KR102047293B1 - 음파소화기 - Google Patents

Abstract

소화용 음파의 주파수를 강화하여 사운드 밀도를 강화하고, 스피커 인클로저(Enclosure)를 개선하여 스피커의 사이즈를 소형화하면서도 충분한 소화 효과를 발휘할 수 있도록 한 음파소화기에 관한 것으로서, 인클로저에 내장되며 발진을 통해 소화용 주파수를 발생하는 발진회로, 발진회로에서 발생한 주파수를 조절하여 단일 주파수로 만드는 주파수 조절부, 상기 주파수 조절부에서 만들어진 단일 주파수를 소정 레벨로 증폭하는 증폭기, 상기 증폭기에서 증폭된 음파를 출력하는 스피커 및 상기 인클로저의 내부에서 반사되는 저음을 외부로 출력하여 사운드 밀도를 강화하는 사운드 강화부를 포함하여, 음파를 이용하여 화재를 진압하는 음파소화기를 구현한다.

Description

음파소화기{Sonic fire extinguisher}

본 발명은 음파소화기에 관한 것으로, 특히 소화용 음파의 주파수를 강화하여 사운드 밀도를 강화하고, 스피커 인클로저(Enclosure)를 개선하여 스피커의 사이즈를 소형화하면서도 충분한 소화 효과를 발휘할 수 있도록 한 음파소화기에 관한 것이다.

일반적으로, 가정이나 사무실 등의 실내에 화재 진압을 위해 비치되는 소화기는 주성분이 인산암모늄(NH4H2PO4)인 분말 소화기가 대부분이며, 일부는 가스계 소화기도 비치되어 있다.

가스계소화기(하론 또는 이산화탄소소화기)는 기체로 이루어져 청소의 필요성이 없으며 전지제품에 손상을 거의 주지 않는 장점이 있으나, 가격이 비싸 일반적인 가정이나 사무실에서는 거의 사용하지 않으며, 대부분 가격이 저렴한 소화분말을 이용하는 분말 소화기를 대부분 사용한다.

근래에는 음파를 이용하여 화재를 진압하기 위한 음파 소화기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 음파소화기는 스피커를 통해 음파를 발생하여 화재를 진압하기 위한 장비이다.

화재 진압 장치에 대한 종래의 기술이 하기의 <특허문헌 1> 에 개시되어 있다.

<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 일반가정에서 화재발생시 초기화재진압을 신속하고, 안전하며 편리하게 할 수 있도록 화재발생시 화염의 온도를 감지하여 경보를 함으로써 화재발생을 알리는 온도 자동 감지장치와 경종 장치 및 항상 실내의 공기를 정화해주는 음이온 발생장치가 내재되고, 정전시나 단전시 어두운 밤에도 소화장치를 용이하게 발견하도록 야광 코팅이 되고 불조심 경고문이 기록되어 생활에서 경고문을 접할 수 있게 함으로써 화재예방에 대한 주의와 예방을 항상 철저히 할 수 있도록 한 음이온이 발생하는 가정용 소화장치를 제공한다.

대한민국 등록실용신안 20-0366060(2004.11.10. 공고)(음이온이 발생하는 가정용 소화장치)

그러나 상기와 같은 종래기술에 개시된 소화기는 가정이나 사무실 등의 실내에서 내장된 소화분말을 이용하여 화재를 진압할 수는 있으나, 사용 후 약제(소화 분말)로 인해 전기제품이 손상되는 단점이 있으며, 식기가 의류의 재사용도 어려운 문제가 있고, 청소도 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 연구가 추진되고 있는 음파소화기는 소화를 위한 음파 발생시 스피커의 사이즈에 따라 최소 주파수가 결정되므로, 소형화 및 사운드 밀도를 강화하기 어려운 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적임 음파소화기 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 소화용 음파의 주파수를 강화하여 사운드 밀도를 강화하고, 스피커 인클로저(Enclosure)를 개선하여 스피커의 사이즈를 소형화하면서도 충분한 소화 효과를 발휘할 수 있도록 한 음파소화기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 음파소화기는, 인클로저에 내장되며 발진을 통해 소화용 주파수를 발생하는 발진회로; 상기 발진회로에서 발생한 주파수를 조절하여 단일 주파수로 만드는 주파수 조절부; 상기 주파수 조절부에서 만들어진 단일 주파수를 소정 레벨로 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기에서 증폭된 음파를 출력하는 스피커; 상기 인클로저의 내부에서 반사되는 저음을 외부로 출력하여 사운드 밀도를 강화하는 사운드 강화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 사운드 강화부는 소화용 음파의 저음 면적을 증가시켜 소형 사이즈에서도 소화용 저음을 발생하도록 하는 드론 콘(Drone cone)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 사운드 강화부는 30 ~ 60hz의 주파수를 발생하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 사운드 강화부는 인클로저의 내부에서 반사되는 저음을 외부로 출력하여 사운드 밀도를 강화하는 에어 덕트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 사운드 강화부는 상기 에어 덕트와 연장되게 형성되어, 인클로저 내부에서 발생하는 저음을 공명시켜 음량을 확장시키는 공명관을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 스피커는 제1 및 제2 스피커를 포함하고, 상기 제1 및 제2 스피커는 X축 기준으로 직렬로 결합하여 댐핑에 의한 영향을 최소화하고 음파를 증폭하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 소화용 음파의 주파수를 강화하여 사운드 밀도를 강화함으로써, 화재 진압에 최적화된 음파 발생이 가능하고, 스피커 인클로저(Enclosure)를 개선하여 스피커의 사이즈를 소형화하면서도 충분한 소화 효과를 발휘할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 음파소화기의 회로도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 음파소화기의 제1 실시 예 구성도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 음파소화기의 제2실시 예 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 음파소화기의 제3 실시 예 구성도,

