KR102041771B1

KR102041771B1 - 저소음 고음질 헤어드라이어

Info

Publication number: KR102041771B1
Application number: KR1020180076235A
Authority: KR
Inventors: 이정권; 이종훈
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2019-11-07

Abstract

본 발명은 저소음 고음질 헤어드라이어에 관한 것으로, 구체적으로는 헤어드라이어의 작동시 발생되는 소음을 최소화할 수 있는 저소음 고음질 헤어드라이어에 관한 것이다.
본 발명은 내부에 수용공간이 형성되고, 외부로부터 공기가 흡입되는 흡입구와 상기 흡입구로 흡입된 공기가 상기 수용공간을 거쳐 외부로 배출되는 배출구가 형성되는 몸체; 외부 공기를 상기 흡입구를 통해 상기 몸체의 내부로 흡입하여 상기 배출구를 통해 상기 몸체의 외부로 배출하도록 상기 몸체의 수용공간 중 상기 흡입구와 배출구 사이에 팬이 복수로 배치되되, 상기 복수의 팬의 각 회전축은 일정한 간격으로 이격되어 병렬로 배치되는 다중 팬 유닛; 및 상기 배출구에 착탈가능하게 결합되어 외부로 공기를 배출하는 외측 노즐과, 상기 외측 노즐의 내부에 배치되되 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 통과하면서 가열된 다음 외부로 배출되도록 발열 기능을 하는 내측 노즐로 이루어진 이중 노즐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저소음 고음질 헤어드라이어를 제공한다.

Description

저소음 고음질 헤어드라이어 {LOW NOISE AND HIGH SOUND QUALITY HAIRDRYER}

본 발명은 저소음 고음질 헤어드라이어에 관한 것으로, 구체적으로는 헤어드라이어의 작동시 발생되는 소음을 최소화하고 듣기에 편안한 음질을 내는 저소음 고음질 헤어드라이어에 관한 것이다.

일반적으로, 헤어 드라이기는 젖은 모발을 말리거나 모발을 손질하기 위해서 사용되는 생활 가전 도구로서, 내부에 장착된 발열부에서 나오는 열을 송풍팬으로 송출하도록 이루어진다.

이와 같은 헤어드라이어에서 발생되는 소음은 주로 공기 흡입구의 팬을 포함한 슈라우드 구조물과 배기구의 노즐 끝에서 발생하고, 각 부에서의 소음으로 인해 사용자는 불쾌감을 느끼게 된다.

먼저, 공기 흡입구의 팬 및 그것을 감싸는 슈라우드 구조물에서 발생하는 소음은, 광범위한 주파수에 걸쳐서 불규칙적으로 나타나는 광역소음과 특정 주파수에서 강하게 나타나는 순음의 두가지로 분류된다.

광역 소음은 팬 날개의 끝단(blade tip)과 뒷전(trailing edge)에서 생기는 와류(vortex)와 유동 박리(flow separation)에 의해 주로 발생되고, 넓은 범위의 주파수에 걸쳐서 분포한다.

또한, 순음은 모터 회전 주파수, 날개 통과 주파수(blade passage frequency, BPF), 및 그 정수배의 주파수(harmonics)에서 발생한다.

같은 크기와 같은 형상의 팬을 사용하더라도, 그 팬이 설치된 특정 덕트 시스템의 슈라우드 형상에 따라 소음 특성이 완전히 달라지므로, 음향 파워 예측이 어려운 측면이 있다.

한편, 종래의 헤어드라이어는 대개 하나의 단일 팬으로 이루어져 있으며, 간혹 하나 이상의 팬이 직렬로 배열되어(팬의 각 축이 일직선상에 위치하여) 동시에 구동되도록 이루어져 있기 때문에 헤어드라이어 작동시 소음이 많이 발생되는 문제점이 있다.

이와 같은 종래의 헤어드라이어는 팬에서 방사되는 날개통과주파수 순음을 저감하는 장치를 가지고 있지 않다.

또한, 종래의 헤어드라이어에서 공기가 배출되는 배기구의 집중 노즐은 대개 단일 벽면으로 구성되어 있고, 간혹 이중 노즐로 설계된 것도 있으나 그 형태와 크기 등으로 미루어 제트기류 소음의 저감 기능을 하기 위한 것이라기 보다는 외관미를 향상시키기 위한 것이며, 저소음용 처리를 하지 않은 단순한 형태로 공기를 집중하는 역할만 한다.

아울러, 종래의 헤어드라이어에 채용되는 발열부는 노즐의 입구측에 위치하기 때문에 기류와 접촉하여 유동저항을 생성하고 난류를 만들어 소음을 발생시키는 문제점이 있고, 발열부를 설치하기 위한 추가적인 공간이 필요하기 때문에 전체 크기와 무게가 증가하게 됨에 따라 사용하거나 휴대하기에 불편한 문제점이 있다.

KR 10-2015-0070715 A (2015.06.25.공개)

M. J. Crocker, Handbook of Acoustics, Willey, 1998. H. K. Tanna, P. J. Morris, "The noise from normal-velocity-profile coannular jets", Journal of Sound and Vibration, 98, 213-234, 1985. N. K. Depuru Mohan, K. R. Prakash, N. R. Panchapakesan, "Mixing augmentation by multiple lobed jets", American Journal of Fluid Dynamics,5, 55-64, 2015.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 여러 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 헤어드라이어의 작동시 발생되는 소음을 최소화할 수 있는 저소음 고음질 헤어드라이어를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 발열부를 설치할 공간을 별도로 마련하지 않아도 되기 때문에, 전체 크기와 무게를 줄일 수 있어 사용하거나 휴대하는데 편리한 저소음 고음질 헤어드라이어를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부에 수용공간이 형성되고, 외부로부터 공기가 흡입되는 흡입구와 상기 흡입구로 흡입된 공기가 상기 수용공간을 거쳐 외부로 배출되는 배출구가 형성되는 몸체; 외부 공기를 상기 흡입구를 통해 상기 몸체의 내부로 흡입하여 상기 배출구를 통해 상기 몸체의 외부로 배출하도록 상기 몸체의 수용공간 중 상기 흡입구와 배출구 사이에 팬이 복수로 배치되되, 상기 복수의 팬의 각 회전축은 일정한 간격으로 이격되어 병렬로 배치되는 다중 팬 유닛; 및 상기 배출구에 착탈가능하게 결합되어 외부로 공기를 배출하는 외측 노즐과, 상기 외측 노즐의 내부에 배치되되 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 통과하면서 가열된 다음 외부로 배출되도록 발열 기능을 하는 내측 노즐로 이루어진 이중 노즐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저소음 고음질 헤어드라이어를 제공한다.

또한, 상기 다중 팬 유닛이 배치된 상기 몸체에는 소음을 저감시키기 위한 소음 저감부가 형성되고, 상기 소음 저감부는, 중공의 이중 격벽 형태로 이루어져 상기 다중 팬 유닛이 배치된 몸체의 외측에 형성되되 일단은 상기 복수의 팬을 기준으로 상기 배출구를 향하는 쪽에 위치하여 상기 배출구와 연통되고 타단은 상기 복수의 팬을 기준으로 상기 흡입구를 향하는 쪽에 위치하여 제1마개에 의해 밀폐되는 제1소음 저감부와, 중공의 이중 격벽 형태로 이루어져 상기 제1소음 저감부 보다 안쪽에 위치한 상기 다중 팬 유닛이 배치된 몸체에 형성되되 일단은 상기 복수의 팬에 인접하게 위치하여 상기 흡입구와 연통되고 타단은 상기 흡입구를 향하는 쪽에 위치하여 제2마개에 의해 밀폐되는 제2소음 저감부로 이루어진다.

