ES2298015B1 - Dispositivo de captacion de la radiacion solar, para cocinado y calentamiento de productos. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de captación de la radiación solar, para cocinado y calentamiento de productos.

La invención consiste en un recipiente destinado al cocinado o calentamiento de alimentos o sustancias, cuya cámara de calentamiento (5) en le que se introducen los alimentos consiste en un aspado envuelto por una pared (3) absorbedora de la radiación solar, limitada como mínimo por otra transparente (2) para definir entre ellas una cámara aislante (4) donde pueden introducirse gases o hacerse el vacío.

La cara exterior de la pared interior (3) o absorbedora es oscura o negra y está recubierta preferentemente de un recubrimiento de los denominados selectivos.

Dependiendo del tamaño y formas geométricas con que se construya el recipiente que integra las características del dispositivo objeto de la invención, se contempla un recipiente portátil (34), a modo de olla, cazo, etc, cuya tapa (6) puede reunir ventajosamente las características absorbedoras de radiación solar propias de la invención, o bien un horno (37), con al menos una puerta de acceso que también puede reunir las características absorbedoras.

Description

Dispositivo de captación de la radiación solar, para cocinado y calentamiento de productos.

Campo técnico de la invención

La presente invención se encuadra dentro del campo técnico del aprovechamiento de la energía solar para el cocinado de alimentos. Más concretamente, la invención consiste en un recipiente optimizado para la acumulación y mantenimiento de la energía térmica obtenida a partir de la radiación solar, ya sea esta recibida directamente, o reflejada por sistemas de espejos ó de lentes concentradores de radiación de los habitualmente utilizados en las cocinas solares, y utilización de la mencionada energía térmica para el cocinado de los alimentos.

Estas características se ven reflejadas en recipientes de pequeño tamaño, con utilidad similar a una olla, cazo, etc..., en los cuales los alimentos son introducidos para su cocinado, o en un recipiente de tamaño notablemente mayor que puede actuar como horno para introducir en él alimentos u otros productos, bien directamente o ubicados en recipientes convencionales.

En caso de tratarse de los mencionados recipientes de pequeño tamaño, estos pueden ser utilizados con la gran mayoría de las cocinas solares existentes en el mercado, en lugar de los recipientes convencionales, aumentando notablemente el rendimiento de las mencionadas cocinas, ó bien de forma independiente, exponiéndolos directamente al sol, en cuyo caso desempeñan simultáneamente las funciones de cocina solar y recipiente de cocinado.

Antecedentes de la invención

La evolución en la preparación de alimentos mediante cocinado solar se ha centrado habitualmente en el desarrollo de dos tipos principales de cocinas, a saber, cocinas-horno, en las cuales el recipiente con los alimentos a cocinar es introducido en una caja térmicamente aislada y con las caras interiores de sus paredes reflectantes ó de color negro, que acumula calor aprovechando la radiación solar que entra a través de unos cristales o material transparente, situados en una o más áreas de la superficie de la caja que definen una pared ó paredes transparentes, produciéndose en el espacio interior o cámara de calentamiento el efecto invernadero y la transmisión de la energía térmica al recipiente contenedor de los alimentos, o bien, del tipo correspondiente a cocinas reflectoras, que pueden ser a su vez simplemente reflectoras, ó reflectoras-concentradoras, las cuales consisten en sistemas de superficies reflectantes que desvían la radiación solar hacia la superficie del recipiente contenedor de los alimentos, calentándolo y realizándose de esta forma el cocinado. De los mencionados tipos de cocinas existen en la actualidad infinidad de modelos.

Las cocinas-horno o acumuladoras llevan a cabo el cocinado lentamente pero soportan relativamente bien las variaciones en las condiciones meteorológicas.

Las cocinas reflectoras-concentradoras se consideran las más efectivas debido a las altas temperaturas que son capaces de inducir en el recipiente contenedor de los alimentos.

Actualmente existen diversos diseños de cocinas solares con niveles de rendimiento, costes de producción y características de transportabilidad tales, que se están empezando a introducir en los mercados, principalmente en los del tercer mundo con economías de subsistencia, por la dificultad que tienen sus poblaciones para acceder a las fuentes de energía convencionales.

Así como el desarrollo técnico de las cocinas solares está alcanzando niveles aceptables, no sucede lo mismo con el de los recipientes utilizados para el cocinado de los alimentos en las mencionadas cocinas, siendo lo único que se hace en este sentido, escoger, de entre los recipientes convencionales existentes en el mercado, los que mejor se adaptan a dicho uso.

Refiriéndonos concretamente a las cocinas reflectoras ó reflectoras-concentradoras, las pérdidas de calor por conducción y convección que se produce en los recipientes empleados para el cocinado son de alrededor del 20%. Las pérdidas de calor en caso de un recipiente expuesto al viento aumentan notablemente. A partir de cierto nivel de nubosidad, el cocinado solar con las mencionadas cocinas reflectoras o reflectoras-concentradoras, se torna inviable, pues el valor de las pérdidas de temperatura es superior al de captación por absorción de la radiación solar antes de que lleguen a alcanzarse temperaturas suficientes para el cocinado dentro de los recipientes. Para intentar solventar estos problemas se suele recurrir a diversas técnicas, tales como colocar la cocina en una zona protegida del viento, introducir el recipiente contenedor de los alimentos en otro más grande y transparente, o introducir el mencionado recipiente en una bolsa de plástico transparente resistente al calor.

Tanto las cocinas-horno, como las cocinas reflectoras, requieren ser orientadas a intervalos regulares de tiempo, de forma que la zona captadora reciba la mayor cantidad de radiación posible, si bien las cocinas-horno admiten intervalos de tiempos mayores.

