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==프로젝트 개요==
 
==프로젝트 개요==
 
=== 기술개발 과제 ===
 
=== 기술개발 과제 ===
''' 국문 : ''' CO2 농도 기반 졸음운전 방지 장치 설계
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''' 국문 : ''' CO₂ 농도 기반 졸음운전 방지 장치 설계
  
''' 영문 : ''' CO2 Concentration Based Anti-drowsiness Device Design
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''' 영문 : ''' CO₂ Concentration Based Anti-drowsiness Device Design
  
 
===과제 팀명===
 
===과제 팀명===
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===구성원 소개===
 
===구성원 소개===
(아래는 예시 입니다. 직접 입력 부탁 드립니다. 입력 후 이 문장은 삭제해 주세요. 학번 및 이름은 아래와 같이 별표로 표기해 주세요.)
 
서울시립대학교 환경공학부·과 2025XXX0** 김**(팀장)
 
  
서울시립대학교 환경공학부·과 2025XXX0** **
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서울시립대학교 환경공학부 2019890*** **(팀장)
  
서울시립대학교 환경공학부·과 2025XXX0** **
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서울시립대학교 환경공학부 2019890*** 장**
  
서울시립대학교 환경공학부·과 2025XXX0** **
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서울시립대학교 환경공학부 2022890*** 구**
  
서울시립대학교 환경공학부·과 2025XXX0** **
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서울시립대학교 환경공학부 2022890*** 김**
  
 
==서론==
 
==서론==
 
===개발 과제의 개요===
 
===개발 과제의 개요===
 
====개발 과제 요약====
 
====개발 과제 요약====
내용
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본 과제는 차량 흡입부에 CO₂ 센서 연동 저감 모듈을 적용해 캐빈 내 CO₂를 능동적으로 관리하는 기술을 개발하는 것이다. CO₂ 농도가 1,000 ppm을 넘으면 자동 개입하여 외기 혼합과 저감 동작을 수행하고, 짧은 시간 안에 약 400 ppm대로 복귀시켜 운전 중 각성 저하 위험을 줄이는 것을 목표로 한다.
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====개발 과제의 배경====
 
====개발 과제의 배경====
내용
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한국도로공사 졸음운전 사고 통계에 따르면, 2020년부터 2024년까지의 총 졸음운전 사고 건수는 9,559건으로 교통사고 발생률 1위를 나타내고 있다. 이렇듯 졸음운전으로 인한 사고는 지속적으로 빈번히 발생하고 있다. 졸음운전은 히터를 사용하는 동절기와 에어컨을 사용하는 하절기에 주로 발생한다. 이는 냉/온방을 위해 외기 순환 모드 주행이 아닌 내기 순환 모드 주행을 하기 때문이다. 장거리 운전이나 내기 순환 위주 주행에서는 탑승자 호흡으로 CO₂가 빠르게 축적되어, 일부 연구에서 945–1,400 ppm 수준에서 관찰된 인지·의사결정 성능 저하 구간에 쉽게 도달할 수 있다. 차량 캐빈은 체적이 작고 환기율 변동이 커 CO₂ 변동폭이 큰 편이므로, 센서 기반 임계 제어로 CO₂를 항상 저레벨로 유지하는 능동 관리가 안전·쾌적성 확보에 필수적이다. 단순한 상시 외기 전환은 소음·냄새·에너지 손실 등 운용상 한계가 있어, 상황에 따라 임계(1,000 ppm)에서 자동 개입해 일반적인 공기질 수준인 400 ppm대로 복귀시키는 정밀 제어가 실사용 환경에 적합한 해법이다.
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====개발 과제의 목표 및 내용====
 
