친환경 공기이용 기술 개발동향 분석...나. 출원인 국적별 분석 다. 세계...
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친환경 공기이용 기술 개발동향 분석
2014
목 차제1 장 서론 ········································································································· 1
1. 기술의 개요 ··································································································1 가. Air활용 친환경스마트가전의 정의 ·······················································1
제 2 장 기술동향분석 ····················································································3
1. 기술동향 ········································································································ 3 가. 시장동향 ···································································································· 3 나. Air응용 가전기기 기술동향 ···································································6
2. 국내외 기술동향 ··························································································8 가. 국외(일본,미국) ························································································ 8 나. 국외(기타) ·································································································9 다. 국내 ·············································································································10 라. 쾌적 환경 제어 및 환경 센서 ·······························································12 마. 친환경 공조 시스템 및 제어기술 ·························································15 바. 친환경 공압기기 기술동향 ·····································································15 사. 공압밸브의 기술동향 ···············································································16 아. Air를 이용한 무구속 호흡률 및 심박수 측정 기술 ·························17
3. Air를 활용한 산소 발생기 및 산소 효능연구 ·······································19 가. 산소발생기 제품동향 ···············································································19 나. 고농도 산소 관련연구 ·············································································20
4. Eco Home Air Appliance의 활용 시나리오 ········································· 23 가. 현관 ·············································································································24 나. 거실 ·············································································································26 다. 침실 ·············································································································29 라. 주방 ·············································································································32 마. 욕실 ·············································································································34
5. 특허분석 : 공기이용기술에 대한 핵심경쟁자 탐색 ····························· 37 가. 연도별 특허수 ···························································································38 나. 출원인 국적별 분석 ·················································································39
다. 세계 경쟁자 분석 ·····················································································44
라. 국내 경쟁자 분석 ·····················································································50
마. 세계 핵심 경쟁자 리스트 ·······································································52
제 3 장 활용사례 ·····························································································55
1. 개요 ··············································································································552. 주요 개발 사례 ··························································································57 가. Air활용 플렛폼 ·······················································································57 나. 쾌적환경제어기기 ·····················································································60 다. Air 컨버젼스 기기 ···················································································63
제 4 장 결론 ······································································································67
표목차표 2.1 산소농도가 미치는 영향 ····································································5표 2.2 공기청정기 방식에 따른 특성 ··························································19표 2.3 표 2.3 연도별 특허 수 ............................................................38
표 2.4 출원인 국적별 특허 수 ............................................................39 표 2.5 출원인 국적별 연도별 특허 수 ................................................40 표 2.6 출원인 국적별 특허 수준 지수 ................................................41 표 2.7 출원인 국적별 평균 패밀리 크기 .............................................43 표 2.8 출원인별 특허 수 .....................................................................44 표 2.9 출원인별 특허 수준 지수 .........................................................46 표 2.10 출원인별 평균 패밀리 크기 ....................................................49 표 2.11 한국 특허 출원인별 특허 수 .................................................50 표 2.12 한국 특허 출원인별 연도별 특허 수 .....................................51 표 2.13 출원인별 특허 수준 지수 ......................................................51 표 2.14 핵심 경쟁자 리스트 ..............................................................52
그림 목차그림 1.1 Eco-Home Air Appliance System ············································1그림 1.2 친환경 웰빙가전산업 ······································································2그림 2.1 에어 마케팅의 활성화 ····································································3그림 2.2 고령자 통계 ······················································································4그림 2.3 산소농도분포 ····················································································4그림 2.4 주요가전제품 시장 현황 ································································5그림 2.5 Air 응용 가전기기 기술동향 ························································6그림 2.6 친환경 냉매 히트 펌프 도입, Hitachi社 ····································8그림 2.7 Air 세탁기 ························································································8그림 2.8 미국 에어응용 제품 ········································································9그림 2.9 Electrolux 공기활용세탁기 ·······························································9그림 2.10 Air-o-Swiss의 Air Washer ·····················································9그림 2.11 LG전자 Styler ···············································································10그림 2.12 웅진코웨이, 삼성전자 공기청정기 ·············································11그림 2.13 국내 Air Washer 개발 동향 ······················································11그림 2.14 쾌적온도센서 ··················································································12그림 2.15 PMV 관리화면 ···············································································13그림 2.16 온도센서 ··························································································13그림 2.17 다양한 기능센서 ············································································14그림 2.18 바이오 세균 감지 센서 ···································································14그림 2.19 초고속 공압 발생 Compressor ··················································16그림 2.20 공압 밸브의 종류 ··········································································16그림 2.21 마이크로 밸브 기술 ······································································17그림 2.22 Air를 이용한 제품 ········································································17그림 2.23 AIR Mattress를 이용한 심박수 측정 ······································18그림 2.24 수면 단계 분석 예시 ····································································18그림 2.25 국내 공기청정기 시장추이 ··························································19그림 2.26 산소량에 따른 뇌의 변화 ····························································20그림 2.27 자세에 따른 호흡량 변화 ····························································21그림 2.28 산소농도와 노출관계 ····································································22그림 2.29 예상 활용 시나리오 ······································································23
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그림 2.30 현관 ··································································································24그림 2.31 거실 ··································································································26그림 2.32 침실 ··································································································29그림 2.33 주방 ··································································································32그림 2.34 욕실 ··································································································34
그림 2.35 연도별 특허 출원 추이그림 .......................................................38
그림 2.36 출원인 국적별 특허 수 .................................................................39
그림 2.37 출원인 국적별 연도별 특허 수 ...................................................40
그림 2.38 출원인 국적별 특허 수준 지수 .................................................41
그림 2.39 출원인 국적별 특허 수 대비 수준 지수 .................................42
그림 2.40 특허 수 대비 평균 패밀리 크기 ...............................................43
그림 2.41 출원인별 특허 수 ..........................................................................45
그림 2.42 출원인별 연도별 특허 수 ............................................................45
그림 2.43 출원인별 특허 수준 지수 ............................................................47
그림 2.44 출원인별 특허 수 대비 수준 지수 ............................................48
그림 2.45 특허 수 대비 평균 패밀리 크기(출원인별) ............................49 그림 2.46 피인용 수에 따른 특허 수의 분포 ..............................................54
그림 3.1 공기 압축기 ····················································································57
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제 1 장 서론
1. 기술의 개요가. Air 활용 친환경스마트가전의 정의
○ Eco-Home Air Appliance System은 “웰빙, 친환경”의 미래 가전 Trend에 부합되는 미래 가전산업으로 기존에 존재 하지 않았던 신개념의 Air를 응용한 가전제품의 통칭한 것으로 “신선한 산속의 주거 환경”을 이루는 종합 융합 기술이다.
○ 본 기술은 삼성경제연구소의 국내 10대 트랜드 조사 중 2003~2007년까지
빠지지 않았던 “건강한 삶”을 추구하는 욕구 방향에 부합되며, 향후고령화 사회로 접어 들어가면서 발생되는 가전에 대한 고령 사용자(수요자)의 욕구를 만족 시킬 수 있는 핵심기술이다.
그림 1.1 Eco-Home Air Appliance System
○ 이미 미래 상품 시장에서도 기존의 세탁기 기능에 Air wash기능을 포함 신 개념 세탁기, 에어컨 기능에 산소 발생을 기능을 포함한 산소발생에어컨, 냉장고에 Air shower기능을 부착한 냉장고를 시장에 출시할 예정에 있으며 Air를 이용한 Air massage, Air SPA, Air washer, Air bed등 신개념의 Air가전에 대한 시장 개척을 진행 중에 있다.
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○ 따라서 매우 높은 시장 규모를 갖고 있는 가전 시장이 현재 직면하고 있고 급속히 진행 되고 있는 가전 시장의 Red Ocean화를 극복하기 위하여 현재 국내외 제품 시장에서 급속히 진행 중인 Air를 응용한 “친환경, 웰빙” 가전 산업의 확산이 기대되고 있다.
그림 1.2 친환경 웰빙가전산업
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제 2 장 기술동향분석
1. 기술동향분석가. 시장동향
○ 2010년 세계 가전시장규모는 약 3500억불 규모로 지속 발전 가능한 시장이다. 그러나 핵심․원천기술의 부족 및 중국 등의 추격으로 Red Ocean 화가 여타 산업 보다 급속히 진행되고 있다.
○ 생활가전산업의 가격 경쟁력 약화로 인한 가전산업의 새로운 성장 모델로 공
기를 이용한 신개념 Eco-Home Air 가전산업이 새로운 대안으로 떠오르고 있다.
그림 2.1 에어 마케팅의 활성화
○ Air를 활용함으로서, 기존의 가전제품에 고부가가치화 및 프리미엄화의 발판마련 및 미래 가전 산업 성장 동력으로 활용
○ 현재 가전 시장에 트렌드인 친환경, Well-being 요구에 맞춘 다양한 기술 적용 및 활용에 따라 미래 가전 시장에서 성장 가능성이 매우 큰거승로 나타나고 있다.
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○ 소득증대 및 고령화에 따른 수요의 변화
- 고령화 사회로 접어들면서 가전에 대한 고령 사용자(수요자)들이 증가하고 있음
2006년 고령자 통계, 통계청그림 2.2 고령자 통계
- 국내에서는 얼리어뎁터, 인터넷 동우회를 중심으로 제품에 대한 사용
후기를 공유하게 되면서 까다로운 수요자들이 증가
⇒ 제품의 테스트베드로 활용할 정도로 까다로운 수요자 증가
- 변화하는 사용자의 니즈를 만족시킬 수 있는 설계가 필요함
○ 쾌적한 삶 (쾌적한 실내환경)
그림 2.3 산소농도 분포
- 전 세계적으로 CO2 증가와 더불어 산소가 감소하고 있으며,
- 많은 인구가 생활하는 도시공간에서는 더 심각함
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표2.1 산소농도가 미치는 영향
자료: 옥시테크 홈페이지(www.oxytech.co.kr)
○ 수질↔가전 (폐수문제 등)등과 연관된 공기 활용기술의필요성 증대
- 수도권에서 생활하수가 하수발생량의 98%를 차지하며 1일 처리비용만 3억 원
- 가정 내에서 사용되는 기기의 효율성, 수자원절약, 무냉매 사용 등으로
환경오염 감소에 크게 기여할 수 있음
○ 공기가전의 비약적인 발전
그림 2.4 주요가전제품 시장현황
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공기가전이 신규가전시장으로 독자적 영역을 구축할 것으로 판단됨
전통가전(냉장고, 세탁기, TV)등이 역선장하는 반면 공기를 활용한 가전인
에어컨등은 지속적인 성장세를 기록하고 있다. 특히 에어컨의 경우 시장조
사업체인 Gfk에 따르면 2013년 57.3%이상 성장하는 것으로 기록되고 있어
공기가전의 지속성장세를 극명하게 보여주고 있다.
