Parabolic basket and tin can solar cooker/ja

このプロジェクトの目的は、地元の外来種や廃棄物からソーラークッカーを製作することです。私たちは、水を殺菌し、調理に化石燃料を使用する代わりに使える装置を作りたいと考えています。技術の適切性を評価する基準は、地元産材料の使用、効率性、耐久性、使いやすさ、建設の容易さ、コスト、環境への影響、文化・生活様式への影響、建設に必要な教育や専門知識です。

全体として、このプロジェクトは成功でした。水の低温殺菌という目標を達成することができました。最適な条件下では、ソーラーバスケットは1クォート容器の水を約1時間で低温殺菌できます。ソーラーバスケットのバージョン2.0を作成するとしたら、以下のような変更を加える予定です。

• ブラックベリーのつるを二重にして、かごの骨組みを強くする。
• パンパスグラスはかごの表面に凹凸を生じさせるので、別の素材、例えばもっと柔らかい素材を使ってください。
• 最も光沢のある良質の大型缶蓋をすべて使用してください。
• 放物線形状を保持するリングは、私たちが見つけたアルミニウムやワイヤーよりも柔軟性の低い材料で製作してください。

プロジェクトコーディネーター：バート・オーランド

学生エンジニア：ジンジャー・フレッチャー＝サンティラン、アナ・コルピン

放物面型ソーラークッカーは、燃料を必要としない調理器具です。太陽光を一点に集光し、そこに黒い鍋やフライパンを入れて調理します。ソーラークッカーには多くの利点と欠点があります。利点としては、燃料がほとんど入手できない場所でも使用できること、環境汚染がないこと、放物面の外側が熱くならないこと、リサイクル素材や地元の材料で作れること、そして運用コストがかからないことなどが挙げられます。欠点としては、調理できる面積が鍋1つ分しかないこと、晴れた日にしか調理できないこと、従来のコンロやオーブンよりも調理時間が長くなる場合があること、太陽の位置が変わるとソーラークッカーの焦点を合わせ直す必要がある場合があることなどが挙げられます。（開発技術に関するワーキンググループ 1990）

放物面型ソーラークッカーは燃料を必要としないため、世界中の多くの発展途上国で、火を使った調理の代替手段および補完手段として実験的に使用されています。インドでは、家庭での使用における放物面型ソーラークッカーの有用性を評価するための調査が行われました。評価基準には、操作の容易さ、初期費用、トレーニングの必要性、美観、および全体的な安全性が含まれていました。この調査の全体的な結論は、放物面型ソーラークッカーの有用性は非常に高いものの、商業化するために「技術的、行動的、商業的な側面における有用性を向上させる必要がある」というものでした（Pohekar、Ramachandran 2006）。

Solar Cooker Reviewによると、ベトナムのある男性が地元のカゴを使ったソーラークッカーの製造を始めた。このクッカーは、断熱材で囲まれた容器を地元の材料で作られたカゴに収めた構造になっている。このソーラークッカーは、年間2000～3000時間の日照時間があるベトナム中部および北部地域に最適である（Solar Cooker Review 2000）。

放物面（パラボロイド）と呼ばれる三次元放物面は、ソーラークッカーにとって最も効率的な形状です。箱型のソーラーオーブンとは異なり、放物面には中心に焦点があり、放物面の壁に当たった光はすべてそこに反射されます。太陽光を利用することで、熱と光がその焦点に反射され、その場所を温めます。調理容器は焦点に配置することで、調理に最大限の熱を利用できます。

放物線の一般式は次のようになります。

y=x2、

焦点は、曲線上の点(x, y)を取り、それを方程式に代入することで求めることができます。

1=x2/4y、

変数 a に焦点を当てて (Stein、1999)。

放物線型ソーラークッカーの構造は、この地域に侵入しているヒマラヤブラックベリーの茎（枝）から作られる。茎は収穫後、棘を取り除き、放物線状の籠の形に編み込まれる。

ヒマラヤブラックベリー（Rubus procerus）は、1990年代初頭にヨーロッパから米国に持ち込まれた常緑樹です（Everett、1981）。生育旺盛で、匍匐性があり、棘が密生しています。茎は冬の間に収穫されるため、乾燥して丈夫になり、棘を取り除きやすく、扱いやすくなります。ヒマラヤブラックベリーの茎は放物線状の曲線を描いているため、乾燥して硬くなると、かごの丈夫な放物線形状を維持します（図1）。

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  図1：ヒマラヤブラックベリーの茎
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  図2：アルカタ湿地
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  図3：放物線を描くブラックベリー！
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  図4：別のブラックベリーのつる

