발명작품 설명서(주다솜)

[메리트]

 

<서식 5> 작품설명서 표지

제26회 서울특별시 학생과학발명품경진대회
작품번호	안 전  회 전 문 (Safety Revolving Door)
	출품부문	생활과학I
2004.   5.  7.
		학 교 명	직위(학년)	성  명
	출 품 인	서울재동초등학교	6학년	주 다 솜
	지도교원	서울재동초등학교	과학부장	윤 경 동

1. 제작 동기 및 목적

  어렸을 때에 손가락이 문틈에 끼어서 큰 사고가 날 뻔한 적이 있었다. 그리고 주변에서 손이 문틈에 끼어 다치는 어린이들을 가끔 볼 수 있었다. 그래서 ‘어떻게 하면 문틈에 손가락이 끼어도 크게 다치지 않을 수 있을까?’, ‘좀더 안전하고 편리한 문은 없을까?’ 하고 생각을 하여 안전문에 대한 생각을 하게 되었다.

처음에는 집의 방문과 학교나 빌딩 등의 출입문인 여닫이문에 대한 안전 장치를  생각하게 되었다. 안전을 위하여 일정한 정도의 틈을 주고 그 사이에 스폰지 등의 충격을 줄일 수 있는 재료를 넣는 방법을 생각하였으나, 그 틈으로 인하여 냉난방의 손실이 생길 것 같아 방풍커튼(바람을 막는 주름)으로 그 틈을 덮는 방법을 생각하였다.

  그렇게 1차와 2차 작품을 만들고 나서, 무엇인가 부족하다는 생각을 하다가, 회전문으로 잦은 사고가 난다는 방송을 보게 되었다. 심지어 일본과 독일에서는 어린이가 사망하는 사건까지 있었다는 것이다. 우리 나라도 매년 많은 사고가 일어나고 있고, 앞으로 이런 사고를 예방하기 위해 안전 감시 요원이 배치되고, 안전 기준도 강화된다는 신문 발표도 있었다.

  나도 회전문으로 들어설 때마다 겁이나 회전문 옆의 일반문을 이용할 때가 많다. 이런 생각에서 어떻게 하면 회전문을 안전하고 편리하게 이용할 수 있을까 하는 생각을 하게 되었고 여닫이문에서 생각했던 안전장치를 좀 더 발전시켜 안전한 회전문을 만들어 보기로 하였다.

2. 제작 일정

가. 제작 연구 기간

   2004. 3. 15  ～  2004.  5. 7 

나. 세부 일정

단계	제작과정	내용	기간
계획	구    상	∘작품 내용 구상	2004. 3. 15
	기초자료 조   사	∘관련 내용 학습 ∘ 자료 조사 (여닫이문, 미닫이문, 자동문)	～2004. 3. 23
	계획수립	∘아이디어 정리 ∘출입문의 형태 및 제작 구상	～2004. 3. 30

1 차 제작	1차 작품제작	∘아이디어 구체화 ∘제작재료 및 제작 방법 구상 ∘작품 제작	～2004. 4. 10
	지도 평가	∘1차 작품의 불편한 점 및 문제점 찾기 ∘수정 보완 지도 조언 ∘기존 제품 조사(안전장치)	～2004. 4. 17
2 차 제작	2차 작품제작	∘1차 작품 수정 보완 ∘제작 계획 수립 ∘작품 제작	～2004. 4. 24
	지도 평가	∘2차 작품의 불편한 점 및 문제점 찾기 ∘수정 보완 지도 조언 ∘추가 아이디어 찾기 ∘기종 제품 조사	～2004. 4. 30
	작품 보완	∘작품 수정 보완 ∘추가 아이디어 구체화 ∘제작 방법 및 재료 구상	～2004. 5. 2
3 차 제작	3차 작품제작	∘2차 작품 수정 보완 ∘제작 계획 수립 ∘작품 제작	～2004. 5. 4
	출품 준비	∘작품 설명서 작성 ∘작품 최종 점검 ∘작품 출품	～2004. 5. 6

2. 참고 내용(기초 자료 조사)

가. 문의 종류

1) 열고 닫는 방법에 따른 문의 종류

가) 자재문(자유문)

   자재문은 주택보다는 호텔, 백화점, 은행, 관공서 등의 대형 건물의 현관문으로 많이 사용되는데, 문의 개폐방향이 건물의 내․외 방향으로 모두 열리게 되므로 많은 사람들이 출입하기에 편리하다.

