РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Международный казахско-турецкий университет им. Ходжи Ахмеда Ясави, г. Туркестан
,
Одной из более дешевой, экологически чистой энергии является энергия получаемая альтернативными источниками.
Доля использования альтернативных источников энергии в общем объеме энергопотребления составляет менее 1%. Учитывая необходимость решения экологических проблем, одним из приоритетных направлений развития электроэнергетики станет использование возобновляемых энергетических ресурсов (гидроэнергия, ветровая и солнечная энергия), неиспользуемый потенциал которых в Казахстане весьма значителен».
В настоящее время использование альтернативных источников энергии, а именно солнечной энергии является актуальной проблемой
Солнце является главным источником энергии для нашей планеты. Оно греет всю Землю, приводит в движение реки и сообщает силу ветра. Для человечества важно научиться использовать эту энергию.
На данный момент всевозможные гелиоустановки используют солнечное излучение как альтернативный источник энергии. Излучение Солнца можно использовать как для нужд теплоснабжения, так и для получения электричества (используя фотоэлектрические элементы). Солнечные электростанции(СЭС) работают более чем в 80 странах.
К преимуществам солнечной энергии можно отнести возобновляемость данного источника энергии, бесшумность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу при переработке солнечного излучения в другие виды энергии.
Гелиоустановки широко применяются в пищевой промышленности. Существует ряд конструкции гелиокухни, печей для приготовления пищи, выпечки хлеба и кондитерских изделий.
Известно, гелиокухня (,,, Патент РФ № 000 С1, 20.03.1997) содержащая приемник излучения и связанная с ним посредством тяг концентратора 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 [1]. 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 Рк концентратора в четыре раза превышает внешний Рп 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.
Недостатком данной гелеокухни является сложность конструкции и условия эксплуатации устройства.
Печь ( Патент РФ № 000 С1, 20.11.1998) содержащая камеру сгорания с расположенными над ней последовательно снизу вверх духовым шкафом и водяным баком, причем дымовая труба и водяной бак примыкают и к задней стенке духового шкафа, а дымовая труба выполнена с вытяжным устройством, проходящим через заднюю стенку вытяжного шкафа[2].
Недостатками известной печи являются: низкий КПД за счет больших тепловых потерь при открытом вентиляционном канале, большой протяженности прохождения теплового потока и большой поверхности контакта с окружающей средой, при которых имеют место значительные тепловые потери энергии и уменьшения количества тепла, идущего на совершение полезной работы, ограниченные технологические возможности,
Известно, печь для выпечки хлеба и кондитерских изделий (, , и др. Патент РФ № 000 С1, 20.10.1992) содержащая корпус, состоящая из двух сообщающихся между собой камер - пекарной с расположенными в ней листами-подами и нагревательной с источником нагрева, и систему теплопередачи. В нагревательной камере установлен теплообменник, соединенный через нагнетатель теплоносителя с гелиоэнергетической установкой[3].
Недостатком всех описанных печей является использование невозобновляемых источников энергии. В одном случае это прямое сжигание топлива, что вдобавок ухудшает экологию, в другом это использование электроэнергии, которая вырабатывается на электростанциях, также ухудшающих экологическую обстановку. Для современных хлебопекарных печей при выпечке 1 кг хлеба необходимо 0,23-0,35 квт-час. энергии.
Известно, гелиоэнергетическое устройство для термообработки продуктов (, , и др. Патент РФ № 000 С2, 10.03.2006), которое 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. Техническим результатом является максимально возможное накопление тепловой энергии [4].
Недостатком таких технических решений является низкая технико-экономическая эффективность солнечных коллекторов, их низкий КПД из-за больших тепловых потерь. Они вытекают из того, что при желании максимально использовать энергию солнечной радиации, поступающей на каждый квадратный метр площади, занимаемой солнечным коллектором, стремятся увеличивать долю светопроницаемой поверхности в нем. При этом адекватно возрастают и тепловые потери, так как тонкое стекло является слабым местом в теплоизоляции внутренней среды солнечного коллектора, а увеличение толщины и числа слоев остекления вызывает повышенные потери солнечной энергии, так как нарастают потери, связанные с поглощением и отражением солнечных лучей.