ブラックベリーは極端な気候には耐えられず、主に春に生育しますが（ワットコム）、ヒマラヤ種は1シーズンあたり約20～50フィートという急速な成長速度（ベイリー、1961年）により、広範囲に広がり、地域を占領します。ヒマラヤブラックベリーはハンボルト郡にとって侵略的な外来種であり、カリフォルニア州政府は地域および州立公園全体でこの種を除去するための資金を提供しています（カリフォルニア州公園レクリエーション局、2005年）。したがって、バスケット用に収穫しても、この地域に悪影響を与えることはありません。

フンボルト郡では晴天日数が少ないことが、地元の太陽熱調理における最大の障害となっている。ユーレカでは年間約78日の完全晴天日があり、9月と10月が最も多く、月平均は6.5日である（西部地域気候センター調べ）。ほとんどの日は完全に晴れるわけではないが、部分的に曇りの日もあり、正午から午後にかけては調理できるほど晴れる日もある。

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  図2：かごおよび材料
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  図3：パンパスグラス
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  図4：缶の蓋
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  図5：自転車のインナーチューブ

• ブラックベリーのつる
• パンパスグラス
• 中古自転車用インナーチューブ
• 麻紐
• 細いアルミ棒
• ワイヤー
• ブリキ缶の蓋
• ワイヤーカッター
• 手袋
• 厚い爪
• ハンマー
• 缶切り
• ハサミ
• ユーティリティナイフ
• 大きなインナーチューブ

ソーラークッカーの形状を決定するために、放物線の曲線が点 (2,2) を通り、バスケットの頂点、つまり上部の縁の直径が約 5 フィートになるようにすることにしました。その点を通る放物線の式を求めるには、一般的な放物線の式における係数 a を求める必要がありました。

y=1x2

係数 a を求めるために、次の式を使用しました。

1=y/x2

そして、xとyを点(2,2)に置き換えた。

1=2/22

それは私たちに

1=0.5

係数の値を用いることで、方程式に様々なx値を代入することができた。

y=0.5x2

そして、対応するy値を求めます。

私たちはそれらの点を座標軸上にプロットし、それらを通る線を引くことで、目的の放物線曲線を得ました。

その曲線を利用して、ブラックベリーのつるを放物線の形に整え、放物線の形状を維持するために、湾曲したブラックベリーのつるの片側からもう片側まで紐を結びました。

放物面という三次元的な形状を作るために、形を整えたブラックベリーのつるの頂点と底辺の中心点を、使い古しの自転車用チューブで縛り付けました。自転車用チューブはつるをしっかりと固定するのに非常に効果的だったので、かごの大部分をそのように編んでいけばうまくいくと考えました。しかし、実際に編んでみると、チューブがブラックベリーのつるに過剰な力を加えてしまい、つるが放物面からずれてしまいました。

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  図3：頂点ラッシング
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  図4：寸法の確認
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  図5：寸法の確認
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  図6：内側チューブ
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  図7：調整を行う
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  図8：調整を行う

編み込みが密になるほどつるが形崩れしやすいことに気づいたため、構造を支え、歪みを防ぐために、頂点より上の特定の箇所に大きなリングを配置する必要があると判断しました。最初は、さまざまなサイズのフラフープをリングとして使うのが良いアイデアだと思いましたが、新品を購入するのは避けたいですし、中古品も見つかりませんでした。そこで、使えるものを探しにスクラップ置き場に行き、あらゆるサイズのリングに成形するのに最適な、長くて軽いアルミ棒を見つけました。アルミ棒に加えて、補強のために太いワイヤーでリングをいくつか作りました。

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  図9：金属棒を曲げて輪を作る
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  図10：曲げ棒
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  図11：曲げ棒
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  図10：サポートフープの取り付け

金属棒とワイヤーをブラックベリーのつるに縛り付けて支えにした後、パンパスグラスをつるに編み込む準備ができたと思ったのですが、ブラックベリーのつるの間隔が広すぎてうまく編めないことにすぐに気づきました。そこで、かごの一番上のリングから頂点まで、そしてブラックベリーのつるの間に自転車のインナーチューブを結び付けました。こうして作った追加の隙間に草を編み込むことでかなり楽になりましたが、一度に1枚ずつしか編めなかったので、作業はなかなか進みませんでした。何度か試した後、パンパスグラスを一度にたくさん編む方が簡単だとわかったので、そうやって放物面ソーラークッカーの編み込みを終えました。

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  図10：パンパスグラスを編む
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  図11：織り目のクローズアップ
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  図12：パンパスグラスを編む
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  図13：パンパスグラスで完全に編み込まれた放物線状の調理器具