이러한 현상은 기존의 가전이 이미 90%이상 시장에 침투하고 있어 포
화가 예상되나, 반면 에어컨, 제습기등의 경우 시장 포화가 이루어지지 않
고 있는데다, 고온다습한 기후의 영향까지 겹치면서 지속적인 시장성장이
예상된다.
나. Air응용 가전기기 기술동향
○ 현재 세계적으로 에어마케팅이 활성화 되었고, 가전, 자동차 등 타 제품과 의 컨버젼스를 통한 시장의 확대 가속화 되고 있다.
그림 2.5 Air 응용 가전기기 기술동향
○ 기존 생활가전산업의 새로운 성장 모델 및 고부가가치 사업 개발을 위한 새로운 killer application 필요성 대두에 따라서 Air를 활용한 가전기술관심 증대 및 다양한 응용제품 등장
○ 전자제품의 뉴 패러다임으로 아날로그의 디지털화와 단일 기능의 지 능적 융합화된 다기능 컨버전스화 등장
○ 이러한 패러다임의 등장과, 새로운 시장의 요구에 맞는 다기능 가전 제품 및 기술 개발 트렌드로 변화
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○ 현재 Whirlpool, Sanyo, 삼성과 같은 글로벌적인 대기업의 중심으로 Air를 이용한 다양한 컨버젼스 가전제품이 등장
○ relaxation 제품 소비 증대 인해 삼성경제연구소의‘2000~2004 소비시장 전망 보고서‘ 에서 5대 소비 트렌드 중의 하나로 relax 소비를 꼽고 있으며, 의자 시장에서 relaxation으로 특화된 의자의 경우 프리미엄화 되어 고가로 판매되고 있다.
○ 앉아서 생활하는 시간이 많아져 여러 가지 요추 관련 질환의 증가- 앉아서 생활하는 시간이 길어짐에 따라 앉은 자세에 따른 여러 질환 (척추
충만증, 요통 등) 증가하고- 오랜 시간 앉아도 인체공학적으로 요추를 지지하여 여러 가지 요추질환 으
로부터 예방할 수 있는 고기능성 의자 필요.
○ Relaxation Station의 핵심기술은 다양한 제품군에 활용 가능- Relaxation Station의 등판인 pneumatic cell은 인체공학적 침대나 의자 개
발 시 핵심부품으로 활용될 수 있으며,- Air를 활용한 생체신호 측정은 다른 가전과 융합되어 웰빙형 프리미엄 가
전 개발 가능
○ 미국 등 선진국의 가정용 Air 응용기기의 경우 공기질 향상, 삶의질 향상을 목표로 개발되고 있고, 특히 고가의 건강 증진 관련 기기 개발이 증가추세로 Air 관련 시장은 37억 달러로 예상된다.
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2. 국내외 기술개발현황
가. 국외(일본,미국)○ 일본의 간사이전력과 히타치는 가정용 열교환기에 친환경 냉매(Air)를 활용
한 히트펌프를 상용화하여 기존 냉매 사용시에 비해 30% 고효율화를 달성하는 시스템을 개발한 경험이 있다.
그림 2.6 친환경 냉매 히트 펌프 도입, Hitachi社
○ 일본의 Sanyo에서는 세계 최초로 ‘Air Wash'기법을 도입하여 기존의 세탁방법으로 제거하기 어려웠던 박테리아 및 세균을 산도를 이용하여 세탁하는 기술을 개발하였다.
그림 2.7 Air 세탁기
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○ Hypoxico사에서는 고압 산소텐트를 개발하여 운동 선수등이 텐트속에서 머물면 혈중 산소 농도가 높아져 컨디션 조절 및 부상 회복 속도등 증대에 이용하는 제품을 개발하여 보급하였다.
○ Whirlpool은 산소를 이용한 전신 마사지기를 구현한 마사지기를 출시준비중 이며 이기기는 피로 회복 기능 증대 및 신진대사 기능 향상이 기존기기보다 수배 높은 것으로 나타나고 있다.
고농도 산소 텐트, Hypoxico社 산소 마사지기, Whirlpool사社
그림 2.8 미국 에어응용 제품
나. 국외 (기타)
○ Elux는 air를 활용한 무세제 개념의 세탁기를 개발하였다. 이 세탁기는 공기를 활요하여 간단한 세탁이 가능하며, 걸어두기만하여도 세탁이 되는 개념
그림 2.9 Electrolux공기활용세탁기
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○ Air-O-Swiss는 공기를 청정기능과 가습기능을 동시에 수행하는 Air Washer를 개발하여 출시하였음. 이제품을 2-in 1의 제품으로써 공기 가전의 새로운 모델이라고 할 수 있겠다.
그림 2.10 Air-O-Swiss의 Air Washer
다. 국내
○ LG전자에서는 Air를 활용한 옷장을 개발하여 판매과있다. 이 옷장은 젖은 건조가 가증하며 향균작용까지 함께할 수 있다. 또한 옷감을 손상없이 건조가 가능한 기능을 가지고 있다.
그림 2.11 LG전자 Styler
○ 웅진코웨이, 삼성전자, LG전자, 대우일렉 등 국내의 경우 대기업에서 공기청정기의 사업분야 진출하여 제품을 판매하고 있음.
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○ 이는 삶의 질이 향상되면서 가정내의 공기도 산속에 있는 것과 똑같이 신선하고 상쾌하게 하고 싶은 소비자들의 욕구 반영이 가져온 결과임.
그림 2.12 웅진코웨이, 삼성전자 공기청정기
○ 최근에는 에어워셔가 에어컨, 제습기를 이을 공기가전으로 각광받고 있다.관련 업계에서는 에어워셔가 잃어버린 가습기 시장을 되찾을 수 있는 제품으로 보고 있다. 가습기 시장은 2010년까지 연평균 100%씩 성장했으나 살균제 파동이 발생한 직후 2011년부터는 시장이 급랭했다. 최근에는 살균제 없는 가습기도 선보이고 있으나 시장이 좀처럼 회복되지 않고 있다. 따라서 가전업계는 물을 이용한 자연가습 방식의 에어워셔를 부각시키고 있다. 에어워셔는 기존 초음파 방식의 가습기에 비해 물입자가 작아 세균과 오염물질이 함께 배출되지 않고 공기중에 넓게 퍼진다는 장점이 있다. [디지털타임즈, 2013년 10월 16일자 참조]
그림 2.13 국내 Air Washer 개발동향
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라. 쾌적 환경 제어 및 환경 센서○ PMV(예상온열감지수)제어를 통한 쾌적 시스템은 건물내 에서 기존의 단순한
공기의 온도와 습도의 제어만으로는 쾌적한 환경을 이룰 수 없음을 알고 사람이 느끼는 쾌적감을 지수로 표현하는 PMV제어를 실시하여 사람이 느끼치는 체감 쾌적 환경구현 실현 하였다.
○ 이를 위해서 인체와 동등 된 등가모델을 적용한 쾌적 온도센서를 개발 함으
로써 구현될 수 있었음.
○ 쾌적 센서는 인체가 외부환경과 열교환을 할때 주로 주변의 기온, 방사온도, 기류의 영향을 받으며, 이때 인체는 체온을 일정하게 유지하려고 발열량을 조절하게 된다. 이와 같은 조절 반응이 차갑거나 더운 반응을 느끼는 메커니즘인데 개발된 쾌적온도 센서도 동일한 원리로 검출부에 발열기구를 갖추도록 하여 그 온도가 적정의 설정치가 유지되도록 발 열량 제어를 통한 원리로 구현되었다.
그림2.14 쾌적온도센서
○ 실내환경을 제어하고 있지만 춥다거나 덥다는 느낌을 받는데 이는 온도 설정치의 관리에 따라 발생하게됨, 따라서 쾌적온도센서의 출력에 의한 체감온도의 제어를 하고, 설정치의 결정이나 경향관리등에 PMV지표를 이용하여, 인체의 온냉감이나 PPD라는 통계적인 배경과 함께 적정한 설정치를 판단 할 수 있도록 하는 제어 방법까지 도입되고 있는 실정임.
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그림 2.15 PMV 관리화면
○ 방사온도센서와 파라미터 제어를 통한 쾌적 제어 시스템은 실내환경의 변화 특징으로는 경관확보, 자연채광을 위한 창문 면적의 확대나 거주공간의 OA기기의 증가 등으로 인해서 다양한 방사 열원이 발생되고 있는데 이를 기반으로 개발되었다. 특히 페리미터 계동(실내외주변부위)은 일사나 외기온도 등의 옥외 환경이 방사로 영향을 미쳐 실내 환경을 악화시킴.
○ 창문이나 벽면을 통해서 외부와 접촉된 부위로 부터의 온도의 영향을 고려한 쾌적한 실내 환경 제어를 실시. 기존의 제어 방법으로는 온도분포가 크고, 센서의 설치장소가 한정되므로 정확히 환경을 정확히 판단하기 어렵다는 단점을 극복함.
( 열방사에 의한 온도편차 ) ( 방사온도 센서)
그림 2.16 온도센서의 사용 예
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○ 다기능 실내 환경 감지기는 이산화 탄소농도, 온도, 습도 등 실내 환경 상태를 한눈에 알아 볼 수 있도록 만든 ‘최첨단 탁상용 다기능 실내환경 모니터’를 개발 하였다. 이산화탄소 농도 표기와 안전경보는 물론, 온도 센서 습도 센서 내장, 이슬점 경보장치, 생활에 필요한 복합 기능을 모두 적용되었다.
그림 2.17 다양한 기능센서의 사용 예○ 2006년 1월 18일, Singapore회사인 Veredus Laboratories and ST
Micro-electronics는 SINGAPORE BIRD FLU KIT로서 공기오염원의 하나인 조류독감(SARS)세균을 검출하고 판명할 수 있는 LOC(Lab-on-ChipP를 출시하였는데, 이 제품은 바이오 세균 감지 및 진단 분야에서 필요한 시료의 첨가, 희석, 혼합, 반응, 분리, 검출의 모든 단계를 하나의 칩 상에서 구현한 사례로 볼 수 있다.
그림 2.18 바이오 세균 감지 센서
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마. 친환경 공조 시스템 및 제어 기술 ○ 친환경 공조 시스템 및 제어 기술 동향은 가정 내 온도, 습도, 기류, 청정도 등을
센서를 바탕으로 인간이 생활하기에 가장 적합한 생활조건을 만들어 쾌적한 조건화 시키는 것으로 주로 내부 공기를 정화하는데 음이온 등을 공급하여 자연의 삼림욕 효과를 주는 쾌적성을 추가한 공조시스템이다.
○ 실내에 있는 열교환기를 이용한 냉/난방 가능하도록 각종의 필터를 통한 공기 청정기능을 수행하고 가정용 공조기의 제어는 인간이 원하는 쾌적한 상태를 최단 시간 내에 가장 경제적인 방법으로 도달 및 유지하는 것을 최우선으로하며․ 최적의 제어 알고리즘과 수반되는 하드웨어의 개발에 주력하고 있다.
