KR100769602B1 - 고감음 무백무 소음기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소음의 전파를 차단하는 소음기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각탑 등과 같이 소음을 크게 발생하면서 많은 공기 흐름이 필요한 기기에서 소음이 발생하여 주변으로 전달되는 것을 차단하는 소음저감 장치이다.

본 발명품인 고감음 무백무 소음기는 도 2에 도시된 바와 같이 외통(10)과 흡음판(20)으로 구성된다.

본 발명인 소음기는 종래의 소음기와 같이, 외통(10)과 흡음판(20)으로 구성되는데, 흡음재와 타공판을 일정간격을 두고 배치하여 그 사이에 공기층을 형성되는 구조를 취하고 있다.

이 소음기는 종래의 흡음형 소음기와 같이 흡음에 의한 소음의 저감과 함께 공기층과 타공판의 구멍 사이에서 공명에 의한 흡음이 일어나서 소음이 크게 저감된다. 그리고, 흡음재와 이격된 타공판은 냉각판 역할을 하여, 배기공기중의 수증기를 응축시켜 소음기 바깥으로 배출되는 백무를 제거한다.

소음, 백무, 흡음, 공명, 소음기

Description

고감음 무백무 소음기{High Noise Reduction, No Mist Silencer}

도 1은 종래의 소음기의 구조 도면이다.

도 2는 본 발명인 고감음 무백무 소음기의 구조 도면이다.

도 3은 본 발명인 고감음 무백무 소음기의 공기 유입부의 상세도이다.

도 4는 종래의 소음기와 본 발명인 소음기의 성능비교 그래프이다.

본 발명은 소음의 전파를 차단하는 소음기에 관한 것으로 , 더욱 상세하게는 냉각탑 등과 같이 소음을 크게 발생하면서 많은 공기 흐름이 필요한 기기에서 발생한 소음이 주변으로 전달되는 것을 차단하는 소음저감 장치이다.

최근 생활수준의 향상으로 쾌적하고 정숙한 생활환경에 대한 요구가 높아지고 있다. 특히 소음은 쾌적한 생활환경을 저해하는 주요 요인이 되는데, 이웃 간에 분쟁을 유발시키는 주요 원인이며, 주요 민원의 대상이 된다. 실제로 환경관련 민원의 80% 이상이 소음관련 민원이다.

대형 생산공장이나, 대형 사무용 건물의 경우 옥외에 대형 냉각탑을 많이 설 치한다. 특히 반도체, LCD 등의 정밀 제품을 생산하는 공장의 경우, 주요 제조공정이 엄격한 항온항습 조건에서 이루어진다. 이 경우 여름철에 아주 큰 용량의 냉방시스템이 가동되고, 그 냉방시스템의 주요 구성품인 냉각탑이 옥외에 설치되어 운용되고 있다. 냉각탑은 적은 부피로 큰 냉각효과를 얻기 위하여 공기를 다량으로 유통시켜 냉각수를 냉각하는 강제냉각방식이 주로 적용되는데, 공기의 유통을 위하여 큰 용량의 팬(Fan)을 사용하고, 이 팬에서 큰 소음이 발생하여 주변지역으로 전파되어 소음공해를 야기한다. 그리고, 지하철 본선 환기시설에도 대형 송풍기가 사용되고, 그 출구로 소음이 많이 배출되어 소음공해를 야기하므로, 송풍기에 연결되는 배기덕트에도 소음기를 설치하는 경우가 많다.

상기와 같은 냉각탑 또는 지하철 배기구의 소음을 저감하기 위하여 냉각탑의 상부에 소음기를 설치하는 것이 보통이다. 이와 같은 용도의 소음기로는 주로 도 1에 도시된 바와 같이, 흡음형 소음기가 사용되는데, 흡음형 소음기는 소음이 방출되는 경로에 흡음재를 설치하여 음파가 흡음재에 흡수되게 하여 소음을 저감하는 메커니즘으로 소음을 저감한다. 요구 감음량이 적을 경우에는 통로의 내벽에만 흡음재를 라이닝 하여 사용하기도 하나, 요구 감음량이 클 경우 흡음재가 내장된 흡음판을 통로에 다수 배치하는 방식의 스프릿터형 소음기가 사용된다.

상기와 같은 흡음형 소음기에는 흡음재로서 유리솜(Glass Wool), 암면(Rock Wool) 등과 같은 다공질 섬유상의 소재들이 사용되는, 종래의 흡음형 소음기들은 이 흡음재가 소음기의 내부를 통과하는 바람에 비산되어 나오는 것을 방지하기 위하여 흡음재를 비닐 등의 필름이나 유리 천(Glass Cloth) 등의 직물로 싸고, 그 표 면을 다시 철판 등의 판재에 일정크기의 구멍을 무수히 가공한 타공판으로 보호하여 소음기를 제작하였다. 이러한 소음기는 주로 단면이 사각인 덕트형상으로 제작되나, 사용되는 덕트 또는 소음배출구의 형상에 따라 그 단면이 원형인 덕트형상으로 제작되기도 한다.

