KR100240379B1 - 공기냉각장치용 소음감쇠조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강제통풍식 액체-공기 냉각장치에 사용되는 소음감쇠조립체에 관한 것으로, 최소한 2개 열이상을 갖추고, 공기흡기구를 가로질러서 배열된 실린더형 부재를 갖추며, 상기 감쇠기조립체를 경유하는 공기흐름에 대한 조준선의 방해물을 제공하고, 감쇠기조립체를 경유하여 이동하는 소음전방부상에 충격을 가하는 다중차단효과를 제공하며, 흡음재료로 이루어진 신장부재를 제공하고, 이러한 부재들이 공기흐름상에서 배압손실(back pressure losses)을 감소시키면서, 강제통풍장치에 관련되는 개선된 소음감쇠효과를 얻는 것이다.

Description

공기냉각장치용 소음감쇠조립체 {SOUND ATTENUATION ASSEMBLY FOR AIR-COOLING APPARATUS}

본 발명은 공기냉각장치에 활용되는 소음감쇠조립체(a sound attenuation assembly)에 관한 것으로, 보다 상세히는 강제통풍식 액체-공기 냉각장치상에서 상기 공기냉각장치의 공기흡기구와 공기 배기구 양측 또는 어느 한쪽에 장착되어 활용하기에 적합한 소음감쇠조립체에 관한 것이다.

강제통풍(forced-draft)식 액체-공기냉각시스템은 현저한 소음(noise)을 발생시키는 팬(fan)과 같은 공기이송기구를 사용한다. 일정 데시벨(decibel)수준에서의 소음은 상업용 건물, 도시환경, 및 유럽, 일본과 같은 특별한 지리적인 지역 또는 환경에서 허용될수 없는 것이다. 소음감쇠장치로 불리우는 소음편향벽(sound deflection barrier)과 흡음재(absorbing member)등이 공기유로상에 설치될 수 있다.

이러한 상기 소음편향벽은 건물의 미학적인 외관, 구조 또는 주변환경을 저해하기 때문에, 사용상의 제약이 수반된다. 그리고, 상기 소음편향벽은 소음수준을 줄이는 면에서 제한된 효과를 가지고, 구조적으로 바람에 대한 보강재(reinforcement)를 요구한다. 보강재를 추가한 소음편향벽 구조는 냉각장치의 전체적인 크기 및 설치비용을 증대시킬 수 있다.

높아진 데시벨의 소음을 줄이기 위하여 주로 활용되는 장치는 흡음부재 또는 감쇠기이다. 소음을 줄이기 위한 목적으로 흡음부재는 액체-공기냉각 시스템의 공기 흡기구측이나 공기 배기구측 또는 그 양측에 위치될 수 있다. 전형적인 감쇠기 시스템은 흡음재료의 내부에 직사각형의 배플(baffle)을 다수개 장착한 포위체(an enclosure)를 갖춘다. 상기 감쇠기 시스템은 포위체 및 배플사이를 통하여 공기흐름을 전달할 수 있도록 공기흡기구의 상부측이나 공기배기구의 하류측의 공기유로내에 배치된다. 일반적으로 이러한 배플들은 유리섬유와 같은 소재로 이루어진 직사각형 형태를 갖춘다. 그러나, 이러한 배플과 이와 결합되는 구조체들은 부피가 크고, 고가인 경향이 있다. 더구나, 직사각형 배플의 사용은 공기유로를 따라서 정압손실(static pressure losses)을 현저히 증가시킨다.

현재 알려진 흡음장치중에 천정 및 벽에 탈착할 수 있는 것이 있다. 그러나, 이러한 장치는 배플과 포위체로써 소음 감쇠효과를 달성하는 것에 비하여 상대적으로 고가이라는 것을 고려하여야 한다.

