KR0154445B1 - 에어콘의 소음감소 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어콘의 소음감소 장치에 관한 것으로, 축을 중심으로 방사상으로 복수개 배열된 호형상(弧形狀)의 블레이드와 상기 블레이드들을 양단에서 지지하는 브래킷으로 이루어진 블로어팬과, 상기 블로어팬과 인접하여 축방향으로 설치된 스테빌라이져를 구비한 에어콘에 있어서, 상기 블레이드들에 각각 하나씩 대응되도록 상기 브래킷상에 부착되는 광반사부재 ; 상기 브래킷과 소정 간격을 두고 대향하여 설치하되, 상기 스태빌라이져에 장착되어 상기 블레이드들의 통과를 감지하는 포토커플러 ; 상기 포토커플러로부터 제공된 펄스신호에 의거하여 상기 블로어팬에서 발생하는 특이소음의 주파수 및 레벨을 산출하고 상기 특이소음과 역위상 및 동음압의 관계를 가지는 간섭음에 대응하는 전기신호를 발생시키는 제어부 ; 및 상기 스태빌라이져에 복수개 장착되며, 상기 제어부로부터의 전기신호를 소리로 변환하여 상기 특이소음을 상쇄할 수 있도록 간섭음을 상기 블로어팬측으로 방사하는 스피커를 특징적으로 구비한다. 따라서, 본 발명은 소음의 제약없이 블로어팬의 회전수를 증가시켜 실내열교환기에 의해 열교환된 공기의 토출량을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 간단한 구성요소로 구현할 수 있어서 생산원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

에어콘의 소음감소 장치
본 발명은 에어콘의 소음감소 장치에 관한 것으로, 특히 블로어팬에서 발생하는 특정주파수의 소음을 이와 동일한 음압 및 역위상을 가지는 간섭음을 발생시켜 상쇄시킬 수 있도록 한 에어콘의 소음감소 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 에어콘은 압축기, 실외측열교환기, 팽창밸브 및 실내측열교환기를 포함하는 일련의 냉각사이클에서 냉매를 동작유체로 하여 공조공간의 열을 흡수(냉방시)하거나 공조공간에 열을 방출(난방시)하는 기기이다.
제1도는 일반적인 에어콘의 실내기를 개략적으로 보인 단면도이다. 제1도에 도시한 바와 같이, 에어콘의 실내기는 본체 내부에 대각선으로 가로질러 설치된 실내측열 교환기(15)와, 실내측열교환기(15)의 상부와 전면에 형성된 공기흡입구(12)와, 본체의 전방하측에 형성된 공기토출구(13) 및 공기토출구(13)에 인접하여 설치되는 블로어팬(1)을 구비한다. 상기한 구성에서, 공기조화기를 동작시키면 공조공간의 상대적인 고온(냉방시) 또는 저온(난방시)의 공기가 블로어팬(1)이 작동하여 공기흡입구(12)를 통하여 본체 내부로 유입된다. 이렇게 유입된 공기는 실내측열교환기(15)를 흐르는 저온(냉방시) 또는 고온(난방시)의 냉매와 열교환된 후 공기토출구(13)로 토출됨으로써 공조공간의 온도를 낮추거나 높이게 된다.
한편, 공기토출구(13)의 내측으로는 블로어팬(1)을 통과한 공기를 효율적으로 토출시키기 위하여 스태빌라이져(stabilizer;14)가 설치된다. 스태빌라이져(14)와 블로어팬(1) 사이의 간격이 좁을수록 풍량은 증가하지만 소음의 레벨도 이에 따라 증가한다. 따라서 풍량을 증가시키는데 있어서는 소음의 증가라는 제약이 따른다.
한편, 블로어팬(1)에서는 그 회전수(N)와 블레이드(1a)의 개수(Z)를 곱한 NZ의 주파수에서 귀에 거슬리는 피리소리와 같은 특이음이 발생된다. 제2도는 제1도의 블로어팬에서 발생되는 소음의 주파수특성을 나타내는 도면이다. 일예로, 블로어팬(1)의 회전수(N)를 1200rpm(초당 20회), 블레이드(1a)의 개수(Z)를 35로 할 때 제2도에 도시한 바와 같이 700Hz의 주파수에서 소음의 레벨이 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다. 이러한 소음의 레벨은 블로어팬(1)과 스태빌라이져(14)와의 간격을 좁힐수록 증가하기 때문에 토출되는 공기의 량을 증가시키는데 제약요인으로 작용하여 왔다.
