Le Fourneau Solaire Incliné - Une Nouvelle Conception

Plusieurs sortes de fours solaires ont été décrits dans différents ouvrages de littérature. Dans cet article, un four solaire à boîte inclinée est conçu et fabriqué de manière particulièrement efficace . Le dispositif de construction de détails du cuiseur y sont décrits. Les résultats des essais obtenus sont jusqu'ici encourageants. Le four proposé est prêt à être utilisé en l'état.

Introduction

Un four solaire efficace fait généralement partie de deux catégories. L’un est de type boite, l’autre est à réflecteur parabolique focalisant. Les capacités de cuisson des simples boîtes solaires existantes ne semble pas être à la hauteur de la somme investie. Le four type à réflecteur parabolique focalisant a besoin d'être fréquemment ajusté pour dépister le mouvement apparent du soleil. Pour ces raions, ce type de four à réflecteur parabolique n’est pas très populaire.

Les capacités de cuisson du type existant de boîte le cuiseur solaire que simple est semblent être non satisfaisantes par rapport au coût impliqué. Pour le four-boite proposé, on peut toujours accéder perpendiculairement au rayonnement du faisceau pour ajuster sa position inclinée et pour réaliser facilement le réglage de ses deux réflecteurs. Le temps de cuisson est remarquablement réduit par rapport à celui d'un four habituel de type de boîte. Toutefois, le coût d’un four est légèrement plus élevé à celui d'un four habituel de type boîte, mais il peut être considéré comme raisonnable en regard de sa performance éprouvée.

Caractéristiques détaillées

La description détaillée de la construction du four est montrée en Fig-1. La boîte du four se compose d'une boîte intérieure peinte en noire ouverte sur le dessus placée à l'intérieur d'une autre boîte et, entre les deux boîtes, l'espace est rempli de laine de verre.
Le haut de cette boîte est recouvert par deux couches de verre transparent (avec un espace entre ces deux couches). L’armature du couvercle est articulée par rapport à la chambre du four pour maintenir le couvercle vitré dans la position inclinée lors de la manipulation les marmites. La chambre du cuiseur est ainsi semblable au four conventionnel de type boîte, mais la forme de la boîte est différente du type commun. La longueur de la boîte dans le type actuellement proposé est environ trois fois sa largeur et sa profondeur est égale à sa largeur.

Le four doit être placé face au soleil, en gardant une position verticale plus grandement inclinée sur le côté et l’inclinaison du four-boite peut facilement être changée de 15 degrés à 45 degrés par rapport au sol au pied réglable, fixé à l’arrière de la boîte. On utilise deux miroirs pour ce four, toutefois on peut y facilement disposer 4 réflecteurs (les réflecteurs fournis sont légers). Les réflecteurs sont placés sur la longueur du couvercle, un de chaque côté, tenus et suspendus par une charnière. Ainsi la longueur des réflecteurs est égale à la longueur du couvercle vitré, leur largeur est égale à la largeur du couvercle vitré. Lors de l’utilisation du four, chaque réflecteur conserve une inclinaison d’environ 115° par rapport à la face du couvercle. Dans cette position, les rayons réfléchis au sommet des réflecteurs touchent le bord longitudinal externe du couvercle vitré quand le four est placé en position perpendiculaire par rapport aux rayons du soleil. Si on utilise quatre réflecteurs, les deux autres réflecteurs doivent être articulés au dessus des réflecteurs intérieurs, un de chaque côté sur un angle proche de 15° à l’intérieur. Tous les réflecteurs peuvent être repliés quand le four n’est pas utilisé, protégeant ainsi le couvercle. La face du four doit être perpendiculairement placée pour capter le rayonnement et rassembler au maximum l'énergie. Cette position perpendiculaire peut aisément se réaliser en faisant simplement pivoter le four vers le soleil à l’aide de petites roues convenablement fixées sur le côté inférieur du four, en changeant l’inclinaison du four avec le pied arrière réglable. Mais la position des réflecteurs demeure inchangée tout au long de la période de fonctionnement.

