ÜN HONRO SOLAR QUE TIENE UN CONCENTRADOR DE ZONAS MULTIPLES
ANTECEDENTES DE LA INVENCION (1) Campo de la Invención La presente invención se relaciona de manera general con un horno solar que tiene un concentrador de zonas múltiples y una zona focal difusa, y de manera más particular con un honro solar que tiene un concentrador de zonas múltiples que incluye un reforzador y una zona focal difusa.
(2) Descripción de la Técnica Anterior La energía solar ha sido usada desde el comienzo de los tiempos para calentar. Con el tiempo, el hombre aprendió que concentrando la energía solar podría lograr temperaturas más altas . Durante la interrupción de energía de los años 70 en los Estados Unidos, fueron usados muchos recursos para desarrollar diferentes tipos de dispositivos de concentración solar. Algunos de los dispositivos desarrollados, aunque efectivos, requerían tecnología complicada para seguir al sol a través del día para convertir y transmitir la energía solar concentrada para su uso. La precisión e instrumentación técnica hizo muchos dispositivos solares caros y difíciles de manufacturar y mantener. Los concentradores solares como los hornos para cocinar son conocidos. Sin embargo, la precisión técnica, instrumentación y materiales complejos para esos concentradores solares han impedido que los hornos estén fácilmente disponibles a la población en general. La mayoría tenía zonas focales agudas. Muchos eran dimensionados para recolectar la cantidad inadecuada de energía, particularmente para coser una cantidad razonable de alimento en un periodo de tiempo razonable. Un operador de esos concentradores solares como hornos típicamente deberían tener un conocimiento avanzado de ingeniería y tecnología. Es decir, que esos concentradores solares como hornos no son amigables con el usuario. De este modo, sigue existiendo la necesidad de un horno solar novedosos y mejorado que tenga un concentrador de zonas múltiples y una zona focal difusa. Ese horno solar preferiblemente es robusto y simple de manufacturar y mantener, aunque al mismo tiempo a inclusión de un reforzador en ese horno solar contribuiría aún más a al flexibilidad del horno.
Sumario de la Invención La presente invención está dirigida a un horno solar que incluye un concentrador de zonas múltiples y una zona focal difusa. El horno solar puede incluir al menos un elemento de simetría. En ese caso, la zona focal difusa se alinea sustancialmente con el elemento de simetría del horno. La zona focal difusa puede incluir una región central y una región periférica. El concentrador de zonas múltiples tiene al menos un miembro reflector para dirigir radiación a varias porciones de la zona reflectora difusa. El miembro reflector tiene una primera zona reflectora y una segunda zona reflectora. La primera zona reflectora puede incluir al menos uno de un elemento zonal de simetría desviado del elemento de simetría del horno. También, la primera zona reflectora tiene un perfil que captura y dirige radiación a al menos una porción de la región periférica de la zona focal difusa. La segunda zona reflectora está adyacente a un primer extremo de la primera zona reflectora y tiene un perfil que captura y dirige radiación a al menos una porción de la región central de la zona foca difusa. Se proporciona un soporte de receptor para soportar un receptor sustancialmente dentro de la zona focal difusa. Opcionalmente, se proporciona un reforzador adyacente en extremo distal de la primera zona reflectora para dirigir radiación adicional a al menos una región periférica y la región central de varias porciones de la zona focal difusa. En una modalidad preferida, el reforzador tiene un perfil de línea 'recta. El perfil de línea recta puede crear un ángulo de aproximadamente 2 grados hasta aproximadamente 25 grados con una tangente a un perfil de la primera zona reflectora en su extremo distal . En una relación de una longitud del perfil del reforzador y una longitud de abertura de al menos un miembro reflector puede ser de aproximadamente 0.1 hasta aproximadamente 0.6. Un ángulo de abertura de al menos un miembro reflector es, de manera preferible, de aproximadamente 40 grados hasta aproximadamente 120 grados. Preferiblemente, el horno solar incluye un armazón para soportar al menos un miembro reflector. El horno solar puede además incluir un dispositivo de alineación para alinear el horno solar con una fuente de radiación. En una modalidad preferida, el dispositivo de alineación incluye una varilla sustancialmente paralela al elemento de simetría del horno y una superficie plana sustancialmente perpendicular al elemento de simetría del horno . Una porción del armazón y al menos un miembro reflector pueden estar integrados. De manera alternativa, el armazón y al menos un miembro reflector están separados. Preferiblemente, el armazón incluye la base. En uso, un receptor se yuxtapone al soporte del receptor. El receptor puede incluir al menos un absorbedor, como un recubrimiento o terminado o ambos. Un recubrimiento puede ser de pintura. Otro recubrimiento puede ser negro de humo. Otro recubrimiento más puede ser un recubrimiento anodizado . En una modalidad preferida, al menos un absorbente y el receptor están integrados. El receptor puede ser al menos de un metal, una cerámica, o un vidrio. El metal puede ser al menos un hierro colado, acero, aluminio y acero inoxidable . En una modalidad preferida, el receptor es un utensilio de cocina. Ese utensilio de