KR100918700B1 - 스플리터 내부에 공기층과 진동판을 구비한 소음기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소음의 전파를 차단하는 소음기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 덕트 라인을 따라 전달되는 소음 또는 개구부를 통하여 유출되는 소음을 차단하는 소음기에 관한 것이다.

본 발명의 흡음형 소음기는 소음기의 내부에 장착되는 스플리터를 내부 중간에 진동판을 삽입하여 스플리터 내부를 두 공간으로 분리하고, 스플리터의 양쪽 표면에 흡음판을 설치하였다. 이와 같은 스플리터의 구성으로 흡음재는 강체 벽과 일정한 간격을 두고 설치된 것과 같은 형상이 된다.

상기와 같이 흡음형 소음기는 흡음재의 흡음률, 특히 저주파수 음에 대한 흡음률이 획기적으로 증대되어 소음기를 소형화하면서도 큰 소음저감량을 얻을 수 있다. 그리고, 스플리터 내부에 삽입되는 진동판은 막 공명형 흡음효과를 가지게 되어, 진동판의 고유진동수에 해당하는 주파수의 음에 대하여 특히 큰 소음저감량을 얻을 수 있으므로, 특정 주파수의 소음성분을 선택적으로 크게 저감시킬 수 있다.

소음기, 스플리터, 공기층, 흡음재, 진동판

Description

스플리터 내부에 공기층과 진동판을 구비한 소음기{Silencer having Air Space and Vibration Plate within Splitter}

본 발명은 소음의 전파를 차단하는 소음기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 덕트 라인을 따라 전달되는 소음 또는 개구부를 통하여 유출되는 소음을 차단하는 소음기에 관한 것이다.

통상적인 실내 공조시스템은 덕트 라인에는 송풍기가 연결되어 있어서 온풍 또는 냉풍을 건물의 각 실로 송풍하여 실내온도를 조절하는 방식을 취하고 있다. 이러한 공조 시스템에서 송풍기에서 발생한 소음이 덕트를 따라 실내로 전달되어 실내 소음의 주요 원인이 되고 있다. 이러한 실내 공조시스템에서 덕트 라인에 소음기를 부착하는 것은 덕트를 따라 전달되는 소음의 방지에 있어서 가장 기본적이고도 직접적인 방안이다.

소음기는 그 감음 방식에 따라 흡음형, 팽창형, 공명형, 그리고 간섭형의 4가지로 구분된다. 흡음형 소음기는 관로의 일부에 음을 흡수할 수 있는 흡음 재료를 설치하여 음을 흡수하여 소음을 저감시키는 장치이고, 팽창형은 관로에 팽창부를 두어 음파가 팽창과 수축을 하면서 에너지가 손실되어 소음을 저감시키는 소음 기이고, 공명형 소음기는 관로에 목 부분을 설치하고 여기에 공동을 연결하여 공명을 일으켜 음파의 에너지를 공동 부의 공기 진동으로 흡수하는 형식의 소음기이고, 간섭형은 음파가 전달되는 경로를 둘로 나누어 각각의 경로 차이를 해당 음파의 반파장으로 하여 간섭에 의해 음을 감쇠시키는 장치이다.

엔진 배기구에 부착하는 소음기, 릴리프 밸브의 유출관 등 아주 높은 소음을 유발하는 곳에 사용되는 소음기를 통상 공업용 소음기라고 하는데, 흡음형 소음기와 함께 팽창관을 이용한 팽창형 소음기, 공명형 소음기, 간섭형 소음기 등이 사용된다.

공조용 소음기로는, 상기의 4가지 소음기의 형식 중, 압력 손실이 비교적 적고 넓은 주파수 범위의 소음에 대하여 감음 성능이 우수한 흡음형 소음기가 주로 사용된다. 그러나 흡음형 소음기는 저주파 소음에 대해서는 감음 성능이 별로 좋지 않은 문제점이 있고, 이러한 저주파 소음까지 충분한 정도로 저감시키기 위해서는 소음기의 길이가 길어야 하는 문제점이 있다.

통상적인 흡음형 소음기의 도 1에 도시한 바와 같은데, 공기가 통과하는 통로가 되는 외통(1)의 전후에 덕트와 연결할 수 있는 플랜지(2)를 구비하고, 외통의 내부 공기 통로에 다수 개의 스플리터(3)를 설치하는 방법으로 제작된다.

