저소음 헤어드라이어의 설계

Abstract

헤어 드라이어는 소음이 상당하고, 제품과 사용자 사이의 거리가 매우 짧기 때문에 가장 불쾌한 가전제품 중 하나로 생각된다. 일상 생활에서 매일 쓰이는 제품 인데다 방사되는 소음은 고주파수 영역에서 많은 고조파를 내포하고 있기 때문에 더욱 그러하다. 저소음 제품들이 개발되고 있지만, 저소음 효과가 미미하거나, 효과가 있더라도 제품의 가격이 상당히 비싼 편이다. 본 연구에서는 헤어 드라이어의 소음을 낮게, 음질은 좋게 설계 하되, 현재 시장에서 가격적으로 경쟁력 있도록 만드는 것을 목표로 한다. 헤어드라이어의 소음 이외에 소비자들이 가장 중요하게 생각하는 요소는 배기구의 유속, 유량으로 대변되는 건조속도가 있고, 이 건조 성능과 소음은 Trade-off 관계에 있어서 동시에 향상시키기가 어렵다. 따라서 건조 시간은 현재 시장 제품의 최고 수준으로 유지하되, 기하학적인 형상 변화를 통하여 소음도를 낮추고 음질을 향상하려 한다. 본문은 세가지 부분으로 구성된다. 첫번째로 제품 설계과정을 따라 헤어드라이어에서의 문제 정의를 진행하고, 일반적인 구조와 작동원리를 파악한다. 두번째로 헤어 드라이어 각 부분의 다양한 형상 인자가 유량 성능과 공력 소음에 어떠한 영향을 미치는지 선행 연구를 통해 파악한다. 주요한 공력 소음원으로는 팬과 슈라우드, 배기구의 집중 노즐, 흡기부의 그릴(Grille) 이 있고, 각각에서 주요한 형상 인자들이 미치는 영향을 정량적으로 파악하였다. 세번째로 이를 바탕으로 팬과 슈라우드(Shroud), 배기구의 노즐 부분에 대하여, 유량 성능을 유지하면서 공력 소음을 줄일 수 있는 새로운 형상을 제시한다. 3d 프린팅을 이용하여 부분별 시제품을 제작하고 실험을 통해 개선된 점을 증명한다. 팬과 슈라우드(Shroud) 의 경우 소형 다중 팬을 통하여 광역 소음을 감소하고, 슈라우드에 사분 파장 길이의 측지관을 설치하여 날개 통과 주파수와 그 고조파의 순음을 감소시켰다. 또한 비등간격 날개 팬의 사용을 통한 날개 통과 주파수 순음의 저감 효과도 고려하였다. 배기부 노즐의 경우 유속의 구배를 위한 이중 격벽의 구조를 취하고, 쉐브론, 로브 형상의 끝단부를 이용하여 제트 소음을 감소시켰다. 마지막으로 제안된 각 부분의 형상을 조립하여 최종 시제품을 만들고, 시중의 우수 제품 표본들과 같은 조건에서 측정한 유량, 음압레벨, 음질인자를 계산하여 향상도를 확인한다. 측정결과, 유량은 시중의 우수 제품 표본 평균과 비교하여 약 20% 증가하였고, 가청 주파수 내의 전체 음압레벨은 약 6 dB 감소하였다. 또한 Loudness는 약 30%, Sharpness는 약 15%, Roughness도 약 9% 감소하였다.