Studenter och en doktorand vid ETH Zürich har utvecklat en campingspis med lågan på insidan, kraftigt minska de negativa effekterna av vind och värmeförlust. Den nya designen möjliggjordes av additiv tillverkning.

Sommartid är campingtid – ett perfekt tillfälle att ge upp vår vardagslyx för en stund och istället laga en enkel middag på en gasolkök. Om bara vindbyarna skulle försvinna istället för att hela tiden blåsa ut lågan på spisen.

Nu har en ETH-doktorand och studenter från ETH Zurich Design and Technology Lab och från Zürich University of the Arts (ZHdK) utvecklat en ny kamin som klarar även i hårda vindar:en vattenkokare formad som en Bundt-kakform omsluter en gasol. brännare, skydda den från vinden.

Praktiska prov på bergstoppen

Under tiden, andra designegenskaper gör vattenkokaren extremt energieffektiv:gasbrännarens vägg är vågig, som en citrusjuicer. "Detta ökar kontaktytan mellan lågan och kannan, " förklarar Julian Ferchow, projektledaren och en doktorand i ETH Professor Mirko Meboldts grupp. "Den där, " ETH-student Patrick Beutler, som skrev sin kandidatuppsats om projektet, lägger till, "plus det faktum att väggen är väldigt tunn, gör värmeöverföringen till innehållet i kannan idealisk."

Brännarens inre är också fylld med teknisk expertis:gasmunstyckena är så kallade Venturi-munstycken. "Deras geometri orsakar ett lokalt tryckfall. Detta ökar luftflödet, som förbättrar lågans kvalitet och ökar effektiviteten, säger Ferchow.

Forskarna byggde en prototyp av vattenkokaren tillsammans med "inspire", organisationen i gränssnittet mellan ETH Zürich och den schweiziska mekaniska industrin. De kallar sin vattenkokare för "PeakBoil". Lämpligt, de testade prototypen i våras när de var på en skidtur i Säntis, det högsta berget i Alpsteinmassivet i nordöstra Schweiz. "Det blåste och det var mycket problem att få en konventionell kamin att fungera. Men vi hade inga svårigheter att värma vatten med vår prototyp, " säger Ferchow.

Lager på lager

PeakBoils speciella design skulle inte vara möjlig utan additiv tillverkning. Ferchow och hans kollegor byggde gaskokaren lager för lager av rostfritt stål med hjälp av selektiv lasersmältning. I denna teknik, ett lager av fint metallpulver sprids på en substratplatta. En datorstyrd laserstråle smälter sedan selektivt metallen i ett exakt mönster. När den smälta metallen stelnar, det binder till substratplattan. Därefter appliceras nästa lager av pulver och smälts lokalt. På det här sättet, komplexa objekt byggs upp från basen i lager vart och ett bara en trettiondels millimeter tjockt.

"Denna teknik ger oss en enorm mängd designfrihet, vilket du helt enkelt inte får med konventionella tillverkningstekniker; med metallgjutning, till exempel, vi skulle aldrig kunna uppnå kanaler som är så tunna som de inuti vår gasbrännare, " förklarar Ferchow.

Selektiv lasersmältning utvecklades ursprungligen som ett snabbt sätt att tillverka prototyper. "Nu för tiden, denna snabba prototypteknik är så mogen att den även kan användas för storskalig tillverkning, " säger Ferchow.

Vinnare av ett designpris

PeakBoil vann nyligen ett pris i tävlingen 3-D Pioneers Challenge. En internationell jury bestående av designexperter och ingenjörer hedrade vattenkokaren i tävlingens kategori Design. Enligt dess arrangörer, denna tävling, som sponsras av ekonomidepartementet, Science and Digital Society i den tyska delstaten Thüringen, är en av de mest generöst tilldelade utmärkelserna inom området för 3-D-utskriftsinnovation.

"Juryn beundrade vår idé om en resursbesparande brännare med en särskild syn på hur den utomhusapplikation vi insåg skulle kunna fungera som ett exempel för industriella tillämpningar av additiv tillverkning, som har stor potential, " Ferchow säger:"Vi kan använda PeakBoil som en demonstrator för att visa företag precis vad additiv tillverkning är kapabel till och vad du behöver ägna särskild uppmärksamhet åt i din design." Med vidareutveckling, PeakBoils design skulle kunna användas i gaseldade tanklösa varmvattenberedare eller till och med gasturbiner.

Men först, Ferchow och hans kollegor vill hålla fast vid sin gaskanna och förbättra den i design- och tekniklabbet, vilket är vad de kommer att spendera sina prispengar på. "Jag tror att vi borde kunna öka effektiviteten i brännaren ytterligare genom att optimera flödena av gas och luft. Vi hoppas också hitta branschpartners som kommer att samarbeta med oss ​​för att vidareutveckla produkten, " säger Ferchow.