통상적인 흡음형 소음기의 스플리터(3)는 음을 흡수할 수 있는 흡음판(33)의 표면을 얇은 두께의 판에 다수개의 구멍을 천공하여 제작한 타공판(34)으로 보호하여 제작한다. 그리고 냉풍 또는 온풍의 공기가 소음기 내부를 고속으로 흐를 때 압력손실을 줄이기 위하여 공기가 유입되는 전방부(31)는 반원형으로 처리하고 공기가 유출되는 후방부(32)는 삼각형으로 처리한다. 덕트의 내측 측벽에는 스플리터의 절반 형상으로 제작하여 부착한다.

흡음판은 글라스울(Glass Wool, "유리면", "유리솜" 등으로 불리기도 함.), 폴리에스테르 섬유 흡음재, 발포 폴리에스테르 흡음재 등 흡음율이 높은 흡음재를 일정 두께의 판으로 형성하여 제작된다. 흡음재는 소음기 내부로 공기가 고속으로 흐를 때 비산되어 나올 염려가 있으므로, 폴리에스테르필름, 유리천(Glass Clothe) 등의 보호직물(35)로 감싸서 보호하기도 한다.

흡음형 소음기의 성능은 다음 식으로 계산된다.

여기서, NR : 감음량(Noise Reduction)

α : 내장 흡음재의 흡음율

P : 흡음재의 주장(Perimeter)

L : 소음기 길이

S : 덕트의 공기통로 단면적

상기 식에서 보인 바와 같이 소음기의 성능은 사용한 흡음재의 흡음률이 높을 수록, 흡음재의 주장이 길수록, 소음기의 길이가 길수록, 그리고 공기통로 단면적이 작을수록 좋아진다. 소음기의 길이를 설치 공간상의 제약 등으로 크게 할 수 없을 때는 단면의 주장을 크게 하면 된다. 이를 위하여 소음기의 내부를 스플리터(Splitter)를 다수 개를 설치한다.

공조용으로 많이 사용되는 통상의 흡음형 소음기는 소음기의 길이, 스플리터의 수, 스플리터 간격에 의하여 결정되는 공기통로의 크기 등의 소음기의 형상과 함께 사용되는 흡음재의 흡음률에 의하여 결정되는데, 흡음재의 흡음률이 높을수록 소음 감음량이 높아진다. 즉, 흡음률이 높은 흡음재를 사용할 경우 스플리터의 수를 줄일수 있고, 소음기의 길이를 짧게 할 수 있다.

흡음재의 흡음률은 입사하는 음의 주파수에 따라 달라지는데, 통상적인 섬유질 또는 다공질 흡음재의 경우 고주파음에 대해서는 흡음률이 높은 반면, 저주파음에 대해서는 흡음률이 낮다. 그리고 동일한 흡음 재료인 경우라도 흡음률은 흡음재의 두께와 밀도에 따라 달라지는데, 통상적으로 흡음재의 두께가 두꺼울수록, 그리고 밀도가 높을수록 흡음률이 높다.

같은 재료, 같은 밀도의 흡음재라도 강체 벽에 흡음재를 밀착하여 부착하는 것보다 벽과 일정한 간격을 두고 흡음재를 설치하는 것이 흡음률이 높은데, 특히 저주파수의 음에 대한 흡음률이 아주 높아진다.

실내 공조 덕트에 사용되는 통상적인 흡음형 소음기의 경우, 스플리터(3)의 내부에 스플리터의 두께와 같은 두께의 판 형태의 흡음판(33)을 사용한다. 이와 같은 단일 흡음판을 사용한 흡음형 소음기는 저주파수 음에 대하여 흡음재의 흡음률이 그다지 높지 않으므로, 송풍기에서 발생한 저주파수의 소음을 충분한 정도로 저감시키기 위해서는 소음기를 길게 하거나 스플리터의 수를 많게 하여야 하는데, 이 경우 소음기의 크기가 커지므로 설치 공간을 크게 차지하여 문제가 된다.

