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문제 정의
- 신발에 살균소독력을 강화하게 하고 신발의 내부에 깊숙하게 도달하게 하는 소독의 수단에 관한 연구와 신발장 내 살균소독수단으로 사용되어진 자외선살균램프와 활성탄 등에서의 살균 및 탈취효과에 관한 연구는 아직도 초보단계이다. 따라서 본 연구에서는 신발 소독장치를 새로운 구조로 설계하고 제작하고 신발이 항상 청결한 상태에서 유지가 되도록 하기 위하여 다양한 형태로의 신발의 살균 방법 중에서 신발에서의 각각의 형태에 따른 적합한 살균과 소독의 효과에 대해서 알아보았다. 또한 추가적인 연구로 살균신발장 작동조건이 신발장의 내부 온도변화에 미치는 효과에 대해 알아보고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 신발 소독장치를 새로운 구조로 설계하고 제작하고 신발이 항상 청결한 상태에서 유지가 되도록 하기 위하여 다양한 형태로의 신발의 살균 방법 중에서 신발에서의 각각의 형태에 따른 적합한 살균과 소독의 효과에 대해서 알아보았다. 또한 추가적인 연구로 살균신발장 작동조건이 신발장의 내부 온도변화에 미치는 효과에 대해 알아보고자 하였다.
- 본 연구에서는 세균에 오염되고 악취를 내포하고 있는 신발을 효과적으로 살균과 탈취가 이루어질 수 있도록 신발장을 설계하였고, 제품의 성능과 작동조건을 살펴보았다. 대장균과 황색포도상구균 균주에 대한 UV 조사시간에 대한 항균성을 시험한 결과는 매우 짧은 시간에 살균효과가 있음을 알 수 있었고, 실제 살균신발장의 작동시간 60분을 고려할 때에도 신발 살균에 대하여 제약조건이 아님을 알 수 있었다.
제안 방법
- 항균성 평가를 위해 Fig. 4의 (b)와 같이 Table 1의 조건으로 신발걸이 구에 장착된 UV램프를 이용하여 균주로부터 UV를 10cm 높이에서 시간대별로 노출을 한 후에 CO2 인큐베이터에서 48시간동안 배양을 하여서 세균감소율 측정을 하였다.
- 본 연구에서 제작한 살균신발장에 대한 항균특성은 JIS Z 2801:2010 방법에 따라서 평가를 진행하였다[12]. UV 조사시간에 따른 세균 감소율을 확인하기 위해서 대장균(Escherichia coli)과 황색포도상구균(Staphylococcus aureus) 균주를 각각 액체 LB배지와 BHI배지에 접종을 하고 CO2 인큐베이터에서 48시간동안 배양을 하였다.
- 3과 같이 UV램프와, UV램프의 파손을 방지하고 효과적으로 UV가 투과될 수 있는 디자인의 걸이구 커버, 그리고 UV램프와 커버사이에 음이온발생기가 적용이 되었다. 거치를 할 때에 신발이 이탈하는 것을 방지하기 위해 적절한 각도로 설계되고 보조지지대를 함께하여 구성을 하였다. 단⋅장목용 신발걸이구의 ABS 수지커버는 같은 디자인으로 구성을 하였다.
- 단목과 장목 신발을 신발걸이 구에 거치를 하여 작동시간에 따른 신발장 내부와 단·장목 신발 내부온도 변화 측정을 하였다.
- 또한 자동타이머의 활용으로 반복적인 살균기능을 수행할 수 있도록 구성을 하였다. 또한 바이메탈 온도 스위치로 60℃가 넘을 경우에는 자동으로 전원이 차단되어서 과열이 방지될 수 있도록 구성을 하였다. 사용자의 자외선 노출 방지를 위하여 도어가 열릴 때 UV램프의 작동은 자동으로 차단이 되도록 하는 기능도 부가를 하였다.
- 하우징 하단에는 미끄럼 방지용 고무팁과 운반용 인라인바퀴를 달아서 구성되도록 하였다. 또한 신발장의 내부 악취가 외부로 방출이 되지 않도록 하고, 내부의 공기 탈취를 위한 환기시스템 설치를 위해 3M사의 자동차 탈취용의 활성탄 필터(MFA 활성탄 항균정전 필터)가 적용되어진 환기팬을 하우징 상단의 중앙부분에 위치하도록 구성을 하였다. 한편, 신발장 실내 온도 디스플레이와 걸이구의 개별적 On/Off 스위치를 하우징 외부커버 상단부분에 위치가 되도록 구성을 하였다.
