공기청정기의 소음 저감 기술 개발

Abstract

본 논문에서는 공기청정기의 소음 저감에 대한 연구를 진행하였다. 공기청정기의 소음 발생 메커니즘 규명을 위해 공기청정기가 작동할 때 발생하는 소음신호를 측정하여 주파수 특성을 확인하였다. 주파수 특성 확인 결과 공기청정기의 소음은 팬의 날개 가진에 의해 발생하는 것을 확인하였으며 공기청정기의 소음을 팬의 통풍에 의해 발생하는 공기 기인 소음과 팬의 통풍이 공기청정기의 구조를 가진 시키면서 발생하는 구조 기인 소음으로 분류하여 각각에 대한 소음 저감 방안을 도출하였다. 공기 기인 소음을 저감하기 위해 소음을 최소화하는 설계 방안을 적용하면 공기청정기의 유량이 감소하는 결과가 도출될 수 있다. 유량에 대한 손실 없이 소음을 저감하기 위해 회전속도에 대한 소음의 변화량이 유량의 변화량보다 더 큰 관계를 이용하여 공기청정기의 유량을 최대화하는 설계 방안을 도출하고 회전속도를 낮추는 방법으로 공기청정기의 공기 기인 소음을 저감하였다. 유량 최대화 설계 방안을 도출하기 위해 공기청정기에 대한 설계 파라미터를 변경하면서 유동 해석을 통해 개선 모델을 도출하였다. 기존 모델과 같은 유량을 갖는 개선 모델의 회전속도를 찾아서 두 모델의 유량이 같을 때 소음을 비교한 결과 개선 모델의 소음이 저감된 것을 유동 해석을 통해 확인하였다. 개선 모델을 참고하여 시제품을 제작하고 실험을 통해 소음과 유량을 측정한 결과 유량이 같을 때 시제품의 소음이 기존 제품보다 더 작은 것을 확인하였고 최종적으로 공기 기인 소음이 저감된 공기청정기를 도출하였다. 구조 기인 소음을 저감하기 위해 공기청정기의 소음신호와 진동신호를 측정한 뒤 워터폴 플롯을 획득하여 소음신호와 유사한 진동신호가 발생하는 위치를 확인하였다. 확인 결과 팬과 인접한 스크롤에서 소음신호와 유사한 진동신호가 발생하는 것을 확인하였다. 공기청정기의 구조 가진에 의한 소음을 저감하기 위해 고무 패드를 사용하여 팬과 인접한 스크롤에 강성, 감쇠를 보완하였으며 실험을 통해 진동신호의 크기가 감소한 것을 확인하였다. 진동신호의 크기가 감소되었을 때 소음 크기 또한 감소하는 것을 실험을 통해 확인하였으며 최종적으로 구조 기인 소음이 저감된 공기청정기를 도출하였다. 해석과 실험을 통해 검증한 소음 저감 방안을 공기청정기에 현실적으로 적용 가능한 범위 내에서 반영하였으며 개선된 공기청정기의 소음 저감 평가와 분석을 통해 공기청정기의 소음을 저감할 수 있는 기술을 개발하였다.