UTC 태양열 물 저온 살균기

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안전하지 않은 식수는 전 세계 질병의 주요 원인 중 하나입니다. 세계보건기구(WHO)의 2004년 수치에 따르면 매년 약 180만 명이 설사로 사망합니다. 또한, 이러한 질병 사례의 88%는 안전하지 않은 식수 또는 위생 부족으로 인해 발생합니다. 그들은 또한 설사 사례의 35~39%가 가정 차원에서 물 처리만으로 간단히 제거될 수 있다고 추정합니다. ^[1]

오늘날 많은 사람들은 위생 목적으로 끓인 물의 사용을 옹호하지만, 대중의 믿음과는 달리 물 속의 질병을 유발하는 물질의 대부분은 끓는점(100°C)보다 훨씬 낮은 약 65°C에서 죽습니다. ^[2] 태양열 저온살균은 태양 에너지를 사용하여 물을 충분히 높은 온도로, 충분한 시간 동안 가열하여 마실 수 있게 하는 방식으로 작동합니다. 이 방법은 물에서 고체 또는 무기 폐기물을 제거하는 데는 효과적이지 않지만 수인성 질병을 크게 제거합니다.

목적

이 프로젝트는 태양열 저온살균을 통해 대가족이나 소규모 지역사회에 안전한 식수를 제공하기 위해 고안되었습니다 . 덜 개발된 지역에서는 1인당 하루에 약 4갤런의 물이 필요한 것으로 추산됩니다. 우리의 디자인은 이러한 요구를 충족할 수 있도록 고안되었습니다. 시스템에 사용되는 물은 지역 사회 구성원이 지역 수원에서 수집한 후 병원균 과 박테리아를 처리할 것입니다. 우리는 사용하기 쉽고 내구성이 뛰어나며 상대적으로 저렴한 실행 가능한 시스템을 만드는 것을 목표로 합니다.

프로젝트 성공의 기준

초기 설계 계획

많은 생각 끝에 우리는 손수레가 저온살균기에 가장 적합한 베이스가 될 것이라고 결정했습니다. 움직일 수 있고 물통이 내장되어 있으며 물 가열 과정의 속도를 높일 수 있을 만큼 얕습니다. 우리는 또한 콜드 프레임 온실과 태양열 조리기의 아이디어를 결합하여 프레임을 만들고 있습니다. 프레임은 지역적으로 재생 가능한(그리고 적당히 가벼운) 소재인 대나무로 만들어지며 뒷면과 측면에는 반사 사이딩이 있고 앞면에는 투명 플라스틱이 있습니다.

더 나은 정수를 위해 다양한 크기의 모래를 여러 겹으로 쌓아 만든 느린 모래 필터를 추가하고 있는데 , 이는 물 속의 많은 고체 오염물질과 금속을 제거하는 데 효과적입니다. 또한 추가 여과를 위해 저온살균기 배출구에 면직물 필터를 부착합니다.

사용자가 물을 마셔도 안전하다는 것을 알 수 있는 지표는 유리관 안에 왁스를 넣은 간단한 장치입니다. 가장 일반적인 WAPI 지표는 완전한 물 저온살균 온도에서 정확하게 녹는 대두 왁스로 만들어집니다. 그러나 우리는 멀리 떨어진 위치로 인해 약 70°C에서 녹는 것으로 밝혀진 밀랍과 카르누바 왁스의 혼합, 사막 식물로 만든 현지 왁스 또는 사막 왁스와 밀랍의 혼합을 사용하여 실험을 계획하고 있습니다. 어느 것이 가장 효과적인지 확인하세요. 튜브는 물이 마지막으로 저온살균되는 수레의 가장 깊은 끝 부분에 있는 와셔에 의해 물 속에 고정됩니다. 튜브는 고체 왁스가 위를 향하도록 매달아져 있으며 가열됨에 따라 왁스가 녹아 튜브 바닥으로 가라앉아 저온살균이 완료되었음을 나타냅니다.

