DE9116691U1

DE9116691U1 - Regelbarer Solarkocher mit temporärem Speicher

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Publication number: DE9116691U1
Application number: DE9116691U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2001-12-21

Description

Solarkocher

Die Erfindung betrifft einen Solarkocher. Er ist sowohl für den Haushaltsbedarf, als auch für Großküchen z.B. für Schulen oder Krankenhäuser auslegbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfach handhabbaren Solarkocher zu schaffen, bei dem die durch Sonneneinstrahlung gewonnene Wärmeenergie möglichst verlustfrei zum Kochen zur Verfügung steht.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Solarkocher und Kollektor zur Erwärmung des Heizmediums, mit Wärmespeicher und handsteuerbarer Regeleinheit gelöst. Am Kollektor sind in der Parallelschaltung sowohl eine oder mehrere Kochstellen als auch der Wärmespeicher mit einem regelbaren Heizungsmittelzulauf in der Weise angeschlossen, daß das Heizmedium in natürlicher Konvektion umläuft. Die durch Sonneneinstrahlung im Kollektor gewonnene Wärme kann so optimal einer oder mehreren Kochstellen und/oder dem Wärmespeicher zugeführt werden, wobei das Heizmedium ohne Einsatz einer Umlaufpumpe und somit ohne zusätzliche Fremdenergie benutzen zu müssen, im Heizungssystem umläuft.
Bevorzugt wird als Heizmedium ein hochsiedendes Naturöl, wie z.B. Erdnußöl verwendet. Naturöle sind ungiftig und unbeschränkt verfügbar. Durch die solare Einstrahlung erwärmt sich das Öl im Kollektor, dehnt sich aus und bringt den thermosyphonischen Umlauf in Gang.

Im Wärmespeicher sind zur Wärmespeicherung Natursteine eingesetzt. Die dadurch gebildete Stein-Öl-Füllung des Wärmespeichers hat den Vorteil, daß sich im Speicher bei seiner Beladung mit Wärme eine stabile Temperaturschichtung ausbildet, die beim Zufluß von Heizmedium aus dem Wärmespeicher zu den Kochstellen zu hohen Wärmeströmen und damit zu kurzen Kochzeiten führt.
Die Kochstellen sind bevorzugt als Kochgefäße ausgebildet, deren Wände und Böden Hohlräume zum Durchlauf des Heizmediums aufweisen. Zweckmäßig sind die Kochstellen als Vertiefungen in die Arbeitsplatte eingelassen und bilden Töpfe oder Pfannen.

Es ist auf diese Weise ein hoher Wärmeübergang vom Heizmedium über die Innenwand der Kochstelle direkt an das Kochgut erreichbar, so daß kurze Garzeiten erzielt werden. Nach außen ist die Kochstelle gegen Wärmeverluste gut isoliert.

Ein weiterer Vorteil wird durch Einbau eines thermodynamisch ausgekoppelten Wärmeausdehnungsgefäßes am Rücklauf des Heizmediums erreicht. Das Heizungssystem wird somit drucklos betrieben, Unfallgefahren für den Benutzer sind damit erheblich reduziert.

Durch Einbau einer Rücklaufsperre für das Heizmedium in dessen Zulauf vom Kollektor zum Wärmespeicher, wird dann, wenn der Kollektor durch Sonneneinstrahlung nicht beheizbar ist, also insbesondere bei Nacht, ein Entladen des Wärmespeichers durch Rücklaufen des Heizmediums in umgekehrtem thermosyphonischen Fluß verhindert.

Ersatzweise kann das Heizmedium auch in einem nicht solarbetriebenen Erhitzer erwärmt werden. Hierzu kann ein entsprechender Bypaß angebracht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch:

Fig. 1 Solarkocher im Querschnitt

Fig. 2 Flachkollektor für den Solarkocher

Fig. 3 Konzentrierendes Kollektorsystem

Fig. 4 Solarkocher ohne Speicher

In Fig. 1 ist der Solarkocher schematisch im Querschnitt mit einem Kollektor (1), im Ausführungsbeispiel einem Flachkollektor, der in Fig. 2 im Längsschnitt gemäß Schnittlinie ll/ll wiedergegeben ist, sowie mit Wärmespeicher (2) und handsteuerbarer Regeleinheit (3)
bestehend aus drei Durchflußhähnen (3a, 3b, 3c) dargestellt. Das im Heizungssystem umlaufende Heizmedium (4) ist jeweils durch Pfeile angedeutet, die die Flußrichtung des Heizmediums im Heizungssystem markieren.

Das im Kollektor (1) aufgeheizte Medium fließt über einen Zufluß (5) zu Kochstellen (6), von denen in Fig. 1 zwei Kochstellen (6a, 6b) schematisch dargestellt sind.