본 발명에 따라 제작된 강제통풍식 액체-공기냉각장치에서 사용하기 위한 소음감쇠조립체는 챔버(chamber), 공기흡기구와 공기배기구를 갖는 포위체를 갖춘다. 일반적으로 길게 신장된 복수개의 실린더형 부재가 챔버를 경유하는 공기유로를 가로지르는 적어도 2개 열로서 정렬되고, 이러한 챔버는 소음근원지에서 소음수신지까지 상기 챔버를 통하는 조준선(line of sight)을 차단하기 위하여 인접한 실린더형 부재사이에서의 간격이 임의의 열로서 배열된 실린더형 부재를 갖추어 구성한다. 상기 조립체는 냉각장치로 부터 공기를 방출하고, 그 내부로 흐르게 하는 것에 관련하여 발생하는 일정 데시벨의 소음수준을 줄이기 위하여, 상기 냉각장치의 공기흡기구나 공기배기구에 장착될 수 있거나, 공기흡기구와 공기배기구 양측에 장착될 수있다. 일반적으로 길게 연장된 부재가 실린더형이지만, 그 표면이 실린더의 상단부로 부터 하단부까지 불규칙한 형태로 이루어질수 있기 때문에, 실린더형부재의 외형이 반드시 곧바르거나 곧바른 실린더형 표면으로 갖추어질 필요는 없다. 따라서,각각의 실린더형 부재에서 다수개의 원통형 직경이 존재할 수 있다. 냉각장치에 장착된 감쇠조립체의 어느 한쪽 위치에서, 감쇠부재의 개구(aperture)에 연결되는 냉각장치의 구멍(port)근방에 위치하는 감쇠부재의 열(row)에서 가장 크게 연장된 부재의 최소직경에 대하여 적어도 두배의 거리를 연장시킨 결합공간이 형성되는 것이다.

도 1은 일반적인 건물구조에 인접한 예시적인 냉각탑의 측단면도,

도 2는 액체-공기 냉각장치에 결합되는 감쇠기 챔버를 개략적으로 도시한 도면,

도 3은 흡음재벽을 도시한 입측면도,

도 4는 수평방향으로 장착되는 흡음재를 도시한 사시도,

도 5는 수직방향으로 장착되는 흡음재를 도시한 사시도,

도 6은 천장타일흡음재의 상부와 하부를 도시한 사시도,

도 7은 본 발명에 따른 2 개의 열로 배열된 실린더형 배플이 외측에서 보이도록 부분절개한 개략도,

도 8은 예시적인 곧은 실린더형 배플을 도시한 측단면도,

도 9는 도 8의 실린더형 배플의 단면도,

도 10은 불규칙적인 형상을 갖는 일반적인 실린더형 배플을 도시한 개략도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 ; 건물 14 ; 냉각탑

16 ; 공기이송장치 18 ; 공기흡기구

20 ; 공기배기구 24,26 ; 소음감쇠조립체

34 ; 배플(baffle)

이하, 첨부한 도면에 의하여 본 발명에 따른 공기냉각장치용 소음감쇠조립체의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1에서, 냉각탑(cooling tower), 증발기(evaporator), 응축기(condenser)를 포함할 수 있는 대표적인 액체-공기냉각장치(10)가 사무용건물과 같은 일반적인 상업용 편의시설에 관련된 구조물에 인접하여 대략적으로 도시되어있다. 상기 장치(10)는 팬과 같은 공기이송장치(16)를 장착한 냉각탑(14)을 갖추고, 공기흡기구(18)와 배기구(20)는 상기 배기구(20)의 공기흐름으로 부터 소음을 발산시켜 일정 데시벨수준으로 줄이도록 구조물(12)과 배기구(20)사이에 위치된 소음차단벽(22)을 갖춘다. 도 1은 흡기구(18)와 배기구(20)에 각각 위치하는 소음감쇠조립체(24),(26)의 변형구조를 도시한 대표적인 실시예이다.