구축 과정

2008년 7월 13일

첫 번째이자 가장 큰 장애물은 필요한 재료를 찾는 것이었습니다. 우리는 프로젝트의 가장 쉽고 중요한 부분인 수레와 대나무부터 시작했습니다. 우리는 우리에게 그의 대나무 중 일부를 자르는 것을 허용했던 Parras 친구가 소유한 현지 Huerta (농장)로 여행했습니다. 그는 나중에 우리를 내려줬고 우리는 가서 프레임 바닥을 만들 수레와 나무를 샀습니다.

게다가 마침내 공사가 시작되었고 우리는 콜드 프레임이 세워질 프레임의 큰 부분을 만들었습니다. 우리는 2"x1" 보드를 사용하여 수레의 기본 모양을 따르는 베이스를 만들었습니다. 우리는 보드에 미리 구멍을 뚫었고, 조인트의 각도로 인해 나사 머리에 구멍이 생겼습니다. 이를 위해 우리는 더 큰 드릴 비트를 사용하여 거친 구멍을 만들고 나중에 Dremel로 매끄럽게 만들었습니다. 우리는 이날 대부분의 연결을 마쳤지만 결국 도구의 배터리가 방전되어 건축 과정 전반에 걸쳐 진행되는 데 큰 장애가 되었습니다.

2008년 7월 14일

이제 수레 프레임이 거의 완성되었습니다. 나사에 잘못된 드릴 비트를 사용하여 사소한 오류가 발생했으며 여전히 나사로 조여져 있지만 추가 안정성을 위해 목재 접착제로 조인트를 강화했습니다.

우리는 또한 콜드 프레임을 위해 대나무를 자르기 시작했습니다. 공통 도구가 부족하여 벽에 끈, 철사, 그림을 사용하여 모든 것이 올바른 길이와 수준인지 확인해야 했습니다. 우리는 프레임 자체를 정사각형으로 만드는 대신 땅과 정사각형으로 만들기로 결정했습니다. 이는 대나무의 앞부분이 뒷부분보다 훨씬 짧다는 것을 의미합니다. 이것이 태양 광선이 들어갈 수 있는 더 좋고 효율적인 표면을 만든다는 것이 우리의 믿음입니다.

우리는 또한 볼트/못 등을 사용하여 대나무를 서로 부착하는 방법에 대해 생각하기 시작했습니다.

2008년 7월 15일~17일

강사와 이야기를 나눈 후, 대나무 부착에 대한 우리의 생각은 볼트 등을 사용하는 보다 "현대적인" 스타일에서 코드나 와이어를 사용하는 보다 "전통적인" 스타일로 전환되었습니다. 이는 대나무 조각을 함께 맞추는 홈을 개별적으로 드레멜링하고 손으로 배선하는 것을 의미했기 때문에 우리에게는 훨씬 더 많은 작업이 필요했습니다. 우리는 어떤 Dremel 비트가 다양한 재료에 더 적합한지 아직 배우고 있었기 때문에 작업 속도가 느렸습니다.

• 팁 1: 주머니칼에 톱을 사용하는 것이 훨씬 더 빠르고 효율적이며 정확하며 필요한 경우 Dremel로 손질할 수 있습니다.

콜드 프레임의 뒷부분을 서로 맞추기 위해 미리 구멍을 뚫었습니다. 이는 대나무가 쪼개지는 것을 방지하는 데 중요하며 조각들을 서로 연결했습니다.

2008년 7월 18일

녹색 대나무가 계속 건조되면서 지난 며칠 동안 대나무에 약간의 수축 문제가 발생했습니다. 조각을 서로 연결하면 이 문제를 쉽게 해결할 수 있습니다. 부품을 고정하는 것은 단순히 와이어를 약간 조이는 것을 의미하기 때문입니다.

• 팁 2: 수축 문제를 방지하려면 공사 전 최소 1~2주 동안 대나무를 건조시키세요.

오늘 우리는 콜드 프레임의 뒷면을 나무 프레임에 연결하는 방법도 알아냈습니다. 나무에 있는 기존 나사를 피해야 했기 때문에 어려웠지만 프레임 뒤쪽에 작은 남은 블록을 부착한 다음 대나무를 볼트로 고정하는 방법을 찾았습니다.