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 음파소화기를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 음파소화기의 구성도로서, 스피커(10), 제어부(70), 발진회로(40), 주파수 조절부(50), 증폭기(60)를 포함한다.

상기 스피커(10), 제어부(70), 발진회로(40), 주파수 조절부(50), 증폭기(60)는 인클로저에 내장된다.

상기 제어부(70)는 발진회로(40)와 주파수 조절부(50) 및 증폭기(60)의 구동 동작을 제어하는 역할을 한다.

상기 발진회로(40)는 인클로저에 내장되며 발진을 통해 소화용 주파수를 발생하는 역할을 한다. 이러한 발진회로(40)는 수정발진자를 이용하여 일정한 주파수를 발생하는 것이 바람직하다.

상기 주파수 조절부(50)는 상기 발진회로(40)에서 발생한 주파수를 조절하여 단일 주파수로 만드는 역할을 하며, 상기 증폭기(60)는 상기 주파수 조절부(50)에서 만들어진 단일 주파수를 소정 레벨로 증폭하는 역할을 한다.

상기 스피커(10)는 상기 증폭기(60)에서 증폭된 음파를 소화용 음파로 출력하는 역할을 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 음파소화기의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 화재가 발생하여 동작 스위치가 온(on) 상태로 조작되면 상기 제어부(70)는 발진회로(40)와 주파수 조절부(50) 및 증폭기(60)를 동작시킨다. 여기서 동작 스위치가 별도로 마련되어 사용자에 의해 수동으로 조작되거나, 화재 감지 장치와 연동하여 화재 감지 신호가 발생하면 제어부(70)는 화재 발생으로 자동 인식하고, 화재 진압을 위한 음파 발생을 제어한다.

상기 발진회로(40)는 구동을 하면 수정발진자를 이용하여 발진을 통해 특정 주파수를 소화용 주파수로 발생하게 되고, 주파수 조절부(50)는 상기 발진회로(40)에서 발생한 주파수를 조절하여 단일 주파수 형태로 만든다. 여기서 소화용 음파는 일반 사운드와는 다르게 단일 주파수(예컨대, 30 ~ 60hz)를 이용한다.

주파수 조절부(50)에 의해 단일 주파수 형태로 만들어진 소화용 주파수는 증폭기(60)를 통해 미리 설정된 증폭도에 따라 소정 레벨로 증폭되어 스피커(10)로 전달된다. 상기 스피커(10)는 상기 증폭기(60)에서 증폭된 음파를 소화용 음파로 출력한다.

여기서 본 발명은 상기와 같이 스피커(10)를 통해 송출되는 저주파(저음)를 강화하고, 스피커 인클로저를 개선하며, 스피커 어레이를 이용하여, 스피커의 성능 향상을 도모하였다.

즉, 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 인클로저(1)의 내부에서 반사되는 저음을 외부로 출력하여 사운드 밀도를 강화하는 사운드 강화부(20)를 인클로저(1)의 소정 위치에 형성한다.

여기서 사운드 강화부(20)는 인클로저(1)의 내부에서 반사되는 저음을 외부로 단순히 출력하여 사운드 밀도를 강화하는 에어 덕트(air duct) 형태로 구현할 수 있다. 이러한 에어 덕트를 통해 인클로저(1) 내부에서 반사되는 저음을 다시 활용하여 사운드 밀도를 강화하여 주파수를 강화하게 된다.