Objeto de la invención

La presente invención, en su forma de recipiente de pequeño tamaño, está destinada a superar en gran medida los inconvenientes que afectan al cocinado con cocinas solares reflectoras y reflectoras-concentradoras, aumentando en gran medida su rendimiento, a aumentar, aunque en menor medida que en el caso anterior, el rendimiento de las cocinas-horno de paredes reflectantes, así como a llevar a cabo el cocinado de forma independiente, sin ayuda de cocinas solares ni elementos reflectores de la radiación solar, mediante el empleo del recipiente que se propone, de avanzadas prestaciones en cuanto a capacidad de captación de la radiación solar, unida a un eficaz control de las pérdidas de calor, de sencilla fabricación y bajo coste, que redunda en un mejor aprovechamiento de la radiación solar para el cocinado, y que en relación a un modelo de cocina solar determinada usada con un recipiente convencional, la utilización de la misma con el recipiente objeto de invención, amplía el rango de condiciones meteorológicas en que puede ser usada con resultados aceptables, ó permite la obtención de similares resultados con un modelo de cocina semejante pero de menor tamaño, contribuyendo con ello a facilitar la divulgación del uso de la energía térmica aportada por la radiación solar para el cocinado.

En su forma de recipiente de tamaño grande para uso como horno, la presente invención constituye un nuevo tipo de horno solar o cocina-horno, con características ventajosas con respecto a las cocinas-horno solares convencionales, como son el que toda la superficie de las paredes puede actuar simultáneamente como aislante contra las pérdidas de calor y como captadora de la radiación solar, lo cual permite la construcción de modelos que no necesitan ser orientados periódicamente, y cuyo carácter de elementos fijos permite que puedan ser utilizados a cualquier hora del día, sin una colocación u orientación previa, a partir del momento en que la temperatura alcanzada en la cámara interior sea suficiente para llevar a cabo el cocinado.

Descripción detallada de la invención

Un modelo básico de recipiente de pequeño tamaño que la invención propone estaría formado por un cuerpo y una tapa, estando constituidos cada uno de estos dos elementos por una doble pared, formada por dos paredes superpuestas, una interior y la otra exterior, separadas por un espacio que determina una cámara aislante, siendo la pared exterior transparente y la cara exterior de la pared interior de color oscuro ó negro.

La pared interior desempeña la función de transformar la radiación solar en energía térmica y trasladar esta a la cámara de calentamiento interior del recipiente que contiene los alimentos ó líquidos para su cocinado. La cara exterior de la mencionada pared interior será de color oscuro ó negro, y preferentemente estará recubierta de un recubrimiento de los denominados selectivos, ampliamente utilizados en la fabricación de captadores solares térmicos para agua caliente, que permiten el paso de la radiación de ondas cortas, dificultando la salida de la de ondas largas.

La pared exterior transparente, que puede ser de cristal o de material plástico, desempeña la función de formar la cámara aislante existente entre ambas paredes interior y exterior, y generar en la mencionada cámara el efecto invernadero, al permitir la entrada de las radiaciones de ondas cortas dificultando la salida de las de ondas largas.

La cámara aislante formada entre ambas paredes desempeña la función de disminuir ó eliminar las pérdidas de calor por convección, y en los modelos más perfeccionados también por conducción, lo cual dependerá del tipo de gas ó de la mezcla de gases existentes en el interior de la misma, o de la inexistencia de gases por haberse hecho el vacío en la misma.

En un modelo simple de recipiente, la cámara aislante puede contener simplemente aire, teniendo un orificio en la pared exterior que comunica la cámara aislante con la atmósfera exterior al objeto de igualar presiones, este modelo de recipiente sería de eficiencia relativamente baja y tendría el inconveniente de que en la cara interior de la pared exterior transparente se formarían condensaciones de agua debidas a la humedad atmosférica, por lo que sería necesario proceder a una limpieza regular de las superficies en contacto con el aire contenido en la cámara aislante, lo que implicaría que el recipiente fuera fácilmente desmontable de forma que se pudieran separar los elementos que forman la cámara aislante, a saber, pared interior, pared exterior y junta de unión-hermetización-aislamiento, y proceder a la limpieza y secado de los mismos. Esta característica de recipiente fácilmente desmontable aporta la ventaja de que las paredes interiores y exteriores del cuerpo y de la tapa, una vez desmontado el recipiente, formarían dos recipientes independientes aptos para su uso en la cocina tradicional, así se podría disponer de un recipiente transparente completo con su tapa, y otro de color oscuro y de menor tamaño con la suya. La inversión realizada en la adquisición del recipiente no se vería comprometida en caso de mal tiempo o rotura de uno de los elementos que impidieran la utilización del mismo en su forma original de recipiente específico para cocinar mediante el aprovechamiento de la radiación solar. Esta total desmontabilidad también facilita la adquisición por separado de las partes del recipiente que hayan podido sufrir deterioro, sin necesidad de volver a realizar el desembolso completo.

Un modelo de recipiente con mejor rendimiento térmico que el descrito en el párrafo anterior, contendría en la cámara aislante algún gas ó mezcla de gases de menor coeficiente de conductividad térmica que el aire, la cámara aislante sería hermética, y no existiría el problema de las condensaciones de agua antes mencionado, por lo que no sería necesario prever la desmontabilidad de los elementos que forman la cámara aislante. Entre los gases más apropiados para sustituir al aire de la cámara estarían el Argón, el Criptón y el Xenón. El Argón tiene un coeficiente de conductividad térmica con respecto al aire de aproximadamente el 0,7% lo cual no mejora demasiado las propiedades aislantes del aire, pero tiene la ventaja con respecto a otros gases de que es muy barato, y además su molécula es muy grande, por lo que la perdida del mencionado gas Argón una vez introducido en la cámara aislante, a través de los microporos que suelen existir en algunos materiales, es muy difícil. El Kriptón tiene un coeficiente de conductividad térmica con respecto al aire de aproximadamente el 0,4% lo cual mejora bastante las propiedades aislantes del Argón y mucho las del aire, su precio es mucho más elevado que el del argón, sin embargo, la poca cantidad de gas que sería necesaria para llenar la cámara aislante de un recipiente de pequeño tamaño, haría que el precio final de este fuera solo ligeramente mayor, lo que permitiría el empleo de este gas incluso en recipientes orientados al mercado de países del tercer mundo. El Xenón mejora notablemente las propiedades aislantes del Argón y del Kriptón, siendo su coeficiente de conductividad térmica aproximadamente un 0,24% que el del aire, sin embargo su elevado precio hace que solo pueda utilizarse para recipientes orientados a un mercado de poder adquisitivo relativamente elevado.

El modelo de recipiente con mejor rendimiento térmico sería aquel en el que en la cámara aislante se haga un vacío fuerte, ya que de esta forma se anulan casi totalmente las pérdidas de calor por convección y por conducción, a excepción de las producidas a través de la junta de unión-hermetización-aislamiento.

