KR102664075B1 - 산업용 설비의 저소음을 위한 하이브리드 anc 장치 - Google Patents

산업용 설비의 저소음을 위한 하이브리드 anc 장치 Download PDF

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황성수
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Abstract

본 기술은 산업용 설비의 저소음을 위한 하이브리드 ANC 장치에 관한 것이다. 본 기술의 산업용 설비의 저소음을 위한 하이브리드 ANC 장치는, 상기 설비의 제1 영역에 배치되어 상기 제1 영역에서 발생하는 소음을 수집하고 이를 감소시키는 음파를 발생시키는 제1 소음 감소 그룹; 및 상기 설비의 제2 영역에 배치되어 상기 제2 영역에서 발생하는 소음을 수집하고 이를 감소시키는 음파를 발생시키는 제2 소음 감소 그룹;을 포함하되, 상기 제1 소음 감소 그룹과 상기 제2 소음 감소 그룹은 서로 물리적으로 분리되어 상기 설비 내부에 소정의 거리만큼 이격되어 설치되며, 서로 상이한 주파수 성분의 음파를 발생시킴으로서 상기 설비에서 발생하는 전체 소음을 감소시킨다.

Description

산업용 설비의 저소음을 위한 하이브리드 ANC 장치{Hybrid ANC device for low noise in industrial facilities}
본 발명은 산업용 설비의 저소음을 위한 하이브리드 ANC 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 액티브 방식과 패시브 방식이 융합된 산업용 설비의 저소음을 위한 하이브리드 ANC 장치에 관한 것이다.
산업용 설비로 대표적으로 냉각탑이 있다. 냉각탑은 고온의 냉각수를 순환, 냉각시켜 재사용할 수 있도록 한다. 냉각탑은 냉동/공조장치에도 적용될 수 있다.
냉각탑은 크게 대향류형과 직교류형으로 2 종류로 구분된다. 대향류형 냉각탑은 충진재와 물의 접촉면적을 최대화하는 구조로서, 공기의 흐름이 충진부에서 냉각수와 서로 마주보도록 움직여 열교환이 이루어진다. 즉, 팬에 의한 바람의 흐름이 수직상승하는 구조이다. 직교류형 냉각탑은 공기의 흐름이 충진부에서 수평방향으로 움직여 냉각수와 공기가 직각으로 교차하여 열교환이 이루어진다. 여기서는, 팬에 의한 바람의 흐름이 수평상승하는 구조이다.
한편, 대형 구조 시설물에 해당하는 냉각탑은 구동시 많은 소음을 발생시킨다.
예를 들어, 냉각탑 상부 인근에서는 모터와 팬이 돌아갈 때 발생하는 구동 소음이 발생한다. 그리고 냉각탑 내부에서 낙수로 인하여 낙수 소음도 발생하는데, 특히 대향류형과 같이 낙수가 직접 상부에서 하부까지 낙하하는 경우에 많이 발생한다. 직교류형에 비해 대향류형의 경우 탑 높이가 높고 충진물과 수조의 간격이 크기 때문이다.
국내 대기업 제조 공장에 설치되는 냉각탑의 경우 대략 100dB에 이르는 소음이 발생하는 것으로 보고되고 있다. 100dB는 인간이 일상 생활환경에서 접할 수 있는 소음이기는 하지만 장기간 노출시 청력에 손실을 일으키는 위험한 수준에 해당한다.
이러한 문제를 해결하기 위해 종래에 대한민국 등록특허공보 제10-1895626호(발명명칭: 초저소음 팬 블레이드들을 포함하는 축류팬들을 포함하는 상업용 공기 냉각 장치들)는 냉각을 위해 공기 냉각 장치 내에서 공기 흐름을 발생시키기 위한 축류팬으로서, 상기 팬의 음향 파워 레벨(dBA)이 특정 값을 만족하는 블레이드 구조를 제시한다.
그러나 이는 팬에 대한 공기역학적 관점에서만 접근한 것으로서, 냉각탑 가동시 수반되는 소음 발생원을 전체적으로 고려하지 못한 한계를 갖는다. 즉, 냉각탑과 같은 대형 구조 시설물에서는 낙수로 인한 소음도 매우 높은 비중의 소음을 발생시킴에도 이에 대한 해결책은 제시하지 못하는 것이다.
다르게는, 대한민국 특허공개공보 제10-2022-0045117호(발명명칭: 소음 발생이 저감된 냉각탑 및 이를 포함하는 냉동 사이클 장치)의 경우에는 낙수로 인한 소음을 해결하기 위한 구조를 보여주고는 있다. 즉, 살수기에서 분사되어 제1충진재를 지난 물이 케이스의 바닥에 떨어져 발생하는 소음을 저감시키도록, 제1충진재의 아래에 추가적으로 배치되는 제3충진재를 제시한다.
그러나 이 방식 역시 제3충진재와 냉각수간 마찰소음으로 인해 냉각탑 내 낙수로 인한 소음의 근본적인 해결책은 되지 못하며, 특히, 냉각탑 내부 바닥에 배치되는 특성상 유지보수의 어려움을 수반한다. 특히 충진재는 지속적으로 사용 시 수명, 자외선 노출에 따른 경화, 냉각 수질 관리 문제, 슬러지 발생 등으로 인해 교체가 필요하여 정기적인 소모품에 해당하는 바 이의 교체를 고려하면 더욱 그러하다.
