How to make a solar oven for kids (Locally Delicious)/ja
私たちはEngr205デザイン入門の授業で、 Locally Deliciousの協力を得て、8歳から12歳までの子どもたちが自分で組み立てて使えるソーラーオーブンを設計しました。この設計は、アメリカのカリフォルニア州立工科大学ハンボルト校で行われました。私たちは「ソーラーオーブンの枠にとらわれずに」、アルミホイルで覆われた靴箱よりも独創的なものを作ろうと奨励されました。子どもたちに、自分たちが口にする食べ物について、そしてどのように食生活をコントロールできるかについて考えさせたかったのです。ソーラーオーブン、ソーラー素材、8歳から12歳までの子どもたちの能力、そして熱伝導について調査した結果、いくつかの代替案が生まれました。最終的に、私たちの基準に最も合致していたソーラーボウリングオーブンが選ばれました。ソーラーボウリングオーブンは、2つのボウルを重ね合わせ、内側のボウルの外側を黒く塗装します。それぞれのボウルは蓋かサランラップで密閉します。また、段ボール箱とアルミホイルで作った反射板を放物線状に曲げて使用します。アーカタ小学校の子どもたちにソーラーボウリングオーブンをテストしたところ、非常に効果的であることが証明されました。午後4時に子どもたちと一緒に調理した際、天候は曇りで日差しはほとんどなく、気温は華氏10度半ばでしたが、オーブンは30分後には華氏150度に達しました。このオーブンで調理するように設計されている食品は、安全のために加熱調理する必要がないため、この最低温度は適切だと考えています。天候が良ければ、オーブンの温度はさらに高くなると確信しています。ソーラーボウリングオーブンは、クライアントであるLocally Deliciousが求めた基準をすべて満たしているため、彼らの新しい書籍「Lunchbox Envy 」に掲載されることを期待しています。
背景
Locally Deliciousは、アメリカ合衆国カリフォルニア州ハンボルトで、「エアルームトマト」を自称する5人の女性によって設立された団体です。彼女たちの目標は、人々が地元の食材を食べ、健康的な選択をするよう促すことです。長年にわたり持続可能な生活を提唱し、高く評価されている著書『Locally Delicious』を出版しています。現在、2冊目の著書『Lunchbox Envy』を執筆中です。この本の目的は、子どもたちが自ら健康的な食生活を選択し、自己肯定感を育むことです。この本には、美味しく健康的で簡単に作れるシンプルなレシピやプロジェクトが掲載されています。私たちのデザインがこの本に採用されることを願っています。
問題の説明と基準
8歳から12歳までの子供が自分で組み立てて操作できるソーラーオーブンを設計します。このオーブンで調理する食品は、ピザやベーグルなどの軽食です。
これらの基準は、ソリューションを判断するために使用する基準です。
表1：プロジェクトの基準、制約、重み
| 基準 | 制約 | 重さ |
|---|---|---|
| 料金 | 自宅での材料の複製コストは 20 ドルを超えてはなりません。 | 8 |
| 効率性/有効性 | オーブンは2〜3時間以内に食べ物を調理できるようになります。 | 9 |
| 構築/使用の容易さ | 材料は入手しやすく、使いやすいものでなければなりません。 | 8 |
| 美学 | モデルの見た目は、比較的見た目に美しいものでなければなりません。 | 3 |
| 安全性 | オーブンの構造と取り扱いは、子供に健康上の危険や重大な傷害を与えないように設計されています。 | 10 |
| 耐久性 | オーブンには廃棄物をほとんど出さない耐久性のある材料を使用する必要があります。 | 7 |
| デザインクリエイティビティ | オーブンはオリジナルのデザインでなければなりません。 | 7 |
| 汎用性 | モデルはさまざまな気候下で動作できる必要があります。 | 8 |
最終プロジェクトの説明
ソーラーボウリングオーブンは、密閉された2つのボウル（一方がもう一方を覆っている）と放物面反射鏡で構成されています。外側のボウルはガラス製、内側のボウルは金属製で、外側は黒く塗装されています。各ボウルは蓋またはサランラップで個別に密閉されています。放物面反射鏡は段ボールとアルミホイルで作られています。ソーラーボウリングオーブンは図1に示されています。
コンポーネントの説明
外側のボウルソーラーボウリングオーブンの最外層は、図2に示すように、直径約15インチ（約38cm）のかなり大きなガラス製またはパイレックス製のボウルで構成されています。取っ手付きのボウルの方が扱いやすいですが、必須ではありません。取っ手付きのボウルはほとんどのスーパーで購入できます。ガラスは光を透過しますが、熱伝導率が低いため、熱はボウル内に閉じ込められます。ボウル内に閉じ込められた熱によって食品が調理されます。
内ボウルソーラーボウリングオーブンの次の部品は、図3に示すように金属製の内ボウルです。これは調理容器であり、高温になります。このボウルはガラスボウルの内側に収まり、ボウル間の隙間は1/4インチから3/4インチ程度である必要があります。外側のガラスボウルは太陽光を内部に取り込み、2つのボウル間の空間を加熱します。
内ボウルの黒色コーティング内ボウルは黒色コーティングで覆われています（図4参照）。内ボウルに透明な蓋が付いている場合は、その蓋も黒色コーティングで覆う必要があります。黒色コーティングはボウル内の熱を吸収します。黒色のバーベキュー塗料やコンロ用塗料は、高温にさらされても無毒であるため、黒色コーティングに最適です。黒色コーティングはガラスを通して入ってくる熱を集め、ボウル間の空間の温度を上昇させるのに役立ちます。