Se puede elegir una opción intermedia entre las antes mencionadas en cuanto al contenido de la cámara aislante, si se considera ventajosa en algún aspecto, como puede ser el económico ó el de longevidad del recipiente, como es el vaciado del aire de la cámara aislante y el posterior llenado parcial con algún gas o mezcla de gases de bajo coeficiente de conductividad térmica, dejando un vacío parcial que colabore en el mantenimiento de la cohesión de las diferentes piezas que forman el recipiente y en la hermeticidad de la cámara aislante.

La junta de unión de las paredes interior y exterior, tanto de la tapa como del cuerpo del recipiente, y que dadas las funciones que desempeña también se denomina de unión-hermetización-aislamiento, en la presente memoria descriptiva, es un elemento cuyo diseño y características tienen una importancia fundamental para la solidez y el rendimiento térmico del recipiente, está destinada a otorgar cohesión al conjunto pared interior-pared exterior, a evitar la entrada de aire en la cámara aislante o la salida de gases de la misma, y estará construida, tanto en lo que a tipo de material como a diseño de sus formas se refiere, y en la medida en que lo permitan las características de resistencia y hermeticidad que debe cumplir, de forma que provoque la rotura del puente térmico, al objeto de evitar el paso del calor de la pared interior a la exterior, y por lo tanto la pérdida del mismo.

En cuanto a la manipulación del gas ó gases contenidos ó destinados a la cámara aislante, tanto del cuerpo como de la tapa, puede hacerse de diferentes formas, de acuerdo con las posibilidades que ofrecen los actuales procedimientos industriales, y el sistema de manipulación de los mencionados gases escogido para un modelo de recipiente determinado, tendrá cierta influencia en las características de construcción del mismo, así por ejemplo, un modelo de recipiente destinado a contener en el interior de la cámara aislante algún gas o mezcla de gases diferentes al aire, o a no contener ningún tipo de gas debido al vacío, y para el que se prevea un procedimiento de fabricación que contemple el ensamblado al aire libre, dispondrá de algún sistema de conexión entre el espacio interior de la cámara aislante y el exterior, como puede ser un tubo de cobre, al objeto de poder acoplar a la misma la maquinaria de vaciado o las botellas del gas de llenado, procediendo al sellado de dicha conexión tras finalizar las operaciones. Un modelo de recipiente destinado a ser ensamblado con manipuladores en el interior de una cámara de vacío, y en el que no se prevean futuras intervenciones en el contenido de la cámara aislante a lo largo de la vida útil del recipiente, no tendrá por que disponer de ningún tipo de conexión. Un modelo de recipiente, ya esté previsto su ensamblaje en el interior de una cámara de vacío ó al aire libre, destinado a contener en la cámara aislante algún gas o mezcla de gases diferente al aire, ó a hacerse en la misma el vacío, y en el que se prevea la posibilidad de futuras intervenciones en el interior de la cámara aislante al objeto de corregir la posible pérdida del vacío o del gas, dispondrá ventajosamente de al menos una conexión de carga y descarga de gases, como es una válvula tipo obús, de las utilizadas habitualmente en la industria del frío para vaciado y llenado de los circuitos de refrigeración, que conecte el interior de la cámara aislante con el exterior, lo cual facilitará enormemente cualquier futura operación de llenado o vaciado de la cámara aislante.

Las necesidades de resistencia estructural de la doble pared del recipiente variarán en función del contenido previsto para la cámara aislante o del sistema de llenado del gas o mezcla de gases. Un recipiente destinado a tener hecho el vacío en la cámara aislante, o a hacerse el vacío en la misma momentáneamente previo al llenado con algún gas, tendrá ventajosamente las paredes de formas curvas y diseñadas de forma que soporten las fuerzas producidas por el vacío sin necesidad de tener un espesor excesivo. Un modelo de recipiente que en ningún momento tenga que soportar presiones del tipo de las producidas por el vacío, podrá estar construido con formas simples y superficies lisas, pudiendo ser las paredes de poco espesor, beneficiándose de un menor coste de fabricación.

En caso necesario se puede aumentar la resistencia estructural de la doble pared mediante la inclusión dentro de la cámara aislante de elementos rigidizadores cuyos extremos apoyen sobre sendas pequeñas áreas de superficies enfrentadas de la cara exterior de la pared interior, y de la cara interior de la pared exterior. Los mencionados rigidizadores son útiles tanto para compensar las fuerzas de compresión producidas por el vacío como para dar solidez al montaje pared exterior-cámara aislante-pared interior, al actuar como distanciadores entre ambas paredes, sin embargo tienen el inconveniente de que forman un puente que facilita el paso del calor desde la pared interior hacia la exterior, por lo que deberán utilizarse únicamente en los casos y cantidad que resulten imprescindibles para la solidez del recipiente. Estarán hechos de material resistente a las temperaturas que se prevean para la cámara de calentamiento y ventajosamente de un material de bajo coeficiente de conductividad térmica y de cierta elasticidad, al objeto de evitar la formación de puntos duros que puedan facilitar la rotura ó deformación de las paredes interiores ó exteriores del recipiente.

Para obtener el máximo rendimiento con cualquier modelo del recipiente objeto de esta invención, será ventajoso integrar en el mismo un pequeño termómetro, visible desde el exterior, que indique en todo momento la temperatura existente en la cámara de calentamiento en la que están introducidos los alimentos o productos a calentar, de forma que no sea necesario proceder a abrir el recipiente para efectuar una comprobación sensorial de la mencionada temperatura, evitándose de esta forma la inevitable pérdida de calor del interior de la cámara de calentamiento que esta operación conlleva.

