태양열 볼링 오븐
FA 정보 icon.svg아래로 각도 icon.svg프로젝트 데이터
저자Shelly Dean
Matt McCammon
Josue Candelario
Jill Hauck
위치캘리포니아아르카타
상태 프로토타입화됨
비용USD 29.94
대신에태양열 조리기
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우리는 Engr205 디자인 소개 에 있었고 Locally Delicious 에서 8~12세 어린이가 독립적으로 만들고 사용할 수 있는 태양열 오븐을 디자인하는 일을 하고 있었습니다 . 이 디자인은 미국 Cal Poly Humboldt에서 진행되었습니다. 우리는 "태양열 상자에서 벗어나 생각"하고 알루미늄 호일로 덮인 신발 상자보다 더 독창적인 것을 만들도록 격려 받았습니다. 우리는 아이들이 자신이 먹는 음식과 식단을 어떻게 조절할 수 있는지 생각하게 하고 싶었습니다. 태양열 오븐, 태양광 소재, 8~12세 어린이의 능력, 열 전달에 대한 연구를 마친 후 우리는 몇 가지 대안 디자인을 생각해 냈습니다. Solar Bowling Oven은 우리의 기준에 가장 잘 부합하기 때문에 최종 디자인으로 선택되었습니다. Solar Bowling Oven에는 두 개의 그릇이 서로 내부에 배치되어 있으며 내부 그릇은 외부가 검은색으로 칠해져 있습니다. 각 그릇은 뚜껑이나 사란랩으로 밀봉되어 있습니다. 이 디자인에는 판지 상자와 알루미늄 호일로 만들어져 포물선 모양으로 구부러진 반사 패널도 포함됩니다. 우리는 Arcata 초등학교에서 아이들과 함께 Solar Bowling Oven을 테스트했는데, 그 결과 매우 성공적이었습니다. 오후 4시에 아이들과 요리를 했는데 날씨가 흐리고 해가 거의 없고 온도가 50도 중반이었을 때 30분 후에 오븐 온도가 화씨 150도에 도달했습니다. 본 오븐에 사용되는 식품은 조리하지 않아도 안전한 식품이므로 이 최저 온도가 적절하다고 생각합니다. 우리는 날씨가 좋을수록 오븐의 온도가 더 높아질 것이라고 확신합니다. Solar Bowling Oven은 고객인 Locally Delicious가 요청한 모든 기준을 통합하므로 Lunchbox Envy 라는 새 책에 통합되기를 바랍니다 .

배경

Locally Delicious는 스스로를 "가보 토마토"라고 부르는 5명의 여성이 미국 캘리포니아 주 훔볼트에서 설립한 조직입니다. 그들의 목표는 사람들이 현지 음식을 먹고 건강한 선택을 하도록 동기를 부여하는 것입니다. 그들은 오랫동안 지속 가능한 삶을 옹호해 왔으며 Locally Delicious 라는 높은 평가를 받는 책을 출판했습니다 . 그들은 현재 아이들이 스스로 건강한 음식을 선택할 수 있도록 힘을 실어주고 자기 역량 강화를 가르치는 것을 목표로 하는 Lunchbox Envy 라는 두 번째 책을 집필하고 있습니다 . 이 책에는 맛있고 건강하며 준비하기 쉬운 간단한 요리법과 프로젝트가 포함되어 있습니다. 우리는 우리의 디자인이 이 책의 일부가 되기를 바라고 있습니다.

문제 설명 및 기준

8~12세 어린이가 스스로 만들고 작동할 수 있는 태양열 오븐을 설계합니다. 이 오븐에서 조리할 수 있도록 고안된 음식은 피자 베이글과 같은 스낵입니다.

이러한 기준은 우리가 솔루션을 판단하는 데 사용하는 표준입니다.

표 1 : 프로젝트 기준, 제약 및 가중치

기준강제무게
비용자료의 가정 복제 비용은 $20를 초과할 수 없습니다.8
효율성/효과성오븐은 2~3시간 내에 음식을 조리할 수 있어야 합니다.9
구축/사용 용이성재료는 쉽게 구하고 사용할 수 있어야 합니다.8
미학모델의 모습은 눈에 비교적 좋아야 합니다.
안전오븐의 구조와 취급은 어린이에게 건강상 위험이나 심각한 부상을 초래하지 않아야 합니다.10
내구성오븐에는 폐기물이 거의 발생하지 않는 내구성 있는 재료가 포함되어야 합니다.7
디자인 창의성오븐은 독창적인 디자인이어야 합니다.7
다재모델은 다양한 기후에서 작동할 수 있어야 합니다.8

최종 프로젝트 설명

Solar Bowling Oven에는 두 개의 밀봉된 그릇이 포함되어 있으며, 하나는 다른 하나의 내부에 포물선 반사경이 있습니다. 외부 그릇은 유리이고 내부 그릇은 금속이며 외부는 검정색으로 칠해져 있습니다. 각 그릇은 뚜껑이나 사란랩으로 개별적으로 밀봉되어 있습니다. 포물선형 반사경은 판지와 알루미늄 호일로 만들어집니다. 태양열 볼링 오븐은 그림 1에 나와 있습니다.