이때, 상기 제1마개 및 제2마개는 상기 제1소음 저감부 및 제2소음 저감부의 이중 격벽 사이를 미끄럼 이동가능하게 형성된다.

아울러, 상기 제1소음 저감부와 제2소음 저감부의 길이는, 회전하는 팬의 날개 통과 주파수(blade passage frequency, BPF) 및 그 정수배의 주파수(harmonics)에서 발생되는 순음과 배음의 사분 파장(quarter-wavelength) 길이로 이루어지고, 상기 제2소음 저감부의 타단은 제1소음 저감부의 타단 보다 흡입구 쪽에 위치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 내측 노즐은, 상기 외측 노즐의 공기가 배출되는 방향을 따라 배치되되, 복수로 마련되어 상기 외측 노즐의 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향으로 상호간 이격되어 나란하게 배치되는 제1 내측 배기관; 및 상기 외측 노즐의 공기가 배출되는 방향을 따라 상기 제1 내측 배기관과 동일한 길이로 형성되고, 서로 인접한 제1 내측 배기관을 연통시키도록 상기 복수의 제1 내측 배기관 사이에 위치하는 제2 내측 배기관;을 포함하여 이루어지되, 상기 제1 내측 배기관과 제2 내측 배기관이 형성하는 내측 노즐의 상면과 하면의 상호 대응되는 위치에 상기 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향을 따라 오목한 홈(凹)이 반복적으로 형성되고, 상기 제2 내측 배기관의 배기구는 상기 제1 내측 배기관의 배기구 보다 작게 형성될 수 있다.

아울러, 상기 외측 노즐은, 공기가 배출되는 방향을 따라 배치되되, 복수로 마련되어 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향으로 상호간 이격되어 나란하게 배치되는 제1 외측 배기관; 및 공기가 배출되는 방향을 따라 상기 제1 외측 배기관과 동일한 길이로 형성되고, 서로 인접한 제1 외측 배기관을 연통시키도록 상기 복수의 제1 외측 배기관 사이에 위치하는 제2 외측 배기관;을 포함하여 이루어지되, 상기 제1 외측 배기관과 제2 외측 배기관이 형성하는 외측 노즐의 상면과 하면의 상호 대응되는 위치에 상기 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향을 따라 오목한 홈(凹)이 반복적으로 형성되고, 상기 제2 외측 배기관의 배기구는 상기 제1 외측 배기관의 배기구 보다 작게 형성될 수 있다.

게다가, 상기 내측 노즐은, 상기 외측 노즐의 공기가 배출되는 방향을 따라 배치되되, 복수로 마련되어 상기 외측 노즐의 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향으로 상호간 이격되어 나란하게 배치되는 제1 내측 배기관; 및 상기 외측 노즐의 공기가 배출되는 방향을 따라 상기 제1 내측 배기관과 동일한 길이로 형성되고, 서로 인접한 제1 내측 배기관을 연통시키도록 상기 복수의 제1 내측 배기관 사이에 위치하는 제2 내측 배기관;을 포함하여 이루어지되, 상기 외측 노즐은, 공기가 배출되는 방향을 따라 배치되되, 복수로 마련되어 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향으로 상호간 이격되어 나란하게 배치되는 제1 외측 배기관; 및 공기가 배출되는 방향을 따라 상기 제1 외측 배기관과 동일한 길이로 형성되고, 서로 인접한 제1 외측 배기관을 연통시키도록 상기 복수의 제1 외측 배기관 사이에 위치하는 제2 외측 배기관;을 포함하여 이루어지되, 상기 제2 내측 배기관의 배기구는 상기 제1 내측 배기관의 배기구 보다 작게 형성되고, 상기 제2 외측 배기관의 배기구는 상기 제1 외측 배기관의 배기구 보다 작게 형성될 수 있다.

이때, 상기 제1 내측 배기관과 제2 내측 배기관이 형성하는 내측 노즐의 상면과 하면의 상호 대응되는 위치에 상기 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향을 따라 오목한 홈(凹)이 반복적으로 형성되고, 상기 제1 외측 배기관과 제2 외측 배기관이 형성하는 외측 노즐의 상면과 하면의 상호 대응되는 위치에 상기 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향을 따라 오목한 홈(凹)이 반복적으로 형성된다.

한편, 상기 내측 노즐은 세라믹 발열체로 이루어질 수 있다.

다른 구성으로, 상기 내측 노즐에 발열 코일이 내설되거나, 상기 내측 노즐의 외면에 발열체 재료가 코팅 또는 인쇄되고, 상기 발열 코일 또는 발열체 재료는 외부전원과 연결된 상기 몸체의 전원부로부터 전원을 공급받도록 이루어질 수 있다.

또한, 상기 몸체에서 배출구에 인접한 부분의 내주면에는 발열 코일이 내설되거나 발열체 재료가 코팅 또는 인쇄되고, 상기 발열 코일 또는 발열체 재료는 외부전원과 연결된 상기 몸체의 전원부로부터 전원을 공급받도록 이루어질 수도 있다.

전술한 과제의 해결수단에 의하면 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명은 복수의 팬이 병렬로 배치된 다중 팬 유닛,외측 노즐과 내측 노즐로 이루어진 이중 노즐부 및 소음 저감부를 마련함으로써, 헤어드라이어의 작동시 발생되는 날카로운 소음을 최소화하고 듣기에 편안한 음질을 내도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 내측 노즐을 세라믹 발열체로 형성하거나 발열 코일을 내측 노즐에 내설함으로써, 발열부를 설치할 공간을 별도로 마련하지 않아도 되기 때문에 전체 크기와 무게를 줄일 수 있어 사용하거나 휴대하는데 편리한 효과가 있다.

도 1의 (a)는 단일 팬이 채용된 일반적인 헤어드라이어를 나타낸 도면이고, (b)는 이중 팬이 채용된 헤어드라이어를 나타낸 도면이며, (c)는 삼중 팬이 채용된 헤어드라이어를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 각 팬 유닛의 narrow band spectrum을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 헤어드라이어에 채용되는 소음 저감부의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 소음 저감부가 형성되지 않은 경우, 소음 저감부가 1개만 형성된 경우 및 소음 저감부가 2개 형성된 경우의 순음 저감 정도를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 헤어드라이어의 이중 노즐부를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5를 후방에서 바라본 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 헤어드라이어의 이중 노즐부의 내측 노즐 유속 및 외측-내측 노즐 사이 유속의 속도비 변화에 따른 음압 레벨을 나타낸 그래프로서, (a)는 1/3 octave band, (b)는 overall band 이다.
도 8은 본 발명에 따른 헤어드라이어의 이중 노즐부를 나타낸 것으로서, 내측 노즐의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8을 다른 각도에서 바라본 상태를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 8의 내측 노즐에서 제1 내측 배기관의 개수와 길이 변화에 따른 전체 음압 레벨을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 헤어드라이어에서 제1 내측 배기관의 개수와 길이에 따른 음질인자(specific loudness, sharpness) 값을 나타낸 그래프로서, 제1 내측 배기관의 길이가 15mm 인 경우 (a)는 제1 내측 배기관의 개수에 따른 specific loudness, (b)는 제1 내측 배기관의 개수에 따른 sharpness를 나타낸 것이고, 제1내측 배기관의 개수가 16개 인 경우 (c)는 제1 내측 배기관의 길이에 따른 specific loudness, (d)는 제1 내측 배기관의 길이에 따른 sharpness를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명에 따른 헤어드라이어를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 헤어드라이어와 시중 제품들을 비교한 그래프로서, (a)는 사용자 귀 위치에서의 음압레벨을 나타낸 것이고, (b)는 사용자 귀 위치에서의 specific loudness, (c)는 사용자 귀 위치에서의 sharpness를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명에 따른 저소음 고음질 헤어드라이어의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들에 의거하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어와 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석해야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1의 (a)는 단일 팬이 채용된 일반적인 헤어드라이어를 나타낸 도면이고, (b)는 이중 팬이 채용된 헤어드라이어를 나타낸 도면이며, (c)는 삼중 팬이 채용된 헤어드라이어를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 각 팬 유닛의 narrow band spectrum을 나타낸 그래프이다.

