RU143012U1 - Автономная солнечная варочная печь - Google Patents

Abstract

Полезная модель автономная солнечная варочная печь (АСВП) относится к возобновляемым источникам энергии, в частности, к непосредственному использованию энергии лучей солнечной радиации для приготовления и подогрева пищи в полевых и стационарных условиях. АСВП может быть использована по назначению в лагерях для летнего отдыха, придорожных кафе, коттеджах, индивидуальных домах сельской местности, в горных аулах, в различных объектах удаленного расположения, и т.п. Технический результат: конструкция АСВП не требует слежения за углом солнцестояния, проста в эксплуатации, имеет высокую эффективность прямого преобразования солнечной радиации в тепловую энергию, пригодную для приготовления пищи в удаленных местах эксплуатации, в течение всего солнечного дня. Сущность полезной модели. АСВП содержит: подвижную опору и расположенную на ней световодную трубу с оптически активным куполом, состоящим из сопряженных между собой плосковыпуклой линзы и продольных плосковыпуклых секторных линз; овальный концентратор лучей солнечной радиации, имеющий вид плосковыпуклой линзы и расположенный под определенным углом а внутри световодной трубы в нижней ее части, причем плоская поверхность овального концентратора направлена во внутрь световодной трубы; круговой отражатель параболоидного профиля в поперечном сечении, расположенный по кругу напротив оптически активного купола в верхней части световодной трубы; полую сферическую варочную печь, состоящую из корпуса, имеющего форму полой усеченного сферы, внутренняя поверхность которой покрыта теплоотражающей фольгой, а ее полость заполнена теплоаккумулирующим материалом, например, парафином 46-48, а также содержит полую крышку, имеющую сферическую форму, внутренняя полость которой заполнена теплоаккумулирующим материалом (парафин 46-48); цилиндрический шарнир и натяжной замок, соединяющий полую крышку с корпусом сферической варочной печи; уплотнительное кольцо, расположенное между корпусом полой сферической варочной печи и полой крышкой сферической формы; наружные поверхности сферической варочной печи и ее полая крышка покрашены теплоизолирующей краской; конусное отверстие, расположенное в корпусе полой сферической варочной печи со стороны овального концентратора лучей солнечной радиации; фокальное пятно, которое организовано с помощью овального концентратора лучей солнечной радиации, причем выпуклая часть плоскопараллельной линзы направлена в сторону сферического корпуса варочной печи; варочную посуду для приготовления и подогрева пищи, внешняя поверхность которой должна иметь высокую теплопоглощающую способность. Положительный результат достигается путем: эффективного сбора лучей солнечной радиации с помощью оптически активного купола и кругового овального отражателя, установленного напротив оптически активного купола; транспортировки лучей солнечной радиации по полой световодной трубе; сбора овальным концентратором лучей солнечной радиации, транспортированных по полой трубе, и направлению их в конусное отверстие и далее на варочную посуду (емкость) для приготовления пищи; покрытия наружных поверхностей сферической варочной печи и сферической полой крышки теплоизоляционной краской; заполнения теплоаккумулищим материалом парафином 46-48 полостей сферической варочной печи и сферической полой крышки; исключения механизмов для слежения за положением Солнца на небосводе с помощью световодной трубы с оптически активным куполом. Таким образом, создана технологическая последовательность эффективного сбора, транспортировки и концентрации лучей солнечной радиации в виде фокального пятна на варочной посуде.