====개발 과제의 목표 및 내용====
내용
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본 설계는 차량 내 CO₂를 감지하고 필터링하여 화물 운송자와 같은 장시간 1인 운전자의 졸음을 사전에 예방하여 졸음운전 사고 발생률을 감소시키는 것을 목표로 한다. 구체적인 설계 목표는 다음과 같다.
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'''1) CO₂ 센서를 통한 졸음방지 모드 작동'''
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차량 내 CO₂ 센서를 설치해 졸음위험 농도 여부에 따라 자동적으로 졸음방지 모드를 작동시킨다. 졸음운전과 CO₂ 농도에 관한 연구에 따르면, 1,200ppm 부터 인지 및 의사결정 저하에 영향을 끼칠 수 있다고 한다. 이러한 영향의 사전예방을 위해서는 졸음방지 모드 작동 시작점을 효과적으로 설정해야 한다. 모드 작동 이후 모듈을 통한 CO₂ 필터링에 시간이 소요되기에 즉각적으로 CO₂ 감소 효과가 일어나지 않는다. 따라서 본 설계에 사용하는 필터의 성능 테스트를 통해 시간에 따른 CO₂ 감소량을 파악하였고, 이를 통해 시작점을 1,000ppm으로 설정했다.
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'''2) CO₂ 필터링 모듈'''
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졸음방지 모드 작동에 따라 선택적으로 CO₂를 감소시키기 위해서 소형 팬과 CO₂ 필터로 구성된 모듈을 만들어 차량 내부에 설치해 필터링을 하고자 한다. 원활한 흡착을 위해 소형 팬을 부착하였다.
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'''3) 실제 차량 내 자동화 시스템 구축'''
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시스템은 평소에는 대기 상태로 두다가, 실내 CO₂ 농도가 임계치(약 1,000 ppm)를 넘어설 경우 자동으로 작동한다. 모듈 내 소형 팬이 활성화되면서 공기를 전용 필터로 통과시켜 CO₂를 선택적으로 제거하고, 농도가 안정 수준으로 돌아오면 다시 절전 모드로 전환된다. 이렇게 하면 불필요한 전력 낭비와 필터 수명 저하를 막으면서, 운전자의 개입 없이 졸음운전 위험을 사전에 차단할 수 있다. 필터 소재는 MOF, 아민계, 제올라이트 등 다양한 후보를 비교해 성능, 비용, 재생 가능성을 검토하여 최종적으로 제올라이트로 선정했다. 모듈은 교체형 카트리지 구조로 설계해 사용자가 간단히 교체할 수 있도록 했다.
  
 
===관련 기술의 현황===
 
===관련 기술의 현황===
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===개발과제의 기대효과===
 
===개발과제의 기대효과===
 
====기술적 기대효과====
 
====기술적 기대효과====
내용
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'''1) CO₂ 농도 모니터링 및 필터링 자동화 시스템'''
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모니터링 및 필터링 시스템의 자동화를 통해 1인 운전자가 운전에 집중할 수 있는 환경을 조성할 수 있다.
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'''2) 필터링 범위 확대'''
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기존 환기 시스템 필터링 최소 농도인 2,000ppm보다 1,000ppm을 확대시켜 운전자가 졸음을 느낄 수 없도록 하는 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있다.
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'''3) 악천후 상황에 효과적인 기술'''
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외기 모드를 사용하기 어려운 악천후 상황에서 해당 시스템을 사용해 효과적으로 차량 내 공기질을 향상시킬 수 있다.
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====경제적, 사회적 기대 및 파급효과====
 
====경제적, 사회적 기대 및 파급효과====
내용
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'''1) 졸음운전 사고 사전 예방 가능'''
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졸음 유발 가능성을 차단함으로써 졸음운전 사고를 사전에 예방 가능하며, 더 나아가 쾌적한 운전 환경을 조성할 수 있다.
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'''2) 사고 발생 시 처리 비용 절감 가능'''
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졸음운전 사고로 인해 발생하는 치료비, 수리비 등 수습 비용을 절감할 수 있다.
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'''3) 안전 운전 문화 확산에 기여'''
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운전자가 졸음운전을 주의하는 환경을 조성하여, 안전 운전 문화를 확산시키는 데 기여할 수 있다.
  
