WO2015075287A1 - Horno solar - Google Patents

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WO2015075287A1
WO2015075287A1 PCT/ES2014/070843 ES2014070843W WO2015075287A1 WO 2015075287 A1 WO2015075287 A1 WO 2015075287A1 ES 2014070843 W ES2014070843 W ES 2014070843W WO 2015075287 A1 WO2015075287 A1 WO 2015075287A1
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solar
metal plate
plate
solar radiation
cavity
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PCT/ES2014/070843
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Inventor
Antonio Lecuona Neumann
Pedro Acisclo RODRÍGUEZ AUMENTE
José Ignacio NOGUEIRA GORIBA
Manuel SANTOS RODRÍGUEZ
Original Assignee
Universidad Carlos Iii De Madrid
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    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/30—Solar heat collectors for heating objects, e.g. solar cookers or solar furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S25/00—Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules
    • F24S25/10—Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules extending in directions away from a supporting surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S60/10—Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors using latent heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Definitions

  • the object of the present invention is an improved solar oven that allows cooking, heating or thermally processing outdoors, even in conditions of low solar radiation, such as in the morning and in the afternoon.
  • Direct furnaces concentrate solar energy directly on a cavity where the consumable charge is found, for example by mirrors or the like. Although they are fast functioning, they have the disadvantage that they must be reoriented frequently, and there is also a risk of burns in the area where the sun's rays are concentrated.
  • Indirect ovens have an intermediate means to transport, and eventually store, the heat of the sun and transmit it to the consumable load.
  • Indirect furnaces are mainly formed by a solar energy sensing element, a conveying fluid and / or accumulator of said energy, and a cavity to which said heat energy is transmitted to heat the consumable load in question.
  • these ovens have the disadvantage that they are complex and expensive due to the need to handle a high temperature fluid.
  • a frequent configuration of solar furnaces is a "box" structure, where the collection element covers one side of the cavity to be heated, which has an essentially parallelepipedic shape.
  • furnaces with this compact "box” configuration have the disadvantage that they do not capture enough solar energy to function properly in times of low radiation, such as in the morning or in the afternoon or in cloudy periods.
  • the present invention describes a new solar oven that solves the above problems thanks to a new configuration that maximizes the surface of the collector and optimizes and simplifies the transmission of heat energy to the heating cavity of the load.
  • the solar furnace of the invention fundamentally comprises the following elements: - A first transparent outer plate, or of high transmissivity of the incident global solar radiation and of low transmissivity to infrared radiation.
  • a cavity or heating box having a side formed by a portion of the metal plate with high absorptivity of solar radiation and low emission of its own infrared radiation, another side equipped with a thermally insulating door to introduce a load to be heated , and some remaining sides formed by metal walls in thermal contact with the metal plate of high absorptivity of the incident solar radiation and of low emission of the own infrared radiation.
  • the furnace of the invention has an absorption surface much larger than the surface that constitutes the sides of the heating cavity. This larger area allows a greater amount of radiation to be collected to provide service during daylight hours in which current "box" type ovens do not work properly, such as in the morning or in the afternoon or during cloudy periods.
  • the metal plate of high absorptivity of solar radiation is inclined between 20 ° and 60 ° in relation to the horizontal so as to be favorably oriented to the elevation of the sun on the horizon at moderately high, medium and low geographical latitudes.
  • the metal plate with high absorptivity of solar radiation has an average thickness greater than that of the furnaces known so far to increase its heat accumulation capacity and at the same time allow heat conduction through it with low losses Of temperature.
  • the furnace of the invention stores a large amount of heat during the day that it can then supply, even at dusk and night.
  • the average thickness of the high absorptive metal plate is between 0.5 cm and 1.5 cm, more preferably between 0.8 cm and 1.2 cm. This thickness may be greater in the area of the plate that constitutes a side wall of the heating cavity and lower near the periphery.
  • the furnace in order to maximize the amount of heat accumulated during the day, also comprises at least one accumulation cavity located between the high radiation absorptive metal plate and the insulating coating, which is filled with a heat accumulating material and in thermal contact with said high absorptivity plate.
  • This cavity can cover the entire space on the back side of the high absorptive metal plate that is not illuminated by the sun, or only a part of it.