여기서 에어 덕트는 개방형 터널 또는 포트라고도 불리며, 스피커 전면에서 나오는 사운드 외에 스피커 후방에서 발생한 음파가 에어 덕트를 통해 나오게 되면서 낮은 주파수의 밀도를 강화하고 저음의 효율성을 높여주는 역할을 한다. 이는 막힌 인클로저에 비하여 3db 정도를 강화하며, 공진 주파수에서의 왜곡을 줄이게 된다. 하지만 적절한 설계를 하지 않으면 소음이 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 에어 덕트 설계시에 포트를 공진 주파수가 맞도록 하여, 포트가 헬름홀츠 공진기의 역할을, 후면파는 위상을 반전시키고 정면파와 위상이 일치하도록 설계하였다.

일반적으로 원하는 공진 주파수를 얻기 위해서는 인클로저의 크기, 포트 지름, 길이의 조절을 통해 가능한데, 본 발명의 음파소화기의 경우 인클로저의 크기가 커지는 경우 휴대성, 이동성 등에 어려움이 발생하므로 덕트의 길이를 길게 하여 공진 주파수를 낮추는 방식을 이용한다. 이는 스피커 설계시에 베이스 리플렉스 설계시 활용되는 공식을 활용하면 용이하게 구할 수 있으며, 스피커와 에어 덕트와의 각도가 90°, 180°등으로 변경이 가능하며, 잡음 감소를 위해 에어 덕트의 양끝단을 깔때기 형태로 하여 구현할 수 있다.

주파수를 강화하는 다른 방법으로서, 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 드론 콘(Drone cone)(30)을 인클로저(1)의 소정 위치(음파가 출력하는 방향)에 형성하여 주파수를 강화하는 것도 가능하다. 여기서 드론 콘(30)은 소화용 음파의 저음 면적을 증가시켜 소형 사이즈에서도 소화용 저음을 발생하도록 하는 역할을 한다.

드론 콘(30)은 우퍼와 비슷한 구조이나 진동판을 움직이는 보이스 코일과 영구자석이 없는 단순한 유닛이다. 이 드론 콘(30)은 공진 주파수를 우퍼의 최저 공진 주파수보다 낮게 세팅되는 것이 바람직하다. 드론 콘(30)의 형상은 콘 형태로도 가능하나, 타원이나 네모난 평판형으로 설계할 수도 있다.

드론 콘(30)이나 에어 덕트를 30 ~ 60hz의 주파수를 발생할 수 있도록 구현하면, 전체적인 스피커의 사이즈를 소형화하면서도 소화를 위한 충분한 음파를 발생할 수 있다. 드론 콘(30)을 사용하여 저음을 강화하는 방법은 흔히 패시브 라디에이터(Passive radiator) 방식으로 알려졌으며, 베이스 리플렉스 방식으로 설계시 발생할 수 있는 고주파의 반사 및 사운드 방출시의 소음을 줄여주고, 공간 효율적인 설계를 할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예로서, 상기 사운드 강화부(20)는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 에어 덕트와 연장되게 형성되어, 인클로저(1) 내부에서 발생하는 저음을 공명시켜 음량을 확장시키는 공명관(22)을 포함할 수 있다.

인클로저(1)에 에어 덕트와 같은 구명을 뚫고, 그 에어 덕트에 연장하여 파이프 모양의 공명관을 설치하여 헬름헬쯔 공진기의 원리를 이용하여 저음의 음량을 확장시킨다. 스피커는 최저 공진 주파수 이상의 대역은 소리가 일정수준으로 평판하게 나게 되지만, 최저 공진 주파수 이하의 주파수 대역은 음량이 급격히 떨어진다. 이때, 공명관(22)의 포트가 있는 인클로저(1)는 일종의 헬름헬쯔 공진기로 작용하여 특정 주파수(본 발명에서는 저주파)의 소리를 공명시켜 음량을 키우게 된다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 예로서, 상기 스피커(10)를 두 개의 스피커, 즉, 제1 및 제2 스피커(11)(12)로 구현하고, 상기 제1 및 제2 스피커(11)(12)를 X축 기준으로 직렬로 결합하여 댐핑에 의한 영향을 최소화하고 음파를 증폭한다.