Description

Автономная солнечная варочная печь (АСВП) относится к возобновляемым источникам энергии, в частности, к непосредственному использованию энергии лучей солнечной радиации для приготовления и подогрева пищи в полевых и стационарных условиях. АСВП может быть использована по назначению в лагерях для летнего отдыха, коттеджах, придорожных кафе, индивидуальных домах сельской местности, в горных аулах, и других объектах удаленного расположения. Известно изобретение Солнечная печь, патент RU 2412404 C1, F24J 2/02, F24J 2/52 от 20/02/2011, содержащая приемник излучения, выполненный в виде полости из теплоизоляционного материала с окном, обращенным в сторону концентратора, и связанный с ним посредством тяг концентратор с азимутально-зенитальной системой ориентации. Приемник излучения со стойкой установлен на опорном подшипнике опоры. Приемник излучения выполнен в виде полости из теплоизоляционного материала с поглощающей плитой в верхней части полости и прозрачным окном. Основным недостатком этого изобретения является необходимость постоянного контроля и установки концентратора на солнце. Известно изобретение Гелиоэнергетическое устройство для термообработки продуктов, патент RU 2271502 С2 F24J 2/02, F26B 3/28 от 10.03.2006, которое относится к области гелиоэнергетики. Устройство предназначено для термообработки различных видов продукции в диапазоне температуры 50-300°С. Устройство может быть использовано для опреснения морской воды, обеспечения теплой водой и теплом теплиц, ферм, домов, получения электроэнергии для обеспечения домашнего хозяйства, отдаленных объектов, в том числе в местности высокой географической широты. Устройство содержит гелиотермическую печь-камеру, в которой производится термообработка продуктов. Отличительной особенностью данной печи-камеры является применение высококачественного теплоизолирующего пеноматериала значительной толщины с малым удельным весом и осуществление «накачки» энергетически уплотненных потоков солнечных лучей из окружающей среды во внутреннюю нагреваемую полость печи. Известны конструкции солнечных кухонь, включающие концентратор с системой ориентации и приемник излучения, выполненный в виде объекта нагрева без (Нагревательное устройство с использованием солнечной энергии, авторское свидетельство СССР N 167986, кл. F24J 2/40, 1965) или с частичной (Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. М.: Энергоатомиздат, 1991, с.115) тепловой изоляцией, следствием чего являются существенные тепловые потери с неизолированной поверхности последнего, кроме того, необходимо постоянно корректировать положение устройство по отношению к солнечным лучам. Известна конструкция гелиокухни, содержащая приемник излучения и связанный с ним посредством тяг концентратор с азимутально-зенитальной системой ориентации (Устройство для использования солнечной энергии, авторское свидетельство СССР N 338759, кл. F24J 2/40, 1972). Однако в известном устройстве приемник излучения выполнен в виде объекта нагрева без тепловой изоляции последнего и его положение в пространстве постоянно изменяется в процессе азимутально-зенитальной ориентации, что является недостатком, усложняющим конструкцию и условия эксплуатации устройства в целом. Известно также изобретение Гелиокухня, патент RU 2075707 C1 F24J 2/42, F24J 2/52 от 20.03.1997, содержащее приемник излучения и связанный с ним посредством тяг концентратор с азимутально-зенитальной системой ориентации. Азимутально-зенитальная система ориентации выполнена в виде изогнутой направляющей стопорного элемента, закрепленного в радиальном пазу концентратора, которая крепится к опорной раме, установленной неподвижно на поворотном относительно вертикальной оси основании, и имеет на одном конце втулку с имеющим возможность вертикального перемещения относительно последней штырем. Приемник излучения установлен в узлах подвеса опорной рамы с возможностью поворота относительно их продольной оси и выполнен в виде полой сферы из теплоизоляционного материала со сквозным отверстием, обращенным в сторону концентратора. Опорная рама имеет откидывающуюся крышку с фиксатором в закрытом положении. Внутри нее на подставке, связанной с узлами подвеса опорной рамы, установлен объект нагрева, причем радиус концентратора не менее, чем в четыре раза превышает внешний радиус сферического полостного приемника излучения. Основными недостатками этого изобретения являются: наличие системы ориентации концентратора на солнце, что усложняет конструкцию и эксплуатацию гелиокухпи при наведении фокального пятна в сквозное отверстие; фокусное расстояние концентратора и объект нагрева находится вблизи диаметральной плоскости концентратора, поэтому тень от полой сферы будет падать на поверхность концентратора, чем понижает эффективность нагрева продукта; нахождение откидывающейся крышки сзади полой сферы ограничивает допуск к продукту нагрева сверху, который является более удобным при организации и контроле приготовления пищи. В качестве прототипа авторами выбрано изобретение Гелиокухня, патент RU 2075707 C1 F24J 2/42, F24J 2/52 от 20.03.1997, как наиболее близкое по конструкции и техническому решению. Задачей полезной модели является устранение механизмов по слежению за положением Солнца на небосводе; повышение эффективности теплового нагрева варочной посуды в процессе приготовления пищи. Решение поставленной задачи достигается тем, что солнечная радиация собирается оптически активным куполом и круговым отражателем, параболоидного профиля в поперечном сечении, расположенным напротив оптически активного купола в верхней части световодной трубы; собранные таким образом лучи солнечной радиация направляются в полую световодную трубу, которая транспортирует лучи солнечной радиации на овальный концентратор, выполненный в виде плосковыпуклой линзы, который установлен под определенным углом α внутри световодной трубы; овальный концентратор лучей солнечной радиации, выполненный в виде плосковыпуклой линзы, обеспечивает устойчивое нахождение фокального пятна на внешней поверхности нагреваемой панели независимо от солнцестояния на небосводе; нагреваемая панель, на которую устанавливается варочная посуда для приготовления и подогрева пищи, выполнена из алюминия или меди, обладающих высокой теплопроводностью; наружная поверхность полой сферической варочной печи имеет вид усеченной сферической поверхности и покрыта теплоизоляционной краской, а внутренняя поверхность печи покрыта теплоотражающей фольгой, причем полость заполнена теплоаккумулирующим материалом парафином 46-48; полая сферическая варочная печь имеет корпус в виде усеченной сферы и полую крышку сферической формы, внутренняя