cocina puede incluir al menos uno de una olla, una bandeja y un comal. El soporte del receptor puede proporcionar refuerzo estructural al concentrador de zonas múltiples. También, el soporte el receptor puede incluir además un mecanismo nivelador como el tipo de articulación universal. Puede ser colocado un aislante térmico entre el receptor y un soporte del receptor. En una modalidad, el aislante estabiliza el receptor. El aislante térmico puede ser al menos uno de un polímero, una cerámica o un material aislante natural. Por ejemplo, los materiales abundantemente disponibles baratos como la fibra de vidrio pueden ser los preferidos. Como se estableció anteriormente, la zona focal difusa puede incluir una región central y una región periférica. En una modalidad preferida, la región central es sustancialmente horizontal y la región periférica es sustancialmente vertical . En una modalidad preferida, la primera zona reflectora tiene un perfil que es una sección cónica, como al menos una de la parábola, una elipse o una hipérbola. De manera más preferible, la sección cónica es una parábola. Un perfil preferido de la segunda zona reflectora se asemeja sustancialmente a una porción de un cardioide. El miembro reflector se hace usando un material reflector como un metal pulido que puede incluir además un recubrimiento para proteger el metal pulido . De manera preferible, el metal pulido es aluminio. De manera alternativa, el material reflector es un polímero recubierto. Cuando el material reflector es un polímero recubierto, este es preferiblemente metalizado. Como se discutió, el horno solar puede incluir al menos un elemento de simetría y la primera zona reflectora puede incluir al menos un elemento zonal de simetría desviado del elemento de simetría del horno. El elemento de simetría del horno puede incluir uno de un plano de simetría y un eje de simetría. El elemento de simetría zonal también puede incluir uno de un plano de simetría y un eje de simetría. Preferiblemente, cuando el elemento de simetría del horno es un plano de simetría, el elemento de simetría zonal también es un plano. De igual modo, cuando el elemento de simetría del horno es un eje de simetría el elemento de simetría zonal también es un eje. En consecuencia, un aspecto de la presente invención es el de proporcionar un horno solar que incluye un concentrador de zonas múltiples y una zona focal difusa. El concentrador de zonas múltiples tiene al menos un miembro receptor para dirigir radiación a varias porciones de la zona focal difusa. El miembro reflector tiene una primera zona reflectora y una segunda zona reflectora. La primera zona reflectora tiene un perfil que captura y dirige radiación a la primera porción de varias porciones de la zona focal difusa. La segunda zona reflectora está adyacente a un primer extremo de la primera zona reflectora. La segunda zona reflectora tiene un perfil que captura y dirige radiación a una segunda porción de las diferentes porciones de la zona focal difusa. Se proporciona un soporte de receptor para soportar un receptor sustancialmente dentro de la zona focal difusa. Otro aspecto de la presente invención es el de proporcionar un horno solar que incluye al menos uno de un elemento de simetría, una zona focal difusa o un concentrador de zonas múltiples . La zona focal difusa está alineada sustancialmente con el elemento de simetría del horno e incluye una región central y una región periférica. El concentrador de zonas múltiples tiene al menos un miembro reflector para dirigir radiación a una pluralidad de porciones de la zona reflectora difusa. El miembro reflector tiene una primera zona reflectora y una segunda zona reflectora. La primera zona reflectora incluye al menos uno de un elemento zonal de simetría desviado del elemento de simetría del horno. También, la primera zona reflectora tiene un perfil que captura y dirige radiación a al menos una porción de la región periférica de la zona focal difusa. La segunda zona reflectora está adyacente a un primer extremo de la primera zona reflectora. La segunda zona reflectora tiene un perfil que captura y dirige radiación a la región central de la zona focal difusa. Se proporciona un soporte de receptor para soportar un receptor sustancialmente dentro de la zona focal difusa. Otro aspecto más de la presente invención es el de proporcionar un horno solar que incluya al menos un elemento de simetría, un concentrador de zonas múltiples y una zona focal difusa. La zona focal difusa se alinea sustancialmente con el elemento de simetría del horno. La zona focal difusa incluye una región central y una región periférica. El concentrador de zonas múltiples tiene al menos un miembro reflector para dirigir radiación a varias porciones de la zona reflectora difusa. El miembro reflector tiene una primera zona reflectora y una segunda zona reflectora. La primera zona reflectora incluye al menos uno de un elemento zonal de simetría desviado del elemento de simetría del horno. También, la primera zona reflectora tiene un perfil que captura y dirige radiación a al menos una porción de la región periférica de la zona focal difusa. La segunda zona reflectora está adyacente a un primer extremo de la primera zona reflectora y tiene un perfil que captura y dirige radiación a al menos una porción de la región central de la zona focal difusa. Se proporciona un soporte de receptor para soportar un receptor sustancialmente dentro de la zona focal difusa.
