RU2545174C2 - Автономная энергоэффективная солнечная варочная печь - Google Patents

Abstract

Изобретение автономная энергоэффективная солнечная варочная печь (АЭСВП) относится к возобновляемым источникам энергии, в частности к непосредственному использованию энергии лучей солнечной радиации для приготовления и подогрева пищи в полевых и стационарных условиях. АЭСВП может быть использована в лагерях для летнего отдыха, придорожных кафе, коттеджах, индивидуальных домах сельской местности, в горных аулах, в различных объектах удаленного расположения и т.п. АЭСВП 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; параболоидный концентратор расположен под определенным углом α внутри световодной трубы в нижней ее части; продольный отражатель параболоидного профиля в поперечном сечении и расположенный 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, ее внутренняя полость также заполнена теплоаккумулирующим материалом (парафин 46-48); конусное отверстие расположено в корпусе печи со стороны параболоидного концентратора. Технический результат: АЭСВП не требует слежения за солнцем, проста в эксплуатации, имеет высокую эффективность прямого преобразования солнечной радиации в тепловую энергию. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение автономная энергоэффективная солнечная варочная печь (АЭСВП) относится к возобновляемым источникам энергии, в частности к непосредственному использованию энергии лучей солнечной радиации для приготовления и подогрева пищи в полевых и стационарных условиях. АЭСВП может быть использована: в лагерях для летнего отдыха, коттеджах, придорожных кафе, индивидуальных домах сельской местности, в горных аулах, и других объектах удаленного расположения. Известно изобретение [1] Солнечная печь, 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 [2], Гелиоэнергетическое устройство для термообработки продуктов относится к области гелиоэнергетики. Устройство предназначено для термообработки различных видов продукции в диапазоне температуры 50-300°C. 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 которой является применение высококачественного теплоизолирующего пеноматериала необходимой - 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 [3] или с частичной [4] тепловой изоляцией, следствием чего являются существенные тепловые потери с неизолированной поверхности последнего, кроме того, необходимо постоянно корректировать положение устройства по отношению к солнечным лучам. Известна конструкция гелиокухни, содержащая приемник излучения и связанный с ним посредством тяг концентратор с азимутально-зенитальной системой ориентации [5]. 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 [6], содержащая приемник излучения и связанный с ней посредством тяг концентратор с азимутально-зенитальной системой ориентации, причем 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, а 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, имеющей откидывающуюся крышку с фиксатором в закрытом положении, и внутри которой 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 гелиокухни 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 [6], как наиболее близкое по конструкции и техническому решению. Задачей изобретения является устранение действий по слежению за положением Солнца на небосводе; повышение эффективности теплового нагрева посуды для приготовления пищи. Решение поставленной задачи достигается тем, что солнечная радиация собирается оптически активным куполом и продольным отражателем параболоидного профиля в поперечном сечении, расположенным напротив оптически активного купола в верхней части световодной трубы; собранная таким образом солнечная радиация направляется в полую световодную трубу, которая транспортирует лучи солнечной радиации на параболоидное зеркало, установленное под определенным углом внутри световодной трубы; параболоидное зеркало играет роль концентратора лучей солнечной радиации; установленный под определенным углом α концентратор обеспечивает устойчивое нахождение фокального пятна на нижней части внешней поверхности варочной посуды независимо от солнцестояния на небосводе; внешняя поверхность посуды для приготовления и подогрева пищи имеет теплопоглощающее покрытие; полая сферическая варочная печь, покрытая теплоизоляционной краской, имеет вид усеченной сферической поверхности, а внутренняя поверхность покрыта теплоотражающей фольгой, причем полость заполнена теплоаккумулирующим материалом; полая сферическая варочная печь имеет корпус в виде усеченной сферы и полую крышку сферической формы, внутренняя полость которой также заполнена теплоаккумулирующим материалом, например парафин 46-48; наличие между корпусом полой сферической варочной печи и полой крышки сферической формы уплотнительного кольца и замка натяжного действия обеспечивает надежное прилегание полой крышки к полому усеченному сферическому корпусу. Состав и сущность изобретения показаны: на фигуре 1 - общий вид АЭСВП, на фигуре 2 - вид сверху АЭСВП; 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. АЭСВП состоит из следующих составных частей: подвижной площадки 1; L-образного крепежного кольца 2; параболоидного концентратора 3 лучей солнечной радиации, расположенного под определенным углом α в нижней части световодной трубы 4; оптически активного купола 5, состоящего из сопряженных между собой плосковыпуклой линзы 6 и продольных секторных плосковыпуклых линз 7; криволинейного отражателя 8 параболоидного профиля в поперечном сечении, расположенного напротив оптически активного купола в верхней части световодной трубы 4; кухонного стола 9; полой сферической варочной печи 10, наружная поверхность которой покрыта высокоселективным материалом; опорной дужки 11 для удерживания в открытом состоянии полой сферическая крышки 12 полой сферической варочной печи 10; полого усеченного сферического корпуса 13 полой сферической варочной печи 10; теплоотражающей фольги 14, которой покрыта внутренняя поверхность полого усеченного сферического корпуса 13 (фигура 5, п.б.); теплоаккумулирующего материала 15 на основе парафина 46-48, которым заполнены внутренние полости усеченного сферического корпуса 13 и полой сферической крышки 12; цилиндрического шарнира 16, обеспечивающего подвижное соединение полого усеченного сферического корпуса 13 и полой крышки 12; натяжного замка 17, фиксирующего полую сферическую крышку 12 в закрытом состоянии; уплотнительное кольцо 18, расположенное между полым усеченным сферическим корпусом 13 и полой сферической крышкой 12; конусного отверстия 19, расположенного напротив параболоидного концентратора 3 лучей солнечной радиации для прохода плотного потока лучей солнечной радиации в полости усеченного сферического корпуса 13, параболоидного концентратора 3, формирующего фокальное пятно в полости сферической варочной печи 10; алюминиевых или медных вставок 20 для регулирования высоты установки варочной посуды в варочной камере 21 сферической варочной печи 10. АЭСВП 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. Продольный криволинейный отражатель 8 (фигура 2) параболоидного профиля в поперечном сечении, расположенный напротив оптически активного купола 5 в верхней части световодной трубы 4, воспринимает лучи солнечной радиации и отражает их на оптически активный купол, причем угол раскрытия продольного криволинейного отражателя 8 для средней полосы России составляет 120°. Это позволяет увеличить количество лучей солнечной радиации, попадающих в полую световодную трубу 4, что увеличивает энергоэффективность АЭСВП. Лучи солнечной радиации, многократно отражаясь от внутренней зеркальной поверхности полой световодной трубы 4, направляются на поверхность параболоидного концентратора 3 лучей солнечной радиации. Параболоидный концентратор 3 лучей солнечной радиации собирает эти лучи в фокальное пятно, которое направлено на нижнюю часть варочной посуды, установленной в варочной камере 21 для приготовления пищи. Кухонный стол 9 с полой сферической варочной печью 10 также устанавливается на подвижной площадке 1 таким образом, чтобы фокальное пятно находилось в нижней части варочной посуды. Расположение фокального пятна по высоте определяется углом α установки параболоидного концентратора 3 (фигура 1). Расстояние фокального пятна от центра параболоидного концентратора 3 определяется по фокусному расстоянию f, которое рассчитывается по формуле f=D/16d, где D - диаметр параболоидного концентратора 3, d - его глубина (фигура 1). Техническая реализация заявленного устройства: оптически активный купол изготавливается из акрилового стекла; полая световодная труба 4, криволинейный отражатель 8 параболоидного профиля и параболоидный концентратор 3 выполняются из алюминиевого листа толщиной 3-4 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 3-4 мм; 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 выполнено из монолитного поликарбоната толщиной 3-4 мм, предназначено для крепления полой световодной трубы 4 к подвижной площадке 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 изобретения. Предлагаемая АЭСВП позволяет повысить надежность функционирования варочной печи независимо от солнцестояния путем использования световодной трубы с оптически активным куполом для транспортировки лучей солнечной радиации на параболоидный концентратор, который образует постоянное неподвижное фокусное пятно в варочной печи, не зависимое от солнцестояния. Это повышает энергоэффективность и существенно отличает предложенную автономную солнечную варочную печь от прототипа и цитированных аналогов.

