기온이 견디기 힘들 정도로 올라갈 때, 더위를 식히는 가장 간단한 방법 중 하나는 시원한 공기를 순환시키는 것입니다. 일반 선풍기는 피부의 땀 증발을 촉진해 더 시원하게 느끼게 해 주지만, 실제로 공기 온도를 낮추지는 못합니다. 저는 이 아이디어를 한 단계 더 발전시켜, 선풍기와 실제로 열을 흡수할 수 있는 물질인 ‘얼음’을 결합해 보았습니다. 그 결과 탄생한 것이 바로 이 DIY 개인용 공기 냉각기입니다. 이 장치는 선풍기를 이용해 얼음이 들어 있는 공간으로 공기를 끌어들이고, 식힌 공기를 사용자에게 불어주는 방식입니다.
기본 원리는 꽤 간단합니다. 따뜻한 공기가 얼음 위로 지나가면 공기에서 얼음으로 열이 전달되어 얼음이 서서히 녹게 됩니다. 선풍기는 이 공기를 지속적으로 순환시키며, 밀폐형 구조 덕분에 냉각된 기류가 사방으로 흩어지는 대신 특정 방향으로 집중적으로 흐르도록 돕습니다. 따라서 방 전체를 식힐 필요는 없지만, 책상 앞이나 침대 옆 등 더위를 식혀야 하는 곳이라면 어디에서나 개인용 냉방 기기로 특히 유용합니다.
이 프로젝트는 ‘Beat the Heat’ 챌린지에 대한 저의 해석입니다. 거대하고 에너지 소모가 많은 냉방 시스템으로 더위를 이겨내려 하기보다는, 한 사람이 쾌적함을 유지할 수 있도록 설계된 작고 단순한 장치를 만들었습니다. 이 장치는 기류와 열 에너지 저장을 결합하여 더욱 흥미로운 개인용 냉각 기기로 탄생했습니다.
제가 가장 먼저 제작한 부분은 선풍기 중앙에 모터를 고정할 프레임이었습니다. 모터로는 작은 드럼형 마이크로 DC 모터를 사용했습니다. 이 작은 모터들은 매우 빠른 속도로 회전할 수 있으며, 제가 테스트해 본 결과, 저렴한 장난감에 흔히 사용되는 소형 브러시리스 DC 모터보다 눈에 띄게 더 강한 기류를 만들어 냈습니다. 이 프로젝트의 목적은 냉각 부위를 통해 가능한 한 많은 공기를 통과시키는 것이기 때문에, 고속으로 회전하는 모터를 사용하는 것이 중요했습니다.
모터 마운트를 만들기 위해, PVC 폼 보드를 정사각형으로 잘라내고 중앙에 원을 표시했습니다. 그런 다음 원형 구멍을 뚫어내고, 그 주위의 정사각형 부분을 메인 프레임으로 남겼습니다. 이 구멍의 중앙을 가로지르도록 얇은 PVC 폼 보드 조각들을 겹쳐서 접착하여 지지대의 두께와 강성을 확보한 작은 지지대를 만들었습니다. 그런 다음 DC 모터를 이 지지대의 중앙에 끼워 넣고 접착제로 고정했습니다.
이러한 배치를 통해 모터가 원형 개구부 내에서 적절하게 중앙에 위치하도록 하면서도, 팬 날개가 자유롭게 회전할 수 있도록 주변에 충분한 여유 공간을 확보할 수 있습니다. 모터를 정중앙에 배치하는 것은 특히 중요했습니다. 아주 미세한 정렬 오류만으로도 팬이 흔들리거나 불필요한 소음이 발생하거나 주변 구조물에 마찰을 일으킬 수 있기 때문입니다. 모든 부품을 접착제로 고정시킨 후, 다음 조립 단계로 넘어가기 전에 모터가 자유롭게 회전하는지 확인했습니다.
모터 프레임이 완성되자, 팬을 감싸고 기류를 유도할 챔버를 만들기 시작했습니다. 이 단계에 첨부한 템플릿을 사용하여 PVC 폼 보드에서 모든 부품을 잘라냈습니다. 템플릿을 사용하니 모양과 치수를 정확하게 재현하기가 훨씬 쉬웠는데, 특히 여러 부품이 모터 프레임 주위에 서로 맞물려야 했기 때문입니다. 첫 번째 부품은 바닥판이었는데, 이는 직사각형 판에 직사각형 구멍이 뚫려 있는 형태입니다. 이 구멍은 얼음 챔버에서 나온 냉각된 공기가 팬 부분으로 들어가는 통로 역할을 합니다.
그런 다음 받침대의 좌우 양쪽에 두 개의 측면 벽을 접착하여 챔버의 본체를 만들었습니다. 이전 단계에서 만든 모터 프레임을 이 벽들 사이에 위치시키고 접착하여, 팬이 챔버 중앙에 오도록 했습니다. 그 후 상단 커버와 상단의 경사진 후면 부분을 추가했습니다. 이 부품들은 챔버에 점차 최종 형태를 부여하는 동시에, 공기 흐름이 무작위로 빠져나가지 않고 쿨러 앞쪽으로 향하도록 유도하는 역할도 합니다.