放物面型調理器に必要な反射面を与えるため、バスケットの内側に並べるために約300個の缶の蓋を集めました。缶の蓋に穴を開け、8～10個ずつ紐で繋げました。そして、麻ひもか結束バンドを使って、これらの缶の蓋をバスケットに結び付けました。バスケットにはまだ缶の蓋で覆われていない部分がたくさんあったので、大きな缶の蓋をいくつか集め、それらを一つずつバスケットに取り付けました。

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  図14：缶の蓋の紐
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  図15：缶の蓋を取り付ける
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  図16：缶の蓋を取り付ける
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  図17：缶の蓋がさらに増える

放物面型ソーラークッカーの性能をテストするために、まずバスケット内部の焦点位置を概算する必要がありました。その結果、光の大部分は頂点から約1～1.5フィート上方の中心に反射することが分かりました。バスケットの形状は完全に滑らかではなく、正確な放物面でもないため、焦点は特定の点ではなく、より広い範囲に収まるという、曖昧な状態になっています。

最初の実験では、できるだけ多くの光を吸収するために、1ガロンのピクルス瓶を黒く塗り、水を満たしました。瓶を放物面クッカーに設置する際、焦点領域に瓶が収まるように容器で支えました。また、瓶の周囲に空気の層を作り、加熱を早めるとともに冷たい風を遮断するために、透明なビニール袋をピクルス瓶にかぶせました。午後3時頃から約2時間、この瓶を設置しました。実験を終えた時点で、瓶の中の水は温かくなっていました。

次に調理器をテストしたときは、黒く塗った1クォートサイズの瓶を使用し、その上に透明なピクルス瓶を被せて空気の滞留空間を作りました。その日は、風のない暖かい晴れた日の午前11時20分に瓶を設置しました。1時間後、瓶の中の水が泡立ち始め、殺菌温度を超えたことを意味していました。約2時間半後、1クォート瓶の中の水は激しく沸騰しました。空気の滞留空間を作るより良い方法、より小さな瓶、そして最適な気象条件のおかげで、この2回目のセットアップはより成功しました。

全体として、これは成功したプロジェクトでした。私たちは水の低温殺菌という目標を達成することができました。ソーラーバスケットは、最適な条件下では、1クォート容器の水を約1時間で低温殺菌できます。最初のデモでは、瓶の台座として使用した黒い缶に生地を入れてパンを焼こうと試みました。パンは部分的に焼き上がりました。生地を缶の底ではなく、缶の内側の上部近くに配置すれば、この装置はパンを完全に焼くことができると考えています。また、缶を黒い瓶が入っているような同心円状の透明な容器に入れることができれば、さらに良いでしょう。私たちは黒い瓶で玄米をうまく作ることができました。この装置は、適切性に関する私たちの基準のほとんどを満たしています。満たしている基準は、廃棄物を利用すること、地元の材料を使用すること、環境に悪影響を与えないこと、安価に構築でき、操作が簡単であることです。欠点としては、材料を集めて実際に構築するのに時間がかかること、缶の蓋が鏡面仕上げではなく、完全な放物線形状ではないため、効率が非常に優れているわけではないことです。ソーラーバスケットで水を温めるのにかかる時間を考慮して生活様式を調整するには、確かに時間がかかるでしょう。ソーラーバスケットが唯一のきれいな水の供給源である場合、事前に計画を立てることが非常に重要です。このソーラーバスケットの最初の試みは、それほど耐久性がないことが判明するかもしれません。私たちの沿岸環境では、缶の蓋は2か月以内に錆びてしまいました。しかし、これは砂漠環境では問題にならないかもしれません。難民に送られる物資の缶は、錆びない磨かれた金属で作られているかもしれません。バスケットは丈夫ですが、アルミニウムのバンドは柔軟性があり、時間の経過とともに形が崩れる可能性があります。バスケットの骨組みはブラックベリーのランナーの1本の長さだけで、ひび割れたり折れたりする可能性があります。このバスケットを作るのに高度な教育は必要ありませんが、放物線についてある程度の知識があることが重要です。私たちは代数と微積分を少し使用しましたが、数学の方程式を使用できる能力は、バスケット全体の正しい形状のテンプレートを作成し、バンドの直径を制限するのに非常に役立ちます。

ソーラーバスケットのバージョン2.0を作成するとしたら、以下のような変更を加えるでしょう。

• ブラックベリーのつるを二重にして、かごの骨組みを強くする。
• パンパスグラスはかごの表面に凹凸を生じさせるので、別の素材、例えばもっと柔らかい素材を使うと良いでしょう。
• 最も光沢のある良質の大型缶蓋をすべて使用してください。
• 放物線形状を維持するリングは、今回見つけたアルミニウムやワイヤーよりも柔軟性の低い素材で製作してください。

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