Four Solaire

CENTRE NEUCHATELOIS DE CUISINE SOLAIRE ALTERNATIVE SOLAIRE

CUISEUR SOLAIRE ULTRA LIGHT

CUISEUR SOLAIRE ULTRA-LGERProjet financ par l'office fdrale de l'nergie (Suisse) sous le contrat: N d'UP: RE 12 N du compte: 55300030 N du projet: 100866 N de contrat: 151010 Dure: 1.6.2004 31.7.2005

Neuchtel, le 15 septembre 2005 Dr. Michael Gtz

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Ce rapport contient les documents suivants:

1. Titre, contenu, abstracts Partie thorique: 2. Etude de faisabilit 3. Analyse du besoin 4. Historique des cuiseurs lgrs au CNCS 5. Analyse fonctionnelle 6. Recherche de la concurrence 7. Analyse de la concurrence 8. Etude de la forme du rflecteur 9. Choix pour les P1 Partie pratique: 10. Les prototypes P1 11. Les prototypes P2 (y.c. les tests de puissance, de cuisson et de voyage) 12. Conclusions Annexe: A1. 'The ultralight solar cooker for travellers : 2kg including the cooking pot', Granada 2005 A2. Exemples de mesure

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Rsum Le but de ce projet tait le dveloppement d'un cuiseur solaire de voyage qui ne pse que deux kilogrammes y.c. la casserole et qui soit facile manier. Il doit cuisiner pour deux personnes en une heure. La premire phase du projet tait une recherche thorique intense. Nous avons tudi le march, les brevets, les concurrents, les gomtries de miroirs, etc. Le rsultat taient deux ides novatrices: une gomtrie 'fresnel linaire' et une 'section de parabole', deux gomtries permettant de garder la casserole proche du sol. Dans la deuxime phase, des prototypes ont t construites et testes. Une premire srie nous a permis de choisir une des gomtries et nous a donn des ides pour les modles amliors de la deuxime srie. Ces modles du type 'fresnel linaire' - sont pliables par une structure 'sciseau', ils sont dformables selon la hauteur du soleil et la casserole est protge par un paravent. Nous avons russi dvelopper un cuiseur innovateur qui atteint le but au niveau du poids, qui prend un temps raisonnable pour le montage et le dmontage, qui est bien transportable et qui est assez stable au vent. La puissance est un peu plus faible que prvue, mais du riz, des lgumes et mme un petit pain ont t cuits avec succes !

Zusammenfassung Es war das Ziel dieses Projekts, einen Solarkocher speziell fr Reisende zu entwickeln. Der Kocher soll, inkl. Kochtopf, nur 2 Kilogramm wiegen, einfach zu handhaben sein und innerhalb einer Stunde fr zwei Personen kochen. In der ersten Projektphase wurde eine intensive theoretische Studie durchgefhrt. Wir haben den Markt, die Patente, die Konkurrenz und die mglichen Spiegelgeometrien studiert. Das Resultat waren zwei innovative Ideen: eine 'lineare Fresnelgeometrie' und ein 'Ausschnitt einer Parabel'. Beide Geometrien erlauben eine Position des Kochtopfs nahe am Boden. In der zweiten Phase wurden Prototypen gebaut und getestet. Eine erste Serie erlaubte uns, eine der beiden Geometrien zu bevorzugen und gab uns die Ideen fr die verbesserten Modelle der zweiten Serie. Diese Modelle (des Typs 'lineare Fresnelgeometrie') sind mit einer Scherenstruktur faltbar, sie sind je nach Sonnenhhe verformbar und der Kochtopf ist durch einen Windschutz geschtzt. Wir haben das Ziel erreicht, einen innovativen Solarkocher des gewnschten Gewichts zu entwickeln. Der Zeitaufwand fr den Auf- und Abbau ist vernnftig, der Kocher ist gut transportierbar und ist gengend windstabil. Die Kochleistung ist etwas tiefer als geplant, aber es wurden erfolgreich Reis und Gemse gekocht und sogar ein kleines Brot damit gebacken!

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Abstract The aim of this project was the development of a solar cooker for travellers. The cooker shouldn't weight more than 2 kg including the cooking pot, it should be easy to handle and it should cook for two within an hour. The first project phase was a intense theoretical study of the market, patents, competitors and mirror geometries. The result were two innovating ideas: A 'linear Fresnel geometry' and a 'section of a parabola'. Both geometries allow the cooking pot to be near the ground. In the second phase, prototypes were built and tested. A first series allowed to choose which technology to follow and gave us ideas for the advanced models of the second series. These models (of the 'linear Fresnel' type) are foldable due to a scissor structure, they can slightly change their shape according to the sun's height and the cooking pot has its windshield. We reached the goal of an innovative solar cooker weighting less than our limit. It takes a reasonable time to set up, it is well transportable and its stability to wind is sufficient. The cooking power is a bit lower than planned, but rice, vegetables and even a small bread have been successfully cooked !

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2. ETUDE DE FAISABILITE

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DIAGRAMME DES INTERACTEURS :UtilisateurFP2

Rcipient

FC1

CUISEUR ULTRA LIGHT

FP1 SOLEIL

FC2STABILITE

FC4

FC3 FC5 VISION

FABRICATION

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FORMULAIRE DES FONCTIONS :FONCTIONS PRINCIPALES :FP1 : Capter les rayons du soleil avec un cuiseur solaire pour chauffer un rcipient. FP2 : Manipuler un rcipient sur un cuiseur solaire pour cuire des aliments.

FONCTIONS COMPLEMENTAIRES :FC1 : Montage / dmontage ais du cuiseur FC2 : Stabilit sur sol et au vent FC3 : Design esthtique et fonctionnel. FC4 : Orientation suivant la course du soleil. FC5 : Cot faible et mise en uvre simple

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CRITERES DAPPRECIATION :FONCTION FP1 FP2 CRITERE Puissance solaire Simple manipuler Rcipient Info cuisson Poid Simple monter / dmonter Encombrement pli faible Robustesse Stabilit tous sol Rsistance au vent Design moderne Suivi solaire ais Cot petite srie faible Fabrication simple NIVEAU FLEXIBILITE 1 heure pour cuire 1 45 min. pour bulition 1 charger et dcharger le rcipient 0 2 personnes -> 1 litre 0 compatible camping gaz 1 temprature ou visuel 2 1,5 2 Kg avec casserole 0 1 minute 0 45 cm long maxi 1 transport soute avion ou sac dos 1 Tous profils et lgeres pentes 1 20 kms/h 1 1 auto / nul 2 150 Francs suisse au final 1 1

FC1

FC2 FC3 FC4 FC5

FLEXIBILITE : 0 = On ne discute pas du niveau 1 = On peut ngocier 2 = Tout peut tre remis en cause

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4. HISTORIQUE DES CUISEURS LEGERS AU CNCS

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Historique des cuiseurs lgers au CNCS :Le cuiseur boudin

Forte rduction du volume pour le transport ('caisse molle') Beaucoup de rflecteurs par rapport au volume Bac intrieur en tissu Puissance mdiocre Difficile stabiliser la bonne inclinaison