본 발명의 실시예는 액티브 소음 감소 방식과 패시브 소음 감소 방식이 융합된 산업용 설비의 저소음을 위한 하이브리드 ANC 장치를 제공한다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 산업용 설비의 저소음을 위한 하이브리드 ANC(Active Noise Cancelling) 장치로서, 상기 설비의 제1 영역에 배치되어 상기 제1 영역에서 발생하는 소음을 수집하고 이를 감소시키는 음파를 발생시키는 제1 소음 감소 그룹; 및 상기 설비의 제2 영역에 배치되어 상기 제2 영역에서 발생하는 소음을 수집하고 이를 감소시키는 음파를 발생시키는 제2 소음 감소 그룹;을 포함하되, 상기 제1 소음 감소 그룹과 상기 제2 소음 감소 그룹은 서로 물리적으로 분리되어 상기 설비 내부에 소정의 거리만큼 이격되어 설치되며, 서로 상이한 주파수 성분의 음파를 발생시킴으로서 상기 설비에서 발생하는 전체 소음을 감소시킬 수 있다.
상기 설비는 산업용 열교환설비로서 냉각탑이며, 상기 제1 영역은 상기 냉각탑의 상부 내측이고, 상기 제1 소음 감소 그룹은 외부로부터 상기 냉각탑 내부로 유입되는 공기를 외부로 배출시키는 팬 및 그의 구동을 위한 모터에 의한 소음을 감소시키는 음파를 발생시키며, 상기 제2 영역은 상기 냉각탑의 하부 내측이고, 상기 제2 소음 감소 그룹은 상기 냉각탑 내 상부에서 하부로 낙하하는 냉각수에 의한 소음을 감소시키는 음파를 발생시킬 수 있다.
디스플레이부;를 더 포함하되, 상기 디스플레이부는 상기 제1 소음 감소 그룹에 의한 음파의 출력량과 상기 제2 소음 감소 그룹에 의한 음파의 출력량을 조절 가능하도록 하는 그래픽 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다.
연산부;를 더 포함하되, 상기 연산부는 상기 제1 소음 감소 그룹에 의해 수집되는 소음 및 상기 제2 소음 감소 그룹에 의해 수집되는 소음을 분석하여 이를 감소시키기 위한 상보 신호를 연산할 수 있다.
상기 디스플레이부는 상기 연산된 상보 신호의 음파 출력량을 수치화하여 표시할 수 있다.
상기 제1 소음 감소 그룹은, 상기 제1 영역 내에 구획된 다수의 제1 서브-영역들에 각각 배치되는 다수의 제1 능동 소음 감소부들; 및 상기 제1 영역 내에 상기 다수의 제1 능동 소음 감소부들에 인접하여 배치되는 하나 이상의 제1 수동 소음 감소부들을 포함하고, 상기 다수의 제1 능동 소음 감소부들은 각각, 상기 설비 내부에 상기 소정의 거리보다 짧은 제1 거리만큼 이격 설치되며, 상기 다수의 제1 서브-영역들은 상기 설비의 상기 제1 영역 내 물리적인 구획을 따를 수 있다.
상기 제2 소음 감소 그룹은, 상기 제2 영역 내에 구획된 다수의 제2 서브-영역들에 각각 배치되는 다수의 제2 능동 소음 감소부들; 및 상기 제2 영역 내에 상기 다수의 제2 능동 소음 감소부들에 인접하여 배치되는 하나 이상의 제2 수동 소음 감소부들을 포함하고, 상기 다수의 제2 능동 소음 감소부들은 각각, 상기 설비 내부에 상기 소정의 거리보다 짧은 제2 거리만큼 이격 설치되며, 상기 다수의 제2 서브-영역들은 상기 설비의 상기 제2 영역 내 물리적인 구획을 따를 수 있다.
본 기술은 액티브 소음 감소 방식과 패시브 소음 감소 방식이 융합된 산업용 설비의 저소음을 위한 하이브리드 ANC 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 산업용 설비를 위한 하이브리드 ANC 장치의 전체적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 산업용 설비를 위한 하이브리드 ANC 장치의 보다 상세한 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 하이브리드 ANC 장치의 전체적인 구성을 블록도 형태로 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 디스플레이부를 통해 표시되는 연산된 상보 신호의 구현예를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 하이브리드 ANC 장치가 대향류형 냉각탑에 구현된 예를 도시하는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 하이브리드 ANC 장치가 직교류형 냉각탑에 구현된 예를 도시하는 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
위와 같은 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은, 이해의 편의를 제공할 의도 이외에는 다른 의도 없이, 개시된 내용이 보다 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 소자 또는 라인들이 대상 소자 블록에 연결된다 라고 언급된 경우에 그것은 직접적인 연결뿐만 아니라 어떤 다른 소자를 통해 대상 소자 블록에 간접적으로 연결된 의미까지도 포함한다.
또한, 각 도면에서 제시된 동일 또는 유사한 참조 부호는 동일 또는 유사한 구성 요소를 가급적 나타내고 있다. 일부 도면들에 있어서, 소자 및 라인들의 연결관계는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 나타나 있을 뿐, 타의 소자나 회로블록들이 더 구비될 수 있다.
여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함될 수 있으며, 능동 소음 저감의 일반적 동작 및 그러한 일반적 동작을 수행하기 위한 회로나 소자에 과한 세부는 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 상세히 설명되지 않음을 유의한다.