полость которой также заполнена теплоаккумулирующим материалом парафин 46-48; наличие между корпусом полой сферической варочной печи и полой крышкой сферической формы силиконового уплотнительного кольца и замка натяжного действия обеспечивает надежное прилегание полой крышки к полому усеченному сферическому корпусу. Состав и сущность полезной модели показаны: на фигуре 1 - общий вид АСВП, на фигуре 2 - вид сверху АСВП; на фигуре 3 - вид оптически активного купола в разрезе; на фигуре 4 показано сопряжение и форма продольных плосковыпуклых секторных линз; на фигуре 5 - варочная печь в разрезе а) с закрытой крышкой, б) с открытой крышкой. АСВП состоит из следующих составных частей: подвижной площадки 1; Z-образного крепежного кольца 2; овального концентратора 3 лучей солнечной радиации, выполненного в виде плосковыпуклой линзы, установленной под определенным углом α внутри световодной трубы 4 (фигура 1); оптически активного купола 5, состоящего из сопряженных между собой плосковыпуклой линзы 6 (фигура 3) и продольных секторных плосковыпуклых линз 7 (фигуры 4); кругового отражателя 8 (фигура 1, 3) параболоидного профиля в поперечном сечении, расположенного напротив оптически активного купола в верхней части световодной трубы 4; кухонного стола 9 (фигура 1, 2); полой сферической варочной печи 10 (фигура 5) наружная поверхность, которой покрыта теплоизолирующей краской; опорной дужки 11 для удерживания в отрытом положении полой крышки 12 полой сферической варочной печи 10; полого усеченного сферического корпуса 13 и полой крышки 12 полой сферической варочной печи 10, внутренние поверхности которых покрыты теплоотражающей фольгой 14 (фигура 5), полости усеченного сферического корпуса 13 и полой крышки 12 заполнены теплоаккумулирующем материалом 15, состоящим из парафина 46-48; цилиндрического шарнира 16, обеспечивающего подвижное соединение полого усеченного сферического корпуса 13 и полой крышки 12; натяжного замка 17, фиксирующего полую крышку 12 в закрытом состоянии; силиконовое уплотнительное кольцо 18, расположенное между полым усеченным сферическим корпусом 13 и полой сферической крышкой 12 (фигура 5); конусного отверстия 19, расположенного напротив овального концентратора 3 лучей солнечной радиации для прохода плотного потока лучей солнечной радиации в полость усеченного сферического корпуса 13; алюминиевую (медную) нагреваемую панель 20 для установки варочной посуды (не обозначена) в варочной камере 21 сферической варочной печи 10 (фигура 5). АСВП работает следующим образом. Солнечная радиация при любой высоте солнцестоянии проникает в оптически активный купол 5. Плосковыпуклая линза 6 выпуклой стороной собирает солнечные лучи, а плоской стороной формирует параллельные лучи, которые направляются в полую световодную трубу (фигура 3). Одновременно продольные секторные плосковыпуклые линзы 7 также собирают лучи солнечной радиации и параллельными пучками направляют их в полую световодную трубу 4 (фигура 1). Круговой отражатель 8 (фигура 2) параболоидного профиля в поперечном сечении, расположенный напротив оптически активного купола 5 в верхней части световодной трубы 4 (фигура 1, 2), воспринимает лучи солнечной радиации и отражает их на оптически активный купол. Это позволяет увеличить количество лучей солнечной радиации, попадающих в полую световодную трубу 4, что увеличивает энергоэффективность АСВП. Лучи солнечной радиации, отражаясь от внутренней зеркальной поверхности полой световодной трубы 4, направляются на поверхность овального концентратора 3 (фигура 1) лучей солнечной радиации, выполненного в виде плосковыпуклой линзы, установленной под определенным углом α внутри световодной трубы 4 (фигура 1). Овальный концентратор 3 лучей солнечной радиации собирает эти лучи в фокальное пятно, которое направлено на алюминиевую (медную) нагреваемую панель 20 для установки варочной посуды (не обозначена) в варочной камере 21 для приготовления пищи. Кухонный стол 9 с полой сферической варочной печью 10 также устанавливается на подвижной площадке 1 (фигура 1) таким образом, чтобы фокальное пятно находилось на внешней поверхности алюминиевой (медной) нагреваемой панели 20. Расположение фокального пятна по высоте определяется углом α установки овального концентратора 3 лучей солнечной радиации, выполненного в виде плосковыпуклой линзы, установленной под определенным углом α внутри световодной трубы 4 (фигура 1). Расстояние фокального пятна от центра овального концентратора 3 определяется по фокусному расстоянию f, которое рассчитывается по формуле , где D - диаметр параболоидного концентратора 3, d - его глубина. Техническая реализация заявленного устройства: оптически активный купол 5 изготавливается из акрилового стекла; полая световодная труба 4, криволинейного отражателя 8 параболоидного профиля и параболоидный концентратор 3 выполняются из алюминиевого листа толщиной 1 мм с зеркальной полировкой одной стороны или зеркальным напылением; полый усеченный сферический корпус 13 полой сферической варочной печи 10 и полая крышка 12 отливаются из алюминиевого сплава, причем толщина корпуса должна быть не менее 2-3 мм.; уплотнительное кольцо 18 изготовлено из термостойкой силиконовой резины; конструкция кухонного стола 9 выполнена из дерева твердой породы, верхняя крышка кухонного стола покрыта нержавеющей сталью толщиной 0,5 мм; в качестве теплоаккумулирующего материала применяется парафин 46-48; L-образное крепежное кольцо 2, выполненное из монолитного поликарбоната толщиной 3-4 мм, предназначено для крепления полой световодной трубы 4 к подвижной площадке 1 (фигура 1). На основании проведенных патентных исследований не обнаружено технических решений с совокупностью признаков и решаемых задач, схожих с заявляемым устройством, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию новизны принятых технических решений полезной модели. Таким образом, создана новая технологическая последовательность эффективного сбора, транспортировки и концентрации лучей солнечной радиации в виде фокального пятна на варочной посуде. Предлагаемая АСВП позволяет: повысить надежность функционирования варочной печи независимо от солнцестояния за счет созданной технологической цепочки сбора лучей солнечной радиации оптически активным куполом, затем транспортирования этих лучей по световодной трубе и далее на овальный концентратор, который образует постоянное неподвижное фокусное пятно на верхней поверхности алюминиевой (медной) нагреваемой панели, предназначенной для установки варочной посуды в варочной камере. Это повышает энергоэффективность и существенно отличает предложенную полезную модель от прототипа и цитированных аналогов.