한편, 에어콘의 실내기에서 발생하는 전반적인 소음으로는 블로어팬(1) 자체의 기계적 진동음, 풍로계(風路系)에 의한 진동음 및 냉매배관계(冷媒配管系)의 진동음등이 더 있는데, 이러한 전반적인 소음을 감쇄시키기 위한 장치가 일본국 특개평 4 - 281155호에 개시되어 있다.
상기 공개공보에 개시된 장치는 발생된 소음을 수집(收集)하는 2개의 마이크로폰과, 각각의 마이크로폰에서 수집한 소음신호를 증폭하는 2개의 증폭기와, 발생된 소음에 대하여 역위상, 동진폭 및 동음압의 간섭음을 창출하는 주제어부 및 주제어부로부터 창출된 간섭음을 발생된 소음에 대하여 방사하는 2개의 스피커를 구비하고 있다. 그러나, 상기 공보에 개시된 장치는 실내기에서 발생된 전반적인 소음을 제거대상으로 하기 때문에 소음신호 분석회로 등 복잡한 회로를 필요로 하며, 이에 따라 기기의 생산원가를 상승시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 소음요인의 제약없이 실내열교환기에서 열교환된 공기의 토출량을 증가시킬 수 있도록 에어콘의 블로어팬에서 발생하는 특이소음을 제거함과 아울러 간단한 구성으로 구현하여 생산원가를 절감할 수 있도록 한 에어콘의 소음감소장치를 제공하는데 있다.
제1도는 일반적인 에어콘의 실내기를 개략적으로 보인 단면도.
제2도는 제1도의 블로어팬에서 발생되는 소음의 주파수특성을 나타내는 도면.
제3도는 본 발명에 따른 에어콘의 소음감소 장치의 개략적인 구성을 보인 사시도.
제4도는 제3도에서 I-I선을 취한 단면도.
제5도는 본 발명에 따른 에어콘의 소음감소 장치의 동작원리를 설명하기 위한 개략 단면도.
제6도의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 에어콘의 소음감소 장치의 동작원리를 설명하기 위한 파형도.
제7도는 본 발명에 따른 에어콘의 소음감소 장치에서 블로어팬에 의해 발생하는 소음의 주파수특성을 보인 파형도.
제8도의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 에어콘의 소음감소 장치에 있어서, 포토커플러의 신호, 소음압 및 스피커음압의 위상관계를 보인 파형도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 블로어팬 10 : 블레이드
11a, 11b : 브래킷 14 : 스태빌라이져
20 : 포토커플러 21 : 광반사부재
22 : 스피커
상기와 같은 본 발명의 목적은 축을 중심으로 방사상으로 복수개 배열된 호형상(弧形狀)의 블레이드와 상기 블레이드들을 양단에서 지지하는 브래킷으로 이루어진 블로어팬과, 상기 블로어팬과 인접하여 축방향으로 설치된 스테빌라이져를 구비한 에어콘에 있어서, 상기 블레이드들에 각각 하나씩 대응되도록 상기 브래킷상에 부착되는 광방사부재 ; 상기 브래킷과 소정 간격을 두고 대향하여 설치하되, 상기 스태빌라이져에 장착되어 상기 블레이드들의 통과를 감지하는 포토커플러 ; 상기 포토커플러로부터 제공된 펄스신호에 의거하여 상기 블로어팬에서 발생하는 특이소음의 주파수 및 레벨을 산출하고 상기 특이소음과 역위상 및 동음압의 관계를 가지는 간섭음에 대응하는 전기신호를 발생시키는 제어부; 및 상기 스태빌라이져에 복수개 장착되며, 상기 제어부로부터의 전기신호를 소리로 변환하여 상기 특이소음을 상쇄할 수 있도록 간섭음을 상기 블로어팬측으로 방사하는 스피커에 의하여 달성된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명에 따른 에어콘의 소음감소장치의 개략적인 구성을 보인 사시도이고, 제4도는 제3도에서 I-I선을 취한 단면도이다.
