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| + | ====1. 가로등 부착형 공기정화기(10-2018-0048605)==== | ||
| + | 가. 특허 정보 | ||
| + | * 특허권자: 이종규 | ||
| + | * 출원일자: 2018년 04월 06일 | ||
| + | 나. 특허 요약 | ||
| + | * 가로등 부착형 공기정화기에 관한 것이며 빗물에 의한 먼지 저감 장치와 자동 세척수 처리 장치 등을 포함 | ||
| + | * 가로등 측면에 설치되는 가로등 부착형 공기정화기이며, 이는 빛을 발하는 청사초롱 장치와 공기 내 미세먼지를 제거하는 필터부를 포함 | ||
| + | * 필터부 내에는 빗물을 받는 장치가 있는데 여기서 빗물과 세정액을 결합하여 수세식으로 미세먼지를 제거하는 원리 | ||
| + | * 세척수는 공기정화장치 내에 구비된 관을 통해 배출됨, 이때 관 내에 설치된 활성탄과 EM 미생물을 포함하는 황토볼을 활용하여 세척수 내 오염물질을 제거 | ||
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| + | 다. 특허 효과 | ||
| + | * 가로등 부착형 공기정화기로 가로등 근처의 미세먼지를 제거하여 대기오염물질을 저감 | ||
| + | * 우수 활용해 세정액의 EM 황토볼을 세척하고, 세척에 사용된 물을 다시 정화하는 구조로 자동 세척 공정이므로 관리 비용 감소 및 편리성이 향상 | ||
| + | * 태양광 에너지 이용하여 전원 공급할 수 있어 전력 소비 및 유지 비용을 절감 | ||
| + | * 설치가 용이하여 사용상 편이성이 높음 | ||
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| + | ====미세먼지 정화 기능이 구비된 스마트 가로등(10-2022-0117638)==== | ||
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| + | 가. 특허 정보 | ||
| + | * 특허권자: 한국해양대학교 산학협력단(주양익, 김도훈) | ||
| + | * 출원일자: 2021년 02월 17일 | ||
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| + | 나. 특허 요약 | ||
| + | * 태양광 발전 설비를 포함하면서 미세먼지의 살균 필터링 기능이 있는 스마트가로등 | ||
| + | * 미세먼지 측정 센서를 포함하며, 해당 센서에서 감지되는 농도에 따라 미세먼지 정화 시설의 가동 정도를 조절 | ||
| + | * 미세먼지 정화 시설을 가동하지 않을 때는 태양광 발전을 통해 얻는 전력을 가로등의 광원에 활용 | ||
| + | * 미세먼지의 농도를 직접 측정하고 이를 장치를 통해 접근하여 미세먼지 농도를 얻을 수 있게 하는 설비를 포함 | ||
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| + | 다. 특허 효과 | ||
| + | * 야간 시야 확보 기능과 동시에 미세먼지를 제거하는 가로등을 설계하여 가로등의 역할 확장 | ||
| + | * 자체 태양광 발전에 의해 생성된 전기를 활용해 환경오염 줄이고 전력량을 절감 | ||
| + | * 공기정화 기능과 조명 기능을 선택적으로 가동하여 태양광 발전에 의해 충전된 배터리의 방전 및 수명 단축 문제 완화 | ||
| + | * 공기정화 부의 가동을 대기질 상태 및 도로 이동오염원인 자동차가 많이 다니는 도로 및 시간대에 따라 제어하여 전기를 효율적으로 사용 | ||
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| + | ====세척이 가능한 헤파필터(10-2021-0132877)==== | ||
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| + | 가. 특허 정보 | ||
| + | * 특허권자: 김태민 | ||
| + | * 출원일자: 2020년 04월 28일 | ||
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| + | 나. 특허 요약 | ||
| + | * 필터는 지지대에 고정되며, 지지대 아래로 필터 튜브가 돌출되는 구조로 구성 | ||
| + | * 돌출된 필터 튜브들은 세척조에 침전되어 세척되고 건조 | ||
| + | * 세척조는 동력으로 위아래로 올라갔다 내려갈 수 있도록 구성하여 세척 시기와 비세척 시기를 구분 | ||
| + | * 세척조 내에 설치된 분사 노즐을 통해 세척액을 유출구 위에 분사하여 필터 튜브를 세척 및 기능 회복을 진행 | ||
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| + | 다. 특허 효과 | ||
| + | * 헤파필터 표면의 공극에 쌓이는 미세먼지를 씻을 수 있어 성능 저하를 방지 | ||
| + | * 필터의 표면에 배출되지 못하고 남아있는 미생물의 성장으로 발생하는 곰팡이 등을 방지 | ||
| + | * 헤파필터의 교체 주기가 길어지기 때문에 운영 비용이 절감 | ||
| + | * 기존 헤파필터의 세척 시 재사용이 불가능하다는 점을 보완 | ||
===기술 로드맵=== | ===기술 로드맵=== | ||
2024년 12월 19일 (목) 22:01 판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 자동 세척 및 건조 시스템을 활용한 대기질 개선 스마트 가로등
영문 : Designing smart streetlight for air quality improvement using automatic cleaning and drying system
과제 팀명
H2S2H
지도교수
서명원 교수님
개발기간
2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 환경공학부 20198900** 최*수(팀장)
서울시립대학교 환경공학부 20198900** 이*영
서울시립대학교 환경공학부 20198900** 전*형
서울시립대학교 환경공학부 20198900** 조*진
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
해당 과제에서는 자동세척장치를 이용한 대기질 개선 스마트가로등의 설계를 진행한다.