Le four ULOG en tissu pliable (accordon)

Premier four ULOG en tissu : Dimensions comme le modle en bois pour 3 personnes, bac en tissu, fentre en deux fois PET Pliage en accordon fonctionne Puissance de cuisson trop faible (fentres en PET, bac en tissu) Miroirs supplmentaires ncessaires pour avoir une bonne puissance

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Etude pour permettre un bac pliable tanche la vapeur et partiellement conducteur :

Le bac se fait en tissu, recouvert dun plastique haute temprature (dure de vie ?), un lment pliable en aluminium noirci est pos par dessus (cet lment couvre le fond et le dos du bac) Ce bac - ensemble avec un fentre combine (PET et verre) permet une bonne puissance du four

Le four ULOG en tissu non-pliable

Version allge du four solaire ULOG pour 3 personnes, non pliable Puissance identique au modle en bois Bac en aluminium, fentre mixte (PET, verre) Modle commercialis

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Le cuiseur thermos

Modle pour tudier la forme du cuiseur en U parabolique 2-dimensionel, vertical Faible puissance (U en deux dimensions faible concentration) Forme parabolique assez prcise

La casserole du cuiseur thermos avanc

Casserole dveloppe pour permettre un rflecteur en U parabolique inclin vers le nord (et plus large en haut quen bas), sans devoir incliner la casserole mme

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5. ANALYSE FONCTIONNELLEENONCE DU BESOIN Capter les rayons du soleil avec un cuiseur pour chauffer un rcipient FONCTIONS FP1 CRITERE D'APPRECIATION DE LA FONCTION FP11: Captage direct des rayons du soleil sur le cuiseur NIVEAU DU CRITERE Classe FLEXIBILITE DU NIVEAU Limites d'apprciation Taux d'change Surface de captage suivant puissance calcule Possibilit d'avoir une surface en plusieures parties Calcul de l'nergie necessaire pour le cuiseur

F0

FP121: Captage indirect des rayons du soleil sur rcipient l'aide de rflecteurs FP122: Diriger les rayons capts sur une focale l'aide de Rflecteurs

Surface de captage suivant exposition rcipient

F0

Surface vis Rcipient de 1 litre

F1

FP13: Energie solaire reue

Conserver l'nergie solaire en isolant le rcipient (effet de serre ou isolation)

F1

Double vitrage minimum

Augmenter la puissance solaire (revtement selectif)

F1

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ENONCE DU BESOIN Manipuler un rcipient sur un cuiseur solaire pour cuire des aliments

FONCTIONS FP2

CRITERE D'APPRECIATION DE LA FONCTION FP21: Rcipient

NIVEAU DU CRITERE

Classe

FLEXIBILITE DU NIVEAU Limites d'apprciation Taux d'change

Volume rcipient de 1 litre Lger Compatible gaz

F0 F0 F0 1,5 2 kg avec cuiseur portable

FP21: Manipulation du rcipient dans le cuiseur

Mise en place rcipient sous focale

Mise en place rcipient dans cuiseur

Rcipient intgr au cuiseur

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ENONCE DU BESOIN Montage et dmontage ais du cuiseur

FONCTIONS FC1

CRITERE D'APPRECIATION DE LA FONCTION FC11: Montage et dmontage simple du cuiseur

NIVEAU DU CRITERE

Classe


Aprs un ou deux montages plus besoin de notice (idem tente)

En 1 minute

FC12: Minimum d'outillage

1 clef maxi

Outil multi usage

FC13: Minimum de pieces

3 maxi

Sans le rcipient

FC14: Robustesse aprs pliage

Voyage en soute d'avion

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ENONCE DU BESOIN Stabilit sur sol et au vent

FONCTIONS FC2

CRITERE D'APPRECIATION DE LA FONCTION FC 21: doit tre de niveau sur tous les profil de sol

NIVEAU DU CRITERE

Classe


Compenser une pente de 10

F1

FC 22: doit tre de niveau sur tous les types de sol

Tenir sur le sable

F1

FC 23: Possibilit d'amarage en cas de vent ou de forte pente

Rsistence un vent de 20 Km/H

F1

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ENONCE DU BESOIN Avoir un design fonctionnel et esthtique

FONCTIONS FC3

CRITERE D'APPRECIATION DE LA FONCTION FC31: Ergonomie adapt aux fonctions nonces prcdement

NIVEAU DU CRITERE

Classe


FC32: Design sthtique

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ENONCE DU BESOIN Orientation suivant la course du soleil

FONCTIONS FC4

CRITERE D'APPRECIATION DE LA FONCTION FC41: Pas de suivi

NIVEAU DU CRITERE

Classe


Focale linaire

Calage (vis) facile

FC42: Suivi auto du soleil en toutes saisons et tous lieux sur un axe (horizontal ou vertical)

Prcision relative suivant surface vis

Rglage sur la course du soleil facile

Lger

Simple

Sans lectronique

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ENONCE DU BESOIN Cot faible et mise en oeuvre simple

FONCTIONS FC5

CRITERE D'APPRECIATION DE LA FONCTION FC51: Prix de fabrication moyennement lev

NIVEAU DU CRITERE

Classe


150 Francs suisse

FC52: Mise en uvre simple

Peu d'usinage Pas d'injection plastique ou alu

FC53: Matriaux compatible avec petite srie

Bois Profils alu / plastique Film plastique Pices de quinquaillerie Fibre de verre

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6. RECHERCHE DE LA CONCURRENCE

* Confidentiel

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RECHERCHE DE LA CONCURRENCEREF. PARABOLE DESIGNATION K10 / K14 / SK14 Cuiseur parabolique de 1 1,4 m de diamtre Orientation manuel dans les deux axes Non dmontable, transport peut ais Montage en kit ou autoconstruction Cuisson dans une casserole adapt Stabilit correcte sur surface plane Fabrication industriel Pas de brevet Allemagne et France K10 97 et K14 147 (prix public) Parabole pour utilisation en milieu hostile Volume de cuisson limit Orientation manuel dans les deux sens Facilement transportable Montage/dmontage sur place en 4 minutes Cuisson dans rcipient spcifique avec isolation air Stabilit surveiller Fabrication artisanal Brevet USA 495 (Everest) Tous type de cuiseurs''panel'' de roger bernard Volume de cuisson limit suivant taille cuiseur Orientation manuel dans les deux axes limit Facilement transportable Montage/dmontage sur place Trs faible cots de production Cuisson dans rcipient spcifique avec isolation air Marche seulement avec un ensoleilement idal Stabilit correcte sur surface plane Fabrication artisanal ou commercial Pas de brevet Tous pays Cookit 25 Hot pot FOURNISSEUR CNCS EG SOLAR e.V SOLAIRE Solar Shop.net Bolivia inti IMAGE

1

PARABOLE PORTATIVE

2

CUISEUR PLIABLE

3

CONE PARABOLIQUE

4

Parabole conique pour utilisation en milieu hostile Volume de cuisson faible Orientation manuel sur deux axes Facilement transportable Montage et dmontage sur place facile Cuisson dans rcipient spcifique avec isolation air Mauvaise stabilit au vent et sur terrain accident Fabrication artisanal Brevet USA Back pack cooker 44

