KR102047297B1 - 초음파를 이용한 음파소화기 - Google Patents

Abstract

화재 진압을 위한 소화용 음파와 초음파를 결합하여 소화용 음파의 지향성을 향상시켜 화재 진압의 효율성을 향상하고 화재 진압 시간을 단축하도록 한 초음파를 이용한 음파소화기에 관한 것으로서, 인클로저에 내장되며 발진을 통해 소화용 주파수를 발생하는 발진회로, 발진회로에서 발생한 주파수를 조절하여 단일 주파수로 만드는 주파수 조절부, 주파수 조절부에서 만들어진 단일 주파수를 소정 레벨로 증폭하여 화재 진압용 음파로 출력하는 증폭기, 증폭기에서 출력되는 화재 진압용 음파를 송출하는 스피커, 화재 진압용 음파 출력과 초음파 발생을 제어하는 제어부, 제어부의 제어에 따라 초음파를 발생하는 초음파 발생기 및 초음파 발생기에서 발생한 초음파를 송신하는 초음파 송신기를 포함하여, 초음파를 이용한 음파소화기를 구현한다.

Description

초음파를 이용한 음파소화기{Sonic fire extinguisher using ultrasonic wave}

본 발명은 초음파를 이용한 음파소화기에 관한 것으로, 특히 화재 진압을 위한 소화용 음파와 초음파를 결합하여 소화용 음파의 지향성을 향상시켜 화재 진압의 효율성을 향상하고 화재 진압 시간을 단축하도록 한 초음파를 이용한 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 대해 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 내재하고, 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 음파를 이용하여 화재 진압을 하기 때문에 상기와 같은 소화분말을 사용하는 소화기에서 발생하는 단점은 해소할 수 있으나, 음파를 이용하기 때문에 지향성이 낮아 화재 진압의 효율성이 저하되는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적임 음파소화기 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 화재 진압을 위한 소화용 음파와 초음파를 결합하여 소화용 음파의 지향성을 향상시켜 화재 진압의 효율성을 향상하고 화재 진압 시간을 단축하도록 한 초음파를 이용한 음파소화기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 음파소화기의 실시 예는, 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 증폭하여 화재 진압용 음파로 출력하는 증폭기; 상기 증폭기에서 출력되는 화재 진압용 음파를 송출하는 스피커; 상기 화재 진압용 음파 출력과 초음파 발생을 제어하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 따라 초음파를 발생하는 초음파 발생기; 상기 초음파 발생기에서 발생한 초음파를 송신하는 초음파 송신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 초음파 송신기는 상기 스피커에서 송출되는 화재 진압용 음파의 방향을 조절하여 상기 화재 진압용 음파의 지향성을 높이는 것을 특징으로 한다.

상기에서 화재 진압용 음파는 30 ~ 60hz의 주파수인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 화재 진압을 위한 소화용 음파와 초음파를 결합하여 소화용 음파의 지향성을 향상시켜 화재 진압의 효율성을 향상시키고, 화재 진압 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 음파소화기의 실시 예 구성도,
도 2는 도 1에 따른 초음파를 이용한 음파소화기의 개략 구성도.

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

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초음파를 이용한 음파소화기의 구성도로서, 제어부(10), 발진회로(20), 주파수 조절부(30), 증폭기(40), 초음파 발생기(50), 초음파 송신기(70) 및 스피커(80)를 포함한다. 여기서 제어부(10), 발진회로(20), 주파수 조절부(30), 증폭기(40), 초음파 발생기(50), 초음파 송신기(70) 및 스피커(80)는 인클로저에 내장된다. 다만, 초음파 송신기(70) 및 스피커(80)의 일단만 도 2에 도시한 바와 같이, 외부로 음파를 송출할 수 있게 인클로저의 표면에 결합된다.

상기 제어부(10)는 음파 발생을 위한 동작 스위치의 온 조작신호 또는 화재 감지장치에 의해 화재 감지신호가 발생하면, 상기 발진회로(20), 주파수 조절부(30), 증폭기(40), 초음파 발생기(50)의 구동을 제어하여 화재 진압용 음파 및 초음파를 발생하도록 제어하는 역할을 한다.

상기 발진회로(20)는 인클로저에 내장되며 발진을 통해 소화용 주파수를 발생하는 역할을 한다. 이러한 발진회로(20)는 수정발진자를 이용하여 일정한 주파수를 발생하는 것이 바람직하다.

상기 주파수 조절부(30)는 상기 발진회로(42)에서 발생한 주파수를 조절하여 화재 진압용 단일 주파수로 만드는 역할을 하며, 상기 증폭기(40)는 상기 주파수 조절부(30)에서 만들어진 단일 주파수를 소정 레벨로 증폭하는 역할을 한다.

상기 스피커(80)는 상기 증폭기(40)에서 출력되는 화재 진압용 음파를 송출하는 역할을 한다.

또한, 상기 초음파 발생기(50)는 상기 제어부(10)의 제어에 따라 초음파를 발생하는 역할을 하며, 상기 초음파 송신기(70)는 상기 초음파 발생기(50)에서 발생한 초음파를 외부로 송출하는 역할을 한다. 여기서 초음파 송신기(70)의 초음파 송출 방향은 상기 스피커(80)에서 송출되는 화재 진압용 음파의 송출 방향과 동일한 방향을 갖는 것이 바람직하다.

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

먼저, 화재가 발생하여 동작 스위치가 온(on) 상태로 조작되거나 화재 감지장치에 의해 화재 감지 신호가 발생하면, 상기 제어부(10)는 발진회로(20)와 주파수 조절부(30)와 증폭기(40) 및 초음파 발생기(50)를 동작시킨다. 여기서 동작 스위치가 별도로 마련되어 사용자에 의해 수동으로 조작되거나, 화재 감지 장치와 연동하여 화재 감지 신호가 발생하면, 제어부(10)는 화재 발생으로 인식하고, 화재 진압을 위한 음파 발생을 제어한다.

상기 발진회로(20)는 구동을 하면 수정발진자를 이용하여 발진을 통해 특정 주파수를 소화용 주파수로 발생하게 되고, 주파수 조절부(30)는 상기 발진회로(20)에서 발생한 주파수를 조절하여 단일 주파수 형태로 만든다. 주파수 조절부(30)를 통해 단일 주파수 형태를 만드는 방법은 일반 사운드에서 필요로 하는 주파수를 확인하고, 이에 대한 피드백으로 원하고자 하는 주파수 이외의 파형을 정반대로 발생시켜 이를 상쇄하는 마스킹 효과를 활용하는 방법이나, 주파수에 대한 컷오프(cutoff)를 위한 특정주파수 급속감소를 위한 필터 알고리즘 등을 사용하여 구현할 수 있다. 여기서 소화용 음파는 일반 사운드와는 다르게 단일 주파수(예컨대, 30 ~ 60hz)를 이용한다.

주파수 조절부(30)에 의해 단일 주파수 형태로 만들어진 소화용 주파수는 증폭기(40)를 통해 미리 설정된 증폭도에 따라 소정 레벨로 증폭된 후, 스피커(80)를 통해 화재 진압용 음파(저주파수)로 화재 발생 위치로 송출된다.

한편, 초음파 발생기(50)는 상기 제어부(10)의 제어에 따라 초음파를 발생한다. 여기서 초음파는 일반적으로 알려진 바와 같이 20kHz 이상의 주파수를 의미한다. 본 발명에서 활용하는 초음파가 가진 성질은 진동을 활용하는 것으로, 예를 들면 진동 성질이 밀접하게 적용되는 생활 분야는 바로 "세척"으로 음파로 때를 씻어내는 원리는 빨랫감을 문지르거나, 방망이로 때리는 것과 유사하다. 음파가 수만 번 진동을 되풀이하면 세척물 표면에서 물 분자를 밀고 당기는 현상이 반복적으로 일어나는데, 이때 물 분자의 응집력이 파괴되며 수많은 미세한 공동(空洞)이 발생한다. 이것이 진공청소기처럼 세척물 표면에서 때를 빨아들이는 역할을 하게 된다. 마찬가지로 초음파를 화재원에 발사하는 경우 발화점 근처에 수만 번의 음파가 진동을 되풀이하게 되므로 공기분자를 밀고 당기는 형상이 반복적으로 일어나게 되며, 이에 따른 불 분자의 응집력이 파괴되고 미세한 공동이 발생하여 불을 약하게 하는 것이 가능하게 된다. 이를 위해서 입자의 진동방향과 파의 진행방향을 같도록 종파(Longitudinal wave) 형태로 하여, 공기매체에서 진행이 빠르게 가능하도록 한다.

상기 초음파 송신기(70)는 상기 초음파 발생기(50)에서 발생한 초음파를 외부로 송출하는 역할을 한다. 여기서 초음파 송신기(70)의 초음파 송출 방향은 스피커(80)에서 화재 진압용 음파를 송출하는 방향과 동일한 방향으로 초음파를 송출하도록 위치를 설정하는 것이 바람직하다.

통상, 초음파는 지향성 및 방향성이 있으므로, 상기 초음파에 저주파인 음파가 실어져 지향성 및 방향성을 갖고 송출하게 되는 형태이며, 이로써 화재 진압 효율을 향상할 수 있으며, 부가적으로 화재 진압 시간도 단축할 수 있게 된다. 즉, 초음파를 이용하여 저주파수인 음파를 화재 위치로 정확하게 전달할 수 있어, 화재 진압 효율 및 진압 시간 단축을 도모할 수 있게 되는 것이다.

초음파에 실어져 송출되는 음파(저주파)에 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 이용한 것이다.

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: 제어부
20: 발진회로
30: 주파수 조절부
40: 증폭기
50: 초음파 발생기
70: 초음파 송신기
80: 스피커

Claims (5)

1. 음파를 이용하여 화재를 진압하기 위한 소화기로서,
   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 증폭하여 화재 진압용 음파로 출력하는 증폭기;
   상기 인클로저에 내장되며 상기 증폭기에서 출력되는 화재 진압용 음파를 송출하는 스피커;
   상기 화재 진압용 음파 출력과 초음파 발생을 제어하는 제어부;
   상기 인클로저에 내장되며 상기 제어부의 제어에 따라 초음파를 발생하는 초음파 발생기; 및
   상기 인클로저에 내장되며 상기 초음파 발생기에서 발생한 초음파를 송신하는 초음파 송신기를 포함하고,
   상기 초음파 송신기는 상기 스피커에서 송출되는 화재 진압용 음파의 방향을 조절하여 상기 화재 진압용 음파의 지향성을 높이며,
   상기 초음파 송신기의 초음파 송출 방향은 상기 스피커에서 송출되는 화재 진압용 음파의 송출 방향과 동일한 방향이며,
   상기 주파수 조절부는 상기 발진 회로에서 발생한 주파수에서 필요한 대역의 주파수 이외의 파형을 정반대로 발생시켜 주파수를 상쇄하는 마스킹 방법을 이용하여 단일 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 음파소화기.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에서 상기 주파수 조절부는 주파수 컷오프(cutoff)를 위한 특정주파수 급속감소를 위한 필터 알고리즘을 이용하여 단일 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 음파소화기.
   
5. 청구항 1에서, 상기 화재 진압용 음파는 30 ~ 60hz의 주파수인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 음파소화기.
   

Images