상기와 같이 실내 공조 덕트에 사용되는 통상적인 흡음형 소음기는 스플리터의 내부에 흡음재를 빈틈없이 충진하여 제작되는데, 이와 같은 흡음형 소음기는 저주파수 음에 대하여 흡음재의 흡음률이 그다지 높지 않아 저주파수의 음에 대하여 소음저감량이 높지 않다. 따라서 송풍기에서 발생한 저주파수의 소음을 충분한 정도로 저감시키기 위해서는 소음기를 길게 하거나 스플리터의 수를 많게 하여야 하는데, 이 경우 소음기의 크기가 커지는 문제가 있다. 그리고 스플리터의 수를 너무 많이 하면, 공기통과면적이 좁아지고, 그만큼 유속이 빨라지게 되에 유동하는 공기의 압력손실이 크게 일어나는 문제가 있다.

소음기의 크기를 취급과 설치가 용이하도록 소형으로 제작하여야 하는데, 이와 같이 소음기를 소형화하려면 흡음재의 흡음률, 특히 저주파수 음에 대한 흡음률을 획기적으로 높여야 한다.

흡음형 소음기에 사용할 수 있는 섬유질 또는 다공질 흡음재의 종류와 밀도에는 제한이 있고, 대부분의 흡음재의 흡음률은 서로 대동소이하다. 따라서 흡음률이 높은 흡음재를 선택하여 소음기의 소음저감량을 높이는 것은 한계가 있다.

따라서 공조 덕트에 사용되는 흡음형 소음기를 취급과 설치가 용이하도록 소형으로 제작하기 위해서는, 스플리터의 구조를 독특하게 하여 흡음률, 특히 저주파수 음에 대한 흡음률이 높게 하여야 한다.

종래의 흡음형 소음기가 갖는 저주파수 영역의 음에 대한 소음저감량의 부족 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 새로운 구조의 소음기를 창안하였다.

본 발명의 흡음형 소음기는 소음기의 내부에 장착되는 스플리터를 내부 중간에 두께가 얇은 금속판 등으로 제작되는 진동판을 삽입하여 스플리터 내부를 두 공간으로 분리하고, 스플리터의 양쪽 표면에 흡음판을 설치하였다. 이와 같은 스플리터의 구성으로 흡음재는 강체 벽과 일정한 간격을 두고 설치된 것과 같은 형상이 되고, 막진동형 흡음기구를 더 확보하게 된다.

본 발명과 같이, 흡음형 소음기의 스플리터 내부에 공기층이 형성되게 하고 공기층의 중간에 금속판으로 제작되는 진동판을 삽입하면, 흡음재의 흡음률, 특히 저주파수 음에 대한 흡음률이 획기적으로 증대되어 소음기를 소형화하면서도 큰 소음저감량을 얻을 수 있다.

그리고, 스플리터 내부에 삽입되는 진동판은 막 진동형 흡음효과를 가지게 되어, 진동판의 재질과 두께를 적절히 조절할 경우 판의 고유진동수에 해당하는 주파수의 음에 대하여 특히 큰 소음저감량을 얻을 수 있다.

건물 공조시스템에 사용되는 송풍기의 경우, 깃통과주파수(Blade Passing Frequency, BPF)에 해당하는 주파수 성분의 소음이 특히 크게 발생하므로, 금속판의 고유진동수를 이 깃통과주파수와 일치시킬 경우, 이 주파수의 소음성분을 아주 크게 저감시킬 수 있다.

본 발명인 '스플리터 내부에 공기층과 진동판을 갖는 소음기'의 형상은 도 2에 도시한 바와 같이, 소음기의 외부를 이루는 외통(100)과 이 외통(100)의 내부에 장착되는 다수 개의 스플리터(200)로 구성된다.

외통(100)은 소음기가 설치되는 덕트의 단면형상과 동일한 형상으로 제작되는데, 공조용 덕트가 주로 사각덕트를 사용하므로 외통의 단면도 사각으로 제작하는 것이 보통이다. 그러나 원형덕트를 사용할 경우 소음기의 외통(100)도 원형으로 제작할 수 있다. 외통의 양단에는 덕트에 연결하기 용이하도록 플랜지(110)를 구비할 수 있다.

스플리터(200)는 일정 두께의 판 형상으로서, 상기 외통(100)의 내부에 일정한 간격으로 다수 개가 나란히 부착된다. 덕트의 내벽에 접하는 스플리터는 상기한 스플리터의 절반 형상으로 제작하여 부착된다.

