[논문]UV LED를 이용한 가정용 소독기의 디자인 개발에 관한 연구

주왕; 성영; 강승민; 지문환

doi:10.6111/jkcgct.2019.29.6.264

UV LED를 이용한 가정용 소독기의 디자인 개발에 관한 연구
A study on the design development of a domestic disinfector using UV LED 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.29 no.6, 2019년, pp.264 - 269

주왕 (한서대학교 융합디자인학과) , 성영 (한서대학교 융합디자인학과) , 강승민 (한서대학교 국제디자인융합전문대학원) , 지문환 (한서대학교 산업디자인학과)

초록
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UV LED 적용하여 가정용 소독기를 제조하기 위한 디자인을 연구하였다. UV LED 살균거리 및 시간데이터에 근거하여 가정용 소독기 디자인 개념을 제시하였다. 컴퓨터 보조디자인 소프트웨어, 3D 프린트, 레이저 절달 등 기술을 사용하여 3가지 서로 다른 UV LED 작동방식의 모델을 제작하였다. 이 모델 대해 장단점 분석을 진행하여 최종 디자인 방안을 도출하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The design for household sterilizer applying UV LED was studied. Based on UV LED sterilization distance and time data, the concept of home disinfectioner design was presented. Using technologies such as computer aided design software, 3D printing and laser cutting, etc., three different UV LED operating method models were produced. The final design was derived by conducting an analysis of the product's merits and demerits on the three plans from the result of each model.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Main USES of UV LED [5].
그림 Fig. 2. UV LED production materials and technology [6].
그림 Fig. 3. A photograph of UV LED chips and package set made by China guangsheng semiconductor co. ModelGS3535UVC.
그림 Fig. 4. Shematic diagram of circuit connection.
그림 Fig. 5. Photographs of design skitches (a) Design concept 1 (b) Design concept 2 (c) Design concept 3 (d) concept 3 open mode.
그림 Fig. 6. Photographs of design scheme models (a) Design scheme 1 (b) Design scheme 1 (c) Design scheme 3 usage (d) Design scheme 3 open mode.
그림 Fig. 7. Forlizzi and Ford’s interaction structural model [11].
그림 Fig. 8. Schematic diagrams of product design (a) top (b) perspective (c) front (d) right side view using Rhino 5.
그림 Fig. 9. Schematics drawing of product design rendering (a) Household disinfection cabinet side (b) Household disinfection cabinet front (c) Household disinfection cabinet open way (d) Internal UV LED chip arrangement.

AI 본문요약
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문제 정의

Figure 1은 자외선 파장과 광출력에 따른 응용분야를 나타낸 것이다. 본 연구에서는 275 nm 대역의 자외선 LED의 소독 효과를 최적화하기 위한 디자인을 연구하였으며, Fig.1에서와 같이 적용 및 응용가능성을 보였다.
또한 지금까지 가정용 소독 캐비닛은 일반적으로 도어개폐방식이여닫이 방식으로 되어있어 제품을 넣고 꺼내기가 불편하고 제품들이 고정되어 있기 때문에 살균효과가 낮은 단점이 있다. 본 연구에서는 이들을 해결하기 위하여 향후 친환경성 살균, 소독 시스템에 적용될 수 있는 UV LED를 사용하여 가정용 살균기에 적용하고, 서랍식의 개폐 방식을 적용하고 회전구동방식을 적용함으로서 살균효과를 높인 제품디자인 개발에 대한 연구이다.

가설 설정

5. Photographs of design skitches (a) Design concept 1 (b) Design concept 2 (c) Design concept 3 (d) concept 3 open mode. red part is UV LED components.

