ГЕЛИОКУХНЯ Российский патент 1997 года по МПК F24J2/42 F24J2/52 

Изобретение относиться к гелиотехнике, в частности к конструкции солнечных кухонь, и может быть использовано индивидуальными потребителями для приготовления пищи и кипячения воды.

Известны конструкции солнечных кухонь, включающие концентратор с системой ориентации и приемник излучения, выполненный в виде объекта нагрева без [1, 2] или с частичной [3] тепловой изоляцией, следствием чего являются существенные тепловые потери с неизолированной поверхности последнего.

Известна конструкция гелиокухни, содержащая приемник излучения и связанный с ним посредством тяг концентратор с азимутально-зенитальной системой ориентации [4]
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.

Задачей, на решение которой направленно предлагаемое изобретение, является повышение тепловой эффективности, упрощение конструкции и улучшение условий эксплуатации гелиокухни.

Поставленная задача решается следующим образом. В известной гелиокухни, содержащей приемник излучения и связанный с ним посредством тяг концентратор с азимутально-зенитальной системой ориентации, последняя выполнена в виде изогнутой направляющей стопорного элемента, закрепленного в радиальном пазу концентратора для фиксации его зенитальной ориентации, 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 для фиксации азимутальной ориентации концентратора, 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 для прохода сфокусированного им потока солнечного излучения, имеющей откидывающуюся крышку для доступа к объекту нагрева с фиксатором в закрытом положении, и внутри которой на подставке, связанной с узлами подвеса опорной рамы, установлен объект нагрева.

Сферический полостной приемник обеспечивает эффективное поглощение объектом нагрева сфокусированного концентратором потока солнечного излучения и снижение собственных конвективных и радиационных потерь с его внешней поверхности.

Для обеспечения тепловой мощности, требуемой для приготовления пищи и кипячения воды, радиус концентратора должен не менее чем в четыре раза превышать внешний радиус сферического полостного приемника излучения.

Для увеличения тепловой эффективности гелиокухни за счет многократного переотражения на объект нагрева непоглощенного им солнечного потока и потока собственного теплового излучения внутренняя поверхность полой сферы может иметь слой материала с высокой по отношению к спектрам солнечного и собственного излучений отражательной способностью
Для эффективного поглощения прямого потока солнечного излучения, снижающего температурный напор по толщине теплоизоляционного материала и снижения собственных радиационных потерь с внешней поверхности сферического приемника излучения, последняя может иметь спектрально-селективное покрытие с высокой поглощательной способностью в области максимума спектра солнечного излучения и с низкой излучательной способностью в области спектра собственного излучения.

Для эффективного функционирования внешняя поверхность объекта нагрева может иметь высокую по отношению к спектру солнечного излучения поглощательную способность.

Стопорный элемент может быть выполнен в виде П-образной пластины, установленной на изогнутой направляющей и закрепленной в радиальном пазу концентратора, в боковой грани которой имеется резьбовое отверстие под прижимной болт с трубчатым ключом.

Узлы подвеса опорной рамы могут быть выполнены в виде втулки со штифтом, один конец которого, во избежание проворота вокруг своей продольной оси, имеет квадратное сечение, а на другом конце с цилиндрическим сечением имеется паз, в котором фиксируется подставка под объект нагрева.

Фиксатор крышки может быть выполнен в виде дверной защелки с постоянным магнитом.

На фиг. 1 представлена прямоугольная изометрическая проекция гелиокухни в положении загрузка-выгрузка объекта нагрева, на фиг. 2 фронтальная проекция гелиокухни в том же положении, на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2 на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 2, на фиг. 5 узел I на фиг. 1, на фиг. 6 узел II на фиг. 1, на фиг. 7 чертеж гелиокухни в рабочем положении.

Гелиокухня (фиг. 1) содержит приемник 1 и связанный с ним посредством тяг 2 концентратор 3 с азимутально зенитальной системой ориентации, представляющей собой изогнутую направляющую 4 стопорного элемента (узел I), закрепленного в радиальном пазу концентратора 3, которая крепится к опорной раме 5, установленной неподвижно на поворотном относительно вертикальной оси ±Z основание 6, и имеет на одном конце втулку 7 с имеющим возможность вертикального перемещения относительно последней штырем 8.

Приемник излучения 1 установлен в узлах подвеса (узел II) опорной рамы 5 с возможностью поворота относительно их продольной оси ±Y и представляет собой полую сферу из теплоизоляционного материала со сквозным отверстием, обращенным в сторону концентратора 3, имеющей откидывающуюся крышку 9 с фиксатором 10 в закрытом положении, и внутри которой на подставке 2, связанной с узлами подвеса (узел II) опорной рамы 5, установлен объект нагрева 12.

Радиус R_к концентратора 3 (фиг. 2) в четыре раза превышает внешний радиус R_п сферического полостного приемника излучения 1.

Внутренняя поверхность 13 (фиг. 3) полой сферы имеет слой материала с высокой по отношению к спектрам солнечного и собственного излучений отражательной способностью.

Внешняя поверхность 14 (фиг. 3) сферы имеет спектрально-селективное покрытие с высокой поглощательной способностью в области максимума спектра солнечного излучения и с низкой излучательной способностью в области спектра собственного излучения.

Внешняя поверхность объекта нагрева 12 (фиг. 1) имеет высокую по отношению к спектру солнечного излучения поглощательную способность.