스플리터(200)는 단면도에 도시한 바와 같이, 스플리터의 양 표면을 이루는 2장의 흡음판(210)과 흡음판과 흡음판 사이의 공기층(220)의 중간에 설치되는 진동판(230)으로 구성된다. 그리고 통상의 소음기의 스플리터와 같이, 소음기 내부로 공기가 고속으로 흐를 때 발생하는 압력손실을 줄이기 위하여, 공기가 유입되는 전방부(240)는 반원형으로 처리하고 공기가 유출되는 후방부(250)는 삼각형으로 처리하는 것이 좋다. 그리고 스플리터(200)는 일정한 두께와 크기의 판 형태를 유지하기 위하여 테두리와 내부에 철판 등을 절곡하여 제작한 골격을 구비하는 것이 좋다.

흡음판(210)은 일정한 밀도를 가진 글라스울, 폴리에스테르섬유 흡음재, 발포 폴리에스테르 흡음재 등의 다공질 또는 섬유질 흡음재를 일정 두께의 판으로 형성하여 제작한다. 이러한 흡음판(210)은 다양한 재료, 다양한 밀도, 그리고 다양한 두께로 제작되어 판매되고 있으므로, 사용목적에 부합하는 것을 선택하여 사용할 수 있다.

흡음판(210)의 재료로 글라스울과 같이 잘 부스러지고 인체에 나쁜 영향을 주는 재료를 사용할 경우, 소음기 내부로 공기가 고속으로 흐를 때 흡음재가 비산되어 나올 염려가 있으므로, 흡음재를 폴리에스테르필름, 유리천 등의 보호막(260)으로 감싸고, 표면을 얇은 두께의 판에 다수개의 구멍을 천공하여 제작한 타공판(270)으로 보호하여 제작하는 것이 좋다. 타공판은 개구율을 30% 이상으로 하면 타공판이 흡음재의 흡음률에 영향을 주지 않는 것으로 알려져 있고, 통상적으로 소음기에서는 아연도금 강판을 개구율 40% 정도로 타공하여 사용하고 있다.

상기와 같이 구성된 스플리터의 흡음 메카니즘은 통상의 소음기에 사용되는 스플리터의 흡음 메커니즘과 크게 다른데, 흡음재로 충진된 스플리터를 적용한 통상의 소음기는 단순히 흡음재의 흡음 효과에 의해서만 소음이 저감되는 반면, 내부에 공기층(220)과 진동판(230)을 구비한 스플리터를 적용한 소음기는 흡음재의 흡음 효과에 의한 감음 이외에도 다른 감음 메커니즘을 갖는다.

소음기 내부를 통과하는 음파는 스플리터 표면에 입사되는데, 입사된 음파의 일부는 흡음판(210)의 표면에서 반사되고 나머지는 흡음판에 흡수된다. 흡수된 음파의 일부는 흡음재에 의하여 열로 소실되고, 나머지는 스플리터 내부의 공기층(220)을 지나 진동판(230)에서 반사되어 되돌아 간다. 이때 진동판(230)에서 반사되는 음파의 일부는 입사되는 들어오는 음과 상쇄간섭이 일어나 소멸된다. 이런 간섭 효과는 특히 저주파수의 음파에서 크게 일어난다. 그리고 남은 음파는 다시 흡음재에 의하여 일부가 흡수되고, 최후로 남은 음파는 흡음재를 관통하여 스플리터 외부로 유출되고, 다시 인접한 스플리터의 흡음판(210)에 입사되는 것을 반복하면서 감음이 일어난다.

상기와 같이, 본원발명의 소음기는 배후에 일정두께의 공기층을 두고 흡음재를 부착한 형상이 되는데, 상기와 같은 흡음효과는 도 3에 도시된 흡음재의 흡음률 실험 자료로 확인할 수 있다. 도 3의 (a)는 강체 벽에 흡음판을 직접 부착한 경우의 주파수별 흡음률이고, (b)는 동일한 흡음재를 배후에 일정 두께의 공기층을 두고 부착한 경우의 주파수별 흡음률이다. 이 두 그래프에서 알 수 있듯이, 1000Hz 이상의 고주파수 음의 경우 흡음재 부착방법과 관계없이 모두 0.7 이상으로 높으나, 500Hz 이하의 저주파수 음의 경우 배후에 일정 두께의 공기층을 두고 흡음재를 설치할 경우가 특히 흡음률이 높은 것을 알 수 있다.

