Papasan chair solar cooker/zh
“协同”一词源自希腊语，意思是“共同努力”。该项目将Papasan椅现有的抛物线形状和舒适的坐垫与太阳灶的天然能源利用结合。我的希望是，本着协同作用的精神，整体将大于各个部分的总和，并且人们可能会发现拥有太阳灶的想法更实用，如果他们也可以在不使用太阳灶时坐下来阅读在使用中。与传统的单一功能抛物面太阳灶相比，该项目在不使用时充当椅子，节省空间，并且比传统抛物面太阳灶更少火灾隐患。它主要是用回收的材料建造的，不会造成消耗。
内容
巴特·奥兰多
当地太阳能烹饪专家和适当技术创新者巴特·奥兰多启发并共同创建了这个计划。巴特在学期开始时在全班同学面前发言时提出了他对帕帕桑椅太阳灶的设想，并将其作为课堂专案。 Bart 与洪堡地区的学生合作超过 15 年，建造和设计踏板驱动和太阳能驱动的原型教育显示器。与 Bart 合作意味着该专案受益于来自多年经验的创新设计。有关 Bart 专案的更多信息，请访问这些[1]、[2]和抛物线篮式太阳灶网页。 Bart Orlando 的主页学生希望与他一起启动一个项目，其标题为“Projects With Bart”。
文献综述
- 丹尼尔斯、法灵顿。直接利用太阳能。纽黑文和伦敦：耶鲁大学出版社，1964 年。
本书简要概述了抛物面太阳灶的应用和结构。还包括许多其他利用阳光烹饪的方法的资讯。
- 哈拉西，DS Junior。太阳能时代的来临。纽约：哈珀和罗，1963 年。
包含小型太阳能专案的有趣历史概述，包括抛物线专案。
- 大卫‧麦克丹尼尔斯。纽约：约翰威利父子公司，1979 年。
对太阳辐射的利用以及太阳能热应用进行更技术性的研究。
虽然很高兴看到有关于太阳能的文献，但我找到的书籍对这个计划没有太大帮助。这些连结很有帮助：
- http://solarcooking.wikia.com/wiki/Compendium_of_solar_cooker_designs - 大量不同太阳能专案的清单。很多图片。很好的维基，有很多资讯。
- http://solarcoking.org/ - 整体来说是很好的资源。设计、图片、资讯、提示等。
- http://www.fsec.ucf.edu/en/research/solar Thermal/solar_cooker/documents/reflecturalmaterialsreport.pdf - 详尽但有些杂乱的反射材料清单。反射器部分的图表就是以此为基础的。
标准
此专案的设计考虑了以下标准：
时间– 必须能够在一个大学学期或大约 4 个月的兼职劳动的时间内设计和建造。
预算－没有固定的预算，但是大多数人可以回收或轻松获得的材料越多越好。
耐久性－该专案必须能够承受在使用过程中或数年内定期暴露在自然环境中，尤其是阳光。另外，坐在椅子上不得损坏反光镜。
便携性——该设备应该重量轻，以便一个人可以毫不费力地移动它，并且足够紧凑，可以通过自行车拖车牵引。藤条是许多 Papasan 椅子的制造材料，重量相当轻，因此反射材料成为重量方面的关键问题。
设计- 应将新的改进或以前未想到的创新纳入太阳灶计划中。在微风中应该会稳定。
协同/整合-应该是一个多功能设备，能够轻松净化水以及烹饪食物，在需要时点燃纸或草，并且仍然能够轻松融入日常家庭环境。
嵌入能量水平- 应该找到或回收材料，以便可以证明可以在没有工业设备的情况下建造它。
易于使用-如果要使用多个部件，那么它们应该是安全的，采用直觉的设计，并且不需要使用工具进行操作。
设计
太阳能灶背景
