어렸을 때 포물선형 태양열 반사판을 두 개 만들었습니다. 가장 큰 것은 지름이 4피트였고, 가장 작은 것은 지름이 약 1피트였으며 학교 프로젝트의 시연용으로 사용했습니다. 초점에 검게 칠한 시험관을 설치했고, 그것으로 물을 끓일 수 있었습니다. 그런 프로젝트를 만드는 일이 정말 즐거웠지만, 물을 끓이는 것 이상의 실용적인 무언가를 원했습니다. 게다가 시험관에는 음식이 많이 들어가지 않으니까요!
쉽게 베이킹할 수 있는 태양열 프로젝트를 만들고 싶었습니다. 그리고 9" x 13" 팬을 사용해 베이킹할 수 있기를 원했습니다! 쉽지 않은 목표지만 도전해 보겠습니다!
설계를 통해 다음과 같은 몇 가지 사항을 살펴보고 싶었습니다:
A. 9" x 13" 팬이 들어갈 수 있는 '큰' 오븐 만들기. 베이킹에는 상당히 큰 오븐 내부 공간이 필요하고, DIY 태양열 오븐에서 쉽게 얻을 수 있는 온도보다 더 높은 온도도 필요합니다. 그래서 '틀 밖에서 생각해 보려'고 했습니다. 아니, 다른 모양의 틀을 생각해 보았다고 해야겠네요! 거의 모든 태양열 오븐 설계에서는 햇빛이 유리에 수직으로, 즉 유리 면에 직각으로 들어오도록 오븐의 유리를 기울입니다.
유리와 조리 공간을 수평으로 배치하면서도 충분히 잘 작동하도록 몇 가지 설계 요소를 적용할 수 있는지 알아보고 싶었습니다. 어차피 대부분의 일반 오븐은 수평 오븐 선반을 사용하도록 설계되어 있지 않나요? 그리고 많은 음식은 기울어진 조리 위치에 적합하지 않습니다.
유리를 수평으로 배치하면 음식을 수평으로 유지하고, 오븐 부피를 줄여 더 빠르게 가열하며, 열을 잃게 만드는 오븐 벽의 표면적도 줄일 수 있을 것이라고 생각했습니다.
B. 유용한 반사판 사용하기. 유리를 수평으로 배치하는 것과 함께, 외부 반사판을 설치해 수평인 유리를 보완하고 유리가 수평이어도 햇빛을 오븐 안으로 반사시키자는 생각을 했습니다. 또한 보관할 때 반사판을 안쪽으로 접어 유리를 보호할 수 있기를 원했습니다.
C. 다른 열 단열재 사용해 보기. 오븐 구획을 단열하기 위해 스프레이형 팽창 우레탄 폼(일명 "Great Stuff")을 사용하는 방법을 살펴보고 싶었습니다. 다른 설계에서는 구겨진 신문지, 잘게 찢은 천, 잘게 자른 판지, 판 EPS 폼(제가 목표로 한 온도에는 내열 등급이 충분하지 않음), 유리섬유, 그리고 일반 목재를 사용한다는 것을 알고 있습니다.
화학 발포 단열재(최대 240 F까지 견딜 수 있지만, 그래도 충분히 높지는 않음)를 사용하고 있었기 때문에 발포 단열재에서 유해한 화학 물질이 나올 경우에 대비해 발포 단열재를 오븐 내부와 격리하는 것이 현명하다고 생각했습니다. 이를 위해 알루미늄 조리용 트레이를 오븐 구획으로 사용했습니다. 일회용 로스팅 팬을 생각하면 됩니다. 팬의 바깥쪽에 발포재를 뿌리고 내부를 오븐 구획으로 사용했습니다.
D. 열이 빠져나가지 않도록 기밀하게 만들 것. 뜨거운 공기가 빠져나가는 것을 막기 위해 오븐 내부를 거의 기밀하게 만들어야겠다고 생각했습니다. 오븐 '문'을 밀봉하기 위해 실리콘 개스킷을 사용하기로 했습니다… 사실 이 오븐에는 문이 없습니다. 오븐 구획에는 유리창 조립체를 들어 올려 분리하는 방식으로 접근합니다.