La mayor o menor hermeticidad de la cámara de calentamiento del recipiente tendrá influencia en el rendimiento térmico del mismo, pues toda salida de gases lleva aparejada pérdida de calor, pudiendo diseñarse modelos de recipientes con diferentes niveles de hermeticidad. Una opción bastante utilizada actualmente en la cocina tradicional, y que puede aplicarse fácilmente al recipiente objeto de invención, es ajustar el asiento de la tapa sobre el cuerpo del recipiente de forma que el propio peso de la tapa impide la salida de gases de la cámara de calentamiento hasta que estos ejercen presión suficiente para desplazarla ligeramente hacia arriba, lo cual permite la salida de una pequeña cantidad de gases antes de que el peso de la tapa vuelva a hermetizar la cámara de calentamiento. En un recipiente con estas características, aumentará el rendimiento térmico en la medida en que la tapa sea más pesada, dentro de unos límites razonables, pudiendo conseguirse el mismo efecto de forma sencilla forzando ligeramente la presión de la tapa sobre el cuerpo mediante un sistema que impida la salida de gases hasta que estos ejerzan cierto nivel de presión, como puede ser la colocación alrededor de la pared exterior de la tapa, equidistantes, fijados a esta y cerca de sus bordes, de tres ganchos metálicos unidos cada uno a un muelle o goma elástica resistente al calor, los cuales una vez cerrado el recipiente con los productos de cocción en su interior, son afirmados a otros tantos puntos de sujeción en el cuerpo, impidiendo el desplazamiento hacia arriba de la tapa y la consiguiente salida de gases hasta que estos ejerzan la presión requerida. También se puede aplicar un sistema de ganchos para la tapa que la fije sólidamente al cuerpo, y colocar una pequeña válvula en la tapa del recipiente que permita la salida de los gases de la cámara de calentamiento a partir del nivel de presión elegido. Se pueden diseñar modelos del recipiente objeto de la presente invención con características específicas para el cocinado a presión, si bien la existencia de la doble pared los hará por regla general de fabricación bastante más compleja que la de las ollas a presión de la cocina tradicional.

En el caso de recipientes en cuyas cámaras aislantes, y a lo largo de la vida útil de los mismos, se prevean futuras intervenciones, ya sea de llenado de gases como de vaciado, el momento en que deberán llevarse a cabo las mencionadas intervenciones será cuando se haya producido la entrada de aire en la cámara aislante, lo cual será detectado cuando se aprecie una disminución del rendimiento del recipiente o se observe la formación de condensaciones de agua en la cara interna de la pared exterior transparente. En el caso de recipientes de cierta complejidad en los que se desee tener conocimiento inmediato de cualquier variación del contenido de la cámara aislante, tanto la tapa como el cuerpo del recipiente pueden disponer de indicadores, visibles desde el exterior, que informen del nivel de presión o depresión existente en el interior de la cámara aislante, de forma que en todo momento pueda saberse si ha habido problemas de hermeticidad con pérdida del vacío o del gas. En caso de cámaras aislantes de vacío, el indicador deberá ser un pequeño y simple manómetro que indique presiones negativas, o vacuómetro, bastando con que la información que facilite sea la existencia o no de vacío. En caso de cámaras aislantes con algún tipo de gas diferente al aire, podrá utilizarse igualmente un pequeño vacuómetro como en el caso anterior, a cuyos efectos se finalizará el llenado de gas dejando un cierto nivel de vacío dentro de la cámara, suficiente para que el vacuómetro indique la existencia del mismo, de forma que si se produce entrada de aire y perdida del vacío se tenga conocimiento de ello. Otra opción aplicable a cámaras aislantes con contenido de gas es instalar un pequeño manómetro que indicará presiones positivas, en estos casos se finalizará el llenado de la cámara produciendo una pequeña sobrepresión suficiente para que esté indicada por el manómetro, de forma que si se produce salida de gas de la cámara y pérdida de la presión se tenga conocimiento de ello.

Es posible efectuar la fabricación del recipiente de pequeño tamaño objeto de invención de forma que tanto la pared interior como la exterior del recipiente sean de cristal, preferiblemente al borosilicato por sus propiedades térmicas y de resistencia. En la actualidad existe una cada vez más extendida industria de fabricación de tubos de vacío para su montaje a modo de colectores térmicos para calentamiento de agua de calefacción y sanitaria, siendo una modalidad de los mencionados tubos de vacío, aquella en la que el mismo consta de un cilindro de cristal de doble pared, formado por dos cilindros de diferente diámetro introducidos uno dentro del otro con mantenimiento de un espacio entre sus paredes el cual forma una cámara, dentro de la cual se hace el vacío, y unidos por sus bordes mediante simple continuidad del cristal, es decir, sin existencia de una junta de unión propiamente dicha. Adaptando la mencionada industria a la fabricación del cuerpo y tapa del recipiente de pequeño tamaño objeto de invención, dispondríamos de un recipiente destinado al cocinado solar con muy buenas características de homogeneidad de materiales, de hermeticidad para el vacío o los gases contenidos entre las paredes, sin necesidad de fabricación de una junta de unión-hermetización–aislamiento propiamente dicha, con posibilidad de fabricación rápida de largas series a bajo precio, aunque con el principal inconveniente de la fragilidad que supone para la cámara de calentamiento en la que se introducen y manipulan los alimentos el tener las paredes de cristal.

Puede haber modelos del recipiente de pequeño tamaño objeto de invención que dispongan ventajosamente de alguna área de la superficie del cuerpo, o de la tapa, que no cumpla con las características de la doble pared, propias de la invención, bien para obtener mayor resistencia mecánica, o simplemente porque no esté prevista la captación de radiación a través de la mencionada área, y sea más práctico o económico renunciar en la misma a la doble pared absorvedora. Este sería el caso del recipiente de pequeño tamaño, con base aislante y opaca en todo su espesor, con espejos adosados a la base que reflejan la radiación sobre las paredes, y que se describe más adelante en la presente memoria.

Las formas del recipiente se pueden adaptar a cada uso específico de la cocina, así por ejemplo, puede tener forma de sartén, olla, cazo, etc.

Para recipientes de usos determinados en los que haya que remover continuamente el alimento, y por su naturaleza estén orientados a la cocina sin tapa, se puede renunciar a ésta, en cuyo caso la parte más activa del recipiente, el cuerpo, se beneficia del buen rendimiento que aporta la invención. En este caso no sería posible alcanzar las temperaturas suficientes para el cocinado sin ayuda de alguna cocina solar o sistema de espejos, debido a las perdidas de calor que se producen al estar el interior del recipiente en contacto con el aire, y porque la radiación solar directa se recibe principalmente por la parte superior del recipiente si el recipiente está expuesto al sol sin más.

