KR102627639B1 - 차량용 공조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 공조소음을 저감시키는 소음저감장치를 구비하되, 한정된 설치조건에 부합하면서 최적의 "공조 소음 저감 음파"를 출력할 수 있는 스피커와 인클로저의 최적 설계 데이터를 획득하고, 이를 소음저감장치의 스피커와 인클로저에 적용함으로써, 크기와 제원이 제한되는 한정적인 조건에도 불구하고, 최적의 "공조 소음 저감 음파"를 출력할 수 있는 소음저감장치를 갖도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 공조 소음을 저감시킬 수 있는 소음저감장치를 구비하며, 소음저감장치는 공조케이스의 내부유로에 소음저감음파를 출력하여 공조 소음을 저감시키는 스피커와, 스피커의 후방부분에 밀폐구조의 스피커 챔버가 형성될 수 있도록, 스피커의 후방부분을 주변부분과 차단하는 인클로저(Enclosure)를 포함하는 차량용 공조장치에 있어서, 스피커와 인클로저는, 공조케이스의 내부유로에 출력되는 스피커의 최저 출력 주파수가, 공조장치에서 이상음이 발생되기 시작하는 기준값 이하가 되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 공조장치{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR AUTOMOTIVE VEHICLES}
본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 공조소음을 저감시키는 소음저감장치를 구비하되, 한정된 설치조건에 부합하면서 최적의 "공조 소음 저감 음파"를 출력할 수 있는 스피커와 인클로저의 최적 설계 데이터를 획득하고, 이를 소음저감장치의 스피커와 인클로저에 적용함으로써, 크기와 제원이 제한되는 한정적인 조건에도 불구하고, 최적의 "공조 소음 저감 음파"를 출력할 수 있는 소음저감장치를 갖춘 차량용 공조장치에 관한 것이다.
차량의 승차감을 저하시키는 가장 큰 원인으로서, 소음을 들 수 있다. 차량의 소음은 다양한 종류가 있는데, 그 중에서도 공조장치의 이상음이 있다.
공조장치의 이상음(이하, "공조 소음"이라 약칭함)은, 에어컨 압축기에서 발생되는 진동과 소음, 고압 냉매 배관에서 발생되는 진동과 소음, 공조케이스의 블로어에서 발생되는 진동과 소음이 있다.
이러한 공조 소음은, 차실내로 전달될 시에 차량의 승차감을 현저하게 저하시킨다. 특히, 차실내로 유입된 공조 소음은, 차량의 승차감을 저하시킴은 물론 운전자에게 피로감을 주어 안전운전에 많은 지장을 준다.
따라서, 공조 소음은, 승차감의 향상과 운전자의 안전운전을 위해 반드시 저감시킬 필요가 있다.
공조 소음을 저감시키는 방법으로서, 공조 소음과 반대되는 역위상의 음파를 출력하여, 공조 소음을 상쇄시키는 ANC(Active Noise Control) 소음저감장치(이하, "소음저감장치"라 칭함)가 있다.
이 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 공조케이스(1)의 내부유로(1a)에 마이크(3)와 스피커(5)를 설치한 것으로, 마이크(3)를 통해 공조 소음을 획득한 다음, 획득한 공조 소음과 반대되는 역위상의 소음저감음파를 스피커(5)로 출력한다. 따라서, 공조 소음을 상쇄시켜 공조 소음을 저감시킨다.
한편, 소음저감장치는, 스피커(5)의 후방 둘레부분에 설치되는 인클로저(Enclosure)(7)를 더 구비한다.
인클로저(7)는, 스피커(5)의 후면부분을 주변과 차단하여 밀폐구조의 스피커 챔버(7a)를 형성한다.
이러한 인클로저(7)는, 스피커(5)의 전,후부분 음파 간의 상쇄 및 간섭을 막아 스피커(5)로부터 고품질의 음파가 출력될 수 있게 하고, 아울러 스피커(5)에서 출력된 음파의 분산을 막아 음파의 정밀제어를 가능하게 한다.
또한, 스피커 챔버(7a)가 울림통 역할을 수행하도록 함으로써, 스피커(5)의 음파가 증폭되면서 저음의 특성이 강화될 수 있게 한다.
