KR100887872B1

KR100887872B1 - 역 위상파를 이용한 소음 저감형 냉동기

Info

Publication number: KR100887872B1
Application number: KR1020070090941A
Authority: KR
Inventors: 이준근; 김정호; 박원기
Original assignee: 엘에스엠트론 주식회사
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2009-03-06
Also published as: US8122732B2; US20100175410A1; WO2008030060A1; KR20080023186A

Abstract

본 발명은 임펠러부로부터 응축기 방향으로 냉매가 토출되도록 연결되는 토출관에 임펠러부에서 발생되는 강력한 소음을 감소시키기 위한 분기관이 설치됨으로써, 상기 토출관을 따라 진행하는 진행음파와 상기 토출관의 외주면에 설치된 분기관으로 진행하는 반대음파가 서로 만나면서 양자의 음파가 상쇄되도록 하여 소음이 감소될 수 있도록 한 새로운 타입의 소음 저감형 냉동기에 관한 것이다.

토출관, 분기관, 진행음파, 반대음파, 냉동기

Description

역 위상파를 이용한 소음 저감형 냉동기 {A Refrigerator with Noise Reduction Structure using Inverse Phase Sound Wave}

본 발명은 소음 저감형 냉동기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임펠러부에서 발생되는 강력한 소음을 감소시키기 위하여 토출관의 외주면에 분기관을 설치함으로써, 상기 토출관으로 진행하는 진행음파와 분기관으로 진행하는 반대파가 만나는 지점에서 상기 두 음파를 상쇄시켜 소음을 감소시킬 수 있도록 한 새로운 타입의 소음 저감구조를 갖는 냉동기에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 냉동기는 도 1에 도시된 바와 같이 증발기(10), 임펠러부(12), 응축기(14)로 이루어지며, 상기 증발기(10), 임펠러부(12), 응축기(14)가 서로 유기적으로 연결되어 냉매를 순환시키는 구조를 갖는다. 구체적으로 상기 냉매는 증발기(10)로부터 냉매를 압축하는 임펠러부(12)를 거쳐 토출관(16)을 통해 응축기(14)로 이송된다. 이때 임펠러부(12)에서 상기 냉매를 압축하여 토출관(16)으로 배출하는 과정에서 발생되는 진행음파(22)가 토출관(16)을 따 라 퍼져나가게 되는데, 상기와 같은 토출관(16)은 일정한 내경을 갖는 중공형 구조로 이루어져 있기 때문에 이러한 구조로는 토출관(16)을 따라 진행하는 진행음파(22)를 감소시키기가 불가능하여 심각한 소음 공해를 야기하는 원인이 된다.

위와 같은 문제를 해결하기 위하여 종래에는 토출관(16)의 내부에 별도의 소음기나 공명기를 장착하여 음향 공명을 일으킴으로써 소음을 감소시키는 방법이 사용되었으나, 종래의 방법에서는 상기 소음기나 공명기를 토출관(16)의 내부에 삽입한 후, 용접 등으로 이를 토출관(16)에 고정하여야 하므로 소음 저감 장치의 설치가 용이하지 못한 문제가 있다. 또한, 토출관(16) 혹은 냉동기의 주변에 흡·차음 공사를 하는 방법도 있으나 이러한 흡·차음 공사에는 높은 비용이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 토출관을 따라 진행음파를 분기시켜 역 위상을 가진 반대음파를 생성하고, 이를 진행음파에 합류시킴으로써, 진행음파를 상쇄시키는 소음 저감형 냉동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에서는 분기관의 설치로 인하여 토출관 내부에 배압이 걸리지 않도록 하며, 분기관의 설치가 용이한 소음저감형 냉동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이외에도, 본 발명에서는 토출관의 외주면에 분기관을 설치함으로써, 토출관 표면의 진행음파를 상쇄시켜, 외부로 유출되는 소음량을 현저히 줄일 수 있는 구조의 냉동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 냉매를 압축하는 임펠러부와, 압축된 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 임펠러부와 상기 응축기 사이를 연결하는 냉매 토출관을 구비하는 냉동기로서, 상기 토출관의 외주면에 설치되어 상기 토출관을 흐르는 냉매를 소정 구간만큼 외부로 우회시키는 분기관을 더 포함하며, 상기 토출관으로부터 상기 분기관의 일단을 통하여 분기된 냉매의 진행음파는, 상기 분기관을 흐르면서 상기 토출관을 흐르는 상기 진행음파와 역 위상을 가지는 반 대음파로 변화되고, 상기 반대음파는 상기 분기관의 타단에서 상기 토출관으로 재합류하여 상기 진행음파와 상쇄되는 것을 특징으로 하는 소음 저감형 냉동기를 제공한다.

특히, 상기 분기관의 직경은 상기 진행음파 파장의 25% 초과이면서 100% 미만인 것을 특징으로 하는 냉동기를 제공한다.

또한, 상기 분기관은 상기 토출관의 길이방향을 따라 복수 개 설치되는 것을 특징으로 하는 냉동기를 제공한다.