우리는 또한 콜드 프레임의 뒤쪽에서 앞쪽으로 이어지는 각진 부분을 자르고 드레멜 작업을 시작했습니다.

• 팁 3: 대나무를 자르거나 드릴링할 때 외부 섬유가 부러지거나 벗겨지는 것을 방지하기 위해 마스킹 테이프로 자르거나 드릴링할 부분을 감싸십시오.

2008년 7월 19일부터 21일까지

Sean은 드레멜의 절단 비트를 사용하여 플라스틱에서 필요한 것을 잘라내기 시작했습니다. 그것은 오랜 시간이 걸리는 작업이고 드레멜은 계속 전하를 잃기 때문에 그 동안 우리는 합판에서 콜드 프레임의 측면과 지지대도 잘라냅니다.

• 팁 4: 플라스틱에 스코어링 및 벤딩 기술을 사용하면 모양을 잘라내는 데 필요한 시간과 필요한 Dremel 재충전 횟수가 상당히 줄어듭니다.

합판은 대나무 프레임과 최대한 같은 높이로 절단됩니다. 매장에서 재료를 찾을 때 우리는 마일라 버블랩으로 만든 앞유리용 반사 스크린도 우연히 발견했습니다. 우리는 스크린의 해당 부분을 스텐실 처리하고 잘라서 측면과 후면 조각에 부착했습니다. 우리는 스테이플을 사용하여 버블랩을 조각에 부착했습니다. 또 다른 모험이었습니다. 우리가 우리에게 약간의 스테이플을 선물했던 Sean's 엄마의 버스 회사에 물어보기 전에 우리는 스테이플(실패)을 찾기 위해 파라스 전체를 검색했습니다. 그런 다음 부품 부착을 마치고 콜드 프레임에 놓기 시작했습니다. 고민 끝에 우리는 실리콘 실런트를 사용하여 합판을 대나무에 부착하기로 결정했습니다.

2008년 7월 22일

플라스틱을 크기에 맞게 자르고 나면 그것을 부착할 수도 있었습니다. 청소한 플라스틱 조각의 크기 제한으로 인해 우리는 콜드 프레임 전면에 두 장의 시트를 사용하게 되었습니다. 우리는 플라스틱을 바닥에 깔고 두 조각 사이의 접합부에 실리콘을 배치했습니다. 콜드 프레임에 연결하는 것이 매우 어려웠기 때문입니다. 또한 콜드 프레임으로 덮이지 않는 수레 앞쪽의 틈을 덮기 위해 플라스틱 조각을 자릅니다. 이것은 단지 약간의 빛만 추가한 것이며 저온살균기의 어두운 부분이 생기는 것을 방지한 것입니다.

이날 우리는 물 출구 지점에 대한 작업도 시작했습니다. 우리는 파이프가 있어야 할 원을 표시하고 수레 바닥에 구멍을 뚫은 다음 드레멜로 넓혔습니다. 작업이 완료되면 우리는 고정 장치, 손수레 내부의 플랜지, 여러 개의 와셔 및 세면기에서 깨끗한 물을 제거할 수 있는 손수레 외부의 게이트 밸브를 장착합니다.

2008년 7월 23일~25일

이제 그동안 미뤄왔던 일, 모래 필터를 수레 프레임에 어떻게 부착할지 고민할 차례였습니다. 우리는 사용자의 방해가 되지 않고 상당한 무게가 덜 느껴지도록 수레 전면에 필터를 배치하도록 디자인을 변경했습니다.

UTC의 쓰레기 더미를 조사한 후 우리는 오래된 책상에서 스탠드와 버팀대로 사용하기 위해 금속 조각을 찾아냈습니다. 우리는 또한 양동이 주위에 놓아두었던 오래된 교실에서 이상한 푸른 빛이 도는 금속 조각을 발견했습니다. 금속 스트립을 드레멜 크기에 맞게 자르고 망치로 두드려 곡선을 제거했습니다. 우리는 볼트를 사용하여 휠 웰의 전면 곡선에 수직으로 부착되는 필터가 놓일 스탠드로 긴 조각 하나를 사용했습니다. 두 개의 작은 조각이 수레의 기존 볼트에 볼트로 부착되는 버팀대로 사용되었습니다. 이 작은 스트립은 하단 구멍의 손수레용 파란색 금속 원에도 연결되어 있으며 상단 구멍에는 나비 너트가 있는 큰 볼트를 배치하여 버킷 주위의 원을 조였습니다.