도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른 산업용 설비를 위한 하이브리드 ANC 장치의 전체적인 구성을 도시하는 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 산업용 설비를 위한 하이브리드 ANC 장치(이하, 간단히 '하이브리드 ANC 장치'이라 함)(100)는 제1 소음 감소 그룹(110), 제2 소음 감소 그룹(120), 연산부(130) 및 디스플레이부(140)를 포함한다.
제1 소음 감소 그룹(110)은 능동 소음 감소부(112) 및 수동 소음 감소부(114)를 포함한다. 도면에 도시된 바와 같이, 능동 소음 감소부(112)는 여러 개로 구비될 수 있다. 각각이 제1 능동 소음 감소부(112a), 제2 능동 소음 감소부(112b) 및 제m 능동 소음 감소부(112m)로 참조될 수 있다. m은 2 이상의 자연수일 수 있다.
제2 소음 감소 그룹(120)도 능동 소음 감소부(122) 및 수동 소음 감소부(124)를 포함한다. 도면에 도시된 바와 같이, 능동 소음 감소부(122)는 여러 개로 구비될 수 있다. 각각이 제1 능동 소음 감소부(122a), 제2 능동 소음 감소부(122b) 및 제n 능동 소음 감소부(122b)로 참조될 수 있다. N은 2 이상의 자연수일 수 있다.
각 그룹(110, 120)의 능동 소음 감소부들(112, 122)은 산업용 설비에서 발생하는 소음을 능동적으로 감소시키기 위한 기능을 수행한다. 이른 바 액티브 노이즈 캔슬링 기능을 수행할 수 있다.
이를 위해, 능동 소음 감소부들(112, 122)은 소음 수집과 수집된 소음을 감소시키는 음파를 발생시킨다. 소음 수집은 소음을 전기적인 신호로 변환하는 장치로서 일례로 음향 검출기(마이크) 등에 의해 이루어질 수 있다. 음파 발생은 전기적인 신호를 음파로 발생시키는 장치로서 일례로 스피커 등에 의해 이루어질 수 있다. 따라서, 능동 소음 감소부들(112, 122)은 각각 음향 검출기와 스피커를 포함할 수 있다.
각 그룹의 수동 소음 감소부들(114,124)은 산업용 설비에서 발생하는 소음을 수동적으로 감소시키기 위한 기능을 수행한다. 이른 바 패시브 노이즈 캔슬링 기능을 수행할 수 있다.
이를 위해, 수동 소음 감소부들(114, 124)은 흡음을 위한 구조로서 일례로 흡음재 등을 포함할 수 있다. 흡음재는 표면이 요철 구조 등으로 가공되어 있고 이를 통해 소리가 산란되고 굴절되도록 한다.
연산부(130)는 제1 소음 감소 그룹(110)의 능동 소음 감소부들(112)에 의해 수집되는 소음 및 제2 소음 감소 그룹(120)의 능동 소음 감소부들(122)에 의해 수집되는 소음을 분석하여 이를 감소시키기 위한 상보 신호를 연산한다.
상보 신호 연산은 기본적으로 수집된 소음과 상반되는 신호를 생성하는 과정일 수 있다. 알려진 상보 신호 연산 과정이 수행될 수 있다.
또한 상보 신호 연산은 지속적으로 수집되는 소음으로부터 그에 상반되는 신호를 예측하는 과정을 포함할 수 있다. 알려진 알고리즘을 적용하여 신호 예측 과정이 수행될 수 있다. 인공지능(AI; artificial intelligence) 내지는 기계학습(machine learning) 기술을 활용한 신호 예측 과정이 수행될 수도 있다. 이러한 신호 예측 과정은 보다 정확한 상보 신호 연산을 통해 소음 감소의 효율을 높일 수 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 연산부가 제1 소음 감소 그룹 및 제2 소음 감소 그룹과 전기적 신호를 주고 받기 위한 연결 구조 내지는 연결 유닛이 마련될 수 있다. 연결은 유선 또는 무선 네트워크 통신 방식일 수 있다. 이러한 연결 구조를 통해 제1 소음 감소 그룹(즉, 제1 소음 감소 그룹의 능동 소음 감소부들) 및 제2 소음 감소 그룹(즉, 제2 소음 감소 그룹의 능동 소음 감소부들)에 의해 수집된 전기적 신호가 연산부에 전달될 수 있고, 연산부에 의해 연산된 전기적 신호가 제1 소음 감소 그룹 및 제2 소음 감소 그룹으로 전달될 수 있다.
디스플레이부(140)는 제1 소음 감소 그룹(110)에 의한 음파의 출력량과 제2 소음 감소 그룹(120)에 의한 음파의 출력량을 표시하고, 각 출력량을 조절 가능하도록 하는 그래픽 사용자 인터페이스를 사용자에게 제공한다.
이를 위해, 디스플레이부(140)는 연산부(130)에 의해 연산된 상보 신호를 음파의 출력량으로 변환하여 표시할 수 있다. 또한 그래픽 사용자 인터페이스는 사용자가 출력량을 직관적으로 조절가능하도록 하는 터치 입력 방식일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 ANC 장치는 산업용 설비에 적합한 소음 저감 구조로서 다중 검출부와 다중 출력부를 제공하는 바, 이하 도 3을 참조하여 보다 상세히 살펴본다.