* Confidentiel

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REF. CUISEUR AVEC REFLECTEUR REPLIABLE

DESIGNATION Cuiseur type ''bouilloire'' pour l'alimentation Volume de cuisson faible Orientation manuel sur deux axes Facilement transportable Montage et dmontage sur place facile Cuisson dans rcipient spcifique avec isolation air Bonne stabilit Fabrication artisanal Brevet USA FOUR LIGHT / STANDARD / FAMILIALE Cuiseur four le plus rpandu Tous volume de cuisson permis Orientation manuel dans les deux sens Facilement transportable en version light Montage en kit ou autoconstruction Cuisson dans une casserole adapt Trs bonne stabilit Fabrication simple Pas de brevet Suisse-Australie-Inde-Allemagne Four light 186, standard 199 et famille 245 Sos sport 100 Idem four valise avec large surface de reflecteur Cuiseur four + rflecteur Tous volume de cuisson suivant four Orientation manuel dans les deux sens Facilement transportable (attention au poids) Montage et dmontage sur place facile Cuisson dans une casserole Fabrication industriel Trs bonne stabilit Brevet USA / Portugal Sun cook 255 Sun oven1

FOURNISSEUR

IMAGE

5FOUR VALISE (boite)

6

CNCS Solar Shop.net Soarzentrum Solnode De JURA Lazola-Initiative Bolivia inti

FOUR VALISE AVEC REFLECTEUR

SUN COOK SUN OVEN

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ELECTROSOLAIRE

8

Idem four valise avec appoint Cuiseur four + lectrique Tous volume de cuisson suivant four Orientation manuel dans les deux sens Facilement transportable (attention au poids) Montage et dmontage sur place facile Cuisson dans une casserole Trs bonne stabilit Fabrication industriel Brevet Appoint lectrique Inde

NUTRENGUARD ROHITAS

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REF. SOLARCHEF

DESIGNATION Four boite horizontal avec reflecteur vertical Cuiseur four + rflecteur Tous volume de cuisson suivant four Orientation manuel sur un axe Facilement transportable Montage et dmontage sur place facile Cuisson dans une casserole ou four directement Bonne stabilit Fabrication industriel Brevet USA Bouilloire uniquement pour faire chauffer de l'eau Volume d'eau, 3 dL Orientation manuel sur deux axes Facilement transportable Montage et dmontage sur place facile Cuisson dans rcipient spcifique Couche selective sous vide Stabilit revoir Fabrication industriel termin Brevet Suisse 30 Cuisseur solaire sous enveloppe gonflable Volume de cuisson faible Orientation manuel sur deux axes Facilement transportable Montage et dmontage peut ais Cuisson dans rcipient spcifique avec isolation air Stabilit mdiocre face au vent Fabrication artisanal Brevet USA 60

FOURNISSEUR

IMAGE

9

BOUILLOIRE

ATLANTIS

10

COOKSACK

SOLTAC

11

Cuiseur Roger BERNARD ou FRESNEL PARABOLE RECTANGULAIRE Volume de cuisson limit suivant taille cuiseur Orientation manuel dans les deux sens Facilement transportable Montage en autoconstruction ou non Faible cots de construction Cuisson dans une casserole adapt Stabilit correcte sur surface plane Fabrication artisanal Pas de brevet Allemagne et France

FRESNEL Construisez votre cuisinire solaire Roger BERNARD

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REF. PARABOLE SIMPLIFIE

DESIGNATION Parabole de voyage Orientation manuel dans sur un axe Facilement transportable Montage en kit ou autoconstruction Faible cots de construction Cuisson dans une casserole adapt Stabilit correcte sur surface plane Fabrication industriel Brevet ? USA Solar reflex 89

FOURNISSEUR SOLAR REFLEX

IMAGE

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PARABOLE PENDULAIRE

14

Parabole pendulaire Orientation manuel dans sur deus axes Transportable Montage en pieces dtaches Faible cots de correct Cuisson dans une casserole adapt Stabilit correcte sur surface plane Fabrication industriel Brevet France (bretagne)

FRESNEL

PARABOLE AUTOORIENTABLE

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Parabole liptique Forte puissance de cuisson Orientation automatique sur un axe Transport peut ais Montage en pieces dtaches Cots de construction lev Cuisson dans une casserole ou pole Bonne stabilit sur surface plane Fabrication artisanal Brevet Allemangne 1000 Parabole repliable Forte puissance de cuisson Orientation manuel sur deux axes Transport facilit par le repliage Montage en pieces dtaches Cots de construction lev Cuisson dans une casserole ou pole Bonne stabilit sur surface plane Fabrication industriel en srie limit Brevet Allemangne 598

SCHEFFLER

PARABOLE PAPILLON

EG SOLAR

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REF.

DESIGNATION

FOURNISSEUR

IMAGE

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PARABOLE LINEAIRE

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Parabole solaire focale linaire Puissance de cuissance faible Orientation manuel sur un axe ou deux axes Transport facilit par le dmontage Montage en pieces dtaches et rcupres Cot faible Cuisson sur brochette ou rcipient adapt Bonne stabilit sur surface plane Fabrication en auto-construction Pas de brevet USA, ...

CUISINIER SOLAIRE A VAPEUR

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Cuiseur solaire vapeur (eau ou solvant) AEG Bonne puissance de cuisson Roger BERNARD Orientation manuel sur un axe Transport facilit par le repliage et les roulettes Montage en pieces dtaches Cots de construction lev Cuisson dans une casserole ou pole Bonne stabilit sur surface plane Fabrication industriel (AEG) ou en auto-construction (Bernard) Brevet Allemangne et France Cuiseur solaire dans panier Isolation type marmite norvgienne Faible puissance de cuisson Orientation manuel sur un axe Transport facile (attention au poinds) Montage avec pieces existantes Cots de construction faible Cuisson dans une casserole Bonne stabilit sur surface plane Fabrication industriel ou en auto-construction Pas de brevet Inde Parabole segmente Isolation de la casserole ? Forte puissance de cuisson Orientation manuel sur deux axes Transport peu ais Pliable Cots de construction moyenne Cuisson dans une casserole adapte Bonne stabilit sur surface plane Fabrication industriel Brevet ? Angleterre DESIGNATION FOURNISSEUR IMAGE

PANIER CUISEUR ISOLE

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PARABOLE SEGMENTE

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REF.

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PARABOLE PORTION DE CONE

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Parabole conique Bonne puissance de cuisson Orientation manuelle sur deux axes Transport ais Montage en pieces dtaches complique Cots de construction lev ? Cuisson dans une casserole adapte ou brochette Bonne stabilit sur surface plane Fabrication artisanal (?) russe Brevet ? Russie 150 env.

