KR100632419B1 - 흡음공명형 소음기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고성능 흡음공명형 소음기에 관한 것으로, 내연기관(발전 기류), 배기가스, 감압변후단. 증기안전밸브 등에 사용되는 소음기로서 간단한 구조로 저중음역의 주파수 성분의 저감에 효과적인 감음성능을 가지도록 하는 데 목적이 있다.

이를 위해 본 발명에서는 유체(Steam, 배기가스)가 통과하는 통로의 외부에 길이방향으로 다수개 배열되고, 내부에 관통된 홀을 가지는 중공형의 와셔;와 상기 와셔의 외부를 감싸면서 형성되어 공명음을 저감시키면서 흡음재의 비산을 방지하도록 다수개의 타공이 관통형성된 타공판;와 상기 타공판의 외측에는 형성되어 소음을 흡음하는 흡음재;와 상기 흡음재의 외측을 둘러싼 마감재가 포함되어 형성되는 것을 특징으로 하는 흡음공명형 소음기가 제안된다.

와셔, 타공판, 흡음재, 소음기

Description

흡음공명형 소음기 {Silencer of Absorption-Resonance type}

도 1은 종래의 정류소음기의 전체적인 구성 단면도.

도 2는 종래의 보일러 배관 등에 사용된 소음기의 구성 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 공명형 소음기의 전체적인 구성 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 공명형 소음기의 실험장치.

도 5a, 도 5b는 표 1에 나타난 빈 관의 소음도와 본 발명의 공명형 소음기 결과를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 내부관 121 : 와셔

122 : 타공판 124 : 흡음재

125 : 마감재

본 발명은 흡음공명형 소음기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증기안전밸브의 분출구, 내연기관(발전기류) 배기가스, 감압변후단 공기압축기의 흡입, 토출관 등에 사용되며 저중음역의 주파수 성분을 효과적으로 저감하며, 공기 중에 노출되어도 구조적인 결합력과 인장강도가 강하며, 배수시간이 짧고 흡음성능이 향상될 수 있는 흡음공명형 소음기에 관한 것이다.

종래 소음기는 유로의 주위나 유로 중에 마련한 유리 섬유 등의 흡음재에 의해 소리 에너지를 흡수해 소음을 저감 하는 흡음형과, 유로에 부설 한 공명기나 유로 단면의 급확대에 의해 음파의 간섭이나 반사를 일으키게 해 이것을 이용해 소음을 저감 하는 리액턴스형이 있다.

그러나 흡음형에서는, 고주파역의 소음은 저감 할 수 있지만, 저주파역의 소음은 효율적으로 흡수할 수 있지 못하고, 리액턴스형에서는, 저주파역의 소음도 저감 할 수 있지만, 큰 설치 스페이스를 필요로 한다고 하는 문제가 있어 흡음형과 리액턴스 형을 적절히 결합하여 사용하게 되는 바 그 구조가 복잡해지고 제작 및 설치에 어려움이 있다.

도 1은 종래의 소음기 예로서, 기체공급라인 내에 설치되어 기체 감압 시의 정류소음을 구현하는 정류소음장치(10)는, 유동체공급 라인 내에 설치되어 유동체감압시의 정류소음을 제공하기 위해, 유동체공급측이 연결되는 유입부(11)와, 유동체소요측이 연결되는 유출부(13) 및 상기 유입부(11)와 상기 유출부(13) 사이에 형성된 정류실(17)을 갖는 본체(15)와, 상기 정류실(17)내에 수용되어 상기 유입부(11)를 통해 유입된 유동체의 유동에 저항을 가하는 정류부재(19)와, 이 정류부재(19)와 동심으로 상기 본체(15)의 내벽에 착접된 다공(21)의 흡음통(20)을 포함하여 이루어진다.

또한 도 2에서 보는 바와 같이 또 다른 소음장치는 내부관(30)의 외측에 다수의 지지대(41)가 형성되고, 상기 지지대에 의해 외부소음방지관(42)이 일정한 간격으로 이격되면서 둘러싸여 형성된다.