구성 요소 설명

외부 그릇 Solar Bowling Oven의 가장 바깥층은 그림 2에서 볼 수 있듯이 직경이 약 15인치인 상당히 큰 유리 또는 Pyrex 그릇으로 구성됩니다. 손잡이가 있는 그릇이 작업하기 더 쉽지만 반드시 필요한 것은 아닙니다. 대부분의 식료품점에서 구입할 수 있습니다.유리는 빛을 통과시키지만 열을 잘 전달하지 못하기 때문에 열이 그릇 안에 갇히게 됩니다.그릇 안에 갇힌 열이 음식을 익히게 됩니다.

그림 2: 열을 가두는 외부 유리 그릇을 보여주는 그림

내부 그릇 Solar Bowling Oven의 다음 요소는 그림 3에서 볼 수 있듯이 금속으로 된 내부 그릇입니다. 이것은 요리 용기이며 점점 뜨거워질 것입니다. 이 그릇은 유리 그릇 안에 들어가야 하며 그릇 사이에 1/4인치에서 3/4인치 사이의 간격이 있어야 합니다. 외부 유리 그릇은 내부의 태양 복사를 허용하고 두 그릇 사이의 공기 공간을 가열합니다.

그림 3:사진은 음식이 놓인 내부 조리 그릇을 보여줍니다.

내부 용기의 검정색 코팅 그림 4와 같이 내부 용기는 검정색 코팅으로 덮여 있습니다. 내부 용기에 투명 뚜껑이 있는 경우 이 뚜껑도 검정색 코팅으로 덮여 있어야 합니다. 검정색 코팅은 그릇 내부의 열을 흡수합니다. 검정색 바비큐 또는 스토브 페인트는 고열에 노출되어도 독성이 없으므로 검정색 코팅으로 가장 적합합니다. 검정색 코팅은 유리를 통해 들어오는 방사선을 모아 그릇 사이 공간의 주변 온도를 높이는 데 도움이 됩니다.

그림 4: 그림은 내부 용기의 검정색 코팅을 보여줍니다.

덮개 이 디자인은 태양으로부터 포착된 방사선을 그릇 내부에 유지함으로써 작동합니다. 이는 그림 5a 및 5b에서 볼 수 있듯이 내부 그릇과 외부 그릇을 덮어 수행됩니다. 덮개는 열을 강화하고 음식을 조리할 수 있게 해줍니다. 내부 그릇과 외부 그릇을 각각 덮어야 내부 그릇과 덮개가 더 큰 유리 그릇 안에 완전히 들어갑니다. 이상적인 덮개는 각각의 뚜껑이겠지만, 뚜껑이 없는 경우 사란랩으로 각 그릇을 개별적으로 덮는 것도 대안이 될 수 있습니다.

그림 5a: 그림은 내부 및 외부 그릇의 뚜껑을 보여주며 내부 그릇 뚜껑은 검정색 코팅으로 덮여 있습니다.그림 5b: 그림은 각각 사란 랩으로 덮인 내부 및 외부 그릇을 보여줍니다.

반사판 반사판은 더 빠르고 더 나은 요리를 위해 햇빛을 집중시키는 데 사용됩니다. 반사 패널은 그림 6에서 볼 수 있듯이 포물선 모양으로 구부러지고 알루미늄 호일로 코팅된 판지 상자입니다. 판지 상자의 부피는 18"x18"x18"이지만 상자 크기는 0.5mm 이내입니다. 각 차원에서 이 크기의 피트도 작동합니다. 반사 패널은 곡선 모양이 서로 다른 방향에서 복사를 유도하기 때문에 태양열 볼링 오븐을 향해 더 많은 태양 복사를 반사합니다.

그림 6: 그림은 포물선형 반사판을 보여줍니다.

비용

설계 시간

디자인 비용은 우리 그룹이 이 디자인 프로젝트에 투자한 시간을 나타냅니다. 이 설계 프로젝트에는 총 165시간이 소요되었으며 대부분의 설계 시간은 솔루션 테스트 및 구현에 사용되었습니다. 그림 7은 각 설계 섹션에 소요된 시간을 파이 차트로 보여줍니다.