PARABOLE CASSEROLE SOUS VERRE

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Parabole polygone Bonne puissance de cuisson Orientation manuel sur deux axes Transport facilit par les roulettes Indmontable Cots de construction lev Cuisson rcipient standard Bonne stabilit sur surface plane Fabrication industrielle Brevet USA 500

SOLARCHEF (bis)

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7. ANALYSE DE LA CONCURRENCEFP1: Capter les rayons du soleil avec un cuiseur solaire pour chauffer un rcipientSOLUTION Captage direct des rayons du soleil sur recipient CONCURRENCE MANIPULATION ENCOMBREMENT Moyen, suivant le cuiseur SECURITE Bonne scurit de au rcipient dans volume de chauffe isol EVALUATION Cuiseur avec rflecteur repliable Orientation moins Four valise prcise que pour une Four valise avec rflecteur parabole (-> plus facile) Electro-solaire Solar chef Panier cuiseur isol

Captage indirect des rayons sur le cuiseur

Parabole Parabole portative Cuiseur pliable Cne Parabole rectangulaire Parabole simplifier Parabole pendulaire Parabole auto-orientable Parabole papillon Parabole casserole sous verre Parabole linaire Cuisiniere solaire vapeur Parapluie Parabole portion de cone Four valise Four valise avec rflecteur Electro-solaire Solar chef Bouilloire Parabole casserole sous verre Panier cuiseur isol

Orientation rguliere du la focale prcise (20mm)

Important d au rflecteur

Rcipient chaud port de main Eblouissement

Energie solaire reu

Effet de serre sous vitrages

Systme lourd (poids du verre) et non repliable Pas de pieces suplmentaire

Risque de casse du verre Pas de risque de brulure

Parabole portative Effet de serre sous Cuiseur pliable cloche mobile souple Cone parabolique ou rigide Cuiseur avec reflecteur repliable Coocksack Parabole casserole sous verre

Systeme leger et peut encombent pour les cloches souple (sac plastique) Pieces suplmentaire non lies au cuiseur

Pas de risque de casse si plastique Pas de risque de brulure

* Confidentiel

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FP2: Manipuler un rcipient sur un cuiseur solaire pour cuire des alimentsSOLUTION Mise en place rcipient sous focale CONCURRENCE MANIPULATION AUTRES Rcipient l'air libre, refroidissement avec vent Ds qu'il n'y a plus de soleil, le rcipient ce refroidi Pas de contrle de temprature SECURITE Attention, risque de brulure avec rcipient chaud Eblouissement sauf pour la parabole papillon EVALUATION

Parabole Pose du rcipient facile Parabole portative Surveillance de la cuisson cuiseur pliable ais Cone parabolique Cuiseur avec rflecteur repliable Cooksack Parabole rectangulaire Parabole simplifier Parabole pendulaire Parabole auto-orientable Parabole papillon Parapluie Parabole cass. sous verre Parabole portion de cone Four valise Four valise avec rflecteur Electro-solaire Solarchef Panier cuiseur isol Pose du rcipient en deux oprations Surveillance cuisson peu ais (refroidissement four lors de l'ouverture du couvercle)

Mise en place rcipient dans cuiseur

Rcipient isol de l'air (dans cuiseur) Rcipient au chaud jusqu'au soir Peut aussi servir de marmite norvgienne Contrle de la temprature (thermomtre)

Pas de risque de brulure avec rcipient chaud

Rcipient intgr au cuiseur

Boulloire Parabole casserole sous verre

Nettoyage peu ais utile pour chauffer de l'eau

Attention au niveau du cuiseur (rcipient pench) Rcipient au chaud Contrle de la temprature (thermomtre)

Pas de risque de brulure avec rcipient chaud Soupape de scurit

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FC1: Montage et dmontage ais du cuiseurSOLUTION CONCURRENCE MANIPULATION Aucune manipulation Aucune pieces dtachs Pas de rglage du au montage ENCOMBREMENT Encombrement maximum Poids maximum SECURITE Attention en manipulant le cuiseur par rapport au poids EVALUATION

Indmontable Parabole

Parabole cass. sous verre Dmontable Parabole portative Parabole simplifier Parabole pendulaire Parabole linaire Parabole portion de cone Plusieurs pieces dtaches Remontage technique Rglage du au montage Encombrement et poids acceptable Risque de coupure avec les rflecteurs de la parabole Pincement possible

Pliable

Cone parabolique Cooksack Cuisseur pliable Parapluie

Plusieurs pieces dtaches Remontage trs technique (coocksack) Rglage dliquat

Rduit Ultra leger

Stabilit du cuiseur avec un rcipient chaud dessus

Repliable

Cuiseur avec rflecteur repliable Trs peut de manipulation Four valise Aucune piece dtach Four valise avec rflecteur Electro-solaire Solarchef Bouilloire Poissonniere Parabole papillon Cuisinier solaire vapeur Panier cuiseur isol

Encombrement correcte Poids correcte

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FC2: Stabilit au sol et au ventSOLUTION Stabilit au sol sans rglage CONCURRENCE CRITERES AUTRE Si le sol n'est pas horizontale, la cuisson ne sera pas uniforme SECURITE EVALUATION

Parabole Niveau de sol horizontale Parabole portative Pas de rglage possible Cuiseur avec rflecteur repliable Stable Four valise Four valise avec rflecteur Electro-solaire Solarchef Parabole rectangulaire

Stabilit au sol avec rglage

Cuiseur pliable Cone parabolique Bouilloire Cooksack Parabole portion de cone

Tous niveau de sol Rglage possible mais pas toujours simple Peut stable

Attention au rcipient chaud non stable (risque de brulures)

Stabilit au vent

Cne Bouilloire Cooksack Parapluie

Mdiocre Trops de prise au vent par rapport au poids du cuiseur

Rapport poids prise au vent dangereux lors de la cuisson avec "mistrale"

Parabole Parabole portative Cuiseur pliable Parabole portion de cone

insuffisante Trops de prise au vent par rapport au poids du cuiseur

Rapport poids prise au vent dangereux lors de la cuisson avec "mistrale" Attention au rcipient chaud et au poids du cuiseur

Parabole rectangulaire Bonne rsistance au vent Solarchef Rapport prise au vent/poids Electro-solaire correct Four valise avec rflecteur Four valise Cuiseur avec rflecteur repliable

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FC4: Orientation suivant la course du soleilSOLUTION Orientation manuel suivant un axe CONCURRENCE MANIPULATION ENCOMBREMENT SECURITE EVALUATION

Solar chef Simple Cuiseur avec rflecteue repliable

Aucun

Exellente

Orientation manuel suivant un axe cuiseur et un axe Rflecteur

Four valise Four valise avec rflecteur Electro-solaire Parabole portion de cone Parabole cass. sous verre

Simple Une vis

Mouvement du rflecteur

Correct

Orientation manuel suivant deux axes

Orientation automatique

Parabole Parabole portative Cuiseur pliable Cone parabolique Bouilloire Coocksack Parabole rectangulaire Parabole auto-orientable

Technique Rglage et vis sur deux axes

Mouvement des rflecteurs

Risque de pincement

Calage difficile

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FC5: Cot faible et mise en uvre simpleSOLUTION CONCURRENCE MONTAGE Cot de montage faible Technique mise en uvre simple PRODUCTION Mise en uvre de pieces uniques ou petites sries Temps de construction important Cot de production important SECURITE EVALUATION