이외에도, 상기 분기관은 상기 토출관의 외주면에 원주방향을 따라 방사상으로 복수 개 설치되는 것을 특징으로 하는 냉동기를 제공한다.

본 발명에서는 임펠러부로부터 응축기 방향으로 냉매가 토출되도록 연결되는 토출관에 임펠러부에서 발생되는 강력한 소음을 감소시키기 위한 분기관이 설치됨으로써, 상기 토출관을 따라 진행하는 소음의 진행음파와 분기관으로 진행하는 반대음파가 서로 만나면서 양 음파가 상쇄되는 구조에 의해 소음감소 효과를 기대할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 분기관이 토출관의 외주면에 설치되므로 토출관 내부의 배압이 문제되지 않으며, 토출관 내부에 분기관을 고정할 필요가 없으므로 분기관의 설치작업이 용이하고 비용이 절감된다.

특히, 본 발명에서는 토출관 표면의 진행음파를 상쇄시킴으로써, 토출관 표 면을 통해 외부로 유출되는 소음량을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 소음 저감형 냉각기의 구체적인 구성과 효과에 대해 설명한다.

도 2 및 도 3에는 각각 본 발명에 따른 소음 저감형 냉동기를 보여주는 개략적인 종단면도와 A-A선에 따른 개략적인 횡단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 토출관(16)으로 진행하는 진행음파(22)의 파형과 분기관(20)으로 진행하는 반대음파(24)의 파형이 만나 상쇄되는 현상을 보여주는 개략적인 파형도가 도시되어 있다.

도 2에서 보듯이, 본 발명의 냉동기 구조에서 임펠러부(12)와 응축기(14)를 연결하는 토출관(16)의 외주면에는 분기관(20)이 형성되어 있다. 상기 분기관(20)은 상기 토출관(16)의 외주면에서 토출관(16)의 외부로 돌출 형성되는데, 상기 토출관(16)과 분기관(20)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 내부가 소통되므로 상기 토출관(16)을 따라 진행하는 진행음파(22)의 일부가 상기 분기관(20)을 따라 분기되어 우회하게 된다.

구체적으로, 상기 분기관(20)으로 분기된 일부 진행음파(22)는 분기관(20)을 따라 진행하면서 본래 토출관(16)을 따라 흐르는 진행음파(22)와 역 위상을 갖는 반대음파(24)가 되어, 토출관(16) 내부의 상쇄지점(26)에서 진행음파(22)와 만나 상쇄된다.

도 4에는 본 발명의 소음저감 구조의 원리를 나타내는 그래프가 도시되어 있는데, 상기 토출관(16)을 따라 진행하는 진행음파(22)와 역 위상을 갖는 반대음파(24)는 진행음파(22)와 π(반주기)만큼의 위상차가 있어야 한다. 도시된 바와 같이 토출관(16)으로 진행하는 진행음파(22)의 파형을 P(t) = A sin (ωt)라 가정할 때, 역 위상을 가지는 반대음파(24)의 파형이 P '(t) = A sin (ωt + π)와 같이 되어야 양 음파(22, 24)가 상쇄될 수 있다. 여기서, ω는 각속도이고, t는 시간이다.

상기 분기관(20)의 길이는 진행음파(22)의 파장과 위상을 고려하여, 진행음파(22)로부터 분기된 음파가 진행음파(22)와 π만큼의 위상차를 갖도록 결정하여야 하는데, 진행음파(22)를 상쇄하는 반대음파(24)를 형성하기 위한 분기관의 총 길이는 위상속도와 시간을 곱하여 계산된다.

일반적으로 냉동기에 주로 사용되는 냉매인 수소불화탄소(hydero fluoro carbon, HFC)계열의 R-134a는 토출관(16)에서 145m/sec 정도의 위상속도를 갖지만,만약, 임펠러부(12)의 회전속도가 14,500rpm, 임펠러부(12)의 출구 날개 깃수가 22개라고 가정할 경우, 진행음파(22)의 주파수는 f(㎐)= 145,000/60 × 22 = 5,316㎐ 가 된다.

상기 진행음파(22)를 상쇄시킬 수 있는 역위상파 즉, 반대음파(24)는 상기 진행음파(22)와 π만큼의 위상차를 가져야 하므로, 도 4에서 ωt = π가 되어야 하며, t = π/ω, 분기관(20)의 총 길이는 C(위상속도) × t(시간)된다. ω = 2πf 이므로, t = 9.41×10^-5가 되고, C = 5,316㎐ 이므로 토출관(16)의 총 길이는 0.0136m = 13.6cm가 되어야 분기관(20)으로 분기된 진행음파(22)의 일부가 역 위상을 갖는 반대음파(24)가 될 수 있다.

이와 같이 토출관(16)을 따라 흐르는 진행음파(22)와 분기관(20)으로 분기되어 진행하는 반대음파(24)는 상기 분기관(20)과 토출관(16)이 만나는 상쇄지점(26)에서 합류함으로써 상쇄된다.

