"6조-과기간짱돌"의 두 판 사이의 차이

2020년 6월 27일 (토) 22:32 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 신소재종합설계

영문 :

과제 팀명

과기관 짱돌

지도교수

정재필 교수님

개발기간

2020년 3월 ~ 2020년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학과 201445000** 이*형 (팀장)

서울시립대학교 신소재공학과 201445000** 김*우

서울시립대학교 신소재공학과 201445000** 손*희

서울시립대학교 신소재공학과 201445000** 조*영

서울시립대학교 신소재공학과 201745000** 양*림

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

• 본 과제를 통하여 개발하려는 장치는 화재 시 신속한 대피 및 구조에 관한 것이다. 화재가 발생하여 온도가 올라가면 문고리와 함께 부착되어 있는 래치가 잠금이 해제되고, 위급한 상황에서 물리적으로 힘을 주어 문을 열지 않아도 되는 편리성이 있다.

• 래치 내부에 있는 바이메탈 스위치가 특정 온도 이상에 도달하면, 건전지에서 전압이 공급되어 아두이노 회로를 가동하게 된다. 그러면, 회로와 연결되어 있는 모터가 돌아가고, 랙과 피니언 기어에 의해 인입기에 힘이 작용된다. 힘이 적용되면, 인입기와 부착된 데드볼트와 래치볼트가 잠금이 해제되는 방향으로 이동하게 되는 원리이다.

• 화재 발생시 급하게 탈출해야 함에도, 몸이 불편해 탈출에 어려움이 있을 수 있는 아동, 노인과 같은 신체적 약자들에게 큰 효과를 기대할 수 있다.

• 또한, 소방대원들이 현장에 출동하여 집 내부로 들어갈 경우, 문을 훼손하지 않고도 신속하게 출입하여 화재를 진압하는 데 도움을 줄 수 있다.

• 래치는 문의 내부에 내장되어있는 점을 고려하였고, 부피가 늘어나더라도 외관상 큰 문제를 주지 않는다는 장점이 있다. 그리고 아두이노 회로, 모터, 랙과 피니언 기어 등 제작에 필요한 부품들이 문을 열고 잠그는 기존의 기능에는 방해를 주지 않으면서, 화재 시에만 자동으로 작동한다는 점이 큰 장점이라고 할 수 있다.

개발 과제의 배경

• 화재 발생 시, 노약자, 장애인, 어린이들이 빠르게 대피하지 못하고 숨진 사례가 최근에도 빈번히 일어나고 있다. 이러한 이유에는 화재상황을 미처 알아차리지 못해 문을 찾지 못하거나 고온으로 인한 문손잡이에 의한 화상 등이 있었다.

• 소방관들이 집 내부에 있는 사람을 구조하기 위해서 문을 부숴야 하는 경우가 다수 발생하고 있다. 이는 긴급 상황에서 구조를 늦출 뿐만 아니라 문을 파괴해야하는 위험을 동반한다. 실제 소방관이 불을 끄다가 문을 부수거나 집기를 훼손하는 경우 손해배상을 하라며 소송을 거는 사례가 있고 서울소방재난본부가 자체 조사한 결과에 따르면 2015년부터 2017년 상반기까지 2년6개월간 화재진압 등으로 파손된 기물을 변제하거나 변제 요구를 받은 사례는 총54건에 이른다.

• 최근에는 디지털 도어락의 사용량이 많이 사용하는 추세이다. 디지털 도어락은 국가기술표준원에서 규정한대로 실내 온도가 60도 이상이 되면 자동으로 열리게 설계되어 있다. 하지만 디지털 도어락의 화재 안전성에 대한 실험적 연구에서 불이 크게 났을 경우 시야가 보이지 않고 회로가 용융되는 문제점이 생겼다. 따라서 이러한 안정성을 더욱 확보하고자 하였다.

• 현재 시중에 나와 있는 문고리를 구성하는 래치의 구조는 거의 비슷하다. 화재상황에 대비하기 위해서 모든 문고리를 다른 형태로 대체하기는 힘들다. 따라서 기존의 틀을 유지하면서 제품을 사용화 한다면 현재 사용하고 있는 문고리에 쉽게 적용 가능하여 간단하게 교체 가능할 것으로 예상된다.

개발 과제의 목표 및 내용

- 본 과제의 목표는 화재 시 문의 잠금을 자동으로 해제시켜주어 대피 및 구조를 용이하게 만드는 데에 있다. 이에 따라 중요한 3가지 목표를 달성하고자 하였다.