- 신발 내부의 살균을 위해 5쌍의 신발걸이구 UV램프(5W)와 이온발생기를 개별적으로 제어할 수 있는 푸쉬버튼형LED스위치와 신발장 내부의 온도를 표시하는 디스플레이를 적용하였다. 또한 자동타이머의 활용으로 반복적인 살균기능을 수행할 수 있도록 구성을 하였다. 또한 바이메탈 온도 스위치로 60℃가 넘을 경우에는 자동으로 전원이 차단되어서 과열이 방지될 수 있도록 구성을 하였다.
- 실험이 끝난 후 USB Adapter DS-9490R과 Reader DS-1402D를 사용하여서 컴퓨터와 연결을 하였고 1-WireViewer 프로그램을 이용하여 측정한 온도의 분석을 하였다. 본 시험에서는 하우징 내부와 단목 신발걸이구 및, 장목 신발걸이구 각각에 대하여 UV 가동시간(10분 단위, 10분～180분)에 따른 온도 변화 측정을 하였다.
- 본 연구는 2014년 10월부터 2015년 9월까지 1년동안 수행을 하였으며, 세균에 오염되고 악취를 내포하고 있는 신발이 효과적으로 살균과 탈취가 이루어질 수 있도록 신발장을 설계하였고, 제품의 성능과 작동조건이 최적화가 이루어지도록 진행하였다.
- 0%의 제거효율을 보였으며 그 후에 모두 살균이 되었음을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 살균효율이 높은 것은 살균탈취 부분의 자외선램프가 설치되어진 공간으로 신발에 기생하고 있는 균에 자외선이 깊숙하게 조사가 되어 살균이 되도록 설계되었고, 살균효율이 극대화되도록 공 기와 접촉하는 면적을 최대로 하였으며 내벽에는 자외선을 반사하도록 반사판을 설치하였기 때문이다. UV의 특성상 직접 조사된 부분에 한하여 살균효과에 있어서가 있으므로 UV가 조사되지 않은 Fig 5.
- 또한 바이메탈 온도 스위치로 60℃가 넘을 경우에는 자동으로 전원이 차단되어서 과열이 방지될 수 있도록 구성을 하였다. 사용자의 자외선 노출 방지를 위하여 도어가 열릴 때 UV램프의 작동은 자동으로 차단이 되도록 하는 기능도 부가를 하였다.
- 살균신발장은 Fig. 2와 같이 전원이 인가가 될 때 활성탄 필터 내장 환기팬과 신발장 내 살균용 UV램프 2개(15W)가 자동으로 작동을 하도록 설계하였다. 신발 내부의 살균을 위해 5쌍의 신발걸이구 UV램프(5W)와 이온발생기를 개별적으로 제어할 수 있는 푸쉬버튼형LED스위치와 신발장 내부의 온도를 표시하는 디스플레이를 적용하였다.
- 2와 같이 전원이 인가가 될 때 활성탄 필터 내장 환기팬과 신발장 내 살균용 UV램프 2개(15W)가 자동으로 작동을 하도록 설계하였다. 신발 내부의 살균을 위해 5쌍의 신발걸이구 UV램프(5W)와 이온발생기를 개별적으로 제어할 수 있는 푸쉬버튼형LED스위치와 신발장 내부의 온도를 표시하는 디스플레이를 적용하였다. 또한 자동타이머의 활용으로 반복적인 살균기능을 수행할 수 있도록 구성을 하였다.
- 단⋅장목용 신발걸이구의 ABS 수지커버는 같은 디자인으로 구성을 하였다. 신발걸이구 측면의 알루미늄 가이드 부분은 심미성을 부여하기 위해서 3가지 알루미늄합금 (5083, 6061, 7175)을 이용하고 양극산화 처리를 한 후에 표면 특성과 색상을 검토하였다. 최종에서는 1.
- 온도측정 시간은 1분 간격으로 설정을 하였고 신발장 내부에 설치하여 삽입하고 작동시간동안에 측정을 실시하였다[14]. 실험이 끝난 후 USB Adapter DS-9490R과 Reader DS-1402D를 사용하여서 컴퓨터와 연결을 하였고 1-WireViewer 프로그램을 이용하여 측정한 온도의 분석을 하였다. 본 시험에서는 하우징 내부와 단목 신발걸이구 및, 장목 신발걸이구 각각에 대하여 UV 가동시간(10분 단위, 10분～180분)에 따른 온도 변화 측정을 하였다.
- 1과 같이 크게 외부커버, 내부커버로 구성되어져 있다. 외부와 내부커버를 고정하기 위해 인라인바퀴(캐스터) 커버와 내부커버 브래킷(bracket)을 용접하였다. 하우징 하단에는 미끄럼 방지용 고무팁과 운반용 인라인바퀴를 달아서 구성되도록 하였다.