이상과 같은 흡음형 소음기는 넓은 주파수 범위의 음에 대하여 감음성능이 좋고, 특히 사람의 귀에 나쁜 영향을 주는 고주파 음에 대하여 감음성능이 뛰어나고, 제작이 용이하여 가장 많이 사용된다.

종래의 흡음형 소음기는 상기한 바와 같은 장점이 있으나, 저주파영역에서는 감음성능이 좋지 않아서 저주파음의 성분이 강한 대형 팬 등에 사용되는 소음기는 그 감음성능이 제한적이어서, 소음기의 길이를 길게 해야하는 문제점이 있고, 냉각탑과 같이 온도와 습도가 높은 공기를 배출하는 경우에는 소음기를 통과한 후 배출공기 중의 수증기가 소음기의 밖에서 응결되어 마치 연기가 피어오르는 것 같은 이른바, 백무(白霧)현상이 발생하여 문제가 된다. 이런 백무는 수증기가 응결된 것으로 그 자체는 크게 문제가 되지 않으나, 시각적으로 매연과 같이 보여서, 소음과 더불어 유해물질이 배출되는 것과 같이 보여서 민원을 더욱 악화시키는 요인이 된다.

흡음형 소음기 이외에도 헬름홀쯔의 공명효과를 이용한 공명형 소음기, 음파가 진행하는 경로를 둘로 나누고, 각각의 경로의 길이를 다르게 하여 두 음파가 다시 합치는 지점에서 그 경로차가 1/2 파장만큼 나게 하여 간섭에 의하여 음이 상쇄되게하는 간섭형 소음기, 음파가 진행되는 경로에 압축과 팽창이 반복적으로 일어 나게 하여 음을 저감하는 팽창형 소음기 등이 있다. 그러나, 공명형 소음기와 간섭형 소음기는 특정 주파수의 음만 감음되는 특징이 있어 팬 소음과 같이 넓은 범위의 주파수 스팩트럼을 가지는 소음에는 적용하기 어렵다. 또한 팽창형 소음기는 팽창비가 커야 감음값이 커지는데, 이를 위하여 소음기가 아주 커지는 문제점이 있다.

상기한 바와 같이 종래의 소음기 중에서 흡음형 소음기는 나름대로 장점이 있어서 냉각탑, 공조용 팬 등에 많이 사용되고 있으나, 저주파음에 대하여 감음성능이 낮은 문제점이 있다. 그리고, 고온다습한 공기를 배출하는 곳에 사용되는 소음기에서 백무현상이 나타난다.

상기와 같은 문제점을 개선하여 저주파음에 대해서도 감음 특성이 좋고, 백무현상도 발생하지 않는 새로운 형태의 소음기가 필요하다.

본 발명인 고감음 무백무 소음기는 흡음형 소음기의 장점은 모두 그대로 유지하면서도 저주파 영역의 소음에 대해서도 감음특성이 좋아 전체적으로 감음 성능이 높고, 또한 고온 다습한 공기가 배출되더라도 백무가 발생하지 않는 소음기이다.

본 발명품인 고감음 무백무 소음기는 도 2에 도시된 바와 같이 외통(10)과 흡음판(20)으로 구성된다.

외통(10)은 종래의 흡음형 소음기와 같이 아연도금 강판 등 강체 재료로 제작되는데, 그 단면이 그와 연결되는 덕트 또는 장비의 형상에 따라 사각 또는 원형이며, 그 양단에는 덕트 또는 장비에 연결될 수 있도록 플랜지가 부착되어 있다. 이 외통은 소음기 전체의 구조강도를 유지하고, 공기가 지나가는 통로가 된다.

상기 외통(10)의 내부에는 흡음판(20)이 폭방향으로, 등간격으로 다수 배치되어 있는데, 이를 통상 흡음 스프릿터라고 한다. 본 발명인 고감음 무백무 소음기는 종래의 흡음형 소음기와 여타부분은 동일하나, 이 흡음판의 구조에 특색이 있다.

흠음판(20)의 종단면은 도 2의 단면도에 도시한 바와 같이, 그 가운데에 유리면(Glass Wool), 암면(Lock Wool), 합성섬유 흡음재료, 우레탄 또는 폴리에스테르 등을 발포한 발포흡음재료, 발포알루미늄 등으로 제작되는 흡음재(21)가 위치한다. 소음기 내부로 바람이 통과할 때 상기 흡음재가 비산되어 나오는 것을 방지하기 위하여 보호막(22)으로 상기 흡음재(21)를 싼다. 그리고 보호막과 일정 간격을 두고 강판 등에 등간격으로 다수의 구멍을 가공한 형태의 타공판(24)으로 흡음재를 보호한다.