 
===기술개발 일정 및 추진체계===
 
===기술개발 일정 및 추진체계===
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==설계==
 
==설계==
 
===설계사양===
 
===설계사양===
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설계 제품의 요구사항, 목적 계통도, QFD(품질기능전개) 분석을 통해 실제로 요구되는 사항을 파악하여 본 설계의 목표와 세부사항을 정해 설계를 진행하고자 한다.
 
====제품의 요구사항====
 
====제품의 요구사항====
 
내용
 
내용
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===개념설계안===
 
===개념설계안===
내용
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'''CO₂ 모니터링 및 필터링 자동화 시스템'''
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CO₂ 모니터링 및 필터링 자동화 시스템 구축을 위한 메커니즘을 설계하였다. 먼저, CO₂ 센서를 통해 실시간으로 농도를 감지한다. 이 때, CO₂ 농도가 1,000ppm을 넘게되면 송풍팬이 작동된다. 송풍팬이 작동됨에 따라, 필터링이 진행되고 토출구를 통해 정화된 공기가 나간다. 차량 내 CO₂ 농도가 목표 농도인 400ppm에 도달하게 되면, 송풍팬은 정지되고 대기 상태로 전환된다.
  
 
===이론적 계산 및 시뮬레이션===
 
===이론적 계산 및 시뮬레이션===
내용
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'''1) 시스템 작동 CO₂ 농도 설정'''
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설계에서 핵심이 되는 부분은 시스템 작동의 기준이 되는 CO₂ 농도 임계값 설정이다. 우선 국내 실내공기질 관리법에 따른 실내공기질 권고 기준을 검토한 결과, 일반 실내공간에서는 CO₂ 농도를 1500ppm 이하로 유지할 것을 권고하고 있다. 이는 법적,제도적 관점에서 요구되는 최소한의 기준으로 이 수준을 넘지 않으면 된다.
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CO₂ 농도에 따라 인체에 미치는 영향을 살펴보면, 약 400ppm 전후는 실외 대기 수준으로 가장 쾌적한 구간이며 1,000ppm 전후부터는 공기가 탁하게 느껴지거나 졸리고 집중력이 저하된다. 2,000ppm 이상에서는 두통, 피로감, 작업 및 학습 효율 저하 등의 현상이 크게 느껴진다. 특히 차량 실내는 일반 실내공간에 비해 부피가 매우 작고, 승차 인원, 주행 시간, 환기 여부 등에 따라 이산화탄소 농도가 빠르게 상승하는 밀폐 환경이라는 특성을 가진다. 이러한 점을 고려하여 보다 확실한 예방 효과를 목표로 하는 보수적인 기준을 적용하고자 하였다. 구체적으로 졸림과 집중력 저하가 본격적으로 나타나기 시작하는 구간 이전에 장치가 선제으로 개입할 수 있도록 시스템 작동 상한 임계 농도를 1,000ppm으로 설정하였으며, 흡착 운전 후에는 실외 대기 농도 수준에 근접한 400ppm까지 농도를 저감하는 것을 목표로 하였다.
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'''2) CO₂ 필터 설계'''
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CO₂ 흡착 필터는 앞에서 설정한 시스템 작동 임계 농도를 만족시키기 위해 Zeolite 13X를 이용한 CO₂ 흡착 필터의 설계 개념과 이론적 산정 과정을 제시한다. 대상 차량은 현대자동차의 아반떼로 설정하였으며, 차량의 실내 부피, 운전자 1인의 CO₂ 발생량, 제올라이트 13X의 단위 질량당 CO₂ 흡착 용량 및 온·압 조건을 반영하여 필요한 흡착제 질량과 필터 카트리지의 크기를 결정하였다.
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2-1) 설계 조건 및 차량 실내 부피 산정
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본 설계 조건은 다음과 같다.
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초기 CO₂ 농도: 실외 대기 수준인 400 ppm
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목표 최대 CO₂ 농도: 1,000 ppm
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운전자 1인 기준 CO₂ 발생량: 0.005 L/s (= 18 L/h)
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Zeolite 13X의 CO₂ 흡착량: 2.89 mmol/g (= 2.89×10⁻³ mol/g)
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온도: 상온 25 ℃, 압력: 1 atm
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환기 조건: 창문을 닫고 외기 유입이 거의 없는 밀폐에 가까운 상태로 가정
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대상 차종인 아반떼의 실내 치수는 다음과 같다.
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실내 길이: 2,720 mm
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실내 너비: 1,590 mm
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실내 높이: 1,420 mm
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실내 공간을 직육면체로 근사할 경우, 차량 실내 부피 는 다음과 같이 계산된다.
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실제 유효 공기 부피는 좌석 및 내장재를 고려하면 이보다 다소 작을 수 있으나, 설계 계산의 단순화와 안전 측면을 고려하여 6.13 m³를 차량 실내 부피로 사용하였다.
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2-2) 한 사이클에서 제거해야 하는 CO₂ 몰수
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이상기체 방정식을 활용하여 전체 기체의 몰수를 계산하면 다음과 같다.
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이때 CO₂ 농도가 1000 ppm에서 400 ppm으로 감소하기 위해서는 전체 기체 중 약 600 ppm에해당하는 CO₂가 제거되어야 하므로, 한 사이클 동안 필터가 제거해야 하는 CO₂의 몰수는 약 0.15mol 이다. 이를 25℃, 1 atm 기준 몰부피(약 24.45 L/mol)를 적용해 부피로 환산하면 약 3.68 L로, 본 설계에서는 이 값을 “실내 CO₂를 1000 ppm에서 400 ppm까지 낮추기 위해 필터가 한 사이클 동안 제거해야 하는 최소 CO₂ 정화 목표량”으로 정하였다.
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2-3) 제올라이트 13X 유효 흡착용량
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제올라이트 13X의  CO₂ 흡착용량은 2.89 mmol/g이지만, 실제로 이론값을 그대로 활용하기는 어렵다. 따라서, 충전 불균일·채널링·유속 분포 불균일 등으로 실질적인 이용률이 떨어지고 반복적인 흡착을 통해 흡착 용량이 감소하는 점을 고려해야 한다. 흡착용량 이용률 계수, 충전층 유효 이용률 계수, 장기 운전·재생 계수를 적용한 결과 제올라이트 13X의 유효 흡착용량은 0.00138mol/g으로 계산된다.
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흡착용량 이용률 계수:
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충전층 유효 이용률 계수:
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장기 운전·재생 계수:
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유효 흡착용량:
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2-4) 한 사이클 기준 제올라이트 13X 필요 질량
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한 사이클 기준 제올라이트 13X 필요 질량은 다음과 같이 계산되며 약 110g으로 설정하였였다.
  