太阳灶用于将阳光集中到锅子或盘子上。它可以用来烘烤、油炸、做爆米花、煮饭、生火、消毒和烧水。这在阳光普照的地区有潜在的重要应用，这些地区烹饪的燃料稀缺，或者由于燃料变得更加稀缺，妇女必须离开村庄越来越远去采集木材。如果太阳能烹饪流行起来，它将成为一种类似于烧烤的新型户外休闲方式，但它与整个世界（即太阳）直接相连，并且没有碳足迹（如果人们重复使用盘子和银器） ）。
太阳灶有多种形状，从盒子状到抛物线形、球形、漏斗形和平面镜形。每种形式在结构、耐用性、材质、性能等方面都有不同的优缺点。
那为什么是抛物线呢？
抛物面炊具似乎比其他类型的太阳能炊具更重、更昂贵。由于它们将光线聚焦到一个小区域，因此需要不断跟踪太阳才能有效（大约每 15 分钟调整一次）。其他太阳能炊具（例如太阳能烤箱）利用温室效应将热量捕获在封闭区域中，而抛物面炊具实际上将阳光从较大区域集中到较小区域。
抛物面太阳能炊具的元件
框架
这是炊具的支柱。它必须是：
- 足够坚固以支撑反射器的重量（可能还有食物，取决于设计）
- 足够稳定，可以应对温和的风，而不会有热/沸腾的食物/液体洒在地面和人身上的风险
- 足够轻，可以频繁调整以追踪太阳。
框架可以多种方式建构；它可以用模具铸造，用卫星天线甚至黑莓灌木丛等回收材料制成，也可以用专门用于炊具的新材料制造。它也可以利用预先存在的抛物面（如本例所示）。
- 在这个设计中，使用过的 Papasan 椅子提供了坚固、轻巧、有点稳定的骨架，而无需购买新材料。这种设计方法并非在世界所有地区都适用，但这款 Papasan 椅子框架的材料藤条在亚洲、非洲和澳洲广泛使用。
反射镜
反射表面本身可以是多种材料。有时，薄金属框架是围绕单块铸造抛光金属制成的。表格比较了 Papasan 椅子太阳能炊具的潜在反射器的不同方面：
| 材料 | 反射率 | 重量 | 网上报价 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|---|
| 抛光阳极氧化铝 | 〜95% | 光 | ~$7/平方英尺 | 反光、轻质、可回收、结构耐用、易于弯曲和塑形 | 容易刮花，价格也不便宜 |
| 聚酯薄膜 | >98% | 超轻 | 4'x'50 卷 30 美元 | 超反光、超轻、超便宜 | 不擅长承受自然环境，如果胶水开始脱落，会形成“气泡”，需要刚性背衬 |
| 铝箔 | 88% 乐观的一面 | 超轻 | 1.5'x70' 卷 3.29 美元 | 极为便宜且广泛使用 | 不那么反光，与酸性果汁混合时会腐蚀，结构脆弱，只能持续一到两次 |
| 罐盖 | 70-80%（我的估计） | 光 | 自由的 | 广泛可用、有效、可挽救，我有没有提到免费？ | 反光性不强，形状不均匀，使用起来需耗费大量人力 |
| 亚克力镜子 | 99% | 中型/重型 | 1'x4' 飞机 78 美元 | 非常反光，几乎牢不可破 | 来自平面，可能很难拟合抛物线并仍保持反射率，超级昂贵 |
| 玻璃镜 | 99% | 很重 | 至少 100 美元/平方英尺 | 超级反思性、广泛性——意味着它可以被挽救 | 非常昂贵的新产品，采用刚性平面 - 可以打破以适应马赛克中的抛物面，以换取精确的焦点 |
| 天文箔 | 76% | 光 | 1'x50' 卷 37 美元 | 比较强 | 不那么反省 |
- 许多具有高反射率和强度的潜在材料只能透过工业公司的特殊订单获得。虽然我没有尝试订购或要求捐赠这些优质产品，但制造商通常会大量交易。
此外，我不确定特殊订单的工业超级反射器是否符合该项目的可回收性和广泛可用性的标准。也就是说，对于有抱负的DIY太阳能技术人员来说，一卷高品质反光材料可能是一项明智的投资。
巴特的三角形铝反射器的特写视图，带有马车螺栓。