오븐 구획이 로스팅 팬으로 되어 있어 뜨거운 공기가 빠져나갈 수 있는 유일한 경로는 유리가 덮고 있는 개구부였습니다. 그래서 실리콘 개스킷으로 알루미늄 로스팅 팬과 유리를 밀봉해 오븐 구획을 최대한 기밀에 가깝게 만들려고 했습니다. 베이킹을 하면 수분이 발생한다는 것을 알고 있으므로, 수분이 빠져나갈 수 있도록 어떤 형태의 환기구를 마련해야 할지 시험해 봐야 할 수도 있습니다.
E. 유리판 두 장을 사용할 것. 유리를 통한 열 손실을 줄이기 위해 복층 유리 구조를 사용하고 싶었습니다. 오븐 구획 위의 첫 번째 층으로 강화유리를 사용하고, 그 위에 두 번째 유리판으로 일반 창유리를 사용했으며, 두 유리판 사이에는 공간을 두었습니다.
F. 비용을 낮출 것. 이 프로젝트가 너무 비싸지 않기를 바랐습니다. '저렴하게'라고 말하지 않은 점에 유의하세요. 골판지 상자와 호일만으로도 태양열 오븐을 만들 수 있기 때문입니다. 하지만 저는 조금 다른 방식으로 해 보고 싶었고, 그러려면 보통 어느 정도 비용이 듭니다. 그래도 비용을 낮게 유지하려고 했습니다.
그래서 오븐을 주로 골판지로 만들고, 다른 재료들을 전통적이지 않은 방식으로 사용했습니다. 예를 들어 강화유리 창은 강화유리 도마를 사용했는데, 강화유리를 판 형태로 구입하는 것보다 훨씬 저렴했습니다.
이 프로젝트에 사용한 재료는 다음과 같습니다. 다른 재료를 사용하거나 가지고 있는 것을 활용해도 좋습니다.
사진에 표시되지 않은 것:
참고: 열전대 기능이 있는 디지털 멀티미터를 사용해 온도를 측정했습니다.
상자입니다. 그러니 상자를 만들 겁니다.
오븐은 주로 18" x 28" x 6" 크기의 골판지 상자입니다. 이중벽 골판지 판(아마 단일벽 골판지를 사용해도 됩니다)을 놓고 그 위에 알루미늄 팬을 올린 다음, 팬 주변에 단열재를 넣을 약 3인치의 여유 공간을 두고 자를 위치를 표시했습니다(다른 것이 아니라 골판지를 자르는 것입니다!). 그 정도 공간이 단열에 적절한지는 모르겠지만 괜찮은 수치처럼 보였습니다.
상단 부품에 표시를 끝낸 뒤, 팬이 들어갈 절개부의 윤곽을 팬을 따라 그렸습니다.
일부 절단에는 칼날형 커터를 사용했고, 다른 부분은 골판지를 자르고 반듯하게 자르기 위해 실제로 테이블쏘를 사용했습니다(제가 게을러서요).
탭 A를 슬롯 B에 끼웁니다.
뭐, 실제로는 그렇지 않습니다. 뒤집어 놓은 상단 부품에 측면을 대고, 측면끼리 서로 맞댄 다음 글루건으로 붙이면 됩니다. 더 튼튼하게 하려고 모든 접합부를 따라 글루를 한 줄씩 덧발랐습니다. 골판지 부품은 5개뿐이니, 제발 망치지 마세요!
여기서는 전통적이지 않은 방법을 사용하겠습니다. 스프레이 폼을 사용할 겁니다. 그것도 가장 저렴한 제품이 아니라 캔당 약 $6짜리입니다. 게다가 최대 240°F까지만 견딥니다. 하지만 정말 태양열 오븐에 사용해 보고 싶었습니다. 그러니 그렇게 하겠습니다.