En todo caso, la tapa que acompaña al cuerpo del recipiente puede no cumplir con las características del mismo, aceptándose en este caso una perdida de rendimiento, pero pudiendo beneficiarse de ventajas tales como tapas transparentes para ver los alimentos, o tapas más baratas.

Haciendo ahora referencia a un modelo básico de recipiente de tamaño grande que la invención propone, para su aplicación como horno de cocinado, o cocina-horno, estará construido con las mismas características en cuanto a método de captación de la radiación solar y aislamiento térmico que el recipiente de pequeño tamaño descrito en los párrafos anteriores, disponiendo igualmente de pared exterior transparente, pared interior oscura o negra, y cámara aislante entre ambas paredes. Un tamaño grande hace que el recipiente no sea fácilmente transportable ni manejable, por lo que tendrá carácter de elemento fijo, y a diferencia del recipiente de pequeño tamaño, la introducción de los alimentos o productos en la cámara de calentamiento se realizará a través de una puerta o abertura de acceso, lo cual le confiere el carácter específico de cocina-horno solar. En este nuevo tipo de cocina horno solar, la transmisión de energía térmica a los alimentos o productos se realiza dentro de una cámara de calentamiento materializada por un espacio en el cual no penetra la radiación solar, a diferencia de lo que sucede en las cocinas-horno solares habituales, en las que la radiación solar sí penetra en la cámara de calentamiento a través de al menos una pared transparente.

Todo lo detallado en la presente memoria descriptiva para el recipiente de pequeño tamaño, en relación a los gases contenidos en la cámara aislante o vacío de la misma, junta con rotura del puente térmico, conexiones de vacío, distanciadores, termómetros, vacuómetros, manómetros, y cocinado con presión en la cámara de calentamiento, es aplicable a un recipiente de tamaño grande concebido como cocina-horno solar, asimilando lo relativo a la tapa del recipiente de pequeño tamaño, a la puerta de la cocina-horno. En caso de cocinado a presión, la hermeticidad se obtendrá mediante el sistema de cerramiento de la puerta, y si existiera alguna válvula para la salida de los gases a presión podría estar situada en cualquier lugar de la puerta o paredes del horno, a diferencia de lo apropiado para el recipiente de pequeño tamaño, que la tendría situada en la tapa.

Puede haber diseños del mencionado tipo de cocina-horno, en los que, como sucede con el recipiente de pequeño tamaño, no esté prevista la captación de la radiación solar y su transformación en energía térmica a través de algunas áreas de su superficie, como puede ser la base, puerta, paredes ó techo, en cuyo caso no es necesario que el área en cuestión esté formada por la doble pared que caracteriza la presente invención, bastando con que la mencionada área sea resistente al calor, y térmicamente aislante al objeto de evitar las pérdidas de temperatura.

En el interior de la cámara de calentamiento del horno solar objeto de invención, la transmisión del calor desde la pared interior captadora hasta los recipientes, alimentos o productos, se realiza utilizando principalmente el aire como medio de transporte, por lo cual siempre será ventajosa la inclusión de dispositivos que faciliten la mencionada transmisión del calor a través del aire. Aumentando la superficie de la cara interior de la mencionada pared interior, se facilitará la transmisión del calor al aire de la cámara, para lo cual bastará con fijar sobre la superficie de la mencionada cara interior, aletas o pie tinas que actuarán como difusoras del calor. Otro método eficaz para acelerar el intercambio térmico entre la pared interior, el aire contenido en la cámara de calentamiento, y los alimentos o productos, es la inclusión de dispositivos o sistemas que generen el movimiento de la mencionada masa de aire, como puede ser el diseño de formas específicas que faciliten la convección, o un ventilador situado en el lugar adecuado del interior de la cámara, que estará ventajosamente accionado, dada la orientación hacia el aprovechamiento de la energía solar de la presente invención, por un pequeño motor eléctrico alimentado por un módulo fotovoltaico, situado al menos este último en el exterior del horno, dándose la circunstancia de que los periodos de actividad del horno coincidirían con los del ventilador sin necesidad de automatismos de ningún tipo ni medios de almacenamiento de la energía eléctrica generada por el módulo, lo cual influirá ventajosamente en el coste económico del mencionado método.

Para facilitar la comprensión de las características de la invención y formando parte de la presente memoria descriptiva, se acompaña una serie de planos en cuyas figuras, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente.

Breve descripción de las figuras

Figura 1.- Es una vista esquemática en alzado seccionado de un recipiente de pequeño tamaño para cocinado y calentamiento de productos, acorde con la invención, cuya doble pared tiene una pared interior hecha de material diferente al de la pared exterior.

Figura 2.- Es una vista esquemática en alzado seccionado de un recipiente de pequeño tamaño para cocinado y calentamiento de productos, acorde con la invención, cuya doble pared es de cristal.

Figura 3.- Es una vista esquemática en alzado seccionado de un modelo básico de horno, acorde con la invención.

Figura 4.- Es una vista esquemática en alzado del mismo horno de la figura 3.

Figura 5.- Es una vista esquemática en perspectiva lateral, del modelo básico de horno mostrado en las figuras 3 y 4, colocado sobre un bastidor con patas, sobre el cual se ha acoplado un sistema de espejos reflectantes de la radiación solar, compuesto por dos espejos rectangulares curvados y colocados en sentido longitudinal, y dos espejos planos situados uno en cada extremo.

Figura 6.- Es una representación transversal en la que se muestra el funcionamiento de los espejos curvos longitudinales de la figura 5.

Figura 7.- Es una representación del funcionamiento de los espejos planos de la figura 5.

Figura 8.- Es una vista esquemática lateral de un recipiente de pequeño tamaño, acorde con la invención, cuya base tiene características diferentes a la doble pared captadora que caracteriza la invención, sobre la que están fijados cuatro espejos flexibles abatibles.

Figura 9.- Es una vista esquemática en planta de lo mostrado en la figura 8.

Figura 10.- Es una vista esquemática de un ejemplo de instalación de un modelo de horno objeto de la invención, con la base y un lateral aislantes y de características diferentes a la doble pared captadora, adosado a la pared de una vivienda y con la puerta de acceso al interior del mismo situada en el interior de la vivienda, con sistema de espejos reflectantes aumentadores de la radiación solar recibida, y con sistema de convección para el movimiento de la masa de aire contenida en la cámara de calentamiento del horno.