  • the heat accumulator material can be, for example, sand, gravel, metal debris, concrete or oil, or a phase change material (Phase Change Material, PCM) having a temperature of change of adequate phase higher than 70 ° C: with these materials, in addition to a sensible heat accumulation a latent accumulation is obtained.
  • phase change material Phase Change Material, PCM
  • paraffins, inorganic salts, alcohol sugars such as erythritol, etc. can be used.
  • the phase change materials can have thermal conduction promoters inside them, such as powders, shavings, chips, fins, rods, plates or highly conductive materials, including nanoparticles.
  • the solar oven comprises reinforcing elements between the metal plate of high absorptivity of the solar radiation and the insulating coating that are thermally conductive to facilitate the conduction of heat to the heating cavity, to the heat accumulating material, or both. These would be elements like nerves that exert a first function of mechanical support and a second function of heat transfer from the high absorptive metal plate to the heat accumulating material, which in turn gives it to the cavity of accumulation or directly to the heating cavity.
  • the solar oven of the invention further comprises a conduit provided with an inlet connection and an outlet connection that passes through the accumulation cavity filled with a heat accumulating material, or is in contact with the plate High absorptive metal to heat water and service it.
  • the inlet connection can have a valve to regulate the flow of water, while at the outlet a mixing valve can be arranged to regulate its temperature and also regulate the supply.
  • This water circuit may have safety elements to avoid burns due to excess water temperature, possibly complemented by safety elements that prevent excess pressure.
  • the oven of the invention not only allows cooking, heating or keeping hot food or processing materials or devices that constitute the charge only with solar radiation, but also hot water can be used for personal hygiene, cleaning of utensils , etc.
  • the post it will have a height such that the heating cavity is located at a comfortable height to handle the load, either with the user in a standing or sitting position.
  • the furnace body formed by the high absorptive metal plate, the high transmissivity plates, the insulating coating and the heating cavity will act as a sunshade to protect the user from sunlight.
  • the pole is rotatable about its axis in such a way that it allows the metal plate of high absorptivity of the solar radiation to be oriented towards the sun according to the azimuth position in which it is during the day.
  • the rotating post may further comprise a user-actuated rotation blocking element.
  • the post is thermally insulated from the heating cavity and other hot elements. This prevents heat losses and possible user burns when trying to orient the oven or simply touch it.
  • This new oven is basically the following.
  • Solar radiation passes through the first and second respectively internal and external plates of high transmissivity to incident solar radiation and low transmissivity to infrared radiation, which can be made for example of glass or plastic with low radiation absorption.
  • One or both plates can amplify the resulting greenhouse coatings, on one or both sides to enhance the collection and accumulation of heat energy from the sun.
  • the metal plate of high absorptivity whose surface can also be treated to absorb the sun's rays as well as possible and to emit the least amount of spontaneous thermal radiation.
  • it may be blackened, have another suitable coating, or even a selective surface of the type that emits very little in infrared and absorbs a large proportion of visible light.
  • the air or inert gas chambers between the high transmissivity plates and the high absorptive metal plate serve as an insulator to prevent heat from escaping by conduction and convection of the high absorptive metal plate.
  • the thickness of the high absorptive metal plate is of the order of one centimeter to allow a greater accumulation of heat energy and greater conduction thereof to the heating cavity.
  • the inclination of the highly absorptive metal plate As mentioned above, it is a fixed inclination of between 20 ° and 60 ° in relation to the horizontal depending on the latitude of the place of use. This slope also makes it easier for water, snow, hail, or other atmospheric phenomena to drain themselves from the furnace catchment surface.
  • the heat captured by the high absorptive metal plate then passes through conduction to the heating cavity.
  • a part of the surface of the highly absorptive metal plate constitutes one side of the heating cavity, the rest of the sides of this heating cavity being except the door formed by a metallic material that is intimately joined (for example, by welding, riveted, screwed, or others) to said metal plate of high absorptivity.
  • the entire assembly is insulated by an insulating coating (except for the collection area where the high transmissivity plates are located), the heat thus conducted from the high absorptive metal plate is concentrated in the heating cavity causing it to reach temperatures elevated enough to cook, heat, keep warm or process normally.
