캡스톤 디자인 (설정 온도 유지 텀블러) 발표 보고

Ⅰ. 설계목표 설정
1. 과제선정 배경 및 과제 목표
기존의 텀블러는 추운 날 텀블러 내 음료를 보온하는데 있어 음료의 적정온도를 유지하는데 한계가 있다. 우리는 이를 개선하여 원하는 온도 그대로 유지될 수 있도록 설계하고자 하였다. 사용자가 설정한 온도에서 내려가지 않고 유지되도록 설계한다.

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Ⅱ. 설계
1. 설계사양 결정
필요한 열량 Q : 5.96W, 텀블러 높이 : 0.25m, 텀블러 밑면 지름 : 0.1m

2. 이론
다음 그림 1은 온도조절 텀블러의 개략도를 나타낸 것이다. 스테인리스 겉을 발열체로 감싸주어 내용물의 온도를 유지해주는 제품이다. 또한, 설정한 온도보다 높아지면 서미스터의 저항 값이 변하여 발열체의 작동을 멈춘다.

그림 1 <온도조절 텀블러 개략도>

그림 1의 개략도를 보고 열 저항을 계산할 수 있다. 열 저항은 어떤 재료의 열에 대한 저항을 나타내는 상수로 여러 종류의 재료로 구성되어 있는 벽의 경우, 열전도 저항은 각 재료의 열전도 저항의 합으로 나타내어진다. 이 열 저항을 이용해 텀블러에서 빠져나가는 열량과 물의 온도 상승에 필요한 열량을 계산할 수 있고 계산한 만큼 열량을 공급해주면 텀블러 안의 음료는 온도가 유지될 것이다.

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4. 설계제한요소 검토
내용물을 끓여 고온으로 올려주려면 상당한 열량이 필요하며, 부품들의 크기 및 부피가 커지므로 설계가 어려워진다. 따라서 내용물을 데워 온도를 유지시켜주는 형식으로 열량을 낮춰 설계하였다.

4-1 경제성(원가)
기존 제품에 비해 부가적인 부품들이 결합되어 추가 비용이 발생한다.

4-2 보건 및 안전
서미스터를 통해서 발열체에 흐르는 전류를 조절할 수 있기 때문에 과열을 사전에 방지할 수 있다.

4-3 생산성 및 내구성
해당 없음.

4-4 환경에 미치는 영향
식은 커피 등을 버리는 것을 방지하여 하수오염을 막을 수 있고, 오랫동안 사 용 가능한 용기이므로 일회성 용기에 의한 쓰레기를 줄일 수 있다.