- 신발걸이구 측면의 알루미늄 가이드 부분은 심미성을 부여하기 위해서 3가지 알루미늄합금 (5083, 6061, 7175)을 이용하고 양극산화 처리를 한 후에 표면 특성과 색상을 검토하였다. 최종에서는 1.8 M 황산에서 30 V의 정전압 조건으로 30분간 전해하여 표면에 무광효과를 부여하였다.
- 탈취효율의 측정은 테스트할 시험가스를 챔버(용적:4.0±0.1 m3)에 주입하여 2시간동안에 살균신발장을 가동하여 변화되어진 시험가스량의 측정을 하였다.
- 또한 신발장의 내부 악취가 외부로 방출이 되지 않도록 하고, 내부의 공기 탈취를 위한 환기시스템 설치를 위해 3M사의 자동차 탈취용의 활성탄 필터(MFA 활성탄 항균정전 필터)가 적용되어진 환기팬을 하우징 상단의 중앙부분에 위치하도록 구성을 하였다. 한편, 신발장 실내 온도 디스플레이와 걸이구의 개별적 On/Off 스위치를 하우징 외부커버 상단부분에 위치가 되도록 구성을 하였다. 그리고 항균 및 탈취효율을 향상시키기 위하여 하우징의 내부에는 (주)NCI사의 Evergreen TiO2 광촉매를 스프레이 코팅의 방법으로 부착하였다.
대상 데이터
- 흡광도를 측정하여 균주수가 1 × 105 CFU/mL 되도록 희석을 한 후에 Fig. 4의 (a)와 같이 고체 LB배지와 BHI배지에서 100 ㎕씩 도말을 하였다. 항균성 평가를 위해 Fig.
- 본 연구의 결과에서도 공기 중의 미생물의 살균이나 고체 표면 살균 등에 해당된다고 볼 수가 있으며, 선행 연구에서와 마찬가지로 유효한 특징을 보이고 있음을 확인하였다. 또한 본 연구에서 사용한 UV는 185 nm인 UV 선을 발생시켜 오존을 방출하는 것이었다. 185 nm의 UV선은 산소 분해 능력은 있어도, 질소기체를 분해하는 능력은 없다.
이론/모형
- 본 연구에서 제작한 살균신발장에 대한 항균특성은 JIS Z 2801:2010 방법에 따라서 평가를 진행하였다[12]. UV 조사시간에 따른 세균 감소율을 확인하기 위해서 대장균(Escherichia coli)과 황색포도상구균(Staphylococcus aureus) 균주를 각각 액체 LB배지와 BHI배지에 접종을 하고 CO2 인큐베이터에서 48시간동안 배양을 하였다.
- 살균신발장에 관한 탈취효율의 측정에 있어서 국내공인인증기관에서 공인시험을 할 수 있는 한국공기청정협회의 실내공기청정기 규격인 SPS-KACA002-132:2006 방법에 따라 한국건설생활환경시험연구원에서 폼알데하이드, 아세트알데히드, 톨루엔, 암모니아, 에틸렌, 메틸머캅탄 등 총 6종류의 시험대상가스에 대하여 탈취효율 측정을 하였다[13]. 탈취효율의 측정은 테스트할 시험가스를 챔버(용적:4.
성능/효과
- UV의 특성상 직접 조사된 부분에 한하여 살균효과에 있어서가 있으므로 UV가 조사되지 않은 Fig 5. (a)의 0 second, Fig 6. (a)의 0 second, 그리고 Table 2의 Blank에 보여준 사진과 측정값이 신발걸이 방법 전의 세균증식 상황을 보여주고 있으며, UV가 조사되지 않은 이 대조군과 비교하여 신발걸이 방법 후의 조사 시간에 따른 항균특성의 변화를 비교 관찰할 수 있었다. Kwak 등(2001)[15]은 자외선에 의한 미생물 살균 작용의 기전에 대해 자외선이 우선적으로 미생물의 핵산에 대해 강하게 흡수가 되어서 미생물의 세포내 DNA의 이중구조가 변화되도록 하여, 즉 티민이합체(thymine dimer)가 생성이 되게 하여서 사멸을 시키는 것이라고 하였다.
- Fig. 5와 Fig. 6은 Table 1의 조건으로 대장균(Escherichia coli)과 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)에 대해 JIS Z 2801:2010에 의해 세균감소율을 측정한 결과로 실험이 시작된 후에 대장균과 황색포도상구균은 빠르게 감소를 하게 되고 모두 30초 이상 UV에 노출되었을 때에 99.0%의 제거효율을 보였다. 그 후에 모두 살균이 되었음을 확인할 수 있었으며 세균감소율은 Table 2에 나타내었다.