○ 즉, 거실 또는 침실 같은 한정된 공간을 최단 시간내에 가장 쾌적한 상태에 이르도록하는 기술로 사용자의 기호를 반영할 수 있도록 첨단 제어 이론들을 실용화 하고 있다.
○ 전지 집진기를 비롯한 각종 공기청정기능, 제습 기능, 수면 기능, 예약 기능 등의 각종 부가 기능 까지 단순한 버튼 하나로 가능토록 하여, 기능 및 제어를 복잡하고 첨단이면서 사용자 편의 증대로 발전발전시켰다. 그러나 기초 기술, 특히, 회전수 제어형 압축기 및 그 제어 장치들에 대한 기반 기술이 취약하고 가격이 고가인 상태임
바. 친환경 공압기기 기술 동향
○ 전 세계 공기압 기기 및 공압밸브의 시장 규모는 매우 크다고 볼 수 있지 만, 국내의 기술력이 선진국의 50~60% 수준에 머물고 있어 공기압 제품의 대부분을 수입에 의존하고 있는 실정 이며, 국내 개발을 통한 국산화가 시급한 실정임.
○ 공압기기 : 유압 기기 및 전동기에 비해 소형, 경량이고 상대적으로 출력이 크므로 소형, 경량화의 시대적 요구와 일치하고 있으며, 더욱이 유압기기에 비해 환경오염을 줄일 수 있기 때문에 전자, 식품, 의료업 분야에서 청정기로서의 비중이 점차 증가하고 있는 실정임
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그림 2.19 초고속 공압 발생 Compressor
사. 공압 밸브의 기술 동향
○ 공압 밸브 : 공기압 회로에서 실린더 기타 액츄에이터로 공급하는 공기압의 흐르는 방향(유로)을 전환하는 방향 제어 밸브임. 방향제어밸브는 크게 나누면 전환 밸브, 체크밸브, 일반밸브, 셔틀밸브로 분류 할 수 있음.
그림 2.20 공압 밸브의 종류
○ 국가주도 6T기술 중 IT, NT, BT, ET등의 첨단 기술의 발전과 더불어 공기압 기기 기술 또한 함께 성장하고 있으며, 대표적으로 공압시스템, 마이크로 밸브, 서보 밸브, 인공근육, 실리스 실린더 등이 있음
○ 마이크로 밸브 (Micro valve)는 반도체 산업, 의료기기, 전자제품 조립라인 첨단 시험장비등에서 주로 사용되고 있으며, 특히 초절전형 마이크로 밸브기술은 작동 유체인 공기의 특성상 청결성 및 비폭발성을 가짐.
- 17 -
그림 2.21 마이크로 밸브 기술
아. Air를 이용한 무구속 호흡률, 심박수 측정 및 평가
○ 일반적으로 심박수는 심전도에서 추출하며 호흡률은 심박수에서 추정하거나 가슴의 volume 변화로 측정되고 있다.
그림 2.22 Air를 이용한 제품
○ 1924년 einthoven이 심전도 측정 방법으로 노벨의학상을 받은 이후, 심전도 측정은 사용목적에 맞게 진화 되어왔으며, 최근에는 언제어디서나 측정 가능한 상황을 만들기 위해 무구속, 비접촉 방식을 추구함
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○ 구속 및 접촉 방식의 생체신호 측정은 사용자에게 불편함을 초래해 생체신호 측정의 방해요인이 됨
○ Patrick Chow(USA)는 침대의 가슴부위에서 독립적인 4개의 공압 측정 mattress를 이용하여 호흡에 의한 압력 변화를 측정하여 호흡률을 추정하여 무구속적인 호흡률 측정을 가능하게 함 (“Respiratory monitoring using an air-mattress system", Physiol. Meas. 21(2000) 345-354)
그림 2.23 AIR Mattress를 이용한 심박수 측정 예시
○ Watanabe(Japan)는 Air cushion을 이용해 심박수와 호흡률, body movement를 측정하고, 이를 이용하여 수면 단계를 분류하여 평가함 (“A Study on Sleep Stage Estimation via Non-invasive air Mattress Sensor", SICE Annual conference in Fukui, August 4-6, 2003)
그림 2.24 수면 단계 분석 예시
○ Air의 미세 진동을 활용하면 심탄도로부터 심박수 측정이 가능하며 호흡률 측정도 가능하여 측정 부위를 Air mattress 형태로 제작하면 의자에서 무구속 측정도 가능 또한 심박수를 활용하면 relaxation과 직접 관련 있는 스트레스 평가도 가능 함.
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3. Air를 활용한 산소 발생기 및 산소 효능 연구가. 산소발생기 제품동향
○ 산소발생기 전방산업인 공기 청정기 시장은 2001년 이후 지속적으로 성장했으며
호흡기 학회를 중심으로 COPD(Choronic Obstructive Pulmanary Disease) 환자에 대한 산소 요법에 대해 보험 적용을 추진하고 있어 산소발생기 시장의 급성장이 예상되고 있는 기술이다.
그림 2.25국내 공기청정기 시장추이
○ 국내 업체는 10~20여개가 있으며 PSA 방식의 산소발생기가 주를 이루고 있으며 국내 자체기술로 개발 가능한 업체는 5업체 정도가 있음
표 2.2 공기청정기 방식에 따른 특성구분 PSA방식 멤브레인방식 평막방식
산소순도 80~90(±5)% 최고 65% 28~30%작동압력 10~30Psi 100Psi 9.2~10.8Psi소음도 40~60Dba 50~70Dba 30~40Dba
수명저압
Compress사용, 장수명
고압 Compressor사용,
짧은수명-
단가 고가 중간 저가중량/규격 소형/경량가능 소형/경량불가
장점 높은 산도 농도를 얻을 수 있음
멤브레인은 반 영구적임
구조가 단순크기 컴팩트
단점 단가가 상대적으로 고가
결로현상발생, 막내부 세균번식
충격 및 열에 의한 막의 변형이 쉽게 일어나 내구성이
떨어짐.
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○ PSA 방식은 여타 방식에 비해 산소의 순도가 높고 저압 컴프레서를 사용하여 멤브레인 방식에 비해 상대적으로 컴프레서의 수명이 길며 소형/경량화가 쉬운 장점이 있으나, 단가는 상대적으로 조금 비쌈
○ 멤브레인 방식의 경우 작동 압력이 높아 고압 컴프레서를 사용하여야 하므로 컴프레서의 수명이 짧아지며, 특히 소형/경량으로 제작하기 매우 어렵고 소음 이 심하며 막내부의 세균 번식 위험이 있음
○ 평막 방식은 산소순도가 낮고 내구성이 떨어지나 단가가 저렴하고 구성이 단순하여 소형/경량화가 용이함.
○ 국내 업체에서는 대부분 PSA방식을 많이 사용하고 있으며, 산소발생 기술이 평준화되어 각 방식별 장단점이 없어지는 추세임 최근에는 정수기, 차량용, 의료용, 가정용 등으로 많은 응용이 이어지고 있다.
○ 사용 장소와 목적에 맞는 산소발생 공법을 선택하여 개발해야 하며 소형화, 비용절감 등도 필요함
나. 고농도 산소 관련 연구 ○ 대부분의 간헐적 고통, 질병 등은 세포단위에서 산소의 결핍으로 발생한 다는 의학적 보
고 (Arthur C. Guyton, the Textbook of Medical Physiology. WB Saunders Co. 1976) ○ 산소는 면역체계의 기능강화에 결정적인 역할을 한다는 보고(Stephen
Levine and Parris M Kidd, " Adaptation and Immunity, Cancer, Oxygen and Candida Albicans" Let's Live, August, 1986)
○ 건국대학교 정순철 교수팀은 산소 농도 21%에서보다 30%에서 공간 지각 능력이 10% 상승했다는 연구 결과를 보고
그림 2.26 산소량에 따른 뇌의 변화
- 21 -
○ 운동 중 산소 공급은 최대산소섭취량을 증가시키는 효과를 줄 수 있으며 운동의 회복에도 도움을 줌
○ 인위적으로 공급되는 산소가 혈중 피로 요소들의 향상에 큰 효과를 보이기 위해서는 산소 공급시기, 운동 강도, 운동 기간, 체력 수준 등을 고려해야함 (전유섭, “운동 중 과산소 공급이 혈중 피로요인들에 미치는 영향”)
○ 운동 후 산소 소비량으로 젖산 제거율을 추정하였으나 최근에는 동일 지표인 혈중 산소 농도를 측정하는 것이 보다 타당성이 있다고 주장 (유영창, “점증부하운동후 휴식유형에 따른 혈중산소농도에 미치는 영향”)
○ 앉은 자세에 따라서도 호흡량이 변해 산소흡수량에 차이를 보일 수 있음
그림 2.27 자세에 따른 호흡량
○ 폐 실질이 손상을 받았거나 stress를 받은 경우에는 폐동맥 혈액 산소분압 (PaO2)이 250mmHg이상이 되면 뚜렷한 비정상적 소견을 보임
(Marino PL. The ICU book. Philadelphia: Lea &Febiger. 1991;326.) ○ 연구결과에 의하면 100% 순수한 산소일지라도 대기압의 ⅓로 낮추어 흡입시키면
폐에 손상이 오지 않는다고 함.
○ 산소요법시에 흡입산소의 농도를 결정하는 기준은 PaO2를 60-100mmHg 범위내에서 유지할 수 있는 농도중에서 가장 낮은 쪽을 선택하고 50% 이상의 산소농도는 48시간 이상 그리고 100% 산소는 12시간 이상 유지하지 않는 것이 관례.
- 22 -
그림 2.28 산소농도와 노출관계
○ 50% 이하의 산소는 수 주간 투여하여도 비교적 독성을 적게 일으키나 100% 산소를 24시간 이상 투여할 경우에는 산소독성이 나타날 가능성이 매우 높음.
○ 고농도 산소는 많은 부분 인체에 긍정적인 효과를 보이지만 시간, 분압, 농도를 안전한 범위 내에서 공급하는 것이 필요하며, 이러한 범위가 절대적인 것이 아니라 개인의 상태에 따라 달라질 수 있으므로 인체 상태를 모니터링 하는것이 필요함
○ 일반적으로 고농도 산소의 부작용은 동맥혈액의 산소분압(SaO2)이 정상범위 이상으로 높을 경우에 발생하므로 SaO2가 100 mmHg 이상을 넘지않도록 산소농도를 조절하는 것이 무엇보다도 중요 (Shapiro BA, Harrison RA, Kacmarek RM, etal. Clinical application of respiratory care. 4th ed, Chicago: Year Book Medical Publishers. 1991;109-149.)
○ 또한, 같은 사양의 산소발생기라 하더라도 산소발생기의 구조나 위치에 따라 사용자가 받는 산소의 농도나 분압이 달라지므로 산소 흐름 제어를 통해 산소의 효율적인 공급을 위해 최적 구조 설계 필요
- 23 -
4. Eco Home Air Appliance의 활용 시나리오 가정내에 Air로 할 수 있는 일들에 대한 시나리오에 대해서 작성하였으며, 현관부터 유틸리티까지 가가부분에 대한 활용시나리오를 정리한 것으로 향후 Air를 활용한 가전제품의 활용도를 확인하기 위한 시나리오 임.