그림 7: 각 설계 섹션에 소비된 설계 시간의 원형 차트. (총=165시간)

구현 비용

표 2는 Solar Bowling Oven을 만드는 데 필요한 재료와 비용을 보여줍니다. Solar Bowling Oven을 만드는 데 필요한 모든 것을 구입하는 데 드는 소매 비용은 $29.94이고 우리가 지출한 금액은 $20.97입니다. 하지만 이 디자인에 필요한 많은 재료를 집 주변에서 찾을 수 있기 때문에 예상 비용은 검은색 바베큐 페인트 비용인 5.99달러에 불과합니다.

표 2 : 비용 표

재료수량소매 비용($)비용($)예상 비용($)
유리 그릇17.997.99집에서 발견
작은 냄비16.996.99집에서 발견
블랙 바비큐/스토브 페인트스프레이 캔 1개5.995.995.99
사란 랩1롤1.99집에서 발견집에서 발견
알루미늄 호일1롤2.992.99집에서 발견
덕트 테이프1롤3.99집에서 발견집에서 발견
골판지 상자1집에서 발견집에서 발견집에서 발견
총 비용:$29.94$20.97$5.99

유지관리 비용

Solar Bowling Oven은 내구성이 매우 뛰어나고 폐기물이 거의 발생하지 않습니다. 재료는 재사용이 가능하므로 유지 관리 비용이 저렴합니다. 이 디자인의 한 가지 사양은 최소 3번의 사용을 견뎌야 하며 모든 재료가 이보다 더 오래 지속된다는 것입니다. 사란 랩 롤과 알루미늄 호일 롤만 교체해야 합니다. 그러나 각 롤 하나는 20회 이상 지속됩니다.

테스트 결과

Arcata Elementary에서 아이들과 함께 오븐을 테스트한 후, 우리는 태양열 볼링 오븐이 8~12세 아이들과 함께 음식을 요리하는 데 효과적인 디자인이라는 결론을 내렸습니다. 아이들은 태양열 요리를 재미있게 즐기며 최소한의 도움으로 반사판과 태양광 볼링 오븐을 만들 수 있었습니다. 캘리포니아주 아르카타에서 외부 온도 57°F로 Solar Bowling Oven의 성능을 테스트한 후 30분 후에 오븐이 150°F에 도달했습니다. 더 많은 테스트 결과는 표 3에서 확인할 수 있습니다. 이 오븐에 사용하도록 설계된 식품은 조리하지 않아도 안전한 식품이므로 이 온도가 적합합니다. 외부 온도와 햇빛이 더 높은 다른 지역에서는 오븐의 온도가 더 높아진다고 결론을 내리는 것이 합리적입니다. Arcata Elementary의 테스트 결과를 바탕으로 우리는 태양열 볼링 오븐 디자인이 8~12세 어린이가 독립적으로 쉽게 만들고 작동할 수 있다는 결론을 내릴 수 있습니다.

표 3 : 결과표

외부 온도기상 조건시간오븐 온도
화씨 50도태양이 보이지 않음20분화씨 90도
화씨 57도흐림, 약간의 해18분화씨 140도
화씨 57도흐림, 약간의 해30 분화씨 150도

구축 방법

구현 지침을 보려면 다음으로 이동하세요. Solarbowlingoven 지침

교육용 비디오

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토론 및 다음 단계

이 디자인의 재료는 많은 가정에서 찾을 수 있으며 디자인 자체도 단순하기 때문에 아이들이 다시 만들어 볼 수 있습니다. 이 디자인의 장점은 폐기물이 거의 발생하지 않고 재료를 여러 번 재사용할 수 있으며 오븐 제작 비용이 매우 저렴하다는 것입니다. 또한 Arcata Elementary의 테스트 결과를 바탕으로 우리는 Solar Bowling Oven 디자인이 8-12세 어린이가 독립적으로 쉽게 만들고 작동할 수 있다는 결론을 내릴 수 있었습니다. 우리는 포물선형 반사경 디자인이 11~15세 어린이의 수학 수업에도 활용될 수 있다고 믿습니다. 포물선은 방정식 y=mx^2를 따르므로 완벽한 포물선 모양의 반사경을 계산하고 구현할 수 있습니다. 이러한 계산은 대부분의 8~12세 어린이에게는 너무 어려운 경향이 있지만 11~15세 어린이의 능력 범위 내에 있습니다.

관련 프로젝트

참고자료

http://www.locally-delicious.org/

솔라 수셰프

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