Cuiseur pliable Systme autoFour valise construction Parabole rectangulaire Parapluie Four valise Systme auto-montage Parabole Parabole portative

Cot de construction moyen Mise en oeuvre de petites et moyen sries Technique mise en uvre Temps de construction moyen simple Cot de production important

Systme complet

Cone parabolique Cuiseur avec rflecteur repliable Four valise avec rflecteur Electro-solaire Solar chef Bouilloire Cooksack Parabole portion de cone Parabole cass. sous verre

Cot de construction important et technique Technique mise en uvre industrielle

Mise en oeuvre moyen sries pour diminuer les cots Cot de production important Temps de construction faible

* Confidentiel

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8. ETUDE DE LA FORME DU REFLECTEUR

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Etude de la forme du rflecteur :Les gomtries connues:(Selon le chapitre 'Mirror collector optics' d'un livre dont le titre n'est pas connu.) Nom Esquisse 2D/ Aventages Desaventages 1 3D ThrombeMeinel 2D Angle capt = 180 Trs faible concentration (facteur 2 env.)

Winston cusp

3D

Tolrence de l'angle capt

Beaucoup de surface de miroir par rapport la section capte

Truncated Winston cusp

2D

Tolrence de Beaucoup de surface l'angle capt, de miroir par rapport Rcepteur bifacial la section capte

Russel fresnel

2D

La focale se dplace par rapport l'angle du soleil, les miroirs ne changent pas Gomtrie simple

Focale longue

Flat absorber with booster

2D

Faible concentration

1

Les gomtries en 3D peuvent tre utilis en 2D galement.

2

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Nom Conical mirror

Esquisse

2D/ 3D 3D

Aventages Plus simple que la parabole

Desaventages Focalise sur une ligne, distribution d'nergie ingale

Conical mirror with lens

3D

Focalise sur un point au centre

Demande miroir et lentille, trs peu de tolrence l'angle capt Focalise sur une ligne, distribution d'nergie ingale

Hemispherical mirror

3D

Ligne focale se dplace selon l'angle du soleil, le mirroir ne change pas Bon rapport entre surface miroir et surface capte, point focale

Paraboic mirror

3D

Forme complexe, trs peu de tolrence l'angle capt

Paraboloidal heliostat

2D

Forme plus simple Beaucoup de miroirs que parabole spars, perte de surface capte

Veinberg parabolas

3D

Certaine tolrence l'angle capt

Veinberg triple parabola

3D

Certaine tolrence l'angle capt

3

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Nom Veinberg fixed mirror

Esquisse

2D/ 3D 2D

Aventages Focale relativement bonne si angle du soleil change

Desaventages

Tabor circular cylinder

2D

S'adapte au structures gonflables

Facteur de concentration faible

Facteur de concentrationLe but est de concentrer 1/3 de m2 de lumire solaire sur un rcipient de 1 1,2 litres. Une casserole de 1 litre (diamtre 16cm) une section maximale de 200cm2. Un tube de 1,2 litres a une section laterale entre 200 et 250cm2 (diamtre entre 6cm et 8cm). Nous cherchons donc un facteur de concentration entre 13 et 18. 2D ou 3D ? En gnral, des capteurs en 2 dimensions arrivent des concentration de 10 env., des gomtries en 3 dimensions jusqu' un facteur de 50. Ceci reflecte l'exprience technique et non des lois de physique ! Comparaison: Thermos 'Atlantis'. 2D = facteur 13 Cuiseur thermos' (CNCS), 2D = facteur 6 'K10', 3D de prcision moyenne = facteur 20 env 'Scheffler S140', 3D de bonne prcision = facteur 40 env. Notre concentration dsire demande soit une gomtrie 2D de bonne prcision ou une gomtrie en 3D.

2D ou 3D ?Aventages 2D: Techniquement plus simple raliser Peu sensible la variation d'un des deux angles de illumination (soit l'azimuth pour une focale horizontale, soit la hauteur pour une focale verticale) 4 36/61



Desaventages 2D: Casserole allonge ncessaire Facteur de concentration limite

Avantages 3D: Bons facteurs de concentration Casserole de forme classique 'Look' plus sophistiqu Desaventages 3D: Il faut suivre les deux angles (azimuth, hauteur) Forme techniquement plus difficile raliser Ide 2D x 2: Un capteur 2D du type 'U' ou 'paraboloide' est combin avec un miroir plat qui cre une surface focale virtuelle deux fois plus grande que la surface focale relle. Ceci double le facteur de concentration de la gomtrie.

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9. CHOIX POUR LES P1

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Choix par rapport lanalyse de la concurrence :FP1 : La parabole est ncessaire pour la dure de cuisson requise. Une isolation de la casserole / serre peut tre envisage FP2 : Selon le choix de lintgration de leffet de serre : Mise en place rcipient sous focale ou dans cuiseur FC1 : Idalement pliable FC2 : Stabilit au sol avec rglage FC4 : Orientation automatique un axe ou aucune orientation pendant une heure FC5 : Systme vendu complet Ides de la journe de brainstorming du 22 juillet : La casserole est idalement pose au sol ou sur un pied trs bas La casserole peut avoir un paravent en polycarbonat Une casserole qui sert galement dassiette ? (= assez plat) Une casserole coupe en deux (assiette tandem) ? Isolation en Armaflex HT ? Estimation de la puissance et surface (perpendiculaire au soleil) ncessaires : Faire bouillir 1 litre en 45 minutes ncessite env. 133W A un rendement de 50%, nous avons besoin de 266W 266W un ensoleillement de 700W/m2 = 1/3 de m2 environ 2kg = 300g de casserole, 200g disolation, 700g de structure, 700g de rflecteur, 100g demballage de transport Structure gonflable pas envisage Rflecteur en plastique mtallis = presque obligatoire (mais en 0,4mm aluminium v. possible ; 2/3m2 = 700g)

Choix pour les prototypes P1a et P1b: Selon le document 'tude.forme du rflecteur': un prototype en 3D et un prototype en 2Dx2

P1a: Ce prototype utilise une gomtrie 'fresnel paraboloide aligne'; les miroir se trouvent au nord de la casserole et reflctent du haut en bas. Les lments de miroir sont soit en film plastique tendu, soit en aluminium. Un miroir plat par terre cre une surface focale virtuelle deux fois plus grande que la casserole. La ligne focale est verticale, la casserole a la forme d'une 'gourde'. La casserole peut tre entoure d'un para-vent et d'une isolation sur un angle d'env. 200 face sud. P1b: Ce prototype utilise une gomtrie 'section de parabole 3D'. Env. de la parabole 'classique' (centre) est utilis. Elle est coup d'une manire tre pose sur deux points au sol. La casserole se trouve proche du sol, la parabole reflecte du haut en bas.