도 3은 일 실시예에 따른 하이브리드 ANC 장치의 전체적인 구성을 블록도 형태로 도시한다. 도면에서 다중 검출부와 다중 출력부는 상술한 제1 및 제2 소음 감소 그룹들에 대응하고, 연산은 상술한 연산부에, 그리고 제어는 상술한 디스플레이부에 대응한다.
산업용 설비에서 발생하는 소음이 100dB일 때, 각 그룹(110, 120)의 수동 소음 감소부들(114, 124)에 의한 소음 감소량이 10dB이고, 각 그룹(110, 120)의 능동 소음 감소부들(112, 114)에 의한 소음 감소량이 10dB이면, 최종적으로 산업용 설비에서 발생하는 소음은 80dB로 줄어들게 된다. 소음 감소량은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 수치에 본 발명이 제한되지 않는다.
능동 소음 감소부들(112, 114)에 의한 소음 감소 과정을 보다 상세히 살펴본다.
도 1 및 도 2에서 상술한 능동 소음 감소부들(112, 114)은 도 3에서 다중 검출부와 다중 출력부로 구성된다. 도 3에서는 능동 소음 감소부들(112, 114)은 총 4개로서, 다중 검출부를 구성하는 4개의 음향 검출기와 다중 출력부를 구성하는 4개의 스피커로 표현된다. 상술한 바와 같이 각 그룹마다 능동 소음 감소부는 여러 개로 구비되는 바, 제1 소음 감소 그룹(110)의 능동 소음 감소부(112)가 2개 구비되고, 제2 소음 감소 그룹(120)의 능동 소음 감소부(114)가 2개 구비되는 실시예가 도시되는 것으로 볼 수 있다. 즉, 상술한 m 및 n이 각각 2인 실시예라 볼 수 있다.
일 실시예에 따라 상보 신호를 연산하기 위해, 각 음향 검출기(MIC)에는 검출 신호 증폭기(AMPLIFIER)가 연결되고, 각 스피커(SPEAKER)에는 출력 신호 증폭기(AMPLIFIER)가 연결될 수 있다. 검출 신호는 연산 과정으로 전달되어 분석 및 상보 신호로 연산될 수 있다.
이러한 과정은 디지털 신호 처리 방식에 따를 수 있으며, 이에 도면에 도시되지는 않았지만 아날로그/디지털 컨버터(ADC), 디지털 신호 처리기(DSP), 디지털/아날로그 컨버터(DAC) 등에 의해 수행될 수 있다. 아날로그/디지털 컨버터(ADC)는 수집된 아날로그 소음 신호를 디지털 신호로 변환하는 역할을 수행하며, ADC는 아날로그 신호를 샘플링하여 이산적인 디지털 데이터로 변환한다. 이렇게 변환된 디지털 데이터는 이후의 디지털 신호 처리를 위해 DSP로 전달된다. 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processor, DSP)는 ADC로부터 입력된 디지털 데이터를 처리하여 액티브 노이즈 캔슬링에 필요한 신호를 생성하는 역할을 수행한다. DSP는 소음 신호의 주파수, 진폭, 위상 등을 분석하고 역위상 신호를 생성할 수 있다. 이를 위해 알려진 다양한 신호 처리 알고리즘과 필터링 기술이 사용될 수 있다. DSP는 또한 실시간으로 소음 신호를 모니터링하고 상쇄 신호를 생성하여 출력할 수도 있다. 디지털/아날로그 컨버터(DAC)는 DSP에서 생성된 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하는 역할을 수행한다. DAC는 디지털 데이터를 연속적인 아날로그 신호로 변환하여 출력 장치에 전달한다.
일 실시예에 따른 하이브리드 ANC 장치에서는 연산된 상보 신호와 사용자간에 서로 상호 작용할 수 있는 인터페이스를 제공한다. 즉, 연산된 상보 신호를 표시하고, 사용자에 의해 연산된 상보 신호가 조절될 수 있도록 한다.
도 4는 일 실시예에 따른 디스플레이부를 통해 표시되는 연산된 상보 신호의 구현예를 도시한다. 상술한 도 3에서와 같이 능동 소음 감소부들(112, 114)의 개수에 맞추어 4개의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)가 도시되는 것일 뿐, 본 발명이 개수에 한정되지 않음은 상술한 바와 같다. 한편, 연산된 상보 신호를 디스플레이부에 표시하기 위해 제어부(미도시)가 관여할 수 있으며, 제어부는 도면에 도시된 바와 같이 연산된 상보 신호를 사용자가 쉽게 접할 수 있는 출력 단위 예를 들어 와트(W)와 같은 출력값으로 표현될 수 있도록 변환한다. 이러한 출력 단위는 사용자에 의해 쉽게 조정될 수 있는 직관적인 인터페이스를 제공한다는 점에서 더욱 유용하다.
상세하게, 디스플레이부(140)는 제1 소음 감소 그룹(110)에 의해 수집된 소음 관련 연산된 상호 신호를 출력값으로 표시하기 위한 제1 표시부(142) 및 제2 소음 감소 그룹(120)에 의해 수집된 소음 관련 연산된 상보 신호를 출력값으로 표시하기 위한 제2 표시부(144)를 포함한다.
