如何製作「Sunbrella」太陽爐

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下雨時的雨傘，晴天時的拋物面太陽能炊具…Sunbrella！

傳統烹飪所使用的能源有多種來源：木材、天然氣、石油、煤炭、電力等。雖然太陽能烹飪似乎是自己的類別，但它是其他所有類別的基礎。太陽的能量為樹的生長提供了動力；一億年前埋藏在海底的動植物厭氧分解產生原油[1] ...

使用木材、石油和天然氣等傳統技術與使用純太陽能之間的差異在於能量必須經歷的轉移次數（當然還有使用的副產品）。例如，要使用天然氣，太陽照耀，樹木生長，動物進食，真菌盛宴，天然氣燃燒，然後鍋加熱。要使用純太陽能，就像使用太陽能炊具一樣，陽光照射......然後鍋加熱。簡單、直接，而且對於烹飪供人類食用的食物似乎更有效。

太陽能爐設計

背景

拋物面反射器[2]將陽光集中到一個焦點。形狀越精確，焦點越緊。當拋物面太陽灶未正確瞄準時，焦點會分散，產生離軸拋物面反射。因此，必須經常調整拋物面太陽灶以保持焦點到位。這種集中會產生非常高的溫度，非常適合洪堡縣等太陽不太強烈或直射的地區[3]。

機會比比皆是

作為 2009 年春天在加州理工洪堡分校學習適當技術的學生，我能夠接觸到令人難以置信的人力資源（Bart Orlando和Lonny Grafman），我無法想像比這更好的時間或地點讓我能夠合作設計、建造、測試和開發產品。享受一把傘式太陽灶。

這個專案的各個角度都呈現出驚人的成長機會，因此我能夠…

• 與社區成員建立聯繫並建立友誼
• 與優秀的老師和學生合作
• 擴展我對利用太陽能的方法的了解
• 刷新我的數學技能並學習將其應用到工程中
• 為下一代回收材料
• 以適當的技術集體的資訊資源為基礎
• 將社會、經濟和生態責任融入 DIY 項目
• 製作一個 wiki 網頁
• 激勵其他人也這樣做並認識到他們擁有豐富的機會

這個項目是由獨一無二的巴特·奧蘭多真正實現的。巴特是一位適當的技術夢想家，除此之外，他將常見的物品轉化為太陽能炊具。他指導洪堡地區的學生並與他們合作設計和創造創新技術，例如適用於非工業化文化的拋物線籃式太陽能炊具和適用於工業化文化的帕帕桑椅式太陽能炊具。他本質上是一名教師，從活動和學校到農夫市集和合作社，他所到之處都會進行教育展示和示範。他的使命是減少使用木材和其他傳統烹飪方法對健康和環境的負面影響，並使所有烹飪食物的人都能使用太陽能烹飪。☺ 巴特，感謝您的奉獻、指導和友誼。Bart 設想的更多 AT 專案範例可以在線查看 Projects With Bart [4]。

這個專案的靈感來自 2000 年製作的另一台Sunbrella。感謝所有在線上記錄其工作的人！

設計

在洪堡縣，雨傘是一種非常合適的工具，使用清潔可再生資源的炊具也是如此。因此，我們決定將兩者結合起來製作一個令人難以置信的裝置：雨中的雨傘、陽光下的太陽灶…Sunbrella！

標準

我們在設計 Sunbrella 時使用的準則以及我們判斷我們成功的準則構成了我們的標準。您也可以將它們視為目標......

• 有效- 可以煮飯和燒水
• 安全- 烹調時穩定
• 便攜式- 可以很好地折疊，以便有效運輸和儲存
• 功能性- 可承受雨中使用而不會損壞
• 耐用- 可作為炊具重複使用
• 簡單- 易於理解、使用和構建
• 經濟- 利用重複使用​​/回收材料並產生很少的浪費
• 有吸引力- 引起興趣和思考，並且美觀

框架

框架就像骨架，它支撐著炊具的拋物線形狀。由於我們的框架是一把雨傘，我們四處尋找一把尺寸、形狀和傘柄都合適的雨傘。

• 尺寸- 拋物面炊具的直徑越大，反射到焦點的太陽光線就越多。我們計算出直徑在 50-60 英寸之間的雨傘是最合適的，因為我們希望能夠為一些人提供食物並保持乾燥，同時仍然能夠輕鬆運輸 Sunbrella。
• 形狀- 大多數雨傘並不完全是拋物線形，而是通常呈現懸鏈線或圓錐形。組成雨傘的面板數量決定了 3D 形狀的平滑程度，因此對於拋物面而言，面板數量越多越好。我們的目標是由不少於 12 個面板組成我們的雨傘。
• 軸- 軸的兩端確實很重要：手柄和尖端。在我們看來，直柄是最緊湊的，為我們的炊具提供了更多的可能性。尖端在 Sunbrella 的安裝過程中發揮著重要作用，因此我們想要一個又長又堅固的尖端。