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10. Les prototypes P1

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1. Introduction: Comme dcrit dans le document 'Choix pour les P1', les deux voies suivantes ont t suivis: P1a: Ce prototype utilise une gomtrie 'fresnel linaire'; les miroir se trouvent au nord de la casserole et reflctent du haut en bas. Les lments de miroir sont soit en film plastique tendu, soit en aluminium. Un miroir plat par terre cre une surface focale virtuelle deux fois plus grande que la casserole. La ligne focale est verticale, la casserole a la forme d'une 'gourde'. La casserole peut tre entoure d'un para-vent et d'une isolation sur un certain angle face sud. P1b: Ce prototype utilise une gomtrie 'section de parabole 3D'. Env. de la parabole 'classique' (centre) est utilis. Elle est coup d'une manire tre pose sur deux points au sol. La casserole se trouve proche du sol, la parabole reflecte du haut en bas. 2. Equipement de mesure Le futur cuiseur sera utilis sous diffrentes latitudes et diffrentes saisons et heures de la journe. La hauteur du soleil variera entre quelques degrs et 90 par rapport au sol (dfinition: 0 = soleil l'horizon, 90 = soleil au zenit). Son azimut changera au moins de 15 pendant la dure de cuisson. Pour pouvoir tester l'efficacit des rflecteurs et ensuite la puissance de cuisson, un 'simulateur de saisons' a t construit. Il s'agit d'une planche inclinable qui permet de simuler tous les angles d'illuminations (hauteur, azimut) en utilisant la lumire du soleil naturel. La qualit de la focale de presque tous les prototypes a ainsi t test pour des hauteurs du soleil de 30, 45 et 60 ainsi que des azumuts prcises ou +/- 20, 30 ou 60 minutes.

Un petit cuiseur commercial (thermos solaire) sur le 'simulateur de saisons'.

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3. La premire srie de protoypes P1a Protoype: P1a1 Nom de travail:'en ligne' Dscriptif: Rflecteur fresnel, non pliable, structure de deux croix de barres d'aluminium et des tiges en fibre de verre, un film plastique est 'tiss' entre les barres, (pour une casserole fine et haute).

Rsultat des tests: La focale est trs imprcise. Si on utilise un film plastique pais (5 mil), il ne forme pas de surface plane entre les barres. Si on utilise un film fin (couverture de scurit de voitures), il reste froiss. Protoype: P1a2 Nom de travail:'en ligne' Dscriptif: Rflecteur fresnel, non pliable, structure de deux croix de barres d'aluminium et des tiges en fibre de verre, des plaques en aluminium (48cm x 6cm) sont colles entre les barres, plaque de base horizontale en aluminium, (pour une casserole fine et haute).

Rsultat des tests: Focale assez imprcise. Les 4 lments extrieurs ne servent rien; la distance entre la casserole et les miroirs est trop diffrente. Le miroir horizontal fonctionne bien. Le simulateur des saisons fonctionne bien.

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Protoype: P1a3 Nom de travail:'en ligne II' Dscriptif: Rflecteur fresnel, non pliable, structure d'une barre d'aluminium et de tiges en fibre de verre, des bandes en plastique (58cm de haut) sont tir entre les barres, angle de chaque miroir rglable indpendemment, plaque de base horizontale en aluminium, (pour une casserole fine et haute).

Rsultat des tests: Problmes de torsion: Le cadre entier se tord, les miroirs en plastique se tordent, ils sont difficile garder sous tension. Trop de diffrences de distance 'miroir casserole' entre les miroirs centrals et ceux de l'extrieur. Stabilit ok si bien tenu par des ficelles. Le rflecteur reste en verticale: bien pour un ensoleillement (hauteur) de 45, passable pour 30 et 60, trs mal pour le soleil au zenit. Aprs 20 minutes sans rglage, la focale est +/- ok, aprs 40 minutes il reste 1/3 de la lumire, aprs 60 minutes quasiment rien.

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Protoype: P1a4 Nom de travail:'en-angle I / sciseau' Dscriptif: Rflecteur fresnel, pliable par une structure 'sciseau' en aluminium, deux demi-rflecteurs un angle de 60env., tiges en fibre de verre, miroirs en aluminium (50cm x 7cm), angle de chaque miroir rglable indpendemment (frein par un ressort), plaque de base horizontale en plastique, casserole fine et haute, thermomtre dans le bouchon. Surface aluminium de 0,38m2, surface active 0,32m2, poids du rflecteur = 1,12kg.

Rsultat des tests: Rflecteur assez stable, avec des ficelles bonne stabilit au vent. Puissance mesur en janvier 2005 = 77W, pertes de la casserole en janvier, sans paravent = 34W. Focale trs prcise entre 30 et 60 (azimut). Aprs 60 minutes sans correction des rglages, encore 50% de la lumire tombe sur la casserole. 4. La premire srie de prototypes P1b Le prototype P1b a t construit utilisant des lments d'un cuiseur commercial K10.

Protoype: P1b Nom de travail:'coquille' Dscriptif: Rflecteur = section d'une parabole, diamtre extrieur 99cm, diamtre du trou intrieur 37cm, casserole 'standard' quasiment par terre (sur un support bas), angle variable en 'roulant' la 'coquille' en avant ou en arrire, arc extrieur en fibre de verre, non pliable.

Rsultat des tests: Difficile de garder la forme stable. La parabole se dforme sous son propre poids (structure en fibre de verre). 1/3 de la lumire arrive l'extrieur de la focale. Adaptation aux diffrentes angles (hauteurs) du soleil ok.

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5. Analyses pour la suite du projet Le prototype b est difficile rendre pliable. Une solution pour replier les miroirs a t trouve, mais les lments qui gardent la stabilit (le grand rayon !) sont difficile rendre pliable et stable. Nous avons dcid de poursuivre les tudes du prototypes a et de garder les ides du prototype b pour un ventuel modele un peu plus lourd qui ne sera pas destin au voyages. Amliorations possibles du prototype a:

Rendre les miroirs plus large (il y a de la lumire qui passe entre les miroirs) Le mme 'sciseau' peut tre plus longue en l'tirant plus, ceci permet des miroirs plus larges. Utiliser des barres d'aluminium d'une largeur de 8mm au lieu de 10mm (rduction de la taille en tat pli) ? Travailler avec une gomtrie 3D pour pouvoir utiliser une casserole de forme normale au lieu de la casserole fine et haute ? Il faut des pieds tlscopiques pour pouvoir pencher le rflecteur en arrire pour des angles d'illuminations 'tropicaux'.

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6. Photos diverses de cette phase

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11. Les prototypes P2

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1. Introduction: Aprs avoir test les prototypes P1, la variante 'a' (miroirs fresnel linaires) a t retenue pour la suite. Les changements par rapport aux premier prototype comme dcrit dans le chaptitre 5 du document 'P1':

Rendre les miroirs plus large (il y a de la lumire qui passe entre les miroirs) Le mme 'sciseau' peut tre plus longue en l'tirant plus, ceci permet des miroirs plus larges. Utiliser des barres d'aluminium d'une largeur de 8mm au lieu de 10mm (rduction de la taille en tat pli) ? Travailler avec une gomtrie 3D pour pouvoir utiliser une casserole de forme normale au lieu de la casserole fine et haute ? Il faut des pieds tlscopiques pour pouvoir pencher le rflecteur en arrire pour des angles d'illuminations 'tropicaux'.