- 该项目最终使用了巴特·奥兰多捐赠的先前拥有的阳极氧化抛光铝板。几年前，该板材曾被等离子切割机切割成三角形，以便在不同的炊具中使用。他以 80 美元的价格购买了 4'X 8' 的新床单，但他声称当地的废品回收场定期提供更便宜的床单。
食物盛放装置
炊具的下一部分其实是用来盛装食物的。这必须符合一些标准。它必须是：
- 黑色，因为容易吸收阳光。
- 能够承受强烈的能量而不会有毒（无塑胶锅柄）
- 可以从上方悬挂在三脚架上，也可以安装在抛物面的边缘平面上。
由于该项目还具有椅子的功能，因此我们认为悬吊比安装在抛物线上的杆子更有意义。
本计划考虑了一些保存食物的可能性：
- 12 吋自行车轮圈，带有3 个以120 度角向外延伸的钩子。 ，煎锅或烹饪锅。
- Gaiam推出的一款名为“HotPot”的产品。这个锅子是专门为利用太阳光线烹饪而设计的。这是一个很好的太阳能食品容器的例子，因为它是导电的、黑色的，并且包含一个空气绝缘层，这样风就不会冷却锅子。我们决定放弃购买其中一款，转而选择更可挽救的设计。
HotPot 烹饪容器由一个悬挂在带盖的透明锅内的黑锅组成
- 一个加仑大小的锡罐，涂上黑色蛋彩画。带有纸底的钢丝衣架可以从纸上取下，露出一加仑大小的罐子的完美支架。罐子上距顶部 1 英寸处以 180 度角刺有 2 个孔，并将衣架挂在里面。装满水，将食物放入罐子内的小型或中型玻璃罐（带盖）中，然后用匹配尺寸的锅盖盖住罐子（没有塑料）或铝箔，这将利用双锅炉效应，并且不会使您的食物中毒，这是最容易回收/可重复使用的设计。
在蛋彩画罐内使用梅森罐。
蛋彩画罐，附罐盖。
- 带有盖子和吊钩的黑色不锈钢或铸铁烹饪锅也很合适。锅子上不能有塑胶。
暂停
使用炊具时，悬挂机构将食物从上方固定在焦点上方。我们想要一个悬挂机制，可以是：
- 轻松调节
- 轻的
- 强的
- 在风中以及狗、儿童等周围保持稳定
- 容易制作
我们使用了由竹子和自行车内胎制成的三脚架，并配有 1/2 英寸宽的链条用于悬挂。竹子除了是迷人的有机体之外，也是永续发展的首选建筑材料。
有趣的数学东西
- 在数学中，抛物线是笛卡尔平面上的图形 (y=x²) 的圆锥曲线。如果该二维图像绕着 y 轴“旋转”，则所得形状将是抛物面，即该炊具使用的形状。抛物线和抛物面都具有将能量波集中到称为焦点的单点的作用。自然界中有许多抛物线的例子。
- 深聚焦抛物线是将焦点包含在形状内的抛物线。浅焦点抛物线将焦点投射到形状之外。因此，深聚焦抛物线炊具比浅聚焦抛物线炊具安全得多，因为它们不会将燃烧光球投射到边缘平面之外并意外烧伤物体或人。
- 我强烈建议您查看此网页，以帮助形象化这个概念，并了解传入的能量射线如何聚焦到抛物线图上的一点。请注意，如果将系数“a”减小到超过某点，焦点就会投射到抛物线之外。对于抛物线方程式 y=ax 2，如果“a”设定为3，则焦点将出现在渐近线抛物线的“臂”处。减少“a”超过该值，焦点将位于抛物线之外。我们使用的 Papasan 椅子在边缘平面内有一个抛物线焦点，其图形估计为 y=.37x 2
计算
- 在典型的阳光充足的一天，通常估计面向太阳的平坦表面每平方米将接收 1000 瓦的功率。
椅子直径约 4.2 英尺，深 18 英寸。抛物线暴露的阳光量受到孔径横截面积的限制。
方程式模型
- 横断面面积（米）*（1000 瓦 * 平方米-1）* 阳极氧化铝的反射系数 = 晴天每台 Papasan 太阳灶的瓦数。
脆脆的数字
- Pi*r 2 =圆的面积（m 2）
- 141*0.70104m 2 = 1.53m 2
- 圆面积（m 2 * 1000 瓦/m 2 = 理想功率输出（W））（m 2抵销）