Claims (4)

1. Автономная солнечная варочная печь (АСВП), содержащая концентратор лучей солнечной радиации, полую сферу варочной печи, откидывающуюся крышку, сквозное отверстие, обращенное в сторону концентратора, теплоизоляционный материал, отличающаяся тем, что наличие световодной трубы с оптически активным куполом обеспечивает транспортировку лучей солнечной радиации на овальный концентратор лучей солнечной радиации, причем овальный концентратор лучей солнечной радиации расположен под определенным углом α в нижней части световодной трубы, оптически активный купол состоит из сопряженных между собой плосковыпуклой линзы и продольных секторных плосковыпуклых линз, обеспечивающих направление лучей солнечной радиации в полую световодную трубу, круговой отражатель параболоидного профиля в поперечном сечении расположен напротив оптически активного купола в верхней части световодной трубы, полая сферическая варочная печь имеет корпус в виде усеченной сферы и полую крышку сферической формы, внутренние полости корпуса полой сферической варочной печи и полой крышки сферической формы заполнены парафином 46-48, используемым в качестве теплоаккумулирующего материала, наружная поверхность полой сферической варочной печи покрыта теплоизолирующей краской, внутренние поверхности полого усеченного сферического корпуса и полой крышки покрыты теплоотражающей фольгой, цилиндрический шарнир обеспечивает подвижное соединение полой крышки с полым усеченным сферическим корпусом, для удерживания полой крышки в открытом состоянии используется опорная дужка, алюминиевая (или медная) нагреваемая панель служит для установки варочной посуды для приготовления пищи в варочной камере, натяжной замок фиксирует полую крышку в закрытом состоянии; световодная труба с оптически активным куполом, кухонный стол с полой сферической варочной печью устанавливаются на подвижной площадке.

2. АСВП по п.1, отличающаяся тем, что конструкция кухонного стола выполнена из дерева твердой породы, верхняя крышка кухонного стола покрыта нержавеющей сталью толщиной 0,5мм.

3. АСВП по п.1, отличающаяся тем, что L-образное крепежное кольцо выполнено из монолитного поликарбоната толщиной 3-4 мм.

4. АСВП по п.1, отличающаяся тем, что уплотнительное кольцо изготовлено из термостойкой силиконовой резины и расположено между полым усеченным сферическим корпусом и полой сферической крышкой.