(1) 자동 세척 및 건조 공정을 갖춘 실외 미세먼지 저감 장치
(2) IoT 기반의 미세먼지 농도 및 장치 내 습도에 따른 운영 조절 시스템과 센서
(3) 강수 감지에 따른 자동 개폐형 우수 재활용 장치를 포함한다.
개발 과제의 배경
1) 서울시 내 대기오염 문제와 대기질 개선 필요성
- 2022년에 OECD 국가 중 한국은 PM2.5 농도가 가장 높은 국가로 평가
- 장기간 PM2.5에 노출될 경우, 서울 주민의 평균 기대 수명이 약 1.4년 단축, 대기오염으로 인해 연간 약 7,700명이 조기 사망할 것으로 추정
2) 실외 미세먼지의 특성과 실외 공기정화장치의 필요성
- 실외 미세먼지의 발생 요인 중 해외 발생 비율이 48%이므로 실외 미세먼지를 직접적으로 줄이는 것 또한 매우 중요
- 그러나 국내의 미세먼지 저감 대책은 발생원 위주 규제에 초점
3) 도시 내 기존 공기정화장치의 문제점 및 소형 공기정화장치의 필요성
- 기존 도시 공기정화장치는 거리가 떨어지면 정화 효과가 급감하여 전체적인 효과가 제한적
- 또한, 설치 비용과 유지보수 비용이 많이 들어 상용화에 한계
- 이러한 문제점을 보완하기 위해서 기존에 광범위하게 설치된 가로등에 공기 정화 장치를 부착하여 공기정화 가로등을 설계 예정
- 스마트 운영시스템을 도입하여 운영 효율성을 향상하여 비용을 줄이고자 함
4) 스마트가로등의 도입 현황과 필요성
- 전세계적으로 스마트 가로등의 도입이 확대되고 있음
- 서울시 역시 스마트폴이라는 이름의 스마트 가로등을 점점 늘려가고 있음
- 도시 내 스마트가로등은 시스템 효율화 및 부가가치 창출을 위해 도입될 필요
5) 공기정화 스마트폴의 필요성
- 공기정화를 할 수 있는 스마트폴 모델은 존재하지 않음
- 이번 설계에서 미세먼지 저감 최적화를 위한 스마트가로등을 설계하며 이를 공기정화 스마트폴로 제안
개발 과제의 목표 및 내용
1) 개발 과제의 목표
- 기존 가로등에 설치할 수 있는 소형 장치 설계
- 미세먼지 농도에 따른 운영 최적화 시스템 설계
- 유지관리를 용이하게 하기 위한 자동 세척 및 건조 시스템 설계
2) 개발 과제의 내용
- 오염도 감지에 따른 스마트 공기정화 시스템 설계
- 자동 세척 및 건조 시스템 설계
- 강우 감지 자동개폐형 우수저장조 설계
관련 기술의 현황_기술 현황 및 분석
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
가. 고성능 공기 정화 필터(HEPA)
- HEPA(High Efficiency Particulate Air)필터는 주로 유리섬유로 짜여 있어 매우 높은 여과 성능을 보이는 필터
- 현재 소형 공기청정기와 진공청소기에서 주로 사용
- 실외에서 사용 시 먼지 제거 효율성을 높지만, 성능 유지를 위해서 필터 교체가 자주 필요
나. 실외용 DEMC 모듈 필터
- DEMC (De-dusting, Ever-lasting efficiency, Maintenance-free Custom-fit) 모듈 필터는 실외 환경에서 미세먼지를 효과적으로 제거하는 기술
- HEPA 필터와 비교 시 초기 먼지 제거 효율은 낮지만, 필터 교체 없이 오랜 시간 성능을 유지하며, 실외 대기질 개선을 위해 설계된 기술
- 다양한 크기의 먼지를 제거할 수 있으며, 외부 공기 흐름을 원활히 유지하여 압력손실을 최소화함
다. 물세척 가능 세라믹 촉매 필터(CCF)
- 물세척 가능한 세라믹 촉매 필터(CCF)는 미세먼지와 휘발성 유기 화합물(VOCs)을 동시에 제거하는 최신 필터 기술
- 이 필터의 주요 집진 원리는 구리 산화물(Cu2O)과 이산화티타늄(TiO2)을 이용한 광촉매 반응으로 VOCs를 CO2로 분해
