Single Tank Oil Based Heat Storage for Cooking

Abstract

I denne masteroppgaven blir design og testing av et termisk energilager som kan brukes as familier og institusjoner i land sør for Sahara i Afrika undersøkt. Systemet består av en oljetønne med en trakt og et varmeelement inni, med en kjele til matlaging øverst. Trakten skiller varm og kald oljestrøm og gjør det mulig å varme opp et lite volum olje raskt, som kan brukes til å lage mat eller lagres. Et system for å teste konseptet ble designet og bygget under en tidligere prosjektoppgave. Eksperimenter viste at systemet kan brukes til å lage mat både fra termisk lager og under oppladning. Resultatene fra disse eksperimentene ble brukt til å utvikle et bedre design og et nytt system ble bygd med mulighet til å endre høyden på trakten for å kontrollere temperatur. Et kjele-i-kjele-oppsett for å tilberede mat ble testet, da man må kunne ta ut den ene kjelen for rengjøring. En liten mengde olje mellom kjelene gir tilfredsstillende varmeoverføring. Tanken ble fylt med steiner for å redusere oljemengden i systemet. Eksperimenter viste at steinene senker hastigheten på oljestrømmen, noe som fører til mindre miksing av kald og varm olje og bedre temperaturoppførsel under oppladning. Dette gir en bedre energiutnyttelse av oljen ved koking. Trakt-i-tank-konseptet har vist seg å være ineffektivt om det lades opp med for lav effekt på grunn av varmetap fra trakten til det termiske lageret. Simuleringer med et isolert traktrør er gjort for å se om dette kan forbedre systemet. Eksperimenter med ris- og bønnekoking tilkoblet solcellepaneler ble gjennomført. Den tilgjengelige mengden termisk energi når systemet er fulladet er 5.3 kWt. Dette kan være passende for en liten institusjon. Med mulighet for å lade opp tanken samme dag kan den daglige tilgjengelige energien være høyere. Konseptet er klart for å testes i det virkelig liv.

This thesis concerns the design and testing of a thermal energy storage to be used for cooking by families and institutions in Sub-Saharan African countries. The system consists of an oil barrel containing a funnel and a heating element, with a pot at the top. The funnel separates the hot and cold oil flows and makes it possible to heat a small volume of oil quickly, to be stored or used for cooking. A system to test the concept was designed and built during a previous project thesis. Experiments showed that the system can be used to cook food both from the storage and while charging. The results from these experiments were used to optimize the design and, based on this, an improved system was built, with the possibility of adjusting the funnel height to control the temperature in the funnel. A pot-in-pot solution for cooking was tested, since the pot must be extracted for cleaning.With a small amount of oil in between the pots, the pot-in-pot solution provides a much more acceptable heat transfer to the cooker than without. The tank was filled with rocks to reduce the amount of oil needed. Experiments showed that the rock bed reduces the mixing of oil, which leads to better thermal behavior during charging and makes it possible to extract more energy from the oil during discharging. The funnel concept has proven inefficient while charging under reduced power, due to heat losses from the funnel to the storage. Simulations have been run to investigate the effect of insulating the funnel tube, showing the importance of the upper part of the funnel. Rice and bean cooking experiments were conducted, with the system charged by photovoltaic panels. The available energy in the fully charged system is about 5.3 kWh, which can be suitable for small institutions. With the ability to recharge the system, the daily available energy can be increased. The concept has been deemed ready for testing under more realistic conditions.