4짝 미세기문

나) 미세기문

미세기문은 두 짝, 세 짝, 네 짝 등으로 만들어지며, 여닫는 데 여분의 공간을 필요로 하지 않으므로 공간이 좁을 때 사용하면 편리하나, 언제나 문짝이 세워지는 부분은 열리지 않으므로 완전히 열리지는 않는다.

다) 미닫이문

미닫이문

미닫이문   미닫이문은 한 짝이나 두 짝으로 만들어지고, 미세기문과 마찬가지로 문의 개폐를 위한 여분의 공간이 필요 없다. 문이 열리면 문이 벽 쪽으로 가서 겹치므로 열었을 때, 문이 벽 속으로 들어가 보이지 않게 되어 깨끗하다.    미닫이문은 우리 나라 전통주택의 창호지문에서 많이 사용되던 형식이다..

라) 들문

  들문은 평상시에는 접이문의 형식이나, 필요에 따라 문을 천장 쪽으로 들어올려 매달 수 있게 만든 문이다. 이것도 역시 우리 나라의 전통주택 중, 상류주택의 대청이나 방문에서 흔히 쓰였다고 한다. 평소에는 네 짝의 접이문으로 사용하다가 여름철에는 문을 들어올려 천장에 달린 들쇠에 걸어 매달아 놓으면 완전히 개방되어 최대한으로 시원한 공기를 받아들일 수 있다.

마) 여닫이문

  여닫이문은 한 짝이나 두 짝으로 만들며 문을 완전히 열 수 있으나, 문의 열고 닫기를 위한 여분의 공간이 필요하므로 여닫는 부분이 클수록 문을 위해 많은 공간이 필요하다. 여닫이문은 일반적으로 서양식 주택에서 많이 사용되고, 미세기문이나 미닫이문보다 문을 여닫는 데 힘이 적게 들기 때문에, 노인방이나 환자의 방에는 이 형식의 문을 사용하는 것이 좋다고 한다. 또한 가구의 문을 여닫이문으로 하면 문의 안쪽에 거울을 붙이거나 선반이나 막대를 달아주어 여러 가지 물건을 수납할 수 있도록 하면 편리하다.

바) 접이문

  접이문은 문을 몇 쪽으로 나누어 병풍과 같이 접어가며 열 수 있는 형식으로, 열리는 부분이 클 경우에 이용하면 좋다. 열리는 부분이 큰 차고나 창고, 면적이 큰 가구의 문을 두 짝 여닫이문으로 하면 문의 움직임을 위한 공간이 너무 많이 필요하고, 미닫이문이나 미세기문으로 하면 문을 여닫기에 힘이 많이 들기 때문에 불편하다. 접이문의 문짝을 작게 하여 응용한 것으로 아코디언문도 있다.

사) 회전문

  회전문은 주택보다는 대형 건물에 많이 사용하는 문으로, 문이 돌아가면서 각 칸마다 한 사람씩 출입하기 때문에 출입하는 사람들끼리의 충돌을 방지하고 열리는 부분이 완전히 열리지 않아 실내를 냉․난방했을 때 에너지 낭비가 적은 장점이 있다.

아) 자동문

자동문은 전기를 이용하여 손을 대지 않고도 자동적으로 문을 여닫게 만든 것으로, 문 앞뒤의 일정거리 안에 사람이 서면 문이 작동하게 되어 있어 장애인용이나 짐을 많이 들고 출입하는 상점 건물에 사용하면 편리하다.

2) 중복 여부에 따른 문의 종류

한겹으로 된 홑문과 두겹으로 된 겹문이 있다.

문의 중복 형식에 따라 구분되는 홑문과 겹문으로 나누나, 주로 문보다는 창에서 더 많이 사용된다.

나. 회전문

1) 회전문이란?

  단면이 십(十)자모양인 축을 중심으로 이어진 3～5개의 문을 회전시켜 한 칸에 한 사람(문의 종류에 따라 2～3명)씩만 지나게 되어 있는 출입문이다.

  주로 은행․호텔․우체국․상점 등 사람의 출입이 많은 곳에 설치하여, 한번에 출입할 수 있는 사람 수를 제한하고 출입구의 통풍과 기류를 조절한다.