在洪堡地區搜索了數週後，我們決定從Ebay 購買一把雨傘：一把白色的、直徑60 英寸、16 個面板、直柄、從傘柄伸出的2.5 英寸傘尖（因此非常堅固） 。大約在完成前一周，我們發現了一把完美的雨傘，幾乎與這把雨傘一模一樣，只是更好，因為它是彩虹色的，銀色的傘桿和傘骨（而不是黑色），並且具有更高的焦點。您將在本頁中看到兩者的圖片。

反射鏡

我相信您可以猜到，反射器實際上是反射太陽光線的。市場上有許多材料，它們具有不同程度的反射率、耐用性、價格等。另一位 Engr 305 學生於 2008 年製作了一張很棒的反射器比較表。理想情況下，將一種高紗數的布狀材料（如液體金屬絲）永久縫在面板上，以便於安裝。這種材料雖然不易取得，但已經存在*，因此我們決定創建單獨的反射器，當用作炊具時，這些反射器會滑到面板上，不用作炊具時會存放起來。我們選擇了聚酯薄膜和醋酸纖維素。

• 聚酯薄膜- 由聚酯製成的薄膜，反射率達 98%。具有良好的顏色一致性、尺寸穩定性、耐熱性高、不撕裂。[5]
• 醋酸纖維素- 看起來像塑料，易於切割且柔韌。CA由木漿製成，可以堆肥和焚燒。它還具有較差的保暖性、低過敏性和抗黴性。[6]

建造

反射器的建造花費了大量的時間和精力。我們必須經過多次反覆試驗才能找到合適尺寸的反射器——這並不像看起來那麼容易。我們發現，由於傘面的曲率，傘面無法覆蓋等腰三角形反光片，導致在彎曲以貼合曲線時，中間的反光片之間會出現間隙。因此，我們決定擴大三角形的角度，並允許最銳角向下的一側懸掛到下一個面板區域。

1. 測量單一面板的輪緣平面和中點處的寬度（再加上一些平均寬度）、完整徑向長度、輪緣平面與中點之間的徑向長度以及輪緣平面與所需位置之間的徑向長度反光鏡的長度（我們距離傘頂點 4 英吋）。
2. 在一大塊紙板上，畫一條線（靠近一側），其長度等於輪圈平面寬度。從該線的中點開始，畫一條等於整個徑向長度的垂直線，標記該線上的中點所在的點以及所需的反射器長度。
3. 在中間點處，畫一條與輪圈平面線平行的中心線（在中點交點），其長度為中間點寬度。
4. 使用碼尺（或任何長直尺），將輪圈平面線的端點與全徑向線同一側的中點線的端點連接起來。從輪圈平面追蹤線至與完整徑向線的交點。（如果不相交，那就沒問題。）對其他端點重複上述步驟。
5. 在反射鏡所需長度所在的徑向長度點處畫一條與邊緣平面線平行的線。現在您應該有一個梯形，其高度為所需的反射器長度，底邊為邊緣平面線的長度。
6. 放下一張醋酸纖維素片，使其一側和角與邊緣平面線及其一個端點（分別）對齊。將板材牢固地固定到位，以便您可以用美工刀切出梯形。
7. 將梯形滑入面板部分。評估作品的排列方式，並據此進行更正。在我們的雨傘中，我們的一側完美對齊，而另一側則懸垂到雨傘中心附近的相鄰部分。我們喜歡這個，因為它有助於將末端固定在下一個面板上。
8. 繼續直到所有面板都被填滿。
9. 對於聚酯薄膜，創建一個與切割的醋酸纖維素片相同的模板，除了在長邊之一和邊緣平面邊緣上保留一厘米左右，以便醋酸纖維素懸垂。
10. 將聚酯薄膜貼在距輪圈平面邊緣約 1 公分處的醋酸纖維素上。

