How to make a "Sunbrella" solar cooker/ja

雨の日は傘、晴れの日にはパラボリックソーラークッカー…サンブレラ！

従来の調理に使われるエネルギーは、木材、ガス、石油、石炭、電気など、様々な源から供給されています。太陽熱調理は独自のカテゴリーのように見えますが、他のすべての調理法の基盤となっています。太陽のエ​​ネルギーは木々の成長を促し、1億年前に海底に埋もれていた植物や動物は嫌気性分解されて原油を生産しました[1]。

木材、石油、ガスといった従来の技術と、純粋な太陽エネルギーを使うことの違いは、エネルギーの伝達回数（そしてもちろん、使用に伴う副産物）です。例えばガスを使う場合、太陽の光が当たり、木が成長し、動物がそれを食べ、菌類が活発に活動し、ガスが燃焼し、そして鍋が温まります。一方、ソーラークッカーのような純粋な太陽エネルギーを使う場合、太陽の光が当たり…そして鍋が温まります。シンプルで分かりやすく、人間が食べる料理を作るという目的においては、はるかに効率的であるように見えます。

ソーラークッカーの設計

ソーラークッカーから

ソーラークッカーは、製造の容易さと入手しやすい材料の使用を優先し、精度と効率を犠牲にした太陽光集光器です。水を沸騰させたりパンを焼いたりできる温度を確保するために、不正確な形状が用いられています。放物面反射鏡を用いたソーラークッカーの設計に関連する計算は、太陽に関する計算ページでご覧いただけます。

ソーラークッカーには様々な設計があり、それぞれに独自のコスト、利点、最適な条件があります。いくつか例を挙げてみましょう。

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  ソーラーパネルクッカー：箱を切り刻み、側面にアルミホイルを貼り付けただけのシンプルなもの。プロジェクト例：放物面の機械数学者
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  ソーラーボックスクッカー：ガラスパネルが温室効果を生み出す。プロジェクト例：ソーラーボックスクッカー研究プロジェクト
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  ソーラーバスケットクッカー：文化的に適切なソーラーボックスクッカー。プロジェクト例：柳のバスケットパラボリックソーラークッカー
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  ソーラーサテライトクッカー：放物線状の形状が太陽光を一点に集めます。プロジェクト例：パパサンチェアソーラークッカー
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  パラボリックソーラークッカー：子どもたちが数式を使って組み立てます。プロジェクト例：子ども向けソーラーオーブンの作り方（Locally Delicious）
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  ソーラーアンブレラクッカー：アンブレラは円錐形が多いですが、放物線に非常に近い形にすることもできます。例：「サンブレラ」ソーラークッカーの作り方
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  ソーラータイヤクッカー：リサイクルされた黒いタイヤのサンドイッチで断熱性と節約効果をたっぷり

背景

パラボラ反射鏡[2]は太陽光を焦点に集めます。形状が正確であればあるほど、焦点は狭くなります。パラボラ型ソーラークッカーの向きが正しくないと、焦点が分散し、軸外のパラボラ反射が発生します。そのため、焦点を一定に保つために、パラボラ型ソーラークッカーを頻繁に調整する必要があります。この焦点は非常に高い温度を生み出すため、ハンボルト郡のように太陽光がそれほど強くなく、直接当たらない地域に最適です[3]。

チャンスは豊富

2009 年春、素晴らしい人材 ( Bart Orlandoと Lonny Grafman) に恵まれて、 Cal Poly Humboldtで適正技術を学んでいた学生として、傘型ソーラークッカーを共同で設計、構築、テストし、楽しむのにこれ以上良い時期や場所は考えられませんでした。

このプロジェクトのあらゆる角度から、素晴らしい成長の機会が生まれます。そのため、私は…

• コミュニティメンバーとのつながりや友情を築く
• 素晴らしい教師と生徒と協力して取り組む
• 太陽エネルギーの利用方法に関する知識を広げる
• 数学のスキルをリフレッシュし、それを工学に応用することを学ぶ
• 次の世代のために材料をリサイクルする
• 適切な技術集団の情報リソースを活用する
• DIYプロジェクトに社会的、経済的、環境的責任を組み込む
• Wikiウェブページを作成する
• 他の人にも同じことをするように促し、彼らの豊富な機会を認識する