제3도 및 제4도에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 블로어팬(1)은 회전축을 중심으로 방사상으로 호상(弧狀)의 블레이드들(10)이 배열되고, 상기 블레이드들(10)의 양단부들은 브래킷들(11a)(11b)에 의해서 지지된다. 상기 브래킷(11a)에는 블레이드들(10)의 각각의 수평위치와 일치하는 위치들에 광반사부재들(21)이 배설된다. 한편, 상기 블로어팬(1)에서 토출되는 공기의 량을 증대시키기 위하여 블로어팬(1)에 인접하여 축방향으로 스태빌라이져(14)가 설치된다. 상기 스태빌라이져(14)에는 상기 광반사부재들(21)이 배설된 상기 브래킷(11a)과 대향하는 위치에 발광소자 및 수광소자로 이루어지는 포토커플러(20)가 장착되고, 길이 방향으로는 대칭되는 위치에 스피커들(22)이 장착된다. 포토커플러(20) 및 스피커들(22)은 도시하지 않은 제어부의 입력 및 출력단자들에 연결된다.
상기 제어부는 상기 포토커플러(20)로부터 상기 블레이드들(10)의 통과신호를 제공받아서 블로어팬(1)의 초당회전수(N/sec)를 산출하고, 이 값을 상기 블레이드들(10)의 개수(Z)와 곱하여 상기 블로어팬(1)의 특이소음의 주파수를 산출한다. 나아가, 상기 블로어팬(1)의 회전속도 및 상기 블로어팬(1)과 상기 스태빌라이져(14)와의 수직거리(L)에 비례하여 결정되는 음압레벨을 산출하고, 상기 블로어팬(1)에서 발생된 특이소음(NZ소음)이 상쇄되도록 상기 특이소음(NZ소음)과 위상이 반대가 되고 동일수준의 음압을 가지는 전기신호를 발생시켜 상기 스피커들(22)을 구동한다.
제5도는 본 발명에 따른 에어콘의 소음감소 장치의 동작원리를 설명하기 위한 개략단면도이고, 제6도의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 에어콘의 소음감소 장치의 동작원리를 설명하기 위한 파형도이다.
상기 블로어팬(1)이 구동되어 회전하고 있는 상태에서, 제1 블레이드(a)가 상기 스태빌라이져(14)에 접근하면 제6도의 (a)에서 실선으로 도시한 바와 같이, 특이소음의 음압이 증가하다가 상기 스태빌라이져(14)를 지나게 되면 감소하고, 다시 제2 블레이드(b)가 접근하면 특이소음의 음압이 증가하다가 상기 스태빌라이져(14)를 지나게 되면 감소한다. 이러한 과정은 상기 블로어팬(1)이 회전함에 따라 반복적으로 발생한다. 따라서, 상기 스피커들(22)을 통하여 제6도의 (a)에서 점선으로 도시한 바와 같이, 특이소음의 음압파형과 위상이 반대가 되고, 크기는 동일한 간섭음을 상기 블로어팬(1)을 향하여 방사하면 제6도의 (b)에 도시한 바와 같이 상쇄간섭 현상이 발생하여 특이 소음을 제거할 수 있다.
제7도는 본 발명에 따른 에어콘의 소음감소장치에서 블로어팬에 의해 발생하는 소음의 주파수특성을 보인 파형도로서, 광대역의 소음만 존재하고 특이소음은 제거된 것을 알 수 있다.
제8도의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 에어콘의 소음감소 장치에 있어서, 포토커플러의 신호, 소음압 및 스피커음압의 위상관계를 보인 파형도이다.
상기 블로어팬(1)의 회전과 함께 상기 포토커플러(20)의 발광부에서는 빛, 예를들어 적외광이 투사되는데, 이렇게 투사된 빛이 상기 광반사부재(21)와 마주치면 반사되고, 나머지 부분과 마주치면 흡수된다. 이렇게 반사된 빛은 상기 포토 커플러(20)의 수광부에 의하여 감지되어 제어부에 제공된다. 상기 광반사부재(21)가 상기 포토커플러(20)의 발광부로부터 투사된 빛과 마주치는 동안에는 상기 포토 커플러(20)의 수광부를 통하여 제어부에 제8도의 (a)에 도시한 바와 같은 펄스신호가 제공된다. 상기 제어부에서는 상기 펄스신호들의 개수를 카운트한 후에 하기의 식 1)에 의하여 상기 블로어팬(1)의 초당회전수를 산출한다.