  • the furnace also has an accumulation cavity between the metal plate of high absorptivity and the insulating coating filled with a heat accumulating material, part of the heat that is absorbed through the metal plate of high absorptivity passes to said material accumulator causing it to raise its temperature. It is thus possible to greatly increase the heat capacity of the furnace of the invention, lengthening the hours of potential use thereof, since the heat accumulated by this heat accumulating material passes into the heating cavity through its walls.
  • the user can orient the metal absorptive plate simply by rotating the pole and immobilizing it with the locking means in the most appropriate position at all times. If the heat received from the sun is excessive, the user can remove the orientation of the high absorptive plate from the direction of the sun.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section of an example of an oven according to the invention.
  • Fig. 1 shows a section of the oven (1) where the different parts that compose it are appreciated.
  • the sun's rays enter the oven (1) through the first high transmissivity outer plate (2) and the second high transmissivity inner plate (3), which in this example are made of glass, until reaching the high absorptive metal plate (4), which can be made for example of ferrous alloy , aluminum alloy, or pure aluminum.
  • the high transmissivity plates (2, 3) and the high absorptive metal plate (4) are parallel or quasi-parallel and are supported by a frame.
  • the surface of the high absorptive plate (4) can be between 1 m 2 and 4 m 2 and that its average thickness can be approximately 1 cm, it is obtained that the volume of the metallic plate (4) can be around 10-40 liters of metallic material, enough to accumulate a significant amount of heat.
  • the heating cavity (5) where the heating of the load is carried out and an accumulation cavity (9) filled with a heat accumulating material, the assembly being supported by a frame and protected by a coating (7) of insulating material. It can be seen how the surface of the high absorptive plate (4) that constitutes a side wall of the heating cavity (5) is much smaller than the total surface of said high absorptive plate (4). This allows to capture a much greater amount of heat than in conventional furnaces (1), improving their performance.
  • the heat passes from the heat accumulator material stored in the accumulation cavity (9) and the high absorptive plate (4) to the heating cavity (5) through the plate itself (4) and the metal walls that make up the rest of the walls of the heating cavity (5), since said walls are in contact with the metal plate (4) and with the heat accumulator material of the accumulation cavity (9).
  • the insulating coating (7) prevents heat from escaping outside the oven (1), thus accumulating inside the heating cavity (5).
  • the heating cavity (5) has a door (6) with differentiated thermal insulation to allow its opening, and even the door (6) can be transparent to allow observing the evolution of the heated mass.
  • the cavity (9) of accumulation where the accumulator material is stored has a conduit (10) of fluid flowing through it.
  • water can be introduced into the conduit (10) through a regulating valve (16) arranged in the inlet connection and obtain hot water at the outlet (not shown in the figure).
  • this conduit may be adhered to the plate (4) of high absorptivity.
  • a vertical post (8) supports the assembly so that the high absorptive plate (4) forms a fixed angle between 20 ° and 60 ° with the horizontal, according to the latitude at which the oven is installed.
  • This post (8) can be fully adhered to the heating cavity (5), both by its bottom and by its side walls, or partially adhered to the heating cavity (5), the rest being adhered to the high plate absorptive, to achieve adequate strength.
  • the heating cavity (5) and, where appropriate, the high absorptive plate (4) is thermally insulated from the post (8) by means of a thermal insulating element (15) to avoid heat losses and possible burns to the user .
  • the post (8) is also rotatable around its axis thanks to the joint (12) so that the user orients the plate (4) of high absorptivity as needed at any time, being able to fix it in that position thanks to the means (11) Turn lock.
  • the post (8) can be simply nailed to the ground, or be provided with a foundation base (13) or the like. In this example, the post (8) also has a shelf (14) or the like to deposit objects.

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Abstract

La invención describe un horno solar que comprende: unas primera y segunda placas (2, 3) de alta transmisividad separadas por una cámara de aire; una placa (4) metálica separada por una cámara de aire de la segunda placa (3);una cavidad (5) de calentamiento con un lado formado por una porción de la placa (4), otro lado dotado de una puerta (6), y unos lados restantes formados por paredes metálicas en contacto térmico con la placa (4) metálica, donde la placa (4) tiene una superficie de absorción mucho mayor que la superficie que constituyen los lados de dicha cavidad (5); un recubrimiento (7) aislante que rodea los laterales y la parte posterior de las placas (2, 3) y de la placa (4) y también las paredes de la cavidad (5); y un poste (8) vertical de fijación al terreno.