- 이 필터는 최대 20년 동안 재사용할 수 있으며 물세척만으로 성능을 유지할 수 있어 유지보수 비용이 적게 들고 효과적으로 대기질 개선을 가능하게 하는 장치
특허조사 및 분석
1. 가로등 부착형 공기정화기(10-2018-0048605)
가. 특허 정보
- 특허권자: 이종규
- 출원일자: 2018년 04월 06일
나. 특허 요약
- 가로등 부착형 공기정화기에 관한 것이며 빗물에 의한 먼지 저감 장치와 자동 세척수 처리 장치 등을 포함
- 가로등 측면에 설치되는 가로등 부착형 공기정화기이며, 이는 빛을 발하는 청사초롱 장치와 공기 내 미세먼지를 제거하는 필터부를 포함
- 필터부 내에는 빗물을 받는 장치가 있는데 여기서 빗물과 세정액을 결합하여 수세식으로 미세먼지를 제거하는 원리
- 세척수는 공기정화장치 내에 구비된 관을 통해 배출됨, 이때 관 내에 설치된 활성탄과 EM 미생물을 포함하는 황토볼을 활용하여 세척수 내 오염물질을 제거
다. 특허 효과
- 가로등 부착형 공기정화기로 가로등 근처의 미세먼지를 제거하여 대기오염물질을 저감
- 우수 활용해 세정액의 EM 황토볼을 세척하고, 세척에 사용된 물을 다시 정화하는 구조로 자동 세척 공정이므로 관리 비용 감소 및 편리성이 향상
- 태양광 에너지 이용하여 전원 공급할 수 있어 전력 소비 및 유지 비용을 절감
- 설치가 용이하여 사용상 편이성이 높음
미세먼지 정화 기능이 구비된 스마트 가로등(10-2022-0117638)
가. 특허 정보
- 특허권자: 한국해양대학교 산학협력단(주양익, 김도훈)
- 출원일자: 2021년 02월 17일
나. 특허 요약
- 태양광 발전 설비를 포함하면서 미세먼지의 살균 필터링 기능이 있는 스마트가로등
- 미세먼지 측정 센서를 포함하며, 해당 센서에서 감지되는 농도에 따라 미세먼지 정화 시설의 가동 정도를 조절
- 미세먼지 정화 시설을 가동하지 않을 때는 태양광 발전을 통해 얻는 전력을 가로등의 광원에 활용
- 미세먼지의 농도를 직접 측정하고 이를 장치를 통해 접근하여 미세먼지 농도를 얻을 수 있게 하는 설비를 포함
다. 특허 효과
- 야간 시야 확보 기능과 동시에 미세먼지를 제거하는 가로등을 설계하여 가로등의 역할 확장
- 자체 태양광 발전에 의해 생성된 전기를 활용해 환경오염 줄이고 전력량을 절감
- 공기정화 기능과 조명 기능을 선택적으로 가동하여 태양광 발전에 의해 충전된 배터리의 방전 및 수명 단축 문제 완화
- 공기정화 부의 가동을 대기질 상태 및 도로 이동오염원인 자동차가 많이 다니는 도로 및 시간대에 따라 제어하여 전기를 효율적으로 사용
세척이 가능한 헤파필터(10-2021-0132877)
가. 특허 정보
- 특허권자: 김태민
- 출원일자: 2020년 04월 28일
나. 특허 요약
- 필터는 지지대에 고정되며, 지지대 아래로 필터 튜브가 돌출되는 구조로 구성
- 돌출된 필터 튜브들은 세척조에 침전되어 세척되고 건조
- 세척조는 동력으로 위아래로 올라갔다 내려갈 수 있도록 구성하여 세척 시기와 비세척 시기를 구분
- 세척조 내에 설치된 분사 노즐을 통해 세척액을 유출구 위에 분사하여 필터 튜브를 세척 및 기능 회복을 진행
다. 특허 효과
- 헤파필터 표면의 공극에 쌓이는 미세먼지를 씻을 수 있어 성능 저하를 방지
- 필터의 표면에 배출되지 못하고 남아있는 미생물의 성장으로 발생하는 곰팡이 등을 방지
- 헤파필터의 교체 주기가 길어지기 때문에 운영 비용이 절감
- 기존 헤파필터의 세척 시 재사용이 불가능하다는 점을 보완
기술 로드맵
관련 기술의 현황_시장 상황에 대한 분석
경쟁제품 조사 및 비교
내용
마케팅 전략
SWOT 분석
가. Strengths 강점
