KR101550583B1

KR101550583B1 - 펄스 열복사 빔을 이용한 고효율의 음향파 발생장치

Info

Publication number: KR101550583B1
Application number: KR1020140113013A
Authority: KR
Inventors: 천원기; 오승진; 김남진; 박윤철; 김영민; 콴첸
Original assignee: 제주대학교 산학협력단
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2015-09-07
Also published as: US9242278B1

Abstract

본 발명은 펄스 열복사 빔을 이용한 고효율의 음향파 발생장치에 관한 것이다.
이에 본 발명의 기술적 요지는 효율을 크게 높인 음향파 발생장치에 관한 것으로, 광절단기를 통해 입력된 펄스 빔은 직조망 형태 또는 철수세미 형태의 다공성 매트리얼에 직접 조사되도록 형성되어 철선이 열팽창과 열수축에 의한 변형이 반복되면 간극 내 공기가 신속하게 수축 팽창되어 바로 이웃한 기주에 직달되도록 하는 바, 이는 음향파 생성에 따른 효율성과 생산성이 크게 개선되도록 하는 특징이 있다.

Description

펄스 열복사 빔을 이용한 고효율의 음향파 발생장치{Effective sound generator using pulsed thermal radiation}

본 발명은 고효율 음향파 발생장치에 관한 것으로, 광절단기를 통해 입력된 펄스 빔은 직조망 형태 또는 철수세미 형태의 다공성 매트리얼에 직접 조사되도록 형성되어 가느다란 철선이 신속하게 열팽창과 열수축을 반복하면 철선 간극 내 공기가 순간 가열되거나 손실되면서 수축 팽창 작용으로 하여금 바로 이웃한 기주(Air column, 氣柱) 측에 직달되도록 형성되는 바, 이는 결국 음향파 생성에 따른 장치 효율성이 종전 대비 현저하게 개선됨은 물론 생산성이 크게 향상되도록 하는 것을 특징으로 하는 펄스 열복사 빔을 이용한 고효율의 음향파 발생장치에 관한 것이다.

이에, 본 발명은 획득된 음향파로서 고주파(초음파)를 발생시키도록 형성되어 목적하는 살균, 세척을 포함한 다양한 산업분야에 상기 음향파를 제공할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 태양에너지는 건물의 냉난방이나 조명기구 또는 발전용으로 사용되고 있는 실정이다.

이에, 태양에너지 관련 연구는 지난 반세기 동안 지속적으로 이루어져 왔으며, 이미 상당한 실용화를 이루었고 더욱 효율적으로 이용하고자 다양한 형태의 태양에너지 변환시스템이 연구 개발되고 있다.

한편, 태양에너지의 음향에너지로의 변환은 태양추적시스템의 발달과 함께 고밀도 태양에너지 이용의 새로운 기술의 장을 열어가고 있는데, 대부분 열음향 냉동기의 개발에 그 초점이 맞춰져 있다.

이에, 종래의 열음향파 발생장치는 태양광을 이용하되, 한쪽이 막힌 투명관 내부에 열전도도가 낮은 다공성의 스택(고체 덩어리)을 삽입하고 투명관의 막힌 쪽에 가까운 부분을 가열하여 열음향파를 생성하도록 형성된다.

그러나, 이러한 종래의 열음향파 발생장치는 고주파의 열음향파를 발생시키려면 투명관의 크기를 열음향파의 주파수에 반비례해서 줄여야 하고 또 삽입된 스택의 양단에 높은 온도 구배를 유지해야 하기 때문에 현실적으로 상당히 난해하다고 할 수 있으며, 현재까지의 연구 결과를 살펴보면 미국 유타(Utah) 대학에서 이 방법으로 심코(Symco) 등이 3kHz까지의 음향파를 발생시킨 것으로 보고되고 있다.

즉, 이 방법을 적용하여 초음파 영역(>18kHz)의 열음향파를 얻기는 거의 불가능하다고 해도 과언이 아니다.