도 2는 상기 조립체들을 나타내는 소음감쇠조립체(24)를 도시한 확대도이다. 상기 조립체(24),(26)는 서로 유사한 구조이고, 동일하게 조작되기 때문에, 조립체(24)하나에 대해서만 기술하지만, 이러한 설명은 또다른 조립체(26)에도 적용할 수 있다. 도 2에 도시한 바와같이, 상기 소음감쇠조립체(24)는 흡기구(18)에서 냉각탑(14)과 연결되고, 일반적인 직사각형의 하우징(housing)(25)을 갖춘다. 그러나, 이러한 하우징의 형태는 상기 구조로서 한정되는 것이 아니라 단지 설명을 위한 것이다. 상기 조립체(24)는 공기흡입구(30)와 공기배출구(32)를 화살표로 도시한 바와같이, 공기흐름방향으로 상기 챔버(28)내에서 세로방향으로 장착되는 다수개의 배플(34)을 갖춘다. 일정 배열로 위치된 각각의 배플(34)들은 인접하는 배플(34)들 사이의 간격(36)으로서 분리되고, 상기 간격(36)들이 공기흡입구(30)의 횡단면 'x' 와 동일하여만 하는 것은 아니다.

공기흡입구(30)는 단면 또는 단면영역인 'x' 를 가지며, 일반적인 직사각형의 형태를 가지는 상기 배플(34)은 상기 단면영역 'x'의 대략 55 내지 65% 사이를 전형적으로 차지한다. 신장된 상기 배플(34)들은 유리섬유(fiberglass)와 같은 흡음재료로서 구성되어진다. 그러나 배플(34)들은 그 부피가 크고, 일반적으로 고가이며, 챔버(28)를 통과하는 공기유로내에서 상당한 압력손실을 발생시킨다.

도 3 내지 6에 도시한 바와같은 또다른 소음억제장치가 소음감쇠기술분야에 알려져 있다. 도 3에서, 흡음재료로 이루어지고, 신장된 반타원형부품(38)이 정돈된 또는 선형의 배열로서 벽체상에 장착될 수 있다. 도 4에서 한쌍의 반타원형부품(38)은 내부에 배플(44)과 중공의 통로(42)을 가지는 파이프 형상의 조립품(40)을 구성하도록 외측면 가장자리가 서로 접합된다. 상기 조립품(40)은 소음을 흡수하도록 매달리고, 걸려진다. 도 5는 수직방향으로 배치된 흡음재 조립품(40)을 도시한 것이다. 도 6에서, 상기 흡음부품(38)은 그들의 양측이 위로 오목하거나, 위로 볼록한 형상으로 구성되어서,상기 부품(38)은 소음을 흡수하도록 천정에 장착될 수 있다. 비록 이러한 흡음부품은 공기이동이 단지 명목적인 한정된 공간에서 효과적일 수 있지만, 설치비용 뿐만아니라, 소음을 억제하는 장치의 비용이 강제적인 공기이동환경에서 사용하기에는 고가라는 것을 염두에 두어야 한다.

도 7에 도시한 바와같이, 실린더형 배플(46)들은 상기 챔버(28)내에서 단면영역 'x'전역에 걸쳐 첫 번째 열(48)과 두번째 열(50)로 배열되어 있다. 이러한 배열에서, 상기 각 열(48),(50)에 갖추어진 배플(46)들은 인접하는 배플(46)사이에 간격(52)을 갖는다. 공기흐름방향은 공기 흡입구(30)와 공기 배출구(32)사이에서 챔버(28)를 통과한다. 두 번째 열(50)의 배플(46)들은 일반적으로 첫번째 열(48)의 배플(46)사이의 간격 'y' 로서 배열된다. 이와 유사하게 첫번째 열(48)의 배플(46)도 두번째 열(50)의 배플(46)사이의 간격 'y'로서 정열되어 있다. 이러한 구성과 도 8 및 9도에 도시한 바와같이, 상기 배플(46)은 곧은(right)실린더로서 갖추어진다. 도 10에서, 원형 실린더형태의 배플(46)의 또다른 형상이 반드시 곧은 실린더형으로 구성할 필요가 없다는 것을 설명하고 있다. 또다른 상기 실린더형태는 도 9에 도시한 것과는 다른 단면, 예를들면, 타원형, 달걀모양의 타원형 또는 반고리모양을 가지는 비원형의 형상으로 구성될 수 있다. 더구나, 도 10에서 과장된 형태로서 강조하기 위하여 도시한 바와같이, 기울어지거나 불규칙적인 외형으로 갖추어질 수 있다. 이러한 불규칙적이고, 기울어진 형상에 의해서, 상기 실린더(46)는 변화하는 다양한 단면 직경을 갖출 수 있다. 인접하는 첫번째 열(48)과 두번째 열(50)사이의 분리거리는 적어도 인접한 열내에 있는 배플부재(46)의 최소 단면직경을 유지한다.도 10에서, 최소직경(47)은 첫 번째 도시된 불규칙적인(erratic) 실린더의 상부에 표시되어 있고, 최대직경(49)은 동일한 상기 불규칙적인 실린더의 저부(base)에 언급되어 있다. 분리간격(seperation gap) 'y' 는 상기 간격 'y'를 규정한 배플(46)의 최소직경에 대하여 약 70%와 95% 사이에 해당하는 것이다.