Opcionalmente, se proporciona un reforzador adyacente a un extremo distal de la primera zona reflectora para dirigir radiación adicional a al menos una de la región periférica y la región central de varias porciones de la zona focal difusa. Otro aspecto más de la presente invención es el de proporcionar un equipo para un horno solar que incluye un concentrador de zonas múltiples y una zona focal difusa. El concentrador de zonas múltiples tiene al menos un miembro reflector para dirigir radiación a varias porciones de la zona focal difusa. El miembro reflector tiene una primera zona reflectora y una segunda zona reflectora. La primera zona reflectora tiene un perfil que captura y dirige radiación a una primera porción de las diferentes porciones de la zona focal difusa. La segunda zona reflectora está adyacente al primer extremo de la primera zona reflectora. La segunda zona reflectora tiene un perfil que captura y dirige radiación a una segunda porción de las diferentes porciones de la zona focal difusa. Se describe un soporte de receptor para soportar un receptor sustancialmente dentro de la zona focal difusa. El equipo incluye una pluralidad de elementos reflectores, un modelo e instrucciones. Opcionalmente, el equipo puede incluir un dispositivo de alineación para alinear el horno solar con una fuente de radiación. Cada elemento reflector es configurable en al menos una porción de al menos un miembro reflector. El modelo es para configurar la pluralidad de elementos reflectores. Las instrucciones proporcionan información para usar el modelo para configurar la pluralidad de elementos reflectores para montar por lo tanto el horno solar. Esos y otros aspectos de la invención serán evidente a aquéllos expertos en la técnica después de la lectura de la siguiente descripción de la modalidad preferida cuando sea considerada con los dibujos.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La FIGURA 1 es un esquema isométrico de un horno solar montado parcialmente de acuerdo a una modalidad de la presente invención;
La FIGURA 2 es un esquema en corte transversal de una porción del horno solar que tiene un concentrador de zonas múltiples de la FIGURA 1; La FIGURA 3 es un esquema de una porción de las partes de un equipo para un horno solar que tiene un concentrador de zonas múltiples de la FIGURA 1; La FIGURA 4 describe el efecto de los ángulos de abertura de un horno solar sobre la eficiencia total como función del número de ajustes por hora de un horno solar de ajuste continuo a un horno estacionario; La FIGURA 5 describe la temperatura alcanzable por una zona focal difusa como función de la relación de concentración (área de abertura a área horizontal del receptor) y la interacción del ángulo de abertura sobre la temperatura alcanzable; La FIGURA 6 describe la interacción del ángulo de abertura según la estación (verano como línea sólidas contra invierno como líneas discontinuas ) y el número de inclinaciones por hora deseadas para mantener una alineación más eficiente de un horno solar con el sol; y La FIGURA 7 describe la interacción de la relación de la longitud del reforzador a la abertura y el ángulo de abertura de un horno solar de acuerdo con una modalidad de la presente invención.
Descripción de las Modalidades Preferidas En la siguiente descripción, caracteres de referencia similares designan partes similares o correspondientes a través de las diferentes vistas. También en la siguiente descripción, debe comprenderse que términos como "hacia adelante", "hacia atrás", "izquierda", "derecha", "hacia arriba", "hacia bajo", y similares son palabras de conveniencia y no deben constituirse en términos limitantes. Para incrementar la intensidad de la radiación solar concentrada sobre la zona focal difusa, el horno solar 10 puede, opcionalmente, incluir además un reforzador 16. La Figura 1 describe un esquema isométrico de un horno solar parcialmente completo 10 de la presente invención. Cuando 'está completo, el horno solar 10 incluye un concentrador de zonas múltiples 12 para dirigir radiación para concentrarla sobre una zona focal difusa 30 (véase por ejemplo, la Figura 2, que muestra una zona focal difusa 30 que incluye una región central 32 y una región externa 34) . El horno solar 10 incluye una pluralidad de elementos reflectores 20 que tienen varias zonas. Entre esas zonas se encuentra una primera zona reflectora 22, una segunda zona reflectora 24 y, opcionalmente, un reforzador 16. Esas zonas de los elementos reflectores 20 tienen una geometría y están arregladas para dirigir radiación para su concentración sobre la zona focal difusa 30. Un receptor 14 está colocado dentro de la zona reflectora difusa 30 