2. Quel diamtre de casserole, quelle dformation du miroir ? Un volume d'un litre peut avoir un diamtre de 8cm et une hauteur de 24cm, un diamtre de 10cm et une hauteur de 13cm ou un diamtre de 12cm et une hauteur de 9cm, p.ex. Notre choix tait de chercher une casserole diamtre 12cm et de focaliser le lumire le mieux possible sur une cible de 12cm x 12cm1. Une tude des dformations des miroirs (vertical, horizontal, deux ou trois lements plats avec un angle entre eux, ..) nous a fait choisir des miroirs d'une largeur maximale gale au diamtre de la casserole (i.e. 12cm) et d'une dformation en rapprochant le haut et le bas de chaque miroir. 3. Etude des casseroles de camping du commerce Une petite tude a t fait pour connatre les casseroles du march qui correspondent plus ou moins aux dimensions dsires. Plusires models d'un diamtre entre 12 et 16cm ont t trouvs, le poids sans couvercle est d'entre 120g et 300g, le prix au magasin entre 3 Euro (casserole chinoise en inox, magasin chinois en Espagne) et 43 CHF (magasin spcialis de camping). Pour les tests, une casserole en aluminium et deux casseroles en inox d'un diamtre de 12cm ont t utilises. Sur une des casseroles, une bande de cuivre avec un revtement slctif a t colle (avec une colle thermique au silicon). Les rsultats de cette casserole n'ont pas t concluants.

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Grce au 'tapis' (miroir horizontal), les miroirs doivent focaliser sur une cible virtuelle de 24cm x 12cm.

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5 casseroles 'standard' et le rcipient haut et mince des prototypes P1a.

4. Les protoypes P2 Protoype: P2.1 Nom de travail:'grille-nain' Dscriptif: Rflecteur fresnel, pliable par une structure 'sciseau' en aluminium, deux demi-rflecteurs un angle de 60env., tiges en fibre de verre, 10 miroirs en aluminium (58cm x 10cm), courbs, angle de chaque miroir rglable indpendemment (frein par un ressort), plaque de base horizontale en plastique, casserole standard diamtre 12cm. Rsultat des tests: La focale est trs prcise pour les miroirs 4,5,6 et 7 . Les miroirs 1 et 10 ne servent rien, les miroirs 2,3,8 et 9 sont difficile focaliser. Puissance mesur maximale de 85W2. Ces premier tests on montr que la distance miroir-casserole tait trop diffrente selon la position du miroir (centr ou extrieur). Il fallait trouver des moyens de focaliser les miroirs extrieurs galement. En gnral, il fallait pencher les miroirs extrieurs en arrire. La structure 'sciseau' nous permet une certeine dformation, en jouant sur les longeurs des 'bras' et sur l'angle entre les deux 'bras', indpendemment pour le haut et pour le bas. Une autre libert est la forme du 'tapis' rflechissant. Une dernire option: rallonger les tiges en fibre de verre extrieurs.2

Toutes les mesures de puissance ne sont qu'indicatives et elles ne sont pas comparables entre elles. Elles ont t faites sous des conditions relles durant des saisons diffrentes.

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Une longue srie de tests (sur le 'simulateur des saisons') a montr qu'il est idal de:

garder la longeur des 'bras' du bas ainsi que l'angle entre ces deux 'bras' stable varier la longeur des 'bras' du haut ainsi que l'angle entre ces deux 'bras' selon la hauteur du soleil tirer les bouts extrieurs du 'tapis' vers le haut rallonger les tiges extrieurs de quelques cm pour une hauteur du soleil 'tropicale' (hauteur > 60).

Protoype: P2.2 Nom de travail:'grille-nain dformable' Dscriptif: Rflecteur fresnel, pliable par une structure 'sciseau' en aluminium, deux demi-rflecteurs un angle de 60env., tiges en fibre de verre, 10 miroirs en aluminium (58cm x 10cm), courbs, angle de chaque miroir rglable indpendemment (frein par un ressort), plaque de base horizontale en plastique tir vers le haut aux extrmits, longeur et angle entre 'bras' suprieures rglable, casserole standard diamtre 12cm, paravent en polycarbonat diamtre 15cm. Poids: rflecteur = 1350g, casserole, paravent, tapis = 530g. Rsultat des tests: La focale est trs prcise pour les miroirs 2-9, les miroirs 1 et 10 sont difficile focaliser. Puissance mesur maximale de 102W. Tests de cuisson concluants. Pour la suite, nous avons dcid de tester un modle plus haut, mais moins large (sans les miroirs 1 et 10).

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Protoype: P2.3 Nom de travail:'extra-haut' Dscriptif: Rflecteur fresnel, pliable par une structure 'sciseau' en aluminium, deux demi-rflecteurs un angle de 60env., tiges en fibre de verre, 8 miroirs en aluminium (74cm x 10/11cm), courbs, angle de chaque miroir rglable indpendemment (frein par un ressort), plaque de base horizontale en plastique tir vers le haut aux extrmits, longeur et angle entre 'bras' suprieures rglable, casserole standard diamtre 12cm, paravent en polycarbonat diamtre 15cm.

Rsultat des tests: La focale est trs prcise. Puissance mesur maximale de 86W. Tests de cuisson concluants. Le cache en polycarbonat peut se dformer d la forte chaleur. 5. Le contenu du 'paquet cuiseur' Les expriences ont montr que nous n'avons pas seulement besoin d'un rflecteur et d'une casserole, mais le cuisueur complet doit contenir les lments suivants: Le rflecteur pliable La casserole Deux fisselles de stabilisation avec languettes en tissu (pour sol dur) 2 ou 4 sardines (pour sol mou) le 'tapis' en plastique rflchissant, pliable, avec 3 pinces pour l'attacher au rflecteur Le paravent en polycarbonat un disque en lige sous la casserole v. deux 'pattes' en tissu v. deux plaques en lige de protection pendant le transport 3 v. un petit appareil pour mesurer la hauteur du soleil deux sacs de transport Dans le cas des prototypes P2, tous ces lments ensembles ne psent pas plus que 2 kg. Le stockage se fait facilement en deux sacs: un long pour le rflecteur, un deuxime de la taille du paravent qui contient les autres lments. 6. Tests de cuisson Au Brsil, le prototype P1a4 a t utilis pour faire bouillir de l'eau. Ceci fontionnait bien pendant l'aprs-midi, mais mal autour de midi, d au soleil qui se trouvait quasiment au zenith. Ce prototype n'a pas t conu pour tre pench en arrire.

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Cet appareil pourrait indiquer la hauteur du soleil par l'ombre d'une pointe. Il y aura trois classes de hauteur distingues par des couleurs, p.ex. Les rglages faire sur le rflecteur seront marqus par les mmes couleurs.