한편, 이러한 소음저감장치는, 공조 소음에 대응되는 최적의 음파를 출력하는 것이 중요한 과제로 되고 있다.
특히, 측정 결과, 대부분의 공조 소음이, 저주파 영역인 것으로 나타났다. 따라서, 저주파 영역의 공조 소음을 효율좋게 저감시키기 위해서는 스피커(5)와 인클로저(7)를 최적 설계하여 저주파 공조 소음에 대응되는 음파를 출력하는 것이 중요한 과제로 되고 있다.
한편, 스피커(5)의 음파를 저주파 영역대로 출력하기 위해서는, 스피커(5)와 인클로저(7)의 사이즈를 크게 구성하여, 스피커(5)의 저음 특성을 강화시키는 것이 필요하다.
특히, 인클로저(7)의 사이즈를 크게 구성하여, 스피커 챔버(7a)의 용적을 크게 구성하고, 이를 통해, 스피커(5)의 저음 특성을 높이는 것이 필요하다.
그런데, 스피커(5)와 인클로저(7)의 설치구조와 설치공간을 살펴볼 때, 스피커(5)와 인클로저(7)의 크기가 한정될 수 밖에 없다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 스피커(5)의 출력 음파를 최적의 상태로 구현하기 어렵다는 문제점이 있다.
특히, 스피커(5)와 인클로저(7)가 설치되는 공조케이스(1)의 부분이 한정되어 있고, 주변부품들과의 간섭도 고려해야 하므로, 스피커(5)와 인클로저(7)의 크기가 제한될 수 밖에 없으며, 그 결과, 스피커(5)의 출력 음파를 최적의 상태로 구현하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 다양한 테스트를 통해, 한정된 설치조건에 부합하면서 최적의 "공조 소음 저감 음파"를 출력할 수 있는 스피커와 인클로저의 크기와 제원 데이터를 획득하고, 획득한 데이터를 실제의 스피커와 인클로저에 적용할 수 있는 차량용 공조장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 한정된 설치조건에 부합하면서 최적의 "공조 소음 저감 음파"를 출력할 수 있는 스피커와 인클로저의 크기와 제원 데이터를 획득하여, 이를 실제의 스피커와 인클로저에 적용함으로써, 크기와 제원이 제한되는 조건임에도 불구하고, 최적의 "공조 소음 저감 음파"를 출력할 수 있는 차량용 공조장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 크기와 제원이 제한되는 조건임에도 불구하고, 최적의 "공조 소음 음파"를 출력할 수 있도록 구성함으로써, 크기와 제원이 제한되는 조건에 관계없이 공조 소음을 효율좋게 저감할 수 있는 차량용 공조장치를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량용 공조장치는, 공조 소음을 저감시킬 수 있는 소음저감장치를 구비하며, 상기 소음저감장치는 공조케이스의 내부유로에 소음저감음파를 출력하여 공조 소음을 저감시키는 스피커와, 상기 스피커의 후방부분에 밀폐구조의 스피커 챔버가 형성될 수 있도록, 상기 스피커의 후방부분을 주변부분과 차단하는 인클로저(Enclosure)를 포함하는 차량용 공조장치에 있어서, 상기 스피커와 상기 인클로저는, 상기 공조케이스의 내부유로에 출력되는 상기 스피커의 최저 출력 주파수가, 상기 공조장치에서 이상음이 발생되기 시작하는 기준값 이하가 되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 기준값은, 200㎐인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 기준값은, 150∼200㎐ 사이 영역에서 선정된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 스피커는, Fs(Free Air Resonant Frequency)가 140 ∼ 150Hz 범위이고, Vas(Volume of Air)가 0.15 ∼ 0.2Liter 범위인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 스피커의 최저 출력 주파수는, 상기 인클로저의 내부 스피커 챔버 용적과 반비례하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 인클로저는, 내부의 스피커 챔버 용적이, 0.2 ∼ 0.4Liter 범위인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 스피커의 Fs가 145Hz이고, Vas가 0.18Liter인 조건에서, 상기 인클로저는, 스피커 챔버 용적이 0.2Liter인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치에 의하면, 한정된 설치조건에 부합하면서 최적의 "공조 소음 저감 음파"를 출력할 수 있는 스피커와 인클로저의 최적 설계 데이터를 획득하여, 이를 실제의 스피커와 인클로저에 적용하는 구조이므로, 크기와 제원이 제한되는 한정적인 조건에도 불구하고, 최적의 "공조 소음 저감 음파"를 출력할 수 있는 효과가 있다.
