KR101045761B1 - 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기에 관한 것으로, 좀더 상세히, 공동(空洞)을 형성하는 몸체부(10)와 상기 몸체부(10)와 연통되는 중공의 목(Neck, 20)으로 구성되는 헬름홀쯔형 공명기에 있어서, 상기 공명기의 목(20)의 입구, 목(20)의 출구, 및 목(20)의 내부 중에서 선택된 한 부분에 다공성 스크린(30)이 구비되는 것을 특징으로 하는 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기에 관한 것이다.

공명기, 공명주파수, 스크린, 목

Description

다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기 { Helmholtz Resonater With Porous Screen }

본 발명은 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기에 관한 것으로 좀더 상세히 공명기의 목 입구 부분을 차단하는 형태의 다공성 스크린을 구비하여 공명기의 리지스턴스를 증가시켜서 공명주파수의 대역폭을 넓힘과 동시에 공동(空洞) 내부로 이물질의 유입을 막아 공명기의 공동체적(V) 변화에 따른 공명주파수 이동 현상을 개선한 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기에 관한 것이다.

일반적으로 헬름홀즈 공명기는 저주파 소음을 저감시키는 고유의 특성때문에 최근에 많이 사용되고 있는 것으로, 목표 주파수의 전달손실을 높이기 위해서 헬름홀즈 공명기의 공진 주파수를 특정 주파수로 조절하여 해당 주파수 대역의 소음을 저감시키게 된다.

종래의 헬름홀즈 공명기는, 예를들어 엔진을 갖는 기계장치의 흡입구나 배기부와 같이 공기 유동이 있는 덕트에 주로 사용되기 때문에 장시간 사용함에 따라 덕트 상에 존재하는 이물질 등이 공명기의 목(Neck)의 입구를 통하여 공동(空洞)체적의 일부를 막아서 유효한 공명기의 공동체적을 감소시킴으로써 소음 저감의 목표 가 되는 소음의 특정주파수에 튜닝된 공명기의 공명주파수를 이동시켜서 공명기의 소음 저감 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 헬름홀즈형 공명기는 공명주파수의 대역폭이 좁아서(전달 손실 또는 흡음 성능이 주파수 대비 날카로운 피크 형상을 가져서) 약간의 공명주파수 이동에도 불구하고 공명주파수 영역이 소음 저감되어야할 특정주파수 영역을 쉽게 벗어나서 공명기가 실제로 소음 저감 역할을 제대로 수행하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결하고, 공명기의 목 입구 부분을 차단하는 형태의 다공성 스크린을 구비하여 외부로부터 공동(空洞) 내부로 이물질의 유입을 막아서 공명기의 공동체적(V) 축소에 따른 공명주파수 이동 현상을 개선할 수 있는 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기를 제공하기 위함이다.

또한, 다공성 스크린 설치로 공명기의 리지스턴스를 증가시켜서 공명주파수의 대역폭을 넓혀서 공명기의 물성치 변화에도 불구하고 소음 저감의 목표가 되는 특정주파수 영역에서 흡음 성능이 쉽게 변하지 않는 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기를 제공하기 위함이다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기는, 공동(空洞)을 형성하는 몸체부(10)와 상기 몸체부(10)와 연통되는 중공의 목(Neck, 20)으로 구성되는 헬름홀쯔형 공명기에 있어서, 상기 공명기의 목(20)의 입구, 목(20)의 출구, 및 목(20)의 내부 중에서 선택된 한 부분에 다공성 스크린(30)이 구비되는 것이다.

