Locally Delicious school solar dehydrator/로컬 딜리셔스 학교 태양열 건조기

2011년 봄 학기부터 소드호퍼스 팀은 로니 그래프먼이 부여한 학기 프로젝트를 위해 함께 뭉쳤습니다. 그들의 의뢰인인 로컬리 딜리셔스는 인근 초등학교에 설치될 태양열 식품 건조기를 설계하고 제작할 기회를 제공했습니다. 이 디자인은 최종적으로 로컬리 딜리셔스의 신간 "런치박스 엔비(Lunchbox Envy)"에 실리게 되어, 전국의 학교들이 이 디자인을 활용할 수 있게 되었습니다.

Locally Delicious 는 "Lunch Box Envy"라는 제목의 새 책을 공동 집필 중인 여성 그룹입니다. 이 책에는 여러 공학 215 프로젝트가 포함될 예정이며, 학교 태양열 식품 건조기도 그중 하나입니다.

소드호퍼스 팀:

• 알리샤 수그로우
• 메리 울드리지
• 저스틴 톰슨
• 제임스 코트니

본 프로젝트의 목표는 참여하는 청소년들에게 식품 건조, 보존 기술 및 식품 지속 가능성에 대한 지식을 제공하는 것입니다.

여러 기준에 가중치를 부여하고 아래 표에 나타낸 바와 같이 정의했습니다.

이 프로젝트의 목표는 미국 전역의 학교에서 활용할 수 있는 태양열 식품 건조기를 설계하는 것이었습니다.

햇빛은 폴리카보네이트 시트로 된 유리를 통해 경사진 태양열 집열기로 들어가 금속판을 가열합니다. 유리와 집열기 사이의 공기는 따뜻해지면서 밀도가 낮아져 상승합니다. 이렇게 상승하는 공기는 집열기 아래쪽에서 유입되는 외부 공기와 섞이면서 가열됩니다. 상승한 공기는 결국 집열기를 빠져나와 상단에 통풍구가 있는 단열 처리된 높은 캐비닛으로 들어갑니다. 캐비닛 내부의 공기는 가열되어 외부 공기보다 밀도가 낮아졌기 때문에 캐비닛 내부에서 수직으로 이동하여 통풍구를 통해 밖으로 배출됩니다. 캐비닛에는 나일론 메쉬로 된 수평 방향의 프레임이 있으며, 이 프레임 위에 농산물을 올려놓습니다. 농산물은 뜨거운 공기의 순환을 통해 건조됩니다.

태양열 집열기는 폴리카보네이트로 덮인 나무 상자 안의 단열재 위에 검은색으로 칠해진 구리판이 놓여 있는 구조입니다.

그림 1: 소드호퍼스(SodHoppers) 팀원들이 프로젝트에 시간을 어떻게 활용했는지 자세히 보여주는 원형 차트.

최종 결과물은 매우 성공적이었습니다. 그림 2와 2a에서 각각 나타낸 바와 같이 사과와 망고를 건조했습니다. 좋은 품질의 제품을 얻을 수 있었습니다. 건조기 내부 온도는 최적 건조 온도인 약 110°F(43°C)를 유지했습니다. 건조 기간 이틀 동안 외부 온도는 60°F(16°C)에서 70°F(21°C) 사이였습니다. 실험 기간 이틀 모두 약간 흐린 날씨였습니다.

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  그림 2: 태양열 건조기로 말린 사과.
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  그림 2a: 태양열 건조기로 말린 망고.

그림 3c에 나타난 태양열 집열기는 합판과 2x4 목재를 사용하여 제작되었습니다. 프레임은 그림 3d에 나와 있습니다. 목재를 조립하여 가로 65인치, 세로 27인치의 직사각형 상자를 만들고, 합판을 바닥으로 사용합니다. 그런 다음 그림 3f에서처럼 재활용 스티로폼 조각들을 바닥에 붙여 단열재를 만듭니다. 다음으로 열 전도체 역할을 하는 구리 금속판을 단열재 위에 놓습니다. 마지막으로, 유리창 역할을 하는 골판형 폴리카보네이트 패널을 특수 골판형 끝부분과 측면 부분을 사용하여 상자 상단에 끼우고 나사로 고정합니다.

• 커다란 합판 조각
• 스테인리스강 나사
• (집열기 크기에 맞는) 큰 구리판
• 금속 절단기
• 2피트 x 4피트 목재
• 단열재(재활용/재사용 일반 단열재)
• 식품 등급 실란트와 코킹건
• 원형 드릴 비트가 포함된 전동 드릴
• 최소 65" x 30" 크기의 대형 폴리카보네이트 판
• 재활용 창문 방충망
• 압정
• 외부용 무광 검정 스프레이 페인트
• 4피트 x 4피트 목재 기둥

1. 합판을 65인치 x 27인치 크기로 자릅니다. 이것이 집진기의 바닥이 될 것입니다.
2. 2x4 목재 두 개를 65인치 길이로 자릅니다. 그런 다음 2x4 목재 두 개를 더 23인치 길이로 자릅니다. 이 네 개의 2x4 목재 조각이 집진기의 측면이 됩니다.
3. 27인치 길이의 2x4 목재 한 조각에 2인치 구멍을 4개 뚫되, 구멍 간격을 균등하게 하십시오. 이 목재는 공기가 유입되는 집진기 앞쪽에 위치하게 됩니다.
4. 나머지 27인치 길이의 2x4 목재에 2인치 구멍 세 개를 일정한 간격으로 뚫습니다. 이 목재는 가열된 공기가 가열 캐비닛으로 들어가는 집열기 뒷면에 위치하게 됩니다.
5. 4x4 목재를 잘라 10인치 길이로 두 조각을 만듭니다. 그런 다음 각 4x4 목재를 45도 각도로 잘라 집진기를 캐비닛에 기대어 놓았을 때 다리가 바닥에 평평하게 닿도록 합니다. 이 두 조각이 집진기의 앞쪽 다리가 됩니다.
6. 4x4 크기의 나무 조각 두 개를 잘라서 합판 양쪽 끝에 나사로 고정하면 집진기의 앞면이 만들어집니다.
7. 단열 효과를 높이려면 2x4 목재를 나사로 고정하기 전에 식품 등급 실런트를 사용하는 코킹 건으로 합판 전체 둘레에 실런트를 바르십시오.
8. 2x4 목재를 합판에 나사로 고정하는데, 다리가 있는 쪽에 4개의 구멍이 있는 2x4 목재를 사용해야 합니다. 그런 다음 2x4 목재의 끝부분을 서로 나사로 연결하여 고정합니다. 이것이 이제 수집기의 기초가 될 것입니다.
9. 합판 바닥면에 스티로폼(냉장고나 TV 박스에서 나온 것)을 깔아줍니다. 스티로폼이 움직이지 않도록 나무에 못으로 고정합니다. 그 다음 스티로폼 위에 단열재를 깔아 기초 내부 전체를 덮습니다. 스티로폼과 단열재 대신 담요, 나무 조각 또는 다른 단열재를 사용할 수도 있습니다.
10. 구리판에 검은색 스프레이 페인트를 칠하세요. 검은색 페인트는 열을 최대한 흡수하는 데 도움이 될 것입니다.
11. 페인트가 마르면 단열재 위에 구리 파이프를 기초에 끼워 넣습니다. 그런 다음 2x4 목재의 안쪽 두 면을 단열재로 덮습니다.
12. 앞쪽 2x4 목재의 구멍 4개 너비와 높이에 맞게 직사각형 모양으로 망을 자릅니다. 자른 망을 2x4 목재 안쪽에 스테이플러로 고정합니다. 이렇게 하면 곤충이 채집기 안으로 들어가는 것을 막을 수 있습니다.
13. 2x4 목재의 외곽 둘레에 식품 등급 실런트를 발라 유리가 기초에 단단히 밀봉되도록 하십시오.
14. 63" x 27" 크기의 유리판을 집열기 기초 위에 놓습니다. 그런 다음 유리판을 2x4 목재에 나사로 고정하여 태양열 집열기 제작을 완료합니다.

그림 3에 보이는 소드호퍼스(Sodhoppers)가 사용한 건조장은 사실 재활용된 찬장이었습니다. 어떤 종류의 상자든 건조장 본체로는 적합했을 것입니다. 문짝을 제거하고 그림 3a에서처럼 캐비닛 안쪽에 단열재를 스테이플러로 고정했습니다. 다음으로 선반을 설치했습니다. 선반은 네 모서리에 나무 블록 4개를 세우고, 거기에서 작은 나무 조각들을 뻗어 건조대를 올려놓을 수 있는 선반을 만들었습니다(그림 3b). 건조대가 안에 있는 건조장은 그림 3j에 나와 있습니다. 마지막으로 새 경첩과 걸쇠를 달아 문짝을 다시 달았습니다(그림 3k).

• 합판
• 2피트 x 4피트 목재
• 스테이플 건
• 절연 재료
• 나사
• 재활용 주방 캐비닛
• 1x1 목재
• 원형 드릴 비트가 포함된 드릴
• 흰색 수성 페인트
• 사포
• 추가 폴리카보네이트 유리
• 1x2 목재
• ¾인치 합판

1. 경첩을 풀어서 문을 분리하세요. 캐비닛 문은 옆에 두세요.
2. 캐비닛 입구 쪽 상단 부근에 지름 2인치(약 5cm)의 구멍 두 개를 뚫으세요. 이 구멍을 통해 건조 중인 음식의 습기가 빠져나갈 것입니다.
3. 캐비닛 뒷면 맨 아래쪽에 지름 2인치(약 5cm)의 구멍 세 개를 뚫으세요. 이 구멍들을 통해 열 집열기가 연결되어 열이 전달될 것입니다.
4. 캐비닛 내부의 모든 표면을 덮도록 단열재를 스테이플러로 고정하십시오. 캐비닛에 이미 뚫려 있는 구멍에 맞춰 구멍을 잘라내야 합니다.
5. 캐비닛 내부 높이에 맞춰 2x4 목재 네 개를 자릅니다. 각 2x4 목재에 나사를 박아 캐비닛의 네 모서리에 연결합니다. 이것이 트레이 선반을 설치할 기초가 됩니다.
6. 1x1 목재 10개를 15개의 길이로 자르고, 이 길이를 캐비닛의 2x4 목재에 고정합니다. 1x1 목재에 나사를 박아 이전에 고정해 둔 2x4 목재와 수평으로 연결합니다. 양쪽에 6인치 간격으로 5개의 고정대를 만듭니다. 이 고정대에 빨래 건조대를 끼워 넣을 것입니다.
7. 이제 캐비닛 문에 단열재를 스테이플러로 고정하되, 아직 나사로 조이지 마세요.
8. 캐비닛 상단에 1x2 크기의 목재 두 개를 나사로 고정하는데, 각각 바깥쪽 측면에 하나씩 붙입니다.
9. 캐비닛에 유성 페인트가 칠해져 있지 않은지 확인하세요. 만약 유성 페인트가 칠해져 있다면, 모든 페인트를 사포로 완전히 제거해야 합니다. 그런 다음 캐비닛에 페인트를 두 번 칠하세요. 첫 번째 칠이 완전히 마른 후에 두 번째 칠을 해야 합니다. 캐비닛을 칠하는 동안 문짝도 함께 칠하세요.
10. 페인트가 완전히 마르면 캐비닛 문을 다시 나사로 고정하세요.
11. 다음으로 집열기에서 남은 유리 조각을 사용하여 캐비닛 상단의 1x2 목재에 나사로 고정합니다. 유리가 캐비닛을 수평으로 덮도록 하십시오. 이 부분이 캐비닛의 지붕 역할을 하여 경첩을 비와 녹으로부터 보호합니다.
12. 두께 3/4인치 합판 두 조각을 길이 6인치, 높이 3인치로 잘라 캐비닛 측면의 상단 통풍구를 덮으세요. 이 덮개는 앞뒤로 움직여 캐비닛에서 나오는 공기 흐름을 조절하는 데 사용됩니다.
13. 두께 3/4인치 합판 8장을 2인치 x 7인치 크기로 자릅니다. 이 조각들은 환기 조절 장치의 틀이 될 것입니다.
14. 슬라이딩 부품을 캐비닛 배출구 중앙에 놓고 지면과 수평이 되도록 조정한 다음, 나무 조각의 위아래로 1/8인치 단위로 표시를 합니다.
15. 프레임 조각 하나를 흡기구로 만들어진 맨 아래 선 바로 아래에 놓고, 다른 프레임 조각을 그 선 바로 위에 놓습니다.
16. 방금 놓은 나무 조각 위에 바깥쪽 가장자리에 다른 나무 조각 두 개를 올려놓으세요.
17. 액자를 고정하기 위해 액자의 각 모서리에 나사 네 개씩을 박으세요.
18. 다른 캐비닛 환기구에도 동일한 프레임 제작 과정을 반복하십시오.
19. 2x4 목재를 22인치로 자른 후, 테이블톱을 사용하여 목재에서 45도 각도로 잘라냅니다. 이 부분은 집열기를 고정하는 데 사용됩니다. 다음으로, 잘라낸 면이 위를 향하도록 목재 조각을 캐비닛 아래쪽의 3개 구멍에 나사로 고정합니다.

그림 3i에 나타난 받침대는 4x4 목재 4개, 합판, 그리고 플렉시글라스로 제작되었습니다. 합판은 4x4 목재 위에 올려놓았고, 플렉시글라스는 건조 캐비닛이 움직이지 않도록 양쪽에 부착했습니다.

• 4x4 목재
• 합판
• 아크릴 유리 (자르기가 더 쉬운 1x4 목재를 대신 사용할 수도 있습니다.)
• 나사
• 스크류 드라이버

1. 4x4 크기의 나무 네 조각을 36인치 길이로 자릅니다. 이것들이 받침대의 다리가 될 것입니다.
2. 합판을 27인치 x 18인치 크기로 자르세요. 캐비닛은 이 합판 위에 놓일 것입니다.
3. 아크릴 유리판 4장을 자르세요. 2장은 27인치 x 6인치이고, 나머지 2장은 18인치 x 6인치입니다.
4. 4x4 목재 네 개에 합판을 나사로 고정하여 받침대가 안정적으로 설 수 있도록 합니다. 다음으로 아크릴 유리판을 받침대 측면에 나사로 고정하여 캐비닛을 받침대에 단단히 고정합니다. 아크릴 유리판이 합판 받침대 위로 2~3인치 정도 올라오도록 설치하십시오.

건조대는 그림 3g에 나타낸 바와 같이 합판 조각과 나일론 메쉬로 제작되었습니다. 메쉬는 합판 받침대와 상판 사이에 끼워 넣었습니다. 메쉬를 받침대에 스테이플로 고정하고 상판을 나사로 조여 메쉬를 단단히 고정함으로써 공기 순환이 잘 되는 건조대를 만들었습니다. 완성된 제품은 그림 3h에서 볼 수 있습니다.