본 발명에 따른 저소음 고음질 헤어드라이어는, 몸체, 다중 팬 유닛 및 이중 노즐부를 포함하여 이루어진다.

몸체는 내부에 수용공간이 형성되고, 외부로부터 공기가 흡입되는 흡입구와 흡입구로 흡입된 공기가 상기 수용공간을 거쳐 외부로 배출되는 배출구가 형성되며, 이러한 몸체의 일측에는 손잡이부가 형성될 수 있다.

다중 팬 유닛은 외부 공기를 상기 흡입구를 통해 몸체의 내부로 흡입하여 상기 배출구를 통해 몸체의 외부로 배출하도록 몸체의 수용공간 중 흡입구와 배출구 사이에 팬이 복수로 배치되되, 상기 복수의 팬의 각 회전축은 일정한 간격으로 이격되어 병렬로 배치되어 이루어진다. 이러한 복수의 팬의 둘레는 슈라우드 구조물에 의해 둘러싸여 하나의 유닛을 이룬다.

구체적으로, 팬 날개에서 발생하는 광역소음을 저감하기 위해, 날개의 총 면적을 줄일 수 있는 소형 다중 팬의 구조를 취한다.

광역 소음의 원인은 날개 끝전(trailing edge)과 끝단(blade tip)에서 발생하는 와류, 날개면을 스치는 유동의 난류에 의해 주로 발생함이 알려져 있으므로, 날개의 전체적 형상이 비슷한 경우 날개의 총면적과 발생하는 광역 소음은 비례한다고 볼 수 있다.

이러한 광역소음을 줄이기 위해서 도 1의 (a)와 같이 일반적으로 사용되는 단일 팬 대신 도 1의 (b) 및 (c)와 같이 소형의 이중 또는 삼중 팬을 사용한다.

광역 소음의 크기는 팬 날개의 길이와 너비, 즉 면적에 가장 큰 영향을 받는 것으로 알려져 있다.

따라서 동일한 공간 내에 하나의 큰 팬이 아닌, 보다 작은 팬을 여러 개 사용하는 구조를 취하여 총 사용 날개 면적을 줄이고, 같은 유량 성능을 낼 때 더 적은 광역소음이 방사되도록 한다.

이에 따라, 큰 직경의 단일 팬을 사용하기 보다는, 도 1의 (b) 및 (c)와 같이 전체적 형태와 비율은 유지하되 소형의 다중 팬을 사용하여 회전 날개의 총 면적을 크게 줄일 수 있다.

이로 인해 날개의 면적에 비례하는 광역 소음의 크기가 획기적으로 줄어 들 수 있음을 도 2의 실험 결과를 통해 알 수 있다.

도 2의 그래프에서 알 수 있듯이 단일 팬의 경우보다 삼중 팬을 사용할 경우, 같은 유량성능을 낼 때 가청주파수 내 전체 음압이 획기적으로 감소하였다.

도 2에서 SPL은 sound pressure level(음압레벨)을 의미하고, 관심 주파수인 150 내지 4000 Hz 범위에서, 전 주파수 성분에 걸쳐 팬의 개수가 늘어날수록 음압 레벨이 낮아져 덜 시끄러운 소리가 나는 것을 알 수 있었다. (실험 시 배기구 풍량은 모두 동일한 상태에서 비교했다.)

참고로 거의 모든 그래프에서 주파수는 150 내지 4000 Hz 범위에서만 살펴보고 있는데, 그 이유는 무향실 사양이 150 Hz 이하 데이터는 신뢰할 수 없고, 헤어드라이어 스펙트럼 관측 시 4000 Hz 이상에서는 음압 레벨이 우세하지 않아 조건에 따른 차이가 뚜렷하지 않아 의미가 덜하기 때문이다.(또한, 사람이 가장 민감하게 느끼는 주파수 영역대가 4000 Hz 이하이기도 함)

이처럼 흡입구 부분에서는 통상적인 대형 단일 팬이 아닌 소형의 복수 개 팬을 사용하여, 동일한 수준의 배기구 유량을 발생시킬 때 생성되는 날개 주변 와류 발생량을 크게 줄이고, 이로부터 발생하는 광역 소음의 크기를 줄여 전체 음압 레벨이 약 6 dB 줄어드는 효과가 있다[도 2].

도 3은 본 발명에 따른 헤어드라이어에 채용되는 소음 저감부의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 소음 저감부가 형성되지 않은 경우, 소음 저감부가 1개만 형성된 경우 및 소음 저감부가 2개 형성된 경우의 순음 저감 정도를 비교하여 나타낸 그래프이다.

다중 팬 유닛(20)이 배치된 몸체(10)에는 소음을 저감시키기 위한 소음 저감부(16)가 형성된다.

소음 저감부(16)는, 제1소음 저감부(17)와 제2소음 저감부(18)로 구성된다.

제1소음 저감부(17)는 중공의 이중 격벽 형태로 이루어져 다중 팬 유닛(20)이 배치된 몸체(10)의 외측에 형성되되 일단은 상기 복수의 팬(22)을 기준으로 상기 배출구(14)를 향하는 쪽에 위치하여 상기 배출구(14)와 연통되고 타단은 상기 복수의 팬(22)을 기준으로 상기 흡입구(12)를 향하는 쪽에 위치하여 제1마개(17b)에 의해 밀폐된다.

이때, 제1마개(17b)는 제1소음 저감부(17)의 이중 격벽 사이를 미끄럼 이동가능하게 형성된다. 여기서, 미설명 부호 17a는 제1소음 저감부(17)의 일단에 형성되어 배출구(14)와 연통되는 제1연통부이다.

제2소음 저감부(18)는 중공의 이중 격벽 형태로 이루어져 제1소음 저감부(17) 보다 안쪽에 위치한 다중 팬 유닛(20)이 배치된 몸체(10)에 형성되되 일단은 상기 복수의 팬(22)에 인접하게 위치하여 상기 흡입구(12)와 연통되고 타단은 상기 흡입구(12)를 향하는 쪽에 위치하여 제2마개(18b)에 의해 밀폐된다.

이와 같은 제2소음 저감부(18)의 타단은 제1소음 저감부(17)의 타단 보다 흡입구(12) 쪽에 위치되는 것이 바람직하다.

이때, 제2마개(18b)는 제2소음 저감부(18)의 이중 격벽 사이를 미끄럼 이동가능하게 형성된다. 여기서, 미설명 부호 18a는 제2소음 저감부(18)의 일단에 형성되어 흡입구(12)와 연통되는 제2연통부이다.