그림 2. 29 예상 활용 시나리오
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가. 현관
그림 2. 30 현관
○ Air clean door or Entrance hall- 공압을 이용하여 옷, 신발 등에 묻은 이물질을 제거
- 집안에 들어가기 전 밀폐된 공간에 압축 공기를 사람에게 방출하여
이물질을 떨어내는 air shower부와 이물질과 혼합된 내부의 공기를
흡입하여 외부로 방출하는 환기부로 구성
- 청 산업 설비에서 활용되고 있으나 가정용으로 활용된 사례는 없음
○ Air clean cabinet - 선반을 air로 진동 시키고 이물질을 흡입하여 신발이나 보관물의 이
물질을 제거
- 신발, 청소도구, 의류 등의 먼지를 떨어낼 수 있으며 air를 이용한
진동부와 흡입부로 구성됨
○ Air cotton- Air cotton은 출입이 잦은 곳에 설치
- 출입 시 에너지 방출을 막아 여름철이나 겨울철 에너지 손실을 막
기 위해 사용
- 출입구 위에서 아래쪽으로 강한 공압을 분출함
- 25 -
○ Air safeguard- 위험 상황에서 강력한 공압을 발사하여 큰 외상을 주지 않고 침
입자를 제압
- 화재 시에 전기가 나가게 되지만 공압은 이용 가능해 소화 성분
을 공압으로 자동 분사하고 유해 가스를 외부로 환기시킴
- 통전 시에는 공기를 압축해 두었다가 긴급 상황이나 정전 시 공
압을 사용하게 됨
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나. 거실
그림 2.31 거실
○ Air duster
- 거실 먼지 농도를 모니터링 하여 사람이 없는 시간을 이용해 자
동으로 air 진동 또는 바닥에 압축 air를 발사하고,
- 공기 중으로 뜨게 한 후 오염 공기를 흡입하여 자동으로 청소
- 거실 내 사람이 없는 것을 감지하여 동작하거나 타이머를 조정하
여 동작시킬 수 있음
- 벽이나 바닥은 공압을 통해 먼지를 띄울 수 있는 정도의 미세 진
동을 일으켜 효과를 높임
○ Air cleaner
- 압축 공기와 air 스팀을 이용하여 청소하고,
- 살균, 탈취가 가능하며
- 자동으로 더러운 곳을 인식하여 청소 함
- 압축 공기는 중앙 배관으로부터 공급 받음
○ Air window
- 출입문에 설치되는 air cotton과 유사하며 창문에 장착되어 에너
지 손실과 오염 공기 유입을 차단
- window는 공압을 통해 자동으로 개폐되고 창문이 열린 상태에서
- 27 -
는 air cotton을 동작함
○ Air window cleaner
- 평상 시 Air window로 사용되다가 창문이 더러워지면 강력한 공
압을 이용해 창문을 청소함
- Air window의 공압 분사구가 방향을 바꿔 유리를 향해 발사되어
청소
○ Air sofa
- 내부의 공압을 조절하여 sofa의 탄력을 수동으로 조절하거나 체중
을 측정하여 자동으로 탄력을 조절
- 공기의 온도 조절이 가능하며 진동을 통해 간단한 마사지 및 운
동을 유도
- 평상시에는 내부의 에어를 뺄 수 있어 효율적인 공간 활용을 가
능하게 함
- 발받침, 팔받침, 목 받침, 허리 쿠션 등의 기능들을 선택하면 자동
으로 부풀면서 기능이 생성됨
○ Air mattress
- air를 이용해 심장의 미세 진동(심탄도)을 측정
- 눌리는 힘을 feedback하여 편안하게 앉을 수 있도록 내부 공압을
자동을 조절함
- ‘보관’ 버튼을 누르면 내부 공기가 자동으로 빠져 좁은 공간에 보
관이 가능하며 ‘사용’ 버튼을 누르면 자동으로 공기가 주입
○ Air massage
- 공압을 통해 셀 단위로 마사지
- 모터가 아닌 공압을 사용해 마사지시 소음이 전혀 없음
- 기존 모터를 이용한 방법으로 구현할 수 없었던 당기는 형태의
마사지 기능을 강력한 공기 흡입을 통해 구현
- 내부 공기의 온도 조절이 가능해 마사지의 효과를 높일 수 있음
○ Air conditioner
- 사람의 생체 정보를 인식하여 적절한 온도를 맞추어 줌
- 중앙 배관을 통해 냉각 공기를 받는 구조로 냉매가 필요 없으며,
- 28 -
- 무소음, 무진동으로 동작하고 공기를 살균하여 청정 공기를 공급
○ Air heater
- 사람의 생체 정보를 인식하여 적절한 온도를 맞추어 줌
- 중앙 배관을 통해 난방 공기를 받는 구조로 실내에서 열을 만들
지 않아 화재의 위험이 없음
○ Air health machine
- 공압을 이용해 부하를 가하며 무소음 무진동 운동 기구
- health machine은 단계적인 부하를 가하지만 공압 부하를 이
용하게 되면 남녀노소에 무관하게 사용가능한 부하 공급이 가능
- ergometer, treadmill, bench press 등 다양하게 활용됨
○ Air relaxation chair
- 휴식을 위한 의자로 자동으로 산소와 아로마를 공급하여 피로회
복을 돕고,
- 공압형 셀기반 등판이 요추와 등을 인체공학적으로 받쳐 올바른
자세 및 편안한 자세를 제공
- 휴식 시에 생체 신호를 측정하여 건강을 평가하며,
- 잠이 들면 수면에 편안한 자세를 유지하도록 의자가 펼쳐지며 누
운 상태로 만들어 줌
- 29 -
다. 침실
그림 2.32 침실
○ Air door handle
- 일반적인 door handle의 경우 유아나 노인들에게 위험한 장애물
이 될 수 있으나 Air door handle은 풍선과 같이 공기로 둘러싸
여 위험이 덜하지만 door handle의 모든 기능을 수행할 수 있음
- 일반 door handle처럼 돌리거나 당기는 형태가 아니라 움켜쥐고
손으로 압력을 가하면 열리는 형태
- 열리는 압력을 높게 조절하면 아이들이 문 여는 것을 간편하게
통제할 수 있음
○ Air door
- air를 door의 마찰부분에 분사함으로써 소음을 최소화
- 사람을 감지해 공압을 통해 자동으로 문이 열리고 닫힘
- 보안을 위한 문으로 사용될 때는 생체 인식 기술이 결합되어 자
동으로 사용자를 인식함
- 30 -
○ Air pillow
- 수면을 유도하기 위한 최적 산소농도를 제공
- 내부 공기압을 조절하여 목 부위를 편안하게 유지
- 기존의 청각 자극에 의한 알람과는 다르게 bed의 진동에 의해 알
람기능 수행
○ Air bed
- 공압에 의해 셀 단위로 제어하여 편안하고 안정된 수면자세 유도
- 생체 신호를 측정하여 수면 상태를 모니터링 하여,
- 수면 무호흡 시 산소공급 등의 조치를 취하거나,
- 수면 단계에 맞는 음악을 제공함으로써 최적의 수면을 유도
- mattress 진동에 의한 알람 기능 수행
○ Air bedclothes
- 가벼운 소재의 천안에 공기를 넣어 가볍고 쾌적한 이불을 제공
- 내부 공기의 온도를 조절하거나 내부 공기를 환기시킬 수 있음
- 자체적으로 오존에 의한 소독을 할 수 있으며,
- 내부 공기를 뺄 수 있어 편리하게 보관 및 세탁이 가능
○ Air clothes chest
- 의류를 넣어 두면 자동으로 먼지를 빨아들이거나 냄새를 제거 함
- 셔츠 같은 것은 에어 스팀다리미에의 해 자동으로 다림질됨
- 자동으로 습도를 조절하여 의류의 최적 보관 상태를 유지함
- 날씨에 맞는 의류 코디를 위해 외부의 온도, 날씨 등을 디스플레이
○ Air drier
- 중앙배관의 난방 공기를 사용하여 머리를 말리는데 활용
- Air direr에서는 중앙난방 공기에 탈모, 두피 관리 등의 성분이 추
가됨
- 원하는 헤어스타일 연출을 위한 기초 머리 상태를 선택하여 헤어
스타일 연출의 최적 조건을 만들어 줌
- 천연 스프레이나 젤이 통합되어 원하는 헤어스타일 연출을 도움
- 31 -
○ Air cosmetics refrigerator
- 화장품을 보관하는 냉장고로써 중앙 냉방 공기를 사용
- 화장품의 유통기한을 늘릴 뿐만 아니라 피부에 알맞은 온도를 유
지하도록 함
- 화장품 내용물의 무게 및 부피를 측정하여 고갈된 품목을 알람
○ Air cleaner
- 건물 내부에 압축 공기 배관이 있어 배관에 꽂기만 하면 공기 청
소기로 활용 가능함
- 압축기가 건물 외부에 있어 소음이 없으며,
- 흡수된 쓰레기들은 배관을 통해 시설물 통합 쓰레기통에 자동으
로 통합되어 일괄 처리됨
- 32 -
라. 주방
그림 2.33 주방
○ Air sink
- 싱크대의 크기를 사용자의 높이에 맞게 자동으로 조절
- 살균, 스팀 및 오존을 통한 하수 처리
- 인체공학적인 설계를 통해 요리나 설거지 등에서 편안한 상태를
유지
○ Air dish washer
- 공압을 활용해 설거지를 할 수 있어 수질 오염 방지 및 수자원
절약 가능
- 공기에 미세 입자를 섞어 분사함으로써 음식물 찌꺼기는 물론 냄
새까지 제거 할 수 있으며,
- 오존을 통해 살균 기능을 가지고 있음
○ Air dish drier
- air dish washer로 세척이 힘든 경우 자동으로 물 세척을 하게 되
고, 중앙배관의 난방 공기를 이용하여 식기를 건조 및 살균할 수
있음
- 33 -
○ Air refrigerator
- 중앙배관의 냉방 공기를 이용하여 냉각공기를 제공하며,
- 음식물의 신선도를 최적화할 수 있는 산소 농도를 유지
- 냉각시스템이 외부에 있어 무소음 무진동
- 용량 제한이 없어 무한정 공간확장이 가능함
○ Air garbage can
- 음식물을 건조시켜 냄새 및 세균들을 없애고,
- 압축하여 쓰레기의 양을 줄일 수 있음
- 압축된 쓰레기는 air cleaner 배관을 통해 시설물 통합 쓰레기통에
자동으로 통합되어 일괄 처리됨
○ Air cooker
- 압축 공기를 활용한 조리 기구
- 찜, 찌개, 밥 등 여러 가지 요리에 활용 가능
- 34 -
마. 욕실
그림 2.34 욕실
○ Air clothes washer
- 세제를 사용하지 않고 공압과 오존을 사용하여 빨래하여 환경오
염을 줄일 수 있음
- 세제 세탁처럼 헹구지 않아도 되므로 수자원을 절약
- 의류의 태그를 인식하여 의류에 맞는 빨래 방법으로 세탁
○ Air shower
- 공기에 미세 입자와 살균 성분을 혼합하여 피부에 분사
- 피부 관리를 위해 영양 크림이나 수분 조절 크림 등도 shower 후
에 분사
- 수자원 절약뿐만 아니라 자동으로 body 로션 등을 발라 줌
○ Air drier
- 젖은 손이나 머리 등을 건조하는데 사용하며고,
- 욕실 내 습기를 조절하며 방향제를 자동으로 분사
- 중앙배관의 난방 공기와 환기설비를 활용하여 건조시킴
- 35 -
○ Air spa
- 중앙배관의 난방 공기를 이용하여 사우나를 할 수 있음
- 욕실 내부 청소 시 자동을 분사 되어 살균
○ Air chamber pot