인클로저(1)를 사용하는 방식의 스피커는 인클로저(1)의 댐핑 효과 때문에 스피커 유닛의 움직임에 제한을 받게 되는 데, 이를 최소화하고 덤으로 인클로저(1)의 사이즈를 줄이기 위해, 상기와 같이 두 개의 스피커를 X축 방향으로 결합하여 사용한다. 예컨대, 인클로저(1)에 기본 스피커인 제2스피커(12)를 장착하고, 인클로저(1) 내부에 우퍼와 동일한 유닛인 제1스피커(11)를 장착하고, 전기적으로 병렬연결하여 제1 및 제2 스피커(11)(12)가 동일 위상으로 움직이게 한다. 그러면 제2스피커(12)가 움직이면서 일으키는 내부의 압력 변화를 제1스피커(11)가 동일 위상으로 움직이면서 상쇄하게 되어, 댐핑에 의한 영향을 줄이게 된다. 인클로저(1) 내부의 공간에 공진 주파수가 제1 스피커(11)의 최저 공진 주파수보다 높을 경우 발생할 수 있는 최저 공진 주파수의 상승 및 저역의 부밍현상이 억제되고, 동작 특성이 오픈형과 유사하게 유닛 고유의 소리를 내는 방향으로 바뀐다. 아울러 동일한 주파수의 위상을 적절히 조정한 형태로 나가게 함으로써, 음파가 상호 작용하여 특정한 진폭이 강화되는 형태로 처리할 수도 있다.

스피커(10)를 통해 출력되는 음파에 의해 화재가 진압된다. 저주파를 이용하여 화재를 진압하는 방식은, 100Hz 이하의 저주파 소리를 방출하면, 공기를 타고 화재에 도달한 소리가 1초에 100번 이하로 불의 막(불의 경계층)을 연하게 흔들어줘(진동) 공기유입(산소유입)을 차단하고 온도를 낮춰 불을 끄는 원리를 이용한다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

본 발명은 가정이나 사무실 실내에서 음향을 이용하여 화재를 진압하는 기술에 적용된다.

1: 인클로저
10: 스피커
11, 12: 제1 및 제2 스피커
20: 사운드 강화부
21: 에어 덕트
22: 공명관
30: 드론 콘
40: 발진 회로
50: 주파수 조절부
60: 증폭기
70: 제어부

Claims (7)

1. 음파를 이용하여 화재를 진압하기 위한 장치로서,
   인클로저에 내장되며 발진을 통해 소화용 주파수를 발생하는 발진회로;
   상기 발진회로에서 발생한 주파수를 조절하여 단일 주파수로 만드는 주파수 조절부;
   상기 주파수 조절부에서 만들어진 단일 주파수를 소정 레벨로 증폭하는 증폭기;
   상기 증폭기에서 증폭된 음파를 출력하는 스피커; 및
   상기 인클로저의 내부에서 반사되는 저음을 외부로 출력하여 사운드 밀도를 강화하는 사운드 강화부를 포함하고,
   상기 사운드 강화부는 인클로저의 내부에서 반사되는 저음을 외부로 출력하여 사운드 밀도를 강화하는 에어 덕트를 포함하며,
   상기 에어 덕트는 잡음 감소를 위해 양끝단을 깔때기 형태로 하여 잡음을 감소시키며,
   상기 스피커와 에어 덕트와는 사운드 강화를 위해 90°로 설치되는 것을 특징으로 하는 음파 소화기.
   
2. 청구항 1에서, 상기 사운드 강화부는 소화용 음파의 저음 면적을 증가시켜 소형 사이즈에서도 소화용 저음을 발생하도록 하는 드론 콘(Drone cone)을 포함하는 것을 특징으로 하는 음파소화기.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에서, 상기 사운드 강화부는 30 ~ 60hz의 주파수를 발생하는 것을 특징으로 하는 음파소화기.
   
4. 삭제
5. 청구항 1에서, 상기 사운드 강화부는 상기 에어 덕트와 연장되게 형성되어, 인클로저 내부에서 발생하는 저음을 공명시켜 음량을 확장시키는 공명관을 포함하는 것을 특징으로 하는 음파소화기.
   
6. 청구항 1에서, 상기 스피커는 제1 및 제2 스피커를 포함하고, 상기 제1 및 제2 스피커는 X축 기준으로 직렬로 결합하여 댐핑에 의한 영향을 최소화하고 음파를 증폭하는 것을 특징으로 하는 음파소화기.
   
7. 청구항 1에서 상기 에어 덕트는 길이를 길게 하여 공진 주파수를 낮추는 것을 특징으로 하는 음파소화기.

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