한국트리즈협회에서 제공한 자료입니다. (TRIZmedia)

1. 단원명 : 트리즈 - Tool for Best Design
중단원 :
차시명 : 10. 발명원리 40 - 35,36,37,40
학습개요
1. 발명원리 40 중 방법과 관련 된 발명원리 학습
학습목표
1. 발명원리 35,36,37,40의 이해 및 활용
들어가기
소고기 한 근? 어떻게 먹을까?
근래에 육식의 해로움을 이야기하면서 채식을 강조하는 분위기가 대세이지만 대부분의 사
람에게 채식보다 육식이 맛이 있다는 것은 부정할 수 없는 사실입니다. 당신에게 마블링이
근사한 한 근의 소고기가 생겼을 때 이것을 어떻게 먹어야 할까요? 위의 사진들처럼 후라
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2. 이팬에 볶아 먹거나, 수육으로 삶아 먹거나, 숯불에 구워먹거나, 저온 조리를 하거나, 샤브
샤브로 먹는 방법을 생각해 볼 수 있습니다. 이 중 가장 최악의 요리법은 무엇일까요? 그것
은 물에 삶는 수육입니다. 물에 삶으면 육즙과 지방이 물에 녹아 버리기 때문에 소고기의
맛이 없어집니다. 그렇다면 삶는다는 요리법이 문제인가요? 아니요. 돼지고기 수육은 맛있
는 요리법입니다. 돼지를 삶으면 과도한 지방이 빠져 고기를 고소하게 만들어줍니다. 즉 같
은 요리법이지만 조건에 따라 맞는 방법이기도 하고, 틀린 방법이기도 합니다. 기술적 모순
이 생기는 또 하나의 이유에 이처럼 방법이 잘못 되었기 때문에 생기는 것이 있습니다.
이렇게 무엇인가 방법이 틀렸을 때 사용하는 발명원리에는 발명원리 35 물성치 변화
(Changing Properties), 발명원리 36 상변화 이용(Use of Phase Changes), 발명원리 37
열팽창(Thermal Expansion), 발명원리 40 복합재료(Composite Materials)가 있습니다.
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기술모순이 생기는 원인 중에 방법이 잘못되어 생기는 것이 있다. 가솔린 엔진의 스파크 플러
그는 전기 방전 불꽃의 크기를 키우기 위해 많은 연구개발이 있었다. 가솔린 엔진이 디젤 엔진
보다 열효율이 떨어지는 이유는 면 연소가 아니라 점 연소이기 때문이다. 즉 그림 1에서 보는
것처럼 스파크 플러그에서 불꽃이 튀면 거기에서 연소가 시작되어 실린더 내의 전체 연료가 폭
발한다. 하지만 디젤엔진은 압축으로 인해 발생한 열에 의해 주입 된 연료에 폭발을 일으키는
면 연소이기 때문에 훨씬 더 많은 점에서 동시에 연소가 일어나 효율이 올라간다. 그래서 가솔
린 엔진에서 효율을 올리는 방법 중에 스파크 플러그의 불꽃을 크게 만드는 연구가 있다.
그림 1. Otto Cycle 엔진
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3. 전기 방전 불꽃의 크기를 키우기 위해 보쉬는 플래티넘 포라는 제품을 개발했다. 이것은 외부
전극을 네 개까지 증가시켜 원하는 목적을 달성했다. 하지만 덴소는 내부 전극의 크기를 기존의
2.5mm에서 0.4mm로 줄임으로서 동일한 목적을 달성했다. 목적은 같지만 구현 방법은 정반대
인 것이다. 이처럼 동일한 목적을 달성하는데도 여러 가지 방법이 있을 수 있다. 그런데 그 방법
이 잘못되면 바로 기술적 모순이 생긴다.
사진 1. 플래티넘 포 사진 2. 이리듐
이렇게 방법 오류와 관련하여 기술모순이 발생할 때 사용할 수 있는 발명원리는 발명원리 35
물성치 변화(Changing Properties), 발명원리 36 상변화 이용(Use of Phase Changes), 발
명원리 37 열팽창(Thermal Expansion), 발명 원리 40 복합재료(Composite Materials)가 있
다.
발명원리 35는 물체의 물리적 상태(Phase)를 바꾸거나(고체, 액체, 기체), 물체의 농도 또
는 밀도를 바꾸거나, 물체의 유연성 정도를 바꾸거나, 물체의 온도를 바꾸거나 하는 것이
다. 예를 들면 산소, 질소, 가스등을 운반 시 부피를 줄이기 위해 액화시키거나 요리하기
위해 온도를 올리거나 내리는 것이 이 원리에 해당된다.
PC CPU 성능이 향상될수록 CPU에서 발생하는 열이 많아지고 있다. 기존의 PC는 사진 1
과 같은 공랭식 냉각방식이지만 이것으로는 냉각성능이 충분하지 않다. 그래서 사진 2와 같
이 수냉식 냉각기가 개발되었다.