제1 표시부(142)는 제1 소음 감소 그룹의 작동 중인 능동 소음 감소부들의 개수에 맞는 GUI들을 포함할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 제1 GUI(GUI1) 및 제2 GUI(GUI2)를 포함할 수 있다. 제1 GUI(GUI1)는 제1 소음 감소 그룹의 제1 능동 소음 감소부(112a)에 의해 수집된 수음을 감소시키기 위한 출력값을 표시한다. 제2 GUI(GUI2)는 제1 소음 감소 그룹의 제2 능동 소음 감소부(112b)에 의해 수집된 수음을 감소시키기 위한 출력값을 표시한다.
제2 표시부(144)는 제2 소음 감소 그룹의 작동 중인 능동 소음 감소부들의 개수에 맞는 GUI들을 포함할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 제3 GUI(GUI3) 및 제4 GUI(GUI4)를 포함할 수 있다. 제3 GUI(GUI3)는 제2 소음 감소 그룹의 제1 능동 소음 감소부(122a)에 의해 수집된 수음을 감소시키기 위한 출력값을 표시한다. 제4 GUI(GUI4)는 제2 소음 감소 그룹의 제2 능동 소음 감소부(112b)에 의해 수집된 수음을 감소시키기 위한 출력값을 표시한다.
그리고, 각 GUI들(GUI1, GUI2, GUI3, GUI4)은 터치 입력 가능하도록 구성되어 사용자가 직접 출력값을 조정할 수 있도록 한다. 이때 조정된 출력값은 제어부(미도시)에 의해 변환되어 실제 조정된 출력값으로 스피커에 의해 출력이 되도록 한다. 일례로, 연산부에 의해 연산된 상보 신호의 출력값이 20일 때(도 3에 도시된 GUI1 값 참조) 사용자가 좌우 화살표를 통해 특정값으로 조절하면(예를 들어 15로 낮추면), 제어부(미도시)는 연산된 상보 신호의 출력값을 20이 아닌 15으로 변환하여 스피커로 전달되도록 제어한다. 나머지 GUI2 내지 GUI4에 대해서도 동일한 방식으로 사용자가 직접 조절할 수 있다.
이러한 표시부들(142, 144)을 통한 조절은 본 발명의 실시예에 따른 다중 검출부 및 다중 출력부를 고려한 구성이다. 즉, 산업용 설비에서 발생하는 소음을 여러 곳에서 검출하고 여러 곳에서 출력함에 있어서 다중 출력부를 구성하는 각 스피커가 단순 연산된 값이 아닌 사용자에 의해 조절 가능하도록 함으로써 소음 감소 최적화가 이루어지도록 할 수 있다. 냉각탑과 같이 대형 설비에서는 소음 발생원이 다양하게 존재하고 더욱이 폐쇄된 공간이 아닌 바 기존 솔루션으로는 소음 상쇄가 매우 어려웠던 점에 대한 해결책을 제시한다. 즉, 여러 곳에서 검출된 소음이 여러 곳에서 출력되는 음파를 통해 개별적으로 감소되되 이때 사용자에 의해 조절을 가능하도록 함으로써 개별적으로 감소되는 수준을 사용자가 직접 조절할 수 있도록 한다.
일 실시예에 따른 하이브리드 ANC 장치는 소음이 발생하는 다양한 산업용 설비, 예를 들어, 냉각탑, 발전기, 변압기, 터빈 등에 적용될 수 있으나, 이하에서는 하이브리드 ANC 장치가 냉각탑에 구현된 예를 중심으로 살펴본다.
도 5는 일 실시예에 따른 하이브리드 ANC 장치가 대향류형 냉각탑에 구현된 예를 도시하는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 하이브리드 ANC 장치(100)는 대향류형 냉각탑(CT_O)(이하 간단히 '냉각탑'이라고도 함)에 설치되어 냉각탑의 소음을 감소시킨다. 설명의 편의를 위해 연산부와 디스플레이부는 도시하지 않았음을 고려한다.
제1 소음 감소 그룹(110)의 능동 소음 감소부(112) 및 수동 소음 감소부(114)가 냉각탑(CT_O)의 상부에 배치되어 냉각탑 상부 소음을 저감시킨다. 냉각탑 상부 소음은 팬(FA)의 회전에 의한 구동 소음이 주를 이룬다. 구동 소음은 팬의 회전에 의한 공기 저항에 따른 소음, 팬을 구동시키는 모터 소음 등을 포함한다. 능동 소음 감소부(112)는 해당하는 위치에 설치되는 음향 검출기와 스피커로 구현될 수 있고, 수동 소음 감소부(114)는 해당하는 위치에 설치되는 흡음재로 구현될 수 있다.
일례로, 상술한 예와 같이 제1 소음 감소 그룹(110)의 능동 소음 감소부(112)가 2개로 구비되는 경우에 있어서, 제1 능동 소음 감소부(112a)가 공기 토출구(OL) 인근에 배치되고, 제2 능동 소음 감소부(112b)가 팬(FA) 인근에 배치될 수 있다. 공기 토출구와 팬은 설비 내 물리적인 구획에 의해 구별될 수 있다. 이에, 제1 능동 소음 감소부(112a)는 공기 토출구(OL) 인근에서 소음을 수집하고 상보 신호에 대응하는 음파를 출력하고, 제2 능동 소음 감소부(112b)는 팬(FA) 인근에서 소음을 수집하고 상보 신호에 대응하는 음파를 출력함으로써, 전체적으로 냉각탑 상부에서 발생하는 소음을 저감시킨다. 이때, 상술한 바와 같이 연산된 상보 신호의 출력을 사용자가 냉각탑(CT_O) 외부에서 디스플레이부를 통해 조절함으로써 보다 감소 효율을 최적화시킬 수 있다. 저소음 냉각탑은 외부 소음이 저감된 상태를 말하는 바 냉각탑 외부에 위치한 사용자가 소음 정도를 직접 듣고서 디스플레이부 조작을 통해 출력 레벨을 조절할 수 있는 것은 저소음 냉각탑 구현에 중요하게 작용한다. 한편, 수동 소음 감소부(114)는 공기 토출구(OL) 내벽면에 설치되어 상술한 능동 소음 감소부와 함께 냉각탑 상부에서 발생하는 소음을 전체적으로 저감시킨다.