또한, 우리는 볼트로 스탠드의 수직 지지대에 부착된 두 개의 합판을 사용하여 버킷용 나무 베이스를 만들었습니다.

2008년 7월 26일

오늘부터 초기 온도 테스트가 시작되었습니다!

2008년 7월 27일부터 29일까지

요즘은 쓸만한 모래와 돌을 찾는 긴 악몽이었습니다. 캠퍼스 주변과 동료들의 작업 현장에서 여러 더미에서 발견한 암석입니다. 어려운 부분은 세탁 방법을 알아내는 것이었습니다. 우리는 결국 먼지를 걸러내고, 헹구고, 걸러내고, 씻고, 헹구고, 걸러내고, 씻는 등의 끝없는 순환처럼 보이는 작업을 수행하게 되었습니다.

• 팁 5: 암석이 젖기 전에 흙을 체로 걸러내세요. 또한, 세탁을 시작할 준비가 되면 돌을 양동이에 넣고 담그고 가끔 물을 저어준 후 물을 걸러내고 헹구십시오.

우리는 또한 비눗물에 담그는 것을 시도했고 그것이 약간 도움이 되었지만 결국 비누를 제거하는 것은 먼지만큼이나 어려웠습니다.

하지만 파라스에서 가장 구하기 힘든 것은 모래였습니다. 우리는 여러 날 동안 뜨거운 태양 아래서 여러 시간 동안 돌아다녔지만 아무 소용이 없었습니다. 결국 UTC 학생 친구 한 명이 우리가 바위를 청소하는 데 애쓰는 모습을 보고 모래가 필요하다는 말을 듣고 자신의 방에 Mazatlan의 모래 한 병이 있다고 알려주었습니다. 이는 항상 Parras에서 아는 사람에 관한 것입니다.

2008년 7월 30일

우리가 마지막으로 해야 할 일은 물통 바닥에 물 호스를 연결할 수 있는 구멍을 만드는 것이었습니다. 모래 필터는 바닥에 메쉬 스크린, 그 위에 암석, 중앙에 자갈, 상단에 모래와 나뭇잎 등을 걸러내는 제거 가능한 메쉬 스크린으로 조립되었습니다.