 
===상세설계 내용===
 
===상세설계 내용===
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'''조립도'''
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'''부품도'''
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'''회로 설계'''
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'''소프트웨어 설계'''
  
 
==결과 및 평가==
 
==결과 및 평가==
 
===완료 작품의 소개===
 
===완료 작품의 소개===
 
====프로토타입 사진 혹은 작동 장면====
 
====프로토타입 사진 혹은 작동 장면====
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====포스터====
 
====포스터====
내용
 
  
 
===관련사업비 내역서===
 
===관련사업비 내역서===

2025년 12월 19일 (금) 01:03 기준 최신판

Images.jpg

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : CO₂ 농도 기반 졸음운전 방지 장치 설계

영문 : CO₂ Concentration Based Anti-drowsiness Device Design

과제 팀명

노슬립

지도교수

박영권 교수님

개발기간

2025년 9월 ~ 2025년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 2019890*** 김**(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 2019890*** 장**

서울시립대학교 환경공학부 2022890*** 구**

서울시립대학교 환경공학부 2022890*** 김**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 과제는 차량 흡입부에 CO₂ 센서 연동 저감 모듈을 적용해 캐빈 내 CO₂를 능동적으로 관리하는 기술을 개발하는 것이다. CO₂ 농도가 1,000 ppm을 넘으면 자동 개입하여 외기 혼합과 저감 동작을 수행하고, 짧은 시간 안에 약 400 ppm대로 복귀시켜 운전 중 각성 저하 위험을 줄이는 것을 목표로 한다.