제2 소음 감소 그룹(120)의 능동 소음 감소부(122) 및 수동 소음 감소부(124)가 냉각탑(CT_O)의 하부에 배치되어 냉각탑 하부 소음을 저감시킨다. 냉각탑 하부 소음은 냉각탑 내부 냉각수의 낙하에 의한 낙수 소음과 루버(LV)를 통해 유입되는 공기 저항에 따른 소음이 주를 이룬다. 능동 소음 감소부(122)는 해당하는 위치에 설치되는 음향 검출기와 스피커로 구현될 수 있고, 수동 소음 감소부(124)는 해당하는 위치에 설치되는 흡음재로 구현될 수 있다.
일례로, 상술한 예와 같이 제2 소음 감소 그룹(120)의 능동 소음 감소부(122)가 2개로 구비되는 경우에 있어서, 제1 능동 소음 감소부(122a)가 냉각탑 바닥 인근에 배치되고, 제2 능동 소음 감소부(122b)가 루버(LV) 인근에 배치될 수 있다. 냉각탑 바닥과 루버는 설비 내 물리적인 구획에 의해 구별될 수 있다. 이에, 제1 능동 소음 감소부(122a)는 냉각탑 바닥 인근에서 소음을 수집하고 상보 신호에 대응하는 음파를 출력하고, 제2 능동 소음 감소부(122b)는 루버(LV) 인근에서 소음을 수집하고 상보 신호에 대응하는 음파를 출력함으로써, 전체적으로 냉각탑 하부에서 발생하는 소음을 저감시킨다. 이때, 상술한 바와 같이 연산된 상보 신호의 출력을 사용자가 냉각탑(CT_O) 외부에서 디스플레이부를 통해 조절함으로써 보다 감소 효율을 최적화시킬 수 있다. 한편, 수동 소음 감소부(124)는 냉각탑 하부 내벽면에 설치되어 상술한 능동 소음 감소부와 함께 냉각탑 상부에서 발생하는 소음을 전체적으로 저감시킨다.
계속하여 도 5를 참조하면, 제1 소음 감소 그룹(110)과 제2 소음 감소 그룹(120)은 소정의 간격 이격되어 냉각탑에 설치될 수 있다. 제1 소음 감소 그룹은 상부 소음 저감을 담당하고 제2 소음 감소 그룹은 하부 소음 저감을 담당하기 때문이다. 제1 소음 감소 그룹과 제2 소음 감소 그룹은 대체로 냉각탑의 높이만큼 이격될 수 있다. 따라서 제1 소음 감소 그룹(110)에 의해 출력되는 음파와 제2 소음 감소 그룹(120)에 의해 출력되는 음파는 서로 다른 주파수 성분을 가질 수 있다(전자에 의해 출력되는 음파가 저음역대가 많은 반면 후자에 의해 출력되는 음파는 고음역대가 많은 것과 같이). 이는 각 그룹(110, 120)의 냉각탑에 대한 설치 포인트를 정의하기도 한다. 즉, 각 그룹의 능동 소음 감소부 및 수동 소음 감소부는 대체로 설비의 특정 영역에 배치되는 것으로 볼 수 있다. 다시 말해, 음향 검출기와 스피커로 구현되는 능동 소음 감소부가 설치되는 포인트, 및 흡음재로 구현되는 수동 소음 감소부가 설치되는 포인트가 대체로 산업용 설비의 해당 특정 영역에 모여서 배치되는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 제1 소음 감소 그룹과 제2 소음 감소 그룹은 설비에서 각각 담당하는 소음 감소 영역이 존재하는 것으로서, 각 그룹은 서로 소정의 간격 이격되어 설치되는 것이다. 즉, 전자가 담당하는 소음 감소 영역을 제1 영역, 후자가 담당하는 소음 감소 영역을 제2 영역이라 한다면 제1 소음 감소 그룹이 배치되는 제1 영역과 제2 소음 감소 그룹이 배치되는 제2 영역은 서로 소정의 간격 이격되어 있다.