Descripción de la forma de realización preferida

Haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras, podemos ver como el dispositivo de captación de la radiación solar para cocinado y calentamiento de productos, que la invención propone, dispone en cualquiera de sus posibles configuraciones de un cuerpo 1 principal, una pared exterior 2 transparente, una pared interior 3 absorvedora de la radiación solar cuya cara exterior es oscura o negra, una cámara aislante 4, una cámara de calentamiento 5 donde se introducen los alimentos para su cocinado, a la cual se accede a través de una abertura de acceso que puede estar obturada por una tapa 6, en el caso de tratarse de recipientes de pequeño tamaño, o por una puerta 7, en el caso de tratarse de un horno.

La figura 1 muestra una primera realización preferida de un recipiente de pequeño tamaño, tal como una olla o similar. Tanto el cuerpo 1 como la tapa 6 están formados por una doble pared, eligiéndose para la pared exterior 2 vidrio solar o al borosilicato, por su alta resistencia y bajo coeficiente de reflexividad, y para la pared interior 3 acero inoxidable por sus características de resistencia, durabilidad, buena conductividad térmica y nula toxicidad. Para la cara exterior de la pared interior 3, sobre la que incide la radiación solar, se elige un recubrimiento altamente selectivo de óxido de nitrato de titanio, que puede aplicarse a pistola, el cual permite el paso de la radiación de ondas cortas, dificultando la salida de la de ondas largas, contribuyendo con ello a un mejor rendimiento térmico.

La cámara aislante 4 tanto del cuerpo 1, como de la tapa 6, se cierra por sus bordes con sendas juntas anulares 8 de teflón, cuya sección se adapta a la perfección a los perfiles de los bordes de la pared exterior 2 e interior 3, y cuyo diámetro está calculado para que, aprovechando la elasticidad del teflón y una vez ajustadas las juntas en sus posiciones definitivas, mantengan cierto grado de presión hacia el centro en sentido radial, de forma que desempeñan simultáneamente las funciones de hermetización de la cámara aislante 4, unión de las paredes exterior 2 e interior 3, y aislamiento térmico. Para las mencionadas juntas anulares 8 se escoge como material el teflón por sus características de bajo coeficiente de conductividad térmica y resistencia al calor, y se finaliza sellado de la cámara aislante interponiendo silicona resistente al calor entre las superficies del teflón y de las paredes del recipiente.

Para obtener el máximo rendimiento térmico de las cámaras aislantes 4, se extrae el aire de las mismas, efectuándose un vacío fuerte, inferior a 10^{-6} atmósferas, que elimina las perdidas de calor por convección y conducción. El presente modelo de recipiente 34 se considera que tiene características de hermeticidad suficientes para mantener el vacío durante toda su vida útil, por lo que el aire se extrae a través de sendos tubos de cobre 9 adosados a las paredes exteriores 2 del cuerpo 1 y de la tapa 6, soldados a sus respectivas válvulas tipo obús o conexiones de vacío. Una vez extraído el aire del interior de la cámara aislante 4 con la maquinaria de vaciado, se procede al pinzamiento del tubo de cobre 9, se corta el tubo de cobre sobrante unido a la válvula, y se procede al sellado con resinas sintéticas 10 del resto del tubo de cobre 9 que sobresale de la cara exterior de la pared transparente 2.

La figura 2 muestra una segunda realización preferida de recipiente de pequeño tamaño, en el cual la totalidad de las paredes del cuerpo 1 y de la tapa 6 son de vidrio solar al borosilicato, fabricándose los mencionados elementos mediante adaptación de la actual industria de fabricación de tubos de vacío para colectores térmicos solares para agua caliente, siendo cada una de las dos piezas, tapa 6 y cuerpo 1, una variación en las formas y tamaños de los mencionados tubos de vacío, y teniendo, al igual que estos, la cara exterior de la pared interior tratada con un recubrimiento selectivo absorvedor de la radiación solar. Las protuberancias 11 resultantes del sistema de fabricación y vaciado son fácilmente disimulables y protegibles mediante el pomo 12 de la tapa 6 y la base 11 del cuerpo 1, elementos ambos también de vidrio y que se integran a las paredes exteriores 2 del recipiente.

El mencionado diseño de la figura 2 tiene muy buenas características de homogeneidad de materiales, hermeticidad, y posibilidad de fabricación industrial en largas series.

La junta anular 14 es solidaria al borde de la tapa 6, está hecha de material plástico termoestable, desempeña la función de facilitar el ajuste de la tapa 6 sobre el cuerpo 1 al cerrar el recipiente, evitando la salida descontrolada de gases de cocción, y se contempla la formación de bolsas de aire 15 entre las paredes de la mencionada junta 14 y las del cuerpo 1 y tapa 6 al objeto de minimizar las pérdidas de calor.

Como puede deducirse fácilmente de la figura 2, la junta anular 14 está diseñada de forma que se produce la rotura del puente térmico entre la parte de la misma que queda del lado de la cámara de calentamiento 5, y la que queda del lado del aire exterior, minimizándose de esta forma las pérdidas de calor, tanto procedentes de la cámara de calentamiento 5 como de las paredes interiores 3.

Las figuras 3 y 4 muestran una realización preferida de un modelo de recipiente de tamaño grande, a modo de horno solar, con las características propias de la invención. Las formas geométricas elegidas corresponden a una sección longitudinal de un cilindro, correspondiendo la parte plana rectangular de dicha sección a la base del horno, las zonas curvas, en sentido ascendente, a las paredes y techo, y las dos secciones planas transversales de los extremos a sendas puertas 7 para introducción de los alimentos, depositados bien directamente sobre la base del horno, o en recipientes o soportes convencionales de
cocina.

La pared interior 3 absorvedora de la radiación solar es de acero inoxidable de 1 mm. de espesor en las zonas curvas, y de 2 mm. en la zona correspondiente a la base plana. Está abierta por los extremos, a modo de túnel, y tiene su cara exterior tratada con un recubrimiento selectivo de óxido de nitrato de titanio. La cara interior de la mencionada pared interior 3, tiene soldadas en sus zonas curvas, y en sentido transversal, finas pletinas de acero inoxidable 16, al objeto de aumentar la superficie de contacto de la mencionada pared interior 3 con el aire contenido en la cámara de calentamiento 5, y así facilitar en la misma el intercambio del calor obtenido de la radiación solar.