개발 과제의 배경

한국도로공사 졸음운전 사고 통계에 따르면, 2020년부터 2024년까지의 총 졸음운전 사고 건수는 9,559건으로 교통사고 발생률 1위를 나타내고 있다. 이렇듯 졸음운전으로 인한 사고는 지속적으로 빈번히 발생하고 있다. 졸음운전은 히터를 사용하는 동절기와 에어컨을 사용하는 하절기에 주로 발생한다. 이는 냉/온방을 위해 외기 순환 모드 주행이 아닌 내기 순환 모드 주행을 하기 때문이다. 장거리 운전이나 내기 순환 위주 주행에서는 탑승자 호흡으로 CO₂가 빠르게 축적되어, 일부 연구에서 945–1,400 ppm 수준에서 관찰된 인지·의사결정 성능 저하 구간에 쉽게 도달할 수 있다. 차량 캐빈은 체적이 작고 환기율 변동이 커 CO₂ 변동폭이 큰 편이므로, 센서 기반 임계 제어로 CO₂를 항상 저레벨로 유지하는 능동 관리가 안전·쾌적성 확보에 필수적이다. 단순한 상시 외기 전환은 소음·냄새·에너지 손실 등 운용상 한계가 있어, 상황에 따라 임계(1,000 ppm)에서 자동 개입해 일반적인 공기질 수준인 400 ppm대로 복귀시키는 정밀 제어가 실사용 환경에 적합한 해법이다.

개발 과제의 목표 및 내용

본 설계는 차량 내 CO₂를 감지하고 필터링하여 화물 운송자와 같은 장시간 1인 운전자의 졸음을 사전에 예방하여 졸음운전 사고 발생률을 감소시키는 것을 목표로 한다. 구체적인 설계 목표는 다음과 같다.

1) CO₂ 센서를 통한 졸음방지 모드 작동

차량 내 CO₂ 센서를 설치해 졸음위험 농도 여부에 따라 자동적으로 졸음방지 모드를 작동시킨다. 졸음운전과 CO₂ 농도에 관한 연구에 따르면, 1,200ppm 부터 인지 및 의사결정 저하에 영향을 끼칠 수 있다고 한다. 이러한 영향의 사전예방을 위해서는 졸음방지 모드 작동 시작점을 효과적으로 설정해야 한다. 모드 작동 이후 모듈을 통한 CO₂ 필터링에 시간이 소요되기에 즉각적으로 CO₂ 감소 효과가 일어나지 않는다. 따라서 본 설계에 사용하는 필터의 성능 테스트를 통해 시간에 따른 CO₂ 감소량을 파악하였고, 이를 통해 시작점을 1,000ppm으로 설정했다.

2) CO₂ 필터링 모듈

졸음방지 모드 작동에 따라 선택적으로 CO₂를 감소시키기 위해서 소형 팬과 CO₂ 필터로 구성된 모듈을 만들어 차량 내부에 설치해 필터링을 하고자 한다. 원활한 흡착을 위해 소형 팬을 부착하였다.

3) 실제 차량 내 자동화 시스템 구축

시스템은 평소에는 대기 상태로 두다가, 실내 CO₂ 농도가 임계치(약 1,000 ppm)를 넘어설 경우 자동으로 작동한다. 모듈 내 소형 팬이 활성화되면서 공기를 전용 필터로 통과시켜 CO₂를 선택적으로 제거하고, 농도가 안정 수준으로 돌아오면 다시 절전 모드로 전환된다. 이렇게 하면 불필요한 전력 낭비와 필터 수명 저하를 막으면서, 운전자의 개입 없이 졸음운전 위험을 사전에 차단할 수 있다. 필터 소재는 MOF, 아민계, 제올라이트 등 다양한 후보를 비교해 성능, 비용, 재생 가능성을 검토하여 최종적으로 제올라이트로 선정했다. 모듈은 교체형 카트리지 구조로 설계해 사용자가 간단히 교체할 수 있도록 했다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