상기와 같은 소음장치는 500~1,000 Hz 사이의 주파수대에서 80~90 dB의 소음을 73~83 dB 정도의 소음으로 감음시켜 통상적으로 7~10 dB의 저감효과를 나타내는 게 일반적이다. 또한 이와 같은 감압밸브용 소음기는 밸브의 구성에 연동하여 특별한 구조로 설계되어야 하는 단점이 있고 감압밸브의 외부에 설치된다고 하여도 공기 중에 장시간 노출되어야 하므로 많은 진동이 발생되는 소음기의 내구성이 확보되어야 한다.

따라서 500~1,000 Hz 사이의 저중음역의 보다 효과적인 감음성능을 가지면서 간단하게 적용할 수 있는 소음기의 적용이 요구되며, 진동이 심한 외부환경 중에 노출되어도 구조적인 결합력이 뛰어난 소음기의 개발이 요구되고 있다.

따라서 본 발명은 이러한 사정을 감안하여 개발된 것으로, 보다 컴팩트한 구조를 가지면서 감음성능을 좌우하는 저중음역의 주파수 성분에서 효과적은 감음성능을 발휘하며, 공기 중에 노출되어도 구조적인 결합력과 인장강도가 강한 흡음공명형 소음기를 제공함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명에서는 흡음형 소음기를 적용함에 있어서 공기의 유동에 의한 흡음재의 비산을 억제할 수 있는 흡음공명형 소음기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 흡음공명형 소음기는, 유체가 통과하는 통로의 외부에 길이방향으로 다수개 배열되고, 내부에 관통된 홀을 가지는 중공형의 와셔;와 상기 와셔의 외부를 감싸면서 형성되어 공명음을 저감시키면서 흡음재의 비산을 방지하도록 다수개의 타공이 관통형성된 타공판;와 상기 타공판의 외측에는 형성되어 소음을 흡음하는 흡음재;와 상기 흡음재의 외측을 둘러싼 마감재가 포함되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서는 상기 와셔는 원형의 홀 및 사각형의 홀과 사각형의 형상을 가지며 흡음공명기의 단면형상도 원형 또는 사각형인 것을 특징으로 하는 흡음공명형 소음기가 제안된다.

또한 본 발명에서, 상기 와셔는 일정간격으로 배치되며 그 간격이 4 mm인 것을 특징으로 하는 흡음공명형 소음기가 제안된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면을 참고하여 상세히 설명하고자 한다.

도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 흡음공명형 소음기의 제1실시예는 소음기의 길이방향으로 배열된 다수개의 와셔(121)와 와셔(121) 사이에서 생긴 공명음이 흡음재(124)에 의해 흡음되어 소음을 저감시킬 수 있도록 하는 구조로 이루어진다. 유체가 통과하는 통로의 일예로서 내부관(110)이 설치된다. 내부관의 직경은 단지 와셔의 내경과 같은 크기를 가진다. 즉, 소음기의 중심부는 중공원통형의 와셔(121)가 다수 개 삽설됨으로 인해 유동을 위한 통로를 가지는 것이다. 유체가 통과하는 통로의 외부에 중공원통형의 와셔가 다수 개 형성되는 것이다. 음공명형 소음기의 전체적인 구성 단면상태에서 알 수 있듯이 와셔는 연속하여 배치되어 있으며 그 배치간격이 일정하여 와셔와 와셔사이에는 공기가 공명될 수 있도록 공간부가 형성된다. 상기 공간부의 크기가 작을수록 공명음의 주파수는 높아지며 공간부의 크기가 클수록 발생되는 공명음의 주파수는 낮아진다.

와셔가 길이방향으로 구비되고 와셔의 내부에 별도의 관이 설치되지 않음에 따라 구조적으로 컴팩트하게 되고 따라서 계속된 외부진동이 발생하여도 내부관을 타고 발생되는 구조진동음 내지 고체 전달음의 전달을 방해하는 것이다. 또한 상기 와셔(121)들의 외주면에는 공명음을 저감시키도록 다수개의 타공(도면 도시 생략)이 관통형성된 타공판(122)과 흡음재(124)가 형성된다.