본 발명에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기에 있어서, 다공성 스크린(30)은 목(20)에 수직되게 배치되는 것이 바람직하다. 다공성 스크린(30)은 유연(柔軟)한 재질의 메쉬(mesh)이며, 상기 목(20)의 입구(20a) 부분에 상기 목 입구(20a)를 차단하는 형태로 구비되어, 상기 공명기의 리지스턴스를 증가시켜 공명주파수의 대역폭을 넓힘과 동시에 공동(空洞) 내부로 이물질의 유입을 막아 공명기의 공동체적(V) 변화에 따른 공명주파수 이동 현상을 개선한 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기에 있어서, 공명기의 공명주파수는 200 ~ 500 Hz이고, 상기 메쉬형 다공성 스크린(30)은 100 ~ 400 메쉬이며, 유동 저항은 10 ~ 40 Rayls 인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기에 있어서, 공명기의 공명주파수는 300 ~ 400 Hz이고, 메쉬형 다공성 스크린(30)은 150 ~ 250 메쉬인 것이 바람직하다. 메쉬형 다공성 스크린(30)의 단위 면적당 질량은 0.1 ~ 0.5kg/m² 인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르는 경우 종래 기술의 문제점이 해결되며, 공명기의 목 입구 부분을 차단하는 형태의 다공성 스크린을 구비하여 외부로부터 공동(空洞) 내부로 이물질의 유입을 막아서 공명기의 공동체적(V) 축소에 따른 공명주파수 이동 현상을 개선할 수 있는 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르는 경우 다공성 스크린 설치로 공명기의 리지스턴스를 증가시켜서 공명주파수의 대역폭을 넓혀서 공명기의 물성치 변화에도 불구하고 소 음 저감의 목표가 되는 특정주파수 영역에서 흡음 성능이 쉽게 변하지 않는 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기가 제공된다.

이하 본 발명에 의한 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기 정단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기 사시도이다.

당업계에 주지된 바와 같이, 헬름홀즈 공명기의 고유주파수는 수학식 1로 결정되게 되게 된다.

f_r은 헬름홀즈 공명기의 공진주파수이며, S는 헬름홀즈 공명기의 목단면적이며,

는 공명기의 목 유효길이이고, V는 헬름홀즈 공명기의 체적이며, 헬름홀즈 공명기의 고유주파수는 수학식 1로 결정되게 되게 된다. 공명기의 목 유효길이는 공명기의 목길이(

)에 관련된다. 수학식 1로부터 헬름홀즈 공명기의 공진주파수 는, 공명기의 목길이(

), 목단면적(A), 공명기의 체적(V)을 변수로 갖게 되며, 본 발명에서는 공명기의 목길이(

) 및 공명기의 체적(V)을 가변함에 따라 홀름홀쯔 공명기의 공진주파수(f_r)를 가변할 수가 있게 된다. 즉, 목길이(V)와 체적(V)을 크게하여 공명기의 공진주파수를 낮게 할 수가 있으며, 목길이(V)와 체적(V)을 작게함으로써 공명기의 공진주파수를 높게 할 수가 있는 것으로,이러한 변수에 의해 공명기의 공진주파수를 가변할 수가 있으므로 공명기의 공명주파수를 넓게 할 수가 있는 것이다.

도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 헬름홀쯔형 공명기는 공동(空洞)을 형성하는 몸체부(10)와 몸체부(10)와 연통되는 중공의 목(Neck, 20)으로 구성되는 헬름홀쯔형 공명기에 관한 것이다. 또한, 공명기의 목(20) 부분(입구, 출구, 또는 내부)에 다공성 스크린(30)이 구비된다. 바람직하게 다공성스크린(30)은 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이 목(20)에 수직되게 배치된다. 공명기의 목(20)의 입구는 덕트(1) 내면과 접촉되게 구비되고 다공성 스크린(30)은 덕트(1) 내주면에 고정되는 것이 바람직하다.

도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 다공성 스크린(30)은 유연(柔軟)한 재질의 메쉬(mesh)이며, 상기 목(20)의 입구(20a) 부분에 상기 목 입구(20a)를 차단하는 형태로 구비된다. 다공성 스크린(30)은 공명기의 리지스턴스를 증가시켜 공명 주파수의 대역폭을 넓힘과 동시에 공동(空洞) 내부로 이물질의 유입을 막아 공명기의 공동체적(V) 변화에 따른 공명주파수 이동 현상을 개선한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기에서 메쉬의 종류를 달리하여 흡음계수를 측정한 실험 결과를 보이는 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기의 주파수별 흡음계수를 측정하기 위한 실험장치도이다. 아래의 표1은 시험편으로 사용된 메쉬의 유동 저항과 단위면적당 질량을 보인다.