  • 전 세계적인 기술현황

내용

  • 특허조사 및 특허 전략 분석

내용

  • 기술 로드맵

내용

시장상황에 대한 분석

  • 경쟁제품 조사 비교

내용

  • 마케팅 전략 제시

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

1) CO₂ 농도 모니터링 및 필터링 자동화 시스템

모니터링 및 필터링 시스템의 자동화를 통해 1인 운전자가 운전에 집중할 수 있는 환경을 조성할 수 있다.

2) 필터링 범위 확대

기존 환기 시스템 필터링 최소 농도인 2,000ppm보다 1,000ppm을 확대시켜 운전자가 졸음을 느낄 수 없도록 하는 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있다.

3) 악천후 상황에 효과적인 기술

외기 모드를 사용하기 어려운 악천후 상황에서 해당 시스템을 사용해 효과적으로 차량 내 공기질을 향상시킬 수 있다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

1) 졸음운전 사고 사전 예방 가능

졸음 유발 가능성을 차단함으로써 졸음운전 사고를 사전에 예방 가능하며, 더 나아가 쾌적한 운전 환경을 조성할 수 있다.

2) 사고 발생 시 처리 비용 절감 가능

졸음운전 사고로 인해 발생하는 치료비, 수리비 등 수습 비용을 절감할 수 있다.

3) 안전 운전 문화 확산에 기여

운전자가 졸음운전을 주의하는 환경을 조성하여, 안전 운전 문화를 확산시키는 데 기여할 수 있다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

설계 제품의 요구사항, 목적 계통도, QFD(품질기능전개) 분석을 통해 실제로 요구되는 사항을 파악하여 본 설계의 목표와 세부사항을 정해 설계를 진행하고자 한다.

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

CO₂ 모니터링 및 필터링 자동화 시스템

CO₂ 모니터링 및 필터링 자동화 시스템 구축을 위한 메커니즘을 설계하였다. 먼저, CO₂ 센서를 통해 실시간으로 농도를 감지한다. 이 때, CO₂ 농도가 1,000ppm을 넘게되면 송풍팬이 작동된다. 송풍팬이 작동됨에 따라, 필터링이 진행되고 토출구를 통해 정화된 공기가 나간다. 차량 내 CO₂ 농도가 목표 농도인 400ppm에 도달하게 되면, 송풍팬은 정지되고 대기 상태로 전환된다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

1) 시스템 작동 CO₂ 농도 설정

설계에서 핵심이 되는 부분은 시스템 작동의 기준이 되는 CO₂ 농도 임계값 설정이다. 우선 국내 실내공기질 관리법에 따른 실내공기질 권고 기준을 검토한 결과, 일반 실내공간에서는 CO₂ 농도를 1500ppm 이하로 유지할 것을 권고하고 있다. 이는 법적,제도적 관점에서 요구되는 최소한의 기준으로 이 수준을 넘지 않으면 된다.

CO₂ 농도에 따라 인체에 미치는 영향을 살펴보면, 약 400ppm 전후는 실외 대기 수준으로 가장 쾌적한 구간이며 1,000ppm 전후부터는 공기가 탁하게 느껴지거나 졸리고 집중력이 저하된다. 2,000ppm 이상에서는 두통, 피로감, 작업 및 학습 효율 저하 등의 현상이 크게 느껴진다. 특히 차량 실내는 일반 실내공간에 비해 부피가 매우 작고, 승차 인원, 주행 시간, 환기 여부 등에 따라 이산화탄소 농도가 빠르게 상승하는 밀폐 환경이라는 특성을 가진다. 이러한 점을 고려하여 보다 확실한 예방 효과를 목표로 하는 보수적인 기준을 적용하고자 하였다. 구체적으로 졸림과 집중력 저하가 본격적으로 나타나기 시작하는 구간 이전에 장치가 선제으로 개입할 수 있도록 시스템 작동 상한 임계 농도를 1,000ppm으로 설정하였으며, 흡착 운전 후에는 실외 대기 농도 수준에 근접한 400ppm까지 농도를 저감하는 것을 목표로 하였다.

