가오나시

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 스마트폰 케이스형 자외선 살균기

영문 : Smartphone case type Ultraviolet sterilizer

과제 팀명

가.오.나.시.

지도교수

홍완식 교수님

개발기간

2019년 9월 ~ 2019년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학부·과 2014XXX0** 이**(팀장)

서울시립대학교 신소재공학부·과 2014XXX0** 강**

서울시립대학교 신소재공학부·과 2014XXX0** 오**

서울시립대학교 신소재공학부·과 2014XXX0** 윤**

서울시립대학교 신소재공학부·과 2016XXX0** 김**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

제품 소개 : 스마트폰 케이스형 자외선 살균기
- 스마트폰의 전력을 이용하여 균이 서식할 수 있는 곳(예 : 지갑, 변기, 전자제품, 유아용 제품 등)을 살균할 수 있는 스마트폰 케이스형 자외선 살균기.
- 제품의 디자인은 보조배터리 겸용 스마트폰 케이스(예 : 아이폰6s/6 배터리케이스 슈피겐 볼트팩)와 범퍼 케이스를 참고로 한다.
제품의 차별성
- 기존의 휴대용 자외선 살균기와는 달리 스마트폰을 통해서 전력을 공급하기 때문에 별도의 배터리 충전 혹은 건전지 교체 등의 수고스러움이 필요 없다.
- 스마트폰 케이스 형태를 표방하기 때문에 휴대가 간편하며 사용이 편리하다.
제품의 이미지

개발 과제의 배경

세균의 위험성
- 세균은 생물의 주요 분류군 중 하나로, 세포소기관을 가지지 않는 대부분의 원핵생물이 세균에 속한다. 자연계에서 무균 상태의 동식물은 없다고 추측될 정도로 지구상의 거의 모든 곳에 분포해있는 이 세균은 인체에 이로운 작용을 하기도 하지만 반대로 인체에 해로운 작용을 하기도 한다. 특히 탄저, 콜레라, 충치, 임질, 한센병, 위궤양, 흑사병, 폐렴, 결핵, 장티푸스 등의 질병에 원인이 되기도 한다.
- 일반적으로 세균이 많은 물건으로는 대표적으로 스마트폰과 마트 카트, 수도꼭지, 승강기 버튼, 카드, 리모콘, 칫솔 등이 있다. 특히 스마트폰과 칫솔의 경우 살균을 위해서 전용 살균기가 판매되고 있을 정도이다.
자외선 살균기의 효과

- 바이러스, 박테리아, 효모, 곰팡이와 같은 미생물은 자외선(Ultraviolet ray) 조사(照射, irradiation)를 통해 몇 초 만에 살균할 수 있다. 이는 자외선이 DNA에 흡수되어 그 구조를 파괴하고 살아있는 세포를 비활성화시키기 때문이라고 알려져 있는데, 이때 200~300nm의 파장을 가지는 자외선이 강한 살균력을 가진다.
- 자외선 살균은 이미 스마트폰 자외선 살균기, 칫솔 자외선 살균기 등에 사용되고 있는 원리이며, 휴대용 자외선 살균기 역시 시중에 판매 중이다. 하지만 이러한 제품 등을 평상시에 사용하기 위해서는 일상적으로 가지고 다니다가 필요할 때마다 꺼내어 사용해야 하는 불편함이 있다. 또한, 자외선 조사에 필요한 전력을 공급하기 위해서 배터리가 내장되어 있어 충전이 필요하거나 혹은 건전지가 필요하다.
시중 자외선 살균기 현황
- UV-C 기반 99.9% 살균할 수 있다.
- 제품의 크기에 따라서 AA 건전지 수 개를 사용하거나 혹은 충전 방식을 사용한다.
스마트폰 보급률
- 지난 2018년도 8월 26일에 송고된 매일경제 기사를 보면 국내 스마트폰 가입자 수가 5천만 명을 넘었었다. 당시 행정자치부 기준 총인구수가 5천180만 명이었던 것을 고려하면 이는 사실상, 1인당 1개의 스마트폰이 보급된 시대가 열렸다고 할 수 있다.
기대효과
- 일상적으로 가지고 다니는 스마트폰에 장착되는 형태로 만들어지기에 항상 휴대하기에 유리하다.
- 스마트폰의 전력을 사용하게끔 만들어 별도의 배터리가 필요 없다.