La pared exterior transparente 2 es de cristal de 4 mm. de espesor en su zona plana rectangular correspondiente a la base del cuerpo 1 del horno, y de material plástico resistente a la radiación solar de 3 mm. de espesor en sus zonas curvas que forman las paredes y techo.

Para el montaje del conjunto pared exterior 2 - pared interior 1, se coloca el túnel de acero inoxidable que forma la pared interior 3, sobre la placa rectangular plana de vidrio, con interposición de distanciadores consistentes en pequeños cilindros de corcho 17, y a continuación se procede a colocar sobre el túnel de acero el resto de la pared exterior 2 de plástico flexible, curvándola mediante la aplicación de calor y presión en la medida necesaria, con interposición de rigidizadores de corcho 17 que actúan también como distanciadores entre la misma y las zonas curvas de la pared interior 3, los cuales otorgan rigidez al conjunto, procediéndose a unir con silicona resistente al calor los bordes coincidentes de las placas de plástico y de cristal.

La construcción de la estructura del cuerpo 1 del horno 37 se finaliza sellando los extremos abiertos de la cámara aislante 4 con una junta 18 construida con resina epoxídica resistente a las temperaturas y reforzada con fibra de vidrio, la cual tiene buenas cualidades de resistencia, hermeticidad y aislamiento térmico, sobre la cual se fijan las bisagras 19 que constituyen el mecanismo de abatimiento de las puertas 7, y la base de los cierres 20 que aseguran estas últimas.

Las puertas 7, de las cuales están previstas una en cada extremo del horno, estarán construidas con características similares a las paredes del horno, disponiendo de pared interior 3 de acero inoxidable, pared exterior 2 de vidrio, separadores 17 de corcho y junta epoxídica 18 para sellado de la cámara aislante 4.

Se contempla la fijación de dos válvulas 21 tipo obús para carga y descarga de gases, de las utilizadas habitualmente en la industria del frío, en la pared exterior transparente 2 del cuerpo 1 del horno, y otras dos en cada una de las puertas 7 extremas, que sirven para conectar las diferentes cámaras aislantes 4 de cada uno de estos elementos, con el exterior o con la maquinaria de vaciado e introducción de gases. A tales efectos, para el presente horno se contempla la sustitución del aire contenido en las cámaras aislantes 4 por argón, para lo cual se aplica a una de las conexiones 21 del cuerpo 1 o de las tapas 7 el compresor de vaciado, y a la otra la manguera unida al regulador y a la botella de llenado, procediéndose simultáneamente a extraer el aire de la cámara aislante 4 con el compresor mientras se introduce el argón procedente de la botella, manteniéndose esta operación durante un tiempo suficiente como para que en la cámara aislante 4 apenas queden trazas de aire, habiendo sido sustituido este por el argón.

Al objeto de facilitar el control de las labores de cocinado, se fija un termómetro 22, visible desde el exterior, a una de las puertas, el cual nos indicará la temperatura existente en la cámara de calentamiento, si bien podría estar situado en prácticamente cualquier otra parte de la superficie exterior del horno. Para ello, solidaria mediante sellado con siliconas a ambas paredes de la puerta 7, se introduce una tuerca de teflón en la que se atornilla el termómetro 22.

El ventilador 23 favorece la circulación del aire en el interior de la cámara de calentamiento 5 y aumenta la convección y por tanto el rendimiento del horno. El motor de este ventilador 23 estará ventajosamente activado por una pequeña placa fotovoltaica 24 situada en el exterior y separada cierta distancia del techo del cuerpo 1 al objeto de no producir zonas de sombra. El ventilador 23 crea una corriente de aire desde la parte superior del interior de la cámara de calentamiento 5, dirigida hacia abajo, que será más potente a medida que aumenta la cantidad de radiación solar, y por lo tanto también el calor absorbido por la pared interior 3.

La conducción del cableado entre el ventilador 23 y la placa fotovoltaica 24, se hace mediante un tubo de teflón 25 que, pasa a través de las paredes 2 y 3 del cuerpo 1, y se sella la unión de estas con el tubo, por medio de silicona, sellándose también las aberturas extremas tanto interior como exterior de dicho tubo.

La figura 5 representa esquemáticamente el horno de las figuras 3 y 4, montado sobre un bastidor 26 hecho de perfil en L de acero, al cual se ha acoplado un sistema de espejos reflectores de la radiación solar de acero inoxidable, compuesto, en sentido longitudinal y bajo la base del horno de dos espejos curvos 27, y en sentido transversal y paralelos a ambas puertas 7 extremas, de dos espejos rectangulares planos 28, abatibles sobre su eje horizontal al objeto de permitir la apertura de las puertas 7 y el acceso a la cámara de calentamiento del horno.

La figura 6 representa de forma esquemática un corte transversal del horno mostrado en la figura 5 con los dos espejos curvos 27, indicándose mediante flechas 29 la forma en que la radiación solar es reflejada hacia la pared interior 3 del horno, para diferentes posiciones del sol.

La figura 7 representa de forma esquemática un corte longitudinal del horno mostrado en la figura 5 con los dos espejos planos 28, indicándose mediante flechas 29 la forma en que la radiación solar es reflejada hacia las paredes interiores 3 de las puertas.

Como puede deducirse fácilmente de la observación de las figuras 6 y 7, el sistema de espejos elegido para aumentar la cantidad de radiación solar captada por las paredes del horno, así como el desarrollo longitudinal del cuerpo de este, está especialmente escogido para obtener un buen rendimiento, incluso en el caso de no procederse a una orientación periódica del conjunto horno-espejos a lo largo del día, lo cual permitiría la construcción de hornos fijos de gran tamaño.