또한, 크기와 제원이 제한되는 조건임에도 불구하고, 최적의 "공조 소음 음파"를 출력할 수 있는 구조이므로, 크기와 제원이 제한되는 조건에 관계없이 공조 소음을 효율좋게 저감할 수 있고, 이를 통해, 차량의 승차감을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 차량용 공조장치에 설치되는 소음저감장치를 나타내는 도면,
도 2는 차량용 공조장치에서 발생된 공조 소음의 주파수 스펙트럼을 분석하여 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명의 차량용 공조장치를 구성하는 소음저감장치의 작동예를 나타내는 그래프로서, Fs 0.15 ∼ 0.2Hz, Vas 140 ∼ 150Liter인 스피커의 최저 출력 주파수를 인클로저의 스피커 챔버 용적에 따라 비교 측정하여 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명의 차량용 공조장치를 구성하는 소음저감장치의 작동효과를 나타내는 그래프로서, 본 발명의 소음저감장치에 의해 저감된 공조 소음의 주파수 스펙트럼을 분석하여 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 1을 참조하여 소음저감장치인 소음저감장치에 대해 간략하게 살펴본다.
소음저감장치는, 마이크(3)와 스피커(5)를 포함한다. 마이크(3)는, 공조케이스(1)의 내부유로(1a) 중, 공조 소음의 소음원, 예를 들면, 블로어(1b)측에 설치되며, 이렇게 설치된 마이크(3)는, 블로어(1b)에서 발생되는 공조 소음을 획득하도록 구성된다.
스피커(5)는, 공조케이스(1)의 외면으로부터 내부유로(1a)를 향해 설치되며, 이렇게 설치된 스피커(5)는, 마이크(3)에서 획득한 공조 소음과 반대되는 역위상의 소음저감음파를 공조케이스(1)의 내부유로(1a)로 출력한다.
그리고 소음저감장치는, 스피커(5)의 후방 둘레부분에 설치되는 인클로저(Enclosure)(7)를 더 구비한다.
인클로저(7)는, 스피커(5)의 후면부분을 주변과 차단하여 밀폐구조의 스피커 챔버(7a)를 형성하는 것으로, 스피커(5)의 전,후부분 음파 간의 상쇄 및 간섭을 막고, 스피커(5)에서 출력된 음파의 분산을 막는다.
또한, 인클로저(7)는, 스피커 챔버(7a)가 울림통 역할을 수행하도록 함으로써, 스피커(5)의 음파가 증폭되면서 저음의 특성이 강화될 수 있게 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 특징부를 도 1과 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 살펴본다.
먼저, 본 발명의 공조장치는, 소음저감장치의 스피커(5)와 인클로저(7)를 구비하되, 상기 스피커(5)는, Fs(Free Air Resonant Frequency, 스피커 자체 최저공진주파수)가 140 ∼ 150Hz 범위이고, Vas(Volume of Air, 스피커 공진체적)가 0.15 ∼ 0.2Liter 범위인 것을 특징으로 한다.
또한, 인클로저(7)는, 내부의 스피커 챔버(7a) 용적이, 0.2 ∼ 0.4Liter 범위인 것을 특징으로 한다.
이러한 제원의 스피커(5)와 인클로저(7)는, 스피커의 "최저 출력 주파수"를 계산하기 위한 아래의 [식 1]에 의하면, 공조케이스(1)에 설치된 상태에서, 공조케이스(1)의 내부유로(1a)로 출력하는 "최저 출력 주파수" 적어도 미리 설정된 기준값 이하, 특히, 200㎐ 이하인 것으로 나타났다.