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4. 사진 1. 공랭식 냉각 팬 사진 2. 수냉식 냉각기
발명원리 36은 상변화(phase change)와 관련된 현상을 이용하는 것이다. 즉 물이 얼거나
끓을 때 발생하는 밀도 및 부피변화, 변형 열, 온도 등을 이용해 문제를 해결하는 원리이
다. 예를 들면 물이 얼 때 팽창하는 것을 이용해 바위를 깨는 것이 여기에 해당된다. 야외
에 놀러갈 때 자주 사용하는 아이스 박스의 경우 저온을 유지하는 것이 필요하다. 이 목적
을 달성하기 위해 사진 1에 있는 아이스 팩이 개발, 판매되고 있다. 이 아이스 팩에는 상변
화 물질이 들어가 있어 온도가 내려가면 고체 상태로 변해 냉기를 저장했다가 추후에 사용
할 수 있다.
사진 1. 아이스 팩
발명원리 37은 재료의 열팽창 또는 수축을 이용하거나, 서로 다른 재질의 열팽창계수의
차이를 이용하는 것이다. 예들 들면 바이메탈 원리를 이용한 자동 온도조절기가 이 발명원
리를 이용한 것이다. 대부분의 재료는 열을 받으면 팽창한다. 그런데 이 팽창하는 힘은 매
우 강력하며 거의 선형적으로 늘어난다. 나폴레옹 시대에 강한 건물의 건축을 지을 것을 주
문 받았던 건축가의 문제가 있었다. 그림 1에 보이는 것처럼 두 개의 패널을 나사를 이용해
고정해야 하는데 가능한 한 나사를 강하게 조여야 했다. 물론 렌치를 이용해 조이지만 그것
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5. 으로 충분하지 못했다. 이 문제를 해결하기 위해 그 건축가가 사용한 것이 발명원리 37 열
팽창이다. 그는 수나사를 가열한 후에 암나사를 조였다. 나사가 열을 받으면 길이가 늘어난
다. 그것을 조이면 냉각이 된 후에 나사 자체가 축소되어 더욱 강력한 힘으로 패널을 조이
게 된다.
암나사 수나사
패널
그림 1. 건축물 결합
발명원리 40은 단일재질을 복합재질로 바꾸는 것이다. 예를 들면 현재 골프채나 낚시대
등에 많이 사용되는 복합재료가 이 발명원리를 이용한 것이다. 일반적으로 복합재료는 가격
이 비싸다는 한계가 있지만, 가볍고 강도가 강한 이상적인 재료이다. 사이클 선수의 경우
자전거의 무게를 가볍게 만드는 것이 기록 향상에 도움이 된다. 사진 1의 사이클의 경우 나
사와 체인을 제외하고는 전부 탄소 섬유로 만들어져 있다. 그래서 자전거의 무게가 6.5kg
의 초경량으로 일반 자전거의 절반에 불과하다. 항공기의 경우도 무게를 줄이는 것이 비행
기의 성능을 향상하는데 큰 영향을 미치기 때문에 복합재료를 많이 사용하고 있다.
사진 1. Full Carbon 사이클
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6. 사진 1. 항공기
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평가하기
1. 아래에 있는 확장형 머플러는 어떤 발명원리를 이용한 것인가?
① 발명원리 1 분할
② 발명원리 35 물성치 변화
③ 발명원리 4 비대칭
④ 발명원리 5 결합
정답) ②
해설) ② 흐름을 막는 기존의 머플러와 전혀 다른 원리를 사용해 배기가스 압력을 줄이지
않아 출력을 향상할 수 있다.
2. 아래의 수냉식 냉각기는 어떤 발명원리를 이용한 것인가?
① 발명원리 1 분할
② 발명원리 40 복합재료
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7. ③ 발명원리 36 상변화
④ 발명원리 6 다용도
정답) ③
해설) ③ 압력을 낮춰 저온에서도 물이 증발할 수 있게 함으로써 냉각 성능을 획기적으로
향상한 냉각기이다.
3. 아래의 테니스 라켓은 어떤 발명원리를 이용한 것인가?
① 발명원리 1 분할
② 발명원리 40 복합재료
③ 발명원리 36 상변화
④ 발명원리 6 다용도
정답) ②
해설) ② 탄소섬유라는 복합재료를 이용해 무게를 줄이면서도 힘은 더 향상 시킨 것이다.
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8. 정리하기
1) 발명원리 35, 36, 37, 40은 어떻게 문제를 해결하는가?
- 발명원리 35는 물체의 물리적 상태(Phase)를 바꾸거나(고체, 액체, 기체), 물체의 농도
또는 밀도를 바꾸거나, 물체의 유연성 정도를 바꾸거나, 물체의 온도를 바꾸거나 하는 것이
다.
- 발명원리 36은 상변화(phase change)와 관련된 현상을 이용하는 것이다.
- 발명원리 37은 재료의 열팽창 또는 수축을 이용하거나, 서로 다른 재질의 열팽창계수의
차이를 이용하는 것이다.
- 발명원리 40은 단일재질을 복합재질로 바꾸는 것이다.
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