 1. 온도가 60도 이상이 되면 사람의 물리적인 힘없이 래치구조가 자동으로 해제 되도록 한다.
 2. 래치 구조의 잠금이 해제되면 문이 열렸다는 사실을 알려주기 위해서 부저가 울리도록 한다. 
 3. 바이메탈 스위치를 이용하여 회로의 ON/OFF를 결정하여 제품이 작동되도록 한다. 

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황

• 도어락 관련 최신 기술

- 일반 문고리 일반적인 도어에 구비되는 도어락 장치는, 바 타입 또는 라운드 진, 둥근 모양의 도어 레버와, 이 도어 레버의 회전에 의해 전진 또는 후진하는 래치 볼트를 포함하여 구성된다. 이때 래치 볼트의 전진은 래치 볼트가 도어 외측으로 튀어나오는 움직임을 말하며, 래치 볼트의 후진은 래치 볼트가 도어 내측으로 들어가는 움직임을 말한다. 또한 대체로 문고리를 살펴보았을 때 핵심부품은 같은 구조를 갖고 있었다.

- 디지털 도어락 사람들은 점점 다른 사람들로부터 개인의 공간을 침입 받기를 싫어하는 현상으로 사회가 변화되고 있으며, 더욱 이 현대사회는 정보사회로 각종 정보에 대한 비밀을 유지하기 위하여 출입문에 대한 통제가 강화되고 있다. 이와 같이 출입문에 대한 통제를 위한 방안 중 하나가 도어락 장치를 설치하여 허가된 사람만이 출입을 허용하도록 하고, 허가 받지 못한 사람은 출입을 규제하도록 하고 있다. 전통적인 도어락 장치에서는 열쇠가 필수적 구성이나 다름없었다. 하지만, 최근에 개발되고 있는 전자회로를 구비한 디지털용 도어락 장치들에 있어서 열쇠는 비상시 사용되는 보조수단으로 이용되며, 열쇠의 기능은 비밀번호나 지문 등을 입력하는 것에 의해 대체되고 있으며, 입력된 비밀번호나 지문은 도어락 장치 내에 구비되어 인증 여부를 판단하는 제어부의 전자회로(이하 "제어부"라 함)에 의해 인증을 받게 된다. 디지털용 도어락 장치는 기본적으로 데드볼트(Dead Bolt)와 체크볼트(Check Bolt)를 구비한다. 데드볼트가 출입문 틀에 형성되는 데드볼트 홈에 삽입된 경우, 실외에서 실내로 출입하고자 하는 자는 비밀번호나 지문 등을 입력하여 인증을 받아야만 데드볼트를 데드볼트 홈으로부터 이탈시켜 출입문을 열 수 있다. 체크볼트는, 출입문 이 열리고 다시 닫힐 때, 출입문이 출입문 틀에 정렬되었는지를 체크(check)하여 데드볼트가 다시 데드볼트 홈으로 삽입되도록 한다. 디지털용 도어록 장치는, 이러한 데드볼트 및 체크볼트의 구동과 관련된 여러 부품들을 내장하기 위해 모티스(Mortice)를 구비한다. 일반적으로 모티스는 출입문의 내부 공간에 설치되어, 출입문이 닫힌 경우 일측면이 출 입문 틀에서 데드볼트 홈이 형성된 부근에 대향하도록 마련된다. 최근 도어락 시장은 포화상태이며 저가경쟁을 하고 있다. 또한 스마트폰의 활성화로 IOT기술이 대두되면서 기술력을 개발하여 IOT 디지털 도어락을 개발하려는 움직임이 많이 확보되고 플랫폼 연동 APP 및 서버를 개발하여 도어락에 장착하는 경우까지 생기고 있다. 또한 AI를 갖춘 스마트폰 연동 고기능 사양을 가춘 도어락으로 ‘AI락‘을 개발하고 있다.