[식 1]
Figure 112018081206213-pat00001
Fc: 인클로저 설치했을 때의 스피커 최저 출력주파수, Fs: 스피커 자체 최저공진주파수, Vas: 스피커 공진체적, Vb: 인클로저의 스피커 챔버 용적
위에서와 같이, "최저 출력 주파수" 적어도 200㎐ 이하인 본 발명의 스피커(5)와 인클로저(7)는, 공조 소음을 저감시키기에 적합한 최적의 음파를 출력하는 것으로 나타났다.
특히, 도 2의 측정 결과에 의하면, 대부분의 30데시빌(dB) 이상 공조 소음이, 150∼200㎐ 이상 영역의 음파인 것으로 나타났다. 이로써, 공조 소음을 효과적으로 저감시키기 위해서는, 150∼200㎐ 이상 영역의 공조 소음 음파에 대응한 역위상의 "소음저감음파"를 출력할 수 있도록, 상기 스피커(5)의 "최저 출력 주파수"가 적어도 150∼200㎐ 이하는 되어야 한다. 더욱 바람직하게는, 스피커(5)의 "최저 출력 주파수"가 적어도 200㎐ 이하는 되어야 한다.
따라서, "최저 출력 주파수" 200㎐ 이하인 상기 본 발명의 스피커(5)와 인클로저(7)는, 200㎐ 이상 영역 주파수 대의 공조 소음에 대응하여 최적 설계되어 있으며, 이렇게 설계된 본 발명의 스피커(5)와 인클로저(7)는, 200㎐ 이상 영역대의 공조 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있게 된다.
특히, "Fs" 및 "Vas"와 스피커(5)의 크기는 비례관계이므로, 140 ∼ 150Hz 범위의 "Fs"와, 0.15 ∼ 0.2Liter 범위의 "Vas"를 갖는 스피커(5)는, 약 2.5인치(Inch)의 작은 직경을 갖게 되는데, 이렇게 작은 직경을 갖는 본 발명의 스피커(5)는, 한정적인 설치공간에 설치될 수 있을 정도로 작은 크기임에도 불구하고, 200㎐ 이상 영역 주파수 대의 공조 소음에 대응한 음파를 출력할 수 있게 된다.
그 결과, 크기와 제원이 제한되는 조건임에도 불구하고, 최적의 "공조 소음 저감 음파"를 출력하여, 차량의 공조 소음을 효율좋게 저감할 수 있게 된다.
또한, 인클로저(7)의 경우에도, 스피커(5)와의 유기적인 설계를 통해, 0.2 ∼ 0.4Liter 범위의 스피커 챔버(7a) 용적을 갖게 되는데, 이러한 용적을 갖는 인클로저(7)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 스피커(5)의 "최저 출력 주파수"가 200㎐ 이하로 제어될 수 있게 한다.
특히, 인클로저(7)는, 내부의 스피커 챔버(7a) 용적이, 스피커(5)의 최저 출력 주파수와 반비례관계이므로, 내부의 스피커 챔버(7a) 용적이 클수록 스피커(5)의 최저 출력 주파수가 낮아지게 되는데, 상기와 같이, 0.2 ∼ 0.4Liter의 작은 크기를 갖음에도 불구하고, 상기 스피커(5)가 200㎐ 이하의 낮은 "최저 출력 주파수"를 갖게 한다.
따라서, 인클로저(7)는, 크기가 제한되는 조건임에도 불구하고, 200㎐ 이상 영역 주파수 대의 공조 소음에 대응하여 최적 설계되어 있으며, 이렇게 설계된 본 발명의 인클로저(7)는, 크기가 제한되는 조건임에도 불구하고, 상기 스피커(5)와 함께 최적의 "공조 소음 저감 음파"를 출력하여, 공조 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있게 된다.
도 4의 시험 결과에 의하면, Fs가 140 ∼ 150Hz, Vas가 0.15 ∼ 0.2Liter인 본 발명의 스피커(5)와, 스피커 챔버(7a) 용적이, 0.2 ∼ 0.4Liter인 본 발명의 인클로저(7)를 공조케이스(1)에 설치한 상태에서, 소음저감음파를 출력한 결과, 공조 소음이 현저히 줄어든 것을 알 수 있다.
특히, 200㎐ 이상 영역의 공조 소음이 공조 소음 기준인 "30dB" 이하로 저하된 것을 알 수 있으며, 이로써, 공조 소음 저감 효과가 현저하게 개선됨을 알 수 있다.
