[논문]샤워시 고령자의 행동특성을 고려한 샤워장치 노즐위치 최적화연구

김종현; 전경진; 김양수; 이계한; 정우원; 이영식

문제 정의

선행연구로서 진행된 샤워시 고령자의 행동특성 분석에 관한 결과를 토대로 하여 앞으로 개발될 샤워시스템은 고령자의 샤워에 있어 어느 위치에서 어떤 부위를 더 잘 보완하여 씻어주어야 하는지에 대한 해결과제를 제시하고 있다. 따라서 이러한 고령자의 행동특성을 기초로 한 샤워시스템의 노즐위치를 최적화하는 것을 본 연구의 목적으로 한다.²

제안 방법

³ 먼저 1차 실험 장치를 통하여 샤워실험을 진행한 결과 많은 노즐 수를 줄이기 위해 적합하지 않은 노즐위치에 따라 중복하여 분사되는 부위에 있어서의 노즐들을 제거함에 따라, 노즐의 수를 26개에서 22개로 줄였고, 노즐의 위치가 변화 가능하게 설계되었다. 두 번째로는 용량이 큰 펌프로 인한 물의 낭비를 펌프의 소형화를 통하여 개선하였다. 이렇게 개선된 2차 실험장치의 제작으로 1분당 150L의 물을 사용하던 것을 80L사용으로 크게 줄일 수 있었다.
분사각을 측정하기 위해 풀과 물감을 1:2의 비율로 혼합하여 아크릴판에 칠한 후 아크릴 판과 노즐 간의 거리를 Fig. 3과 같이 100mm, 200mm, 300mm, 400mm, 500mm에서 거리를 변화시키면서 세정범위를 측정하였다. 세정범위는 점점 늘어나는 곡선을 그리고 있지만 항상 같은 비율로 늘어나지는 않았고, 노즐과 아크릴 판의 거리가 400mm, 500mm 일 때는 세정효과가 현저하게 떨어지는 양상을 보였다.
세정범위는 점점 늘어나는 곡선을 그리고 있지만 항상 같은 비율로 늘어나지는 않았고, 노즐과 아크릴 판의 거리가 400mm, 500mm 일 때는 세정효과가 현저하게 떨어지는 양상을 보였다. 따라서 본 연구에서 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 최적의 위치를 찾는 과정에서는 300mm까지의 분사범위와 콘(Cone)의 모양을 토대로 최적화된 노즐 위치를 조정하였다.
따라서 이러한 노즐 위치상의 문제점을 해결하는 데 있어서 실험 장치 상에서 구현할 수 없는 위치들이 존재하므로, 이러한 문제점들의 해결하기 위해 3차원 컴퓨터 시뮬레이션 상에 노즐 위치와 각도, 개수를 조정하고 최적의 위치를 찾았다. 먼저 기존의 위치상의 문제점들을 정리 하면 다음과 같다.
노즐의 위치와 각도로 인해 전혀 물이 닿지 않는 허벅지 부분, 노즐과 몸 간의 거리가 너무 멀어 노즐간의 거리가 300mm를 벗어난 몸통 부분, 그리고 노즐과의 거리가 너무 가까워서 분사면적이 너무 좁아 세정되지 않을 우려가 있는 종아리 뒷부분은 Fig.6 오른쪽 그림과 같이 노즐 위치나 각도를 조정하였다. 또한 상대적으로 수직 분사 노즐이 없기 때문에 세정에 취약한 옆구리 부분과 겨드랑이 부분을 보완하기 위한 두 개의 노즐을 추가하였다.
6 오른쪽 그림과 같이 노즐 위치나 각도를 조정하였다. 또한 상대적으로 수직 분사 노즐이 없기 때문에 세정에 취약한 옆구리 부분과 겨드랑이 부분을 보완하기 위한 두 개의 노즐을 추가하였다.
Fig. 2와 같이 우선 마네킹 전면부에 꼼꼼히 바디페인트를 칠하고, 10초 후와 20초 후에 몸의 어느 부위에 페인트가 남아 있는지를 통해서, 적합하지 않은 노즐위치를 찾았다.

성능/효과

이는 노화증세 중에서 신체적 기능 저하 중에 하나인 유연성의 감소로 인해 보여 지는 샤워행동특성이다. 또한 서서하는 샤워와 앉아서 하는 샤워간의 특성비교에서는 서서하는 샤워보단 앉아서 하는 샤워를 할 때 하반신을 문지른 횟수가 약간 증가하는 특성을 보였다.
1은 샤워시 고령자의 행동특성의 결과를 바탕으로 제작된 1차 실험 장치와 1차 실험 장치의 단점들을 보완한 2차 실험 장치이다.³ 먼저 1차 실험 장치를 통하여 샤워실험을 진행한 결과 많은 노즐 수를 줄이기 위해 적합하지 않은 노즐위치에 따라 중복하여 분사되는 부위에 있어서의 노즐들을 제거함에 따라, 노즐의 수를 26개에서 22개로 줄였고, 노즐의 위치가 변화 가능하게 설계되었다. 두 번째로는 용량이 큰 펌프로 인한 물의 낭비를 펌프의 소형화를 통하여 개선하였다.
두 번째로는 용량이 큰 펌프로 인한 물의 낭비를 펌프의 소형화를 통하여 개선하였다. 이렇게 개선된 2차 실험장치의 제작으로 1분당 150L의 물을 사용하던 것을 80L사용으로 크게 줄일 수 있었다.
앞으로 마네킹을 이용한 세정실험 진행에 있어서 마네킹의 표면과 피부는 건조되는 시간이 달라 건조시간이 얼마일 때 같은 세정양상을 보이는지에 대하여 페인팅 건조시간을 도출한 결과, 피부를 3분간 건조하였을 때와 마네킹을 10분간 건조하였을 때 같은 속도와 양상으로 세정이 진행됨을 확인하였다. 이는 피부의 온도 때문에 건조시간이 더 적게 걸린 것으로 보인다.
3과 같이 100mm, 200mm, 300mm, 400mm, 500mm에서 거리를 변화시키면서 세정범위를 측정하였다. 세정범위는 점점 늘어나는 곡선을 그리고 있지만 항상 같은 비율로 늘어나지는 않았고, 노즐과 아크릴 판의 거리가 400mm, 500mm 일 때는 세정효과가 현저하게 떨어지는 양상을 보였다. 따라서 본 연구에서 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 최적의 위치를 찾는 과정에서는 300mm까지의 분사범위와 콘(Cone)의 모양을 토대로 최적화된 노즐 위치를 조정하였다.
마네킹 표면에 바디 페인팅을 한 후, 피부와의 차이를 줄이기 위해 10분간 건조한 후 20초간 물을 분사하여 실시한 세정 실험 결과는 허벅지 아래 부분이 세정이 잘 되지 않는 것으로 드러났고, 10초간 물을 분사하였을 때는 허벅지 전체 부분과 목 어깨부분이 세정되지 않은 것으로 드러났다.

후속연구

본 연구에서 진행한 노즐위치의 최적화 과정은 노즐의 사양과 펌프 사양, 그리고 프레임 구조가 다르더라도 본 연구의 실험방법을 적용하여 최적화된 노즐위치를 찾는데 유용방법이 될 것으로 사료된다.

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