La Figura 8 muestra un ejemplo de configuración de recipiente de pequeño tamaño con las características propias de la invención, cuya base aislante 30 no está previsto que reciba la radiación solar, y por lo tanto no cumple con las características de doble pared captadora de las paredes del resto del recipiente. El cuerpo de este recipiente 36 puede consistir en un disco hueco de acero inoxidable que configura la base 30, sobre el que va soldado el cilindro que forma las paredes interiores 3 del recipiente, introduciéndose este último dentro de un cilindro hueco de vidrio de mayor diámetro que forma las paredes exteriores 2, cuya boca inferior se fija sólidamente mediante sellado a la cara superior del disco hueco 30, formándose de este forma la cámara aislante, la cual se hermetiza par su zona superior con la correspondiente junta. Si se prevé un taladro en el disco 30 que comunique el interior del mismo con la cámara aislante 4, así como una conexión para introducción y extracción de gases, que comunique el interior del disco con el exterior, bastará hacer el vacío o introducir algún gas a través de la base metálica del recipiente, para que quede hecho lo mismo en la cámara aislante, consiguiéndose de esta forma un buen aislamiento térmico para el cuerpo del recipiente.

La captación de la radiación solar con el mencionado recipiente 36, está previsto que se lleva a cabo a través de la doble pared lateral del cuerpo 1, y de la doble pared de la tapa 6, y en ninguna circunstancia por la base 30, que se utilizará como zona de apoyo, dado que dispone de un grupo de cuatro espejos 31 fabricados de tejido sintético flexible tipo mylar, fijados a la base 30, con sus caras reflectantes orientadas hacia el recipiente, los cuales están montados sobre un armazón de varillas flexibles de acero y que, a modo de paraguas, se pliegan abrazando y envolviendo las paredes laterales del recipiente 36 mientras esta no está en uso, desplegándose para el cocinado.

La figura 9 muestra en planta, visto desde arriba, el mismo recipiente 36 de la figura 8, apreciándose en la misma la gran cantidad de superficie reflectante 31 de que dispondría como apoyo para llevar a cabo el cocinado.

La figura 10 muestra una vista esquemática de un modelo de horno con las características propias de la invención, cuya base y un lateral 32 están construidos con características diferentes a la doble pared captadora 2, 3, 4, pudiendo consistir en una estructura en sandwich compuesta por dos placas de contrachapado de madera que cubren ambas caras de un alma en espuma rígida de poliuretano, cubierta esta última por una placa aislante de fibras minerales aislante del calor, en su cara correspondiente a la cámara de calentamiento, y estando cubierta la mencionada estructura en sándwich de chapa de aluminio en su cara interior del horno. El mencionado horno 38 de la figura 10 está adosado a la pared de una vivienda y tiene la puerta 7 de acceso a la cámara de calentamiento 5 situada en el interior de la vivienda, así como un sistema de espejos reflectantes 33 aumentadores de la radiación solar recibida, e integrado en su estructura un sistema de convección para el movimiento de la masa de aire contenida en la cámara de calentamiento 5.

Los ejemplos mostrados en la presente memoria descriptiva, de recipientes captadores de la radiación solar con características propias de la invención, así como de sistemas espejos reflectantes aplicables a los diferentes recipientes, pueden dar idea de la gran variedad de modelos de recipientes e instalaciones posibles que pueden diseñarse para cubrir cada necesidad específica.

Un aislamiento adicional, aunque de mayor complejidad, podría conseguirse aumentando el número de paredes transparentes exteriores 2 y cámaras aislantes 4, pudiendo realizarse construcciones combinadas que dispongan de una cámara de aire con vacío y otra sin él, sobre todo en la aplicación a los hornos, siendo el límite que se establecería para el beneficio que aporta la superposición de varias paredes transparentes, aquél en el que la reflexión producida por las paredes y la reducción de los rayos filtrados por las mismas sea tal que el ahorro de pérdidas de calor producido gracias al aislamiento térmico que confieren las cámaras aislantes no pueda compensar la pérdida de energía radiante que recibe la cara externa de la pared interior absorvedora 3.

Claims (7)

1. Dispositivo de captación de la radiación solar, para cocinado y calentamiento de productos, caracterizado porque presenta una estructura aislante del calor que comprende un cuerpo (1) que define una cámara de calentamiento (5) en la cual se introducen los alimentos o productos a calentar, y que dispone cómo mínimo de una abertura obturable por una puerta (7) o por una tapa (6), consistiendo el cuerpo (1) en una estructura captadora de la radiación solar formada por una pared interior (3) de material conductor del calor y cuya cara externa es de color oscuro o negro, y por otra pared exterior (2) de vidrio transparente, estando unidas ambas paredes por sus bordes de forma hermética, y el resto de las mismas separadas entre sí por un espacio que determina una única cámara aislante (4) herméticamente cerrada, en la cual se hace el vacío o se sustituye el aire por un gas o mezcla de gases de menor coeficiente de conductividad
térmica.

2. Dispositivo de captación de la radiación solar, para cocinado y calentamiento de productos, según reivindicación uno, caracterizado porque la tapa (6), puerta o puertas (7), consisten, al igual que el cuerpo, en una estructura captadora de la radiación solar formada por una pared interior (3) de material conductor del calor y cuya cara externa es de color oscuro o negro, y por otra pared exterior (2) de vidrio transparente, estando unidas ambas paredes por sus bordes de forma hermética, y el resto de las mismas separadas entre sí por un espacio que determina una única cámara aislante (4) herméticamente cerrada, en la cual se hace el vacío o se sustituye el aire por un gas o mezcla de gases de menor coeficiente de conductividad térmica.

3. Dispositivo de captación de la radiación solar, para cocinado y calentamiento de productos, según la cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la doble pared con cámara aislante constituye una única pieza de vidrio.

4. Dispositivo de captación de la radiación solar, para cocinado y calentamiento de productos, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cara externa de la pared interior absorbedora (3) está recubierta de un recubrimiento de los denominados selectivos.

5. Dispositivo de captación de la radiación solar, para cocinado y calentamiento de productos, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dispone de un termómetro (22), con el indicador visible desde el exterior, que indica la temperatura existente en la cámara de calentamiento.

6. Dispositivo de captación de la radiación solar, para cocinado y calentamiento de productos, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se materializa en forma de recipiente portátil (34, 35) para cocinado.

7. Dispositivo de captación de la radiación solar, para cocinado y calentamiento de productos, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se materializa en forma de un horno (37) cuyas paredes laterales se desarrollan sensiblemente alrededor de un eje longitudinal y paralelas al mismo, disponiendo en uno o en ambos extremos de una abertura obturable con una tapa o puerta (7) cuyo plano es sensiblemente perpendicular al eje longitudinal paralelo a las paredes.