このプロジェクトは、まさに唯一無二のバート・オーランド氏のおかげで実現しました。バート氏は適切な技術の先見者であり、身近なものをソーラークッカーに改造するなど、さまざまなことを行ってきました。彼はハンボルト地域の学生を指導し、彼らと共同で、非工業化文化向けのパラボリックバスケットソーラークッカーや工業化文化向けのパパサンチェアソーラークッカーなどの革新的な技術の設計と作成に取り組んでいます。彼は根っからの教師で、イベントや学校からファーマーズマーケットや協同組合まで、行く先々で教育的な展示やデモを行っています。彼の使命は、木材やその他の従来の調理方法を使用することによる健康と環境への悪影響を軽減し、ソーラークッキングを料理をするすべての人に利用できるようにすることです。☺ バートさん、あなたの献身的な仕事、指導、そして友情に感謝します。バートが構想したATプロジェクトのその他の例は、Projects With Bart [4]でオンラインで見ることができます。

このプロジェクトは、2000 年に作られた別のSunbrellaからインスピレーションを得ました。オンラインで作業を記録してくださった皆様に感謝します。

デザイン

ハンボルト郡では、傘はまさに理想的な道具です。クリーンで再生可能な資源を活用した調理器具も同様です。そこで私たちは、この2つを組み合わせて、雨の日には傘、太陽の下ではソーラークッカー…まさにサンブレラという素晴らしい装置を作ることにしました。

基準

Sunbrellaを設計する際に用いたガイドライン、そして成功の判断基準が、私たちの基準を構成しています。これらは目標とも言えるでしょう…

• 効果的- 食べ物を調理したり、水を沸騰させたりできます
• 安全- 調理中も安定しています
• ポータブル- 折りたたんで効率的に輸送・保管できます
• 機能性- 雨天時でも損傷なく使用可能
• 耐久性- 調理器具として繰り返し使用しても耐えられます
• シンプル- 理解しやすく、使いやすく、構築しやすい
• 経済的- 再利用/リサイクルされた材料を利用し、廃棄物をほとんど出さない
• 魅力的- 興味や思考を呼び起こし、見た目にも美しい

'フレーム

フレームは骨組みのようなもので、調理器具の放物線状の形状を支えるものです。私たちのフレームは傘なので、適切なサイズ、形状、そしてシャフトを持つものを探し求めました。

• サイズ- パラボリッククッカーの直径が大きいほど、焦点に反射される太陽光線の量が増えます。数人に食事を提供し、濡れないようにしつつ、Sunbrellaを簡単に持ち運びできるようにしたいと考えていたため、直径50～60インチの傘が最適だと計算しました。
• 形状- ほとんどの傘は放物面ではなく、懸垂線状や円錐状をしています。傘を構成するパネルの数によって3D形状の滑らかさが決まるため、放物面形状であればパネルの数が多いほど良いでしょう。私たちは、この傘を構成するパネルの数を12枚以上にすることを目標としました。
• シャフト- シャフトの両端、つまりハンドルと先端が非常に重要です。ストレートハンドルは最もコンパクトで、調理器具の可能性を広げると考えました。先端はSunbrellaの取り付けに大きな役割を果たすため、長くて丈夫なものを選びました。

ハンボルト地方を何週間も探し回った後、eBayで傘を購入することにしました。白で、直径60インチ、16枚の傘板、まっすぐな持ち手、そして柄から2.5インチの先端が伸びている（つまりとても丈夫）傘です。購入の約1週間前に、この傘とほぼ同じ完璧な傘を見つけました。虹色で、柄と傘骨が黒ではなく銀色で、焦点が高いという点が違います。このページでは両方の傘の写真をご覧いただけます。

反射板

ご想像のとおり、反射板は太陽光線を反射するものです。市場には反射率、耐久性、価格などが異なる様々な素材が数多く出回っています。2008年には、別のEngr 305の学生が優れた反射板比較表を作成しました。理想的には、リキッドラメのような高密度の布のような素材をパネルに縫い付けて簡単に設置できるようにするのが理想的です。この素材はすぐには入手できませんでしたが、市販*されているので、代わりに調理器具として使用する際にはパネルに取り付け、使用しない際には収納できる個別の反射板を作成することにしました。最終的に、マイラーとセルロースアセテートを使用しました。