- 집진 장치의 자동 세척 및 건조 공정으로 인한 유지관리 비용 절약
- 소형 도시 대기오염 저감장치의 활용을 통한 부지 면적 최소화
- 기존 가로등 활용에 따른 낮은 부대 설치비용 / 우수 재활용에 따른 추가 경제성 확보
나. Weaknesses 약점
- 집진 장치 세척수로 인한 폐수 발생 / 초기 설치 비용 소요
- 추가 동력 설비로 인한 에너지 소비량 증가
다. Opportunities 기회
- 스마트 도시화 확대에 따른 도시 내 IoT 기술 수요 증가
- 대기질 개선 관련 규제의 강화에 따른 대기오염물질 저감 필요성 증가
라. Threats 위협
- 해당 기술에 대한 시장 수용성이 낮으면 기술 채택이 되지 않을 수 있음
- 도시 내 대기오염 저감에 대한 사회적 관심도 부족
SWOT 분석에 따른 전략 수립
가. S/O 전략 (강점을 살려 기회를 최대화하는 전략)
- 적합한 IoT 기술 및 자동화를 도입한 소형 대기오염 저감장치를 통해 스마트 도시에 기여
나. S/T 전략 (강점을 이용한 위협을 극복하는 전략)
- 경제성 확보 및 성능 보장을 통해 낮은 시장 수용성에 대한 대처 능력을 키움
다. W/O 전략 (약점을 보완하여 기회를 포착하는 전략)
- 에너지 소비량 증가를 스마트 운영과 자동화 방식으로 보완하여 스마트 도시화와 대기질 규제 강화 기회를 최대한 활용
라. W/T 전략 (약점을 최소화하여 위협에 대처하는 전략)
- 저감장치의 공간적 범위를 고려한 설치 장소의 최소화를 통해 초기 설치 비용을 절약하여 시장 경쟁성을 확보
개발과제의 기대효과
기술적 · 사회적 기대효과
- (빗물 재활용 세정) 우수 재활용을 통한 물 재이용성 증가 및 부가가치 창출
- (미세먼지 저감) 도시 내 미세먼지 및 비산먼지 저감 및 대기질 개선 효과
- (자동 세척) 집진 장치의 자동 세척 및 건조를 통한 유지관리성 상승
- (IoT) 대기오염물질 농도에 따른 운영 강도 조절을 통한 운영 효율성 상승
- (가로등 부착형) 기존 가로등에 부착하고 설치하여 적용성 증가 및 공간 활용성 증가
- (대기질 개선 스마트폴 활용) 대기질 개선 스마트폴의 개발로 인한 지자체 내 대기오염 인식 개선
경제적 기대효과
- (운영 비용) 운영 효율성 상승에 따른 운영 비용 감소
- (유지관리 비용) 필터 교체 및 장치 부식 등에 필요한 유지관리비 감소
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
내용
구성원 및 추진체계
내용
설계사양
제품의 요구사항
내용
목적계통도
개념설계안
모식도
내용
개념설계내용
내용
상세 설계안_이론적 계산을 통한 집진 장치 설계 & 운영방식 결정
자동 세척 및 건조 공정을 갖춘 실외 미세먼지 저감 장치 - (1) 소형 미세먼지 저감장치 설계
내용
자동 세척 및 건조 공정을 갖춘 실외 미세먼지 저감 장치 - (2) 자동 세척 및 건조 공정 설계
내용
IoT 기반의 미세먼지 농도 및 장치 내 습도에 따른 운영 조절 시스템과 센서
내용
강수 감지 기능이 포함된 자동 개폐형 우수 재활용 장치
내용
상세 설계안_하드웨어 및 소프트웨어 설계
조립도 및 3D 설치 모형
내용
부품도
내용
제어부 및 회로 설계
내용
소프트웨어 설계
내용
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
개발 사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
완료 작품의 경제성 평가
내용
완료 작품의 자체 평가 항목에 따른 총괄 평가
내용
향후계획
- 실규모 장치의 집진 성능 평가 및 실증화
- 지역별 특성을 고려하여 최적화된 가로숨 설치 규모와 위치 결정 프로토콜 설계
참고문헌
내용