a ser calentada. La geometría y/o arreglo del concentrador de zonas múltiples 12 puede ser mantenido usando un armazón 40 que puede incluir una base 42 y elementos de soporte 44 que se extienden desde o están interconectados a la base 42. Otros aspectos del horno solar 10 incluyen los sujetadores 58 que pueden ser incluidos para montar el armazón 40 y los sujetadores 38 que pueden ser incluidos para asegurar los elementos reflectores 20 al armazón 40. Además, el horno solar 10 puede incluir un dispositivo de alineación 64.para alinear el horno solar 10 con el azimut del sol. Un dispositivo de alineación simple y robusto 64 es mostrado en las Figuras 1 y 2 como si estuviera integrado al armazón 40. El dispositivo de alineación 64 incluye una varilla 70 y un disco 72. En operación, este dispositivo de alineación 64 es apuntado hacia el sol hasta que la varilla 70 no muestra sombras sobre el disco 72. Como se observa en la Figura 2, el elemento de alineación 64 está sustancialmente alineado con un elemento de simetría 18 del horno solar 10. Esto permite la alineación apropiada del horno solar 10 con el azimut del sol para obtener una captura eficiente de energía solar . La Figura 2 es un esquema en corte transversal de una porción del horno solar 10 que tiene un concentrador de zonas múltiples 12 para concentrar radiación solar sobre la zona focal difusa 30 que pueden incluir un receptor 14 de acuerdo a la presente invención. Para incrementar la intensidad de la radiación solar que se refleja sobre la zona focal difusa 30, el horno solar 10 puede incluir adema un reforzador 16. Los componentes del horno solar 10 incluyen un elemento reflector 20 que está dividido en una primera zona reflectora 22 y una segunda zona reflectora 24. La primera zona reflectora 22 se acopla a un eje de simetría 26. En un aspecto, el eje de simetría 26 corresponde a un eje para una sección cónica. Las secciones cónicas específicas que pueden ser usadas para describir la primera zona reflectora 22 incluyen secciones parabólicas, elípticas e hiperbólicas . La segunda zona reflectora 24 está formada para capturar radiación solar directamente del sol y reflejar la radiación a una región central 32 de una zona focal difusa 30. Cuando se incluye un reforzador 16, la segunda zona reflectora 24 también dirige la radiación capturada por el reforzador 16 a la región central 32 de la zona focal difusa 30. La forma de la segunda zona reflectora 24 es generalmente un calibre que tiene sus extremos puntiagudos sustancialmente en la región central 32 de la zona focal difusa 30. La reflexión de radiación desde la primera zona reflectoras 22 y la segunda zona reflectora 24 se combina para crear la zona focal difusa 30. Esta zona focal difusa 30 incluye la región central 32 y una región externa 34. En la Figura 2, la región central 32 es mostrada sustancialmente horizontal, mientras que la región externa 34 es mostrada sustancialmente vertical. La zona focal difusa 30 existe para distribuir mejor la radiación solar reflejada sobre el receptor 14 en lugar de enfocar la radiación solar reflejada sobre una zona focal aguda como se observa en la técnica anterior. La distribución de la radiación reflejada sobre el receptor 14 proporciona difusamente calentamiento y temperaturas más uniformes. Esto es particularmente ventajoso puesto que los usuarios del horno solar 10 estarán acostumbrados a usar la tecnología de calentamiento convencional como el fuego, una cubierta de cocina eléctrica, una cubierta de cocina de gas, o alguna otra tecnología similar. Proporcionando la zona focal difusa 30, las técnicas de cocción que el usuario emplea al usar el horno solar de concentración de zonas múltiple 10 son sustancialmente las mismas que aquellas usadas anteriormente. En el caso de un horno solar 10 , la fuente de energía es la energía solar en lugar de usar directamente combustibles fósiles cuando se quema madera, petróleo o gas o el uso indirecto de combustibles fósiles cuando se usa electricidad. En una modalidad, el esquema en corte transversal de la Figura 2 puede hacerse girar alrededor de un elemento de simetría 18 para crear un horno solar en sección transversal generalmente circular 10 de la presente invención. En otra modalidad, el esquema en corte transversal de la Figura 2 puede ser reflejado a lo largo del elemento de simetría 18 para crear un horno solar generalmente alargado 10 (también conocido en la técnica como un horno solar de paso) que puede ser usado para calentar un receptor alargado 14 de acuerdo a la presente invención. El elemento receptor 20 es material receptor, y preferiblemente está fácilmente disponible. Ese material puede incluir un material