제안 방법

모형의 크기와 형태는 concept 1과 동일하다. 12개의 UV LED를 사용 할 경우, 제품 생산 원가가 높아지므로 UV LED의 수량을 4개로 줄여 일렬로 배열하였다. 모형의 상단에는 가로 방향으로 이동 가능한 레일을 설치하여 UV LED 판이 모형 상단에서 평행으로 움직일 수 있도록 하였다.
기존의 정면은 사각형이었으나 사용자에게 심리적 안정감을 줄 수 있는 육각형으로 개선하였다. 6개의 각을 둥글게 하여 미관이 좋고, 안정감을 줄 수 있도록 하였다. 정면 서랍 손잡이에 디스플레이와 터치패드 패널을 설치하여 살균작업과 진행과정을 시각화 하여 시인성과 신뢰성을 높이도록 하였다.
모델1은 12개의 UV LED 칩을 사용하여 살균용기 상단에 고정하여 용기내의 살균물품에 조사함으로써 살균하도록 제작하였다. 모델1의 특징은 UV LED들이 고정방식을 적용하였다.
모델1은 12개의 UV LED 칩을 사용하여 살균용기 상단에 고정하여 용기내의 살균물품에 조사함으로써 살균하도록 제작하였다. 모델1의 특징은 UV LED들이 고정방식을 적용하였다. 제품의 단점은 아직까지는 UV LED 칩의 가격이 비싸기 때문에 12개의 UV LED 칩을 사용하면 제품 생산비용이 높다는 점이다.
모델2는 4개의 UV LED 칩을 병렬로 연결하여 살균 용기 상단에 장착하고, 두 개의 축을 따라 평행으로 왕복 운동함으로써 용기 내의 살균물품을 이동방식으로 조사하며 살균하도록 제작했다. 모델2의 특징은 UV LED들이 평행이동방식을 적용하였다.
모델3은 12개의 UV LED 칩을 3조로 나누어 살균용기 내부의 살균물품을 주변에 배치하고 회전운동을 하도록 제작하였다. 모델3의 특징은 UV LED들이 회전시스템을 적용하였다.
12개의 UV LED를 사용 할 경우, 제품 생산 원가가 높아지므로 UV LED의 수량을 4개로 줄여 일렬로 배열하였다. 모형의 상단에는 가로 방향으로 이동 가능한 레일을 설치하여 UV LED 판이 모형 상단에서 평행으로 움직일 수 있도록 하였다. Figure 5(b)에 디자인 스케치 사진을 작성하였다.
이를 종합 분석한 결과 모델3의 개념이 본연구의 목적이 부합 하다고 사료되며, 모델3을 기본으로 하여 최종디자인을 개발하였다.
6개의 각을 둥글게 하여 미관이 좋고, 안정감을 줄 수 있도록 하였다. 정면 서랍 손잡이에 디스플레이와 터치패드 패널을 설치하여 살균작업과 진행과정을 시각화 하여 시인성과 신뢰성을 높이도록 하였다.
제품 배색의 경우, 전반적으로 검정색을 사용하며 정면과 후면에는 무광 검정색을 사용하였고, 수납 부분에는 검정색과 반투명한 색깔을 사용하여 살균 과정을 직관적으로 볼 수 있도록 하였다. 서랍판은 골드커피색을 사용하여 제품의 고급스러운 이미지를 추구하였다
제품요소 측면에 형태언어(form language), 기능(features),미적감각(aesthetic qualities), 유용성(usefulness) 요소를 사용하여 3가지 모델 분석 해 보았다.
컴퓨터 보조디자인 소프트웨어CAD(Computer Aided Design，CAD²⁰¹⁴⁾를 사용해 도면을 작성하였고, 3D 디지털 디자인 소프트웨어 Rhino 5를 사용하여 얻어낸 3D 모형 데이터를 3D 프린터(250MC, Fortus, USA)에입력하여 모형을 프린트하여 제작하였다.
하관영현(G.Y.X. Xia) 등의 실험결과에 따라 UV LED와 피소독물간의 거리가 가까울수록 소독효과가 우수하므로[7], 이들이 보고한 실험결과에 근거하여 평균 살균거리를 6 cm로 하며 살균기 내 상하 간격을 약 12 cm로 디자인 하였으며, 12개의 UVLED 칩을 사용하여 3 × 4 형태로 배열하였다.
한면에 고정된 UV LED 조사 방식으로는 살균효과가적어지므로, 하나의 UV LED가 피소독물을 에워싸며 회전하는 형태의 모형을 디자인하였다. 4개의 칩이 일렬로 배열된 부품을 직경 16 cm의 원형 구조물에 배치하였다.

대상 데이터

Figure 3에 본 연구에서 선택한 UV LED 칩(Mo. GS3535UVC.중국) 제시하였으며, 파장은 275 ± 5 nm, 출력은 0.12 W, 칩 크기는 3.5*3.5 mm였다.
또한 UV LED는 발광시 일부가 열로 발산되기 때문에[8] UV LED 뒷면에 직경 2.6 cm의 알루미늄 방열판를 사용하였다. 소독기 내부 크기는 길이 16 cm, 폭 8cm, 높이 12 cm의 직육면체로 디자인하였다.
6 cm의 알루미늄 방열판를 사용하였다. 소독기 내부 크기는 길이 16 cm, 폭 8cm, 높이 12 cm의 직육면체로 디자인하였다. Figure 5(a)에 디자인 스케치 사진을 작성하였다.

성능/효과

모델3의 특징은 UV LED들이 회전시스템을 적용하였다. 모델의 장점은 12개의 UV LED 칩으로 강력 살균이 가능하며, 살균물품 주위에 살균 사각지대가 발생하지 않아 살균효과가 더 우수하다는 점이다. 또한 살균물품을 서랍에 넣어 더 간편하며 기능적으로도 우수하다고 사료된다.
살균물품 바닥부분에는 자외선을 조사하여 살균할 수 없는 점도 단점이다. 제품의 장점은 12개의 UV LED 칩으로 강력 살균이 가능하며, 제품이 간단하면서도 살균효과가 크다.