Стопорный элемент (фиг. 5) состоит из П-образной пластины 15, установленной на изогнутой направляющей 4 и закрепленной в радиальном пазу концентратора 3, в боковой грани которой имеется резьбовое отверстие под прижимной болт 16 с трубчатым ключом 17.

Узлы подвеса (фиг. 6) опорной рамы 5 состоят из втулки 18 со шрифтом 19, один конец которого имеет квадратное сечение, а на другом конце с цилиндрическим сечением имеется паз, в котором фиксируется подставка 2 под объект нагрева 12 (фиг. 1).

Фиксатор 10 (фиг. 1) представляет собой дверную защелку с постоянным магнитом.

Устройство работает следующим образом.

В положении загрузка-выгрузка (фиг. 1) объект нагрева 12 устанавливается на или снимается с подставки 2 при открытой крышке 9 сферического полостного приемника 1. При этом азимутально-зенитальная система ориентации посредством стопорного элемента (узел I) и штыря 8 фиксирует гелиокухню в положении, при котором оптическая ось концентратора 3 параллельна земной поверхности, а его тыльная поверхность развернута в сторону Солнца. При переводе гелиокухни в рабочее положение последняя разворачивается по азимуту вокруг оси ±Z так, чтобы зеркальная поверхность концентратора 3 была обращена к Солнцу, и фиксируется в этом положении посредством штыря 8. Зенитальная ориентация осуществляется перемещением концентратора 3 вдоль изогнутой направляющей 4 вокруг оси ±Y до момента совмещения фокального пятна с входным отверстием сферического полостного приемника излучения 1. Стопорный элемент (узел I) фиксирует это положение.

В рабочем положении (фиг. 7) поток 20 сфокусированного концентратором 3 солнечного излучения проходит через входное отверстие сферического приемника 1 внутрь полости, где он, частично переотражаясь, эффективно поглощается объектом нагрева 12.

Полостной приемник 1 препятствует выносу тепла за счет конвекции и собственного излучения от объекта нагрева 12.

Поглощенная объектом нагрева 12 тепловая энергия расходуется на приготовление пищи или кипячения воды.

Периодическим поворотом гелиокухни вокруг вертикальной оси ±Z (фиг. 1) и перемещением концентратора 3 по изогнутой направляющей 4 вокруг оси ±Y достигается азимутально-зенитальное слежение за изменяющимся в течение дня положением Солнца на небосводе.

Использование: в гелиотехнике, в частности в конструкциях солнечных кухонь. Сущность: гелиокухня содержит приемник излучения и связанный с ним посредством тяг концентратор с азимутально-зенитальной системой ориентации, представляющей собой изогнутую направляющую стопорного элемента, закрепленного в радиальном пазу концентратора, которая крепится к опорной раме, установленной неподвижно на поворотном относительно оси ±Z 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 ±Y и представляет собой полую сферу 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. Радиус Р_к концентратора в четыре раза превышает внешний Р_п сферического полостного приемника. Внутренняя поверхность полой сферы имеет слой материала с высокой по отношению к спектрам солнечного и собственного излучений отражательной способностью. Внешняя поверхность сферы имеет спектрально-селективное покрытие с высокой поглощательной способностью в области максимума спектра солнечного излучения и с низкой излучательной способностью в области спектра собственного излучения. Внешняя поверхность объекта нагрева имеет высокую по отношению к спектру солнечного излучения поглощательную способность. Стопорный элемент состоит из П-образной пластины, установленной на изогнутой направляющей и закрепленной в радиальном пазу концентратора, в боковой грани которой имеется резьбовое отверстие под прижимной болт с трубчатым ключом. Узлы подвеса опорной рамы состоят из втулки со шрифтом, один конец которого имеет квадратное сечение, а на другом конце с цилиндрическим сечением имеется паз, в котором фиксируется подставка под объектом нагрева. Фиксатор представляет собой дверную защелку с постоянным магнитом. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Гелиокухня, содержащая приемник излучения и связанный с ней посредством тяг концентратор с азимутально-зенитальной системой ориентации, отличающаяся тем, что 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. 2. Гелиокухня по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность полой сферы имеет слой материала с высокой по отношению к спектрам солнечного и собственного излучений отражательной способностью. 3. Гелиокухня по п.1, отличающаяся тем, что внешняя поверхность сферы имеет спектрально-селективное покрытие с высокой поглощательной способностью в области максимума спектра солнечного излучения и с низкой излучательной способностью в областях спектра собственного излучения. 4. Гелиокухня по п.1, отличающаяся тем, что внешняя поверхность объекта нагрева имеет высокую по отношению к спектру солнечного излучения поглощательную способность. 5. Гелиокухня по п.1, отличающаяся тем, что стопорный элемент выполнен в виде П-образной пластины, установленной на изогнутой направляющей и закрепленной в радиальном пазу концентратора, в боковой грани которой имеется резьбовое отверстие под прижимной болт с трубчатым ключом. 6. Гелиокухня по п.1, отличающаяся тем, что узлы подвеса опорной рамы выполнены в виде втулки со штифтом, один конец которого имеет квадратное сечение, а на другом конце с цилиндрическим сечением имеется паз, в котором фиксируется подставка под объект нагрева. 7. Гелиокухня по п. 1, отличающаяся тем, что фиксатор выполнен в виде дверной защелки с постоянным магнитом.