Description

HORNO SOLAR
DESCRIPCIÓN OBJETO DE LA INVENCIÓN
El objeto de la presente invención es un horno solar mejorado que permite cocinar, calentar o procesar térmicamente al aire libre, incluso en condiciones de baja radiación solar, como por ejemplo por la mañana y por la tarde.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los hornos o cocinas solares que funcionan con energía solar son conocidos desde hace tiempo, y pueden clasificarse principalmente en directos e indirectos.
Los hornos directos concentran la energía solar directamente sobre una cavidad donde se encuentra la carga consumible, por ejemplo mediante espejos o similares. Aunque son de funcionamiento rápido, presentan el inconveniente de que deben ser reorientados frecuentemente, y además existe riesgo de quemaduras en la zona donde se concentran los rayos solares.
Los hornos indirectos tienen un medio intermedio para trasportar, y eventualmente almacenar, el calor del sol y trasmitirlo a la carga consumible. Los hornos indirectos están formados fundamentalmente por un elemento captador de la energía solar, un fluido trasportador y/o acumulador de dicha energía, y una cavidad a la que se transmite dicha energía calorífica para calentar la carga consumible en cuestión. Sin embargo, estos hornos tienen la desventaja de que resultan complejos y costosos debido a la necesidad de manejar un fluido a alta temperatura. Una configuración frecuente de los hornos solares es una estructura de "caja", donde el elemento de captación cubre un lado de la cavidad a calentar, que tiene una forma esencialmente paralelepipédica. Sin embargo, los hornos con esta configuración compacta en "caja" presentan el inconveniente de que no captan suficiente energía solar como para funcionar adecuadamente en momentos de baja radiación, como por ejemplo por las mañanas o por las tardes o en periodos nubosos. DESCRIPCION DE LA INVENCION
La presente invención describe un nuevo horno solar que resuelve los problemas anteriores gracias a una nueva configuración que maximiza la superficie del captador y optimiza y simplifica la transmisión de la energía calorífica hacia la cavidad de calentamiento de la carga.
El horno solar de la invención comprende fundamentalmente los siguientes elementos: - Una primera placa externa transparente, o de alta transmisividad de la radiación global solar incidente y de baja transmisividad a la radiación infrarroja.
- Una segunda placa interna transparente, o de alta transmisividad a la radiación solar incidente y de baja transmisividad a la radiación infrarroja separada por una cámara de aire o gas inerte de la primera placa externa de alta transmisividad a la radiación solar incidente y de baja transmisividad a la radiación infrarroja.
- Una placa metálica absorbente, o de alta absortividad de la radiación solar y de baja emisividad de la radiación infrarroja propia, separada por una cámara de aire o gas inerte de la segunda placa interna de alta transmisividad a la radiación solar incidente y de baja transmisividad a la radiación infrarroja.
- Una cavidad o caja de calentamiento que tiene un lado formado por una porción de la placa metálica de alta absortividad de la radiación solar y de baja emisión de la radiación infrarroja propia, otro lado dotado de una puerta térmicamente aislante para introducir una carga a calentar, y unos lados restantes formados por paredes metálicas en contacto térmico con la placa metálica de alta absortividad de la radiación solar incidente y de baja emisión de la radiación infrarroja propia.
- Un recubrimiento aislante que rodea los laterales y la parte posterior de las placas de alta transmisividad y de la placa metálica alta absortividad de la radiación solar y las paredes de la cavidad de calentamiento.