• マイラー- ポリエステル製のフィルムで、反射率は98%です。色の均一性、寸法安定性、耐熱性が高く、破れにくいという特徴があります。[5]
• セルロースアセテート- プラスチックのような外観で、切りやすく、柔軟性があります。木材パルプから作られており、堆肥化や焼却が可能です。また、保温性が低く、低アレルギー性で、カビや白カビの発生にも強いです。[6]

工事

反射板の製作には多大な時間と労力を費やしました。適切なサイズの反射板を見つけるために、何度も試行錯誤を重ねる必要がありました。見た目ほど簡単ではありませんでした。傘のパネルは曲率が大きいため、二等辺三角形の反射板では覆うことができません。曲線に合わせて曲げると、反射板の中央に隙間ができてしまうのです。そこで、三角形の角度を広げ、最も鋭角な辺の一つを次のパネルエリアにはみ出させることにしました。

1. 個々のパネルのリム面と中間点の幅（プラス平均としてさらにいくつか）、全半径、リム面と中間点の間の半径の長さ、リム面とリフレクターの希望する長さ（傘の頂点から 4 インチ離しました）の間の半径の長さを測定します。
2. 大きめの厚紙に、リム面の幅と同じ長さの線（側面の近く）を引きます。その線の中点から、放射状の長さ全体と同じ長さの垂線を引きます。その線上に、中点とリフレクターの希望する長さが一致する点を記します。
3. 中間点に、中間点の幅の長さでリム面の線と平行な中心線（中間点での交点）を描きます。
4. ヤードスティック（または長くてまっすぐな定規）を使って、リムプレーンの線の端点と、全放射状線と同じ側にある中点線の端点を結びます。リムプレーンから全放射状線との交点まで線を描きます。（交差していなくても問題ありません。）他の端点についても同様に繰り返します。
5. リムプレーンラインに平行な線を、放射状の長さに沿って、リフレクタの希望する長さの点に引きます。これで、高さがリフレクタの希望する長さで、底辺がリムプレーンラインの長さである台形が描けます。
6. セルロースアセテートシートを、リムプレーンラインとその端点のいずれかに、側面と角を合わせて置きます。シートをしっかりと固定し、カッターナイフで台形を切り取ります。
7. 台形をパネルセクションに差し込みます。ピースの並び方を確認し、必要に応じて修正します。この傘では、片方の辺はぴったりと並びますが、もう片方の辺は傘の中央付近で隣のセクションにはみ出ています。この方法は、その端を次のパネルにしっかりと固定できるので便利です。
8. すべてのパネルが埋まるまで続けます。
9. マイラーの場合は、セルロースアセテートがはみ出すように、長い辺の 1 つとリム プレーンの端を 1 センチメートル程度切り取る点を除き、カットしたセルロースアセテート片と同一のステンシルを作成します。
10. リムプレーンの端から約 1 センチメートル下の位置に、マイラーをセルロースアセテートにテープで貼り付けます。

スタンド

スタンドはソーラークッカーの架台、または土台です。調理プロセスへの影響を最小限に抑えながらソーラークッカーが太陽の動きを追尾できるよう、スタンドは簡単に調整できることが重要です。また、スタンドは食材を入れたサンブレラを支えるのに十分な強度としっかりとした接地が必要です。

私たちはスタンドのデザインについてかなり多くの異なるアイデアを出し合いましたが、実際に試したのはそのうちの 2 つです。

• 支柱- このデザインは傘の先端の延長線上にあるような役割を果たします。長い銅管に長い支柱をねじ込み、手で調整できる程度の柔軟性と、サンブレラを支えながら形状を維持できる強度を兼ね備えています。支柱は地面にしっかりと差し込み、傘の先端は銅管の先端に固定します。支柱が土の中で自由に回転しないように、両側にバンジーコードなどで固定するなど、何らかの支えが必要です。
• 三脚- 三脚はしっかりと固定でき、あらゆる方向に簡単に調整・固定できるため、ソーラークッカーのスタンドに最適です。アルミプレート、パイプ、ブラケット、ゴムチューブを使って、サンブレラを三脚にしっかりと固定できるインターフェースを設計しました。このインターフェースは、カメラが取り付けられる場所にネジ止めするだけで、サンブレラをしっかりと固定します。このインターフェースを構築するにあたり、アルミ板を難なく切断・穴あけできる鉄工機械を持っている方と知り合い、大変助かりました。アルカタのSolar Racksのジョン・デイビスさん、ありがとうございました！