• 바이메탈 관련 기술

두 개의 다른 금속을 접착시켜 하나의 판을 만든 것이다. 바이메탈을 만드는데 사용되는 두 개의 금속은 서로 다른 팽창계수를 가지는데, 이로 인해서 온도가 변화할 때 팽창 및 수축이 일어나는 정도가 달라 작은 온도변화에도 판이 구부러지는 특성을 갖는다. 온도의 변화에 따라 기기의 작동을 조절하는 장치에 주로 사용된다. 여러 가지의 금속조합이 사용되는데 니켈과 황동의 조합이 가장 일반적으로 사용된다. 저온 상태에서는 수평한 편이 온도 증가에 따라 팽창률이 작은 쪽으로 구부러지며 전원을 차단하는 형태로 작동하는 것이 많다. 일정 온도 이상에서 회로 연결을 끊어야 할 때 많이 쓰인다. 온도를 조절하는 다른 방법에 비해 경제적이다. 참고로 일정량 이상의 전류가 흐르면 스스로 끊기는 보호장치인 퓨즈와는 달리 일회용이 아니다. 여기서도 세부적으로는 두 가지로 나뉘는데, 자동 복귀형은 발열부의 온도를 감지하여 설정 온도 이상 고온 발열 시 전원이 차단되며 설정 온도 내에서 자동 복귀하는 제품이며, 수동 복귀형은 발열부의 온도를 감지하여 설정 온도 이상으로 올라가면 전원 차단 이상 조치 후에 사용자가 직접 리셋 과정을 실행하여 복귀시키는 제품이다. 주로 단순한 전열기기에 많이 쓰인다. 다리미, 전기밥솥, 토스터, 전기주전자, 온풍기 등의 가전제품이나 화재 경보기, 온도계를 만드는 데에도 쓰인다. 다리미를 쓸 때 소리를 잘 들어 보면 '딸깍'하는 작은 소리가 들리는데 이것은 바이메탈 접점이 붙었다 떨어졌다 할 때 나는 소리이다. 자동 개폐 장치에 쓰이는 경우도 있는데, 대표적으로 크리스마스트리 장식용 꼬마전구. 더욱 정밀한 온도 제어가 필요한 냉장고, 에어컨, 핫플레이트나 고급 전열 기기에는 바이메탈 대신 서미스터나 열전쌍이 쓰인다. 물론 바이메탈이 회로 쪽으로만 쓰이는 것은 아니다. 바이메탈이 가장 흔히 쓰이는 곳은 철로이다. 왜냐하면 그냥 철로만 만들 경우 이 철의 늘어나고 줄어드는 편리한 속성 때문에 선로가 훼손되는데, 여기에 구리를 붙여 바이메탈로 만들어버리면 구리가 더 잘 늘어나서 선로에 가는 피해를 조금이나마 줄일 수 있기 때문이다.

• 특허조사 및 특허 전략 분석

1) 화재발생 시 도어락 잠금 해제 장치 및 이를 위한 방법 (공개번호 10-2017-0014766호) <사진1>

해당 발명은 화재발생 시 도어락 잠금 해제 장치 및 이를 위한 방법에 관한 것이다. 전자식 도어락과, 화재 감지를 감지하면 화제 감지 신호를 전송하는 화재감지센서와, 상기 화재감지센서로부터 상기 화재 감지 신호를 수신하면 상기 도어락의 잠금을 해제하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 도어락 잠금 해제 장치와 방법을 나타낸다.

2) 무선신호에 의한 화재 시 자동 개방용 출입문 (등록번호 20-04277220000호) <사진2>

해당 발명은 실내에 설치된 연기감지센서 및 열감지센서의 신호가 디지털 도어락에 전달되게 하여 화재시 디지털 도어락의 자동 해제에 의해 그 출입문이 자동으로 개방되게 한 디지털 도어락과 연동하여 화재시 자동 개방되는 출입문에 관한 것이다. 화재에 의한 센서의 감지 동작시 무선신호에 의해 자동으로 출입문의 개방이 이루어지므로 구조와 대피활동에 용이하다.

3) 이동식 화재 감시 장치 및 이를 이용한 화재 위험 통지 방법 (등록번호 10-17479500000호) <사진3>

해당 발명은 이동식 화재 감시 장치 및 이를 이용한 화재 위험 통지 방법에 관한 것이다. 메인보드는, 상기 가스 센서를 이용하여 화재 발생에 따른 가스 발생을 인식시 미리 설정된 가스량 이상의 가스를 감지시 부저 센서에 대한 제어를 통한 부저음 출력 및 DC 모터에 대한 제어를 통한 진동음 출력, 그리고 상기 RGB LCD의 미리 설정된 백라이트 색상이 구현된 상태에서 화재 위험을 알리는 텍스트 표시를 통해 사용자에게 화재 위험 통지를 수행하는 이동식 화재 감시 장치를 제공함에 있다. 이에 의해, 화재 발생시 빠른 대처가 가능한 효과를 제공한다. 또한, 가스의 농도를 나타내는 RGB LCD의 불빛으로 인하여 위험성을 더욱 확실하게 사용자가 인지할 수 있는 효과를 제공한다.

• 기술 로드맵

내용

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

내용

• 마케팅 전략 제시

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

내용

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

관련사업비 내역서

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용