- Un poste vertical de fijación al terreno. Una importante ventaja del horno de la invención es que la placa metálica de alta absortividad de la radiación solar tiene una superficie de absorción mucho mayor que la superficie que constituye los lados de la cavidad de calentamiento. Esta mayor superficie permite captar mayor cantidad de radiación para proporcionar servicio en horas del día en las que los hornos de tipo "caja" actuales no funcionan adecuadamente, como por la mañana o por la tarde o durante periodos nubosos. Preferentemente, la placa metálica de alta absortividad de la radiación solar está inclinada entre 20° y 60° con relación a la horizontal para así quedar orientada favorablemente a la elevación del sol en el horizonte en latitudes geográficas moderadamente altas, medias y bajas. Además, preferentemente la placa metálica de alta absortividad de la radiación solar tiene un espesor medio mayor que el de los hornos conocidos hasta ahora para aumentar su capacidad de acumulación de calor y a la vez permitir una conducción del calor a través de la misma con bajas pérdidas de temperatura. De ese modo, el horno de la invención almacena una gran cantidad de calor durante el día que luego puede suministrar, incluso por el atardecer y la noche. Preferentemente, el espesor medio de la placa metálica de alta absortividad está entre 0,5 cm y 1 ,5 cm, más preferentemente entre 0,8 cm y 1 ,2 cm. Este espesor puede ser mayor en la zona de la placa que constituye una pared lateral de la cavidad de calentamiento e inferior cerca de la periferia. En otra realización preferida de la invención, para maximizar la cantidad de calor acumulada durante el día el horno comprende además al menos una cavidad de acumulación situada entre la placa metálica de alta absortividad de la radiación solar y el recubrimiento aislante, la cual está llena de un material acumulador de calor y en contacto térmico con dicha placa de alta absortividad. Esta cavidad puede cubrir todo el espacio del lado posterior de la placa metálica de alta absortividad que no está iluminado por el sol, o bien sólo una parte del mismo.
En cuanto al material acumulador de calor, puede tratarse, por ejemplo, de arena, gravilla, restos metálicos, hormigón o aceite, o bien puede utilizarse un material de cambio de fase (Phase Change Material, PCM) que tenga una temperatura de cambio de fase adecuada superior a 70 °C: con estos materiales, además de una acumulación sensible del calor se obtiene una acumulación latente. Por ejemplo, se pueden utilizar parafinas, sales inorgánicas, azúcares de alcohol como el eritritol, etc. Los materiales de cambio de fase pueden tener en sus interiores promotores de la conducción térmica, como polvos, virutas, astillas, aletas, varillas, placas o materiales altamente conductores, incluso nanopartículas. En una realización preferida, el horno solar comprende unos elementos de refuerzo entre la placa metálica de alta absortividad de la radiación solar y el recubrimiento aislante que son térmicamente conductores para facilitar la conducción del calor a la cavidad de calentamiento, al material acumulador de calor, o a ambos. Se trataría de unos elementos a modo de nervios que ejercen una primera función de soporte mecánico y una segunda función de trasmisión de calor desde la placa metálica de alta absortividad hacia el material acumulador de calor, que a su vez se lo cede a la cavidad de acumulación o directamente a la cavidad de calentamiento. En otra realización preferida, el horno solar de la invención comprende además un conducto dotado de una conexión de entrada y una conexión de salida que pasa a través la cavidad de acumulación rellena de un material acumulador de calor, o bien está en contacto con la placa metálica de alta absortividad para calentar agua y dar servicio con ella. La conexión de entrada puede tener una válvula para regular el flujo de agua, mientras que en la salida puede disponerse una válvula mezcladora para poder regular su temperatura y además regular el suministro. Este circuito de agua puede disponer de elementos de seguridad para evitar quemaduras por exceso de temperatura del agua eventualmente complementados con elementos de seguridad que eviten un exceso de presión. De ese modo, el horno de la invención no sólo permite cocinar, calentar o mantener calientes alimentos o procesar materiales o dispositivos que constituyan la carga únicamente con la radiación solar, sino que también se puede utilizar el agua caliente para higiene personal, limpieza de utensilios, etc.
En cuanto al poste, tendrá una altura tal que la cavidad de calentamiento quede radicada a una altura cómoda para manipular la carga, ya sea con el usuario en posición de pie o sentada. Además, el cuerpo del horno formado por la placa metálica de alta absortividad, las placas de alta transmisividad, el recubrimiento aislante y la cavidad de calentamiento actuarán como parasol para proteger al usuario de los rayos solares. Preferentemente, el poste es giratorio alrededor de su eje de tal modo que permite orientar la placa metálica de alta absortividad de la radiación solar en dirección al sol según la posición de acimut en que éste se encuentre durante el día. Además, para evitar que el viento u otra fuerza haga girar el horno de la invención y lo aparte de su orientación idónea, el poste giratorio puede comprender además un elemento de bloqueo del giro accionable por el usuario. Por otro lado, preferiblemente el poste está térmicamente aislado de la cavidad de calentamiento y del resto de elementos calientes. Se evitan así pérdidas de calor y posibles quemaduras del usuario cuando trata de orientar el horno o simplemente lo toca.