- 단목과 장목 신발을 신발걸이구에 거치를 하여 작동시간에 따른 신발장내부와 단·장목 신발 내부온도 변화를 측정한 결과는 약 2시간 이후에 는 신발장내부는 약 32℃, 단목 신발 내부는 약 62℃, 장목 신발 내부는 약 48℃ 정도로 모두 일정하게 유지되었다.
- 본 연구에서는 세균에 오염되고 악취를 내포하고 있는 신발을 효과적으로 살균과 탈취가 이루어질 수 있도록 신발장을 설계하였고, 제품의 성능과 작동조건을 살펴보았다. 대장균과 황색포도상구균 균주에 대한 UV 조사시간에 대한 항균성을 시험한 결과는 매우 짧은 시간에 살균효과가 있음을 알 수 있었고, 실제 살균신발장의 작동시간 60분을 고려할 때에도 신발 살균에 대하여 제약조건이 아님을 알 수 있었다. 시험가스에 대한 평균 탈취효율은 42.
- 세균으로 오염이 되어 있는 신발에서는 신발의 나쁜 냄새를 유발하기도 하지만 발에 균들을 전파되게 하는 감염의 원인으로 작용할 수 있어서 신발 살균은 악취성분의 제거와 발의 건강에 매우 중요할 것이다. 본 연구에서 설계한 신발을 살균하면서 탈취기능을 갖도록 설계한 신발장은 신발의 내부에 기생을 하는 균의 수에 있어서 상당한 감소를 보이고, 탈취의 효과에 있어서도 뚜렷하게 변화를 보여 줘서 실용성은 매우 크다고 하겠다.
- 또한 UV살균이 공기 중에서의 미생물 살균이나 고체표면에서의 살균 등에서 유효하지만 사례로는 고체 또는 분말에서의 살균에 대해서는 응용이 된 적이 없으며, 오염 미생물의 살균이 인삼의 분말 속에서는 효과가 크지 않다고 생각을 한다고 하였다[5]. 본 연구의 결과에서도 공기 중의 미생물의 살균이나 고체 표면 살균 등에 해당된다고 볼 수가 있으며, 선행 연구에서와 마찬가지로 유효한 특징을 보이고 있음을 확인하였다. 또한 본 연구에서 사용한 UV는 185 nm인 UV 선을 발생시켜 오존을 방출하는 것이었다.
- 그 후에 모두 살균이 되었음을 확인할 수 있었으며 세균감소율은 Table 2에 나타내었다. 세균감소율을 측정하여 실험이 시작된 후에 대장균과 황색포도상구균은 빠르게 감소하여 하게 모두 30초 이상의 UV에 노출되었을 때에 99.0%의 제거효율을 보였으며 그 후에 모두 살균이 되었음을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 살균효율이 높은 것은 살균탈취 부분의 자외선램프가 설치되어진 공간으로 신발에 기생하고 있는 균에 자외선이 깊숙하게 조사가 되어 살균이 되도록 설계되었고, 살균효율이 극대화되도록 공 기와 접촉하는 면적을 최대로 하였으며 내벽에는 자외선을 반사하도록 반사판을 설치하였기 때문이다.
- 대장균과 황색포도상구균 균주에 대한 UV 조사시간에 대한 항균성을 시험한 결과는 매우 짧은 시간에 살균효과가 있음을 알 수 있었고, 실제 살균신발장의 작동시간 60분을 고려할 때에도 신발 살균에 대하여 제약조건이 아님을 알 수 있었다. 시험가스에 대한 평균 탈취효율은 42.5%을 보여 탈취에 있어서도 효과가 있음을 확인하였다. 신발장 작동시간에 따른 온도 변화를 측정한 결과는 신발걸이구 UV램프의 5분의 점등과 25분의 소등을 반복하여 작동하여 신발 내부와 신발장 내부 온도는 약 40℃ 와 25℃ 이하로 유지되어 신발에 문제를 야기하지 않을 것이며, 건조효과 또한 부가적으로 얻을 수 있었다.
- 신발걸이구 램프를 5분 후에 점등을 하고, 25분 후에 소등을 하는 것으로 반복 사이클에 따른 신발장 내부와 단·장목신발 내부온도 변화를 나타낸 결과에서는 신발걸이구램프가 반복적으로 5분 점등을 한 후에도 단·장목 신발 내부의 온도 변화는 40℃ 이하로 유지가 되었으며, 25분 소등 후에는 25℃ 이하로 유지되었고 신발장의 내부는 25℃ 이상을 보여 주었다.