u hoja metálica delgada pulida. El aluminio es un metal adecuado. La solicitante cree que el aluminio descrito en la Patente Estadounidense No. 5,760,981 (la descripción de la cual por lo tanto se incorpora en su totalidad como referencia en la presente solicitud) sería adecuado. Además, el metal u hoja metálica pulida puede incluir un recubrimiento protector. Un material reflector alternativo puede ser un material polimérico que haya sido metalizado a través, por ejemplo, de un proceso de deposición física de vapor. Un armazón 40 soporta la pluralidad de elementos reflectores 20. En una modalidad contemplada por la solicitante, el armazón 40 está integrado al elemento reflector 20. En esta modalidad, un material moldeado como un polímero moldeado puede ser recubierto con un material reflector para crear un armazón integral 40 y un elemento reflector 20. En otra modalidad de la presente invención el armazón 40 está separado. En cualquier caso, como se ilustra en la Figura 1, el armazón 40 puede incluir una base 42 y soportes del elemento reflector 44. En una modalidad de la presente invención los materiales para fabricar el elemento reflector 20 son proporcionados al usuario como instrucciones para fabricar el horno solar 10. Incluido con el material reflector parta fabricar el elemento reflector 20 puede estar un modelo o esténcil que muestre al usuario como cortar y montar los materiales para fabricar el horno solar 10. Preferiblemente, el elemento reflector 20 es proporcionado precortado y el usuario puede combinar entonces la pluralidad de elementos reflectores 20 con materiales locales como madera de desperdicio, ramas de diámetro pequeño, bambú, tubería como materiales de plomería, materiales para conductos eléctricos y similares para crear el horno solar de concentración de zona múltiple 10. Como se muestra en la Figura 3, el horno solar 10 puede ser fabricado con un equipo que puede incluir al menos un modelo 80 y una pluralidad de elementos reflectores 20. Otros elementos que pueden ser incluidos además, ya sea individualmente o en varias combinaciones en el equipo 78 pueden incluir, por ejemplo, un disco 72 para el elemento de alineación 64, una varilla 70 para el elemento de alineación 64, indicaciones instructivas 84, y un nivel 82. También, esos elementos pueden ser proporcionados separados o unidos al modelo 80. Cuando sean unidos al modelo 80, los elementos serán proporcionados de tal manera que, cuando sea apropiado, pueden ser separados del modelo 80. La Figura 3 también proporciona algunas relaciones geométricas .con respecto a la construcción del horno solar 10. En particular, como se muestra en el modelo 80, existe una longitud de refuerzo 62, un ángulo de abertura alfa el cual es descrito como el semiángulo designado como alfa/2. Además, existe una longitud de abertura 28. Esta longitud de abertura puede ser determinada desde el extremo de la primera zona reflectoras hasta un lugar mínimo de la primera zona reflectoras y la segunda zona reflectora. Una relación de la longitud de abertura y la longitud del reforzador proporciona un método para diseñar la operación del horno solar 10 para usarse en una variedad de latitudes. La Figura 7 describe la operación de la relación de la longitud del reforzador a la longitud de abertura como en función del ángulo de abertura alfa. El área abarcada por las dos curvas es sustancialmente el área de trabajo de un horno solar 10 de la presente invención. Comprendiendo que están disponibles diferentes materiales locales en diferentes lugares geográficos, este es un aspecto de la presente modalidad. En los Estados Unidos y Canadá, por ejemplo, los materiales locales incluyen madera de desecho y partes de plomería que pueden ser combinados para crear un armazón 40 y un soporte 44. En regiones tropicales del Tercer Mundo, por ejemplo, los materiales locales pueden incluir piezas de bambú, tallos de yuca, tallos de casaba o tallos de mandioca, u otros materiales casi rectos y sustancialmente rígidos localmente disponibles. El inventor contempla que pueden ser usados cualquier número o combinaciones de materiales para crear la estructura de soporte apropiada para el elemento reflector 20. En una modalidad de la presente invención, el horno solar 10 que tiene un concentrador de zonas múltiples puede incluir además un soporte de receptor 46. Ese soporte también puede incluir un mecanismo nivelador 50. ün ejemplo de ese mecanismo nivelador 50 puede incluir una cabeza de articulación del tipo universal 52 como la que se describe en la Patente Estadounidense No. 2,909,171 (la descripción de la cual se incorpora por lo tanto en su totalidad como referencia en la presente