- 53 m 2 * 1000 W/m 2 = 1530W
- 理想功率输出（W） * 阳极氧化铝的反射系数 = 实际调整的功率输出（W）
1530瓦*.95=1453瓦
这意味着 Papasan 椅子太阳能炊具在阳光充足的情况下可以利用超过 1450W 的功率 - 不算太差！
未考虑到的因素——
- 烹饪锅对炊具的阴影（差异不大）
- 透过不精确聚焦的面造成能量损失
- 来自划痕/脏面的光扩散（Bart 估计该项目的反射率接近 90%）
执行
由于我们在建造该专案时就进行了设计，因此我们的时间框架约为数周和数月，但一旦获得所有材料，该专案可以在一到两天内完成。
为了实施这个项目，您将需要：
- 一张帕帕桑椅
- 一张阳极氧化铝（约 4' x 8'）
- 使用等离子切割机或贝弗利剪
- 几英尺的麻线
- 带有 1/8" 钻头和一个 1/4" 钻头的电钻
- 3 根竹竿 8'x1"
- 7 英尺 1/2 英寸宽金属链
- 2-3 条二手自行车内胎
- 1 个 2" 长 1/4" 宽螺栓，附螺母
- 1/4" 棘轮头
- 一根筷子
- 一张纸，黑色
不包括食品盛放装置的材料，因为有多种选择。要查看这些内容，请按一下此处。
反射镜
- 要从阳极氧化铝板上切割反射器，您需要先测量椅子从中心点到边缘的半径。重要的是，半径的测量包括椅子曲线的 3 维性。使用此测量方法制作三角形，其中 2 条边的长度为半径加 1 英寸，第 3 条边的长度约为 8 英寸。
您可能需要测量三角形的第三边 (8") 沿着椅子的圆周适合多少次，以了解要切割多少个面。由于人们将坐在椅子上，请注意将任何边倒圆将锋利的边缘打磨成曲线，并打磨任何毛边。
- 切割完毕后，轻轻弯曲它们以适应椅子框架的弯曲形状。铝一旦弯曲就会保持这种形状。首先练习弯曲其中一个，看看它的易碎程度如何，然后再弯曲其余的。
- 现在是使用钻头的时候了。从每个刻面 8 英寸长度的两侧角向下测量约 1/2 英寸，然后钻一个 1/8 英寸的孔。
- 将所有小面堆叠在一起，并在为螺栓制作的端件上做一个标记。让某人用稳定的手按下刻面，这样它们就不会滑动，并用 1/4" 钻头钻穿刻面。由于铝的柔软性，这比您想像的要容易。滑动将螺栓穿过并拧紧，使各面像一把扇子。
- 使用 1/4 英寸钻头，在椅子中间垫子下方的圆形木头上钻一个小凹陷，以便刻面可以位于椅子的中心。
- 现在是时候展开这些面并用麻线将它们绑在椅子的外缘上。在将它们绑紧之前，请确保它们已弯曲到椅子的形状，以便稍后获得准确的抛物线聚焦。
注意：建议在每个镜子长度的 2/3 处钻一个额外的孔，对应于镜框位于镜框下方的位置，以便镜子可以靠近镜框绑紧。这可以促进更紧密的聚焦。然而，我们使用的椅子并不是完美的抛物线，事实证明，没有额外的系带可以更好地聚焦。
暂停
该项目的这一部分非常简单。
- 将 3 根杆子放在地上，使它们彼此平行放置。将链条展开，使其与杆平行，并在杆的一端多出几英寸。在这一端，将杆子绑在一起，使链条位于所有 3 个杆子的中间。
- 切割自行车内胎，使圆圈打开。现在您可以用它来绑扎。
- 您可能需要第三只手握住杆子，链条位于中间，同时将管子绕在杆子上一次，距离杆子末端约 6 英寸。将包裹物系紧，然后将管子的其余部分紧紧地包裹在杆子上，并用盒子将其系紧，以免其散开。
- 将支柱立起，扎带组件朝上。深吸一口气，将其展开到刚刚创建的三脚架中！确保链条能够支撑良好拖船的重量而不会打滑。如果它看起来不强，请采取额外措施以确保它是强的。请记住，这将盛开水！
以瞄准装置测试焦点
- 现在你的炊具已经安装好了，在下一个阳光明媚的日子，把它带到外面。观察面板闪闪发光。如此闪亮...