Quatre marmites en aluminium peintes en noir sont utilisées et placées côte à côte tout le long du four sur des plaques de cuisson. Pour chaque plaque, deux boulons faisant fonction de charnière, sont fixés sur les deux longs côtés de la chambre intérieure du four. La plaque de cuisson est suspendue aux têtes des boulons par des bandes d’acier fin. La longueur de ces bandes est égale au rayon de la marmite. Ces bandes sont fixées sur les extrémités de la plaque et alignées en position moyenne exacte de la plaque comme montré en Fig-2.

Quand l’inclinaison du four est modifiée, par son propre poids, la plaque de four avec la marmite tourne autour des boulons et reste toujours en position horizontale. Pour éviter l'inclinaison des marmites, on utilise des plaques carrées, dont la longueur est maintenue égale au diamètre des pots, et qu'à cette fin, on plie vers le haut.

Avantages du four

Presque 90% de l’énergie d’un four est collectée entre 9h du matin et 3h de l’après midi. L’amplitude de modification de l’inclinaison de 15 à 45 degrés à l’horizontal du four recommandé est suffisante pour collecter la radiation perpendiculaire directe du soleil durant la période mentionnée. Ainsi, l'énergie radiante tombant à cause du dispositif de la surface d’ouverture de la façade du four n’est augmentée que si le four est placé horizontalement comme le four conventionnel de type boîte. La transmitivité de la vitre du four est augmentée par sa position perpendiculaire avec la radiation rayonnante.
Dans ce système de four à deux réflecteurs, la collecte de l’énergie est élevée et quatre réflecteurs peuvent même être utilisés pour concentrer la radiation solaire comme des réflecteurs pisteurs, mais sans les ajustements manuels hasardeux pour suivre le cours apparent du solail.
Le réglage de réflecteurs multiples est également possible avec un four type boite placé horizontalement. A part le réflecteur faisant face au sud, les autres réflecteurs ne pourront pas refléter proprement la radiation à l’intérieur de la chambre de cuisson hormis à midi. Ceci est du au fait que cette zone effective de surface de réverbération des réflecteurs exposés au soleil sera bien moindre que la zone actuelle ou que la majeure partie de la réverbération des réflecteurs ne tombera pas à l’intérieur du four.

Matières premières requises pour la fabrication

Feuille de métal galvanisé, feuille d’aluminium, plaque d’acier, verre, miroir, feuille en fibres, laine de roche, roulettes, peinture noire, charnières, verrou, vis et articles divers.

Détails des machines et de l'équipement requis pour la fabrication

Scie, cisailles, perceuse, marteau, tournevis, pinces, mètre à ruban, pinceau, etc.

Coût

Approximativement 2000 R.S.par four, incluant les matériaux, le coût de fabrication etc. En fait le coût peut être revu à la baisse selon le nombre de fours fabriqués en même temps.

Spécificités du four

Un Couvercle à double vitrage
Nombre de vitres : 2
Matériel : verre simple
Espace entre deux vitres : 20 mm
Épaisseur du verre : Intérieur : 3mm & extérieur – 4mm
Apparence générale du verre. Sans bulles ni rayures
Surface de l’ouverture : 184 800 mm²
Caractéristiques supplémentaires – couvercle en position inclinée (position ouverte) en respectant sa position fermée par l’utilisation de charnières.

Boite intérieure
Matériel : feuille d’aluminium
Épaisseur de la feuille : 0.5mm
Taille : longueur = 840 mm, largeur = 220 mm, profondeur = 220mm
Épaisseur de la cloison : 0.5 mm
Peinture de la surface intérieure : noir mat, finir par de la peinture de tableau noir

Suspensions du four
Matériel : aluminium
Taille : 170mm x 155 mm
Épaisseur de la feuille : 0.5mm
Peinture de la surface intérieure : noir mat, finir par de la peinture de tableau noir
Longueur des bandes d’acier fin (pour la suspension des plateaux) de l’intérieur supérieur de la boite : 65mm

