제3회 창의설계경진대회 수상작 소개
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  • 승인 2008.12.08 00:00
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창의적 사고로 불가능에 도전한다
대상- 냉장고 얼음 엉김에 대한 얼음추출성능 메커니즘 개선 대부분의 가정에서 볼 수 있는 냉장고는 꽤 오랜 기간 동안 윗부분에 냉동실이, 아랫부분에 냉장실이 있는 구조를 유지했다. 찬 공기는 따듯한 공기보다 무거워서 아래쪽으로 향하기 때문에 냉동실에만 냉각기가 있어도 냉장실까지 차갑게 유지할 수 있기 때문이다. 그러나 사용자 입장에서는 자주 사용하는 냉장실이 아래쪽에 있어 이용할 때마다 허리를 구부리거나 앉아야하는 단점이 있다. 이 때문에 냉동실과 냉장실이 각각 좌우에 배치된 형태로 진화하기 시작하여, 현재는 아예 위치가 바뀌어 위쪽에 냉장실이, 아래쪽에 냉동실이 위치한 형태의 냉장고도 출시되고 있다. 뿐만 아니라 냉장고에는 ‘홈바’나 ‘정수기’와 같은 기능이 추가되기 시작했는데, 이 역시 사용자의 편의상 위쪽에 위치하는 것이 좋다. 그런데 냉장실과 정수기 모두가 위에 위치할 때 문제가 생긴다. 정수기 기능 중에는 얼음을 만드는 기능도 있기 때문에, 정수기 안에서 추출을 기다리는 얼음들이 저장되어 있는 ‘아이스뱅크’에서 ‘얼음 엉김 현상’이 빈번하게 발생하게 된 것이다. 얼음 엉김 현상이란 ‘얼음들이 서로 붙어있을 때 온도나 압력의 상승으로 인해 녹았다가 다시 얼면서 서로 엉겨 붙는 현상’을 말한다. 얼음 엉김 현상이 발생하게 되면 얼음을 추출하기 위해 회전하는 오거(블레이드)가 얼음 덩어리를 이겨내지 못해 파열하거나 헛돌게 되어 사용자가 얼음을 추출하지 못하게 된다. 사용자는 아이스뱅크에 손으로 충격을 주거나, 심하면 얼음을 통째로 빼내어야하는 불편함을 감수해야만 한다. 실제로 L사에서는 이 문제의 해결을 위해 수개월간 노력하고 있다고 한다. 필자는 이수인 학우와 함께 ‘TRIZ(Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch의 약자, 영어로는 ‘The theory of solving inventor’s problems’으로 해석할 수 있다)를 이용하여 이 문제를 해결하려고 노력했다. TRIZ란 1946년 Genrich Altshuller에 의해 제창된 창의적인 문제해결 방안으로, 발명의 원리를 40가지로 정리하여 발명에도 일정한 패턴이 있음을 주장한 학문이다. TRIZ는 Su-Field analysis, ARIZ(Algorithm for Inventive Problem Solving), TOSC(Techniques for Overcoming System Conflicts or 39 Engineering Parameters) 등의 방법들을 도구로 활용하여 시스템의 모순을 해결하고 이상적인 해결책에 근접한 방안을 제시할 수 있게 도와준다. 우리는 문제에 제시된 물질(Substance)과 장(場, field)을 분석하는 Su-Field analysis를 이용하여 도구(tool)에 해당하는 아이스뱅크의 변화를 통해 문제를 해결해야 한다는 것을 알았다. 또한 ‘미리 해결하기’, ‘분리하기’, ‘곡선 이용하기’, ‘현재 기술과 융합하기’, ‘안 좋은 것을 좋은 것으로 활용하기’와 같은 발명 원리를 이용하여 ‘제빙기를 품은 회전식 몰드형 아이스뱅크’를 개발했다. 이 새로운 개념의 아이스뱅크는 가운데가 빈 원통형으로, 얼음 하나의 크기에 맞게 구획이 나눠진 몰드 형태이다. 그리고 원통 가운데의 빈 부분에는 얼음을 만드는 제빙기를 설치한다. 제빙기에서 얼음이 완성되면 아이스뱅크 안쪽 면을 통해 각각의 몰드에 얼음이 들어가고, 아이스뱅크가 회전하여 추출부에 이르게 되면 추출 게이트가 열려 사용자가 얼음을 추출해 먹을 수 있는 구조이다. 이는 얼음들이 애초에 서로 붙어있지 않고 몰드에 의해 구획으로 나눠져 있기 때문에, 순간적으로 녹더라도 다른 얼음과 엉겨 붙을 일이 없어지게 되어, 얼음 엉김 현상을 확실하게 방지할 수 있다. 위와 같은 방법을 이끌어내는 데 어려운 수식이나 복잡한 물리 지식이 필요한 것은 아니다. 그러므로 다른 학우들도 학부생이라고 주저하지 말고 발명에 많은 관심을 가질 수 있으면 좋겠다. 덧붙여 TRIZ는 배우면 배울수록 흥미로운 분야이고, 우리 과학도들에게 꼭 필요한 학문이다. 다들 꼭 한번 TRIZ에 대해 알아보고 공부해보는 기회를 가져보면 좋겠다.