El funcionamiento de este novedoso horno es básicamente el siguiente. La radiación solar atraviesa las primera y segunda placas respectivamente interna y externa de alta transmisividad a la radiación solar incidente y baja transmisividad a la radiación infrarroja, que pueden estar hechas por ejemplo de vidrio o de plástico con una baja absorción de la radiación. Una o ambas placas pueden amplificar el resultante efecto invernadero recubrimientos, en una o en ambas caras para potenciar la captación y acumulación de energía calorífica procedente del sol.
Después, la radiación solar incide sobre la placa metálica de alta absortividad, cuya superficie también puede estar tratada para absorber los rayos solares lo mejor posible y para emitir la menor cantidad de radiación térmica espontánea. Por ejemplo, puede estar ennegrecida, tener otro recubrimiento adecuado, o incluso ter una superficie selectiva del tipo de las que emiten muy poco en infrarrojo y absorben una gran proporción de la luz visible. Las cámaras de aire o gas inerte que hay entre las placas de alta transmisividad y la placa metálica de alta absortividad sirven de aislante para evitar que el calor escape por conducción y convección de la placa metálica de alta absortividad. En definitiva, hasta aquí se trata de una configuración similar a las de las placas solares de calentamiento, con la importante diferencia de que en el horno de la invención el grosor de la placa metálica de alta absortividad es del orden de un centímetro para permitir una mayor acumulación de energía calorífica y una mayor conducción de la misma a la cavidad de calentamiento.
En cuanto a la inclinación de la placa metálica de alta absortividad, como se ha comentado anteriormente es una inclinación fija de entre 20° y 60° con relación a la horizontal dependiendo de la latitud del lugar de uso. Esta pendiente facilita además que el agua, nieve, granizo, u otros fenómenos atmosféricos se escurran por sí mismos de la superficie de captación del horno.
El calor captado por la placa metálica de alta absortividad pasa a continuación por conducción hacia la cavidad de calentamiento. Para ello, como se ha descrito, una parte de la superficie de la placa metálica de alta absortividad constituye un lado de la cavidad de calentamiento, estando el resto de lados de esta cavidad de calentamiento excepto la puerta formados por un material metálico que está íntimamente unido (por ejemplo, por soldadura, remachado, atornillado, u otras) a dicha placa metálica de alta absortividad.
Al estar todo el conjunto aislado por un recubrimiento aislante (excepto por la zona de captación donde se encuentran las placas de alta transmisividad), el calor así conducido desde la placa metálica de alta absortividad se concentra en la cavidad de calentamiento haciendo que ésta alcance temperaturas lo suficientemente elevadas como para cocinar, calentar, mantener caliente o procesar normalmente.
En caso de que el horno tenga además una cavidad de acumulación entre la placa metálica de alta absortividad y el recubrimiento aislante llena de un material acumulador del calor, parte del calor que se absorbe a través de la placa metálica de alta absortividad pasa a dicho material acumulador haciendo que eleve su temperatura. Se consigue así aumentar enormemente la capacidad calorífica del horno de la invención, alargando las horas de uso potencial del mismo, ya que el calor acumulado por este material acumulador de calor pasa a la cavidad de calentamiento a través de sus paredes.
A medida que el sol se va desplazando, el usuario puede orientar la placa metálica de absortividad simplemente haciendo girar el poste e inmovilizándolo con el medio de bloqueo en la posición más adecuada en cada momento. Si el calor recibido del sol es excesivo, el usuario puede apartar la orientación de la placa de alta absortividad de la dirección del sol.
