Horno solar.

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.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201331703.

Solicitante: UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: NOGUEIRA GORIBA,JOSE IGNACIO, LECUONA NEUMANN,ANTONIO, RODRIGUEZ AUMENTE,PEDRO ACISCLO, SANTOS RODRÍGUEZ,Manuel.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24J2/02 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.F24J PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN OTROS LUGARES (sustancias a este efecto C09K 5/00; motores u otros mecanismos para producir una potencia mecánica a partir del calor, véanse las clases apropiadas, p. ej. F03G para utilización del calor natural). › F24J 2/00 Utilización del calor solar, p. ej. colectores de calor solar (destilación o evaporación del agua utilizando calor solar C02F 1/14; aspectos de la cubierta del tejado relativos a los dispositivos colectores de energía E04D 13/18; dispositivos que producen una potencia mecánica a partir de energía solar F03G 6/00; dispositivos semiconductores especialmente adaptados para convertir la energía solar en energía eléctrica H01L 31/00; células fotovoltaicas [FV] que incluyen medios directamente asociados con la célula FV para utilizar energía calorífica H01L 31/0525; módulos FV que incluyen medios asociados con el módulo FV para utilizar la energía calorífica H02S 40/44). › Colectores de calor solar con soporte para el objeto calentado, p. ej. estufas, hornillas, crisoles u hornos que utilizan calor solar.
Horno solar.

Fragmento de la 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.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

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...

 


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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