Comme un moule à gâteau Bundt :le brûleur se trouve à l'intérieur de la cruche de la bouilloire (vue d'en haut). Crédit :ETH Zurich / Peter Balicki Szczesiak
Des étudiants et un doctorant de l'ETH Zurich ont développé un réchaud de camping avec la flamme à l'intérieur, réduisant considérablement les effets négatifs du vent et des pertes de chaleur. Le nouveau design a été rendu possible par la fabrication additive.
L'été est l'heure du camping - une occasion parfaite d'abandonner nos luxes quotidiens pendant un certain temps et de préparer un simple dîner sur un réchaud à gaz. Si seulement les rafales de vent disparaissaient au lieu d'éteindre constamment la flamme du poêle.
Aujourd'hui, un doctorant de l'ETH et des étudiants de l'ETH Zurich Design and Technology Lab et de l'Université des arts de Zurich (ZHdK) ont mis au point un nouveau poêle qui résiste même aux vents forts :une bouilloire en forme de moule à gâteau Bundt renferme un gaz brûleur, en le protégeant du vent.
Tests pratiques au sommet
Pendant ce temps, d'autres caractéristiques de conception rendent la bouilloire extrêmement économe en énergie :la paroi du brûleur à gaz est ondulée, comme un presse-agrumes. "Cela augmente la surface de contact entre la flamme et la cruche, " explique Julian Ferchow, le chef de projet et doctorant dans le groupe du professeur de l'ETH Mirko Meboldt. "Cette, "Patrick Beutler, étudiant à l'ETH, qui a écrit sa thèse de Bachelor sur le projet, ajoute, "plus le fait que le mur est très mince, rend le transfert de chaleur vers le contenu de la carafe idéal."
Un prototype de bouilloire et de brûleur. Crédit :ETH Zurich / Julian Ferchow
L'intérieur du brûleur regorge également d'expertise en ingénierie :les buses à gaz sont ce que l'on appelle les buses Venturi. "Leur géométrie provoque une chute de pression localisée. Cela augmente le débit d'air, qui améliore la qualité de la flamme et augmente l'efficacité, " dit Ferchow.
Les chercheurs ont construit un prototype de la bouilloire avec "inspire", l'organisation à l'interface de l'ETH Zurich et de l'industrie mécanique suisse. Ils appellent leur bouilloire "PeakBoil". De manière appropriée, ils ont testé le prototype ce printemps lors d'une randonnée à ski dans le Säntis, la plus haute montagne du massif de l'Alpstein dans le nord-est de la Suisse. « Il y avait du vent et c'était très compliqué de faire fonctionner un poêle conventionnel. Mais nous n'avons eu aucune difficulté à chauffer l'eau avec notre prototype, " dit Ferchow.
Le brûleur est ondulé pour augmenter sa surface; les structures intérieures complexes permettent une alimentation efficace en air et en gaz de la chambre de combustion. Crédit :ETH Zurich / Patrick Beutler
Couche par couche
La conception spéciale de PeakBoil ne serait pas possible sans la fabrication additive. Ferchow et ses collègues ont construit la bouilloire à gaz couche par couche en acier inoxydable en utilisant une fusion laser sélective. Dans cette technique, une couche de poudre métallique fine est étalée sur une plaque de substrat. Un faisceau laser contrôlé par ordinateur fait ensuite fondre sélectivement le métal selon un motif précis. Lorsque le métal en fusion se solidifie, il se lie à la plaque substrat. Ensuite, la couche suivante de poudre est appliquée et fondue localement. De cette façon, les objets complexes sont construits à partir de la base en couches chacune d'un trentième de millimètre d'épaisseur.
"Cette technique nous donne une grande liberté de conception, ce que vous n'obtenez tout simplement pas avec les techniques de fabrication conventionnelles ; avec moulage de métal, par exemple, nous ne pourrions jamais atteindre des canaux aussi minces que ceux à l'intérieur de notre brûleur à gaz, " explique Ferchow.
La fusion sélective au laser a été développée à l'origine comme un moyen rapide de fabriquer des prototypes. "De nos jours, cette technique de prototypage rapide est si mature qu'elle peut également être utilisée pour la fabrication à grande échelle, " dit Ferchow.
Gagnants d'un prix de design
PeakBoil a récemment remporté un prix dans le cadre du concours 3-D Pioneers Challenge. Un jury international d'experts en design et d'ingénieurs a récompensé la bouilloire dans la catégorie Design du concours. Selon ses organisateurs, ce concours, qui est parrainé par le ministère des Affaires économiques, Société des sciences et du numérique du Land allemand de Thuringe, est l'une des récompenses les plus généreusement dotées dans le domaine de l'innovation en impression 3D.
Le prototype en cours de test. Crédit :ETH Zurich / Julian Ferchow
« Le jury a admiré notre idée d'un brûleur économe en ressources avec une vue particulière sur la façon dont l'application extérieure que nous avons réalisée pourrait servir d'exemple pour des applications industrielles de fabrication additive, qui recèle un grand potentiel, " Ferchow déclare :" Nous pouvons utiliser PeakBoil comme démonstrateur pour montrer aux entreprises de quoi la fabrication additive est capable et ce à quoi vous devez porter une attention particulière dans votre conception. " Avec un développement ultérieur, La conception de PeakBoil pourrait être utilisée dans des chauffe-eau sans réservoir à gaz ou même des turbines à gaz.
Mais d'abord, Ferchow et ses collègues veulent s'en tenir à leur bouilloire à gaz et l'améliorer dans le laboratoire de conception et de technologie, c'est pour cela qu'ils dépenseront leur prix en argent. « Je pense que nous devrions être en mesure d'augmenter encore l'efficacité du brûleur en optimisant les flux de gaz et d'air. Nous espérons également trouver des partenaires industriels qui travailleront avec nous pour développer davantage le produit, " dit Ferchow.