Известна солнечная пекарня для выпечки хлеба, с диаметром тарелки не менее четырех-пяти метров (Ридерз Дайджест, иллюстрированный Атлас мира 2002 г. Лондон - Нью-Йорк - Монреаль - Москва, стр.51) [5], а также солнечная печь (, , и др. Патент РФ № 000 С1, 02.11.2009) содержащая приемник излучения, выполненная в виде полости из теплоизоляционного материала с окном, обращенная в сторону концентратора, и связанная с ним посредством тяг концентратора с азимутально-зенитальной системой ориентации [6]. Приемник излучения со стойкой установленным на опорном подшипнике опоры, опора состоит из наклонной стойки, на одном конце которой закреплен опорный подшипник, и основания, при этом концентратор шарнирно связан посредством тяг с горизонтальной осью приемника излучения, проходящей через фокус концентратора, и имеет противовес, приемник излучения выполнен в виде полости из теплоизоляционного материала с поглощающей плитой в верхней части полости и прозрачным окном, расположенным в плоскости, наклоненной к плоскости поглощающей плиты, а зенитальная ориентация осуществляется с помощью троса, один конец которого закреплен на стойке приемника излучения, и фиксатора длины, расположенного на противовесе. Изобретение должно улучшить условия эксплуатации.
Недостатком указанного устройства является постоянное изменение в пространстве объекта нагрева в процессе слежения за солнцем. Это усложняет процесс приготовления пищи.
Учеными МКТУ разработана гелеокухня, для превращения солнечно-лучевой энергии солнца в высокоградусную тепловую энергию, предназначенную для варки пищи и исключающей недостатки известных гелиоустановок и простотой конструкций (Рис.1) [7].
Разработанное изобретение относится к устройствам, применяющим тепловую энергию солнца для нагрева воды, варки пищи, выпечки хлеба и поддерживающим пищу в горячем состоянии, и может быть использовано на предприятиях общественного питания, в частном секторе, в полевых условиях на дачах.
Рис.1. Гелиокухня
Указанный технический результат достигается тем, что часть прямых лучей солнца попадающих на наружную поверхность выпуклой части квазиконцентратора покрытой спектрально-селективным покрытием проникает в ее внутренную часть и направляется в нижнюю сферическую поверхность, где соприкасаясь с нею отражается под соответстующим углом. Далее они направляются в вверх и попадая на внутреннюю поверхность выпуклой части квазиконцентратора отражаются и направляются вниз. Этот процесс взаимных отражаний лучей энергии приводит к увеличению температуры внутри квазиконцентратора, при этом температура внутри квазиконцентратора может достичь до температуры 2000С, что позволит увеличить эффективность нагрева объекта варки 8, расположенного в центральной части квазиконцентратора и снизит время приготовления пищи. Кроме того, выпуклость верхней и сферичность нижней части квазиконцентратора позволяет сфокусировать отраженные лучи к центру квазиконцентратора, что обеспечит увеличение подачи энергии и развить эффективность нагрева объекта варки.
При смещении лучей солнца и отсутствии попадания их на выпуклой части квазиконцентратора, срабатывается датчик устройства слежения, установленный в вверхней точке выпуклой поверхности квазиконцентратора, который подключает электордвигатель и приводит в движение квазиконцентратор с помощью устройства перемещения, в направлении смещения солнца. Далее, при повторном попадании прямого луча солнца к квазиконцентратору срабатывается датчик, который отключает электродвигатель и останавливает движение квазиконцентратора. Таким образом, этот процесс будет повторяться до тех пор, пока обслуживающий персонал не выключит электродвигатель или наступит закат солнца.
Гелиокухня состоит из опорной рамы 1, узла подвески квазиконцентратора 2, устройства перемещения квазиконцентратора 3, тяги для крепление квазиконцентратора 4, сферического концентратора 5 квазиконцентратора, выпуклого концентратора 6 квазиконцентратора, датчика 7, объекта варки пищи 8, узла подвески объекта варки пищи 9.
ЛИТЕРАТУРА
,, Гелиокухня. Патент РФ № 000 С1, 20.03.1997 Патент РФ № 000 С1, 20.11.1998 , , и др. Патент РФ № 000 С1, 20.10.1992 , , и др. Патент РФ № 000 С2, 10.03.2006 Ридерз Дайджест, иллюстрированный Атлас мира 2002 г. Лондон - Нью-Йорк - Монреаль - Москва, стр.51 , , и др. Патент РФ № 000 С1, 02.11.2009, Гелеокухня, Инновационный патент РК № 000, БИ №12, 30.09.2016.