  종류는 문짝이 바닥과 동시에 자동적으로 회전하는 방식과, 문짝만 손으로 밀어 회전시키는 방식, 필요할 때 문짝을 접어 제쳐놓고 통로를 넓히는 방식, 일(一)자로 접어 잠글 수 있는 방식 등이 있다.

2) 회전문의 역사

  회전문은 1888년 8월 7일 필라델피아에서 밴 캐널(Van Kannel)이란 사람이 특허권을 획득하여 오늘날에 이르게 되었다. 요즘에는 보편적인 이 회전문의 아이디어를 인정해주지 않아, 특허를 따내기 위해 반 캐널은 오랫동안 미국 특허청을 돌아다녔다고 한다.

3) 회전문의 특징

  회전문은 좁은 공간의 출입구를 이용함으로 방풍실(바람을 막아 줄 수 있는 일정한 공간)의 면적을 없앨 수 있어 로비의 넓은 공간을 제공하고, 냉난방비용을 20%이상 줄일 수 있는 효과를 거둘 수 있다. 또한 역회전 제어장치( 반대방향으로 도는 것을 방지하는 장치)를 함으로써 강한 바람에도 문의 자동회전을 방지하고 안전을 도모할 수 있어 고층빌딩에 많이 사용되고 있다.

  그러나 이러한 역회전 방지 장치로 인하여 사람이나 물건이 낄 경우 빠르게 조치할 수 없어 큰 사고로 이어지는 경우가 발생하기도 한다.

가) 회전문의 효과

   ① 짐을 갖고 출입하기에 편리하다.

   ② 노약자와 장애자가 안전하게 출입할 수 있다.

      - 단 출입 방법과 사용법이 어느 정도 익숙하여야 한다.

   ③ 에너지 절감효과

     - 바깥 공기와 안의 공기를 90% 정도 차단하여 주어 냉난방 비용을 줄

       일 수 있다.

   ④ 대량 통행 효과

     - 많은 인원이 안전하게 순차적으로 출입할 수 있다.

   ⑤ 청결한 환경을 유지 할 수 있다.

     - 밖의 오염된 공기를 차단할 수 있다.

       나) 회전문의 장단점

        < 장점 >    

① 사람의 출입이 많은 곳에서는 사람들의 동선(動線;움직이는 선)을

    따라 하나의 문으로도 빠르게 순환할 수 있다.

  - 여닫이문이나 자유문의 경우에는 동시에 양쪽에서 사람이 문을 열면

     같은 쪽 문으로 동시에 열고 나가려는 상황이 발생하여 순환이 지체

     되는 점이 발생할 수 있다.

② 사람들이 많이 다니는 곳에 여닫이문을 달아야 할 경우, 가벼운 문

    을 사용한다면, 문을 여닫을 때마다 흔들리게 되어 이동의 흐름을

    방해하게 된다.

      이런 점을 보완하기 위해 무게 중심이 낮은 무거운 문을 사용하게

    된다면, 열고 닫기 힘이 드는 단점이 생긴다.

< 단점 >

① 역회전 방지 장치로 인하여 물건이나 사람이 끼었을 경우 사고의 조

    치가 어렵고, 큰 사고로 이어질 수 있다.

② 유아나 노약자 등 처음 사용하거나 익숙하지 않은 사람의 경우 문틈

   에 끼어 사고가 발생할 수 있다.

③ 문이 다른 종류의 문에 비해 무거워 노약자의 경우 문을 움직이기가

    힘들다.

④ 무거운 무게로 인하여 관성이 커져 끼거나 부딪칠 경우 크게 다칠 수

    있다.

⑤ 다른 문에 비해 관리 비용이 크고 고장이 잦다.

3) 회전문의 특징

 

가) 작동방법에 따라

        작동방법에 따라 수동식과 자동식, 반자동식 회전문 등이 있다.

      자동식의 경우 문을 전기의 힘으로 작동하여 작동의 편리함이 있으나

      유지비가 많이 든다는 단점이 있다.

        또한 자동식의 경우 안전을 위하여 센서를 달아 놓은 경우가 많으나

      사용자들의 부주의나 잘못 작동하여 자주 멈추는 경우가 발생한다.