도 7에서 하우징(25)은 다수개의 배플(46)로 이루어진 첫번째 열(48)과 두번째 열(50)만으로 도시되어 있지만, 다수의 배플열이 챔버(28) 전역에 걸쳐서 배열될수 있다 것을 알아야 한다. 냉각탑(14)의 공기 흡기구(18) 또는 배기구(20)와 하우징(25)의 연결은 공간거리(plenum distance)'z'를 제공하도록 배치되는 것이다. 이러한 분리거리(seperation distance)는 공기유로를 따라서 공기압력손실을 최소화하기 위하여 배플(46)과 공기 흡기구(18)사이, 또는 배플(46)과 배기구(20)사이에 갖추어진다.

작동에서, 적어도 2개열의 배플(46)이 소음근원지로 부터 소음수신지까지의 조준선(line of sight)을 가로 막는다. 보다 상세하게는 도 7에서 공기는 공기 흡기구(18)에서 냉각탑(14)내로 방출하기 위해 흡입구(30)를 경유하여 챔버(28)내로 흐른다. 그러나, 상기 공기는 배플(46)주위에서 챔버(28)를 관통하여 지나가고, 공간 'z'와 공기배출구(32)를 통과하여 지나가며, 공기 흡기구(18)내로 유입된다. 이러한 구조에서 흡기구로 부터 배기구까지 챔버(28)를 관통하는 공기흐름의 조준선(the line of sight)은 분명하지 않다. 보다 상세히는 공기흡입구(30)는 챔버(28)를 가로지르는 첫번째 단면영역을 가지고, 공기흐름방향에 대하여 대략 수직방향이다. 열(48),(50)내에 배플(46)들은 소음감쇠요소가 소음근원지와 소음수신지사이의 전달로에 삽입될 때, 수신지의 위치에서 측정되는 일정 소음수준을 줄이는 삽입손실(insertion loss)을 효과적으로 제공한다.

본 발명에서 상기 삽입손실은 이하 두가지 현상의 결합에 의하여 분명해지는 것으로 간주된다: 1)적어도 두 개 열을 갖춘 감쇠기에 의한 다중 차단효과(a multiple barrier effect) 와, 2) 감쇠기 재질에 의한 흡음효과등이다. 다중 차단효과는 소음근원지로 부터 수신자측으로 이동하는 소음전방에 가해지는 감쇠기의 전방충격작용이다. 결과적으로 상기 소음에너지는 감쇠기의 부딪히는 표면에 의해서 부분적으로 흡수되어 감소되고, 공간(26)내에서 굴절되어 분산되는 것에 의해서 감소되는 것이다.

흡음작용은 감쇠기의 방음소재에 의하여 이루어지는 것이다. 이러한 방음소재는 주로 소음을 흡수하도록 작용하는 것이다. 상기 방음소재의 내부에서 소음에너지를 분산시키는 요소는 섬유질 또는 펠트(felt)로 된 무기물사이에 형성된 작은, 공기로 채워진 기공이다. 일례로서 작은 섬유와 상기 섬유재료사이에서 기공을 상호연결하는 유리섬유층으로 구성되는 실린더형 감쇠기가 임의의 응용예로서 활용되었다.