- 공압을 이용해 변을 제거 함
- 오존 살균 및 환기 시스템을 활용한 냄새 제거
- 수자원을 절약할 수 있으며, air mattress를 통해 편안한 자세를
유지할 수 있음
- 요량 및 배변을 분석할 수 있고, 변기와의 접촉 부분을 통해 생체
신호를 측정하여 관리
○ Air auto toothbrush
- 이를 닦는 방법에 따라서 치아 상태가 차이가 있으므로
- Air auto toothbrush는 구강을 인식하여 알맞은 방법으로 이를 닦
아 주며, 공압을 이용해 치간의 이물질을 제거해 줌
○ Ventilation system
- 주택 내의 모든 공기를 순환시킴
- 주택 내 모든 공간에 환기 배관이 연결되어 있고 공기 오염 정도
를 모니터링 하여 오염 기준 이상이 되면 자동을 환기 시스템 가
동
- 환기 시스템은 공압에 의해 가동 되므로 화재 시에도 동작하여
유해가스를 외부로 배출시킴
- 오염된 더운 공기는 외부로 배출되면서 열교환소자에 열을 뺏기
게 되고 외부의 깨끗한 공기는 열교환소자로부터 열을 흡수하여
내부로 유입됨으로서 에너지를 절약
○ 냉/난방 배관
- 건물외부에서 냉각 및 공기를 가열 시켜 배관을 통해 건물 내부
로 유입되는 형태
- 배관이 들어간 건물 내부에서는 전기 콘센트처럼 꽂아서 냉난방
공기를 활용할 수 있음
- 36 -
○ Air cleaner 배관
- Air cleaner와 garbage can으로부터 들어온 쓰레기를 시설물 통합
쓰레기통에 이송시킴
- 쓰레기의 이송 통로이므로 자동을 살균 및 세척됨
○ 공압형 발전기
- 통전 시에 공압을 압축해 두었다가 정전 시에 압축된 공기를 분
출하여 발전
- 압축 공기를 발전하여 전기로 사용하기도 하고 압축공기를 배관
을 통해 시설물로 보내 그대로 동력으로 사용할 수도 있음
- 응급 상황에서 사용되는 것이므로 효율보다는 용량이 중요
- 37 -
5. 특허분석 : 공기이용 기술에 대한 핵심 경쟁자 탐색
가. 연도별 특허 수
나. 출원인 국적별 분석
나-1. 출원인 국적별 특허 수
나-2. 출원인 국적별 특허 수준 분석
나-3. 출원인 국적별 평균 패밀리 크기
다. 세계 경쟁자 분석
다-1. 출원인별 특허 수
다-2. 출원인별 연도별 특허 수
다-3. 출원인별 특허 수준 분석
라-4. 출원인별 평균 패밀리 크기
라. 국내 경쟁자 분석
라-1. 한국 특허 출원인별 특허 수
라-2. 한국 특허 출원인별 연도별 특허 수
라-3. 한국 특허 출원인별 특허 수준 분석
마. 세계 핵심 경쟁자 리스트
○ 검색 조건
- 본 분석에는 미국 특허 및 PATSTAT 데이터베이스를 사용하였으며, 해당 기술 분야의 특허 검색을 위한 검색식은 아래와 같음.
and((ttl:(air) and ttl:(compressor or appliance)), apd:range(2001-01-01,2014-12-02,from="GE",to="LE"))
○ 검색 연도는 2001-2014으로 제한하였으며, 검색된 총 특허 수는 682편임.
- 38 -
연도 특허 수 누적 특허 수 한국 특허 수
2001 1 1 0
2002 28 29 1
2003 50 79 1
2004 71 150 1
2005 37 187 1
2006 73 260 0
2007 77 337 3
2008 42 379 2
2009 54 433 3
2010 51 484 1
2011 28 512 4
2012 76 588 4
2013 68 656 2
2014 26 682 2
가. 연도별 특허 수
표 2.3 연도별 특허 수
38그림 2.35 연도별 특허 출원 추이
(전체 특허 수는 막대 그래프, 한국의 특허 수는 꺾은선 그래프 참조)
○분석 대상 기간의 연평균 증가율은 특허 수 기준 28.48%, 누적 특허 수
- 39 -
순위 출원인 국적 특허 수 비중 (%)
1United States of
America238 34.9
2 Japan 95 13.93
3 Germany 34 4.99
4 Korea, Republic 25 3.67
5 Taiwan 16 2.35
6 France 15 2.2
7 Italy 7 1.03
8 Australia 4 0.59
8 Canada 4 0.59
8 British Virgin Islands 4 0.59
11 China 3 0.44
기준 65.19%인 것으로 나타남.
나. 출원인 국적별 분석 (특허권 보유 국가 분석)
나-1. 출원인 국적별 특허 수
표 2.4 출원인 국적별 특허 수
그림 2.36 출원인 국적별 특허 수
- 40 -
연도 20012002200320042005200620072008200920102011 2012 2013 2014 총합
United States of America
0 12 19 33 15 38 26 14 24 24 7 12 10 4 238
Japan 1 10 10 7 4 8 8 5 7 8 4 10 9 4 95
Germany 0 0 4 2 2 1 2 3 2 0 4 6 5 3 34
Korea, Republic 0 1 1 1 1 0 3 2 3 1 4 4 2 2 25
Taiwan 0 1 0 3 1 3 2 0 0 1 0 3 1 1 16
France 0 1 1 1 2 0 0 1 2 0 0 3 3 1 15
Italy 0 0 0 4 0 0 0 0 1 0 0 2 0 0 7
Australia 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 0 0 4
Canada 0 0 2 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 4
British Virgin Islands 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 0 1 4
China 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 3
○출원인 국적을 분석한 결과 United States of America이(가) 전체 682건
의 특허 중 34.9%(238건)를 점유하여 가장 많은 특허를 발표한 것으로
나타났음.
○Japan은(는) 13.93%(95건), Germany은(는) 4.99%(34건)을 점유하여 각
각 2, 3위를 차지하였음.
○한국은 25편 (3.67%)의 특허를 발표하여 4위를 차지하였음.
표 2.5 출원인 국적별 연도별 특허 수
그림 2.37 출원인 국적별 연도별 특허 수
- 41 -
국가 특허 수 특허 당 피인용 수 수준 지수
Canada 4 24.5 3.961
Australia 4 15.25 2.466
Italy 7 8.143 1.317
United States of America 238 5.261 0.851
Japan 95 3.579 0.579
Taiwan 16 3.062 0.495
France 15 2.067 0.334
Korea, Republic 25 1.52 0.246
Germany 34 1.441 0.233
China 3 1.333 0.216
British Virgin Islands 4 0.25 0.04
나-2. 출원인 국적별 특허 수준 분석
○정의 : 특정 기술 분야 전체 특허의 평균 피인용 수에 대한 특정 국가 발표
특허의 평균 피인용 수의 비로서 피인용 수에 기반을 둔 문헌의 질적 수준
평가 지표
○의미 : 특정 국가의 수준 지수가 1.0인 경우 해당 국가가 발표한 특허의
평균 피인용 수가 해당 분야 전체 특허의 평균 피인용 수와 같음을 의미하며,
1.0을 초과하는 경우는 해당 분야 평균 피인용 수에 비해 높음을 의미함.
표 2.6 출원인 국적별 특허 수준 지수
그림 2.38 출원인 국적별 특허 수준 지수
- 42 -
○국가별 특허의 수준 지수 분석 결과 Canada이(가) 가장 높은 값(3.961)을
보여 특허의 피인용 관점에서 질적 수준이 가장 우수한 것으로 나타남.
○분야 평균 이상의 수준을 보이는 국가는 Canada(3.961),
Australia(2.466), Italy(1.317)이(가) 있음.
○한국의 수준 지수는 0.246를 기록하였으며, 이는 한국의 질적 수준이
세계 평균 이하임을 의미함.
그림 2.39 출원인 국적별 특허 수 대비 수준 지수
- 43 -
국가 특허 수 평균 패밀리 크기분야 평균 대비
평균 패밀리 크기France 11 5.727 2.772
Germany 26 4.615 2.233
British Virgin Islands 3 4 1.936
Canada 4 3.75 1.815
Korea, Republic 21 3.381 1.636
Japan 82 3.159 1.529
Taiwan 14 1.857 0.899
United States of America 224 1.799 0.871
Australia 4 1.5 0.726
China 1 1 0.484
Italy 7 1 0.484
나-3. 출원인 국적별 평균 패밀리 크기
○정의 : 동일한 내용의 발명이 복수의 국가에 출원된 경우 이들 특허를
패밀리(대응) 특허라고 하며, 패밀리 특허가 출원된 국가의 수를 패밀리
크기라 함.
○의미 : 다수의 국가에서 보호 받을 가치가 있는 특허의 경우 패밀리
크기가 커지게 되며, 특허의 가치를 나타내는 지표로 사용될 수 있음.
표 2.7 출원인 국적별 평균 패밀리 크기
그림 2.40 특허 수 대비 평균 패밀리 크기
- 44 -
순위 출원인 특허 수 비중 (%)
1 Black & Decker Inc. 63 9.24
2 DeVilbiss Air Power Company 17 2.49
3 General Electric Company 13 1.91
4 LG Electronics Inc. 12 1.76
5Hitachi Industrial Equipment Systems Co.,
Ltd.11 1.61
6 Denso Corporation 10 1.47
6 Midwest Air Technologies, Inc. 10 1.47
6 Ingersoll-Rand Company 10 1.47
6 Hitachi Koki Co., Ltd. 10 1.47
10 Delphi Technologies, Inc. 9 1.32
10 Sanden Corporation 9 1.32
○특허의 평균 패밀리 크기 분석 결과 France이(가) 가장 높은 값(5.727)을
보여 특허의 패밀리 크기 관점에서 질적 수준이 가장 우수한 것으로 나타남.
○분야 평균 이상의 수준을 보이는 국가로는 France(2.772),
Germany(2.233), British Virgin Islands(1.936), Canada(1.815), Korea,
Republic(1.636), Japan(1.529)이(가) 있음.