Además, en caso de que sea necesario agua caliente, no hay más que conectar una entrada de agua a la conexión de entrada del conducto que está en contacto térmico con la placa de alta absortividad o con el material acumulador, caso de estar éste implementado, obteniéndose agua ya caliente a la salida.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Fig. 1 muestra una sección longitudinal de un ejemplo de horno de acuerdo con la invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Se describe a continuación una realización preferida de la invención haciendo referencia a la figura adjunta. La Fig. 1 muestra una sección del horno (1) donde se aprecian las diferentes partes que lo componen. Los rayos solares entran en el horno (1) a través de la primera placa (2) exterior de alta transmisividad y la segunda placa (3) interior de alta transmisividad, que en este ejemplo son de vidrio, hasta llegar a la placa (4) metálica de alta absortividad, que puede estar hecha por ejemplo de aleación férrea, aleación de aluminio, o aluminio puro. Como se aprecia en la Fig. 1 , las placas (2, 3) de alta transmisividad y la placa (4) metálica de alta absortividad son paralelas o cuasi-paralelas y están soportadas por un marco. Teniendo en cuenta que la superficie de la placa (4) de alta absortividad puede estar entre 1 m2 y 4 m2 y que su espesor medio puede ser de aproximadamente 1 cm, se obtiene que el volumen de la placa (4) metálica puede estar en torno a 10-40 litros de material metálico, suficiente para acumular una cantidad importante de calor.
Detrás de la placa (4) de alta absortividad se encuentra la cavidad (5) de calentamiento donde se realiza el calentamiento de la carga y una cavidad (9) de acumulación llena de un material acumulador de calor, estando el conjunto soportado por un marco y protegido por un recubrimiento (7) de material aislante. Se aprecia cómo la superficie de la placa (4) de alta absortividad que constituye una pared lateral de la cavidad (5) de calentamiento es mucho menor que la superficie total de dicha placa (4) de alta absortividad. Esto permite captar una cantidad de calor mucho mayor que en los hornos (1) de caja convencionales, mejorando sus prestaciones. El calor pasa del material acumulador de calor almacenado en la cavidad (9) de acumulación y la placa (4) de alta absortividad hacia la cavidad de calentamiento (5) a través de la propia placa (4) y de las paredes metálicas que conforman el resto de paredes de la cavidad (5) de calentamiento, ya que dichas paredes están en contacto con la placa (4) metálica y con el material acumulador de calor de la cavidad (9) de acumulación. El recubrimiento (7) aislante impide que el calor escape al exterior del horno (1), acumulándose así en el interior de la cavidad (5) de calentamiento.
La cavidad (5) de calentamiento dispone de una puerta (6) con aislamiento térmico diferenciado para permitir su apertura, e incluso la puerta (6) puede ser transparente para permitir observar la evolución de la masa calentada Además, en este ejemplo concreto la cavidad (9) de acumulación donde se encuentra almacenado el material acumulador presenta un conducto (10) de fluido que la atraviesa. De ese modo, se puede introducir agua en el conducto (10) a través de una válvula (16) de regulación dispuesta en la conexión de entrada y obtener agua caliente a la salida (no mostrada en la figura). Alternativamente, este conducto puede estar adherido a la placa (4) de alta absortividad. Un poste (8) vertical soporta el conjunto de manera que la placa (4) de alta absortividad forma un ángulo fijo de entre 20° y 60° con la horizontal, según la latitud a la que esté instalado el horno. Este poste (8) puede estar totalmente adherido a la cavidad (5) de calentamiento, tanto por su fondo como por sus paredes laterales, o bien parcialmente adherido a la cavidad (5) de calentamiento, quedando el resto adherido a la placa de alta absortividad, para lograr la solidez adecuada. En cualquier caso, la cavidad (5) de calentamiento y en su caso la placa (4) de alta absortividad está aislada térmicamente del poste (8) mediante un elemento (15) de aislamiento térmico para evitar pérdidas de calor y posibles quemaduras al usuario. El poste (8) además es giratorio alrededor de su eje gracias a la articulación (12) para que el usuario oriente la placa (4) de alta absortividad según se necesite en cada momento, pudiendo fijarlo en dicha posición gracias al medio (11) de bloqueo de giro. El poste (8) puede estar simplemente clavado en la tierra, o bien estar dotado de una base (13) de cimentación o similar. En este ejemplo, el poste (8) también tiene una repisa (14) o similar para depositar objetos.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Horno (1) solar que comprende:
- una primera placa (2) externa transparente para la radiación solar;
- una segunda placa (3) interna transparente para la radiación solar separada por una cámara de aire o gas inerte de la primera placa (2) externa transparente;
- una placa (4) metálica absorbente de la radiación solar separada por una cámara de aire o gas inerte de la segunda placa (3) interna transparente;
- una cavidad (5) de calentamiento que tiene un lado formado por una porción de la placa (4) metálica absorbente de la radiación solar, otro lado dotado de una puerta (6) térmicamente aislante para introducir una carga a calentar, y unos lados restantes formados por paredes metálicas en contacto térmico con la placa (4) metálica absorbente de la radiación solar, donde la placa (4) metálica absorbente de la radiación solar tiene una superficie de absorción mucho mayor que la superficie que constituyen los lados de dicha cavidad (5) de calentamiento;
- un recubrimiento (7) aislante que rodea los laterales y la parte posterior de las placas (2, 3) transparentes y de la placa (4) metálica absorbente de la radiación solar y también las paredes de la cavidad (5) de calentamiento; y
- un poste (8) vertical de fijación al terreno.