폼 단열재를 바를 때는 매우 조심하세요. 매우 끈적이고 제거하기가 쉽지 않습니다(무엇에서든!). 장갑과 방수포를 사용하세요.
사진에 나온 것과는 달리, 아직은 팬 전체를 폼으로 덮지 않는 것이 좋습니다. 먼저 팬과 골판지 상단 부품이 만나는 팬 둘레에 폼을 한 줄 뿌려 팬을 제자리에 밀봉하는 것부터 시작하세요. 기본적으로 첫 번째 사진에서 멈추면 됩니다.
이 경고를 무시하고 그냥 팬 전체를 덮으려 한다면, 반드시 후회하게 될 겁니다!
폼 사용을 중단하라고 한 이유는 폼이 다루기 까다롭기 때문입니다. 폼 제조업체의 지침에는 큰 빈 공간을 폼으로 채우지 말라고 명시되어 있는데, 이는 타당합니다. 저는 팬 전체를 덮었습니다. 설명서에 수분이 경화를 촉진한다고 되어 있어 물을 안개처럼 분무하기까지 했습니다.
하지만 제 행동에는 예상하지 못한 결과가 따랐습니다. 물을 분무한 탓에 가장 바깥층은 경화되었지만 내부 폼은 계속 팽창하고, 천천히 계속 팽창한 것이라고 생각합니다. 결국 폼이 팬을 상자 밖으로 약 0.5인치 밀어냈습니다. 프로젝트가 망가졌다고 생각했습니다. 거의 그렇게 될 뻔했습니다.
팬이 5개들이 포장으로 판매되어 다행이었습니다. 점점 커지는 폼 재앙에서 팬을 꺼내 폼을 잘라내고 새 팬을 설치하기로 했기 때문입니다.
폼 적용 지침: 팬의 둘레에만 폼을 도포하여 팬을 제자리에 밀봉합니다. 완전히 경화될 때까지(24시간 초과) 기다립니다. 그런 다음 팬 위에 한 겹을 만듭니다. 이것도 완전히 경화되도록 둡니다. 그다음 층을 추가하되, 더 쌓기 전에 각 층이 경화되도록 합니다. 상자가 폼으로 가득 찰 때까지 계속합니다. 경화 후 팽창하지 않는 폼입니다.
이 단계를 사용할 필요가 없기를 바라며, 제 실수에서 교훈을 얻으시기 바랍니다!
투덜투덜…
앞서 말했듯이 팬을 위쪽에서 폼 밖으로 들어냈습니다. 그런 다음 폼을 주사위처럼 잘게 나누듯 격자 형태로 절단하여, 교체용 팬이 들어갈 공간을 충분히 확보했습니다.
폼 일부를 제거한 뒤 수평으로도 절단하면서, 대부분의 폼 ‘큐브’를 손으로 뽑아냈습니다. 어떤 곳에서는 폼 깊이를 1인치 넘게 제거해야 했습니다. 남는 폼을 제거하는 과정에서 폼을 완전히 관통해 잘라 버리기도 했습니다. 이런! 팬을 다시 설치한 후 이 부분은 스프레이 폼을 더 뿌려 보수할 생각입니다. 새 팬이 팬 구멍에 들어가고, 골판지 상단 조각에 닿되 바닥에 닿아 남아 있는 폼에 걸리지 않도록 충분한 폼을 제거했습니다.
새 팬을 설치하고 폼이 완전히 경화된 후, 골판지 상자의 측면이 안쪽으로 당겨져 들어간 것을 발견했습니다. 일종의 ‘뱃살 제거 수술’ 같았습니다. 아무래도 어떤 이유로 폼이 수축한 모양입니다. 뭐, 성능에 그렇게 큰 영향을 주는 것은 보이지 않으니 괜찮습니다. 게다가 이 시점에서는 고칠 생각도 없습니다.