- 5%을 보여 탈취에 있어서도 효과가 있음을 확인하였다. 신발장 작동시간에 따른 온도 변화를 측정한 결과는 신발걸이구 UV램프의 5분의 점등과 25분의 소등을 반복하여 작동하여 신발 내부와 신발장 내부 온도는 약 40℃ 와 25℃ 이하로 유지되어 신발에 문제를 야기하지 않을 것이며, 건조효과 또한 부가적으로 얻을 수 있었다. 본 연구에서 설계한 신발을 살균하면서 탈취기능을 갖도록 설계한 신발장은 신발의 내부에 기생을 하는 균의 수에 있어서 상당한 감소를 보이고, 탈취의 효과에 있어서도 뚜렷하게 변화를 보여 줘서 실용성은 매우 크다고 하겠으며, 경제적인 면에서도 활용이 가능할 것으로 판단된다.
- 7은 단목과 장목 신발을 신발걸이구에 거치를 하여 작동시간에 따른 신발장 내부와 단·장목 신발 내부온도 변화 측정을 하였다. 약 2시간 이후에는 신발장 내부는 약 32℃, 단목 신발 내부는 약 62℃, 장목 신발 내부는 약 48℃ 정도로 모두 일정하게 유지되었다. Fig.
- Table 3은 한국공기청정협회 실내공기청정기 시험규격인 SPS-KACA002-132:2006 에 따라서 측정을 한 결과를 각 가스에 대한 탈취효율을 나타내는 것이다. 폼알데하이드의 탈취효율이 75%로 가장 높았고 신발 내의 악취에서의 주요인인 암모니아의 탈취효율이 50%이고, 아세틸알데히드와 에틸렌에 대한 탈취효율이 20%로 상대적으로는 낮게 측정이 되었으며, 6종 시험가스의 평균 탈취효율은 42.5%로 측정이 되었다. 한국공기청정협회 실내공기청정기 시험규격인 SPS-KACA002-132:2006에 따라서 탈취 효율 측정을 한 결과에서 폼알데하이드의 탈취효율이 75%로 가장 높았다.
- 5%로 측정이 되었다. 한국공기청정협회 실내공기청정기 시험규격인 SPS-KACA002-132:2006에 따라서 탈취 효율 측정을 한 결과에서 폼알데하이드의 탈취효율이 75%로 가장 높았다. 또 신발 내의 악취에서의 주요인인 암모니아의 탈취효율이 50%이고, 아세틸알데히드와 에틸렌에 대한 탈취효율이 20%로 상대적으로는 낮게 측정이 되었다.
후속연구
- 그러나 유통되고 있는 살균기에서는 2℃를 넘기는 온도편차를 대부분이 보이고 있어서 안정성까지를 위협하고 있다는 문제를 가지고 있다. 따라서 살균기 내부에서의 온도편차가 일정하게 제어가 되도록 하는 추가적인 연구는 필요하다. 세균으로 오염이 되어 있는 신발에서는 신발의 나쁜 냄새를 유발하기도 하지만 발에 균들을 전파되게 하는 감염의 원인으로 작용할 수 있어서 신발 살균은 악취성분의 제거와 발의 건강에 매우 중요할 것이다.
- 신발장 작동시간에 따른 온도 변화를 측정한 결과는 신발걸이구 UV램프의 5분의 점등과 25분의 소등을 반복하여 작동하여 신발 내부와 신발장 내부 온도는 약 40℃ 와 25℃ 이하로 유지되어 신발에 문제를 야기하지 않을 것이며, 건조효과 또한 부가적으로 얻을 수 있었다. 본 연구에서 설계한 신발을 살균하면서 탈취기능을 갖도록 설계한 신발장은 신발의 내부에 기생을 하는 균의 수에 있어서 상당한 감소를 보이고, 탈취의 효과에 있어서도 뚜렷하게 변화를 보여 줘서 실용성은 매우 크다고 하겠으며, 경제적인 면에서도 활용이 가능할 것으로 판단된다.
- epidermidis) 을 발견하였고, 이 균을 배양하게 되면 사람의 발로부터 발생하는 악취와 비슷한 냄새가 나게 된다고 하였다. 비록 실내공기청정기 시험규격에 따라 시험을 하여 측정된 객관적인 결과라고는 하더라도 사람의 발에서 이 균을 채취해서 배양한 후에 본 신발 살균기에서 살균 후에 냄새가 나지 않는지에 대한 추가 연구도 필요할 것으로 사료된다.
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