개발 과제의 목표 및 내용

살균기능
- 시중 휴대용 살균기 이상의 살균력, 살균 가능 거리, 필요 시간, 살균 대상 범위를 목표로 한다.
적용성
- 제품 장착 후에도 스마트폰의 기존 성능(스마트폰 충전 기능, NFC 태그, 냉각 기능)에 문제가 없는 디자인을 목표로 한다.
디자인
- 휴대가 편한 가벼운 무게와 부피를 목표로 한다.
- 본 제품과 스마트폰을 보호할 수 있을 정도의 내구성을 목표로 한다.
안정성
- 인체에 유해할 수 있는 UV-C 자외선을 인체에 직접 조사하는 것을 방지하는 기능을 갖는 것을 목표로 한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

살균기술

살균 -살균이란 균류 등의 미생물에 자극을 가해 단시간 내에 멸살시키는 것을 뜻하며, 정도에 따라서 대상을 완전히 무균상태로 만드는 멸균과 거의 무균상태로 만드는 소독으로 구별된다. - 물리적 방법 : 가열방법은 소독할 때뿐만 아니라 특히 멸균에 이용된다. 내열성(耐熱性)의 기구(유리기구 ·도자기 ·일부금속제품 등)를 건조 상태에서 160∼180℃, 30∼60분간 가열하는 건열멸균법이 있고, 2atmHg 정도의 압력 하에서 120℃의 증기로 15∼20분간 가열하는 고압증기멸균법(오토클레이브 사용), 보통 압력 하에 100℃의 증기 속에서 1일 1회 30분 정도의 가열을 2∼3일간 되풀이하는 간헐(間歇)멸균법 등이 있다. 건조 ·일광조사 ·자외선 ·방사선 등은 소독에 이용된다. 0℃ 부근 또는 그 이하의 저온은 살균작용은 없으나 증식의 억제, 방부 등에 이용된다. - 화학적 방법 : 살균제 ·살균성가스 등이 있으며, 가열소독이 곤란한 합성수지 ·고무제품 등 외에도 사람의 손을 소독하거나 살균하는 데에 쓰인다. 역사적으로는 영국의 의사 J.리스터가 창시한 페놀산 방부법에서 비롯되었다. 자외선 살균

- 자외선은 약 397~10nm에 이르는 파장으로 이루어진 전자기파를 뜻한다. 자외선은 파장 영역에 따라 UVA (320~400nm: 선태닝, 광촉매 활성화 에너지원 등), UVB(280~320nm: 피부병 치료와 기상학 장비 등), UVC (200~280nm: 오존 파괴용, 소독용 등) 및 UVV(100~200nm: 반도체 공정에서 미량의 유기물질 제거 등) 등으로 나뉜다.
- 이 중 자외선의 살균이나 화학, 생리, 형광 작용 등을 이용한 적용 분야가 확대되면서 다양한 형태의 자외선램프 가 개발되었다. 자외선램프는 겉보기에는 특별한 게 없어 보인다. 예컨대 자외선을 이용한 식기 살균기만 해도 오로지 보라 색 불빛만 보일 뿐이다. 그런데 이 불빛은 살균선에서 나오는 게 아니다. 살균램프에서 나오는 보라, 남색, 녹색, 황색 등, 색이 합성된 결과다. 살균선 자체는 결코 눈으로 볼 수 없다. 이 선을 이용해 식기나 컵 등을 살균해도 물기는 그대로 있다. 그런데 보라색 불빛의 살균력은 놀라울 정도다. 실제로 태양광선의 1600배 효과로서 표면을 3600도로 가열 한 효과와 동일하다. 이 자외선의 파장은 250nm 안팎이다. 만일 1cm2 당 100μW의 강도를 가진 자외선을 1분 간 조사하면 대장균, 디프레아균 및 이질균이 99%를 죽일 정도로 강력하다. 물론 살균 대상을 완전히 건조시키고 여러 개 겹쳐 놓지 않았을 때의 효과다. 아무리 좋은 자외선 살균기를 사용하더라도 컵에 물기가 남아 있거나 포갠 상태로 살균기에 넣으면 제대로 살균 처리가 되지 않는다. 대부분의 사람들은 자외선 살균의 효과를 일상적으로 체험한다. 좀이 슬지 않도록 햇볕에 쬐고 통풍시키는 일광 소독이 바로 그것이다. 지금까지 밝혀진 바에 따르면 자외선의 살균 작용은 조사(照射)에 의해 각종 균종의 세포 내 핵산(DAN)이 변해 신진대사에 장해를 초래하기 때문인 것으로 알려졌다. 다시 말해 박테리아나 바이러스, 효모, 곰팡이, 조류 등의 외부 세포막을 자외선이 관통하면서 세균이 생존 을 이어가고 증식하는 데 필요한 DNA를 무력화해 증식능력을 잃다가 끝내 사멸한다는 말이다. 사실 살균법에는 다양한 방식이 쓰이고 있다. 그럼에도 자외선 살균기가 일상에 널리 적용되는 이유는 자외선이 모든 균종에 대해 효과를 보이기 때문이다. 게다가 약물이나 가열, 오존 등의 처리법과 달리 피조사물에 거의 변화를 주지 않는다는 점도 자외선이 살균에 널리 쓰이는 이유이다.

- 서울대 식품위생공학실 연구에 따르면 LG이노텍이 개발한 100mW UV-C LED의 경우 4℃의 온도에서 3.4초 만에 살모넬라균을 99.9% 살균하는 것으로 확인되었다.

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

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

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완료작품의 평가

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향후계획

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특허 출원 내용

내용