이러한 제1마개(17b)와 제2마개(18b)가 이중 격벽 사이를 미끄럼 이동가능하게 형성되는 기술은 주지관용기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

아울러, 제1소음 저감부(17)와 제2소음 저감부(18)의 길이는, 회전하는 팬(22)의 날개 통과 주파수(blade passage frequency, BPF) 및 그 정수배의 주파수(harmonics)에서 발생되는 순음과 배음의 사분 파장(quarter-wavelength) 길이로 이루어진다.

즉, 헤어드라이어 몸체(10) 중간에 3개의 팬(22)이 위치한다. 팬(22)의 양쪽으로 구멍이 뚫려 있고, 이 구멍은 저감하고자 하는 주파수 음파(BPF와 정수배음)의 사분파장 길이에 해당하는 관과 연결되어 있다.

도 3의 좌측 상단 사진에서 제일 겉부분에 하얀색으로 되어 있는 부분이 제 1 소음 저감부(흰색 구조물 각 곡선 부분의 3개 관)이며, BPF음파의 1/4파장 길이의 관이 흡입구 쪽으로 꺾여 있다. 그 속에 팬의 가장자리를 따라 둘러싼 검은색 부분이 제 2 소음 저감부(검은색 구조물 각 곡선 부분의 3개 관)이며, BPF*2 음파의 1/4파장 길이의 관이 흡입구 쪽으로 꺾여 있다.

화살표에서 파란색, 주황색 부분의 소음 저감부 끝부분은 관 모양에 딱 맞는 마개로 막고, 이동가능하도록 하였다.

구체적으로, 복수 개의 팬을 사용하지만, 개개의 팬 직경이 줄어든 만큼 동일한 유량 성능을 내기 위해 팬의 회전수가 빨라지는 것이 불가피하며, 이는 고주파수 영역의 뚜렷한 날개통과주파수(BPF)와 그 배수(harmonics)에서의 순음(tonal noise)을 발생시켜 날카롭고 불쾌한 소리를 만든다.

이러한 고주파수의 순음들을 없애기 위해, 팬을 감싸는 몸체의 외면에 두개의 소음 저감부를 형성한다. 소음 저감부를 통한 순음 저감 원리는 다음과 같다.

특정 주파수의 음파가 헤어드라이어 몸체의 내부를 따라 진행하다가, 그 중 일부가 소음 저감부로 새어 나간다.

이 음파는 소음 저감부 내부에서 진행하다가 단단한(acoustically hard) 끝단 부에서 반사되어 다시 헤어드라이어 몸체 쪽으로 돌아온다.

이때, 이 음파는 사분 파장 길이의 소음 저감부를 왕복하면서 반 파장만큼의 위상 변화를 가지게 되며, 그 곳을 지나는 해당 주파수의 음파와 서로 상쇄가 되어 음압이 줄어든다.

이처럼 회전하는 팬에서는 광역 소음 이외에도, 날개 통과 주파수(blade pass frequency, BPF)와 그 배수(harmonics)에서 날카롭게 발생하는 순음(tonal noise)이 방사된다.

소형 다중 팬이 광역소음은 감소시키지만, 목표 유량을 위해 단일 팬보다 더 빠르게 회전하면서 BPF 순음과 그 배음은 더 고주파 대역에서 더 날카롭게 형성되어 불쾌감을 줄 수 있다.

이를 개선하기 위해, BPF 순음과 2 배음의 사분 파장(quarter-wavelength) 길이의 소음 저감부를 각각 다중 팬 유닛의 앞/뒤에 설치하여, 이 두 순음과 각각의 배음의 저감을 이룬다.

이러한 두 개의 다른 길이를 갖는 간섭형 소음 저감부로 인해, 팬의 회전에 의해 발생하는 순음들을 모두 저감하고 방사음의 날카로움을 줄여 음질을 향상시킨다[도 3].

보다 구체적으로 설명하면, 간섭형 소음 저감부는 삼중 팬을 포함하는 헤어드라이어 몸체에서 분기되는 측지 관이며, 총 6개의 'ㄱ' 자형 관과 각 관의 끝을 막는 단단한 이동식 마개로 이루어져 있다.

BPF 순음 및 그 배음의 감소를 위해 해당 순음의 사분 파장 길이의 측지관이 3개 설치된다(제1 소음 저감부).

이때 3개의 관은 각 팬의 근처 구멍에서 분기하여 흡입구 쪽으로 구부러져 ('ㄱ'자형) 공간 효율적으로 배치된다.

또한, 각 관 끝에는 이동식 마개가 있어서, 관 벽면을 따라 미끄러지면서 BPF 변화에 따라 소음기의 길이가 조절되도록 한다.

아울러, BPF 배음의 더 큰 감소를 위해 BPF 2 배음(1st harmonic)의 사분 파장 길이의 측지관이 3개 더 설치된다(제2 소음 저감부).

각 관 끝에는 이동식 마개가 있어서, 관 벽면을 따라 미끄러지면서 BPF 변화에 따라 소음기의 길이가 조절되도록 한다.

이와 같은 제1 소음 저감부는 제2 소음 저감부의 외부를 둘러싸면서 흡입구 쪽으로 길게 배치하여, 공간 효율적으로 구성할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 헤어드라이어 흡입구의 다중 팬 유닛과 배기구의 이중 노즐부에 새로운 형상을 도입하며, 이를 통해 출구의 풍량 손실없이 방사 소음의 크기와 날카로움을 줄인, 저소음 고음질의 헤어드라이어를 기대할 수 있다.

또한, 소형 삼중 팬을 둘러싸고 있는 드라이어 몸체의 앞과 뒤로, 각각 날개통과 주파수 순음과 그 2 배음의 사분 파장 길이를 갖는 소음 저감부 2개를 형성하여, 삼중 팬의 사용으로 인해 상대적으로 고주파 대역에서 발생할 수 있는 날개통과 주파수 순음과 그 배음들을 감쇠함으로써 해당 소음의 크기와 날카로움 모두를 크게 줄일 수 있게 된다.

도 4 에서, 제1 소음 저감부만 설치 한 경우 보다, 제 1,2 소음 저감부를 동시에 사용한 경우 더 저감효과가 뛰어나며, 이때 날개통과 주파수의 순음과 그 배음이 모두 약 7-10 dB 가량 감소함을 알 수 있다.

즉, 도 4는 삼중 팬 헤어드라이어의 BPF(팬의 회전속도(302 Hz)*날개 개수 5)가 1510 Hz 이고, 그 2 배음은 3020 Hz 로 셋팅되었을 때, 제 1 소음 저감부 만을 형성하였을 때(빨강)와, 제 2 소음 저감부까지 형성하였을 때(파랑)의 순음감소 효과를 나타낸 그래프이다. 소음 저감부 2개 형성하였을 때 순음감소가 더 뚜렷했고, 소음기 설치로 약 7-10 dB 정도 감소함을 알수 있다.(1510Hz, 3020 Hz)

도 5는 본 발명에 따른 헤어드라이어의 이중 노즐부를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5를 후방에서 바라본 상태를 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 헤어드라이어의 이중 노즐부의 내측 노즐 유속 및 외측-내측 노즐 사이 유속의 속도비 변화에 따른 음압 레벨을 나타낸 그래프로서, (a)는 1/3 octave band, (b)는 overall band 이다.

이중 노즐부(30)는 배출구(14)에 착탈가능하게 결합되어 외부로 공기를 배출하는 외측 노즐(32)과, 외측 노즐(32)의 내부에 배치되되 흡입구(12)를 통해 흡입된 공기가 통과하면서 가열된 다음 외부로 배출되도록 발열 기능을 하는 내측 노즐(34)로 이루어진다.