본 발명에 따른 소음감쇠기에 관련된 공기의 정압손실(the static pressure loss)은 길게 연장된 배플(34)에 의한 압력손실보다 적은 것이다. 실린더형 감쇠기조립체는 공기흐름에 대하여 노출되는 전체적으로 보다 큰 개방영역을 가지지 때문에, 각 단면에서 개방지역은 인접한 실린더사이의 공간 'y' 에서만 단지 좁아지게 된다. 심지어 좁은 공간 'y'내에서도 상기 공간은 직사각형 배플을 갖춘 공지된 장치의 공간보다 크다. 더구나 도 2에서 배플(34)사이에서의 좁은 공간(36)은 팬(16)의 흡입구로 공기의 원할한 접근을 방해하는 고속공기흐름의 챈널링(channelling)현상을 유도하여 결과적으로 공기유로상에서 추가적인 압력손실을 유도한다. 본 발명에 따른 실린더형 감쇠기는 흡기구(18)에 인접한 배플들의 감쇠기열 사이의 공간내에서 하측으로 확장하는 공기흐름에 유선형 표면(a streamlined surface)을 제공함으로서 흡기구측의 압력손실을 감소시키는 결과를 초래한다. 따라서, 저가의 실린더형 배플(46)이 공기흐름 압력손실을 줄임으로서 공기이동장치(16)에 의한 에너지의 사용을 절감할 뿐만아니라, 장치(10)의 작동으로 발생된 소음수준을 줄이는 결과를 초래하는 것이다.

당업자는 상기 실시예에서 또다른 변형예를 만들 수 있다는 것을 알수 있다. 상기에서는 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 단지 하나만 기술하고 있지만, 또다른 다양한 실시예를 제작할 수 있다는 것은 분명하다. 따라서 본 발명의 청구항에 기재된 내용은 이러한 본 발명의 범위와 사상내에서 상기와 같은 여러 가지 변형예 모두를 포함하는 것이다.

Claims (10)

1. 공기이송장치를 장착한 강제통풍장치를 갖추고, 공기흡기구를 장착한 공기흐름덕트를 갖추며, 열전송을 위한 수단과 상기 열전송수단의 하류측 배기구를 갖추고, 공기가 상기 공기흡기구로 부터 상기 배기구로 흐르는 강제통풍식 액체-공기냉각장치용 소음감쇠조립체에 있어서,

   하우징을 갖추고, 상기 하우징은 벽체를 갖추며, 상기 벽체는 내부표면, 외부표면을 갖추어 챔버, 공기흡입구와 공기배출구를 형성하고, 상기 하우징은 공기흡입구를 통한 공기흐름의 연결을 위하여 그리고, 공기배출구와 상기 공간이 공기흐름덕트구 중의 어느 하나와 대기에 연결되도록 하기 위하여 상기 장치에 연결가능하며,

   신장된 다수개의 실린더형 부재는 각각 수직한 축과 외부표면을 가지며, 적어도 상기 신장된 부재의 첫번째 열과 두번째 열을 갖추고, 상기 첫번째 및 두번째 열은 서로 인접하는 열이고, 간격거리에 의하여 나누어지며,

   상기 신장부재는 첫번째 열과 두번째 열로서 배열되고, 각각의 상기 첫번째 열과 두번째 열에서 인접하는 신장부재사이에 분리간격을 갖추며;

   상기 첫번째 열과 두번째 열은 챔버내에 장착되고, 상기 챔버를 경유하는 공기흐름방향에 대하여 대략적으로 평행 및 횡방향으로 형성되는 상기 수직축들을 갖추고,

   상기 신장부재로 이루어진 첫번째 열과 두번째 열의 어느 하나는 상기 공기흡입구의 근방에 위치하고, 상기 첫번째열과 두번째 열의 나머지 하나는 상기 공기배출구의 근방에 위치하며,

