dem Wärmespeicher 17 entzogene Wärme wird über das Wärmeträgeröl 23 je nach der Einstrahlung auf den Flachkollektor 24 früher oder später nachgeliefert. Das abgekühlte Wärmeträgeröl 23 verläßt dabei den Ölbehälter 22 über einen am Boden des Ölbehälters 22 vorgesehenen Auslaß 26. Der Auslaß 26 ist über eine Verrohrung 27 mit dem Flachkollektor 24, der beispielsweise eine Fläche von 2 qm hat, verbunden. Bei dem Flachkollektor 24 handelt es sich vorzugsweise um einen hochselektiven Flachkollektor mit einer hoch­ effizienten transparenten Abdeckung 31. Das im Flach­ kollektor 24 erwärmte Wärmeträgeröl 23 gelangt über ein Steirohr 28 in den Ölbehälter 22, wobei die Mündung 29 des Steigrohrs 28 vorzugsweise etwas unterhalb dem Spiegel des Wärmeträgeröls 23 im Ölbehälter 22 liegt, um die Thermosiphonwirkung zu unterstützen und eine Rückzirkulation des Wärmeträgeröls 23 zu verhindern.

Die im Flachkollektor 24 absorbierte Sonnenenergie führt zu einer Betriebstemperatur über 100°C und ge­ stattet es daher, den Ölbehälter 22 sowie den Wärme­ speicher 17 auf eine für das Kochen ausreichend hohe Temperatur aufzuwärmen. Die Speichergröße des Wärme­ speichers 17 ist dabei so gewählt, daß bei der erreich­ baren Temperatur die im Wärmespeicher 17 enthaltene Wärmemenge wesentlich größer ist als die zum Zubereiten einer bestimmten Menge von Nahrungsmitteln im Kochtopf 6 benötigte Wärmemenge. Ebenso wie der Kochvorgang durch Öffnen des Ventils 12 eingeleitet werden kann, kann die Wärmezufuhr einfach durch Schließen des Ven­ tils 12 beendet werden. Da die Verrohrung 27, der Ölbehälter 22 und die übrigen hohe Temperaturen anneh­ menden Teile gut mit Hilfe von Isoliermaterial 4 iso­ liert sind, ergeben sich niedrige Wärmeverluste sowie die Möglichkeit, auch lange nach Sonneneinstrahlung die im Wasser 19 gespeicherte Wärmeenergie nutzbar zu machen.

Wie man in der Zeichnung erkennt, ruht das Chassis 3 auf Füßen 30, die gegebenenfalls auch durch Rollen ersetzt werden können, um den Solarherd einfach an den günstigsten Ort verfahren zu können.

In der Zeichnung erkennt man ebenfalls, daß das Niveau 18 des Wassers 19 unterhalb dem Niveau des Wärmeträger­ öls 23 im Ölbehälter 22 liegt.

Der Einfachheit halber zeigt die Zeichnung einen Solar­ herd mit lediglich einem einzigen Kondensatorgehäuse 10. Es liegt jedoch auf der Hand, daß der Auslaß 16 über eine Rohrkonstruktion mit mehreren Kondensatorge­ häusen 10 verbunden sein kann. Bei einer solchen für das gleichzeitige Erwärmen mehrerer Kochtöpfe 6 vorge­ sehenen Anordnung ist jedem Kondensatorgehäuse 10 ein eigenes Ventil 12 mit einer eigenen Ventilbetätigung 21 zugeordnet, so daß die Wärmezufuhr zu den verschiedenen Kochtöpfen 6 individuell eingestellt und verändert werden kann.

Claims (12)

1. Solarherd mit einem die Sonnenenergie aufnehmenden Kollektor, der über Rohrleitungen mit einem ther­ mischen Speicher verbunden ist, und mit wenigstens einer eine Kochplatte aufweisenden Kochstelle, die mit dem thermischen Speicher über ein die Wärme­ zufuhr steuerndes Regelorgan verbunden ist, da­ durch gekennzeichnet, daß der Wärme­ speicher (17) einem Verdampfer zugeordnet ist, dessen Innenraum (20) über ein Regelventil (12) mit einem Kondensatorgehäuse (10) verbunden ist, auf dem die Kochplatte (9) ausgebildet ist.

2. Solarherd nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wärmespeicher (17) gleich­ zeitig als Verdampfer ausgebildet ist und in einen Strömungsmittelbehälter (22) eingetaucht ist, der mit dem Kreislauf (27) des Kollektors (24) ver­ bunden ist.

3. Solarherd nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Strömungsmittelbehälter (22) mit einem Überlauf (25) und der Wärmespeicher (17) mit einem Überdruckventil versehen sind.

4. Solarherd nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einlaß­ mündung (29) des Kollektorkreislaufes im oberen Bereich des Strömungsmittelbehälters (22) und die Auslaßmündung (26) des Kollektorkreislaufes im unteren Bereich des Strömungsmittelbehälters (22) liegen.

5. Solarherd nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Wärme­ speicher (17) ein bis auf den Flüssigkeitsdruck evakuiertes Teilvolumen (20) vorgesehen ist.

6. Solarherd nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wärmespeicher (17) bis zu einem vorherbestimmten Niveau (18) mit Wasser (19) gefüllt ist.

7. Solarherd nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Wasser (19) mit Zusätzen zur Veränderung des Dampfdruckes versehen ist.

8. Solarherd nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kon­ densatorgehäuse (10) trichterförmig ausgebildet ist, wobei am aufgeweiteten Ende des Trichters die Kochplatte (9) und am engen Ende (13) des Trich­ ters der Übergang zum Regelventil (12) vorgesehen sind.

9. Solarherd nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das trichterförmige Kondensa­ torgehäuse (10) über einen Rohrabschnitt (15) mit dem oberen Teil des Wärmespeicher- und Verdampfer­ gehäuses (17) verbunden ist.

10. Solarherd nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Regelventil (12) im Rohr­ abschnitt (15) vorgesehen ist.

11. Solarherd nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Kochplatten (9) aufweisende trichter­ förmige Kondensatorgehäusen (10) vorgesehen ist, die jeweils über ein eigenes Regelventil (12) mit einem gemeinsamen Flüssigkeitsdampfauslaß (16) des Wärmespeicher- und Verdampferbehälters (17) ver­ bunden sind.

12. Solarherd nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindung zwischen dem Kondensatorgehäuse (10) und dem Wärmespeicher (17) eine Verrohrung (15) mit einem Innendurchmesser von 20 mm ist.