후속연구

본 연구는 UV LED를 적용한 소독기기를 개발한 것으로써 동작원리와 외형적 심미성을 중심으로 연구된 것이고 실질적인 살균효과에 대해서는 향후 연구를 계속 진행할 계획이다. 도한, 기존 수은형 살균기의 저효율,고에너지소모, 환경 부적합, 제품을 넣고 꺼내기가 불편등의 단점을 개선하고, UV LED와 같은 새로운 기술과 디자인이 결합된 새로운 생활가전 개발에 기여할 수 있다고 사료된다.
본 연구는 UV LED를 적용한 소독기기를 개발한 것으로써 동작원리와 외형적 심미성을 중심으로 연구된 것이고 실질적인 살균효과에 대해서는 향후 연구를 계속 진행할 계획이다. 도한, 기존 수은형 살균기의 저효율,고에너지소모, 환경 부적합, 제품을 넣고 꺼내기가 불편등의 단점을 개선하고, UV LED와 같은 새로운 기술과 디자인이 결합된 새로운 생활가전 개발에 기여할 수 있다고 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소독 캐비닛이란 무엇인가?	소독 캐비닛이란 적절한 용적과 장비가 있고 물리적, 화학적 또는 둘을 결합한 원리로 소독하는 기구이다. 또 일반 장식장보다 밀폐성이 뛰어나 개미와 해충피해를 막고 소독에 이은 2차 오염을 차단하는 효과가 있어 가정용 식기 소독캐비닛이 많이 보급되어 있다[1].
	가정용 식기 소독캐비닛이 많이 보급되는 이유는 무엇인가?	소독 캐비닛이란 적절한 용적과 장비가 있고 물리적, 화학적 또는 둘을 결합한 원리로 소독하는 기구이다. 또 일반 장식장보다 밀폐성이 뛰어나 개미와 해충피해를 막고 소독에 이은 2차 오염을 차단하는 효과가 있어 가정용 식기 소독캐비닛이 많이 보급되어 있다[1].
	UV LED를 사용해야 하는 이유로 현재 자외선 기술의 단점은 무엇인가?	살균기 제품은 다년간의 발전을 거쳐 관련 기술이 점차 성숙한 단계에 이르렀으며, 이미 점점 더 많은 가정에서 사용되고 있다[2]. 그러나 현재 자외선 기술을 사용하여 소독하는 살균기는 대부분 수은램프를 사용하는데[3], 수은램프는 UV LED 칩에 비해 부피가 너무 크고, 출력이 낮으며 최근 친환경성과는 부적합할 수 있을 뿐 아니라 사용수명도 짧은 단점이 있다[4]. 또한 지금까지 가정용 소독 캐비닛은 일반적으로 도어개폐방식이여닫이 방식으로 되어있어 제품을 넣고 꺼내기가 불편하고 제품들이 고정되어 있기 때문에 살균효과가 낮은 단점이 있다.

참고문헌 (13)

Z.C, Zang, "Home intelligent disinfection cabinet design", Hebei Agricultural Machinery 7 (2018) 58.
T. Wang, S.Y. Ma, Y.Q. Jang and Z. Han, "Research and application of the optical wave disinfection in household tableware cabinet", J. Appliance Science & Technology 12 (2018) 24.
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G.H. Zang and J.S. Yue, "Research and application of deep UV LED", China Light & Lighting 3 (2012) 4.
G.Y.X. Xia, X.Q. Nu, Y.Y. Chen, Q. Xu and W.T. Li, "Experimental study of disinfection effect of LED ultraviolet light", Chinese Journal of Disinfection 34 (2017) 1.
B. He, "Study on LED Lighting and UV Germicidal Lamp and Its Key Technology", M.S. Thesis (Beijing Jiaotong Univ., 2014) p. 18.
X.Q. Huang, "The applied research of interaction design in industrial design", M.S. Thesis (Qilu Industrial Univ., 2014) p. 2.
L.T. Hu, "Study of co-experience design for internet product", M.S. Thesis (Beijing Posts and Telecommunications Univ., 2015) p. 18.
J. Forlizzi and S. Ford, "The Building Blocks of Experience: An Early Framework for Interaction Designers", In D. Boyarski & W.A. Kellogg (Eds.), (Communications of the ACM, New York, 2000) p. 419.
Y.Y. Ding, L. Jiang and Y. Dan, "The destructive effect of ultraviolet irradiation on ABS", Automobile Technology & Material 4 (2017) 10.
S.Z. Wang, "Uv-proof glass research", China Building Materials Science and Technology 6 (1995) 23.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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