   상기 열들은 첫번째 열과 두번째 열중 어느 하나의 분리간격이 상기 첫번째 열과 두번째 열중의 나머지 하나의 신장부재에 정렬되도록 배치되어 소음근원지로부터 소음수신지까지 상기 챔버를 경유하는 조준선을 차단하게 되며, 상기 신장부재의 구조는 소음근원지로 부터 상기 소음감쇠조립체를 경유하는 방향으로 상기 소음의 수신자까지 이동하는 소음흐름 전방상에 상기 신장부재 외부면의 전방충격에 의한 다중차단효과를 제공하며, 상기 다중차단효과는 신장부재재료에 의한 흡음효과와 조합되고;

   상기 냉각탑의 공기흡기구와 공기배기구중의 어느 위치에 장착할 수 있고, 공기를 받아 상기 공기흐름내로 공기를 방출하며, 냉각탑으로 부터 유입되고, 방출되는 공기에 관련하여 발생하는 소음데시벨수준을 줄이도록 구성됨을 특징으로 하는 강제통풍식 액체-공기 냉각장치용 소음감쇠조립체.
2. 제1항에 있어서, 각각의 상기 열내에서 인접한 상기 신장된 실린더형 부재사이의 분리간격은 상기 부재의 최소직경의 70 내지 95% 사이에 형성됨을 특징으로 하는 강제통풍식 액체-공기냉각장치용 소음감쇠조립체.
3. 제1항에 있어서, 상기 인접한 열사이에서의 간격거리는 상기 인접한 열내의 상기 신장된 실린더형 부재의 가장 작은 단면직경임을 특징으로 하는 강제통풍식 액체-공기 냉각장치용 소음감쇠조립체.
4. 제1항에 있어서, 상기 신장된 실린더형 부재재료는 흡음재료로 구성됨을 특징으로 하는 냉각탑용 소음감쇠조립체.
5. 제 1항에 있어서, 제 1 소음감쇠조립체와 제 2소음감쇠조립체를 추가 포함하고, 상기 제 1 및 제 2소음감쇠조립체중의 어느 하나가 공기흡기구에 연결되고, 나머지 하나가 공기배기구에 연결됨을 특징으로 하는 강제통풍식 액체-공기냉각장치용 소음감쇠조립체.
6. 제1항에 있어서, 상기 챔버내에 장착되는 다수개의 상기 신장된 실린더형 부재열을 추가 포함하고, 상기 각각의 열은 인접하는 열내의 분리간격을 유지하면서 배열된 신장부재를 갖춤을 특징으로 하는 소음감쇠조립체.
7. 제 1항에 있어서, 상기 공기배출구는 상기 장치의 공기흡기구에 연결되고, 상기 공기배출구와 공기흡기구사이에 위치되는 결합공간을 추가포함하며, 상기 결합공간은 상기 공기배출구에 인접하는 상기 부재의 열내에서 상기 신장부재의 가장 큰 직경의 최소 외경에 대하여 적어도 2배의 거리를 상기 공기 배출구와 흡기구사이에서 연장형성함을 특징으로 하는 소음감쇠조립체.
8. 제 1항에 있어서, 상기 신장부재가 실린더로 구성됨을 특징으로 하는 소음감쇠조립체.
9. 제 1항에 있어서, 상기 공기배출구는 상기 장치의 공기흡기구에 연결되고, 상기 공기배출구와 공기흡기구사이에 위치되는 결합공간을 추가 포함하며, 상기 결합공간은 상기 하우징과 흡기구중의 어느 하나내에 위치한 공기이송장치와, 상기 공기 배출구에 인접하는 신장부재의 열사이의 일정거리를 연장하고, 상기 공간은 상기 공기 배출구에 인접하는 상기 부재의 열내에서 가장 크게 신장된 실린더형 부재의 가장 적은 외경의 적어도 2배로 구성됨을 특징으로 하는 소음감쇠조립체.
10. 제 4항에 있어서, 상기 신장부재 재료는 경화된 유리섬유로 구성됨을 특징으로 소음감쇠조립체.