站立

支架是太陽爐的安裝座或底座。支架必須易於調節，這一點至關重要，這樣太陽灶就能追蹤太陽，同時將對烹飪過程的干擾降至最低。顯然，支架也必須足夠堅固且接地良好，以支撐裝有食物的 Sunbrella。

我們集思廣益，為展台設計了多種不同的設計，其中兩種我們實際嘗試過：

• 樁——這種設計就像傘尖的延伸。我們將一根長木樁擰到一根長銅管上，銅管的柔韌性足以手動調節，但強度足以在固定 Sunbrella 時保持其形狀。將木樁牢固地插入地面，然後將傘尖固定在銅管的末端。需要某種支撐來防止木樁在土壤中自由旋轉，例如兩側都固定有彈力繩。
• 三腳架- 三腳架非常適合太陽能爐台，因為它們接地良好，並且可以輕鬆調整和固定在任何方向。我們設計了一個接口，使用鋁板、管道、支架和橡膠管將雨傘連接到三腳架上。此介面用螺絲固定在攝影機通常所在的位置，並緊密固定在 Sunbrella 上。為了建立這個介面，我們非常幸運地認識了一個能夠使用煉鐵機器的人，該機器可以輕鬆地對鋁板進行切割和鑽孔。謝謝來自阿卡塔太陽能架的約翰戴維斯！

炊具

炊具有助於烹飪食物，包括鍋子、鍋底，最好是擋風玻璃（哦，當然還有攪拌機和鍋架）。通常，拋物面太陽灶沒有直接穿過焦點的軸。這帶來了一些挑戰，但反過來又激發了創造力。

• 鍋子－可以是各種各樣的東西，例如平底鍋、盤子或罐子。無論是什麼，它都應該是黑色的，因為黑色吸收整個光譜。在確定花盆大小時，重要的是要考慮焦點的大小（意味著它的實際聚焦程度）和位置。由於我們的傘的焦點區域（不是一個點）位於橫樑上和上方，因此我們需要將鍋子放得盡可能低。我們決定使用短打蛋糕盤，它是一個類似甜甜圈的鍋，中間有一個空心圓錐體。這個鍋子可以完美地滑過手柄並沿著軸向下滑動，並坐落在橫樑上。因為鍋底太熱，我們決定使用兩個短打蛋糕盤，一個在另一個裡面，之間有一點空間，這可以避免食物燒焦並允許對流。
• 底座- 底座是花盆放置或懸掛的地方。它必須能夠承受鍋子的高溫和裝滿食物時可能的最大重量。對於 Sunbrella，肋梁充當底座，但由於它們也是黑色的，因此我們需要保護它們免受高溫的影響。我們用鋁箔紙覆蓋了肋梁，在肋樑下方安裝了一個錫餡餅盤，並在鍋下方貼了一個用箔紙包裹的木製甜甜圈狀塊。
• 防護罩- 某種透明的擋風玻璃，在它和花盆之間留出一點空間，使花盆能夠吸收陽光，但又可以防止風通過對流將其冷卻。

容器

由於雨傘不一定是 Sunbrella，因此方便存放反光鏡和其他組件會很好。我們決定使用一段兩個端蓋的 PVC 管。我們切一塊泡沫楔子，將雨傘固定在管內。反光鏡只需用布包裹並在內部放鬆即可。針對容器提出了更多想法，可以在「進一步」部分中找到。

材料和成本

工具

• 統治者
• 碼尺
• 剪刀
• 工具刀
• 鉗
• 剪板機
• 紙板
• 手套
• 太陽眼鏡
• 筆記本
• 相機
• 收音機

執行

設定

設定 Sunbrella 非常簡單，只需一個人大約 10 分鐘！這很容易......

一旦所有反射器就位，請注意離軸拋物線反射。如果時間合適且周圍有易燃材料，這種光散射可能會傷害某人的眼睛或可能引發火災。不使用炊具時，請將其面向離軸 180 度，或蓋上一塊布。

烹飪

現在是有趣的部分！嘗試烘焙、煎炸、炒…在網路和書籍中查看一些很棒的太陽能烹飪技巧和食譜，以獲取靈感。

使用 Sunbrella 時請務必戴上防紫外線太陽眼鏡，並在烹飪時準備好鍋架和毛巾。另外，請注意鍋的照明程度…拋物面太陽灶需要每 15 分鐘左右調整一次，以保持準確的焦點在太陽上。

記錄下來

將 Sunbrella 轉離太陽並撤消您剛剛所做的操作...簡單！請務必照顧好反光板。將它們堆疊在一起，使兩端醋酸纖維素面朝上以進行保護，然後用布包裹。將 Sunbrella 存放在容器中非常直觀，但萬一您想知道...