제 목표 중 하나는 열 손실을 막기 위해 오븐 내부를 거의 기밀 상태로 만드는 것이었습니다. 이를 위해 알루미늄 테이프를 사용하여 팬과 상단 골판지를 연결했습니다. 원래의 핫 글루는 제거했는데, 팬이 뜨거워지면 별다른 역할을 하지 못했을 것입니다.
이 알루미늄 테이프는 실리콘 웨더스트리핑(개스킷)을 붙일 표면을 만들어 주었습니다. 또한 팬에서 개스킷까지 이어지는 연속적인 방수 표면도 제공했습니다. 오븐 내부에 습기가 많다면 골판지가 노출된 상태로 있는 것은 정말 좋지 않을 것 같습니다.
포드 씨의 말을 바꾸어 표현하면, 검은색인 한 원하는 어떤 색의 자동차든 가질 수 있다고 했습니다.
태양열 오븐도 마찬가지입니다. 햇빛을 최대한 많이 흡수하여 열로 바꾸고 싶기 때문입니다. 따라서 원하는 색은 검은색, 더 정확히는 무광 검정색입니다. [다만 짙은 녹색이 햇빛의 모든 파장을 더 잘 흡수한다는 내용의 글을 한 번 읽었던 기억이 있습니다. 초록색 잎을 떠올려 보세요.]
하지만 여기까지는 다루지 않겠습니다. 오븐 팬을 무광 검정색으로 칠할 것입니다. 과다 분사를 조절할 수 있도록 팬을 마스킹한 다음 무광 검정색으로 칠합니다. 지금 생각해 보면 고온용 BBQ 페인트를 사용했어야 했을 것 같습니다.
또한 고온에서 페인트가 유독성 연기를 내뿜지 않는다는 확신이 필요할 수 있다는 점을 경고하고 싶습니다. 저는 이를 조사하지 않았습니다. 이 선택을 후회하지 않기를 바랄 뿐입니다.
햇빛이 어떻게든 오븐 안으로 들어와야 합니다. 창을 설치하겠습니다.
유리창(첫 번째 유리판)은 강화유리이며(강화유리 도마를 활용하기에 정말 좋은 방법입니다!) 골판지 프레임에 장착됩니다. 오븐 상자 상단과 같은 크기로 골판지를 잘랐습니다. 그 위에 유리를 중앙에 맞춰 놓고 테두리를 따라 그렸습니다. 그런 다음 가운데 개구부를 잘라 냈습니다. 유리는 골판지 프레임에 완벽하게 맞았습니다.
알루미늄 테이프를 더 사용하여 유리를 제자리에 고정했습니다. 유리에서 오븐 상자의 개스킷과 맞닿는 지점까지 테이프가 이어지도록 여러 줄을 붙였습니다. 이렇게 하면 유리(오븐 내부)에서 개스킷까지 다시 방수 밀봉이 형성됩니다.
이 단계는 수정할 수도 있습니다. 조사를 좀 해 보니 알루미늄 테이프의 아크릴 접착제는 너무 뜨거워지면 유해한 독성 화학물질을 방출할 수 있다고 합니다. 사용하려는 테이프의 등급을 확인하세요. 어떤 제품은 200F로 표시되어 있지만, 최대 325F까지 견디는 제품도 있습니다. 누구도 독성 식품을 먹고 싶어 하지 않으므로 고온용 테이프를 구입하세요.
대안으로, 유리가 장착된 골판지 프레임에서 오븐 팬을 향하는 전체 면을 두꺼운 알루미늄 포일로 덮는 방법을 고려하고 있습니다.
유리를 끼우지 않은 골판지 프레임을 알루미늄 포일 위에 올려놓고, 프레임 개구부의 모서리에서 모서리까지 포일에 ‘X’자를 잘라 4개의 덮개를 만들 계획입니다. 이 덮개들을 개구부를 통해 프레임의 윗면으로 접어 올린 다음 테이프로 고정합니다. 이 부분들은 오븐 내부 바깥쪽에 부착됩니다. 그런 다음 유리를 개구부에 밀어 넣고, 고온 등급을 가진 100% 실리콘 코킹제로 밀봉하여 제자리에 고정합니다.