메쉬 종류	유동 저항(Rayls)	단위면적당 질량(kg/m2)
100 메쉬	10.6	0.46
200 메쉬	16.7	0.25
400 메쉬	39.6	00.18

도 3의 측정 결과는 도 4의 실험장치를 이용하여 도 1 및 도 2와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기에 대하여 표 1에서 보이는 3가지 종류의 메쉬에 대하여 수직 입사 흡음 계수를 측정한 결과이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 200 메쉬의 다공성 스크린을 사용하였을때, 스크린이 없을 때보다 250 ~ 500Hz 주파수 영역에서 공명주파수 대역폭이 넓어지며 흡음계수가 전주파수 영역에서 증가함을 알 수 있었다. 200 메쉬의 경우 대역폭은 넓어지지만 피크가 흡음 계수 피크치가 감소됨을 알 수 있었다. 400메쉬의 경우, 대역폭은 넓어지지만 피크가 흡음 계수 피크치가 감소되며 피크 공명주파수가 아래쪽으로 20Hz 정도 이동됨을 알 수 있었다.

본 발명에 일실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기에 있어서, 전술한 도 3을 참조하면 바람직하게 공명기의 공명주파수는 200 ~ 500 Hz이고, 메쉬형 다공성 스크린(30)은 100 ~ 400 메쉬이며, 유동 저항은 10 ~ 40 Rayls 일 때 대역폭을 넓혀서 발생할 수 있는 공명기의 물성치 변화에도 불구하고 소음 저감의 목표가 되는 특정주파수 영역에서 흡음 성능이 쉽게 변하지 않는 공명기가 제공될 수 있음을 알 수 있었다. 더욱 바람직하게 본 발명에 일실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기에 있어서 공명기의 공명주파수는 300 ~ 400 Hz이고, 메쉬형 다공성 스크린(30)은 150 ~ 250 메쉬이다. 또한, 표 1에 보이는바와 같이 메쉬형 다공성 스크린(30)의 단위 면적당 질량은 0.1 ~ 0.5kg/m² 일 때 이물질 차단, 대역폭 증가, 적정한 흡음률 유지라는 유리한 효과를 갖는다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기는 공동을 형성하는 몸체부(10)와 상기 몸체부와 연통되는 중공의 목(Neck, 20)으로 구성되는 헬름홀쯔형 공명기이다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기는 공명기의 몸체부(10)에 의해 형성되는 공동(空洞) 내부에 유연(柔軟)한 다공성 스크린(30)이 구비된다. 다공성 스크린(30)은 공동(空洞) 내부에 상기 목(20)과 수직되게 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기에 있어서, 몸체부(10)의 공동(空洞)은 상기 다공성 스크린(30)에 의해 목(20)에 근접한 제1 공동부(V₁)과 목(20)으로부터 떨어진 제2 공동부(V₂)로 서로 연통되게 분할 되고, 목(20)에 근접한 제1 공동부(V₁)의 체적은 상기 공동(空洞)의 전체 체적(V) 대비 0.001 ~ 0.2 인 것이 바람직하다.

