АВТОНОМНАЯ СОЛНЕЧНАЯ ВАРОЧНАЯ ПЕЧЬ

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.