또한 타공판(122)의 외주면에 저감된 공명음을 흡음할 수 있도록 흡음재(124)가 형성되는데 일반적으로 흡음형 소음기에는 유리섬유(Glass wool)가 많이 적용되나 본 발명에서는 비산되는 경우 인체에 유해한 영향을 미치는 유리섬유 대신 인체에 무해한 새스론을 적용한다. 또한 상기 타공판은 흡음재의 표면재로 많이 사용되는 다수개의 홀이 형성된 판이는 이는 대개 아연도장강판을 많이 사용한다.

한편 상기 흡음재(124)의 외주면에는 스틸플레이트인 마감재(125)로 둘러싸여 형성된다.

타공판과 흡음재는 소위 헬름홀쯔 공명기 역할을 하는데, 음에너지가 흡음재를 통해 열에너지로 소산되어 흡음이 이루어지게 된다.

이렇게 형성된 본 발명에 따른 흡음공명형 소음기의 감음량은 길이 1m당23~25 dB(A) 감음이 일어나고, 와셔(121)는 스틸 와셔(121)를 사용하게 되며 와셔의 강성을 최대한 확보할 수 있으며 판의 진동에 따른 특이음의 발생을 억제하기 위해서는 5mm 정도의 두께를 적용하는 것이 바람직하다. 또한 감음시키고자 하는 주파수 대역에 따라 다르지만 중심주파수 500 Hz에서 2000 Hz 까지의 중대역 소음의 저감을 위해 와셔 사이의 간격은 4 mm를 적용하는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에 따른 흡음공명형 소음기의 단면형상은 원형 또는 사각형 등 모양에 구애받지 않는다. 유체가 통과하는 통로가 원형일 경우에는 원형 와셔(121)를 사용하고, 사각형일 경우에는 사각형 와셔(121)를 사용한다. 또한 일반적인 소음기는 실내온도에 견딜 수 없는 자재를 사용하는 데 반해 본 발명의 흡음공명형 소음기는 300 ~ 400℃의 고온에 견딜 수 있는 스틸 플레이트를 사용한다.

본 발명의 공명형 소음기는 최외곽에서부터 마감재, 흡음재, 타공판, 와셔의 순서로 형성되어 컴팩트한 구조임과 동시에 유로를 전혀 방해받지 않도록 유로에 대해 직관통되어 있어 내연기관등에 적용시 성능에 구애받지 않는 구조로 되어 있다.

상기와 같이 이루어진 구성의 본 발명에 따른 흡음공명형 소음기의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

소음이 발생되는 시스템이나 기관의 배출구에 소음기를 설치하는데, 배출가스 혹은 유동압축공기가 소음기의 입구에 입사되며, 입사된 소음에너지들은 유동의 흐름방향에 길이방향으로 형성된 와셔(121)와 와셔(121) 사이의 공간에서 피스톤 작용과 반사가 반복되는 공명현상이 발생되고 상기 공명현상에 의해 발생된 공명음은 와셔 외곽에 설치된 타공판(122)과 흡음재에 의해 저감된다.

즉, 타공판과 흡음재는 종래의 흡음형 소음기와 같은 역할을 하는 구조로 되어 있지만, 본 발명에서는 흡음효과를 증대시키기 위해 1차적으로 와셔사이에서 음에너지를 저장시키고 상기 저장된 공명음이 타공판과 흡음재(124)에 의해 흡음되어 열에너지로 소멸하게 된다.

이와 같은 작용의 본 발명에 따른 흡음공명형 소음기에 대해 실험하였다. 도 4에서는 그 실험장치를 도시한 것으로서 소음기의 일단에 소음원발생기(150)로 모든 주파수 성분을 포함하는 백색잡음(White Noise)을 발생시키게 된다. 상기 백색잡음은 소음기의 내관을 따라 진행되며 소음기의 타단에서 배출된다. 소음기의 타단은 음압을 측정할 수 있는 마이크로폰(200)이 설치되어 있다.

본 발명에 따른 흡음공명형 소음기와 같은 반경을 갖는 내측이 비어있는 빈 관을 비교하여 실험하였다.