또한, 지금까지 열음향파를 발생시키는 연구는 전기에너지의 주울 열을 이용하여 순간적으로 아주 작은 마이크로급 구조체를 반복적으로 가열하거나 냉각시켜 주위의 공기가 결과적으로 압축과 냉각 과정을 거치게 함으로써 압축파를 생성하는 원리를 적용하고 있다.

이에 본원 출원인은 특허등록 제10-1207380호에 개시된 바와 같이, 상술한 종래 열음향파의 문제점을 인지하고 이를 해결하고자 박막형 금속판인 멤브레인 구조를 제안한 바 있다.

그러나, 상기한 멤브레인은 슬롯을 통해 조사된 태양광이 직접 닿기 전에 대기 중에서 일부 손실되어 고주파를 얻기에 효율이 낮은 문제가 있었으며, 박막형 금속판의 크기에 따라 광절단기의 크기도 대형화되어야 한다는 문제가 발생되는 등 실질적인 상용화가 곤란한 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 그 기술적 요지는 고효율 음향파 발생장치에 관한 것으로, 광절단기를 통해 입력된 펄스 빔은 직조망 형태 또는 철수세미 형태의 다공성 매트리얼에 직접 조사되도록 형성되어 가느다란 철선이 신속하게 열팽창과 열수축을 반복하면 철선 간극 내 공기가 순간 가열되거나 손실되면서 수축 팽창 작용으로 하여금 바로 이웃한 기주(Air column, 氣柱) 측에 직달되도록 형성되는 바, 이는 결국 음향파 생성에 따른 장치 효율성이 종전 대비 현저하게 개선됨은 물론 생산성이 크게 향상되도록 하는 것을 제공함에 그 목적이 있다.

이에, 본 발명은 획득된 음향파로서 고주파(초음파)를 발생시키도록 형성되어 목적하는 살균, 세척을 포함한 다양한 산업분야에 상기 음향파를 제공할 수 있도록 하는 것을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음향파 발생장치는 태양 추적식 반사경으로부터 수집된 태양광을 고밀도로 집속하여 조사하도록 집속관(100)이 형성되고, 상기 집속관(100)을 통해 조사되는 태양광이 관통된 다수개의 슬롯(210)을 통과하면서 간헐적인 빈도로 조사되도록 하되, 상기 슬롯(210)은 원판(220)의 중앙 회전체(230)를 기준으로 원주방향을 따라 등간격 배열되도록 하는 광절단기(200)가 구성됨에 있어서, 상기 광절단기의 슬롯(210)을 통과한 간헐식 태양광에 의해 펄스 빔이 형성되도록 하되, 상기 펄스 빔은 알루미늄 재질의 중공관의 개구된 입력단(310)을 통해 진입하도록 형성되고, 상기 입력단(310)의 후단에는 기주(Air column)를 형성하도록 공간부(320)가 형성되며, 상기 공간부(320)의 후단에는 개구된 출력단(330)이 형성되도록 하는 하우징 본체(300)와; 상기 하우징 본체의 개구된 입력단(310)에 대응되어 결합되도록 하는 글래스 커버(400)와; 상기 글래스 커버(400)의 배면에 결합되도록 하되, 펄스 빔에 의해 철선(510)이 열팽창 또는 열수축(변형 반복)하면 공간부(320) 내의 기주가 동시에 수축 팽창하면서 음향을 발생하도록 하는 다공성 매트리얼(500)과; 상기 하우징 본체의 개구된 출력단에 결합되어 목적하는 사용처로 열음향을 전송하도록 하는 웨이브 가이드(600)가; 구성되어 이루어진다.

이에, 상기 하우징 본체의 입력단(310)은 선택적인 일 실시예로서, 단차턱(311)이 형성된 접합면(312)을 갖도록 하되, 다공성 매트리얼(500)의 일면은 상기 접합면(312)에 대응되도록 형성되고, 기주가 형성된 공간부(320)는 입력단(310)의 직경 대비 1/3~1/5 직경을 갖도록 구성된다.