상기 흡음판(20)의 강도를 강화하고, 흡음재와 타공판 간의 간격을 유지하기 위하여 흡음판 내부에 철판을 절곡하여 제작하거나, ㄷ자 채널, ㄱ자 형강 등의 구조체로 제작되는 보강재(25-1)가 사용된다. 그리고 흡음판의 전체형상은 도 2의 단면도에 도시된 바와 같이, 공기 저항을 줄이기 위하여 전단(27)은 둥글게 처리하고, 후단(28)은 뾰죽하게 처리하는 것이 일반적이다.

흡음재(21)는 그 표면에 입사되는 음파가 가지는 에너지를 섬유질 또는 얇은 막의 진동과 마찰로 바꾸어 열로 소산시키는 메커니즘으로 음파를 흡수하여 궁극적으로 소음을 저감시킨다.

보호막(22)은 통상 유리천(Glass Cloth) 등의 직물 재질을 사용하거나, 폴리에스테르, 비닐 등의 필름을 사용한다. 또한, 흡음재를 필름으로 싸고, 이를 다시 유리천으로 싸는 방법으로 이중으로 보호하기도 한다.

통상의 소음기에서는 타공판(24)이 보호막(22)으로 덮은 흡음재(21)의 면과 접촉하고 있으나, 본 발명에서는 타공판이 보호막과 일정한 간격을 두고 이격되어 있다.

통상의 소음기의 경우에는 타공판, 보강재, 그리고 외통의 재료로 아연도금강판을 사용하나, 부식의 염려가 있는 경우 등에는 합성수지판 등 여타 강체 재료를 사용할 수도 있다.

이와 같이 타공판(24)을 보호막(22)와 일정한 간격을 두고 배치하면 타공판과 흡음재(21) 위의 보호막(22)의 사이에 일정한 두께의 공기층(23)이 형성되는데, 이 공기층과 타공판의 하나의 구멍이 하나의 헬름홀쯔 공명기와 같은 기능을 하여 전체적으로 공명형 소음기가 된다. 이 경우 음파가 가진 에너지가 공명기 내부의 공기를 공진 시키는데 소모되어 소실되므로 궁극적으로 소음이 저감된다.

공명형 소음기는 그 공명주파수와 근접한 특정 주파수의 소음을 크게 저감시 키는데, 그 공명주파수(f₀)는 다음 식으로 계산된다.

상기 식에서 c는 음속(상온에서 340m/sec), p는 타공판의 개구율(=구멍면적/판전체면적), t는 유효 판두께(둥근 구멍의 경우 t= T + 0.8d, T : 판 두께, d: 구멍직경), 그리고 L은 공기층의 두께이다.

팬에서 발생하는 소음의 주파수성분 중 가장 큰 성분은 팬의 초당 회전수와 블레이드의 날개 수를 곱한 값인 주파수성분(이를 BPF, Blade Passing Frequency라고 한다.)이 가장 큰데, 이 주파수 성분의 음이 흡음재에 흡수가 잘 안 되는 저주파 음이다.

대형 팬에 사용하는 소음기의 경우, 타공판의 개구율, 판 두께, 그리고 공기층의 두께를 적절히 조절하여 팬의 BPF값에 맞추면, 그에 해당하는 주요 소음성분인 저주파음은 공명효과에 의하여 저감되고, 기타 고주파수 소음성분은 공기층 뒤에 배치된 흡음재에 흡수되어 저감되어 전체적으로 아주 감음 성능이 높은 소음기가 된다.

본 발명인 소음기의 성능을 동일한 사양의 종래의 소음기와 비교하여 나타내면, 도 4에 도시된 그래프와 같다. 이 그래프에서 알 수 있듯이 본 발명인 소음기의 감음 성능은 비교적 저주파수인 250Hz 와 500 Hz에서 종래의 일반 소음기보다 아주 높음을 알 수 있고, 따라서 전체 소음저감성능(O.A값)도 종래의 일반 소음기보다 아주 높음을 알 수 있다.

본 발명인 소음기는 양쪽으로 공기가 지나가는 스프릿터는 양면을 대칭으로 만들어 양변에서 모두 음이 흡수되게 하여야 하지만, 소음기의 내벽에 부착되는 흡음판은 한쪽 면만 상기 흡음판과 같은 구조로 된 흡음판을 부착하여 사용한다.

본 발명인 소음기에 사용되는 흡음판은 소음레벨이 높은 실내의 벽에 부착하여 실내소음저감 목적으로 사용할 수도 있다.