예산

테스트 및 결과

태양광 물 저온살균기의 구성을 완료한 후 우리는 시스템이 원하는 저온살균 온도인 65°C(149°F)에 도달할 수 있는지 확인하기 위해 테스트를 시작했습니다. 첫 번째 실행에서 저온살균기는 2시간 후에 최대 온도 52°C에 도달했고 다음 2시간 동안 이 온도를 유지했습니다. 이 시점에서 우리는 콜드 프레임 구조와 손수레 사이에 상당히 좋은 밀봉이 있었기 때문에 문제가 시스템에 들어오는 빛의 부족이나 단열 부족과 관련이 있다고 예측했습니다. 저온살균기의 플라스틱 표면에 형성된 과도한 응축은 더 많은 빛이 회절되어 시스템에 들어오는 빛의 양이 적어지기 때문에 우려되었습니다. 우리 손수레 베이스의 팬은 금속으로 만들어졌는데 이것이 과도한 열 손실의 원인이 되지 않을까 걱정했습니다. 우리는 이미 플라스틱 면을 콜드 프레임 구조에 고정했기 때문에 손수레의 팬을 단열하는 작업을 하기로 결정했습니다. 우리는 먼저 땅에 닿는 수레 가장자리 주위에 검은색 방수포 스커트를 배치하여 단열 작업을 했습니다. 이 방법은 58°C의 더 높은 온도를 산출했는데, 이는 불충분한 단열로 인한 팬을 통한 열 손실이 주요 요인임을 말해줍니다. 다음으로 우리는 여러 개의 판지 상자를 구입하여 잘라서 수레 팬 바닥에 붙였습니다. 다음번 테스트에서는 4시간 후에 물의 온도가 52°C에 도달했습니다. 그런 다음 우리는 차가운 프레임과 바퀴 손수레 사이에 밀봉을 제공하기 위해 바퀴 손수레 상단에 고정한 개스킷이 떨어지기 시작했다는 것을 발견했습니다. 우리는 처음에 개스킷을 접착하기 위해 실리콘을 사용했지만 이것은 유지되지 않았습니다. 우리는 마침내 작은 나사를 사용하여 개스킷을 수레 상단에 고정하기로 결정했습니다. 우리는 또한 판지 단열재의 두 번째 층을 추가하는 작업을 진행했습니다. 이 두 작업이 모두 완료된 후 다시 테스트했습니다. 이 실행에서 최고 온도는 62°C였습니다. 태양열 살균 연구의 선두주자인 Bob Metcalf 박사에 따르면 60°C는 2분 후 모든 설사 원인 박테리아와 로타바이러스, A형 간염 바이러스의 90%를 죽이는 데 충분합니다. 이 마지막 테스트 날 이후 우리는 며칠 동안 구름과 천둥번개를 동반한 폭풍우를 겪었습니다. 후속 최고 온도는 60°C에 도달했으며 다른 기록 온도는 55°C 미만이었습니다. 태양열 물 저온살균 연구의 선두주자인 Bob Metcalf 박사에 따르면 60°C는 2분 후에 모든 설사 원인 박테리아와 로타바이러스, A형 간염 바이러스의 90%를 죽이는 데 충분합니다. 이 마지막 테스트 날 이후 우리는 며칠 동안 구름과 천둥번개를 동반한 폭풍우를 겪었습니다. 후속 최고 온도는 60°C에 도달했으며 다른 기록 온도는 55°C 미만이었습니다. 태양열 물 저온살균 연구의 선두주자인 Bob Metcalf 박사에 따르면 60°C는 2분 후에 모든 설사 원인 박테리아와 로타바이러스, A형 간염 바이러스의 90%를 죽이는 데 충분합니다. 이 마지막 테스트 날 이후 우리는 며칠 동안 구름과 천둥번개를 동반한 폭풍우를 겪었습니다. 후속 최고 온도는 60°C에 도달했으며 다른 기록 온도는 55°C 미만이었습니다.

문제점 및 권장 사항

이번 프로젝트를 완료하면서 가장 어려웠던 점은 재료를 찾고 구입하는 것이었습니다. 멕시코 파라스의 모든 철물점은 다양한 재료를 취급하며 찾기가 쉽지 않았습니다. 멕시코에서 일을 처리하는 가장 좋은 방법은 친구를 사귀고 모든 연락처를 활용하는 것입니다. 종종 우리는 사용 가능한 재료를 활용하기 위해 디자인을 조정해야 했습니다. 검은색이 더 효과적인 색상 선택이었을 때 회색 수레를 구입했을 때 우리는 이러한 타협을 해야 했습니다.

단열 문제를 제외하고 이 시스템의 적절한 기능과 관련된 또 다른 문제는 콜드 프레임 구조의 플라스틱 표면에 응결이 쌓이는 것이었습니다. 우리는 저온살균기의 높이를 최소화하기 위해 프레임 전면에 30° 각도를 설정했습니다. 각도가 더 크면 응축수의 유출이 촉진될 것입니다. 프레임 표면의 응결량을 줄임으로써 시스템에 들어오는 빛의 양을 늘릴 수 있었습니다. 시스템에 더 많은 빛이 유입되면 내부 온도와 수온이 모두 높아집니다.

우리는 지역 재생 가능한 재료를 활용하기 위해 이 시스템의 프레임을 구성하기 위해 대나무를 사용하기로 결정했습니다. 이로 인해 이 시스템의 적합성이 감소하는 것으로 나타났습니다. 대나무의 불규칙성으로 인해 우리는 대나무 프레임, 합판 측면 및 콜드 프레임 구조의 플라스틱 면 사이의 틈을 메우기 위해 많은 양의 실리콘을 사용해야 했습니다. 콜드 프레임 구조를 구성하는 데 합판만 사용했다면 필요한 실리콘의 양을 크게 줄일 수 있었을 것입니다.