Beide Kochstellen (6a, 6b) und der Wärmespeicher (2) sind über den Zufluß (5) parallel am Kollektor (1) angeschlossen. Der Zufluß (5) weist hierzu zu den Kochstellen (6a, 6b) und dem Wärmespeicher (2) führende Zweigleitungen (5a, 5b, 5c) auf, in denen die Durchflußhähne (3a, 3b, 3c) eingesetzt sind. Die Durchflußhähne lassen sich unabhängig voneinander regulieren. Kochstellen und Wärmespeicher sind auf diese Weise durch Betätigung der Durchflußhähne jeweils gesondert mit dem Heizmedium beschickbar.
Die Kochstellen (6a, 6b), sowie der Wärmespeicher sind relativ zum Kollektor (1) derart angeordnet, daß das im Kollektor aufgeheizte Medium im Zulauf (5) aufsteigend zu Kochstellen und Wärmespeicher strömt und nach Wärmeabgabe in fallendem Rücklauf (7) mit Rücklaufleitungen (7a, 7b, 7c) zum Kollektor 1 zurückgeführt wird. Das Heizmedium läuft so im thermosyphonischen Fluß, also natürlicher Konvektion um.

Am Rücklauf (7), im Ausführungsbeispiel an einer mit dem Rücklauf (7) in Verbindung stehendem Ablaufleitung (8), ist ein Wärmeausdehnungsgefäß (9) kommunizierend verbunden. Das Wärmeausdehnungsgefäß nimmt die lokal höchste Lage im Heizungssystem ein, sein thermodynamisch ausgekoppelter Einbau durch Anschluß an der Ablaufleitung (8) ermöglicht einen drucklosen Betrieb des Heizungssystems.

Im Ausführungsbeispi.el wird der Solarkocher mit einem schräggestellten Flachkollektor (1) betrieben. Der Flachkollektor weist eine rück- und seitwärtige opake Isolierung (10) auf, Fig. 2. Zur Abdeckung des Kollektors dienen zwei Glasscheiben (11). Statt der Glasscheiben ist auch eine Kombination aus einer Glasscheibe und einer UV-stabilen, temperaturfesten Folie einsetzbar. Zur Strahlenabsorption ist unterhalb der Glasscherben (11) ein selektiv beschichteter Absorber (12) angeordnet. Eine Verstärkung des Strahlenangebots auf den Absorber wird durch am Kollektor angebrachte Spiegel (13) erreicht. Die Spiegel lassen sich zum Schütze der Glasscheibe (11) zuklappen.

Anstelle des Flachkollektors kann auch ein konzentrierendes Kollektorsystem (14) verwendet werden (Fig. 3). Das System kann auch ohne Speicher betrieben werden (Fig. 4).

Der Wärmespeicher (2) besteht im Ausführungsbeispiel aus einer Stahlkugel (15), die als Speichermedium mit Natursteinen (16) gefüllt ist. In den Wärmespeicher (2) wird das heiße Heizmedium nach Öffnen des Durchflußhahnes (3c) über die Zweigleitung (5c) des Zuflusses von oben eingeführt. Bei der Beladung bildet sich im kugelförmigen, Natursteine und Heizmedium enthaltenden Innenraum des Wärmespeichers (2) eine stabile Temperaturschichtung aus, das einströmende Heizmedium verdrängt kühleres Medium von oben nach unten. Wird im Wärmespeicher lagerndes Heizmedium an den Kochstellen (6) benötigt, so lassen sich hohe Wärmeströme und damit kurze Kochzeiten erreichen. Der Wärmespeicher (2) ist unterhalb der Kochstellen (6) angebracht, damit das heiße Heizmedium bei Bedarf auch aus dem Wärmespeicher (2) in natürlicher Konvektion zu den Kochstellen (6) strömen kann.

Die Kochstellen (6a, 6b) sind als Kochgefäße, z.B. als Kochtopf (6a) oder Pfanne (6b), mit Wänden (17) ausgebildet, die Hohlräume (18) aufweisen. Der Kochtopf (6a) ist als Kugelschale geformt, die Pfanne (6b) ist mit einem Boden (17a) versehen, unterhalb dessen ebenfalls Hohlräume (18a) zum Durchfluß von Heizmedium vorgesehen sind. Die Kochstellen sind in eine Arbeitsplatte (19) des Solarkochers eingelassen, gut wärmeisoliert und fest integriert. Die Kochstellen weisen Abdeckungen (20) auf, die ebenfalls isoliert sind. Das Koch-, Back- oder Bratgut kann direkt in die Kochstellen (6) eingefüllt werden, es ist während der gesamten Kochzeit zugänglich. Aufgrund der guten Wärmeisolation und des guten Wärmeübergangs von Heizmedium über die Innenwand der Kochstellen direkt an das Kochgut, werden kurze Garzeiten erzielt.