2) CO₂ 필터 설계

CO₂ 흡착 필터는 앞에서 설정한 시스템 작동 임계 농도를 만족시키기 위해 Zeolite 13X를 이용한 CO₂ 흡착 필터의 설계 개념과 이론적 산정 과정을 제시한다. 대상 차량은 현대자동차의 아반떼로 설정하였으며, 차량의 실내 부피, 운전자 1인의 CO₂ 발생량, 제올라이트 13X의 단위 질량당 CO₂ 흡착 용량 및 온·압 조건을 반영하여 필요한 흡착제 질량과 필터 카트리지의 크기를 결정하였다.


2-1) 설계 조건 및 차량 실내 부피 산정 본 설계 조건은 다음과 같다.

초기 CO₂ 농도: 실외 대기 수준인 400 ppm 목표 최대 CO₂ 농도: 1,000 ppm 운전자 1인 기준 CO₂ 발생량: 0.005 L/s (= 18 L/h) Zeolite 13X의 CO₂ 흡착량: 2.89 mmol/g (= 2.89×10⁻³ mol/g) 온도: 상온 25 ℃, 압력: 1 atm 환기 조건: 창문을 닫고 외기 유입이 거의 없는 밀폐에 가까운 상태로 가정 대상 차종인 아반떼의 실내 치수는 다음과 같다. 실내 길이: 2,720 mm 실내 너비: 1,590 mm 실내 높이: 1,420 mm

실내 공간을 직육면체로 근사할 경우, 차량 실내 부피 는 다음과 같이 계산된다.

실제 유효 공기 부피는 좌석 및 내장재를 고려하면 이보다 다소 작을 수 있으나, 설계 계산의 단순화와 안전 측면을 고려하여 6.13 m³를 차량 실내 부피로 사용하였다.


2-2) 한 사이클에서 제거해야 하는 CO₂ 몰수

이상기체 방정식을 활용하여 전체 기체의 몰수를 계산하면 다음과 같다.

이때 CO₂ 농도가 1000 ppm에서 400 ppm으로 감소하기 위해서는 전체 기체 중 약 600 ppm에해당하는 CO₂가 제거되어야 하므로, 한 사이클 동안 필터가 제거해야 하는 CO₂의 몰수는 약 0.15mol 이다. 이를 25℃, 1 atm 기준 몰부피(약 24.45 L/mol)를 적용해 부피로 환산하면 약 3.68 L로, 본 설계에서는 이 값을 “실내 CO₂를 1000 ppm에서 400 ppm까지 낮추기 위해 필터가 한 사이클 동안 제거해야 하는 최소 CO₂ 정화 목표량”으로 정하였다.


2-3) 제올라이트 13X 유효 흡착용량

제올라이트 13X의 CO₂ 흡착용량은 2.89 mmol/g이지만, 실제로 이론값을 그대로 활용하기는 어렵다. 따라서, 충전 불균일·채널링·유속 분포 불균일 등으로 실질적인 이용률이 떨어지고 반복적인 흡착을 통해 흡착 용량이 감소하는 점을 고려해야 한다. 흡착용량 이용률 계수, 충전층 유효 이용률 계수, 장기 운전·재생 계수를 적용한 결과 제올라이트 13X의 유효 흡착용량은 0.00138mol/g으로 계산된다. 흡착용량 이용률 계수: 충전층 유효 이용률 계수: 장기 운전·재생 계수: 유효 흡착용량:


2-4) 한 사이클 기준 제올라이트 13X 필요 질량

한 사이클 기준 제올라이트 13X 필요 질량은 다음과 같이 계산되며 약 110g으로 설정하였였다.

상세설계 내용

조립도

부품도

회로 설계

소프트웨어 설계

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

포스터

관련사업비 내역서

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용