실험결과와 비교해보면, 표 1과 도 4에서 보는 바와 같이 소음발생기에서 발생되는 108.5 dB(A)의 소음이 본 발명의 소음기와 같은 크기의 빈 관을 통과하면서 저감되는 전체소음도(AP)는 85.1 dB(A)로 24.3 dB의 저감효과를 가져온데 반해, 본 발명의 소음기를 통과하면서 저감되는 전체소음도는 60.6 dB(A)로 47.9dB의 저감효과를 가져와 결과적으로 단위 길이당(1m당) 저감된 소음도가 24.5 dB(A)이 더 저감되는 흡음효과를 가져오게 된다.

표 1은 소음기 입구측 소음과 본 발명의 소음기를 적용한 출구측 소음도와, 그리고 본 발명의 소음기와 동일한 직경을 갖는 빈관의 출구측 각각의 소음도를 옥타브밴드별로 나타낸 것이다. 또한 도 5a와 도 5b는 상기 표 1의 결과를 그래프로 나타낸 것으로서 옥타브밴드별로 감음효과를 측정한 것이다.

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 소음기는 중심주파수 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz에서 소음효과가 크게 발생됨을 알 수 있다. 일반적인 소음기는 상기와 같은 주파수 대역에서 소음효과를 발휘하기 위해서는 소음기의 설비 및 구조가 복잡한 리액턴스형 소음기가 필요하지만 본 발명에 따른 소음기는 컴팩트한 구조로써 단위 길이당 약 30 dB의 감음특성을 얻는 탁월한 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 흡음공명형 소음기는 소음을 발생시키는 배관이나 닥트의 크기와 동일한 유체흐름관이기 때문에 압력손실이 없고 다만 마찰손실만 발생된 다. 또한 본 발명에 따른 흡음타공판 및 흡음재가 와셔 외측부에 위치하므로 흡음재의 비산이 발생되지 않는다.

그리고 본 발명의 흡음공명형 소음기는 그 적용대상을 특별히 한정하지 않는다. 상술한 적용장치는 보일러의 고압증기 이송관 감압변을 기술하였지만, 그 외에도 스팀 안전 밸브분출구, 보일러의 고압증기 이송관 감압변 하단부, 소음이 발생되는 배관, 소음이 발생되는 루트 브라우어 팬 흡입구 및 토출구, 발전기 배관가스 연도관, 공기압축기의 흡입관, 공기압축기의 토출관, 디젤기관차의 배기관 및 흡입관, 지하철 전동차 공기압 배출구, 산업현장 공기실린더 배기구, 공기압출 송풍기 흡입 및 토출관, 펌프 토출구 및 흡입구 그리고 보일러 연도관 등에 적용하는 것이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 흡음공명형 소음기는 흡음재와 와셔를 길이방향으로 형성한 컴팩트한 구조로써 저중음역의 주파수 성분의 음을 저감시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한 본 발명의 흡음공명형 소음기는 컴팩트한 구조를 가짐으로써 인장강도와 결합력이 우수하고, 유기물질로 자기소화성과 불꽃을 내지 않으며 내열성이 강하다.

또한 와셔와 흡음재 사이에 타공이 형성된 타공판을 설치함으로써, 공기 중에 장시간 노출되어도 결합력이 강하고, 풍화에 의한 비산이 거의 없는 환경친화성 구조이며, 운반 및 취급시 제품에 손상이 없고 보호장치가 필요 없어 작업을 용이하게 할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (3)

1. 유체가 통과하는 통로의 외부에 길이방향으로 다수개 배열되고, 내부에 관통된 홀을 가지는 중공형의 와셔;

   상기 와셔의 외부를 감싸면서 형성되어 공명음을 저감시키면서 흡음재의 비산을 방지하도록 다수개의 타공이 관통형성된 타공판;

   상기 타공판의 외측에는 형성되어 소음을 흡음하는 흡음재; 및

   상기 흡음재의 외측을 둘러싼 마감재가 포함되어 형성되는 것을 특징으로 하는 흡음공명형 소음기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 와셔는 사각형의 홀과 사각형의 형상을 가지며 흡음공명기의 단면형상도 사각형인 것을 특징으로 하는 흡음공명형 소음기.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 와셔는 일정간격으로 배치되며 그 간격이 4 mm인 것을 특징으로 하는 흡음공명형 소음기.

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