Im Zufluß (5) des Heizmediums zwischen Kollektor (1) und Wärmespeicher (2) ist eine Rücklaufsperre (21) eingesetzt, über die eine Entladung des Wärmespeichers (2) bei unbestrahltem Kollektor (1), beispielsweise bei Nacht, durch rückströmendes Heizmedium (umgekehrter thermosyphonischer Fluß) verhindert wird.
Als Heizmedium wird im Solarkocher ein hochsiedendes Naturöl, im Ausführungsbeispiel Erdnußöl, verwendet. Das Heizungssystem wird drucklos mittels natürlicher Konvektion betrieben, Pumpen sind nicht eingesetzt.

Der Solarkocher mit temporärem Wärmespeicher läßt sich durch entsprechende Betätigung der Durchflußhähne in folgender Weise betreiben:

Kochen mit Kollektorbetrieb

Kochen mit Kollektorbetrieb und Laden des Wärmespeichers

Kochen mit Wärmespeicher (bei unbestrahltem Kollektor, insbesondere Nachtbetrieb)

Kochen mit Kollektor und Wärmespeicher (z.B. bei zu geringer Kollektorbestrahlung oder bei Ankochen mit dem Wärmespeicher und Weiterkochen mit Kollektorbetrieb).

Der Solarkocher weist im Ausführungsbeispiel zum Zulauf vom Heizmedium, das außerhalb des Kollektors (1) in einem Erhitzer, der nicht mit Solarenergie betrieben ist, erwärmt wurde, einen Bypaß (22) auf. Der Solarkocher läßt sich somit auch als Hybridsystem betreiben. Das außerhalb erwärmte Heizmedium kann über die Ablaufleitung (8) nach Anschluß und Öffnen eines Absperrhahnes (23) eingeführt werden. Es fließt aus der Ablaufleitung (8) durch den Bypaß (22) - in parallelem Strom zum Wärmespeicher (2) - direkt zu den Kochstellen (6), wenn die Durchflußhähne (3c) sowie (3a) und/oder (3b) geöffnet werden. Die Auslegung des Kollektors und des Wärmespeichers erfolgt je nach Energiebedarf und Verwendungszweck des Solarkochers. Er kann für Haushalts- oder Campingbedarf in gleicher Weise wie für Großküchen eingesetzt werden.

Stückliste

Kollektor 1

Wärmespeicher 2

Regeleinheit 3

Durchflußhähne 3a, 3b, 3c

Heizmedium 4

Zufluß 5

Zweigleitungen 5a, 5b, 5c

Kochstelle 6, 6a, 6b

Rücklauf ' 7

Rücklaufleitungen 7a, 7b, 7c

Ablaufleitung 8

Wärmeausdehnungsgefäß 9

Isolierung 10

Glasscheiben 11

Absorber 12

Spiegel 13

Konz. Kollektorsystem 14

Stahlkugel 15

Naturstein 16

Wände 17,

Boden 17a

Hohlräume 18, 18a

Arbeitsplatte 19

Abdeckungen 20

Rücklaufsperre 21

Bypaß 22

Absperrhahn 23

Claims

Schutzansprüche

1. Solarkocher mit einem Kollektor (1) zur Erwärmung eines Heizmechanismus (4), einem Wärmespeicher (2) und einer handsteuerbaren Regeleinheit (3, 3a, 3b, 3c), wobei an den Kollektor (1) in einer Parallelschaltung sowohl eine oder mehrere Kochstellen (6, 6a, 6b) mit regelbarem Heizmittelzufluß (5), als auch der Wärmespeicher (2) in der Weise angeschlossen sind, daß das Heizmedium (4) in natürlicher Konvektion umläuft.

2. Solarkocher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizmedium (4) hochsiedendes Naturöl verwendet wird.

3. Solarkocher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (2), als Speichermedium Natursteine (16) aufweist.

4. Solarkocher nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, d.g., daß zumindest eine der Kochstellen (6a, 6b) als Kochgefäß mit Wänden (17, 17a) ausgebildet ist, die Hohlräume (18, 18a) zum Durchlauf des Heizmediums (4) aufweisen.

5. Solarkocher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d.g., daß am Rücklauf (7) des Heizmediums (4) zum Kollektor (1) ein Wärmeausdehnungsgefäß (9) angeschlossen ist.

6. Solarkocher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d.g., daß im Zulauf (5) des Heizmediums (4) vom Kollektor (1) zum Wärmespeicher (2) eine Rücklaufsperre (21) eingesetzt ist.

7. Solarkocher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d.g., daß der Zulauf (5) des Heizmediums zu Kochstellen (6, 6a, 6b) und Wärmespeicher (2) einem Anschluß (8, 23) an einen nicht mit Solarenergie betriebenen Erhitzer für das Heizmedium (4) aufweist.