評估

那麼，最終我們滿足標準的情況又是如何？雖然我不想找藉口，但時間限制是倉促決定的首要原因，而這些決定不一定符合我們的標準……但我們盡力了！

• 有效的？- 是的，我們成功地烤了餅乾和蛋糕。不幸的是，我們尚未測試沸水，因為我們還沒有弄清楚如何防止在軸上形成冷凝水並滴到 Sunbrella 反射器上。我們將不斷更新我們的測試。
• 安全的？- 是的，Sunbrella 尚未點燃黑色建築紙（儘管我們毫不懷疑它可能在仲夏），三腳架非常穩定。然而，需要注意離軸拋物面反射，因為它可能會損害人的視力。此外，聚酯薄膜和醋酸纖維素都是易燃的。
• 便攜的？- 是的，Sunbrella 的容器大約佔據 2-3 把閉合雨傘的空間，而且重量輕。然而，我們需要一個較小的三腳架，因為我們使用的三腳架體積太大，不方便運輸。

• 功能性？- 是的，因為反光鏡在不使用時會被取出，所以雨傘的功能就像任何其他雨傘一樣。
• 耐用的？- 是也不是，雖然我們已經多次使用 Sunbrella，但我們發現聚酯薄膜在反射器在肋骨下滑動並接觸拉片的地方出現刮擦。
• 簡單的？- 是的，非常簡單！
• 經濟？- 是的，也不是，因為我們確實購買了許多新材料，包括雨傘、聚酯薄膜和醋酸纖維素。一段時間後，聚酯薄膜也需要更換。但是，至少它的主要輸入（太陽光線）是免費的、豐富的、乾淨的！
• 吸引人的？- 是的，我覺得很漂亮！它將每個人都認識的常見物品（雨傘和三腳架）組合成（幾乎）每個人都需要的東西，炊具！此外，白色和彩虹這兩種雨傘顏色都有可能引發關於陽光和色譜的熱烈討論。

總的來說，這是邁向低影響、DIY 生活的美好一步！

富爾瑟

專案永遠不會完成，因為總是有無數種方法來改進和調整技術。我們很開心地想像了一些使用 Sunbrella（正如 Merry Pranksters 所說）的可能性 FURTHURRRR！

• 該容器還可以設計為透過使用專為容納熱水而設計的黑色管道來利用太陽光線。使用 Sunbrella 時，可以將容器裝滿水並放在陽光下，在熱餐後提供熱水淋浴！
• 容器上的端蓋可以裝滿餐具用的同心杯。
• 衛星接收器天線可以連接到 Sunbrella 的軸上以進行通訊。

請添加（並嘗試！）您的願景！

文獻綜述

• Radabaugh, Joseph M. 1998.「天堂之火：太陽能炊具指南」。俄勒岡：家庭電力出版。
  • 該書概述了太陽能炊具的環境和社會效益、幾種不同的設計和實驗、如何建造 SunStar 太陽能烤箱的說明、烹飪技巧以及如何生產 SunStar 套件並發送給其他人。
• Halacy，貝絲和丹，編輯。1992.“用太陽做飯：如何建造和使用太陽能炊具。” 加州：晨陽出版社。
  • 這本書詳細介紹如何建造太陽能熱板和太陽能烤箱，並提供使用指南和大量食譜。
• 馬丁、瑞秋等人。“發展中國家使用的太陽能烤箱的設計。” 2006. 國際工程服務學習期刊 2，第 1 期：78-91。http://www.ijsle.org/（2009年2 月 10 日瀏覽）。
  • 教授和學生將康乃爾大學進行的實驗室測試與尼加拉瓜進行的實地研究相結合，以了解設計用於發展中國家的太陽能烤箱需要什麼。
• 帕雷德斯，胡安‧弗朗西斯科。2006年。“便攜式太陽能燒烤：用傘建造的便攜式拋物面炊具。” 太陽能烹飪檔案。http://www.solarcooking.org/（2009年2 月 10 日瀏覽）。
  • 有關如何用雨傘、鍍鋁紙板和三腳架製作太陽灶的說明。

聯絡資訊

• Teri Grunthaner - 行為與社會經濟學，加州理工洪堡'11 tlg49@humboldt.edu
• 巴特‧奧蘭多— 醫學生物學，加州大學歐文分校 '82 bart6591@yahoo.com

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