나) 문의 수에 따라

      문의 수에 따라 3엽식, 4엽식 등이 있으며 5엽식 이상은 주로 벨트콘베

    어 방식으로 전기의 힘으로 작동하며 센서를 통하여 작동을 멈추거나 작

    동하도록 한다.

        

3엽식

  

4엽식

          

4. 작품 내용

가. 1차 작품

  1) 안전 여닫이 문 만들기

가) 제작목적

  평소 문을 닫고 열 때 생기는 사고를 방지하고자 우리 가정에서 흔히 볼 수 있는 여닫이 문의 안전 장치를 생각하였다.

나) 제작 순서

(1) 실제 문의 구조를 관찰한다.

(2) 재료를 준비한다.

    -우드락 : 문의 재료

    -골판지 : 방풍커튼.

    -테이프 : 경첩 대용

(3) 문의 형태를 만들 우드락을 크기에 맞게 자른다.

(4) 문틀을 문보다는 여유를 두어 자른다.

   -완충재를 붙일 부분 만큼의 틈을 생각하 

    여 자른다.

   -테이프 : 경첩 대용

(5) 문틀에 완충재를 붙인다.

(6) 문과 문틀을 조립한다.

  - 경첩을 대신할 은색 철테이프를 붙인다.

(7) 문을 열었을 때의 틈으로 인한 열 손실을 방지하고 문이 끼지 않도록

   하기 위해 방풍커튼을 붙인다.

(8) 문에 손잡이를 붙인다.

(9) 문을 여닫아 보아 방풍과 안전장치를 확인한다.

  

(

나. 2차 작품

  1) 1차 작품의 불편한 점

   가) 작품의 크기가 작아 실제 작동시 안전성을 확인하기가 어렵다.

   나) 재질이 우드락이라 여닫이문의 느낌이 들지 않고 아이디어를 실제

       확인하기가 어렵다.

다) 경첩부분을 은색철테이프로 대신하여 경첩의 작동이 부드럽지

   않다.

라) 완충재(스폰지)를 우드락의 흰색으로 대신하였는데 환충 작용의 효과를

    보여 주기에는 부족하였다.

마) 경첩의 반대 부분 문이 닫고 열리는 부분의 문틈이 생겨 방음, 방풍의 효

    과가 떨어짐을 알 수 있었다.

2) 2차 작품을 개선한 점

가) 완충재를 실제 스폰지로 제작하여 안전효과를 알아 볼 수 있도록

   하였다.

나) 문과 문틀을 실제 여닫이문의 주재료인 나무로 하였다.

다) 경첩을 사용하여 문의 작동을 개선하였다.

라) 문이 닫히는 부분에 열손실을 줄이고 방풍 효과를 높이기 위해 방풍 커튼

    을 달았다.

마) 크기를 좀더 크게 하여(실제 크기의 약 1/3) 작동과 안전 여부를 확인할

    수 있도록 하였다.   

3) 2차 작품 제작 순서

   가) 나무를 이용하여 문의 테두리를 제작하고 문의 표면 부분은 하드보드를

     이용하여 합판효과를 나타내도록 하였다.

   나) 문틀이 되는 부분을 완충재의 크기만큼의 여유를 두어 만든다.

   다) 문이 닫히는 부분과 문의 연결 부위에 완충재(스폰지)를 붙인다.

   라) 문틀에 문을 경첩을 이용하여 연결한다.

   마) 경첩을 붙인 부분에 방풍커튼(방풍과 안전을 위

      하여 손을 넣지 못하도록 주름진 막음새)을 설치

      한다.

   바) 문에 완충재와 닫는 부분을 덮을 수 있는 재료로

      방풍커튼을 단다.

   사) 문에 손잡이를 달고, 문을 장식한다.

   아) 문의 작동 여부와 안전성을 확인한다.

나. 3차 작품

  1) 2차 작품의 불편한 점

    가) 작품의 완성도가 떨어져 안전성 여부를 실제 실험으로 확인하기가

      어렵다.

    나) 안전효과는 있으나 보안상의 문제(문을 열기가 쉬어 도난의 문제)가

       있을 수 있다.

    다) 실제 문의 작동과 모형문의 작동이 여러 면에서 달랐다.

        -실제 문에서 사용하는 경첩과 비슷한 작은 크기의 경첩을 구하기가 어

         려웠다. 