본 발명인 무백무 소음기의 흡음판의 연결부위의 상세구조는 도 3의 상세도에 도시한 바와 같은데, 외곽프레임(25)의 내부에 흡음재가 설치된 흡음재프레임(26)이 설치되고, 상기 외곽프레임(25)에 흡음판의 전단부(27) 및 후단부(28)가 부착되어 전체적으로 흡음판(20)을 형성한다. 그리고 상기 흡음판은 외통(10)에 고정된다. 흡음판을 구성하는 각 부재 간의 연결은 아연도 강판 등의 금속판 재료를 사용할 경우에는 전기압접으로 접착하는 것이 표면에 요철이 생기지 않아 외통에 부착하는 것이 용이하다.

타공판이 그 내부의 흡음재와 일정간격으로 이격되어 있고, 이 타공판은 양 측면이 외부공기와 접한 외통에 접촉하고 있어서, 그 내부를 흐르는 고온다습한 배출공기보다 상대적으로 온도가 낮다. 이 저온의 타공판에 고온 다습한 배출공기가 통과하게 되면, 타공판은 냉각핀과 같은 기능을 하게 되어 배출공기 중의 수증기가 타공판 면에서 물로 응결된다. 이와 같이 배출공기 중의 수증기가 소음기 내부에서 물로 응결되고 나면, 배출공기는 수증기 함유량이 상당히 낮아져서 상대적으로 건조한 공기가 되고, 이와 같이 건조한 배출공기는 외기로 방출되더라도, 더 이상 응축될 수증기량이 충분하지 못하여 백무현상이 발생하지 않는다.

타공판의 전체 면에서 응결된 물은 타공판의 면을 따라 흘러내려 가장 낮은 곳인 흡음판의 부위에 모이게 되는데, 이 부위에 드레인홀(29)을 뚫어두면 이 드레인 홀을 통하여 응축수가 소음기 외부로 배출된다. 드레인홀(29)의 위치는 소음기의 설치자세를 감안하여 흡음판에서 가장 낮은 곳에 한 개 또는 수 개를 뚫는다.

이와 같은 소음기는 냉각탑의 소음저감용으로 많이 사용될 것인데, 소음기의 하부에는 냉각수가 흐르고 있으므로, 상기 응축수가 냉각수에 바로 떨어지게 되므로, 특별한 경우가 아니면 드레인호스 등 응축수를 유도하기 위한 장치가 필요하지 않다.

본 발명인 고감음 무백무 소음기는, 대형 팬에서 크게 발생하는 저주파수 소음은 핼름홀쯔 공명효과에 의하여 감음되고, 그외 고주파수 소음성분은 흡음재의 흡음효과에 의하여 감음되어, 전체적으로 소음저감성능이 아주 좋은 소음기가 된다.

본 발명인 소음기는 타공판의 개구율, 타공판의 두께, 그리고 공기층의 두께를 적절히 조절하여 특정 주파수 성분의 소음을 크게 저감시키는 맞춤형 소음기를 설계할 수 있게 한다.

본 발명인 소음기에 고온 다습한 공기가 통과하게 되면, 타공판에서 수증기가 응결되어 물로 응축되어, 소음기를 통과한 공기가 외부로 유출되더라도 백무현 상이 일어나지 않는다.

Claims (2)

1. 공기 유통 통로를 제공하고, 강판으로 제작되고, 그 내부에 하기 흡음판을 고정시키고 있는 외통(10);

   그리고, 상기 외통의 내부에 양 측면이 외통에 접촉하여 공기 흐름 방향을 따라 길이방향으로 설치되는 것으로서, 그 중앙에 배치되는 흡음재(21), 상기 흡음재를 감싸고 있는 보호막(22), 강판으로 제작되는 것으로서 상기 보호막과 일정 간격을 두고 이격되어 설치되는 타공판(24), 강판으로 제작되는 것으로서 흡음판의 구조강도를 제공하고 타공판의 열을 외통으로 전달하는 외곽프레임(25), 그리고 흡음판의 강도를 강화하고 흡음재(21)와 타공판(24)의 간격을 유지하고 타공판(24)의 열을 상기 외통(10)으로 전달하는 것으로서 강판을 절곡하여 제작하거나 ㄷ자 채널 또는 ㄱ자 형강으로 제작되는 보강재(25-1)를 포함하여 구성되는 흡음판(20);

   으로 구성되는 고감음 무백무 소음기.
2. 제 1항의 고감음 무백무 소음기에 있어서,

   상기 흡음판(20)은, 흡음판을 구성하고 있는 외곽프레임(25)에, 타공판(24)에서 응축되어 모인 응축수를 외부로 배출할 수 있는 드레인홀(29)을 구비한 흡음판인 것을 특징으로 하는, 고감음 무백무 소음기.

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