정상현 / 기계 06


은상- 새로운 Ladle Slide Gate의 고안 Ladle Slide Gate(이하 LSG)라고 하는 것은 제철소에서 용강의 유량을 조절할 때 쓰이는 장치이다. Ladle이라는 용강 저장소에서 Tundish라는 다른 용강 저장소에 일정한 양의 용강이 차있도록 조절하는 문지기 같은 것이다. LSG의 구조는 크게 Base Frame, Valve Plate, Slide Frame으로 나뉜다. Slide Frame이 유압실린더를 통해 좌우로 수평 운동하면서 Base frame의 nozzle과 Slide Frame의 노즐의 통로가 서로 일치할 때 유량을 흘려보내고, 그렇지 않을 경우에는 흐름을 차단하는 방식이다. LSG가 작동하려면 Slide Frame이 수평운동 할 때 용강이 새어나오는 것을 방지하기 위해 10kgf/cm2 △에 해당하는 압력이 Slide Frame에 가해져야 한다. LSG 작동 시에는 이 압력이 해제되지 않아야 하지만, LSG의 내부 제품을 교체수리할 경우에는 해제되어야 한다. 그리고 LSG 수리 상태에서 작동대기 상태로 전환하는 과정이 간단해야 한다. 새로운 LSG와 기존의 제품이 다른 점은 압력을 생성해내는 방법에 있다. 기존의 제품들이 모두 수평운동을 통해 압력을 생성해낸 반면, 새로운 LSG에서는 국소적인 원운동으로 압력을 생성한다는 것이다. 새로운 LSG의 주요 구성부품으로는 △압력을 생성시키는 과압축 스프링 박스 △과압축 스프링 박스가 만들어내는 압력을 Slide Frame으로 전달해주는 Slide Wheel △여러 부품들이 달려 있는 스틱을 부분적으로 회전시킬 수 있게 하는 Guide Wheel로 구성되어 있다. 스틱의 손잡이를 잡고 약 20~25도로 회전시켜주면 과압축 스프링이 해제되면서 Slide Wheel이 Slide Frame과 접촉하게 되어 압력을 전달하고, 반대 방향으로 스틱을 회전시켜주면 스프링 박스가 다시 과압축되면서 Slide Wheel과 Slide Frame의 접촉이 해제되어 Slide Frame에서의 압력을 해제하게 된다. LSG 수리 상태에서 작동대기 상태로 전환되는 과정을 기존 제품들에 비해 적게는 한 단계, 많게는 다섯 단계까지 줄일 수 있게 되었다. 이는 부분적인 원운동을 통해 압력을 생성하게 됨으로써 압력이 생성되는 축과 Slide Frame이 운동하는 축을 직교화시켰기 때문에 별도의 부품 없이 LSG가 작동할 때 압력 해제를 방지할 수 있기 때문이다(그림 참조). 그리고 기존 제품들이 모두 수입품들인데, 부분 기능적 비교우위를 가지는 독자적인 모델을 제시했다는 것에 의의가 있다. 김범창 / 기계 05

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