창 하나가 좋다면 두 개는 더 좋을 것입니다. 두 번째 창을 만들겠습니다.
상단 유리는 또 다른 골판지 프레임에 장착됩니다. 이 프레임의 개구부는 유리보다 약간 작아서 유리가 개구부 안으로 들어가지 않고, 마스킹 테이프나 알루미늄 테이프로 프레임 위에 붙게 됩니다.
총 세 개의 프레임이 있습니다. 아래쪽은 강화유리 프레임입니다. 가운데 프레임은 두 유리판 사이에 적절한 공기 간격을 확보하는 스페이서 역할만 합니다. 그리고 일반 유리를 지지하는 상단 프레임이 있습니다.
프레임을 겹쳐 쌓고, 상단 프레임에서 오븐 상자까지 붙인 마스킹 테이프로 제자리에 고정합니다.
궁극적으로는 세 프레임의 가장자리를 테이프로 덮어 정리하고, 하나의 일체형 조립체로 만들 생각입니다.
반사판도 나름의 용도가 있고, 저도 사용해 보고 싶었습니다. 제 생각에는 절반 정도만 성공했습니다. 이 일이 저에게 부정적으로 ‘반사’되지 않기를 바랍니다. (죄송합니다. 참을 수가 없었네요.)
오븐 유리가 태양을 향해 기울어져 있지 않고 수평으로 놓인다는 단점을 극복할 수 있는지 확인해 보고 싶어서 반사판을 사용하려 했습니다.
알루미늄 포일을 사용할 수도 있지만, 알루미늄 증착 마일러가 더 반사율이 높다고 합니다. 저는 다른 프로젝트에서 이 용도로 ‘스페이스 블랭킷’을 사용한 적이 있습니다. 알루미늄 증착 마일러를 더 저렴하게 구할 수 있는 곳을 찾았는데, 바로 달러 스토어에서 파는 거울처럼 반짝이는 은색 식탁보였습니다!
3M 77 스프레이 접착제를 폼 코어 보드에 뿌리고 그 위에 마일러를 올려 보았지만, 이 접착제는 마일러가 닿기만 하면 그대로 붙어 버립니다. 게다가 큰 주름 없이 마일러를 매끄럽게 붙이는 것도 상당히 어렵습니다.
이번에는 새로운 방법을 시도했습니다. 마일러를 펼쳐 놓고 그 위에 폼 코어 보드를 올린 다음, 마일러를 팽팽하게 당겨 테이프로 고정했습니다. 이 방법은 나름 괜찮은 결과를 내는 것 같았지만, 결코 거울과 비슷한 것을 얻을 수 있는 것은 아닙니다. 이 분야는 계속 더 탐구해 봐야겠습니다.
태양열 오븐에는 햇빛이 필수입니다! (당연한 말이죠!)
오븐을 완성한 뒤에도 날씨가 협조해 주지 않았습니다. 첫 번째 사진의 유리에 비친 구름을 보면 알 수 있습니다. 태양열 오븐을 완성해 놓고 시험해 보지도 못하다니 정말 재미없네요 :-(
하지만 며칠 후에는 몇 시간 동안 햇빛이 충분히 내리쬐었습니다. 오븐을 수평으로 놓고 반사판 없이 두었더니 261°F까지 올라갔습니다.
다시 오븐을 수평으로 놓고 마일러 반사판 하나를 사용하자 305°F까지 올라갔습니다.
다른 반사판을 사용하는 등 몇 가지 개조 아이디어가 있어서 시도해 보고, 성능이 더 좋아지기를 기대하고 있습니다. 이 오븐으로 빵을 굽겠다는 목표는 여전히 가지고 있으며, 반복해서 개선할 때마다 목표에 가까워지고 있습니다.
햇빛을 찾아보세요!
즐겨 보세요!
원문: https://www.instructables.com/Inexpensive-Functional-Solar-Oven/
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