이중 노즐 구조에서, 외측 노즐(32)의 출구 면적은 일정하게 유지하고 내측 노즐(34)의 출구 면적을 조절하여, 외측 노즐과 내측 노즐 사이에 흐르는 가장자리 제트 속도(Vs)가 내측 노즐 속에 흐르는 중심 제트 속도(Vp)보다 작게 한다.

실험 결과 Vs / Vp = 0.7 일 때 소음 저감이 가장 뚜렷하다[도 7].

즉, 도 4 와 같이, 1 Hz 단위로 음압 레벨을 계산하는 narrow band 스펙트럼은 세밀한 정보를 주지만 각 영역대에서의 경향성을 알기 힘들기 때문에, 도 7은 1/3octave band와 overall band를 이용하여 각 영역대별로 음압 레벨을 더하여 더 실용적으로 살펴본 그래프이다.

(a) 1/3 octave band 를 통해 4000Hz 이내의 주파수에서 각 세부 주파수 대역에서 음압레벨 변화가 어떤지 살펴볼 수 있다.

대부분의 밴드에서 속도비가 0.7 일때 (즉 외측 노즐과 내측 노즐 사이에서 나오는 유속이, 내측 노즐 안에서 나오는 유속에 비해 0.7배 느린 경우) 음압 레벨이 낮은 경향을 보인다.

(b)의 Overall band, 즉 전체 가청주파수에서의 음압 레벨을 모두 더하여 하나의 값으로 나타낸 것이다. 속도비에 따라 큰 차이는 없지만 0.7 에서 최소가 되는 것으로 계산되었고, 평범한 노즐 보다는 1dB 이상 감소한 것을 확인할수 있었다.

도 8은 본 발명에 따른 헤어드라이어의 이중 노즐부를 나타낸 것으로서, 내측 노즐의 변형예를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8을 다른 각도에서 바라본 상태를 나타낸 도면이며, 도 10은 도 8의 내측 노즐에서 제1 내측 배기관의 개수와 길이 변화에 따른 전체 음압 레벨을 나타낸 그래프이고, 도 11은 본 발명에 따른 헤어드라이어에서 제1 내측 배기관의 개수와 길이에 따른 음질인자(specific loudness, sharpness) 값을 나타낸 그래프로서, 제1 내측 배기관의 길이가 15mm 인 경우 (a)는 제1 내측 배기관의 개수에 따른 specific loudness, (b)는 제1 내측 배기관의 개수에 따른 sharpness를 나타낸 것이고, 제1내측 배기관의 개수가 16개 인 경우 (c)는 제1 내측 배기관의 길이에 따른 specific loudness, (d)는 제1 내측 배기관의 길이에 따른 sharpness를 나타낸 것이다.

내측 노즐(34)은, 외측 노즐(32)의 공기가 배출되는 방향을 따라 배치되되, 복수로 마련되어 외측 노즐(32)의 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향으로 상호간 이격되어 나란하게 배치되는 제1 내측 배기관(E1); 및 외측 노즐(32)의 공기가 배출되는 방향을 따라 제1 내측 배기관(E1)과 동일한 길이로 형성되고, 서로 인접한 제1 내측 배기관(E1)을 연통시키도록 상기 복수의 제1 내측 배기관(E1) 사이에 위치하는 제2 내측 배기관(E2);을 포함하여 이루어지되, 상기 제2 내측 배기관(E2)의 배기구(H2)는 상기 제1 내측 배기관(E1)의 배기구(H1) 보다 작게 형성될 수 있다.

이때, 제1 내측 배기관(E1)과 제2 내측 배기관(E2)이 형성하는 내측 노즐(34)의 상면과 하면의 상호 대응되는 위치에 상기 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향을 따라 오목한 홈(凹)이 반복적으로 형성된다. 즉, 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향을 따라 내측 노즐(34)의 상면과 하면은 주름진 형태로 형성된다.

다른 구성으로, 외측 노즐(32)은, 공기가 배출되는 방향을 따라 배치되되, 복수로 마련되어 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향으로 상호간 이격되어 나란하게 배치되는 제1 외측 배기관; 및 공기가 배출되는 방향을 따라 제1 외측 배기관과 동일한 길이로 형성되고, 서로 인접한 제1 외측 배기관을 연통시키도록 상기 복수의 제1 외측 배기관 사이에 위치하는 제2 외측 배기관;을 포함하여 이루어지되, 상기 제2 외측 배기관의 배기구는 상기 제1 외측 배기관의 배기구 보다 작게 형성될 수 있다.

이때, 제1 외측 배기관과 제2 외측 배기관이 형성하는 외측 노즐의 상면과 하면의 상호 대응되는 위치에 상기 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향을 따라 오목한 홈(凹)이 반복적으로 형성된다. 즉, 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향을 따라 외측 노즐은 주름진 형태로 형성된다.

또 다른 구성으로, 내측 노즐(34)은, 외측 노즐(32)의 공기가 배출되는 방향을 따라 배치되되, 복수로 마련되어 외측 노즐(32)의 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향으로 상호간 이격되어 나란하게 배치되는 제1 내측 배기관; 및 외측 노즐의 공기가 배출되는 방향을 따라 제1 내측 배기관과 동일한 길이로 형성되고, 서로 인접한 제1 내측 배기관을 연통시키도록 상기 복수의 제1 내측 배기관 사이에 위치하는 제2 내측 배기관;을 포함하여 이루어지며, 외측 노즐은, 공기가 배출되는 방향을 따라 배치되되, 복수로 마련되어 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향으로 상호간 이격되어 나란하게 배치되는 제1 외측 배기관; 및 공기가 배출되는 방향을 따라 제1 외측 배기관과 동일한 길이로 형성되고, 서로 인접한 제1 외측 배기관을 연통시키도록 상기 복수의 제1 외측 배기관 사이에 위치하는 제2 외측 배기관;을 포함하여 이루어지되, 제2 내측 배기관의 배기구는 제1 내측 배기관의 배기구 보다 작게 형성되고, 제2 외측 배기관의 배기구는 제1 외측 배기관의 배기구 보다 작게 형성될 수도 있다.

이때, 내측 노즐과 외측 노즐의 상면과 하면은 전술한 바와 같이 주름진 형태로 형성될 수 있다.

한편, 내측 노즐(34)은 세라믹 발열체로 이루어질 수 있다.

대안으로, 내측 노즐(34)에 발열 코일이 내설되거나, 상기 내측 노즐(34)의 외면에 발열체 재료가 코팅되고, 발열 코일 또는 발열체 재료는 외부전원과 연결된 몸체의 전원부로부터 전원을 공급받도록 이루어질 수 있다.

또한, 몸체에서 배출구에 인접한 부분의 내주면에는 발열 코일이 내설되거나 발열체 재료가 코팅되고, 발열 코일 또는 발열체 재료는 외부전원과 연결된 몸체의 전원부로부터 전원을 공급받도록 이루어질 수도 있다.

또한, 이중 노즐부(30)의 배기구에서는 집중 노즐에서의 빠른 유속으로 인해 매우 크고 불쾌한 제트 (jet) 소음이 발생하는데, 제트 소음의 음향 파워 (power) W는 다음과 같이 제트 기류 속도의 8승에 대략적으로 비례함이 알려져 있으므로, 가장 중요한 제어 인자로 생각된다[M. J. Crocker, Handbook of Acoustics, Willey, 1998].

W ∝ M⁸c₀ ³D²

여기서, M은 평균 기류의 마하수 (Mach number), c₀는 공기중의 음향전파속도, D는 노즐 끝 부분의 직경을 의미한다.