solicitud) . La Solicitante contempla que puede ser incorporado cualquier número de mecanismos de tipo de nivelación, por ejemplo, una rótula simple, articulación de bisagra o similar. El receptor 14 puede ser un recipiente de un tipo que pueda ser usado para contener los materiales a ser cocinados . El receptor 14 es colocado dentro de la zona focal difusa 30 en una forma para capturar más efectivamente la radiación reflejada del concentrador de zonas múltiples 12. El receptor 14 incluye al menos una superficie absorbente 54 y esa superficie absorbente puede incluir además un recubrimiento terminado 56. Aquéllos expertos en la técnica apreciarán que el recubrimiento 56 puede ser un terminado o un recubrimiento o ambos. Los ejemplos de los diferentes tipos de recubrimientos terminados incluyen recubrimientos que son pintados y otros tipos de recubrimientos como el negro de humo o un metal anodizado o electrorrevestido . El recubrimiento puede estar integrado al receptor 14. En el caso de que el receptor 14 sea un olla de hierro colado, el ennegrecimiento que resulta de su uso sobre la combustión con carbón o madera típica sería ventajoso para transferir o absorber la radiación para la cocción. Ese recubrimiento también puede ser creado depositando negro de humo u hollín sobre el receptor por ejemplo quemando una vela o linterna de queroseno cerca de la superficie del receptor 14. Los recubrimientos grises o más negros como utensilios de cocina comercialmente disponibles son suficientes para usarse como receptor 14 y pueden ser mejorados agregando otra película de superficie más altamente absorbente. El receptor 14 también puede incluir una segunda superficie absorbente 60. Este tipo de superficie tiene la ventaja de capturar radiación en un área adicional . En otra modalidad, el horno solar 10 que tiene un concentrador de zonas múltiples que incluye además un reforzador 16. El reforzador 16 es usado para incrementar la cantidad de radiación solar capturada por el horno solar 10. Esto puede ser particularmente benéfico en regiones no tropicales como por encima del Trópico de Cáncer y por debajo del Trópico de Capricornio o en regiones o temporadas del año más frías y/o más nubladas. Un aspecto del reforzador 16 es un perfil de línea sustancialmente recta. Otros aspectos de los reforzadores 16 son que existe una relación de longitud de la longitud de la abertura 28 y la longitud del reforzador 62 que puede hacerse variar para hacer variar la cantidad de radiación capturada por el receptor 14 y proporcionar por lo tanto ciertas eficiencias . En otro aspecto más de la presente invención esta se relaciona con un ángulo "ß" entre el perfil de línea recta del reforzador 16 y una tangente a un perfil de la primera zona reflectora 22 en el extremo distal de la primera zona reflectora 22. El valor del ángulo ¾ß" puede afectar la forma y cantidad de radiación solar capturada en la región central 32 contra la región externa 34. El ángulo "ß" puede ser de aproximadamente 2 grados hasta aproximadamente 25 grados. En operación, el concentrador de zonas múltiples 12 incrementa la intensidad de la radiación solar que es reflejada hacia el receptor 14. El horno solar 10 que tiene un concentrador de zonas múltiples incrementa además la intensidad de la radiación solar que es reflejada al receptor 14 cuando es incluido el reforzador 16. La primera zona reflectora 22 captura radiación solar del sol, y refleja la radiación a la región externa 34. La segunda zona reflectora 24 y el reforzador 16, si-está presente, captura radiación solar del sol y refleja la radiación hacia la región central 32 de una zona focal difusa 30. La combinación de la radiación de la- primera zona reflectora 22, la segunda zona reflectora 24, y la zona focal difusa eficiente 30 crea el horno solar efectivo 10. Los usuarios del horno solar 10, de otro modo familiarizados con las tecnologías de calentamiento convencionales como el fuego, una cubierta de cocina eléctrica, una cubierta de cocina de gas y similares, pueden ahora usar la energía solar. Esto es particularmente benéfico cuando los materiales para fabricar el elemento reflector 20 son proporcionados al usuario con instrucciones para fabricar el horno solar 10. Las personas en diferentes lugares geográficos del mundo pueden hacer uso de diferentes materiales locales para fabricar un horno solar de concentración solar múltiple 10. En los Estados Unidos y Canadá, por ejemplo, las personas pueden usar madera o desperdicio, ángulo de hierro y partes de plomería que pueden ser combinados para crear un armazón 40 y un soporte 44. En regiones tropicales del Tercer Mundo, por ejemplo, las personas pueden usar piezas de bambú, tallo de yuca, tallos de casaba, tallos de mandioca y ramas sustancialmente rectas pequeñas. La inclusión de un soporte como un mecanismo nivelador 50 permite al usuario apuntar el eje 18 del horno solar 10 al sol manteniendo a la vez el contenido de una olla nivelado. A este respecto, para seguir el movimiento del sol, el horno solar 10 puede funcionar sin ningún ajuste durante la cocción o con un mínimo de ajustes. Las siguientes tablas 1 y 2 contienen un resumen de los ángulos del sol a varias latitudes y estaciones.