现在，看看各个方面；它们靠近框架吗？它看起来是抛物线吗？镜子干净吗？如果刻面漂浮在框架上方并且看起来不均匀，您可能需要尝试上面“反射器”部分中提到的额外系带技术。这将有助于更好地集中注意力。如果镜子脏了，请尝试在抹布上使用少量 citra-solv 天然溶剂和水来清洁它们。
- 将筷子插入棘轮通常所在一端的棘轮头来制作瞄准装置。将其插入刻面中心的螺帽上。这样就创造了一个日晷。现在，您将能够辨别炊具何时面向太阳，因为筷子不会投射任何阴影。
注意筷子投射的阴影。这意味着炊具没有正确瞄准。
现在它以太阳为中心，棍子不再投下阴影。
（注意——如果你的筷子着火了，它可能是瞄准的。）
当它瞄准并且镜子形状良好时，直径约 6 英寸的集中光球应出现在边缘平面下方几英寸处。戴上防紫外线太阳眼镜，将手放在中心进行测试，直到找到热点。当你认为你的盘子聚焦得很好时，尝试将一张黑纸卷成圆柱体并将其漂浮在热点中。它应该在 30 秒内开始冒烟并着火。如果没有，请确保您的镜子干净并且焦点清晰。纸的燃烧温度为 451 华氏度，因此如果您的炊具可以点燃纸，它可以烧水、煎炸和烹饪。换句话说，它通过了测试。
透过尝试燃烧黑纸来测试焦点。有烟...
着火了！
现在你可以做饭了！您的专案应该类似于这张照片：
烹饪注意事项
- 太阳能烹饪是一门艺术。它需要与元素的合作。
如果阳光明媚且没有云层或薄雾，这并不比在炉子上做饭花费的时间更长。根据菜肴的大小，它可能比炉子花费的时间少得多。
- 如果当您将椅子对准太阳时，椅子没有保持其位置，有一个解决方案。可以使用额外的内管将椅子的边缘绑在一根竹竿上。这将改变焦点更靠近该杆的位置，并可能需要调整其他杆以使吊盆位于焦点处。根据我的经验，这是太阳能烹饪中最具挑战性的部分，但经过几次练习后，它就会变得容易。
- 抛物面太阳灶需要进行调整，以适应太阳大约每 15 分钟在天空中移动一次的情况。
- 除了对您的设置的稳定性构成威胁之外，风还有可能大大降低烹饪锅的温度。如果这是一个问题，请尝试为您的烹饪锅找到一个防风区域或使用死气空间设计，例如提到的 HotPot [3]。
安全
- 与任何类型的集中能量一样，这有可能是危险的，必须受到尊重。太阳灶很容易达到 450 华氏度以上的温度。必须小心儿童和动物，尤其是当热食或液体悬挂在三脚架上时。
- 如果无人看管太阳能炊具在阳光下曝晒，则有可能引发火灾。在这个项目中，这种情况很容易避免，只需在不使用炊具时放上垫子即可。
- 烹饪/测试/调整炊具时，请务必使用具有防紫外线功能的太阳眼镜！集中的阳光对眼睛的伤害甚至比普通的太阳光还要大……而如果你戴着只能阻挡可见光的廉价太阳眼镜，那么当你盯着看不到的集中的紫外线辐射时，你会比平时更舒服。这种辐射对眼睛的伤害比可见光更大。防紫外线！
成本
| 数量 | 材料 | 来源 | 成本（美元） | 总计（美元） |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 麻线球 | G街解决方案 | 3.50 美元 | 3.50 美元 |
| 3 | 3 根尺寸为 8' x 1' 的竹竿 | 疯狂河花园供应 | 1.50 美元 | 4.50 美元 |
| 1 | 小容器 Citra-Solv 天然除油剂 | 合作社 | 3.40 美元 | 3.40 美元 |