본 발명에서는 대기와 접하는 노즐의 가장자리 출구속도를 조절하여 제트 소음을 줄이기 위해, 일반적인 단일 튜브가 아닌 두 개의 이중튜브를 사용한 구조가 적용될 수 있음을 소개하며[H. K. Tanna, P. J. Morris, "The noise from normal-velocity-profile coannular jets", Journal of Sound and Vibration, 98, 213-234, 1985], 이와 더불어 각 튜브의 출구 끝단이 단순한 일자형이 아닌, 연속적인 로브 형상인 노즐을 제안한다.

여기서, 로브란 상술한 제1 외측 배기관 또는 제1 내측 배기관이 이루는 형상을 말하는 것으로서, 이하에서는 로브(lobe)로 명명하기로 한다.

또한, 도 10과 도 11에서의 로브 개수는 제1 내측 배기관의 개수 × 2 이고(제1 내측 배기관의 중간부분에 제2 내측 배기관이 연통되게 형성됨으로써, 로브(lobe)의 개수는 제2 내측 배기관을 기준으로 상측에 1개, 하측에 1개, 총 2개로 정의함), 침투 깊이(penetration length, PL)는 외측 노즐의 공기가 배출되는 방향으로 외측 노즐의 내부에 배치된 내측 노즐의 길이를 의미한다.

도 10에서 알 수 있듯이, 로브의 개수가 많아질수록 회전 와류 발생 및 성장이 더욱 억제되고, 이에 따라 소음 레벨도 낮아지는 경향이 있다는 것이 실험으로 나타났다.

또한, 로브의 개수가 동일한 경우에도, 로브의 노즐 침투 깊이가 깊을수록, 노즐의 효과가 증대되어 또한 소음이 줄어듦을 알 수 있다.

실험 결과 미세한 차이지만 로브가 28개이고, 침투 깊이가 15mm 일 때 소음레벨이 가장 적은 것으로 나타났다.

도 10의 그래프에서 위의 빨간 점선은 일반적인 단일 노즐의 overall sound pressure level(가청주파수 전체 에서 계산된 음압레벨)이 82.8 dB 정도임을 나타내고, 이중 구조의 로브(28개/15mm) 노즐은 79.4 dB 정도로 약 3.4 dB 정도 줄었음을 알 수 있다.

도 10에서는 음압레벨을 살펴보았다.

그런데 이것은 물리적인 크기이고, 실제로 사람의 청감을 고려하여 사람이 어떻게 느끼는 지를 파악하고 싶었다.

청감 인자로 specific loudness와 sharpness가 소개되었는데, loudness는 음의 크기에 대한 주관적 지각량, sharpness는 음의 날카로움에 대한 주관적 지각량과 관련이 있다.

도 11에서 가로축의 critical band rate는 청감 인자 분석에 주로 쓰이는 주파수의 묶음 단위이다. (예를 들어 9 Bark =1000 Hz, 10 Bark=1170 Hz 처럼 필요에 의해 정해진 단위이다. Sharpness는 1000Hz 이하에서 보는 것이 의미가 없기 때문에 9 bark 이하는 데이터를 잘랐으며, 또한 specific loudness, sharpness 모두 관심범위인 4000 Hz 이하만 관찰하므로 약 4000 Hz 인 18 Bark 이상의 데이터는 관찰하지 않았다.)

Loudness의 단위는 sone이고, sharpness의 단위는 acum 이다.

노즐 앞의 실제 귀 위치에서, 측정된 음압을 바탕으로 각 음질인자를 계산한 결과, loudness와 sharpness 모두 로브의 개수가 많아질수록 낮아지는 경향을 보이고, 로브의 침투깊이(PL)가 깊어질수록 낮아지는 경향을 보인다.

이는 로브의 역할로 인해 소음의 크기는 물론 그 날카로움도 줄어드는 경향이 있다는 것을 나타낸다.

노즐 출구 속도가 다른 경계면에서 벽면이 단순한 일자형인 경우, 경계면 양쪽의 속도차이에 의해 발생하는 회전 와류(vortice)가 추가적인 제트 소음의 원인이 된다.

그러나, 연속적인 로브(lobe) 형상으로 주름이 잡히는 경우, 경계면에서 회전 와류가 발생하더라도 서로 인접하는 로브에서 발생하는 회전 와류가 서로 반대 방향으로 생성되므로, 유속이 진행되는 방향으로 성장하면서 서로 부딪혀 상쇄가 되어 결과적으로 회전 와류의 발생량이 줄어들고 그에 따라 소음도 줄어듦이 알려져 있다[N. K. Depuru Mohan, K. R. Prakash, N. R. Panchapakesan, "Mixing augmentation by multiple lobed jets", American Journal of Fluid Dynamics,5, 55-64, 2015.].

본 발명은 이 원리를 헤어드라이어의 노즐에 적용한 것이다.

본 발명은 배기구 끝단이 연속적인 로브 형상으로 구성된 헤어드라이어 노즐에 관한 것으로서, 노즐 배기구 벽면 가장자리에서 기류 속도 차이에 의해 발생하는 회전 와류를 연속적인 로브 형상 처리를 통해 서로 반대방향으로 위치시켜 상쇄되도록 만들어서 와류의 성장을 억제하고 그로 인해 발생하는 음압 레벨 (sound pressure level)을 획기적으로 감소시킨 것이다[도 8, 9].

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 이중 구조를 취함으로써, 배기구 제트 유동과 주변 공기가 접하는 가장자리에서의 급격한 기류속도 차이를 줄여 추가적인 제트 소음 절감이 가능하다.

한편, 일반적인 단일 노즐에서 배기구 끝단을 연속적인 로브로 만들어서 로브의 효과를 통한 소음의 저감도 가능하다.

노즐 끝단 부의 로브 처리란, 노즐 벽면의 배기구 쪽 끝단(edge)을 울퉁불퉁하게 주름잡은 형상으로, 배기구 끝단에서 가장 굴곡이 크며, 헤어드라이어 몸체 쪽으로 갈수록 굴곡이 선형적으로 줄어들어 결국엔 편평한 면이 되는 구조이다.

연속적인 로브의 형상에 대한 기하학적 요소는, 끝단에 이어진 로브의 개수 (number), 로브 요철 높이 (height), 로브 침투 깊이 (penetration length, PL)로 결정이 되며, 이 세가지 요소에 대하여 소음 감소에 가장 효과적인 조합을 실험을 통해 밝혔다.

로브의 요철 높이는 배기구의 좁은 형상으로 인해 3 mm 로 고정하였고, 로브의 개수와 침투 깊이를 다양하게 변화 시키며 사용자의 귀 위치에서 전체 음압 레벨 (overall sound pressure level)을 실측한 결과, 로브의 개수가 28개이고 침투 깊이가 15 mm일때 최소가 됨이 확인되었다.

로브의 개수가 많고, 침투 깊이가 깊을수록 회전 와류 상쇄 효과가 커져 소음 저감 효과가 커지고 음질이 향상되는 경향이 있다[도 10, 11].

이중 노즐 구조에서, 안쪽의 작은 노즐(내측 노즐)은 발열체 역할을 겸한다. 일반 헤어드라이어와 같이 발열 코일이 노즐과 분리되어 있는 것이 아니라, 노즐이 또 다른 노즐 모양의 발열체를 내장하고 있는 형태이다.