Источники информации

1. Солнечная печь, патент RU 2412404 C1, F24J 2/02, F24J 2/52, от 20/02/2011.

2. Гелиоэнергетическое устройство для термообработки продуктов, патент RU 2271502 C2 F24J 2/02, F26B 3/28, от 10.03.2006.

3. Нагревательное устройство с использованием солнечной энергии, авторское свидетельство СССР N 167986, кл. F24J 2/40, 1965.

4. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. М.: Энергоатомиздат, 1991, с.115.

5. Устройство для использования солнечной энергии, авторское свидетельство СССР N 338759, кл. F24J 2/40, 1972.

6. Гелиокухня, патент RU 2075707 C1, F24J 2/42, F24J 2/52, от 20.03.1997.

Claims (3)

1. Автономная энергоэффективная солнечная варочная печь (АЭСВП), содержащая параболоидный концентратор лучей солнечной радиации, полую сферическую варочную печь, полую сферическую крышку, конусное отверстие, обращенное в сторону концентратора, теплоаккумулирующий материал, отличающаяся тем, что наличие световодной трубы с оптически активным куполом обеспечивает транспортировку лучей солнечной радиации на параболоидный концентратор лучей солнечной радиации, причем параболоидный 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, криволинейный отражатель имеет параболоидный профиль в поперечном сечении, 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 теплоаккумулирующим материалом на основе парафина 46-48, наружная поверхность полой сферической варочной печи покрыта теплоизолирующей краской, внутренняя поверхность полого усеченного сферического корпуса покрыта теплоотражающей фольгой, опорная дужка, световодная труба с оптически активным куполом, кухонный стол установлены на подвижной площадке, конструкция кухонного стола выполнена из дерева твердой породы, верхняя поверхность крышки кухонного стола покрыта нержавеющей сталью толщиной 0,5 мм, профильное крепежное кольцо выполнено из монолитного поликарбоната толщиной 3-4 мм, уплотнительное кольцо расположено между полым усеченным сферическим корпусом и полой сферической крышкой.

2. АЭСВП по п.1, отличающаяся тем, что для регулирования высоты установки варочной посуды в варочной камере сферической варочной печи применяются алюминиевые или медные вставки.

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

Images