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En Espagne dans des conditions mtorologiques trs favorables le prototype P2.2 a prpar du riz avec des lgumes, du riz avec une tomate farcie et un petit pain ! En Suisse, avec le soleil de fin d't, le prototype P2.3 a servi faire de la polenta, des crales, des haricots, un biscuit, etc. Les tests ont t concluants, mme si la dure prvue d'une heure tait souvant dpasse (le riz complet, p.ex., demande une cuisson longue). En rgle gnrale, il est conseill de reorienter les miroirs toutes les 30 minutes. La position du cuiseur complet n'a pas besoin d'tre rgle.

7. Tests de voyage et de montage / dmontage Les prototypes ont t utiliss pendant deux voyages, le premier au Brsil, le deuxime en Espagne et en Italie. Ils ont fait 5 trajets en avion (bagage main) avec autant de contrles aux rayons X. Le rflecteur a plusieurs fois incit l'intrt des surveillants, mais il a toujours t accept pour la cabine. Les cuiseurs ont galement fait un bon nombre de trajets en bus et en train sans dgats (seulement le sac en tissu trop fin s'est us). Le montage et dmontage s'est fait quelques dixaines de fois sur des sols trs varis. Le montage sur sol mou est plus facile (avec des sardines). Sur un sol dur, il faut trouver soit de grosses pierres, soit des bouteilles en PET remplies d'eau pour stabiliser la position. La

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stabilit au vent est bonne si les ficelles sont bien ancres. Le montage dure 2-3 minutes env., le dmontage un peu moins de temps. Un voyageur a demand de prendre un cuiseur au Ladakh, mais il malheureusement renonc en dernire minute. 8. Photos diverses de cette phase

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The ultralight solar cooker for travellers : 2kg including the cooking pot La cocina solar ultraligera para viajeros: 2 kg con recipiente para cocinarDr. Michael Gtz, ULOG Suisse, Rue Matile 71, CH-2000 Neuchtel, Switzerland, [email protected], www.cuisinesolaire.com Many solar cookers are adapted to stationary use or are adapted to car travellers. The goal of this project is the development of an ultralight solar cooker for backpackers and cycle travellers. Market, patents and mirror geometries were studied before a series of prototypes were constructed and tested. The latest model fulfils the weight goal of 2kg with the cooking pot, but lacks power w.r.to the technical goals. 1. Motivation Backpackers, cycle tourists and travellers hardly find solar cookers appropriate to their needs (while many cookers are suitable for car travellers). Box cookers are heavy and rather slow for travellers, parabolic cookers too bulky and heavy. There are a few lightweight cookers on the market, but they disappoint from the point of view of the convenience of use. The aim of this project was therefore to develop an ultralight solar cooker which is easy to set up, easy to unfold, faster than a box cooker and which 'looks good'. 2. Technical goals The following technical goals were defined (among others):Boiling time for 1 litre of water: Cooking time for a meal for 2 persons: Weight with cooking pot: Folded size: 45 minutes 1 hour 2 kg max length 45cm Easy set up, easy unfolding in max. 1 minute Stable w.r.to wind Robustness: allows transport on a backpack and by airplane

3. The study 3a) Market study: 22 types of 'transportable' solar cookers have been identified studying the internet and our archives. 3b) Patent study: The 254 patents of the 'solar cooker' section of the European patent database have been checked and the most interesting examined in order to find existing solutions for the different functions of the cooker. 3c) Study of mirror geometries: 14 potentially interesting 2 or 3-dimensional geometries have been identified. Two geometries were chosen for the first prototypes: a 'vertical linear Fresnel mirror' (with an additional horizontal mirror to optically double the height of the cooking pot) and a 'section of a parabola'. One criteria for the choice of a geometry was the idea to keep the cooking pot at or near the ground to avoid a heavy stand for the pot. 4. Prototype and testing equipment A large number of prototypes have been built and tested. A 'seasons simulator' has been created in order to test the optical quality of the focus for different illumination angles (sun at 30, 45 and 60 inclination; azimuth oriented to the sun or +/- 30 or 60 minutes): a platform which can be oriented in order to find the desired illumination angles (inclination, azimuth) between platform and sun (see figure 2).

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Of the two first prototypes, the 'section of a parabola' was abandoned, as we could not find a simple folding mechanism. We continued the way of the linear Fresnel geometry - combined with a 'scissor' structure for the frame as a simple folding mechanism. Figures 3 to 6 show details of the development. The initial 2-dimensional structure was changed to 3-dimensional and bent, a polycarbonate windshield has been added and the dimensions of the upper and lower scissor were optimised. The horizontal mirror was changed from flat to bent as well.

Figure 1. Drawings from different solar cooker Figure 2. A first Fresnel' prototype on the patents. 'seasons simulator'

Figure 3. A foldable 2-dimensional fresnel Figure 4. The following model works with a 3cooker is being tested in Brazil. dimensonal fresnel geometry.

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Figure 5. The 'scissor' mechanism allows for an Figure 6. A polycarbonate windshield protects easy folding of the cooker. the cooking vessel.

5. State of the project and future The prototype being tested in April and Mai 2005 fulfils the weight goal with a total weight of 2kg including cooking pot, windshield and transportation bag. Its (measured) maximum power is 100W, lower than the aimed 130W. Under many illumination angles, the outermost mirrors do not reflect to the cooking pot. A further prototype will therefore be higher and less wide. More technical means to enhance power have to be tested: using a cooking pot with a low emissivity coating, using a windshield with an antireflective coating and insulation below the cooking pot. Only very few actual travelling tests have been done so far. Further tests in real travelling conditions are foreseen before a first small series of cookers can be fabricated.

The author would like to thank the Swiss energy department for the funding of the project (grant number 100666 / 151010) and Cyril Goujon for his collaboration.

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Annexe 2 : Exemples de mesure

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1. Exemple de tests de qualit de focale avec le 'simulateur de saisons': Ces exemples montrent des mesures faites le 6 dcembre 2004 avec le prototype P1a3. La premire ligne montre une hauteur de soleil de 30, la deuxime ligne une hauteur de 60. La casserole est remplace par une cible en bois, une ligne bleu indique la taille de la casserole (haute et fine dans ce cas). Les deux colonnes de gauche montrent la focale sans miroir horizontal ('tapis'), les deux colonnes de droite la mme situation avec le miroir horizontal. Chaque fois, la qualit de focale est montre d'abord pour un rflecteur bien rgl et ensuite pour le mme rglage une heure plus tard. focalis30

60 min plus tard

focalis

60 min plus tard

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La photo montre le rflecteur sur le simulateur des saisons pendant un test de focale.

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2. Exemple de mesures de puissance: Cette mesure a t faite le 5 janvier 2005 Neuchtel. Un litre d'eau a t chauff avec le prototype P1a4 en utilisant une casserole haute et fine sans paravent. La temprature extrieure a t 10C. Un ensoleillement de 45 (hauteur du soleil) a t simul. A une temprature de 55C1, le rflecteur a t tourn l'ombre pour mesurer les pertes de la casserole. Dans cette mesure, la puissance de chauffe relle de l'eau (autour de 40C) est de 77W, les pertes (autour de 40) ont une puissance de -34W.

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Ceci est une exception. Les autres mesures vont jusqu' l'bullion de l'eau.

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Documents

Four Solaire