| 4' | 链条长度 | 王牌五金 | 1 美元/英尺 | 4.00 美元 |
| 1 | 1" 长 5/16 螺栓/螺母 | 太阳能架中心 | 捐赠 | 自由的 |
| 1 | 二手脚踏车内胎 | 朋友 | 打捞上来 | 自由的 |
| 1 | 锅盖 | 我的房子 | 借来的 | 自由的 |
| 1 | 加仑大小的锡罐 | 欢乐绿巨人自助餐厅 | 捐赠 | 自由的 |
| 1盎司 | 黑色蛋彩画 | 恒生儿童发展中心 | 捐赠 | 自由的 |
| 1 | 阳极氧化铝反射器套装 | 巴特·奥兰多 | 捐赠 | 自由的 |
| 1 | 帕帕桑椅 | 克雷格列表 | 捐赠 | 自由的 |
| 1 | 钳子 | 室友 | 借来的 | 自由的 |
| 1 | 电钻 | 室友 | 借来的 | 自由的 |
| 总成本 | 15.40 美元 | |||
讨论
- Bamboo + 自行车管是一款很棒的可调式三脚架。 Bart 提到，如果我们使用 2" X 10' 或更大的杆子，三脚架也可以用作球座。
- 我们使用的椅子不是完美的抛物线。这意味着焦点区域更像是圆柱体而不是球体，但这可能因椅子而异。可以绘制抛物线，然后将图形叠加在椅子的照片上，看看它们是否对齐。然而，人们必须猜测抛物线的系数。然而，无论如何，这个专案还是成功的，因为集中器变得足够热，可以用来烹饪。
- 由于阿卡塔生活有雾/多云，测试机会受到限制，太阳能技术总体上变得更具挑战性。不过，我并不认为这是一件坏事！也许这意味着太阳能在这里的实际用途不太现实，但这也意味着我们必须改进技术以获得更好的结果。
- 实际上，烹饪需要一些时间来完善，并且本身就是一门艺术，但最终它非常值得付出努力。
这符合标准吗？
是的，也不是，但大多数情况下是的。麻、藤、锡罐、竹子、废弃的脚踏车内胎——都在我的脑海里超级适合。这些都是可持续的、可挽救的或重复使用的。然后是用高功率工业机械制造的阳极氧化铝合金板。这样合适吗？绝对吗？不。是的，我认为是的，这是适当的，因为这是朝着“自己动手做”低影响生活方向迈出的明确一步。
时间——按时完成
预算 – 是的，总成本为 15 美元。我很幸运，得到了捐赠的椅子和金属板。如果购买一把二手 Papasan 椅子和一块可以免费切割的二手金属，则最多要多花费 50 美元。还是比较便宜的。
耐用性——是的。应该持续至少5年。
便携性 - 是的。一两个人可以轻松短距离携带，可以透过自行车拖车或汽车运输。
设计 - 是的。有用。随着时间的推移，可以进行一些精炼。
协同/整合 - 是的。非常适合用作椅子和炊具。
嵌入能量水平 - 大部分是的。使用了金属板，但它是一种潜在的可回收材料。等离子切割机使用大量能量，但不需要太多等离子切割。
易于使用 - 是的。知道自己在做什么的人可以在不到一个小时的时间内向人们传授基础知识。一些烹饪课程的学习曲线。
图片库
椅子镜框预镜
椅子当椅子用
椅子当炊具用
椅子绑在竹子上以减少阳光照射
从侧面看低日照模式
使用麻线将镜子绑在框架上
在蛋彩画罐内使用梅森罐
蛋彩画罐附锅盖
用于将所有镜面连接在一起的螺栓
竹竿中间有链条，绑有内管
试图烧黑纸。抽烟...
火！
显示阴影的瞄准装置
无阴影瞄准装置