カバーこの設計は、太陽から吸収した放射線をボウル内部に閉じ込めることで機能します。これは、図5aと5bに示すように、内側のボウルと外側のボウルを覆うことで実現します。カバーによって熱が強まり、食品を加熱することができます。内側のボウルと外側のボウルはそれぞれカバーする必要があり、内側のボウルとカバーが大きなガラスボウル内に完全に収まるようにする必要があります。理想的なカバーはそれぞれに蓋をすることですが、それがない場合は、各ボウルを個別にサランラップで覆うことでも代用できます。
反射パネル反射パネルは太陽光を集光し、より速く、より美味しく調理するために利用されます。反射パネルは、図6に示すように、段ボール箱を立てて放物線状に曲げ、アルミホイルでコーティングしたものです。段ボール箱の容積は18インチ×18インチ×18インチですが、各辺がこれより0.5フィート以内のサイズであれば問題ありません。反射パネルは湾曲した形状により、様々な方向からの太陽光を反射するため、ソーラーボウリングオーブンに向けてより多くの太陽光を反射します。
費用
デザイン時間
設計コストは、私たちのグループがこの設計プロジェクトに費やした時間数を示しています。この設計プロジェクトには合計165時間が費やされ、その大部分はソリューションのテストと実装に費やされました。図7は、各設計セクションに費やされた時間を示す円グラフです。
実装コスト
表2は、ソーラーボウリングオーブンの製作に必要な材料とその費用を示しています。ソーラーボウリングオーブンの製作に必要な材料をすべて購入した場合の小売価格は29.94ドルで、実際にかかった費用は20.97ドルでした。しかし、この設計に必要な材料の多くは家にあるため、推定費用は黒のバーベキュー塗料の費用である5.99ドルのみとなります。
表2：コスト表
| 材料 | 量 | 小売価格（$） | 当社の費用（$） | 予測コスト（$） |
|---|---|---|---|---|
| ガラスボウル | 1 | 7.99 | 7.99 | 自宅で発見 |
| 小さな鍋 | 1 | 6.99 | 6.99 | 自宅で発見 |
| ブラックBBQ/ストーブペイント | スプレー缶1本 | 5.99 | 5.99 | 5.99 |
| サランラップ | 1ロール | 1.99 | 自宅で発見 | 自宅で発見 |
| アルミホイル | 1ロール | 2.99 | 2.99 | 自宅で発見 |
| ダクトテープ | 1ロール | 3.99 | 自宅で発見 | 自宅で発見 |
| 段ボール箱 | 1 | 自宅で発見 | 自宅で発見 | 自宅で発見 |
| 合計費用: | 29.94ドル | 20.97ドル | 5.99ドル | |
維持費
ソーラーボウリングオーブンは非常に耐久性が高く、廃棄物もほとんど出ません。材料は再利用できるため、メンテナンスコストも低く抑えられます。この設計の仕様の一つは、少なくとも3回の使用に耐えられることですが、すべての材料はそれ以上の寿命があります。交換が必要なのはサランラップとアルミホイルの2つのロールだけですが、それぞれ1ロールで20回以上の使用に耐えます。
テスト結果
アルカタ小学校の児童でオーブンをテストした結果、ソーラー ボウリング オーブンは 8 歳から 12 歳の児童と一緒に食べ物を調理するのに効果的な設計であるという結論に至りました。児童たちは太陽熱調理を楽しんでおり、最小限の手助けで反射板とソーラー ボウリング オーブンを作成することができました。カリフォルニア州アルカタで外気温 57°F の環境でソーラー ボウリング オーブンの性能をテストしたところ、オーブンは 30 分後に 150°F に達しました。詳細なテスト結果は表 3 でご覧いただけます。このオーブン用に設計された食品は安全のために調理する必要がない食品であるため、この温度は適切です。外気温と日光がさらに高いその他の地域では、オーブンの温度がさらに高くなると結論付けるのは妥当です。アルカタ小学校でのテスト結果に基づいて、ソーラー ボウリング オーブンの設計は 8 歳から 12 歳の児童が自分で簡単に作成して操作できると結論付けることができます。
表3：結果表
| 外気温 | 気象条件 | 時間 | オーブン温度 |
|---|---|---|---|
| 華氏50度 | 太陽は見えない | 20分 | 華氏90度 |
| 華氏57度 | 曇り、わずかに晴れ | 18分 | 140度 |
| 華氏57度 | 曇り、わずかに晴れ | 30分 | 150度 |
構築方法
実装手順については、Solarbowlingoven の手順を参照してください。
指導ビデオ
議論と次のステップ
この設計に使用した材料は多くの家庭で入手可能で、設計自体もシンプルなので、子供たちでも再現可能です。この設計の利点は、廃棄物が少なく、材料を何度も再利用でき、オーブンの製作コストが非常に手頃なことです。さらに、アルカタ小学校でのテスト結果から、ソーラーボウリングオーブンの設計は8～12歳の子供たちが簡単に製作し、自力で操作できると結論付けることができます。放物面反射鏡の設計は、11～15歳の子供たちの算数の授業でも活用できると考えています。放物面はy=mx^2の式に従うため、完全な放物面反射鏡を計算して実装することができます。これらの計算は8～12歳のほとんどの子供には高度すぎる傾向がありますが、11～15歳の子供であれば理解できる範囲内です。
関連プロジェクト
参考文献
http://www.locally-delicious.org/