외측의 집중 노즐(외측 노즐)은 일반 플라스틱으로 구성하고, 내측 집중 노즐(내측 노즐)은 노즐의 몸체 전체를 세라믹 발열체로 구성하거나 노즐 표면에 발열 코일을 촘촘히 입혀서 제작한다.

또는, 내측 노즐의 외면에 발열체 재료를 코팅하거나 인쇄하는 방식으로 제작할 수도 있다.

이때, 내측 노즐에는 헤어드라이어의 몸체의 전원부로부터 전원을 공급받기 위한 단자를 구비시키는 것이 필요하다.

내부의 발열 노즐(내측 노즐)은 공기의 자연스러운 흐름을 위해 가능한 매끄러운 표면의 형태를 가진다.

외부와 내부의 노즐로 입사하는 기류가 경계면의 발열 노즐(내측 노즐)을 거쳐 흐르면서 가열되어 분출된다.

상술한 본 발명의 특징을 정리하면 다음과 같다.

(1) 회전 팬과 주변을 감싸는 몸체의 구조물에서 발생하는 소음은 날개면 전체에서 여러 요인에 의해 발생하는 불규칙적인 광역소음과 특정 주파수(BPF와 그 harmonics)에서 강하게 나타나는 순음으로 분류하여 접근할 수 있고, 광역 소음은 날개 면적을 줄인 소형 다중팬을 이용하여 감소시키고, 순음은 주변부에 BPF의 사분파장에 해당하는 길이의 소음기를 사용하여 저감하여 음질을 향상한다.

(2) 노즐에서 발생되는 고속 제트가 정적인 상태의 대기와 접하게 되어 전단류(shear flow)와 난류(turbulence)가 발생하며, 이에 따라 날카로운 불쾌한 소리와 큰 음향 진폭이 발생한다.

노즐과 바깥 대기와의 급격한 기류 속도 차이를 줄이기 위해, 외측 노즐 안에 크기가 약간 작은 내측 노즐을 추가한 이중 구조의 노즐을 사용한다.

외측과 내측 노즐 각각의 입구 면적과 출구 면적을 조절함으로써, 노즐 출구 부에서 급격하지 않은 유속 구배 (gradient)를 형성할 수 있고, 이에 따라 제트 소음을 줄인다[H. K. Tanna, P. J. Morris, "The noise from normal-velocity-profile coannular jets", Journal of Sound and Vibration, 98, 213-234, 1985.].

(3) 내측 노즐(혹은 추가적으로 외측 노즐까지)의 출구부 끝단을 로브(lobe) 형상으로 만들면, 기류 속도 차이에 의한 회전 와류 (eddy) 발생을 더 억제할 수 있으므로, 제트 소음을 한층 더 줄일 수 있다[N. K. Depuru Mohan, K. R. Prakash, N. R. Panchapakesan, "Mixing augmentation by multiple lobed jets", American Journal of Fluid Dynamics,5, 55-64, 2015].

물론 굳이 이중 노즐이 아닌 단일 노즐이라도, 끝단에 연속적인 로브 구조를 취함으로서 어느 정도의 소음 절감효과를 기대할 수 있다.

(4) 내측 노즐 재료나 노즐 표면을 발열체로 만들면, 노즐이 헤어드라이어의 발열체 역할을 겸하게 되어 효율적이고, 기존의 헤어 드라이어에서와 같이 노즐의 입구측에 놓인 발열코일 등이 기류와 접촉하여 유동저항을 생성하고 난류를 만드는 일이 없어져 소음제어와 유속유지에 유리하다.

또한, 기존에 쓰인 코일이 위치하던 공간이 필요 없으므로, 제품의 크기와 무게절감을 가져와 휴대에 용이하다.

아울러, 노즐의 배기구 부분에서는 통상적인 단일 벽면 노즐이 아닌, 이중 벽면 노즐을 이용하고 노즐 끝단 부를 요철이 있는 연속적인 로브 형상으로 만들어서, 모발 건조 성능을 위한 기류의 속도는 적절히 유지하면서, 사용자의 귀에 들리는 소음에 가장 크게 영향을 미치는 노즐부 배기구 소음을 약 3 dB 이상 줄인다[도 10].

로브의 개수와 침투 깊이를 조절하여, 소리의 날카로운 특성이 덜하며 듣기에 더 편한 소리로 만들 수 있다[도 11].

도 12는 본 발명에 따른 헤어드라이어를 나타낸 도면이고, 도 13은 본 발명에 따른 헤어드라이어와 시중 제품들을 비교한 그래프로서, (a)는 사용자 귀 위치에서의 음압레벨을 나타낸 것이고, (b)는 사용자 귀 위치에서의 specific loudness, (c)는 사용자 귀 위치에서의 sharpness를 나타낸 것이다.

상기 내용들을 통해 밝혀진 삼중 팬과 소음기를 이용한 흡기 시스템, 이중 로브 노즐을 종합한 헤어드라이어 시제품의 전체 사진은 도 12와 같다.

본 시제품 제작에서는 이중 노즐 중 내측 노즐로 대체 될 수 있는 발열체를 고려하지 않았기 때문에, 다중 팬 유닛과 노즐부를 연결하는 드라이어 몸체가 다소 길게 제작되었다.

그러나, 이중 노즐부(30)가 적용되고, 내측 노즐 자체 혹은 그 표면을 발열체로 제작하면, 몸체(10) 내에 히터가 따로 필요 없기 때문에 몸체(10) 길이를 획기적으로 줄여 제작할 수 있고, 이는 제품의 부피와 무게의 감소를 이루어 휴대성을 높일 수 있다.

드라이어 건조 성능에 비례하는 배기구의 유량이, 현 시장 헤어드라이어 4개의 평균값보다 약 20 퍼센트 가량 높도록 시제품의 팬 회전 속도를 설정했다.

이렇게 현 시장 모델 4개 보다 건조 성능이 더 유리하도록 설정한 상태에서 소음도 향상 정도가 실험한 결과가 도 13 에 나타나 있다.

도 13은 같은 조건에서 동일한 측정장비를 사용하여 측정한 그래프들로, (a)는 음압 레벨, (b)는 소리의 크기를 의미하는 loudness, (c)는 소리의 날카로움을 의미하는 sharpness 의 스펙트럼을 나타낸다.

도 13의 그래프를 통해 발명된 헤어드라이어를 시중의 제품 4개의 성능 평균과 비교한 결과, 배기구 유량이 약 20% 증가하여 건조속도에 유리하면서도, 오히려 사람이 느끼는 소음의 크기는 약 30% 감소하고, 그 날카로움은 약 15% 감소하여 음질 개선 효과가 있는 것을 알 수 있다.

현재 미용 및 건조 기기 시장은 고성능이면서도 저소음, 경량의 휴대성 제품에 대한 수요가 상당하다.

본 발명은 이러한 수요를 모두 만족하는 헤어드라이어를 제공하기 때문에 시장성이 있다.

또한, 노즐 부분은 헤어 드라이어의 풍량 집중 노즐과 발열히터의 기능을 결합한 형태로서, 다른 휴대용 경량 헤어 드라이어 제작에도 쓰일 수 있다.