이때, 상기 다공성 매트리얼(500)은 선택적인 다른 실시예로서, 하우징 본체의 공간부(320) 내에 삽입되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 다공성 매트리얼(500)은 광흡수율, 열팽창율 및 방열성이 우수한 0.1~1㎛ 단위의 철선(510)이 알루미늄 재질로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 하우징 본체의 입력단(310)은 광절단기의 슬롯(210)을 통해 입사되는 태양광속이 그리는 수직 단면의 크기보다 직경이 좁게 형성되어 열응답성을 극대화하도록 형성된다.

이상과 같이, 본 발명은 광절단기를 통해 입력된 펄스 빔은 직조망 형태 또는 철수세미 형태의 다공성 매트리얼에 직접 조사되도록 형성되어 가느다란 철선이 신속하게 열팽창과 열수축을 반복하면 철선 간극 내 공기가 순간 가열되거나 손실되면서 수축 팽창 작용으로 하여금 바로 이웃한 기주(Air column, 氣柱) 측에 직달되도록 형성되는 바, 이는 결국 음향파 생성에 따른 장치 효율성이 종전 대비 현저하게 개선됨은 물론 생산성이 크게 향상되도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 음향파 발생장치가 적용된 개략적 실시 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 음향파 발생장치의 일 실시예의 측단면도,
도 3은 본 발명에 따른 음향파 발생장치의 다른 실시예의 측단면도이다.

다음은 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 보다 자세히 설명하겠다.

먼저 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 고효율 음향파 발생장치로서, 집속관과 광절단기 및 알루미늄 재질의 하우징 본체와 다공성 매트리얼 등으로 크게 구성된다.

이에 본 발명의 음향파 발생장치는 기본 구성으로서 태양 추적식 반사경으로부터 수집된 태양광을 고밀도로 집속하여 조사하도록 집속관(100)이 형성되고, 상기 집속관(100)을 통해 조사되는 태양광이 관통된 다수개의 슬롯(210)을 통과하면서 간헐적인 빈도로 조사되도록 하되, 상기 슬롯(210)은 원판(220)의 중앙 회전체(230)를 기준으로 원주방향을 따라 등간격 배열되도록 하는 광절단기(200)가 구성되어 이루어진다.

이러한 광절단기(200)는 원형의 디스크로서 도 1에서 보는 바와 같이, 원판의 외주를 따라 일정 간격으로 슬롯(210)을 만들어 빛이 간헐적으로 통과하게 만든 것으로, 광절단기의 슬롯(210)은 갯수와 원판의 회전 속도에 따라 일정 빈도로 펄스 빔을 발생시키게 된다.

이때, 상기 하우징 본체(300)는 열적 응답성이 높은 알루미늄 재질로서, 상기 광절단기의 슬롯(210)을 통과한 간헐식 태양광에 의해 펄스 빔이 형성되도록 하되, 상기 펄스 빔은 알루미늄 재질의 중공관의 개구된 입력단(310)을 통해 진입하도록 형성되고, 상기 입력단(310)의 후단에는 기주(Air column)를 형성하도록 공간부(320)가 형성되며, 상기 공간부(320)의 후단에는 개구된 출력단(330)이 형성되도록 이루어진다.

이때, 상기 글래스 커버(400)는 상기 하우징 본체의 개구된 입력단(310)에 대응되어 결합되도록 형성된다.

이에, 상기 다공성 매트리얼(500)은 상기 글래스 커버(400)의 배면에 결합되도록 하되, 펄스 빔에 의해 철선(510)이 열팽창 또는 열수축(변형 반복)하면 공간부(320) 내의 기주가 동시에 수축 팽창하면서 음향을 발생하도록 형성된다.

이때, 상기 글래스 커버와 다공성 매트리얼 사이에는 완전밀폐를 위한 기밀을 도모하도록 실링부재(700)가 삽입된다. 이는 진공상태가 유지되도록 함으로써, 신속한 열변형이 안정적으로 이루어지도록 하기 위함이다.

이때, 상기 웨이브 가이드(600)는 상기 하우징 본체의 개구된 출력단에 결합되어 열음향을 전송하도록 구성된다. 이때, 상기 웨이브 가이드는 마이크로 폰인 것이 바람직하다.