본 발명의 소음기에서는 스플리터(200)의 내부로 입사된 음은 흡음재와 공기층을 거쳐 진동판(230)에 입사되어 이 진동판을 진동시키는데, 이처럼 진동판이 진동을 하게 되면 음파의 에너지가 진동판의 기계적 진동 에너지로 변환되어 소멸하게 된다. 이와 같은 흡음 메커니즘을 막진동에 의한 흡음이라고 하는데, 진동판의 진동에 의한 흡음은 재질과 두께 그리고 판의 형상에 의하여 결정되는 진동판의 고유진동수와 일치하는 주파수의 음파가 진동판과 공진을 하여 크게 일어나므로, 진동판의 재질과 두께를 적절히 설계하여 원하는 주파수의 음을 선택적으로 크게 저감시킬 수 있다. 공조용 덕트 라인에 사용되는 소음기의 경우 진동판의 고유진동수를 송풍기의 깃통과주파수와 일치되게 하면, 송풍기에서 발생하는 가장 큰 소음성분이면서 비교적 저주파수 소음으로서 흡음재에 잘 흡수되지 않는 깃통과주파수의 소음성분을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

진동판(230)은 합성수지판 또는 아연도금강판 등의 금속판과 같이 탄성이 있는 판상의 재료로 제작할 수 있는데, 내부 감쇠가 적은 금속판을 사용하여 음파에 의혀 진동이 크게 일어나게 하는 것이 막진동에 의한 흡음에 유리하다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 흡음형 소음기는 스플리터 내부의 공기층과 금속판에 의해 통상의 흡음형 소음기에 비하여 특히 저주파수 음에 대하여 감음량이 크고, 특정주파수의 음을 선택적으로 크게 저감시킬 수 있다.

본 발명의 소음기는 건물의 공조 시스템에서 덕트 라인을 따라 전달되는 송풍기 등의 공조기계 소음을 저감시키는데 이용된다. 뿐만 아니라 덕트의 토출구 또는 공장의 배기구 등의 개구부를 따라 소음이 방출되는 산업시설의 소음을 저감하는데 유용하게 이용될 수 있다.

도 1은 통상적인 흡음형 소음기이다.

도 2는 본 발명인 흡음형 소음기이다.

도 3은 배후에 공기층이 있는 경우와 없는 경우의 흡음재의 흡음률 그래프이다.

※ 중요 구성품 번호

100 : 외통, 110 : 플랜지,

200 : 스플리터, 210 : 흡음판, 220 : 공기층, 230 : 진동판, 240 : 전방부,

250 : 후방부, 260 : 보호막, 270 : 타공판.

Claims (3)

1. 소음기의 외부를 이루는 외통(100)과, 외통(100)의 내부에 일정한 간격으로 다수 개가 나란히 장착되는 일정 두께의 스플리터(200)로 구성되는 흡음형 소음기에 있어서, 상기 스플리터(200)는,

   스플리터의 양 표면을 이루는 2장의 흡음판(210);

   흡음판과 흡음판 사이에 형성되는 공기층(220);

   그리고 상기 공기층의 중간에 설치되는 진동판(230);

   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는,

   스플리터 내부에 공기층과 진동판을 구비한 소음기.
2. 제1항에 있어서, 상기 스플리터(200)의 흡음판(210)은,

   다공질 또는 섬유질 흡음재를 일정 두께의 판으로 형성하여 제작한 흡음판(210)이고;

   표면을 필름 또는 직물로 제작되는 보호막(260), 그리고 얇은 두께의 판에 다수 개의 구멍을 천공하여 제작한 타공판(270) 중의 어느 하나 이상으로 보호하여, 흡음재가 비산되어 나오는 것을 방지한 것을 특징으로 하는,

   스플리터 내부에 공기층과 진동판을 구비한 소음기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스플리터(200)는,

   공기가 유입되는 쪽에 구비되는 것으로서 단면이 반원형인 전방부(240)와,

   공기가 유출되는 쪽에 구비되는 것으로서 단면이 삼각형인 후방부(250)를 구비하여, 소음기 내부로 공기가 흐를 때 압력손실이 적은 것을 특징으로 하는,

   스플리터 내부에 공기층과 진동판을 구비한 소음기.

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