○한국의 분야평균 대비 평균 패밀리 크기는 1.636을(를) 기록하였으며, 이는
한국의 질적 수준이 세계 평균 이상임을 의미함.
다. 세계 경쟁자 분석
다-1. 출원인별 특허 수
표 2.8 출원인별 특허 수
○특허의 출원인을 분석한 결과 Black & Decker Inc.이(가) 전체 682건의
특허 중 9.24%(63건)를 점유하여 가장 많은 특허를 발표한 것으로 나타났음.
○DeVilbiss Air Power Company은(는) 2.49%(17건), General Electric
Company은(는) 1.91%(13건)을 점유하여 각각 2, 3위를 차지하였음.
- 45 -
그림 2.41 출원인별 특허 수
다-2. 출원인별 연도별 특허 수
그림 2.42 출원인별 연도별 특허 수
- 46 -
출원인 특허 수 특허 당 피인용 수 수준 지수
DeVilbiss Air Power Company 17 15.941 2.577
Sanden Corporation 9 12.444 2.012
Denso Corporation 10 7.6 1.229
General Electric Company 13 5.385 0.871
Midwest Air Technologies, Inc. 10 5.2 0.841
Black & Decker Inc. 63 4.952 0.801
Ingersoll-Rand Company 10 4.8 0.776
Delphi Technologies, Inc. 9 3.111 0.503
Hitachi Koki Co., Ltd. 10 1.7 0.275
LG Electronics Inc. 12 0.917 0.148
Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd.
11 0.727 0.118
다-3. 출원인별 특허 수준 분석
○정의 : 특정 기술 분야 전체 특허의 평균 피인용 수에 대한 특정 출원인
발표 특허의 평균 피인용 수의 비로서 피인용 수에 기반을 둔 문헌의
질적 수준 평가 지표
○의미 : 특정 출원인의 수준 지수가 1.0인 경우 해당 출원인이 발표한
특허의 평균 피인용 수가 해당 분야 전체 특허의 평균 피인용 수와 같음
을 의미하며, 1.0을 초과하는 경우는 해당 분야 평균 피인용 수에 비해
높음을 의미함.
표 2.9 출원인별 특허 수준 지수
- 47 -
그림 2.43 출원인별 특허 수준 지수
○해당 기술의 출원인별 수준 지수 분석 결과 DeVilbiss Air Power
Company이(가) 가장 높은 값(2.577)을 보여 특허의 피인용 관점에서
질적 수준이 가장 우수한 것으로 나타남.
○분야 평균 이상의 수준을 보이는 출원인으로는 DeVilbiss Air Power
Company(2.577), Sanden Corporation(2.012), Denso
Corporation(1.229)이(가) 있
- 48 -
그림 2.44 출원인별 특허 수 대비 수준 지수
다-4. 출원인별 평균 패밀리 크기
○정의 : 동일한 내용의 발명이 복수의 국가에 출원된 경우 이들 특허를
패밀리(대응) 특허라고 하며, 패밀리 특허가 출원된 국가의 수를 패밀리
크기라 함.
○의미 : 다수의 국가에서 보호 받을 가치가 있는 특허의 경우 패밀리
크기가 커지게 되며, 특허의 가치를 나타내는 지표로 사용될 수
- 49 -
출원인 특허 수 평균 패밀리 크기분야 평균 대비
평균 패밀리 크기
LG Electronics Inc. 10 3.6 1.742
Hitachi Industrial Equipment
Systems Co., Ltd.6 3.5 1.694
General Electric Company 12 3.417 1.654
Ingersoll-Rand Company 10 3.2 1.549
Hitachi Koki Co., Ltd. 10 2.8 1.355
Denso Corporation 10 2.6 1.258
Delphi Technologies, Inc. 7 2.571 1.244
Sanden Corporation 9 2 0.968
Black & Decker Inc. 60 1.533 0.742
DeVilbiss Air Power Company 17 1.294 0.626
Midwest Air Technologies, Inc. 10 1.1 0.532
표 2.10 출원인별 평균 패밀리 크기
그림 2.45 특허 수 대비 평균 패밀리 크기(출원인별)
- 50 -
번호 출원인 특허 수 비중(%)
1 LG Electronics Inc. 12 1.76
2 Halla Climate Control Corp. 2 0.29
3 Kohands Co., Ltd. 1 0.15
3 Hyundai Motor Company 1 0.15
3 Metachem Inc. 1 0.15
3 GCS. Inc., Ltd 1 0.15
3 GCS. Inc., Ltd. 1 0.15
3 GCS, Inc., Ltd. 1 0.15
3 GCS, Inc., Ltd 1 0.15
3 Samsung Electronics Co., Ltd. 1 0.15
3 LG Electronics, Inc. 1 0.15
3 Patentbank Co., Ltd. 1 0.15
3 GCS, Inc. 1 0.15
○특허의 평균 패밀리 크기 분석 결과 LG Electronics Inc.이(가) 가장 높은
값(3.6)을 보여 특허의 패밀리 크기 관점에서 질적 수준이 가장 우수한
것으로 나타남.
○분야 평균 이상의 수준을 보이는 출원인으로는 LG Electronics
Inc.(1.742), Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd.(1.694),
General Electric Company(1.654), Ingersoll-Rand Company(1.549),
Hitachi Koki Co., Ltd.(1.355), Denso Corporation(1.258), Delphi
Technologies, Inc.(1.244)이(가) 있음.
라. 국내 경쟁자 분석
라-1. 한국 특허 출원인별 특허 수
표 2.11 한국 특허 출원인별 특허 수
○한국 특허의 출원인을 분석한 결과 LG Electronics Inc.이(가) 전체
682건의 특허 중 1.76%(12건)를 점유하여 가장 많은 특허를 발표한
것으로 나타났음.
○Halla Climate Control Corp.은(는) 0.29%(2건), Kohands Co., Ltd.은(는)
0.15%(1건)을 점유하여 각각 2, 3위를
- 51 -
연도 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 총합
LG Electronics Inc. 0 1 0 1 1 0 2 1 2 0 2 0 0 2 12
Halla Climate Control Corp. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 2
Kohands Co., Ltd. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1
Hyundai Motor Company 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1
Metachem Inc. 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1
GCS. Inc., Ltd 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1
GCS. Inc., Ltd. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
GCS, Inc., Ltd. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
GCS, Inc., Ltd 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
Samsung Electronics Co., Ltd. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1
LG Electronics, Inc. 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
Patentbank Co., Ltd. 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1
GCS, Inc. 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1
출원인 특허 수 특허 당 피인용 수 수준 지수LG Electronics, Inc. 1 9 1.455
GCS, Inc., Ltd 1 7 1.132
GCS, Inc. 1 5 0.808
GCS. Inc., Ltd. 1 3 0.485
GCS, Inc., Ltd. 1 2 0.323
GCS. Inc., Ltd 1 1 0.162
LG Electronics Inc. 12 0.917 0.148
Kohands Co., Ltd. 1 0 0
Patentbank Co., Ltd. 1 0 0
Halla Climate Control Corp. 2 0 0
Metachem Inc. 1 0 0
Hyundai Motor Company 1 0 0
Samsung Electronics Co., Ltd. 1 0 0
라-2. 한국 특허 출원인별 연도별 특허 수
표 2.12 한국 특허 출원인별 연도별 특허 수
라-3. 한국 특허 출원인별 특허 수준 분석
○정의 : 특정 기술 분야 전체 특허의 평균 피인용 수에 대한 특정 출원인
발표 특허의 평균 피인용 수의 비로서 피인용 수에 기반을 둔 문헌의
질적 수준 평가 지표
○의미 : 특정 출원인의 수준 지수가 1.0인 경우 해당 출원인이 발표한 논문
의 평균 피인용 수가 해당 분야 전체 논문의 평균 피인용 수와 같음을
의미하며, 1.0을 초과하는 경우는 해당 분야 평균 피인용 수에 비해
높음을 의미함.
표 2.13 출원인별 특허 수준 지수
- 52 -
순위 핵심 경쟁자(출원인) 특허 수(P) 수준 지수(Q)분야 평균 대비평균 패밀리 크기
1 Black & Decker Inc. 63 0.801 0.742
2 DeVilbiss Air Power Company 17 2.577 0.626
3 General Electric Company 13 0.871 1.654
4 LG Electronics Inc. 12 0.148 1.742
5Hitachi Industrial Equipment
Systems Co., Ltd.11 0.118 1.694
6 Ingersoll-Rand Company 10 0.776 1.549
7 Denso Corporation 10 1.229 1.258
8 Hitachi Koki Co., Ltd. 10 0.275 1.355
9 Midwest Air Technologies, Inc. 10 0.841 0.532
10 Sanden Corporation 9 2.012 0.968
11 Delphi Technologies, Inc. 9 0.503 1.244
12 Warn Industries, Inc. 8 0.647 0.847
13 SNECMA 8 0.121 2.807
14 Daikin Industries, Ltd. 7 0.416 2.033
15 Hitachi, Ltd. 7 0.439 1.867
16KNORR-BREMSE Systeme fuer
Nutzfahrzeuge GmbH7 0 2.178
○해당 기술의 한국 출원인별 수준 지수 분석 결과 LG Electronics, Inc.이
(가) 가장 높은 값(1.455)을 보여 특허의 피인용 관점에서 질적 수준이
가장 우수한 것으로 나타남.
○분야 평균 이상의 수준을 보이는 한국 출원인으로는 LG Electronics,
Inc.(1.455), GCS, Inc., Ltd(1.132)이(가) 있음.
마. 세계 핵심 경쟁자 리스트
○핵심 경쟁자 리스트는 특허 수(P) 기준으로 상위 30위까지 제시하며,
부가적으로 핵심 경쟁자의 수준 지수(Q), 분야 평균 대비 평균 패밀리
크기 값을 함께 제공함
표 2.14 핵심 경쟁자 리스트
- 53 -
17 F.I.A.C. S.p.A. 5 1.843 0.484
18 Old World Industries, Inc. 5 1.423 0.484
19 Ding Hwa Co., Ltd. 5 0.55 0.484
20Kabushiki Kaisha Toyota
Jidoshokki5 0.129 2.129
21 Max Co., Ltd. 4 0.323 2.097
22Kabushiki Kaisha Toyoda
Jidoshokki Seisakusho4 0.404 0.968
23 Powermate Corporation 4 0.364 0.484
24
The Water Heater Industry Joint
Research and Development
Consortium
4 1.698 0.968
25 Coleman Powermate, Inc. 4 0.687 0.484
26 Hamilton Sundstrand Corporation 4 0 1.452
27Bendix Commercial Vehicle
Systems LLC4 0.243 1.613
28 Robert Bosch GmbH 3 0.377 2.097
29 Mitsubishi Electric Corporation 3 0.054 2.42
30 Q-Industries, Inc. 3 0.916 0.484
31Techtronic Power Tools
Technology Limited3 0.054 1.936
32 Illinois Tool Works Inc. 3 2.048 0.484
33 Silverbrook Research Pty Ltd 3 3.18 0.807
34Campbell Hausfeld/Scott Fetzer
Company3 0 0.484
35 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. 3 0.108 1.936
36Rolls-Royce Deutschland Ltd &
Co KG3 0 1.452
- 54 -
그림 2.46 피인용 수에 따른 특허 수의 분포
○공기 이용 기술에 속하는 특허 682편 중 (2001-2014년 출판된 특허),
적어도 1회 이상 인용된 특허 수는 486편(71.26%)임.
