1. 수행배경

 2019년 4월 1일 ‘미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법(미세먼지법)’이 시행되었다. 이에 따르면 ‘정부의 지원이 필요한 취약계층’을 영유아와 노인, 임산부, 기저질환자로 한정하였다. 여기에 경제적 빈곤 계층, 즉 저소득층은 빠져 있다. 환경 불평등 관점에서 당연히 우선적, 집중적 관리 대상이 돼야 할 사람들이 배제된 것이다. 심지어 미세먼지법의 보호 대책조차 지지부진해 기본적인 실효성에 한계를 노출하고 있다. 보건복지부의 ‘전국 경로당 공기청정기 보급사업’ 추진현황 자료를 보면 전국 경로당 공기청정기 보급을 위해 예산 314억 원을 편성했으나 예산 집행률은 18%에 불과하다.이와 같이 정부의 법 테두리 안에서 보호 대상조차 되지 못한 저소득층, 보호 대상일지라도 제대로 된 혜택을 받지 못한 계층을 위해 우리 팀은 I.L.F.A Kit라는 제품을 구현하고자 한다.

2. 수행기간

3. 개발작품 설명 

▶ 팬 제작

 시중에 나와 있는 선풍기 미세먼지 필터는 공기가 순환하는 방향에 필터를 부착하여 공기를 정화해주는 것이다. 직선 방향으로 공기를 순환해주는 방식과 반경 방향으로 순환해주는 방식 두 가지가 있다. 이러한 제품들의 단점은 많은 양의 공기를 정화하지 못한다는 것이다. 따라서 우리 팀은 이 두 가지를 합쳐 직선과 반경 방향 모두 공기를 보내주어 더 많은 양의 공기를 정화함으로써 성능을 높이는 것에 초점을 맞췄다.

 필터는 선풍기의 전면부와 측면부에 부착하여 선풍기를 통과하는 모든 공기를 정화할 수 있게 하였다. H13 등급 헤파 필터를 정면에 활성탄 필터를 측면에 사용하였다. 헤파 필터는 0.3μm 이하의 초미세먼지를 99.75%까지 포집할 수 있고 활성탄 필터는 유해 가스를 흡착할 수 있어 성능적인 면에서는 의심할 여지가 없다.

 기능적인 부분뿐만 아니라 가격적인 부분 또한 개선하였다. ①PLA 재질을 사용하여 3D 프린터로 제작하였다. PLA 재질은 생분해성 고분자 화합물이다. 생분해성 고분자 화합물 중 세계적으로 가장 많이 생산되고 있어 가격이 저렴하다. 또한, 쉽게 부서지지 않고 ABS 재질과는 다르게 균열이나 휨, 수축 현상이 적은 편이고 비교적 안정적인 출력이 가능하다. ②필터를 탈·부착 가능하게 제작하였다. 필터는 시중에 파는 헤파 필터 원단과 활성탄 필터를 이용하여 9,000원 정도로 저렴하게 교체할 수 있도록 제작함으로써 비용 부담을 줄였다.

▶ 키트 제작

미세먼지 센서, 가스 센서, 필터 교체 주기 알람 등을 탑재 한 키트 개발

▶ 키트 내부 구성품

①미세먼지 센서 (PMS7003)

 UVLED(자외선램프)를 사용하는 저가형 센서와는 달리 레이저를 이용하여 레이저가 먼지에 산란되는 정도를 측정한다. 이 센서는 미세먼지뿐만 아니라 초미세먼지(PM 1.0, 2.5, 10) 모두 측정 가능하다. 측정값을 이용하여 세계 보건 기구 기준에 따라 나쁨 수치일 때 자동으로 선풍기가 작동되게 하였다.

②릴레이 모듈

 릴레이는 전자석의 원리를 이용하여 작은 전압과 신호값으로 큰 전력을 제어할 수 있게 하여주는 모듈이다. 기계식 릴레이 모듈을 이용하여 연결된 회로의 ON/OFF 스위치 역할을 하게 함으로써 선풍기의 자동 운전을 가능하게 하였다.

③일산화탄소 가스 센서(DM423 MQ-9)

 소외계층에서는 연탄을 이용하는 가정이 많다. 이때 일산화탄소가 발생해서 생명을 위협할 가능성이 있다. 이러한 사고 발생 가능성을 미연에 방지하고자 일산화탄소 가스센서를 이용하여 공기 중 가스값을 측정하고 150PPM 이상에 도달할 경우 알람을 울려 사람이 인지할 수 있도록 해준다.

⑤리얼 타임 클럭 모듈(DS3231)

 권장 필터 교체 시기인 6개월마다 알람을 울리게 해준다.

4. 활용방안(기대효과)

 PLA 재질은 균열이나 휨 현상이 적은 편으로 안정적인 제품을 구현하는 데에 용이하다. 제조과정이 단순하고 부품의 개수도 적어 손쉽게 제작할 수 있다. 또한 대량생산이 가능해지면 3D프린터 방식 대신 주물과 같은 다른 공정 방식을 이용할 수 있다. 그에 따라 가격적인 측면도 절감되고 사용 가능한 재료의 폭이 넓어져 더 나은 제품도 자체적으로 개발될 수 있을 것이다.

나. 가격 측면

 흔히 사용하는 공기청정기(약 15~100만 원)는 저소득층 월수입이 대략 100만 원임을 감안한다면 굉장히 비싼 가격이다. 따라서 우리 팀은 PLA 재질과 필터 원단 사용 등을 통해 가격을 최소한으로 낮췄다. I.L.F.A Kit는 17,440원의 재료비로 제작될 것이다. 개선되어 설계된 선풍기 날, 공기청정기 기능을 가진 키트 등 많은 기능이 추가된 것을 고려한다면 굉장히 절감된 가격이다. 또한 일회성이 아닌, 필터 부분만 따로 제작하여 탈·부착하는 방식으로 구현하였다. 시중에 파는 헤파 필터 원단 가격과 필라멘트 가격을 고려할 경우 필터 가격은 9,000원 정도로 저렴하게 교체할 수 있다. 그리고 미세먼지 센서와 릴레이 모듈을 이용한 자동 ON/OFF 기능은 계속해서 선풍기가 작동되는 것을 방지해 준다. 이에 따라 필터 수명 연장, 전기세 절감의 효과를 기대할 수 있다.

다. 활용방안

 우리 팀의 I.L.F.A Kit는 저소득층 뿐만 아니라 모든 계층에서 유용하게 사용될 수 있다. 대표적으로 공기 청정이 필요한 ①공장 ②학교와 같은 공공기관 ③기타 인구 밀집도가 높은 장소지만 저가형 제품이 필요한 곳에서도 제품 활용이 가능하다. 특히, 활성탄 필터를 사용함으로써 ①공장에서 유용하게 사용될 것이다. 활성탄 필터는 헤파 필터로 걸러내지 못하는 유해가스까지 흡착하여 쾌적한 바람을 내보내 준다. 따라서 공장의 유해가스를 어느 정도 걸러주는 효과를 기대할 수 있다.