Tabla 1 Angulos Solares en el Verano del Hemisferio Norte a Varias Latitudes HORNO SOLAR 10 EN USO ALREDEDOR DEL MEDIO DIA A UNA LATITUD DE 36° A MEDIADOS DE JUNIO Azimuth. 10 a.m. 11 a.m. Cénit 1 p.m. 2 p.m. del Sol 72.5° 50.0° Solar 50.0° 72.5° 0.0° Velocidad 22.5°/hr 50°/h 50°/hr 22.5°/hr de Cambio HORNO SOLAR 10 EN USO ALREDEDOR DEL MEDIO DIA A UNA LATITUD DE 28° A MEDIADOS DE JUNIO Azimuth. 10 a.m. 11 a.m. Cénit 1 p.m. 2 p.m. del Sol 87.3° 74.8° Solar 74.8° 87.3° 0.0° Velocidad 12.5°/hr 74.8°/h 74.8°/hr 12.5°/hr de Cambio HORNO SOLAR 10 EN USO ALREDEDOR DEL MEDIO DIA A UNA LATITUD DE 56° A MEDIADOS DE JUNIO Azimut 10 a.m. 11 a.m. Cénit 1 p.m. 2 p.m. del Sol 46.4 ° 24.9° Solar 24.9° 46.4° 0.0° Velocidad 21.5°/hr 24.9°/h 24.9°/hr 21.5°/hr de Cambio Tabla 2 Angulos Solares en el Verano del Hemisferio Norte a Varias Latitudes
HORNO SOLAR 10 EN USO ALREDEDOR DEL MEDIO DIA A UNA LATITUD DE 36° A MEDIADOS DE MARZO Azimuth 10 a.m. 11 a -m. Cénit 1 p .m. 2 j . m. del Sol 44 .5° 24. 5° Solar 24.5° 44 .5° 0. 0° Velocidad 20° /hr 24.5°/h 24.5°/hr 20°/hr de Cambio HORNO SOLAR 10 EN USO ALREDEDOR DEL MEDIO DIA A UNA LATITUD DE 28° A MEDIADOS DE MARZO Azimuth 10 a.m. 11 a .m. Cénit 1 p .m. 2 E .m. del Sol 50 .9° 29. 7° Solar 29.7° 50 .9° 0. 0° Velocidad 21.2 °/hr 29.7°/h 29.7°/hr 21.2°/hr de Cambio HORNO SOLAR 10 EN USO ALREDEDOR DEL MEDIO DIA A UNA LATITUD DE 56° A MEDIADOS DE MARZO Azimut 10 a.m. 11 a .m. Cénit 1 p.m. 2 5 .m. del Sol 34 .9° 17. 9° Solar 17.9° 34 .9° 0. 0° Velocidad 17° /hr 17.5 ?°/h 17.9°/hr 17°/hr de Cambio
OBSERVACIONES SOBRE LOS CAMBIOS EN EL ANGULO DEL AZI UTH DEL SOL Para cualquier latitud dada (zona de temperatura) , el sol se desplaza más grados a través del cielo en el periodo del medio día. Aunque este es típicamente un periodo de mayor energía del día (filtrada por la aproximación más fina a través de la atmósfera) , este puede requerir más ajuste de inclinación del horno solar 10 para mantener las temperaturas de cocción más altas estables . La Figura 4 proporciona una comparación de la operación de un horno solar de la técnica anterior y de la presente invención. En particular, se describe un ángulo de abertura a de 0o a 120° y la eficiencia total del horno. Esas eficiencias se interrelacionan con el número de veces que el horno solar es realineado con el sol . La curva más superior muestra la eficiencia para un horno ajustado continuamente sobre un intervalo de ángulos de abertura. La curva más inferior describe un horno solar 10 que es mantenido estacionario. Las curvas entre la curva más superior y la curva más inferior son para un horno solar 10 de la presente invención ajustado aproximadamente 1 vez por hora hasta aproximadamente 3 veces por hora. De esta manera, la presente invención proporciona una solución práctica a un usuario técnicamente no sofisticado, para usar éste evitando el ajuste continuo del horno en la técnica anterior. De esta manera, el horno solar 10 de la presente invención es simple y requiere poco o ningún conocimiento de la tecnología de la energía solar para su operación. 2. A latitudes más al norte, la trayectoria diaria del sol cubre un arco más estrecho que las latitudes del sur. Esto requerirá menos ajustes de inclinación que en los lugares más al sur para el mismo tiempo de cocción. Sin embargo, el nivel de energía solar disponible es menor cuanto más se desplace uno al norte, y en las temperaturas ambiente tienden a ser menores, y manteniendo una orientación del horno solar más óptima 10 capturará más la radiación solar disponible. La Figura 6 describe la interacción de la latitud, el número de inclinaciones por hora, la estación y el ángulo de abertura a de acuerdo a la presente invención. En particular, las líneas sólidas describen el invierno, mientras que las líneas punteadas representan el verano. Como se observa en esta gráfica, el número óptimo de inclinaciones por hora a menores latitudes se incrementa a medida que disminuye el ángulo de abertura a. Para mantener la inclinación del horno sustancialmente estacionaria o en 1 inclinación por hora es preferible tener un ángulo de abertura más grande a de entre 80° y 120° .