○공기 이용 기술에 속하는 특허 중 피인용수가 높은 특허 리스트를 표 14
에 나타내었음.
- 55 -
제 3 장 Air활용 가전산업 육성 사례
1. 개요 □ 추진목표
□ 주요내용
- 56 -
(1) Air활용 플랫폼개발 - 고출력/고효율/저소음 가정용 공기 공급모듈을 통한
실내 Air 공급 및 networking제어를 위한 Valve system, 구동 시스템 개발
사용자가 가정에 들어오게 되면, 가정용 고출력/저소음/고효율 공기 공급모듈을 통해 친환
경 Air가 가정 내에 공급되며, 환경센서와 통신을 통한 실내 환경 측정 후 최적의 산소농도
와 공기농도가 유지 가능하도록 한다. (1단계)
사용자의 호흡상태를 건강 측정 센서로 정보를 수집하여 현재 건강 상태 및 건강관리를 하
게 되며, 마이크로 밸브 기술로 미세 공압제어를 이용하여 실내에 쾌적한 환경을 만들게 된
다. 또한 환경 측정 센서의 상호 Networking을 통한 Air-cycle 통합 제어를 통해 사용자 현재
행동조건(수면/운동/휴식 등)에 맞춘 최적 환경을 유지한다.(2단계)
(2) 쾌적환경제어 - Air를 활용하여 실내 환경의 환경 정보를 수집, 인식,
활용하여 쾌적환경 제어가 가능한 로봇 플랫폼
가정에 공급되는 Air를 이용하여 구동 및 이동이 가능한 Airbot이 실내를 이동하면서 실내에
위치한 환경측정 센서와 Communication을 통해 환경 측정 및 쾌적환경 유지를 위하여 실내
공기 쾌적 시스템에 Control 및 제어 명령을 줌으로서, 실내 쾌적 환경 유지가 가능한 기능을
수행한다. 또한, 환경측정 센서가 측정하지 못하는 급격한 실내 환경 변화에도 환경 측정기능을
이용하여 빠르고 정확한 쾌적 실내 환경이 유지될 수 있도록 실내 환경 감시 역할을 한다.
(3) Air 컨버젼스기기 개발 - Air를 활용한 제품군들의개발 및 제품
으로써 가치를 보여줄수 있는 실증룸을 구축 실증사업화 추진
* 미래형 프리미엄 chair “Relax Station”
- 업무에 시달리는 현대인에게 편하게 쉴 수 있는 공간을 제공하며 육체적․정신적 스트레
스를 풀어 줌으로써 건강한 신체와 건강한 정신을 유지할 수 있도록 함
- 단순히 앉는 다는 의미의 기존 의자와 달리 'relaxation'이라는 새로운 생활 문화 공간을
창출하는 미래형 프리미엄 chair
* Air 세탁기
- 기존의 모터 구동식 세탁기가 아닌 Air를 동력으로 하는 세탁기로 air버블을 활용함으로
옷감의 상함이 없고 친환경성이 뛰어난 세탁기
* 이외에도 Air bed( 산소 침대), Air shower, Air 커튼등의 Air활용기기를 개발
- 57 -
2. 주요 개발 사례
가. Air활용 플렛폼 개발
개발목표 Air를 활용할수 있는 공용 플렛폼 기술 개발
1 Air 시스템 개발
목표⋅ 구동 시스템 적용 6kW급 Air 공급 모듈 개발⋅ Air Blower 공력 기구부 개발 / ⋅ Air Blower 구동 알고리즘 개발
달성 성과⋅ 6kW, 40,000rpm 초고속 모터 개발⋅ 무급유 Air Foil Bearing 적용 Air Blower 공력 기구부 개발⋅ Air Blower 구동용 센서리스 알고리즘 구현
기대효과⋅ Air Blower용 초고속 모터 개발을 통해 Air 공급 모듈의 compact화를 실현하고,
센서리스 구동 알고리즘 개발을 통해 구동 신뢰성을 향상시킴.
6kW, 40,000rpm급 Air 공급 모듈 개발
초고속 구동부 전자기 회로 설계 기술 확보
○초고속 회전체 구조 안정화 설계 및 제작 기술 확보
○무급유 Air Foil Bearing 적용 Air 공급 모듈 시스템 통합 기술 개발
그림 3.1 공기압축기
- 58 -
2 Air공급모듈용 초고속 PMSM의 센서/센서리스 벡터제어기개발
개발 목표○ 인버터 최대 출력 2kw, 인버터 효율 93%, 속도 정밀도 5% @ 30,000rpm
○ 과전류 및 과열 보호 기능
달성 성과○ 인버터 최대 출력: 2kw, 파워메타 측정○ 인버터 효율:93%, 파워메타 측정○ 센서리스 벡터 제어기술 개발
기대 효과○ 고가의 산업용이 아닌 가정용 저가의 공기압축구동모듈 개발○ 세계최고수준과 동등 효율93% 구현
□ 인버터 최대 출력 2KW 설계 및 개발
○ 세계수준급 초고속 PMSM 센서리스 벡터 제어기 개발
○ 속도가변이 가능한 인버터 개발 / 인버터 효율 90% / 속도정밀도: 5%
○ Short Circuit Current Protection:보호기능 구현
○ Over-temperature protection:보호기능 구현
Inverter Drive Controller 알고리즘 벡터제어보드
3 Wireless Solenoid Valve Controller
개발 목표○ 2.4GHz 무선통신을 이용한 솔레노이드 밸브 제어기개발○ 최대 100m 이내에서 통신 수행이 가능한 통신모듈개발○ 50ms이내의 동작반응속도
달성 성과
○통신을 위한 하드웨어 설계 및 개발 ○통신용 파라메터 설계 및 개발○전원분리 회로설계 및 개발○신호선 아솔레이션
기대 효과○네트워크를 환경구조화 실현을 위한 핵심요소 기술 확보 ( 벨브제어기 )○고속, 고응답, 실시간 제어를 위한 핵심 기능확보
□ 통신을 위한 하드웨어 설계 및 개발○ 2.4GHz ZibBee 무선통신 하드웨어 설계 및 개발○ 통신을 위한 Instruction Paket 설계 및 개발○ 포토커플러를 이용한 신호헌 아이솔레이션○ 전원분리 회로 설계 및 개발○ PC제어를 위한 GUI 프로그램 개발
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Wireless Solenoid
Valve ControllerBlock Diagram of Control 제품화계획
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나. 쾌적환경제어기기
개발목표 쾌적환경제어구현을 위한 하드웨어 및 소프트웨 개발
1 Coin Type Total Environment Sensor
목표
실내의 온도, 습도 압력을 계측 통합관제 시스템에 전송할 수 있는 동전크기의 소형 실내 환경계측 센서개발
○ 2.4GHz 무선통신을 이용하여 데이터 전송 및 시리얼통신을 이용한 센서 기능설정
달성 성과○ 실내온도측정: -10~50℃ / 습도측정: 10%~90%RH○ 통신거리: 10m이내
기대효과
○ 온도, 습도, 압력을 계측하여 통합관제 가능○ 국내최초 동전크기 최소형 환경계측센서개발○ 실시간 실내환경계측으로 환경변화에 대한 빠른 대응 가능○ 최초로 하나의 모듈에 5개의 환경요소(온도, 습도, 대기압, 산소, Co2)를 측정이 가능한 소형 장거리 데이터 전송 통합 USN 센서 모듈 개발.
2.4GHz 무선통신을 이용하여 데이터 전송 및 시리얼통신을 이용한 센서 기능설정
통신거리: 100m이내 ○ 통신주파수: 2.4GHz○ 실내의 온도, 습도, 압력을 계측하여 통합관제 가능
Coin Type Sensor 모듈 Sensor Dongle
2 Remote Control Adapter
개발 목표○ 2.4GHz 무선통신을 이용한 데이터 전송○ PC 및 모바일 기기를 이용한 가전제품 제어○ 적외선 통신과 ZigBee통신 동시사용
달성 성과○ 가전제품 리모컨의 Data Base○ IR센서의 반송파 차단 회로 설계 및 개발○ 쾌적환경 제어기와 연동
기대효과○ 기존 가전제품 리모컨을 효율적으로 사용하고 컴퓨터에서 제어가 가능하도록 함
□ 2.4GHz 무선통신을 이용한 데이터 전송○ 가전제품 리모컨의 Data Base○ IR센서의 반송파 차단 회로 설계 및 개발○ 쾌적환경 제어기와 연동
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3 쾌적환경관리 시스템간의 연동제어를 위한 소프트웨어통합기술개발
개발 목표컴포넌트기반 로봇의 소프트웨어 통합 아키텍처 설계
○ 위한 RT미들웨어컴포넌트 개발
달성 성과- CORBA표준 기반 Distributed RT 시스템 구조설계- 로봇 네트워크 및 동작제어 RT미들웨어컴
기대효과○ 가정환경 조성을 위한 핵심기술기반 확보 및 미래 가전 성장 모델 구체화○ 로봇기반 친환경 스마트 가전 응용시스템 기술개발○ 2015년 600억불의 세계시장형성 및 매년 15%씩 성장하는 블루오션 시장의 핵심기술
적외선 통신과 ZigBee통신 동시사용통신거리: 15m이내
○ : IR 및 2.4GHz○ PC 및 모바일 기기를 이용한 가전제품 제어
Adaptor 내구 구조 외부구조
□ 컴포넌트기반 로봇의 소프트웨어 통합 아키텍처 설계○ Open TRM기반 미들웨어 컴포넌트 구조 정의○ 로봇 동작 제어를 위한 세부 컴포넌트 개발○ 친화형 쾌적환경 가전기기 동작제어 RT 컴포넌트개발○ 친환경 가전기기(Air 응용 장치) 하드웨어 통합을 위한 네트워크 인터페이스 모듈 개발 ○ 차세대 통합 네트워크 중에 최고 성능을 보유하는 것으로 평가되는 이더캣 통신 기술
을 적용한 100Mbps 고속 이더캣 인터페이스 모듈 개발○ 다양한 친환경 가전기기와의 통합을 통합 제어 및 상태 모니터링을 위한 다채널 입출
력 인터페이스 모듈 개발□ 환경감시제어를 위한 RT미들웨어컴포넌트 개발○ RT 미들웨어 컴포넌트기반 퀘적 환경관리 시스템 제어기술개발○RT 미들웨어 컴포넌트기반 환경감시용 로봇 동작제어기술개발
100Mbps 이더캣 기반의 가전기기 통합 모듈 컴포넌트기반 로봇의 아키텍처개발
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4 Mobile Service
개발 목표○ 스마트폰을 활용한 Air 활용 가전제품 제어시스템 설계 및 개발○ 하드웨어 와 소프트웨어 연동을 위한 미들 프로그램개발
달성 성과○ 원거리에서 Internet 또는 Smart phone을 이용하여 실증룸에 전시된 Air 가전제품 동작 및 시현 가능
기대효과○ 스마트폰을 활용한 에어기기 제어의 활용 플렛폼을 제시 함으로써, 향후 기술 중소기업들이 개발의 원천기술성 토대기술을 마련하였음.