마지막으로, 단열은 이 시스템의 성공에 가장 중요합니다. 두 겹의 판지 단열재를 사용해도 여전히 팬 바닥을 통해 열이 손실되고 있었습니다. 더 좋고 내후성이 뛰어난 솔루션은 사이에 단열재를 갖춘 2팬 시스템이 될 것입니다. 이는 일륜수레 팬에 단열재를 배치하고 그 위에 두 번째 바퀴수레 팬을 배치함으로써 달성될 수 있습니다. 이로 인해 현재 매우 균형 잡힌 시스템의 무게가 증가하더라도 물(65°C)을 보다 신속하게 저온살균하는 데 필요한 더 높은 온도를 생성하는 데 도움을 주는 것이 가치가 있습니다.

결론

태양열 살균기를 제작하면서 겪은 대부분의 문제는 재료 확보의 어려움과 적합한 도구의 부족과 관련이 있었습니다. 우리는 원래 우리의 계획이 간단하고 간단하다고 생각했습니다. 필요한 모든 재료는 우리에게 친숙했으며 미국의 대부분의 철물점에서 쉽게 찾을 수 있었습니다. 그러나 우리가 멕시코 파라스에서 자료 검색을 시작했을 때 우리가 계획한 모든 자료를 사용할 수 없거나 찾기가 쉽지 않다는 것이 분명해졌습니다. 예를 들어, 우리는 원래 콜드 프레임 구조와 손수레 사이를 밀봉하기 위해 일종의 웨더 스트리핑을 사용할 계획이었지만 찾기가 쉽지 않았습니다. 찾기 어려웠던 다른 항목은 콜드 프레임 구조의 각진 면을 위한 플라스틱 전면과 프레임 내부 벽을 감싸는 저급 알루미늄 호일 이외의 반사 재료였습니다. 가장 얻기 어려운 재료는 2.5갤런짜리 물통, 온도계, 그리고 가장 어려운 고운 모래였습니다. 우리는 뜨거운 파라스의 태양 아래서 고운 모래를 찾는데 총 약 6시간을 보냈습니다. 우리가 마침내 포기한 후, 현지 친구가 자신의 집에 우리가 사용할 수 있는 마자틀란의 모래 컨테이너가 있다고 알려주었습니다. 우리는 매우 기뻤으며 멕시코에서 일을 처리하는 가장 효율적인 방법은 친구를 사귀고 인맥을 활용하는 것임을 다시 한 번 깨달았습니다. 이를 통해 우리는 결국 태양열 살균기 완성에 필요한 모든 구성 요소를 찾을 수 있었습니다. 우리가 마침내 포기한 후, 현지 친구가 자신의 집에 우리가 사용할 수 있는 마자틀란의 모래 컨테이너가 있다고 알려주었습니다. 우리는 매우 기뻤으며 멕시코에서 일을 처리하는 가장 효율적인 방법은 친구를 사귀고 인맥을 활용하는 것임을 다시 한 번 깨달았습니다. 이를 통해 우리는 결국 태양열 살균기 완성에 필요한 모든 구성 요소를 찾을 수 있었습니다. 우리가 마침내 포기한 후, 현지 친구가 자신의 집에 우리가 사용할 수 있는 마자틀란의 모래 컨테이너가 있다고 알려주었습니다. 우리는 매우 기뻤으며 멕시코에서 일을 처리하는 가장 효율적인 방법은 친구를 사귀고 인맥을 활용하는 것임을 다시 한 번 깨달았습니다. 이를 통해 우리는 결국 태양열 살균기 완성에 필요한 모든 구성 요소를 찾을 수 있었습니다.

우리 그룹은 운반 가능한 태양열 물 저온살균기의 작동 프로토타입을 설계하고 완성하는 데 성공했습니다. 그러나 더 높은 온도가 더 바람직하므로 더 빠르고 효과적인 저온살균 시스템을 위해서는 수정이 필요합니다. 그러한 시스템을 복제하려고 시도하는 경우 권장 사항을 고려하도록 권장합니다.

참고자료