3. Dependiendo del ángulo de abertura o el ángulo de abertura de los lados del horno solar 10, existirá un intervalo de grados de desplazamiento del sol a través del cielo durante el cual ocurrirá la recolección y distribución óptima de energía solar sobre el reactor. A más amplios los arcos de movimiento del sol, la eficiencia de recolección, distribución (reflexión) , y absorción caerá rápidamente. Como se observó anteriormente, comparando la misma hora del día y año con los azimut del sol reales del norte contra los lugares más al sur (en el hemisferio norte y opuesto del hemisferio sur) el horno solar 10 puede ser diseñado con un ángulo de abertura más amplio a para lugares más al sur para minimizar la necesidad de ajustes de inclinación frecuentes. En lugares más al norte el ángulo de abertura a del horno solar es más estrecho funcionará bien, puesto que el arco del movimiento del sol es menor para el mismo intervalo de tiempo. La Figura 5 muestra la interacción de la relación de concentración del área de abertura sobre el área del receptor horizontal y el ángulo de abertura a del receptor base. 4. Si el horno solar 10 es usado en condiciones de viento o periodo de temperaturas ambiente más frías y se encuentra que no alcanza o mantiene temperaturas de cocción adecuadas. Puede ser colocado un revestimiento claro, transparente (este necesita ser tan ópticamente claro como sea posible, es decir, acrílico contra- olietileno o mejor aún fluoruro de polivinilo Tediar® orientado o películas moldeadas disponibles de E". I . du Pont de Nemours and Company, ilmington, Delaware sobre el horno solar 10 para retener algo de calor que en otras circunstancias pudiera ser transmitido por convección o reirradiado lejos del absorbente por las temperaturas más frías y el viento. Ese revestimiento sobre la abertura más estrecha del horno solar de diseño para usarse más al norte 10 desviará más la luz reflejada del revestimiento elevando la temperatura alrededor del receptor (receptor de cocción) . Esto se debe al hecho de que ese horno solar 10 estará orientado mas estrechamente al ángulo de aceptación más eficiente para recolectar la energía solar (la trayectoria del sol más al norte cubre 'menos grados/horas que en lugares más al sur). Lo opuesto será cierto para un horno solar para usarse más al sur 10 con una abertura más amplia. Este será diseñado para recolectar energía solar sobre un arco más amplio del movimiento del sol. Cuando es colocado un revestimiento claro sobre este, la luz chocará sobre este en un intervalo más amplio de ángulos de incidencia y en aquellos ángulos más amplios (que se desvían de la perpendicular hacia el revestimiento en mayor # de grados) la mayoría de la luz será reflejada del revestimiento y no será recolectada. Esto puede ser compensado haciendo ajustes de inclinación más frecuentes del horno solar 10 para mantener una recolección más óptima de luz y menos reflexión superficial. Debido a que las latitudes más al sur tienden a tener temperaturas ambientales y horas del día más calientes, un revestimiento ¦ se requeriría menos frecuentemente que más al norte . Las temperaturas de cocción más altas son la razón adicional para que sea deseable un revestimiento a cualquier latitud, sin embargo. La solicitante ha observado que cuando se coloca un revestimiento sobre el horno solar 10 mientras éste está calentado, debe tenerse cuidado en no sellar los bordes también contra el armazón del horno solar 10 con los lados puesto que esto atrapará la humedad que escapa de la olla mientras está siendo calentado el alimento. Esta humedad puede condensarse sobre la superficie inferior del revestimiento, y posiblemente las superficies reflectoras, especialmente si la diferencia de temperatura del aire entre el exterior y el interior del horno solar 10 es suficientemente grande. Está claro que las diferentes combinaciones posibles de temperatura ambiental, latitud, viento local, presencia de una cubierta opaca, y los niveles de temperatura de cocción adecuados son todos factores significativos que afectan al diseño óptimo de un horno solar de energía solar 10. El diseño de un horno solar 10 para un solo conjunto de esas condiciones puede ser logrado focalmente; sin embargo, este sería un diseño con condiciones muy distintas a las necesarias para considerar que opera exitosamente. No se pretende aquí ofrecer un diseño para esa aplicación limitada. Es sabido por aquellos expertos en la técnica y de este modo concientes de los cambios del clima en el día y en las estaciones, que un diseño que es suficientemente robusto para funcionar con algo de nubosidad, algo de viento, algunas temperaturas mas frías, y es capaz de calentar una variedad de receptores (ollas y cacerolas) que son artículos "fuera de anaquel" es mucho más deseable que un diseño más limitado. De la discusión anterior del efecto de la latitud sobre la disponibilidad de energía solar también está claro que la latitud en sí debe ser considerada cuando se diseñen las características de la curva particular y abertura total del dispositivo. De manera breve, el diseño del dispositivo para un' conjunto limitado de condiciones de operación tendrá poco mercado y utilidad. Por esas razones la solicitante ahora describe una gama de valores que permiten el diseño de un dispositivo que sea útil sobre un conjunto razonable de condiciones de operación encontradas desde el ecuador hasta latitudes de temperaturas más fría (hemisferios norte y sur) .
Tabla 3. Presente Invención Comparada con la Técnica Anterior
La tabla 3 resume la comparación entre la presente invención y varios hornos de la técnica anterior. El costo, facilidad de montaje, confiabilidad y efectividad de la invención y la capacidad de ser portátil/colapsable, grande/permanente y seguimiento de los hornos solares se calificaron del 1 al 5. A una calificación o valor inadecuado o pobre se le da un 1, a una calificación o valor neutro se le da un 3, y a una calificación o valor excepcional se le da un 5. A una calificación o valor entre inadecuado o pobre y neutro se le da un 2 y una calificación o valor de entre neutro y excepcional se le da un 4. Para evaluar las calificaciones o valores combinados, se determinó la calificación o valor para cada categoría de la presente invención y la técnica anterior. La presente invención es claramente superior puesto que tiene una calificación del producto de 2500. Ciertas modificaciones y mejoras se les ocurrirá a aquellos expertos en la técnica tras la lectura de la descripción anterior. Deberá comprenderse que todas aquellas modificaciones y mejoras no han sido suprimidas con el propósito de ser consistentes y de dar una mejor comprensión pero están, apropiadamente, dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones .