KR102082666B1 - 송풍장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 비용이 저렴하며, 복잡하고 시간에 따른 변화가 매우 민감한 특성을 가지는 팬소음 제거에 특화되어, 팬소음을 효율적으로 저감시키는 송풍장치를 제공하는 것을 목적으로 하며,
함체 형상이며 중공 구조로 형성되고, 일면에서 외부와 연통하는 토출구가 관통형성되는 급기부; 방사형으로 복수의 날개가 형성되며, 모터에 의해 상기 복수의 날개가 일체로 회전되도록 형성되어, 상기 급기부 내측으로 공기 및 음파가 유입시키는 급기팬; 및 상기 급기부의 내부에 설치되며, 상기 음파와 반대 파장인 반파를 발생시켜 상기 음파를 상쇄시키는 능동제어기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

송풍장치 {Blast Apparatus}

본 발명은 강제로 공기의 유동을 발생시켜 공기를 압송 또는 수송하는 송풍장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 송풍팬에서 발생하는 소음을 줄이는 소음(消音, silence)수단을 포함하는 송풍장치에 관한 것이다.

본 발명은 송풍팬을 포함하는 송풍장치에 관한 것으로, 압축기, 팬, 블로어 등을 포함한다. 송풍장치는 주로 환기나 냉방 등 공조설비에 이용된다. 송풍장치는 강제 공기 유동을 일으키기 위해 팬(Fan)을 포함한다. 그런데 팬에 형성된 날개(Blade)에 의해 팬 회전 시 날개 전후로 압력차가 발생하게 된다. 이로 인해 고압의 공기와 저압의 공기가 팬 내부 구조에 부딪히면서 상당한 소음이 발생하게 된다. 특히, 실내 공기를 실외로 배기할 때 발생하는 소음은 실외로 배출되어 크게 문제되지 않으나, 실내 공기를 실내로 급기할 때 발생하는 소음은 실내의 쾌적한 환경을 저하하는 요인이 되어제거할 필요가 있다.

한편, 소음을 저감하는 방법 중 하나로서 능동소음제어(ANC, Active Noise Control)를 설명하면 다음과 같다. 도 1은 일반적인 능동소음제어기(1)의 구성 및 작동 원리를 개략적으로 도시한 것이다. 이를 참조하면, 일반적인 능동소음제어기(1)는 덕트 내에서 진행하는 음파(소음)에 상쇄간섭을 일으켜 소음을 제거하는 것을 기본 원리로 한다. 즉, 덕트 내에서 소음원(2)에 의해 음파(W₁)가 진행하면, 마이크(4)로 음파(W₁)를 입력받아, 제어부(5)에서 이와 반대 파형으로 반파(W₂)를 연산하고, 스피커(6)에서 반파(W₂)를 발생시킨다. 여기서 소음원(2) 근처에 설치된 마이크(4a)는 음파(W₁)를 측정하기 위한 것이며, 스피커 후방에 설치된 마이크(4b)는 간섭된 후의 음파를 측정하여 피드백제어를 하기 위한 것이다. 이로써 음파(W₁)와 반파(W₂)가 상쇄되는 방향으로 간섭되며 소음이 제거될 수 있다.

그런데, 이러한 능동소음제어기는 송풍장치에서 발생되는 소음을 줄이고자 할때, 이런 소음은 복잡하고 시간에 따른 변화가 매우 민감한 특성을 가지므로, 이를 저감시키는 데 한계가 있으며, 마이크를 사용하는 점에서 비용이 높다는 단점이 있다. 또한 일반적으로 송풍장치는 천장 내측이나 벽체 등 좁은 공간에 설치되기 위해 부피가 매우 컴팩트하게 제작되어, 일반적인 형태의 능동소음제어기를 설치할 공간이 확보되지 않는다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 팬소음을 저감시킬 수 있는 소음수단을 포함하는 송풍장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

더욱 구체적으로는, 상기 소음수단의 비용이 저렴하며, 복잡하고 시간에 따른 변화가 매우 민감한 특성을 가지는 팬소음 제거에 특화되어, 팬소음을 효율적으로 저감시키는 송풍장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 본 발명 송풍장치는 함체 형상이며 중공 구조로 형성되고, 일면에서 외부와 연통하는 토출구가 관통형성되는 급기부; 방사형으로 복수의 날개가 형성되며, 모터에 의해 상기 복수의 날개가 일체로 회전되도록 형성되어, 상기 급기부 내측으로 공기 및 음파가 유입시키는 급기팬; 및 상기 급기부의 내부에 설치되며, 상기 음파와 반대 파장인 반파를 발생시켜 상기 음파를 상쇄시키는 능동제어기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 능동제어기는, 상기 모터의 제어신호에 의해 상기 반파의 주파수를 결정하고, 상기 모터의 제어신호는, 상기 모터의 회전속도, 소비전력, 전류 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 능동제어기는, 상기 모터의 제어신호를 센싱하는 센싱부; 상기 센싱부의 측정값을 이용하여 상기 반파의 발생 신호를 형성하는 제어부; 및 상기 제어부의 상기 반파 발생 신호에 따라 상기 반파를 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더불어 상기 센싱부는, 상기 모터의 회전속도를 센싱하거나 상기 모터의 회전 제어값을 센싱하며, 상기 제어부는, 상기 음파에 대응하는 파형을 저장하는 파형저장부; 및 상기 파형의 반대 위상을 형성하고, 상기 모터의 회전속도에 따라 주파수를 연산하여, 상기 반파를 형성하는 반파연산부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가 상기 반파연산부는, 상기 급기팬의 회전속도와 상기 급기팬의 상기 날개수를 곱한 값을 상기 반파의 주파수로 연산하며, 상기 급기팬 및 능동제어기 사이의 거리에 따라 상기 반파의 지연시간을 연산하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 모터는 출력 세기를 복수의 단계로 조작 가능하게 마련되며, 상기 파형저장부는, 상기 단계에 따른 상기 음파의 파형을 각각 저장하며, 상기 반파연산부는, 해당하는 상기 단계의 상기 음파의 파형과 위상이 반대인 상기 반파를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 능동제어기는, 상기 음파와 반파의 합성파를 입력받아 상기 반파연산부에 전달하는 피드백입력부; 를 더 포함하고, 상기 반파연산부는 상기 합성파의 파형에 따라 상기 반파 발생 신호를 보정하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명 송풍장치는, 상기 급기부의 내측 벽면에 접하도록 설치되어 상기 급기구멍에서 진행되는 음파의 에너지를 흡수하는 흡음부재를 포함하고, 상기 흡음부재는 연속된 무늬 또는 복수 개의 돌기가 일정 패턴을 형성하도록 배치되어 상기 급기부로부터 돌출형성되는 것을 특징으로 한다.

나아가 상기 급기부의 내측 벽면은 복수 개의 구역으로 나누어지며, 상기 흡음부재는, 상기 복수 개의 구역마다 상기 패턴이 상이하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면 송풍장치에 소음수단을 구비하여 팬소음을 저감시킴으로써, 실내환경을 쾌적하게 개선하는 송풍장치를 제공한다. 나아가 본 발명은 소음수단을 능동제어기 및 흡음부재로 이중으로 구비하여, 팬소음을 효과적으로 제거할 수 있다. 구체적으로는, 팬소음 중 원인주파수에 의한 피크음 및 이를 포함하는 저주파수 영역의 소음은 능동제어기로 저감시키며, 고주파수 영역의 소음은 흡음부재로 저감시킬 수 있어, 소음의 성질에 따라 특화된 소음수단에 의하여 각각 소음을 효율적으로 제거한다.

또한 능동제어기는 입력부에 마이크를 구비하지 않고 모터의 회전속도, 전류, 소비전력 등에 의해 소음의 주파수를 입력받으며, 미리 저장된 파형에 따라 반파를 형성하여 능동소음제어를 하므로, 필요 부품이 적고 제어 로직이 간단하다. 따라서 본 발명은 종래의 능동소음제어기에 비하여 비용 1/5 절감되어 매우 경제적이다.

나아가 흡음부재는 구역에 따라 다른 패턴이 형성되어 전체적으로 복합패턴을 형성하므로, 다양한 공명길이를 가질 수 있다. 따라서 구체적인 소음원의 위치 및 설치 환경에 따라 효율적으로 고주파수 영역대의 소음을 저감할 수 있는 효과가 있다.

아래 표는 종래 ANC와 비교되는 본 발명의 효과를 간략히 기재한 것이다.

종래 능동소음제어기	본 발명 송풍장치의 소음수단
마이크를 이용하여 소음 입력 →마이크에 소요되는 비용 증대	마이크를 이용하지 않고, 모터의 제어신호에 의해 소음 파악 →비용 절감, 경제적
실시간 입력, 제어 및 출력 사이클을 반복하여 소음 제거 →제어로직 복잡	실시간으로 소음을 입력받지 않으며, 모터의 출력세기 조작과 동시에 소음 제거 →제어로직 간단
소음 분해능에 한계 →고주파수 영역 소음 제거 불가	다양한 공명길이를 가지는 흡음부재 포함 → 고주파수 영역 소음 제거 가능

도 1은 일반적인 능동소음제어기의 구성 및 작동원리를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명 송풍장치의 정면도,
도 3은 도 2에서 급기팬의 측면도,
도 4는 급기팬에서 발생하는 소음의 크기를 주파수별로 나타내는 그래프 도면,
도 5는 도 2에서 급기부의 내측을 나타내는 종단면도,
도 6은 도 5에서 능동소음제어기의 개략도,
도 7은 도 5에서 흡음부재의 사시도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명 송풍장치의 정면도, 도 3은 도 2에서 급기팬의 측면도, 도 4는 급기팬에서 발생하는 소음의 크기를 주파수별로 나타내는 그래프 도면, 도 5는 도 2에서 급기부의 내측을 나타내는 종단면도, 도 6은 도 5에서 능동소음제어기의 개략도, 도 7은 도 5에서 흡음부재의 사시도이다.

본 발명은 송풍팬에 연결되는 급기 공간을 가지는 송풍장치를 대상으로 한다. 다만 구체적인 설명을 위하여 이하에서는 송풍장치의 하나로써 전열교환기를 예로 들어 설명한다. 후술하는 전열교환기는 급기팬(126) 및 중공(130a)의 급기부(130)를 포함한다.

이들 도면을 참조하면, 실내로 공기가 토출되는 부분에 소음(消音, silence)수단이 구비된 전열교환기(10)를 도시하고 있으며, 이하에서는 전열교환기(10)의 구성과 소음수단을 순차로 설명한다.

먼저 도 2를 참조하여 전열교환기(10)의 구성을 설명한다. 본 발명 전열교환기(10)는 함체 형상의 바디(100)를 포함한다. 바디(100)는 필요한 부품을 수용하는 하우징이면서, 유로의 역할을 한다. 바디(100)의 전면은 실내 공간을 향하며, 바디(100)의 후면은 실외와 연통할 수 있도록 벽면에 접하여 설치된다.

바디(100)는 실내 공기가 유입되는 환기부(110), 실내 공기와 실외 공기의 열이 교환되는 열교환부(120), 실외 공기가 실내로 토출되는 급기부(130)를 포함한다. 환기부(110), 열교환부(120), 급기부(130)는 바디(100)의 길이방향을 따라 순차로 배치되며, 가로 방향으로 바디(100)가 형성될 수 있으나, 세로 방향으로 형성되는 것이 설치 면적이 좁다는 점에서 더욱 유리하다. 더욱 바람직하게는 실외 공기의 바람직한 급기를 위하여 환기부(110), 열교환부(120), 급기부(130)가 하측부터 순차로 배치될 수 있다. 나아가, 열교환부(120)는 환기룸(121), 배기룸(122), 외기룸(123), 급기룸(124)으로 나누어지는데, 환기부(110)는 환기룸(121)과 일체로 형성될 수 있고, 급기부(130)는 급기룸(124)과 일체로 형성될 수 있다.

이어서 환기부(110), 열교환부(120), 급기부(130)를 순서대로 설명하면 다음과 같다.

환기부(110)는 바디(100)의 하부에 배치되며, 전면 및 측면에는 거름망(111)이 설치되어 실내의 이물질이 전열교환기(10) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한 저면에는 받침대(114)가 복수 개 설치될 수 있다. 환기부(110)는 열교환부(120)의 외기룸(123) 및 환기룸(121)과 접한다. 환기부(110)와 환기룸(121) 사이는 개방(112)되어 실내 공기가 환기부(110)를 통과하여 환기룸(121)으로 유입될 수 있으며, 환기부(110)와 외기룸(123) 사이는 폐쇄(113)되어 실내 공기와 실외 공기가 혼합되는 것을 방지한다.

열교환부(120)는 환기룸(121), 배기룸(122), 외기룸(123), 급기룸(124)으로 나누어진다. 이 때, 환기룸(121)과 배기룸(122)은 서로 대각 위치에 배치되고, 외기룸(123)과 급기룸(124)도 서로 대각 위치에 배치된다. 나아가 환기룸(121)과 배기룸(122) 사이 및 외기룸(123)과 급기룸(124) 사이에, 즉 열교환부(120)의 중앙부에 전열교환소자(400)가 설치된다.

환기룸(121), 배기룸(122), 외기룸(123), 급기룸(124) 및 전열교환소자(400)의 배치는 복수의 격벽(127)에 의해 구획된다. 각 룸은 룸격벽(127a,b,c,d)에 의해 분리되며, 각 룸격벽(127a,b,c,d)의 단부에는 전열교환소자(400)를 고정하고 슬라이딩 이동시키기 위한 소자레일(127e)이 구비된다. 룸격벽(127a,b,c,d) 및 소자레일(127e)은 바디(100)의 전면 및 후면을 연결하도록 바디(100) 내부를 가로질러 형성된다. 룸격벽(127a)은 평평한 패널 형상이며, 소자레일(127e)은 다각 기둥 형상의 전열교환소자(400) 측면 모서리부를 일부 감싸는 형태로 형성되어 전열교환소자(400)의 위치 고정은 물론, 삽입 및 인출 시 이동 방향을 가이드하는 역할을 한다.

도면에 도시된 바와 같이 전열교환소자(400)는 육각 기둥 형상으로 형성되며 육각형인 밑면의 서로 마주보는 두 꼭지점이 각각 최상단 및 최하단에 위치하도록 배치된다. 룸격벽(127a,b,c,d)들은 전열교환소자(400)의 꼭지점들을 기준으로 배치된다.

먼저 외기룸(123)과 환기룸(121)을 구획하는 룸격벽(127a)은 전열교환소자(400)의 최하단에 위치한 꼭지점으로부터 하방으로 연장된 형상으로 설치되어, 열교환부(120)의 하부를 수직으로 구획한다. 또한 환기룸(121)과 급기룸(124)을 구획하는 룸격벽(127b)은 전열교환소자(400)의 상측부에 위치하는 꼭지점으로부터 측방으로 연장된 형상으로 설치되어, 열교환부(120)의 일측부를 수평으로 구획한다. 또한 급기룸(124)과 배기룸(122)을 구획하는 룸격벽(127c)은 전열교환소자(400)의 최상단에 위치한 꼭지점으로부터 상방으로 연장된 형상으로 설치되어, 열교환부(120)의 상부를 수직으로 구획한다. 마지막으로 배기룸(122)과 외기룸(123)을 구획하는 룸격벽(127d)은 전열교환소자(400)의 하측부에 위치하는 꼭지점으로부터 측방으로 연장된 형상으로 설치되어, 열교환부(120)의 타측부를 수평으로 구획한다. 따라서 복수의 소자레일(127e) 사이에 전열교환소자(400)가 삽입되는 경우, 각 룸은 공간적으로 분리되고 전열교환소자(400)와 함께 유로를 형성하게 된다.

먼저, 환기룸(121)은 상술한 바와 같이 환기부(110)와 연통하도록 마련된다. 환기룸(121) 내에는 전열교환기(10)에 전기를 공급하기 위한 전원공급부(128)가 설치될 수 있다. 전원공급부(128)는 파워 코드와 전열교환기(10) 내에 설치될 수 있는 각종 팬, 댐퍼, 열선의 전원선을 포함하며, 나아가 파워 코드 및 전원선을 정리하기 위한 브라켓 등을 포함할 수도 있다.

또한 배기룸(122)은 바디(100) 후면에 관통형성된 배기구멍(122a)에 의해 실외와 연통된다. 배기룸(122) 내부에는 실내 공기가 배기될 수 있는 공기 흐름을 강제로 형성하기 위하여 환기팬(125)이 설치될 수 있으며, 배기구멍(122a)의 개폐를 위한 댐퍼와 모터를 더 포함할 수 있다.

또한 외기룸(123)은 바디(100) 후면에 관통형성된 외기구멍(123a)에 의해 실외와 연통된다. 외기룸(123) 내부에는 실외 공기에 포함된 이물질을 필터링 하기위한 외기필터(129)가 설치되는 것이 바람직하다. 외기필터(129)는 전열교환소자(400)와 마찬가지로 바디(100)의 전면에서 인출 가능하도록 레일(미도시)에 의해 삽입 및 고정될 수 있다. 또한 외기필터(129)는 1차 필터로서 전처리를 위한 프리필터, 미세한 분진을 처리하는 미디엄 필터 등을 포함하여 다중으로 형성됨이 바람직하다.

또한 급기룸(124)은, 상면을 관통하여 형성되는 급기구멍(124a)에 의해 급기부(130)와 연통된다. 급기룸(124) 내부에는 실외 공기가 실내로 유입될 수 있는 공기 흐름을 강제로 형성하기 위하여 급기팬(126)이 설치될 수 있으며, 급기구멍(124a)의 개폐를 위한 댐퍼와 모터를 더 포함할 수 있다.

이어서 급기부(130)를 설명한다. 급기부(130)는 열교환부(120)의 상측에 배치되는 중공(130a)의 함체 구조이며, 급기부(130)의 전면(131)에는 실외 공기가 실내로 공급될 수 있도록 토출구(132)가 관통형성된다. 토출구(132)는 복수 개 형성될 수 있으며, 전면(131)의 중앙부에 형성됨이 바람직하다. 나아가, 급기부(130)의 전면(131)은 중앙에 형성된 면(131a)이 양 측부에 형성된 면보다 돌출되도록 양 측부에 경사면(131b)이 형성되어 있다. 경사면(131b)은 공기가 토출구를 향하여 모일 수 있는 구조를 제공한다. 더불어 급기부(130)의 내부에는 토출구(132)를 통하여 실내로 전달되는 소음을 저감하기 위한 소음수단이 설치된다. 소음수단에 대하여는 하술한다. 본 발명은 급기부(130)를 포함함으로써, 소음수단의 설치 공간 및 소음이 제거될 수 있는 충분한 공간을 확보할 수 있다.

본 발명을 이용 하여 환기를 하는 경우의 실내 공기 및 실외 공기의 경로를 설명하면 다음과 같다. 이때 도 2에서 각 경로는 실내 부분은 실선으로 표시하고 실외 부분은 점선으로 표시하였다.

실외 공기는 A-A' 경로를 통해 실내에 공급된다. A-A' 경로를 보면, 실외 공기는 외기구멍(123a)을 통해 외기룸(123)에 유입되며, 전열교환소자(400), 급기룸(124), 급기구멍(124a), 급기부(130), 토출구(132)를 순차로 통과하여 실내에 공급된다.

실내 공기는 B-B' 경로를 통해 실외로 배출된다. B-B' 경로를 보면, 실내 공기는 거름망(111)을 통과하여 환기부(110) 내측에 유입되며, 환기룸(121), 전열교환소자(400), 배기룸(122), 배기구멍(122a)을 통해 실외로 배출된다.

이하에서는 급기부(130) 내에 설치되는 소음수단에 대하여 설명한다. 소음수단은 능동제어기(500) 및 흡음부재(600)를 포함한다. 능동제어기(500)는 모터의 제어신호에 의해 팬소음을 구성하는 파형과 반대되는 파형의 반파를 발생시켜 상쇄간섭에 의해 소음을 제거하며, 흡음부재(600)는 헬름홀츠 공명기와 같이 파동을 가둘 수 있는 구조를 제공함으로써 소음을 제거한다. 또한 흡음부재(600)는 소리에너지를 흡수하여 열에너지 등으로 바뀌도록 함으로써 소음을 제거한다.

도 3(a)를 참조하면, 본 발명의 급기팬(126)은 구동을 위한 모터를 포함한다. 급기팬(126)의 중앙은 모터축(126a)이 되며, 모터축(126a)을 기준으로 방사형으로 복수개의 날개(126b)가 배치된다. 모터를 구동하면 공기는 급기팬(126)의 중앙부로 흡입되어 출구(126c)를 통해 배출되어 급기부(130)로 유입된다.

도 3(b)는 팬소음이 팬의 어느 부분에서 발생하는지를 시각적으로 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 급기팬(126)을 구동시키면 날개(126b)의 회전방향을 기준으로 날개(126b)의 전면에는 기압이 높게 형성되며, 날개(126b)의 후면에는 기압이 낮게 형성된다. 따라서 공기의 밀도차가 발생하여, 밀도가 다른 공기가 출구(126c)로 배출되면서 출구(126c)와 인접한 급기팬(126) 내벽에 부딪히면서 팬소음이 발생하게 된다.

도 4는 이러한 팬소음을 구성하는 소음을 주파수별로 음압레벨(SPL, Sound Pressure Level)을 측정하여 도시한 그래프이다. 음압레벨은 사람의 귀로 들을 수 있는 음의 크기를 주파수에 대한 가중치 필터를 적용하여 상대적단위(dBA)로 나타내었다. 특히 음파의 에너지는 지수함수에 따르므로, 지수값으로 변환된 그래프를 보면, 주파수 F₁에서 첫번 째 피크음(Peak1)이 발생하고, 주파수 F₂에서 두번 째 피크음(Peak2)이 발생하는 것을 알 수 있다.

여기서 첫번 째 피크음(Peak1)이 팬소음의 주된 크기 및 음을 결정하게 된다. 상술한 바와 같이 팬소음은 급기팬(126)의 날개(126b) 전후에 형성되는 기압차에 의하여 형성되므로, F₁은 급기팬(126)의 날개(126b) 수와 급기팬(126)의 회전속도와 관련된 원인주파수가 된다. 또한 F₂는 원인주파수 F₁의 두 배가 되는 주파수이며, 첫번 째 피크음(Peak1)보다 작은 세기를 갖는다. 그래프 상에는 도시되지 않았으나 원인주파수 F₁의 배수가 되는 주파수마다 피크음이 점차 작아지는 형태로 형성된다. 두번 째 이후의 피크음은 첫번 째 피크음(Peak1)의 공명주파수이므로, 첫번 째 피크음(Peak1)을 제거하면 두번 째 이후의 피크음은 자연스럽게 소멸될 수 있다.

한편 피크음을 형성하는 주파수 외에도 피크음보다는 적은 에너지를 갖으며 넓은 주파수 대역폭을 갖는 소음이 있는데, 이는 배기팬 내의 난류로 인한 터뷸런트 소음 등으로 설명될 수 있다. 여기서 터뷸런트 소음은 주파수가 큰 특징을 갖는다.

본 발명은 주로 능동제어기(500)로 원인주파수의 피크음 및 저주파수 영역의 소음을 소거하며, 흡음부재(600)로 고주파수 영역의 소음을 소거한다. 능동제어기(500)의 경우 파장이 큰 저주파수 영역대의 소음을 저감시키는 데에는 탁월하나, 고주파수를 처리하기 위한 분해능에 한계가 있기 때문이다. 또한 흡음부재(600)의 경우 저주파수 영역대의 소음은 공명길이가 길어 파장을 가두기 위해 넓은 공간이 필요하여 저주파수 영역대의 소음을 저감시키는 데에는 한계가 있으나, 주파수가 높아질수록 공명길이는 짧아지므로 고주파수 영역대의 소음을 저감시키는데에 유리하다. 본 발명은 능동제어기(500) 및 흡음부재(600)를 이중으로 구비함으로써 넓은 주파수대에서 소음을 효과적으로 제거할 수 있다.

도 5를 참조하면, 급기팬(126)의 출구(126c)가 연결되는 급기구멍(124a, P₁)에서 소음이 크게 발생하며 음파(W₁)가 진행된다. 능동제어기(500)는 음파(W₁)와 합성되어 상쇄간섭을 일으킬 수 있는 반파(W₂)를 발생시킨다. 따라서 음파(W₁)와 반파(W₂)가 합성되며 토출구(132, P₂)에서는 감쇄된 합성파(W')가 진행되어 소음이 저감될 수 있다.

능동제어기(500)는 전열교환기(10)의 내측 어디에도 설치될 수 있으나, 반파의 바람직한 진행방향을 제공하기 위하여 급기부(130)의 후면(133)에 설치될 수 있다. 더욱 바람직하게는 능동제어기(500)는 복수로 구비되는 토출구(132)들과 거리가 동일한 지점에 설치될 수 있다.

도 6을 참조하여 능동제어기(500)를 설명하면, 능동제어기(500)는 센싱부(510), 제어부(520), 출력부(530)를 포함한다. 능동제어기(500)는 급기팬(126)의 회전수와 관련된 모터의 제어신호를 이용하여 반파를 생성한다.

센싱부(510)는, 급기팬(126)을 구동하는 모터의 제어신호를 센싱한다. 여기서 모터의 제어신호는, 모터의 회전속도, 소비전력, 전류 중 어느 하나일 수 있다.

센싱부(510)는 모터의 회전속도 제어 신호 및 모터의 회전속도를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 송풍장치에 일반적으로 사용되는 BLDC모터(Bruchless DC motor)의 경우, 정밀하게 측정된 회전자의 위치에 맞추어 드라이버에서 정확하게 계산된 전류가 흐르게 된다. 따라서 BLDC모터는 정밀하게 출력제어가 가능한 특징이 있으므로, 센싱부(510)는 BLDC모터의 회전속도를 제어하는 제어 신호를 센싱할 수도 있고, 브러시드(Brushed)DC모터와 마찬가지로 홀센서 등을 이용하여 회전각을 검출함으로써 회전속도를 센싱할 수 있다.

또한 센싱부(510)는 모터의 소비전력, 전류를 센싱할 수 있다. 상술한 바와 같이, 급기팬(126)의 날개(126b) 전후에 형성되는 기압차에 의해 소음이 발생하며, 소음 발생은 모터의 부하요인으로 작용한다. 따라서 모터의 소비전력과 전류는 팬소음의 주파수와 동일한 주파수로 변하게 되므로, 센싱부(510)에서 검출되는 모터의 소비전력이나 전류 값을 이용할 수 있다.

제어부(520)는 센싱부(510)의 센싱된 값을 이용하여 소음의 음파와 반대되는 반파의 발생 신호를 형성한다. 제어부(520)는 파형저장부(521), 입력부(522), 반파연산부(523)를 포함할 수 있다. 반파의 구성 요소는, 주기함수의 형태와 관련된 파형, 주파수, 지연시간이 포함된다. 여기서, 파형저장부(521)를 통하여 파형에 대한 정보를 이용할 수 있으며, 입력부(522)에서 센싱부(510)에서 센싱된 값을 전달받아 주파수 정보를 얻을 수 있으며, 반파연산부(523)에서 지연시간을 포함한 반파의 주기함수를 연산할 수 있다.

먼저 파형저장부(521)는 급기팬(126)에서 발생하는 소음의 파형을 저장한다. 특히 소음 중 첫번 째 피크음을 형성하는 주파수 대역의 소음 파형을 저장한다. 제품이 되는 송풍장치는, 송풍장치마다 급기팬(126)의 형상이 동일하여 피크음이 거의 동일하게 발생한다. 따라서 하나의 급기팬(126)으로부터 소음을 측정하고 분석함으로써 첫번 째 피크음을 구성하는 주기함수의 파형을 얻으면, 이를 동일한 급기팬(126)이 설치된 다른 장치에도 동일하게 적용할수 있다. 그러므로 본 발명은 종래의 능동소음제어기와 같이 마이크를 이용하여 실시간으로 소음을 입력받을 필요가 없어 경제적인 장점이 있다.

나아가 송풍장치는 복수의 단계로 모터의 출력 세기를 조작할 수 있도록 마련될 수 있다. 이 경우 파형저장부(521)는, 상기 단계에 따른 소음의 파형을 각각 저장할 수 있다.

입력부(522)는 센싱부(510)로부터 센싱된 값을 수신한다. 이 때 센싱된 값을 반파연산부(523)에서 이용할 수 있는 형태로 변환할 수 있다.

반파연산부(523)는 반파의 파형, 주파수 및 지연시간을 연산하여 반파를 생성한다. 먼저 반파의 파형은 파형저장부(521)에 저장된 기본적인 파형의 반대위상을 갖는 파형이 된다.

반파의 주파수는 급기팬(126)의 회전속도와 급기팬(126)의 날개(126b) 수를 곱한 값으로 결정될 수 있다. 반파의 주파수는 소음의 주파수와 동일하기 때문이다. 여기서 급기팬(126)의 날개(126b) 수는 정하여져 있지만, 급기팬(126)의 회전속도는 변할 수 있다. 예를 들어 회전속도는 송풍장치의 정풍량 제어시 정압에 따라 변할 수 있으며, 모터를 정속제어 하는 경우에도 모터의 품질에 따라 회전속도가 일정 범위 내에서 변동될 수 있다. 따라서 반파연산부(523)는 모터의 회전속도를 이용하여 반파의 주파수를 정확하게 연산하여 반파를 형성할 수 있다.

또한 반파는 음파의 반대 파장이지만, 상쇄간섭을 일으키기 위해 지연시간은 능동제어기의 위치에 따라 달라져야 한다. 급기팬(126)과 능동제어기의 설치 위치 사이의 거리를 x라고 하는 경우, 지연시간(t1)은 모터의 회전속도에 의하여 결정되게 된다. 상세히 설명하면 다음과 같다.

급기팬(126)의 출구(126c)에서 소음의 음파(W₁)를 시간에 따른 주기함수 f(t)라고 하고, 능동제어기가 설치된 위치에서 소음의 음파를 f(t-t1)이라고 하면, 능동제어기에서 발생시켜야 하는 반파(W₂)는 -f(t-t1)가 된다.

한편 파동의 기본적인 성질에 의하여, 매질이 일정한 경우 파동의 속도는 주파수(F)와 파장(P)의 곱으로 일정하다. 본 발명의 경우 파동의 속도는 음속(Vs)으로 일정하다. 또한 주파수(F)와 주기(T)는 역수관계에 있으며, 지연시간(T1)은 주기함수 특성에 따라 0≤T1<T의 범위로 한정할 수 있다. 이를 이용하여 지연시간(T1)을 구하면 다음과 같다.

(Vm : 모터 회전속도, B : 날개 수)

여기서 x, Vs는 정해진 값이고, n은 T1의 범위에 의해 정할 수 있으므로, 지연시간(T1)의 값은 급기팬(126)과 능동제어기의 설치 위치 사이의 거리(x)가 정해지면 모터의 회전속도(Vm)만으로 결정될 수 있다.

상술한 바에 의하여 반파연산부(523)는 반파(W₂)의 파형, 주파수, 지연시간을 연산하여 반파 발생 신호를 출력부에 전달한다.

한편, 모터가 정밀하게 제어되는 경우, 주파수를 계산하지 않고 모터의 출력세기를 조절하는 단계에 따라 저장된 파형의 반대위상 파형을 반파(W₂)의 파형으로 생성할 수도 있다. 이 경우 지연시간까지도 모터의 출력 세기 단계마다 실험으로 미리 측정하여 파형저장부(521)에 저장하고, 이를 그대로 출력하는 것도 가능하다.

출력부(530)는 제어부(520)의 반파 발생 신호에 따라 반파(W₂)를 출력한다. 출력부(530)는 스피커를 포함할 수 있으며, 상술한 능동제어기의 방향은, 더욱 정확하게는 출력부(530)가 향하는 방향이 된다.

이상 모터의 제어신호를 이용하여 능동제어기가 오픈루프(openloop)제어하는 방법을 설명하였으며, 피드백입력부를 선택적으로 더 포함하여 클로즈루프(closeloop)제어를 할 수 있다.

피드백입력부(540)는 마이크를 포함하여 음파(W₁)와 반파(W₂)의 합성파를 수신한다. 피드백입력부(540)는 도 5를 기준으로 급기부(130)의 전면 중앙, 즉 토출구(132) 사이에 설치됨이 바람직하다. 피드백입력부(540)에 의해 입력되는 합성파를 반파연산부(523)에서 수신하여, 반파 파형을 피드백보정하여 산출할 수 있다. 이 경우, 종래 두 개의 마이크(소음 측정 및 합성음 측정)를 이용하였던 것과 비교할 때, 본 발명은 하나의 마이크를 이용하여 피드백제어가 가능하므로, 훨씬 경제적이다.

이하에서는 도 5 및 도 7을 이용하여 흡음부재(600)에 대하여 설명한다. 흡음부재(600)는 급기부(130)의 내측 벽면에 설치되어 급기구멍(124a)에서 진행되는 음파의 에너지를 흡수한다. 흡음부재(600)는 파장을 가둘 수 있는 구조를 제공하기만 하면 djEJ한 소재로 형성되어도 무방하나, 탄성변형 가능한 고무재질이나 다공성 합성수지 등으로 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명 흡음부재(600)는 연속된 무늬 또는 복수 개의 돌기가 일정 패턴을 형성하도록 배치되어 급기부(130)의 내벽으로부터 돌출되는 방향으로 배치된다. 나아가 급기부(130)의 내측 벽면은 복수 개의 구역(S₁ 내지 S₁₁)으로 나누어지며, 흡음부재(600)의 패턴은 흡음부재(600)가 설치되는 위치에 따라 다르게 형성될 수 있다. 도면에 도시된 복수의 구역은 예시로 구획한 것이며, 급기부(130)의 내부 형상, 급기구멍(124a)의 형상 및 위치, 토출구(132)의 형상 및 위치, 팬소음의 주파수 구성 등에 따라 다르게 형성될 수 있음은 물론이다.

도 8에는 구역 S₉ 내지 S₁₁에서 흡음부재(600)의 패턴을 예시로 도시한 것이다. 각 패턴 또한 급기부(130)의 내부 형상, 급기구멍(124a)의 형상 및 위치, 토출구(132)의 형상 및 위치, 팬소음의 주파수 구성 등에 따라 다르게 형성될 수 있으며, 인접한 구역의 경계에서 패턴이 자연스럽게 변하도록 형성되는 것도 가능하다.

즉, 본 발명은 흡음부재(600)의 패턴을 구역에 따라 다르게 형성하는 것을 특징으로 하며, 이는 일반적으로 유리섬유를 동일한 두께로 배치하거나, 방음패드를 계란판 형상으로 단순패턴으로 형성하여 배치하는 종래기술과 비교된다. 본 발명은 종래기술과 달리 소음원의 구체적인 위치를 고려한 흡음이 가능하여, 소음 효율을 높일 수 있다는 장점이 있다.

본 명세서에서는 각 실시예를 나누어 설명하였으나, 각 실시예를 조합하여 도출될 수 있는 실시예 역시 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 전열교환기 100 : 바디
110 : 환기부 111 : 거름망
114 : 받침대 120 : 열교환부
121 : 환기룸 122 : 배기룸
122a : 배기구멍 123 : 외기룸
123a : 외기구멍 124 : 급기룸
124a : 급기구멍 125 : 환기팬
126 : 급기팬 126a: 모터축
126b : 날개 126c : 출구
127 : 격벽 127a,b,c,d : 룸격벽
127e : 소자레일 128 : 전원공급부
129 : 외기필터 130 : 급기부
131 : 전면 131b : 경사면
132 : 토출구 400 : 전열교환소자
500 : 능동제어기 510 : 센싱부
520 : 제어부 521 : 파형저장부
522 : 입력부 523 : 반파연산부
530 : 출력부 540 : 피드백입력부
600 : 흡음부재

Claims (9)

1. 함체 형상이며 중공 구조로 형성되고, 일면에서 외부와 연통하는 토출구가 관통형성되고, 상기 일면과 마주보지 않는 타면에 급기구멍이 관통형성되는 급기부;
   상기 급기부의 외측에 설치되며, 방사형으로 복수의 날개가 형성되며, 모터에 의해 상기 복수의 날개가 일체로 회전되도록 형성되어, 상기 급기구멍을 통해 상기 급기부 내측으로 공기 및 음파를 유입시키는 급기팬;
   상기 급기부의 내부의 상기 토출구가 형성된 면과 마주보는 면 상에 설치되며, 상기 토출구를 향하는 방향으로 배치되어, 상기 음파와 반대 파장인 반파를 발생시켜 상기 음파를 상쇄시키는 능동제어기; 및
   상기 급기부의 내측 벽면에 접하도록 설치되어 상기 급기구멍에서 진행되는 음파의 에너지를 흡수하는 흡음부재;
   를 포함하고,
   상기 능동제어기는,
   상기 모터의 회전속도, 소비전력, 전류 중 어느 하나 이상의 회전 제어값을 센싱하는 센싱부;
   상기 센싱부의 측정값을 이용하여 상기 반파를 발생시키기 위한 반파 발생 신호를 형성하는 제어부; 및
   상기 제어부의 상기 반파 발생 신호에 따라 상기 반파를 출력하는 출력부;
   를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 급기팬에서 발생되는 음파의 파형이 미리 저장되어 있는 파형저장부; 및
   미리 저장된 상기 파형의 반대 위상이며, 상기 모터의 회전속도에 따라 연산된 주파수를 가지는 상기 반파를 형성하고, 상기 급기팬 및 능동제어기 사이의 거리에 따라 상기 반파의 지연시간을 연산하는 반파연산부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 송풍장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 반파연산부는, 상기 급기팬의 회전속도와 상기 급기팬의 상기 복수의 날개의 수를 곱하여 상기 반파의 주파수를 연산하는 것을 특징으로 하는 송풍장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 모터는 출력 세기를 복수의 단계로 조작 가능하게 마련되며,
   상기 파형저장부는, 상기 단계에 따른 상기 음파의 파형을 각각 저장하며,
   상기 반파연산부는, 해당하는 상기 단계의 상기 음파의 파형과 위상이 반대인 상기 반파를 형성하는 것을 특징으로 하는 송풍장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 능동제어기는,
   상기 음파와 반파의 합성파를 입력받아 상기 반파연산부에 전달하는 피드백입력부;
   를 더 포함하고,
   상기 반파연산부는 상기 합성파의 파형에 따라 상기 반파 발생 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 송풍 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 흡음부재는 연속된 무늬 또는 복수 개의 돌기가 일정 패턴을 형성하도록 배치되어 상기 급기부로부터 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 송풍장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 급기부의 내측 벽면은 복수 개의 구역으로 나누어지며,
   상기 흡음부재는, 상기 복수 개의 구역마다 상기 패턴이 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 송풍장치.
   

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