이 단계에서는 의도적으로 챔버 뒷면을 열어 두었습니다. 이곳은 나중에 전기 부품과 배선을 설치할 공간이므로, 지금 막아버리면 다음 단계 작업이 훨씬 더 어려워질 것입니다. 뒷면을 열어 두면 인클로저가 최종적으로 완성되기 전에 전자 부품을 설치하고 테스트할 수 있는 충분한 공간도 확보할 수 있습니다.
전자 부품을 장착하기 전에, 모터가 향후 작동하게 될 습한 환경으로부터 모터를 보호하기 위해 먼저 간단한 예방 조치를 취했습니다. 팬이 얼음이 들어 있는 챔버를 통해 공기를 흡입하게 되므로, 시간이 지남에 따라 습기가 모터 단자에 닿을 가능성이 있기 때문입니다. 그래서 DC 모터의 하단 단자 부위에 열수축 튜브를 씌워 절연 효과를 높이고 습기로부터 보호했습니다. 간단한 조치이긴 하지만, 반복적인 사용 후 부식이나 전기적 문제가 발생할 가능성을 줄이고 싶었습니다.
그 다음으로 공기 배출실의 뒷면 덮개를 준비했습니다. 템플릿의 부품을 활용하여 전기 부품을 수용할 수 있는 직사각형 부품을 만들었습니다. 이 부품 안에는 2개의 배터리를 넣을 수 있는 배터리 홀더와, 팬 속도를 조절하는 작은 가변저항기, 그리고 쿨러의 전원을 켜고 끄는 스위치가 장착되었습니다. 배터리 전원, 스위치, 속도 조절용 포텐시오미터, 팬 모터를 직렬로 연결하여, 스위치로 전체 회로를 제어하고 포텐시오미터로 팬 속도를 조절할 수 있도록 했습니다.
각 전기 연결부를 납땜하고, 노출된 연결부에는 열수축 튜브를 씌워 절연 처리했습니다. 이는 우발적인 단락을 방지하는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 냉각실 주변에 있을 수 있는 습기로부터 연결부를 어느 정도 보호해 줍니다. 모든 연결을 마치고 테스트를 완료한 후, 여분의 전선을 깔끔하게 정리하여 핫멜트 접착제로 뒷벽에 고정했습니다. 이를 통해 배선이 다른 부품들과 얽히는 것을 방지하고, 냉각실 내부를 훨씬 더 깔끔하게 정리할 수 있었습니다.
마지막으로, 남은 뒷면 패널을 전자 부품 위에 씌운 뒤 접착제로 고정했습니다.
이 쿨러의 한 가지 한계는, 일반적인 책상용 선풍기와 달리 기류를 사용자의 얼굴 쪽으로 향하게 하기 위해 위아래로 기울일 수 있는 목 부분이 없다는 점입니다. 이 문제를 해결하기 위해, 저는 자동차 통풍구와 비슷한 조절식 기류 조절기를 만들었습니다. 원리는 간단합니다. 개별 날개를 위나 아래로 기울여 배출되는 공기의 방향을 조절할 수 있으므로, 쿨러를 책상이나 다른 표면에 올려둔 상태에서도 시원한 바람이 필요한 곳으로 정확히 향하게 할 수 있습니다.
먼저 이 단계에 첨부된 템플릿을 이용해 직사각형 모양의 바깥쪽 프레임과 세 개의 작은 패널을 잘라냈습니다. 각 패널은 프레임 내부에서 인접한 패널과 같은 간격을 두고 배치했습니다. 패널이 움직일 수 있도록 각 패널마다 양쪽에 하나씩, 총 두 개의 사무용 핀을 사용했습니다. 핀은 프레임의 바깥쪽 가장자리를 관통하여 해당 패널 안으로 꽂았습니다. 이렇게 하면 각 패널이 핀을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있으면서도 단단히 고정됩니다.
세 개의 패널을 모두 설치하고 부드럽게 움직이는지 확인한 후, 완성된 프레임을 공기 배출구 입구에 접착제로 고정했습니다. 이제 세 개의 날개를 함께 기울여 공기 흐름의 방향을 바꿀 수 있습니다. 이 작은 추가 기능 덕분에, 사용자는 공기 흐름을 위나 아래로 조절하기 위해 기기 전체를 직접 기울일 필요가 없어져 쿨러의 실용성이 훨씬 높아졌습니다.
팬과 기류 유도 장치를 완성한 후, 냉각실 역할을 할 용기의 뚜껑을 준비하기 시작했습니다. 먼저 원래 뚜껑을 떼어낸 뒤, 그 위에 두 개의 구멍 위치를 표시했습니다. 뚜껑 뒤쪽에는 팬 가드의 지름보다 약간 작은 원형 구멍을 표시했습니다. 앞쪽에는 공기 배출실 바닥에 이미 만들어 둔 직사각형 구멍과 일치하도록 직사각형 구멍을 표시했습니다. 이 두 구멍은 공기가 냉각실에서 팬 부분으로 이동할 수 있는 통로를 제공하기 때문에 중요합니다.