이때, 제1 소음 감소 그룹을 구성하는 각 요소들(즉, 제1 능동 소음 감소부, 제2 능동 소음 감소부, 수동 소음 감소부 등과 같이)이 서로 이격된 거리는 상기 각 그룹이 이격 설치된 소정의 간격보다는 작을 수 있다. 동일하게, 제2 소음 감소 그룹을 구성하는 각 요소들(즉, 제1 능동 소음 감소부, 제2 능동 소음 감소부, 수동 소음 감소부 등과 같이)이 서로 이격된 거리도 상기 각 그룹이 이격 설치된 소정의 간격보다는 작을 수 있다. 일 실시예에 따른 하이브리드 ANC 모듈이 산업용 설비에 적용되는 특성상, 설비 전체적 관점에서 주요 소음 발생 영역들(즉, 상술한 제1 영역과 제2 영역과 같이)은 서로 원거리 이격된 반면 하나의 주요 소음 발생 영역 내에서 해당 그룹을 구성하는 요소들이 배치되는 이격 거리는 상대적으로 좁게 형성되기 때문이다. 이는 일 실시예에 따른 하이브리드 ANC 모듈이 다수의 능동 소음 감소부들을 포함하는 제1 소음 감소 그룹뿐만 아니라 다수의 능동 소음 감소부들을 포함하는 제2 소음 감소 그룹도 갖고 있음에 기인한다.
도 6은 일 실시예에 따른 하이브리드 ANC 장치가 직교류형 냉각탑에 구현된 예를 도시하는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 하이브리드 ANC 장치(100)는 직교류형 냉각탑(CT_P)(이하 간단히 '냉각탑'이라고도 함)에 설치되어 냉각탑의 소음을 감소시킨다. 설명의 편의를 위해 연산부와 디스플레이부는 도시하지 않았음을 고려한다. 산업용 설비에 하이브리드 ANC 장치가 적용되었음은 상술한 도 5와 동일한 바 이하에서는 도 5에서와의 차이점을 중심으로 살펴본다.
제1 소음 감소 그룹(110)의 능동 소음 감소부(112) 및 수동 소음 감소부(114)가 냉각탑(CT_O)의 상부에 배치되어 냉각탑 상부 소음을 저감시킨다. 일례로, 제1 소음 감소 그룹(110)의 능동 소음 감소부(112)가 2개로 구비되는 경우에 있어서, 제1 능동 소음 감소부(112a)가 공기 토출구(OL) 인근에 배치되고, 제2 능동 소음 감소부(112b)가 팬(FA) 인근에 배치될 수 있다. 그리고, 수동 소음 감소부(114)는 공기 토출구(OL) 내벽면에 흡음재 형태로 배치될 수 있다.
제2 소음 감소 그룹(120)의 능동 소음 감소부(122) 및 수동 소음 감소부(124)가 냉각탑(CT_O)의 하부에 배치되어 냉각탑 하부 소음을 저감시킨다. 일례로, 제2 소음 감소 그룹(120)의 능동 소음 감소부(122)가 2개로 구비되는 경우에 있어서, 제1 능동 소음 감소부(122a)가 냉각탑 바닥 인근에 배치되고, 제2 능동 소음 감소부(122b)가 루버(LV) 인근에 배치될 수 있다. 그리고, 수동 소음 감소부(124)는 냉각탑 하부 바닥에 흡음재 형태로 배치될 수 있다.
이때, 상부 소음 저감을 담당하는 제1 소음 감소 그룹(110)과 하부 소음 저감을 담당하는 제2 소음 감소 그룹(120)은 소정의 간격 이격되어 냉각탑에 설치될 수 있다. 그리고, 제1 소음 감소 그룹(110)에 의해 출력되는 음파와 제2 소음 감소 그룹(120)에 의해 출력되는 음파는 서로 다른 주파수 성분을 가질 수 있다.
또한, 제1 소음 감소 그릅을 구성하는 각 요소들이 서로 이격된 거리는 상기 각 그룹이 이격 설치된 소정의 간격보다는 작을 수 있고, 동일하게, 제2 소음 감소 그룹을 구성하는 각 요소들이 서로 이격된 거리는 상기 각 그룹이 이격 설치된 소정의 간격보다는 작을 수 있다.
상술한 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 액티브 소음 감소 방식과 패시브 소음 감소 방식이 융합된 하이브리드 ANC 장치로서, 산업용 설비의 상부에 배치되는 제1 소음 감소 그룹과 하부에 배치되는 제2 소음 감소 그룹을 포함하되, 각 그룹은 능동 소음 감소부와 수동 소음 감소부를 포함하며, 이때 능동 소음 감소부는 다중 검출부와 다중 출력부로 구성됨으로써, 냉각탑과 같은 대형 산업용 설비에서 소음 저감의 효율을 높인다.
본 문서에서 사용된 용어 "부"는, 예를 들면, 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어(firmware) 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 단위(unit)를 의미할 수 있다. "부"는, 예를 들면, 모듈(module), 유닛(unit), 로직(logic), 논리 블록(logical block), 부품(component), 또는 회로(circuit) 등의 용어와 바꾸어 사용(interchangeably use)될 수 있다. "부"는, 일체로 구성된 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. "부"는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수도 있다. "부"는 기계적으로 또는 전자적으로 구현될 수 있다. 예를 들면, "부"는, 알려졌거나 앞으로 개발될, 어떤 동작들을 수행하는 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩, FPGAs(field-programmable gate arrays) 또는 프로그램 가능 논리 장치(programmable-logic device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따른 장치(예: 모듈들 또는 그 기능들) 또는 방법(예: 동작들)의 적어도 일부는, 예컨대, 프로그램 모듈의 형태로 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 상기 명령어가 프로세서(예: 프로세서)에 의해 실행될 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체는, 예를 들면, 메모리가 될 수 있다.
컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 하드디스크, 플로피디스크, 마그네틱 매체(magnetic media)(예: 자기테이프), 광기록 매체(optical media)(예: CD-ROM, DVD, 자기-광 매체(magneto-optical media)(예: 플롭티컬 디스크(floptical disk)), 하드웨어 장치(예: ROM, RAM, 또는 플래시 메모리 등) 등을 포함할 수 있다. 또한, 프로그램 명령에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 다양한 실시 예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지다.
다양한 실시 예에 따른 모듈 또는 프로그램 모듈은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따른 모듈, 프로그램 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱(heuristic)한 방법으로 실행될 수 있다. 또한, 일부 동작은 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.
100 : 산업용 설비의 저소음을 위한 하이브리드 ANC 장치
110 : 제1 소음 감소 그룹
112 : 능동 소음 감소부
114 : 수동 소음 감소부
120 : 제2 소음 감소 그룹
122 : 능동 소음 감소부
124 : 수동 소음 감소부
130 : 연산부
140 : 디스플레이부
142 : 제1 표시부
144 : 제2 표시부

Claims (8)

  1. 산업용 설비의 저소음을 위한 하이브리드 ANC(Active Noise Cancelling) 장치로서,
    상기 설비의 제1 영역에 배치되어 상기 제1 영역에서 발생하는 소음을 수집하고 이를 감소시키는 음파를 발생시키는 제1 소음 감소 그룹; 및
    상기 설비의 제2 영역에 배치되어 상기 제2 영역에서 발생하는 소음을 수집하고 이를 감소시키는 음파를 발생시키는 제2 소음 감소 그룹;을 포함하되,
    상기 제1 소음 감소 그룹과 상기 제2 소음 감소 그룹은 서로 물리적으로 분리되어 상기 설비 내부에 소정의 거리만큼 이격되어 설치되며, 서로 상이한 주파수 성분의 음파를 발생시킴으로서 상기 설비에서 발생하는 전체 소음을 감소시키며,
    상기 설비는 산업용 열교환설비로서 냉각탑이며,
    상기 제1 영역은 상기 냉각탑의 상부 내측이고, 상기 제1 소음 감소 그룹은 외부로부터 상기 냉각탑 내부로 유입되는 공기를 외부로 배출시키는 팬 및 그의 구동을 위한 모터에 의한 소음을 감소시키는 음파를 발생시키며,
    상기 제2 영역은 상기 냉각탑의 하부 내측이고, 상기 제2 소음 감소 그룹은 상기 냉각탑 내 상부에서 하부로 낙하하는 냉각수에 의한 소음을 감소시키는 음파를 발생시키며,
    상기 제1 소음 감소 그룹은,
    상기 제1 영역 내에 구획된 다수의 제1 서브-영역들에 각각 배치되는 다수의 제1 능동 소음 감소부들; 및
    상기 제1 영역 내에 상기 다수의 제1 능동 소음 감소부들에 인접하여 배치되는 하나 이상의 제1 수동 소음 감소부들을 포함하고,
    상기 다수의 제1 능동 소음 감소부들은 각각, 상기 설비 내부에 상기 소정의 거리보다 짧은 제1 거리만큼 이격 설치되며,
    상기 다수의 제1 서브-영역들은 상기 설비의 상기 제1 영역 내 물리적인 구획을 따르고,
    상기 제2 소음 감소 그룹은,
    상기 제2 영역 내에 구획된 다수의 제2 서브-영역들에 각각 배치되는 다수의 제2 능동 소음 감소부들; 및
    상기 제2 영역 내에 상기 다수의 제2 능동 소음 감소부들에 인접하여 배치되는 하나 이상의 제2 수동 소음 감소부들을 포함하고,
    상기 다수의 제2 능동 소음 감소부들은 각각, 상기 설비 내부에 상기 소정의 거리보다 짧은 제2 거리만큼 이격 설치되며,
    상기 다수의 제2 서브-영역들은 상기 설비의 상기 제2 영역 내 물리적인 구획을 따르고,
    상기 다수의 제1 서브-영역들은 상기 설비 내 물리적인 구획에 의해 구별되는 공기 토출구와 팬에 의해 특정되는 영역들을 포함하고, 상기 다수의 제2 서브-영역들은 상기 설비 내 물리적인 구획에 의해 구별되는 냉각탑 바닥과 루버에 의해 특정되는 영역들을 포함하는, 하이브리드 ANC 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    디스플레이부;를 더 포함하되,
    상기 디스플레이부는 상기 제1 소음 감소 그룹에 의한 음파의 출력량과 상기 제2 소음 감소 그룹에 의한 음파의 출력량을 조절 가능하도록 하는 그래픽 사용자 인터페이스를 제공하는, 하이브리드 ANC 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    연산부;를 더 포함하되,
    상기 연산부는 상기 제1 소음 감소 그룹에 의해 수집되는 소음 및 상기 제2 소음 감소 그룹에 의해 수집되는 소음을 분석하여 이를 감소시키기 위한 상보 신호를 연산하는, 하이브리드 ANC 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 상기 연산된 상보 신호의 음파 출력량을 수치화하여 표시하는, 하이브리드 ANC 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 제1 서브-영역들은 상기 설비의 상기 제1 영역 내 물리적인 구획(공기 토출구와 팬)을 따르고, 상기 다수의 제2 서브-영역들은 상기 설비의 상기 제2 영역 내 물리적인 구획을 따름에 따라, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리는 서로 상이한, 하이브리드 ANC 장치.
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