한편, 스피커(5)의 Fs가 145Hz이고, Vas가 0.18Liter인 조건에서, 인클로저(7)의 스피커 챔버(7a) 용적이 0.2Liter인 것이 가장 바람직하다.
이는, 스피커(5)의 Fs가 145Hz, Vas가 0.18Liter이고, 인클로저(7)의 스피커 챔버(7a) 용적이 0.2Liter인 조건에서, 상기 스피커(5)로부터 최적의 "공조 소음 저감 음파"가 출력되기 때문이다. 특히, 스피커(5)와 인클로저(7) 모두, 한정된 설치공간에 설치 가능한 크기를 가지면서 동시에, 최적의 "공조 소음 저감 음파"를 출력할 수 있는 성능을 갖기 때문이다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 공조장치에 의하면, 한정된 설치조건에 부합하면서 최적의 "공조 소음 저감 음파"를 출력할 수 있는 스피커(5)와 인클로저(7)의 최적 설계 데이터를 획득하여, 이를 실제의 스피커(5)와 인클로저(7)에 적용하는 구조이므로, 크기와 제원이 제한되는 조건임에도 불구하고, 최적의 "공조 소음 저감 음파"를 출력할 수 있다.
또한, 크기와 제원이 제한되는 조건임에도 불구하고, 최적의 "공조 소음 음파"를 출력할 수 있는 구조이므로, 크기와 제원이 제한되는 조건에 관계없이 공조 소음을 효율좋게 저감할 수 있고, 이를 통해, 차량의 승차감을 개선시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
1: 공조케이스(Case) 1a: 내부유로
1b: 블로어(Blower) 3: 마이크(Mic)
5: 스피커(Speaker) 7: 인클로저(Enclosure)
7a: 스피커 챔버(Speaker Chamber)

Claims (7)

  1. 공조 소음을 저감시킬 수 있는 소음저감장치를 구비하며, 상기 소음저감장치는 공조케이스(1)의 내부유로(1a)에 설치되어 공조 소음을 획득하는 마이크(3)와, 상기 공조케이스(1)의 내부유로(1a)에 소음저감음파를 출력하여 공조 소음을 저감시키는 스피커(5)와, 상기 스피커(5)의 후방부분에 밀폐구조의 스피커 챔버(7a)가 형성될 수 있도록, 상기 스피커(5)의 후방부분을 주변부분과 차단하는 인클로저(Enclosure)(7)를 포함하는 차량용 공조장치에 있어서,
    상기 마이크(3)는, 상기 공조케이스(1)의 내부유로(1a) 중, 블로어(1b)측에 설치되어 블로어에서 발생하는 소음을 획득하고,
    상기 스피커(5)는, 상기 공조케이스(1)의 외면으로부터 내부유로(1a)를 향해 설치되며 상기 마이크(3)에서 획득한 공조 소음과 반대되는 역위상의 소음저감음파를 상기 공조케이스(1)의 내부유로(1a)로 출력하며,
    상기 스피커(5)와 상기 인클로저(7)는, 상기 공조케이스(1)의 내부유로(1a)에 출력되는 상기 스피커(5)의 최저 출력 주파수가, 상기 공조장치에서 이상음이 발생되기 시작하는 기준값 이하가 되도록 형성되고,
    상기 기준값은, 150∼200㎐ 사이 영역에서 선정되며,
    상기 스피커(5)는,
    Fs(Free Air Resonant Frequency)가 140 ∼ 150Hz 범위이고, Vas(Volume of Air)가 0.15 ∼ 0.2Liter 범위이며,
    상기 스피커(5)의 최저 출력 주파수는,
    상기 인클로저(7)의 내부 스피커 챔버(7a) 용적과 반비례하하고,
    상기 인클로저(7)는,
    내부의 스피커 챔버(7a) 용적이, 0.2 ∼ 0.4Liter 범위인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 스피커(5)의 Fs가 145Hz이고, Vas가 0.18Liter인 조건에서,
    상기 인클로저(7)는, 스피커 챔버(7a) 용적이 0.2Liter인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
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