АВТОНОМНАЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ СОЛНЕЧНАЯ ВАРОЧНАЯ ПЕЧЬ
SELF-CONTAINED ENERGY-EFFECTIVE SOLAR COOKING STOVE

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.