□ Internet or Smart phone를 이용한 친환경기기들의 제어 기술 확보○ Smart Phone용 프로그램 설계 및 기술개발확보○ 친환경기기들과 웹연동기술 개발을 통한 표준화안 확보 ○ 가전제품 제어를 위한 미들 소프트웨어 기술개발 확보
Internet home page/demo.kitech.re.kr Smart Phone page/Smart phone
5 Econavi
개발 목표 줄이면서 가전제품의 사용 효율은 극대화 할 수 있는 에너지 절감형 제어시스템 개발
달성 성과 2.4Ghz Zigbee 상호 협력 네트워크 시스템 설계 및 개발○ 에너지 사용량은 줄이고 환기효과는 큰 지능형 모터제어기 설계 및 개발
기대효과 ○ 상호 협력 네트웍 통신을 통해 가정내에 신선하고 쾌적한 공기 공급가능○ 국내최초 스마트폰을 이용한 환기 시스템 제어 가능
□ 환기시스템 설계 및 개발PC 웹 브라우저, 스마트폰에 의한 무선인터넷 기반 환기 시스템 원격 제어
○ 풍량 조절이 가능한 환기 제어 모듈 개발□ Zigbee 시스템 설계 및 개발○ Zigbee 무선 통신 환기 시스템 제어 통신 모듈 개발○ Client PC 및 스마트 폰을 이용하여 원격 환기 시스템을 제어
Fan 제어시스템 모터속도제어모듈, 리모컨
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다. Air 컨버젼스 기기
개발목표 Air를 컨버젼스한 기기의 가치 극대화
1 맞춤형 자세 제어 시스템
목표 측정 시스템 구현 및 평가
달성 성과 ○ 사용자별 자세 제어 알고리즘 도출
기대효과○ 앉은 자세에서 85%이상 정확한 척추 자세 측정가능
사용자 맞춤형 자세 제어 시스템사용자의 신체정보를 air cell을 통해 측정
○ 앉은 자세에서 90%이상 정확한 척추 자세 측정가능
앉은 자세 표시 이미지 구현 활용 결과
경추, 흉추, 요추부위 자계 센서값을 5개의 조건식에 대입하여 이미지 구분
전방에 설치된 모니터를 통해 사용자의 앉은 자세를 구분된 5개의 이미지중 하나의 이미지로 확인 가능
2 무구속 생체정보 측정 및 평가
개발 목표 ○ Air cell 기반 생체정보 모니터링
달성 성과 ○ RF이용 심박수 검출 시스템 개발 (30cm 이격 정확성 95%)
기대효과 ○ 생체정보 기반 Relaxation 평가 방법 도출
□ 수면단계 평가를 위한 Pneumatic cell 기반 호흡률 측정
○ 95%이상 정확성을 가진 무구속 심박수 측정 기술 개발○ 심박수 기반 HRV 분석 기반의 스트레스 정도 표시 UI 개발
Stand alone 결과
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3
개발 목표 고압의 압축공기를 이용하여 구동되는 에어세탁기 개발
달성 성과○ 압축공기 공급 시스템 설계 및 개발○ 2.4Ghz Zigbee통신을 이용한 제어 시스템 설계 및 개발○ 분당 4ℓ산소공급이 가능한 산소공급 시스템 설계 및 개발
기대효과○ 세계최초 고압의 압축공기를 동력으로 사용하는 에어세탁기 개발○ 분당 4ℓ산소공급이 가능해 세제의 계면활성제와 혼합되어 세탁 시 세척력 향상
에어세탁기 제어시스템 개발
○ 에어 모터 동기를 위한 프로그램 개발 ○ 전자식 제어밸브 정역제어 구동시스템 설계 및 개발
□ 산소공급시스템 개발
○ 30%이상의 고농도 산소공급 시스템 설계 및 개발 ○ PC기반 소프트웨 개발 및 무선통신 원격제어 시스템 설계 및 개발
4 에어샤워기
개발 목표 ○ 가정에서 사용이 가능한 친환경 산소 에어샤워기 개발
달성 성과○ 10~30℃까지 가변이 가능한 냉온풍 공급시스템 설계 및 개발○ 고농도산소(30%)공급 시스템 설계 및 개발○ 풍속 18m/s의 에어 공급 시스템설계 및 개발
기대효과○ 산소공급으로 숲속과 같은 환경 구현 ○ 친환경 스마트 가전으로써, Webing구현
□ 에어샤워기 설계 및 개발
○ 에어분사 메커니즘 회전속도 2.5 round/sec○ Max pressure 7kgf/ ㎠○ GUI 인터페이스를 이용한 동작제어시스템 설계 및 개발
□ 에어샤워기 제어시스템 설계 및 개발
○ 냉온풍 기능 공급을 위한 제어시스템 설계 및 개발○ 미세먼지 제거를 위한 헤파필터 시스템 구축○ Zigbee통신을 이용한 Mobile service 원격제어 시스템 설계 및 개발
에어샤워기
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5
목표 산소공급형 친환경 에어베드개발
달성 성과○ 산소를 채울 수 있는 돔형 침대 구조 설계○ 산소공급(농도 30%, 4ℓ/m) 및 에어제어시스템 설계 및 개발○ 2.4Ghz Zigbee무선통신기반 원격제어시스템 설계 및 개발
기대효과○ 수면 중 산소를 섭취하여 스트레스, 환경오염으로 지친 몸을 단시간에 회복할 수 있어 건강회복 유리( 고농도산소를 호흡하여 건강하고 쾌적한 삶을 유지)
○ 의학분야 및 헬스케어산업에 파급효과가 클 것으로 예상됨
멀티미디어 기능을 구현한 산소침대
산소농도 30%±2%, 산소발생량 3ℓ/min
○ 고순도 산소분리막을 이용한 산소축출 시스템구축
○ 자동수면유도 라이트 시스템 및 음향시스템 구축
○ 친환경 고농도 산소, 음이온발생
○ 향균작용 및 악취제거 기능
6 에어존
개발 목표 ○ 에어를 활용한 엔터테이너먼트 존 개발
달성 성과
○ 에어존 프레임 설계 및 개발○ 산소공급 제어시스템 설계 및 개발○ 에어와 산소를 이용한 엔터테이너먼트 존 설계 및 개발
기대효과
○ Air를 활용한 엔터테이너먼트 시스템 구축○ 자동인체감지 시스템을 활용한 에너지절감 구현○ 인체감지 시스템 설계 및 개발
□ 에어를 활용한 에어존
○ 에어를 활용한 에어존 엔터테이너먼트 구축
○ 30%이상의 고농도 산소공급시스템 구축
○ 에어 공급시스템(압력: 6~7kg/㎠)시스템구축
에어존 시스템 설계 및 개발
○ 원형 구조의 산소 공급시스템 구축
○ 자동인체감지(20cm 이내) 시스템 설계 및 개발
○ 자동 에어 블러워 동작시스템 설계 및 개발
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7 초음파세탁기
개발 목표 ○ 초음파를 이용한 세탁기개발
달성 성과
○ 초음파 Transducer 방수 구조 설계 및 개발
○ 도어의 슬라이딩 개폐를 위한 구조 설계
○ 300W, 40Khz 주파수 제어 및 세탁기 제어시스템 설계 및 개발
기대효과 ○ 40khz의 Cabitation 효과를 이용한 세계최초 초음파 세탁기
초음파세탁기설계 및 개발
○ Transducer를 사용하여 세탁물에 초음파를 전달하여 세탁이 가능한 시스템설계 및 개발
○ 에어와 산소를 동시 공급할 수 있는 시스템 설계 및 개발○ 솔레노이드를 사용하여 세탁물을 직접 마찰 할 수 있는 시스템 설계 및 개발
초음파 세탁기
8 친환경 스마트가전 응용시스템 실증룸
개발 목표5 Air 응용기기 실증화(에어세탁기, 샤워기, 산소침대, Relax Station, 초음파세탁기)
달성 성과○ 개발제품 테스트 및 시현을 위한 실증룸 구축○ Mobile service system 구축(PC, Smart phone, Wi-Fi)
기대효과○ 실증룸을 구축하고 에어를 활용한 제품을 직접 체험함으로써 에어 가전에 대
한 인식을 고착하고 친환경 스마트가전 응용시스템을 홍보한다.
□ 4대 Air 응용기기의 실증화
○ Air가전을 체험할 수 있도록 어플리케이션 구축○ Air Shower: 고농도 산소와 이온을 이용 샤워. 피로회복에 도움○ Oxygen Bed : 고농도 산소가 공급되어 빠른 피로회복과 편안한 수면유도.
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제 4 장 결론 국내 가전시장은 핵심원천기술 부족과 중국의 추격으로 인해 Red Ocean화가 다른 산업보다 급속히 진행되고 있다. 그러나, 가전산업의 삶의 질향상과 밀접하게 연관되어 경쟁성장을 이룬 우리나라에서도 새로운 경제 활력소를 제공할 수 있는 신산업을 육성할수 있는 Starting Point를 제공할수 있을 것으로 사료 된다. 최근의 창조 경제의 체제하에서 중소가전의 역할이 더욱더 중요하게 대두 되는 시점이기도 하다. 본 기술동향에서는 생활가전의 경쟁력 강화를 위해 새로운 성장모델로 신개념의 Eco-Home Air 가전산업에서 해법을 제시하였다. Eco-Home Air Appliance System은 웰빙, 친환경으로 미래가전산업 Trend에 부합되는 전략기술로 기존에 존재하지 않았던 Air를 응용한 가전제품의 통칭으로 신선한 산속의 주거환경을 이루는 종합 융합기술이다. 구체적으로 Air를 응용한 미래가전 제품으로는 산소침대, 초음파세탁기, Relax Station, 에어세탁기, 에어샤워기, 에어존, 환경센서모듈, Adaptor, Ecobot, Econavi, 에어공급시스템 등이 될수 있다. 기존에 우리의 삶에서 너무나도 당연하게 존재하였던 공기, 그래서 그 귀중함을 깨닫지 못하고 각종개발로 오염되고 파고되었던 공기, 이러한 공기가 새로운 가전의 패러다임을 제시할것이며, 우리에게 다시금 경제 활력의 새로운 가치를 제공해 줄것이라고 판단된다.