2. Horno (1) solar de acuerdo con la reivindicación 1 , donde la placa (4) metálica absorbente de la radiación solar tiene un espesor medio de entre 0,5 cm y 1 ,5 cm.
3. Horno (1) solar de acuerdo con la reivindicación 2, donde la placa (4) metálica absorbente de la radiación solar tiene un espesor medio de entre 0,8 cm y 1 ,2 cm.
4. Horno (1) solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la placa (4) metálica absorbente tiene un espesor mayor en la zona que constituye un lado de la cavidad (5) de calentamiento.
5. Horno (1) solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende una cavidad (9) de acumulación llena de un material acumulador de calor situada entre la placa (4) metálica absorbente de la radiación solar y el recubrimiento (7) aislante y en contacto térmico con dicha placa (4) metálica absorbente.
6. Horno (1) de acuerdo con la reivindicación 5, donde el material acumulador de calor se elige entre: arena, gravilla, restos metálicos, hormigón o aceite.
7. Horno (1) de acuerdo con la reivindicación 5, donde el material acumulador de calor es un material de cambio de fase.
8. Horno (1) de acuerdo con la reivindicación 7, donde el material de cambio de fase además comprende promotores de la conducción térmica.
9. Horno (1) solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-8, que además comprende un conducto (10) dotado de una conexión de entrada y una conexión de salida que se encuentra en contacto con la placa (4) absorbente o que pasa a través la cavidad (9) de acumulación llena de un material acumulador de calor para calentar agua.
10. Horno (1) solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-9, que además comprende unos elementos separadores de refuerzo entre la placa (4) metálica absorbente de la radiación solar y el recubrimiento (7) aislante que son térmicamente conductores para facilitar la conducción del calor al material acumulador de calor dispuesto en la cavidad (9) de acumulación y/o a la cavidad (5) de calentamiento.
11. Horno (1) solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el poste (8) es giratorio alrededor de su eje para permitir la orientación de la placa (4) metálica absorbente de la radiación solar.
12. Horno (1) solar de acuerdo con la reivindicación 11 , donde el poste (8) giratorio además comprende un elemento (11) de bloqueo del giro accionable por el usuario.
13. Horno (1) solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el poste (8) está térmicamente aislado de la cavidad (5) de calentamiento.
14. Horno (1) solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la placa (4) metálica absorbente de la radiación solar está inclinada entre 20° y 60° con relación a la horizontal.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105526715A (zh) * 2016-01-18 2016-04-27 云南经济管理学院 一种便携式太阳灶

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3545890A1 (de) * 1985-12-23 1987-07-02 Fraunhofer Ges Forschung Solarherd
ES2207410A1 (es) * 2002-11-08 2004-05-16 Javier Samalea Perez Dispositivo de captacion de la radiacion solar, para cocinado y calentamiento de productos.
US20110206818A1 (en) * 2010-02-19 2011-08-25 Arlus Walters Solar Oven and Method of Solar Cooking

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3545890A1 (de) * 1985-12-23 1987-07-02 Fraunhofer Ges Forschung Solarherd
ES2207410A1 (es) * 2002-11-08 2004-05-16 Javier Samalea Perez Dispositivo de captacion de la radiacion solar, para cocinado y calentamiento de productos.
US20110206818A1 (en) * 2010-02-19 2011-08-25 Arlus Walters Solar Oven and Method of Solar Cooking

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105526715A (zh) * 2016-01-18 2016-04-27 云南经济管理学院 一种便携式太阳灶

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