調理器具

調理器具は、食材を調理するために必要なもので、鍋、鍋底、そして理想的には風防（そしてもちろんミキサーと鍋つかみ）が含まれます。通常、パラボラ型ソーラークッカーには、焦点を通るシャフトがありません。これはいくつかの課題を伴いますが、その代わりに創造性を発揮することができます。

• 鍋- フライパン、皿、瓶など、さまざまなものが考えられます。黒は光のスペクトル全体を吸収するため、どのようなものであれ黒色である必要があります。鍋のサイズを決めるときは、焦点のサイズ (つまり、実際にどれだけ焦点が合っているか) と位置を考慮することが重要です。私たちの傘の焦点領域 (それほど大きな点ではありませんが) は梁の上と梁の上にあったため、鍋をできるだけ低くする必要がありました。私たちは、中央に空洞の円錐があるドーナツのような鍋、バント ケーキ皿を使用することにしました。この鍋はハンドルの上を滑り、シャフトに沿って完全に下がり、梁にぴったりと収まります。鍋の底は非常に熱くなるため、焦げ付きを防ぎ対流を起こすために、バント ケーキ皿を 2 つ使用し、1 つをもう 1 つの中に少し隙間をあけて重ねることにしました。
• ベース- ベースは鍋を載せたり吊り下げたりするものです。鍋の高温と、食材を詰め込んだ時の最大限の重量に耐えられる必要があります。サンブレラではリブビームがベースとして機能しますが、リブビームも黒色なので、高熱から保護する必要がありました。リブビームをアルミホイルで覆い、リブビームの下にブリキのパイ皿を置き、さらにアルミホイルで包んだドーナツのような木製のブロックを鍋の下に固定しました。
• シールド- 鉢との間に少しのスペースを残す透明な風防のようなもので、鉢が太陽光線を吸収しながらも対流による風の冷却を防ぎます。

コンテナ

傘は必ずしもサンブレラである必要はないので、反射板やその他の部品を収納できる便利な収納スペースがあると便利です。両端にキャップが付いたPVCパイプを使うことにしました。傘をパイプの中に固定するために、フォームをくさび状に切り込みを入れました。反射板は布で包んで中に入れます。収納スペースのアイデアは他にもいくつかありますので、「その他」セクションをご覧ください。

材料とコスト

ツール

• ルーラー
• ヤードスティック
• はさみ
• ユーティリティナイフ
• ペンチ
• 裁断鋏
• 厚紙
• 手袋
• サングラス
• ノート
• カメラ
• 無線

実装

設定

Sunbrellaの組み立ては驚くほど簡単で、1人で約10分で完了します。とても簡単です。

すべての反射板を設置したら、軸外の放物面反射に注意してください。光の散乱は、人の目を傷つけるだけでなく、燃えやすい物質が周囲にある場合、火災の原因となる可能性があります。調理器具を使用しないときは、軸から180度ずらすか、シートで覆ってください。

料理

さあ、楽しい時間です！焼いたり、揚げたり、ソテーしたり、いろいろ試してみましょう。インターネットや書籍で、太陽熱調理の素晴らしいヒントやレシピをチェックして、インスピレーションを得ましょう。

Sunbrellaを使用する際は、必ずUVカットサングラスを着用し、調理中は鍋つかみとタオルを手元に用意してください。また、鍋の照度にも注意してください。パラボラ型ソーラークッカーは、太陽に正確に焦点を合わせるために、約15分ごとに調整する必要があります。

降ろす

サンブレラを太陽から離し、先ほどやったことを元に戻す…簡単です！リフレクターの扱いにはご注意ください。両端のセルロースアセテート面を上にして重ね、布で包んでください。サンブレラを容器に収納するのはとても簡単ですが、念のため…

評価

それで、結局、私たちは基準をどれだけ満たせたのでしょうか？言い訳をしたくはありませんが、時間の制約が、必ずしも基準に合わない拙速な決断を下した一番の理由でした…それでも、私たちは努力しました！