여기에서, Δti = ti - ti-1으로 펄스신호의 발생간격이고, Z는 블레이드(10)의 개수이다.
이렇게 회전수(N)가 산출되면, 이 값(N)을 상기 블레이드(10)의 개수(Z)와 곱하여 특이소음의 주파수값을 산출한다.
한편, 상기 블로어팬(10)에서 발생하는 특이소음의 레벨은 시험데이타에 따르면, 회전수가 900rpm인 경우에는 37dB; 1000rpm인 경우에는 41dB; 1100rpm인 경우에는 45.1dB; 1200rpm인 경우에는 49.1dB가 되어 회전수에 비례하여 변화하는 것을 알 수 있다. 또한, 소음레벨은 일반적으로 하기의 식 2) 및 3)에 의하여 표현된다.
여기에서 Pref는 20μPa이다.
여기에서, a, b 및 c는 제품에 따라 달라지는 상수이다.
위의 식 2) 및 3)을 연립하여 풀면 하기의 식 4)가 얻어진다.
나아가, 특이소음의 음압은 제8도의 (b)에서 도시한 바와 같이, 상기 펄스신호 들의 상승엣지(rising edge) 시점(ti-1, ti, ti+1)에서 최대가 되는 정현파형으로 변화한다. 이에 따라, 상기 제어부에서는 제8도의 (c)에 도시한 바와 같이 상기 산출된 주파수값(NZ)을 가지며, 상기 펄스신호들의 상승엣지에서 음압이 최소가 되는 하기의 식 5)로 표현되어지는 특이소음에 대응하는 전기신호를 발생시킨다.
다음으로, 상기 스피커들(22)은 상기 제어부로부터의 전기신호를 소리로 변환하여 방사하는데, 이에 따라 두음파간에 상쇄 간섭현상이 발생하여 특이소음이 제거된다.
이상에서 각 블레이드(10) 마다 하나의 광반사부재(21)들을 대응시켰지만, 소정개수의 블레이드(10)당 하나의 광반수부재(21)들을 대응시킬 수 있다. 이 경우에 상기 제어부는 상기 블로어팬(1)의 회전수(N)를 하기의 식 3)에 의하여 산출한다.
여기에서, M은 블레이드(10)의 개수를 상기 광반사부재(21)의 개수로 나눈 값이다.
이상과 같이 본 발명의 에어콘의 소음감소 장치에 따르면 블로어팬에서 발생되는 소정 주파수의 특이소음을 감소시킬수 있으며, 소음의 제약없이 블로어팬의 회전수를 증가시켜 실내열 교환기에 의해 열 교환된 공기의 토출량을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 간단한 구성요소로 구현할 수 있어서 생산원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 축을 중심으로 방사상으로 복수개 배열된 호형상(弧形狀)의 블레이드(10)와 상기 블레이드들(10)을 양단에서 지지하는 브래킷(11a)(11b)으로 이루어진 블로어팬(1)과, 상기 블로어팬(1)과 인접하여 축방향으로 설치된 스테빌라이져(14)를 구비한 에어콘에 있어서, 상기 블레이드들(10)에 각각 하나씩 대응되도록 상기 브래킷(11a)상에 부착되는 광반사부재(21); 상기 브래킷(11a)과 소정 간격을 두고 대향하여 설치하되, 상기 스태빌라이져(14)에 장착되어 상기 블레이드들(10)의 통과를 감지하는 포토커플러(20); 상기 포토커플러(20)로부터 제공된 펄스신호에 의거하여 상기 플로어팬(1)에서 발생하는 특이소음의 주파수 및 레벨을 산출하고 상기 특이소음과 역위상 및 동음압의 관계를 가지는 간섭음에 대응하는 전기신호를 발생시키는 제어부; 및 상기 스태빌라이져(14)에 복수개 장착되며, 상기 제어부로부터의 전기신호를 소리로 변환하여 상기 특이소음을 상쇄할 수 있도록 간섭음을 상기 블로어팬(1)측으로 방사하는 스피커(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어콘의 소음감소 장치.
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