헤어 드라이어 이외의, 집중 노즐을 사용하는 다른 건조 가전 제품의 개발시에도, 범용적으로 사용될 수 있을 것으로 생각되어 시장성이 밝다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10 : 몸체 16 : 소음 저감부
17 : 제1 소음 저감부 18 : 제2 소음 저감부
20 : 다중 팬 유닛 22 : 팬
30 : 이중 노즐부 32 : 외측 노즐
34 : 내측 노즐 E1 : 제1 내측 배기관
E2 : 제2 내측 배기관

Claims

내부에 수용공간이 형성되고, 외부로부터 공기가 흡입되는 흡입구와 상기 흡입구로 흡입된 공기가 상기 수용공간을 거쳐 외부로 배출되는 배출구가 형성되는 몸체;
외부 공기를 상기 흡입구를 통해 상기 몸체의 내부로 흡입하여 상기 배출구를 통해 상기 몸체의 외부로 배출하도록 상기 몸체의 수용공간 중 상기 흡입구와 배출구 사이에 팬이 복수로 배치되되, 상기 복수의 팬의 각 회전축은 일정한 간격으로 이격되어 병렬로 배치되는 다중 팬 유닛; 및
상기 배출구에 착탈가능하게 결합되어 외부로 공기를 배출하는 외측 노즐과, 상기 외측 노즐의 내부에 배치되되 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 통과하면서 가열된 다음 외부로 배출되도록 발열 기능을 하는 내측 노즐로 이루어진 이중 노즐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저소음 고음질 헤어드라이어.
청구항 1에 있어서,
상기 다중 팬 유닛이 배치된 상기 몸체에는 소음을 저감시키기 위한 소음 저감부가 형성되고,
상기 소음 저감부는,
중공의 이중 격벽 형태로 이루어져 상기 다중 팬 유닛이 배치된 몸체의 외측에 형성되되 일단은 상기 복수의 팬을 기준으로 상기 배출구를 향하는 쪽에 위치하여 상기 배출구와 연통되고 타단은 상기 복수의 팬을 기준으로 상기 흡입구를 향하는 쪽에 위치하여 제1마개에 의해 밀폐되는 제1소음 저감부와,
중공의 이중 격벽 형태로 이루어져 상기 제1소음 저감부 보다 안쪽에 위치한 상기 다중 팬 유닛이 배치된 몸체에 형성되되 일단은 상기 복수의 팬에 인접하게 위치하여 상기 흡입구와 연통되고 타단은 상기 흡입구를 향하는 쪽에 위치하여 제2마개에 의해 밀폐되는 제2소음 저감부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저소음 고음질 헤어드라이어.
청구항 2에 있어서,
상기 제1마개 및 제2마개는 상기 제1소음 저감부 및 제2소음 저감부의 이중 격벽 사이를 미끄럼 이동가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 저소음 고음질 헤어드라이어.
청구항 2에 있어서,
상기 제1소음 저감부와 제2소음 저감부의 길이는, 회전하는 팬의 날개 통과 주파수(blade passage frequency, BPF) 및 그 정수배의 주파수(harmonics)에서 발생되는 순음과 배음의 사분 파장(quarter-wavelength) 길이로 이루어지고,
상기 제2소음 저감부의 타단은 제1소음 저감부의 타단 보다 흡입구 쪽에 위치되는 것을 특징으로 하는 저소음 고음질 헤어드라이어.
청구항 1에 있어서,
상기 내측 노즐은,
상기 외측 노즐의 공기가 배출되는 방향을 따라 배치되되, 복수로 마련되어 상기 외측 노즐의 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향으로 상호간 이격되어 나란하게 배치되는 제1 내측 배기관; 및
상기 외측 노즐의 공기가 배출되는 방향을 따라 상기 제1 내측 배기관과 동일한 길이로 형성되고, 서로 인접한 제1 내측 배기관을 연통시키도록 상기 복수의 제1 내측 배기관 사이에 위치하는 제2 내측 배기관;을 포함하여 이루어지되,
상기 제1 내측 배기관과 제2 내측 배기관이 형성하는 내측 노즐의 상면과 하면의 상호 대응되는 위치에 상기 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향을 따라 오목한 홈(凹)이 반복적으로 형성되고,
상기 제2 내측 배기관의 배기구는 상기 제1 내측 배기관의 배기구 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 저소음 고음질 헤어드라이어.
청구항 1에 있어서,
상기 외측 노즐은,
공기가 배출되는 방향을 따라 배치되되, 복수로 마련되어 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향으로 상호간 이격되어 나란하게 배치되는 제1 외측 배기관; 및
공기가 배출되는 방향을 따라 상기 제1 외측 배기관과 동일한 길이로 형성되고, 서로 인접한 제1 외측 배기관을 연통시키도록 상기 복수의 제1 외측 배기관 사이에 위치하는 제2 외측 배기관;을 포함하여 이루어지되,
상기 제1 외측 배기관과 제2 외측 배기관이 형성하는 외측 노즐의 상면과 하면의 상호 대응되는 위치에 상기 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향을 따라 오목한 홈(凹)이 반복적으로 형성되고,
상기 제2 외측 배기관의 배기구는 상기 제1 외측 배기관의 배기구 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 저소음 고음질 헤어드라이어.
청구항 1에 있어서,
상기 내측 노즐은,
상기 외측 노즐의 공기가 배출되는 방향을 따라 배치되되, 복수로 마련되어 상기 외측 노즐의 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향으로 상호간 이격되어 나란하게 배치되는 제1 내측 배기관; 및
상기 외측 노즐의 공기가 배출되는 방향을 따라 상기 제1 내측 배기관과 동일한 길이로 형성되고, 서로 인접한 제1 내측 배기관을 연통시키도록 상기 복수의 제1 내측 배기관 사이에 위치하는 제2 내측 배기관;을 포함하여 이루어지되,
상기 제1 내측 배기관과 제2 내측 배기관이 형성하는 내측 노즐의 상면과 하면의 상호 대응되는 위치에 상기 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향을 따라 오목한 홈(凹)이 반복적으로 형성되고,
상기 외측 노즐은,
공기가 배출되는 방향을 따라 배치되되, 복수로 마련되어 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향으로 상호간 이격되어 나란하게 배치되는 제1 외측 배기관; 및
공기가 배출되는 방향을 따라 상기 제1 외측 배기관과 동일한 길이로 형성되고, 서로 인접한 제1 외측 배기관을 연통시키도록 상기 복수의 제1 외측 배기관 사이에 위치하는 제2 외측 배기관;을 포함하여 이루어지되,
상기 제1 외측 배기관과 제2 외측 배기관이 형성하는 외측 노즐의 상면과 하면의 상호 대응되는 위치에 상기 공기가 배출되는 방향과 직각인 방향을 따라 오목한 홈(凹)이 반복적으로 형성되고,
상기 제2 내측 배기관의 배기구는 상기 제1 내측 배기관의 배기구 보다 작게 형성되며,
상기 제2 외측 배기관의 배기구는 상기 제1 외측 배기관의 배기구 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 저소음 고음질 헤어드라이어.
청구항 1, 청구항 5, 청구항 7 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
상기 내측 노즐은 세라믹 발열체로 이루어진 것을 특징으로 하는 저소음 고음질 헤어드라이어.
청구항 1, 청구항 5, 청구항 7 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
상기 내측 노즐에 발열 코일이 내설되거나, 상기 내측 노즐의 외면에 발열체 재료가 코팅 또는 인쇄되고, 상기 발열 코일 또는 발열체 재료는 외부전원과 연결된 상기 몸체의 전원부로부터 전원을 공급받도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 저소음 고음질 헤어드라이어.
청구항 1에 있어서,
상기 몸체에서 배출구에 인접한 부분의 내주면에는 발열 코일이 내설되거나 발열체 재료가 코팅 또는 인쇄되고, 상기 발열 코일 또는 발열체 재료는 외부전원과 연결된 상기 몸체의 전원부로부터 전원을 공급받도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 저소음 고음질 헤어드라이어.