• 나일론 메쉬 3야드
• 합판
• 나사
• 스테이플러와 스테이플

1. 건조기용 선반 5개를 만들려면, 먼저 폭 2인치, 길이 2인치 합판 10장을 건조기 수납공간에 맞게 자릅니다. 그런 다음, 수납공간 폭보다 1인치 작은 길이의 합판 10장을 폭 2인치로 자릅니다.
2. 지난 단계에서 자른 가장 긴 합판 조각의 너비보다 4인치 더 큰 합판 조각 10개를 자릅니다.
3. 건조대 제작 첫 단계에서 자른 가장 짧은 조각의 너비보다 4인치 짧은 길이로, 너비 2인치짜리 합판 10장을 자릅니다. 사용 가능한 캐비닛 종류에 따라 이 길이는 매우 다양할 수 있다는 점에 유의하십시오.
4. 건조대 제작의 첫 번째 단계에서 만든 가장 긴 두 조각을 서로 평행하게 놓습니다.
5. 건조대를 만드는 첫 번째 단계에서 만든 나머지 두 조각을 가져와 평행하게 놓은 조각의 끝부분에 놓습니다.
6. 평행한 조각들을 분리하여 틀을 만드세요.
7. 스테이플러를 사용하여 액자의 부착 지점에 스테이플을 박아 고정하십시오.
8. 나일론 메쉬를 가져와 방금 만든 틀의 크기에 맞춰 자릅니다.
9. 나일론 메쉬의 한쪽 면을 원래 평행 조각 중 하나가 있는 프레임의 한쪽 면에 스테이플러로 고정합니다.
10. 건조대 제작 단계의 두 번째 항목에서 잘라낸 나무 조각 중 하나를 가져와서 스테이플로 고정된 나일론 망이 있는 면에 각 모서리에 나사 두 개씩, 그리고 서로 같은 간격으로 나사 두 개를 박아 고정합니다.
11. 나일론을 프레임 반대쪽으로 당겨서 스테이플러로 고정합니다.
12. 두 번째 총알을 만들 때 잘라낸 다른 나무 조각 중 하나를 가져와서 이전과 같은 방식으로 프레임에 나사로 고정하세요.
13. 나일론 메쉬를 프레임의 나머지 면으로 팽팽하게 당기면서 메쉬를 프레임의 나머지 부분에 스테이플러로 고정합니다.
14. 세 번째 단계에서 잘라낸 나무 조각 중 하나를 가져와 프레임에 나사로 고정하여 이전과 같은 방식으로 구조물의 다른 부분에 메쉬를 고정한 다음 반대쪽에도 동일하게 작업합니다.
15. 건조대에서 남은 나일론 망을 잘라내세요.
16. 나머지 선반에도 같은 과정을 반복하십시오.

• 나사
• 2피트 길이의 알루미늄 덕트
• 드라이버
• 전선 절단기 (알루미늄 덕트 절단용)
• 알루미늄 테이프

1. 수납장을 들어 올려 받침대 위에 올려놓으세요. 수납장이 받침대에 완전히 평평하게 놓이고 꼭 맞는지 확인하세요. 그런 다음 수납장 바닥을 받침대에 나사로 고정하여 안정성을 확보하세요.
2. 집진기를 세워서 캐비닛 뒷면의 구멍 아래쪽 2x4 목재에 기대어 놓습니다. 집진기의 다리는 바닥에 평평하게 닿아야 하며, 집진기는 30~45도 각도로 기울어져 있어야 합니다. 집진기가 최종 위치에 놓이면 집진기의 가장자리를 2x4 목재에 나사로 고정합니다.
3. 캐비닛과 집열기가 모두 안정화되고 서로 연결되면 알루미늄 덕트를 연결할 차례입니다. 2피트 길이의 덕트를 세 조각으로 자릅니다.
4. 덕트 3개를 준비했으면, 먼저 외부 구멍이 덕트로 완전히 덮이도록 합니다. 구멍이 덕트로 완전히 덮이면, 알루미늄 테이프로 가장자리를 꼼꼼하게 붙여 공기가 새어나가지 않도록 밀봉합니다. 구멍이 덕트로 완전히 덮이고 밀봉되면, 덕트의 다른 쪽 끝을 캐비닛 구멍에 연결합니다. 다시 한번 덕트가 구멍을 완전히 덮도록 하고 알루미늄 테이프로 밀봉합니다.
5. 이전 단계를 두 번 더 반복하여 집진기의 3개 구멍이 캐비닛의 3개 구멍에 연결되도록 합니다.

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  그림 3e: 저스틴 톰슨이 태양열 집열기에 받침대를 부착하고 있다.
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  그림 3l: 받침대를 포함한 완성된 건조기 상자.
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  Fig3m: 저스틴 톰슨과 제임스 코트니가 로럴 트리 학습 센터를 방문한 모습

소드호퍼스는 디자인 제작 과정에서 아낌없는 지도와 조언을 해주신 마티 리드 씨께 진심으로 감사의 말씀을 전합니다.