• 効果はありましたか？ - はい、クッキーとケーキを焼くのに成功しました。残念ながら、シャフトに結露が発生し、Sunbrellaリフレクターに滴り落ちるのを防ぐ方法がまだ見つかっていないため、熱湯でのテストはまだ実施していません。テストの結果は引き続きご報告いたします。
• 安全ですか？ - はい、サンブレラは今のところ黒い画用紙に火をつけたことがありません（真夏なら燃える可能性は否定できませんが）。三脚も非常に安定しています。ただし、軸外の放物面反射は視力に悪影響を与える可能性があるため、注意が必要です。また、マイラーとセルロースアセテートはどちらも可燃性です。
• 持ち運び可能？ - はい、Sunbrellaの収納スペースは傘を2～3本ほど閉じた状態だと約2～3本分のスペースしか取らず、軽量です。ただし、今回入手した三脚は持ち運びに不便なほど大きかったので、もっと小型の三脚が必要です。

• 機能的ですか? - はい、使用していないときは反射板が取り外されているので、この傘は他の傘と同じように機能します。
• 耐久性はありますか? - はい、でもあり、いいえでもあります。私たちはすでに Sunbrella を何度も使用していますが、反射板がリブの下に滑り込んでタブに接触する部分のマイラーが傷ついていることがわかっています。
• シンプルですか？ - はい、驚くほどシンプルです！
• 経済的？ - ええ、そうとも言えません。傘、マイラー、セルロースアセテートなど、かなり新しい素材を購入しました。マイラーもしばらくしたら交換が必要になります。でも、少なくとも主な光（太陽光線）は無料で、豊富で、クリーンです！
• 魅力的？ - ええ、本当に美しいと思います！傘と三脚という誰もが知っているありふれたアイテムを、（ほぼ）誰もが必要とする調理器具に組み合わせているんです！それに、傘の白と虹の色は、太陽光や色のスペクトルについて、素晴らしい会話を巻き起こす可能性を秘めています。

全体として、環境への影響が少ない DIY 生活に向けた素晴らしい一歩です。

さらに

プロジェクトに終わりはありません。技術を改良し、適応させる方法は無限にあるからです。私たちは、Sunbrella（メリー・プランクスターズの言葉を借りれば）をさらに進化させる可能性を夢想し、楽しんでいました！

• 黒いチューブに温水を入れることで、太陽光も活用できる設計にできます。サンブレラ使用中は、容器に水を入れて太陽の光を浴びせることで、温かい食事の後に温かいシャワーを浴びることができます。
• 容器の端のキャップには食器用の同心カップを詰めることができます。
• 通信用に衛星受信アンテナをサンブレラのシャフトに接続することもできます。

あなたのビジョンをぜひ追加（そして試してみて！）してください！

文献レビュー

• ラダボー、ジョセフ・M. 1998年、「天国の炎：ソーラークッカーガイド」オレゴン州：ホームパワーパブリッシング。
  • この本では、ソーラークッカーの環境的および社会的利点、いくつかの異なる設計と実験、SunStar ソーラーオーブンの組み立て方法、調理のヒント、他の人に送るための SunStar キットの作り方について概説しています。
• ハラシー、ベス、ダン編、1992年。「太陽で調理：ソーラークッカーの作り方と使い方」カリフォルニア州：モーニングサン・プレス。
  • この本では、ソーラーホットプレートとソーラーオーブンの作り方を、使用ガイドラインとたくさんのレシピとともに詳しく説明しています。
• マーティン、レイチェル他「発展途上国での使用を目的としたソーラーオーブンの設計」2006年、国際工学サービス学習ジャーナル2、第1号、78-91ページ。http ://www.ijsle.org/（2009年2月10日アクセス）。
  • 教授と学生は、コーネル大学で行われた実験室でのテストとニカラグアで行われた現地調査を組み合わせ、発展途上国で使用するためのソーラーオーブンの設計に何が必要かを理解しました。
• パレデス、フアン・フランシスコ。2006年。「ポータブルソーラーバーベキュー：傘で作るポータブルパラボリッククッカー」ソーラークッキングアーカイブ。http ://www.solarcooking.org/（2009年2月10日アクセス）。
  • 傘、アルミ箔のボール紙、三脚を使ってソーラークッカーを作る方法を説明します。

連絡先情報

• テリ・グルンサナー— 行動経済学および社会経済学、カリフォルニア州立工科大学ハンボルト校 '11 tlg49@humboldt.edu
• バート・オーランド— 医学生物学、カリフォルニア大学アーバイン校 1982年卒業bart6591@yahoo.com

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