즉, 입력단의 접합면과 대응되는 다공성 매트리얼은 넓은 면적에서 수축과 팽창에 의한 열변화가 크게 일어나게 되고 이에 바로 이웃한 공간부는 좁게 형성되어 기주의 진폭이 높은 밀도로 발생되도록 형성되어 고주파의 데시벨을 획득할 수 있도록 형성된다.

이는 결국 기주와의 직달구조를 보다 완벽히 수행할 수 있도록 한 것으로 손실을 원천적으로 차단하기 위함이다.

한편, 상기 다공성 매트리얼은 태양광을 최대로 흡수할 수 있도록 흑색 코팅 처리하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 집속관은 반사경으로부터 다수의 갈래로 분할된 구조로서 광절단기의 슬롯에 설정된 수 만큼 대응되도록 하고, 이에 마주하는 타측에는 컨버터와 연결된 단말기(하우징 본체, 글래스 커버, 다공성 매트리얼,웨이브 가이드, 실링부재의 구성체들)가 매칭되어 태양광의 특성상 발생되는 다양한 빛의 파장이 컨버터로 하여금 싱크로나이즈(일체화)되도록 함으로써, 출력이 모아지도록 형성된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100 ... 집속관 200 ... 광절단기
210 ... 슬롯 220 ... 원판
230 ... 중앙 회전체 240 ... 막힘면
250 ... 반사 거울 300 ... 하우징 본체
310 ... 입력단 320 ... 공간부
330 ... 출력단 400 ... 글래스 커버
500 ... 다공성 매트리얼 510 ... 철선
600 ... 웨이브 가이드 700 ... 실링 부재

Claims

태양 추적식 반사경(10)으로부터 수집된 태양광을 고밀도로 집속하여 조사하도록 집속관(100)이 형성되고, 상기 집속관(100)을 통해 조사되는 태양광이 관통된 다수개의 슬롯(210)을 통과하면서 간헐적인 빈도로 조사되도록 하되, 상기 슬롯(210)은 원판(220)의 중앙 회전체(230)를 기준으로 원주방향을 따라 등간격 배열되도록 하는 광절단기(200)가 구성됨에 있어서,
상기 광절단기의 슬롯(210)을 통과한 간헐식 태양광에 의해 펄스 빔이 형성되도록 하되,
상기 펄스 빔은 알루미늄 재질의 중공관의 개구된 입력단(310)을 통해 진입하도록 형성되고, 상기 입력단(310)의 후단에는 기주(Air column)를 형성하도록 공간부(320)가 형성되며, 상기 공간부(320)의 후단에는 개구된 출력단(330)이 형성되도록 하는 하우징 본체(300)와;
상기 하우징 본체의 개구된 입력단(310)에 대응되어 결합되도록 하는 글래스 커버(400)와;
상기 글래스 커버(400)의 배면에 결합되도록 하되, 펄스 빔에 의해 철선(510)이 열팽창 또는 열수축(변형 반복)하면 공간부(320) 내의 기주가 동시에 수축 팽창하면서 음향을 발생하도록 하는 다공성 매트리얼(500)과;
상기 하우징 본체의 개구된 출력단에 결합되어 열음향을 전송하도록 하는 웨이브 가이드(600)가;
구성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 펄스 열복사 빔을 이용한 고효율의 음향파 발생장치.
제 1항에 있어서, 상기 하우징 본체의 입력단(310)은 단차턱(311)이 형성된 접합면(312)을 갖도록 하되, 다공성 매트리얼(500)의 일면은 상기 접합면(312)에 대응되도록 형성되고, 기주가 형성된 공간부(320)는 입력단(310)의 직경 대비 1/3~1/5 직경을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 펄스 열복사 빔을 이용한 고효율의 음향파 발생장치.
제 1항에 있어서, 상기 다공성 매트리얼(500)은 하우징 본체의 공간부(320) 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 펄스 열복사 빔을 이용한 고효율의 음향파 발생장치.