    라) 실제 사고가 많이 나는 경우는 집안의 여닫이문보다는 건물의 출입문으

       로 이용하는 무거운 통유리문이라는 점에서 제작품을 다시 만들어야 할

       필요성을 느꼈다.

    마) 회전문의 안전사고로 인한 방송으로 실제 안전을 위한다면 가장 위험한 

       사고가 많이 발생하고 있는 회전문에서의 안전장치를 생각하여야 할 필

       요성을 느꼈다. 

  2) 2차 작품의 개선한 점

   가) 실생활에서 가장 사고가 많고 큰 사고로 이어지는 회전문에 대한

      안전 장치로 바꾸어 제작하기로 하였다.

   나) 회전문의 역회전 방지장치가 사람들의 역흐름을 막는 효과는 있지

      만 그것이 가장 큰 사고 원인이 되고 있다는 점에서 유사시 역회전

      을 할 수 있도록 하여야 한다는 생각을 하였다.

   다) 사람의 진입을 막는 문틀을 움직일 수 있도록 장치를 하여 유사시

      완충 효과가 나타나도록 하였다.

   라) 재질을 실제 유리와 비슷한 아크릴을 이용하여 제작하였다.

   마) 출입하는 사람이 많거나 유사시에는 회전문을 고정문으로 할 수 있

      도록 제작하였다.

         (평상시)                    (유사시)

3) 3차 작품의 제작 순서

  1) 실제 회전문과 비슷하게 제작하기 위하여 실제 수치를 확인하여 축소

     비율을 정한다.

  2) 아크릴을 축소 비율에 맞게 재단한다.

3) 회전문(4엽)을 제작하고 유사시를 위하여 열어 젖힐 수 있도록 경첩을

    단다.

4) 문의 회전을 위하여 문위에 축을 제작하여 붙인다.

5) 회전문을 올릴 수 있는 바닥을 제작한다.

6) 바닥에 양 옆의 문기둥을 제작하여 조립한다.

7) 문 위를 덮을 수 있는 틀을 제작하여 조립한다.

8) 문 양 옆에 안전 장치를 제작하여 붙인다.

   - 문기둥이 되는 가드부분을 주름을 이용하여 출입을 제한하면서도

     사고시 완충을 시킬 수 있도록 제작한다.

4. 앞으로의 개선점

가. 재료 구하기와 제작의 어려움으로 인하여 주름으로 가드 부분을 제작하였지만      실제 제작에서는 스프링을 이용하거나 좀 더 연구하여 유압식으로 제작하여     가드부분(곡선부분)이 일정충격(약 10㎏)이 나타나면 움직여서(들어 가서) 충

   격을 줄일 수 있도록 제작하여야 할 것이다.   

나. 모형제작에서는  제작을 하지 못하였지만 역회전 방지 장치와 수동조작을

   통하여 역회전방지 장치를 풀 수 있는 장치를 제작하여햐 할 것이다.  

다. 회전문 옆에 설치되어 있는 자재문(자유문)의 경우에도 1,2차 제작품의

   아이디어를 활용하여 안전 장치를 제작하여야 할 것이다.

라. 전기를 사용하는 자동문의 경우 현재 제품화 되어 있는 것과 같이 문

   의 틈과 문의 움직임만을 센서로 확인할 것이 아니라, 일정 범위 내의

   사람의 움직임의 속도를 확인하여 급하게 뛰어드는 사람이 있을 경우 

   자동으로 멈출 수 있도록 하여 사고를 막아야 할 것이다.

5. 활용성 및 전망, 효과

  잦은 회전문 사고로 인하여 법개정이 추진되고 있고 사람의 출입이 많은 건물에는 안전요원이 지키도록 하는 방안이 강구되고 있다고 한다. 그러나 안전 요원이 지킨다 하더라도 완전히 사고를 막을 수는 없을 것이다.

  문틈으로 출입하는 것을 막아 안전을 예방하는 예전의 가드를  좀더 개선하여 가드와 회전문의 틈에 끼이는 사고를 가드를 움직일 수 있도록 하여 충격을 줄일 수 있도록 하였다.

  즉 예상되는 사고원인을 막고 사고가 일어나더라도 피해를 줄일 수 있는 방법이라고 생각한다.