Marmite noire avec couvercle
Matériel : aluminium
Épaisseur de la feuille : 0.5mm
Nombre : 4
Diamètre : 150mm
Profondeur : 90 mm
Capacité totale des marmites : 5 litres ( 1,25 litre x 4)

Caisson extérieur
Matériel : Feuille de métal galvanisé
Épaisseur : 1mm
Taille : longueur = 940mm, largeur = 320 mm, hauteur = 295 mm
Finitions générales : lissage, sans angles abrupts

Joint d’étanchéité et isolation
Joints : fibre d’amiante compressée
Épaisseur : 2mm
Matériel d’isolation : laine de verre
Épaisseur du revêtement (isolation) : Coté = 50mm, fond = 50mm

Miroir réfléchissant
Nombre de réflecteurs : 2
Apparence générale : sans bulles ni plis
Épaisseur : 4mm
Taille : Longueur = 840, largeur = 220 mm
Caractéristiques supplémentaires : disposition pour garder le miroir en position inclinée (en position de travail) en respectant sa position pliée (quand le four n’est pas utilisé)

Roues
Nombre : 4
Matériel : boule en nylon

Résultats de test

Test courant

Essai d'étanchéité du caisson intérieur (en le remplissant eau, les joints sont alors examinés): Aucun signe de fuite.
Essai d'étanchéité de garniture du couvercle (en insérant des morceaux de papiers dans quatre positions à chaque côté du four au-dessous du couvercle, après avoir correctement fermé le couvercle, les morceaux de papier devraient montrer une ferme résistance en les tirant à la main): Aucun signe de fuite.
Essai d'étanchéité de la face supérieure du couvercle (en versant de l’eau en couche mince sur le couvercle et en examinant alors si de l’eau n’entrait pas entre les vitres du couvercle): Aucun signe de fuite.
Essai d'étanchéité du côté le bas du couvercle (après ébullition de l'eau dans les marmites par chauffage solaire et puis en plaçant le four dans un endroit ombragé pour permettre à la vapeur de condenser, il ne devrait y avoir aucun signe d'entrée de vapeur entre les vitres intérieures et extérieures du couvercle): Aucun signe de fuite.
Essai de test de la peinture sur le caisson intérieur, en faisant cuire la plaque et les marmites à 160 degrés Celsius pour des essais d'une heure et de température de la garniture du couvercle, la vitre du couvercle et l'isolation à 200 degrés Celsius dans un four électrique: Aucun signe de dommages ou de fission

Test de performance du four proposé

Timing et date : Le 03/03/2003 de 10h du matin à 12h30 l’après-midi
Température ambiante : 21° C
Intensité des radiations solaires pendant la période de test : 0.55Kw/m²/heure
Pic de température au couvercle des marmites vides : 148° C
Timing et date : Le 04/03/2003 de 10h du matin à 12h30 de l’après-midi
Temps passé pour faire bouillir 4 litres d’eau dans les marmites (1 litre par marmite) : 105 mn
Température initiale de l’eau : 22° C

Performance comparative du four proposé en le plaçant à l’horizontale avec un seul réflecteur placé en face du soleil (c’est à dire en convertissant le four proposé en four solaire conventionnel) :

1. Timing et date : Le 05/03/2003 de 11h du matin à 13h de l’après-midi
Température ambiante : 23° C
Intensité des radiations solaires pendant la période de test : 0.56Kw/m²/heure
Pic de température au couvercle des marmites vides : 123° C
2. Timing et date : Le 07/03/2003 de 10h du matin à 12.15h de l’après-midi
Température ambiante : 23° C
Température initiale de l’eau : 22° C
Temps passé pour faire bouillir 4 litres d’eau dans les marmites (1 litre par marmite) : 120 mn

Conclusion

La méthodologie de construction détaillée avec un certain coût et les chiffres d'exécution sont relatés en développant le cuiseur solaire actuellement proposé. L'exécution améliorée supérieure à un four solaire conventionnel est la caractéristique principale de ce four.

Le four, actuellement fabriqué peut être capable de cuire 2 kilogrammes de riz ou un aliment équivalent dans un délai de moins de deux heures entre 9h du matin et 3h de l’après-midi.