가위와 엑사크토 칼을 함께 사용해 구멍을 뚫었습니다. 원형 구멍은 팬 가드가 단순히 구멍 사이로 빠져나가지 않고 그 위에 단단히 고정될 수 있도록 의도적으로 팬 가드보다 약간 작게 만들었습니다. 원형 구멍 위에 팬 가드를 올린 후, 네 개의 고정 다리가 위치할 곳을 표시하고 해당 지점에 뚜껑을 뚫어 네 개의 작은 구멍을 뚫었습니다.
이 구멍들을 통해 나사가 팬 가드를 관통하여 뚜껑에 단단히 고정될 수 있습니다. 또한, 다음 단계로 넘어가기 전에 두 개 구멍이 배기 챔버의 해당 부분과 정렬되어 있는지 확인했습니다. 이 부분이 잘 맞아야만 공기 흐름이 의도된 경로를 따라 유지되기 때문입니다.
이제 공기 배출실과 냉각실 뚜껑이 준비되었으니, 두 주요 부품을 결합할 차례였습니다. 공기 배출실 바닥 둘레에 핫멜트 접착제를 넉넉하게 도포한 다음, 뚜껑의 직사각형 개구부 위에 조심스럽게 위치시켰습니다. 두 부품을 서로 밀착시키기 전에, 챔버의 개구부가 뚜껑의 개구부와 정확히 일치하는지 확인했습니다. 이 연결부는 팬이 흡입한 공기의 대부분이 이음새 주변으로 새어나가지 않고 냉각 챔버에서 의도된 경로를 통해 흐르도록 어느 정도 기밀성이 확보되어야 합니다.
배기 챔버를 단단히 고정한 후, 뚜껑 뒷면의 원형 개구부 위에 팬 가드를 배치했습니다. 이전 단계에서 뚫어 둔 네 개의 작은 구멍을 가드의 장착 지점과 맞춘 다음, 나사를 사용하여 제자리에 단단히 고정했습니다. 이 가드는 공기가 들어오게 하면서도 큰 물건이 얼음 저장실로 빨려 들어가는 것을 방지해 줍니다.
마지막으로, 완성된 덮개 조립체를 용기 위에 장착했습니다. 이로써 냉각실, 팬, 모터, 전자 부품 및 조절 가능한 기류 조절기가 하나의 완전한 유닛으로 통합되었습니다. 이 시점에서 기본 쿨러의 조립이 완료되어 최종 테스트와 시연을 진행할 준비가 되었습니다.
이 쿨러를 사용하려면 먼저 용기의 약 절반 정도가 채워질 때까지 얼음을 넣습니다. 그런 다음 뚜껑과 팬 유닛을 용기에 다시 장착하고, 배터리 홀더에 건전지 두 개를 넣은 뒤 쿨러의 전원을 켭니다. 팬이 얼음이 들어 있는 공간을 통해 공기를 빨아들이면, 유입된 공기의 열기가 얼음에 전달되어 얼음이 녹습니다. 이렇게 생성된 시원한 공기는 배출구를 통해 사용자에게로 밀려나옵니다.
조절 다이얼을 사용하여 선풍기의 풍속을 조절할 수 있습니다. 또한 배출구의 세 개의 날개를 위아래로 기울여 바람의 방향을 조절할 수 있습니다. 이 기능은 특히 유용합니다. 이 쿨러는 일반적인 책상용 선풍기처럼 목 부분이 기울어지지 않기 때문에, 조절 가능한 날개를 통해 쿨러 전체를 옮기지 않고도 얼굴이나 상체 쪽으로 바람을 향하게 할 수 있기 때문입니다.
얼음을 이용한 냉각 장치에 대해 알아두어야 할 점은, 얼음이 허공에서 갑자기 생겨나는 것이 아니라는 사실입니다. 가정용 냉동고에서 얼음을 만들면, 그 과정에서 냉동고는 이미 전기를 소비하고 주변 환경으로 열을 방출했을 것입니다. 전반적인 에너지 효율의 관점에서 볼 때, 이는 방을 식히기 위해 얼음을 사용하는 것이 적절하게 설계된 에어컨이나 냉방 시스템을 사용하는 것보다 반드시 더 낫다고 할 수 없음을 의미합니다. 따라서 이 프로젝트는 실내 전체를 냉방하는 솔루션으로서 에어컨과 경쟁하기 위한 것이 아닙니다.
제가 보기에 이 디자인이 더 적합하다고 생각되는 곳은 개인용으로 단시간 동안 시원함을 느낄 수 있는 공간입니다. 예를 들어, 공부하거나 일할 때 책상 위, 밤에 침대 옆, 작은 작업실, 혹은 방 전체가 아닌 한 사람만 즉각적인 시원함이 필요한 다른 상황 등에서 유용하게 사용할 수 있습니다. 이러한 상황에서는 얼음을 미리 준비해 둘 수 있으며, 이 쿨러는 필요한 곳에만 집중적으로 냉각을 제공할 수 있습니다.
원문: https://www.instructables.com/DIY-Ice-Powered-Personal-Air-Cooler/
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