상기 분기관(20)의 예시 길이인 13.6cm는 위와 같은 가정에 따른 분기관(20)의 최소 길이이며, 그 이상의 길이로 설계할 경우, 반대음파(24)의 역 위상을 유지하기 위하여 상기 길이의 정홀수배로 총 길이를 연장하여도 동일한 소음 감소작용을 발휘할 수 있다.

또한, 상기 분기관(20)은 내부에 진행하는 음파가 평면파가 아닐 경우, 오히려 소음을 증가시킬 수 있으므로, 상기 분기관(20)의 직경은 내부에 진행하는 음파의 파장을 고려하여 결정된다.

한편, 분기관(20)의 직경이 음파의 파장(λ)보다 큰 경우, 분기관(20) 내에는 평면파가 형성되지 않으므로, 분기관(20)의 직경방향으로 음파의 위상이 달라지게되어 소음이 증가될 수 있다. 따라서, 상기 분기관(20)의 직경은 음파의 파장(λ) 보다 작도록 설계하는 것이 바람직하다.

또한, 파동의 특성상 파장이 λ/4, 3λ/4인 점에서 음파의 속도가 최대가 되므로 상기 분기관(20)의 직경은 음파 파장(λ)의 25% 보다 크게 설계하는 것이 바 람직하다.

상기 분기관(20)은 도 2에 도시된 바와 같이 양 단부가 토출관(16)의 외주면에 연결된 "ㄷ"자 형태이나, 이에 한정되거나 국한되지 않으며, 반대음파(24)를 형성할 수 있는 길이로 다양하게 제작될 수 있다. 나아가 분기관(20)을 하나의 굵은 관 형태가 아닌 내경이 좁은 여러 가닥의 형태로 설치할 수도 있으며, 토출관(16)의 길이방향을 따라 다수 개가 설치될 수도 있다. 또한, 상기 분기관(20)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 토출관(16)의 외주면에 원주방향을 따라 설치되어 토출관(16)의 표면을 따라 진행하는 진행음파(22)를 상쇄시킬 수 있다. 소음 즉, 진행음파(22)는 토출관(16)의 표면을 따라 흐르며, 파장이 짧은 고주파이므로 토출관(16)의 중심부까지는 전파가 어려운 것이 특징이다. 따라서, 소음은 토출관(16)의 표면에서부터 전파되므로 상기 분기관(20)을 토출관(16)의 외주면에 설치하게 되면, 토출관(16)의 표면으로부터 전파되는 소음을 차단하는데 효과적이다.

또한, 상기 분기관(20)은 토출관(16)의 외주면에서 외부로 돌출되어 설치되므로, 토출관(16)의 내부 공간을 감소시켜 배압이 걸리도록 하는 문제가 없고, 토출관(16) 외주면에 용접하여 설치할 수 있으므로 설치 작업이 간단한 장점이 있다.

도 1은 일반적인 냉동기의 구조 일부를 보여주는 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명에 대한 냉동기의 소음 저감구조를 보여주는 개략적인 종단면도이다.

도 3은 도 2의 A-A선에 따른 개략적인 횡단면도이다.

도 4는 토출관으로 진행하는 진행음파의 파형과 분기관으로 진행하는 반대음파의 파형이 만나 상쇄되는 현상을 보여주는 개략적인 파형도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 증발기 12 : 임펠러부

14 : 응축기 16 : 토출관

20 : 분기관 22 : 진행음파

24 : 반대음파 26 : 상쇄지점

Claims

냉매를 압축하는 임펠러부(12)와, 압축된 냉매를 응축하는 응축기(14)와, 상기 임펠러부(12)와 상기 응축기(14) 사이를 연결하는 냉매 토출관(16)을 구비하는 냉동기로서,

상기 토출관(16)의 외주면에 설치되어 상기 토출관(16)을 흐르는 냉매를 소정 구간만큼 외부로 우회시키는 분기관(20)을 더 포함하며,

상기 토출관(16)으로부터 상기 분기관(20)의 일단을 통하여 분기된 냉매의 진행음파(22)는, 상기 분기관(20)을 흐르면서 상기 토출관(16)을 흐르는 상기 진행음파(22)와 역위상을 가지는 반대음파(24)로 변화되고,

상기 반대음파(24)는 상기 분기관(20)의 타단에서 상기 토출관(16)으로 재합류하여 상기 진행음파(22)와 상쇄되며,

상기 분기관(20)의 직경은 상기 진행음파(22) 파장의 25% 초과이면서 100% 미만인 것을 특징으로 하는 소음 저감형 냉동기.
삭제
제1항에 있어서,

상기 분기관(20)은 상기 토출관(16)의 길이방향을 따라 복수 개 설치되는 것을 특징으로 하는 냉동기.
제1항에 있어서,

상기 분기관(20)은 상기 토출관(16)의 외주면에 원주방향을 따라 방사상으로 복수 개 설치되는 것을 특징으로 하는 냉동기.