본 출원인은 표1에 보이는 메쉬를 이용하여 도 5에 도시된 형태로 배치한 후 도 4와 같은 장치를 이용하여 제1 공동부(V₁)의 체적과 제2 공동부(V₂)를 변화시켜서 각각 흡음 계수를 측정하는 시험을 통하여 제1 공동부(V₁)의 체적은 상기 공동(空洞)의 전체 체적(V) 대비 0.001 ~ 0.2 인 것이 바람직함을 알 수 있었다. 제1 공동부(V₁)의 체적이 0.2V를 넘는 경우 다공성 스크린을 장착하지 않는 상태에 근접함을 알 수 있었고, 제1 공동부(V₁)의 체적이 0.2V를 넘는 경우 흡음률 증가나 대역폭 증가의 장점이 발생하지 않는 문제점이 있었다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기에 있어서, 공명기의 공명주파수는 300 ~ 400 Hz이고, 메쉬형 다공성 스크린(30)은 150 ~ 250 메쉬이며, 유동 저항은 10 ~ 40 Rayls이고, 메쉬형 다공성 스크린(30)의 단위 면적당 질량은 0.1 ~ 0.5kg/m² 인 것이 바람직함을 전술한 시험결과를 통하여 알 수 있었다.

본 발명에 따른 공명기는 고유량 유체 기계용으로 사용될 수 있다.

본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.

아래의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기 정단면도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기 사시도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기의 주파수별 흡음계수를 측정한 실험 결과를 보이는 그래프.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기의 주파수별 흡음계수를 측정하기 위한 실험장치도.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 몸체부

20 : 공명기 목

30 : 다공성 스크린

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 공동(空洞)을 형성하는 몸체부(10)와 상기 몸체부(10)와 연통되는 중공의 목(Neck, 20)으로 구성되는 헬름홀쯔형 공명기에 있어서,

   상기 공명기의 목(20)의 입구, 목(20)의 출구, 및 목(20)의 내부 중에서 선택된 한 부분에 다공성 스크린(30)이 구비되고;

   상기 다공성 스크린(30)은 유연(柔軟)한 재질의 메쉬(mesh)이며, 상기 목(20)의 입구(20a) 부분에 상기 목 입구(20a)를 차단하는 형태로 구비되어,

   상기 공명기의 리지스턴스를 증가시켜 공명주파수의 대역폭을 넓힘과 동시에 공동(空洞) 내부로 이물질의 유입을 막아 공명기의 공동체적(V) 변화에 따른 공명주파수 이동 현상을 개선하고;

   상기 공명기의 공명주파수는 200 ~ 500 Hz이고,

   상기 메쉬형 다공성 스크린(30)은 100 ~ 400 메쉬이며,

   유동 저항은 10 ~ 40 Rayls 인 것을 특징으로 하는 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 공명기의 공명주파수는 300 ~ 400 Hz이고,

   상기 메쉬형 다공성 스크린(30)은 150 ~ 250 메쉬인 것을 특징으로 하는 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   상기 메쉬형 다공성 스크린(30)의 단위 면적당 질량은 0.1 ~ 0.5kg/m² 인 것을 특징으로 하는 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기.
7. 삭제
8. 삭제
9. 공동을 형성하는 몸체부(10)와 상기 몸체부와 연통되는 중공의 목(Neck, 20)으로 구성되는 헬름홀쯔형 공명기에 있어서,

   상기 공명기의 몸체부(10)에 의해 형성되는 공동(空洞) 내부에 유연(柔軟)한 다공성 스크린(30)이 구비되고;

   상기 다공성 스크린(30)은 공동(空洞) 내부에 상기 목(20)과 수직되게 배치되고;

   상기 몸체부(10)의 공동(空洞)은 상기 다공성 스크린(30)에 의해 목(20)에 근접한 제1 공동부(V₁)과 목(20)으로부터 떨어진 제2 공동부(V₂)로 서로 연통되게 분할 되고,

   상기 목(20)에 근접한 제1 공동부(V₁)의 체적은 상기 공동(空洞)의 전체 체적(V) 대비 0.001 ~ 0.2 인 것을 특징으로 하는 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기.
10. 제9항에 있어서,

    상기 공명기의 공명주파수는 300 ~ 400 Hz이고,

    상기 메쉬형 다공성 스크린(30)은 150 ~ 250 메쉬이며,

    유동 저항은 10 ~ 40 Rayls이고,

    상기 메쉬형 다공성 스크린(30)의 단위 면적당 질량은 0.1 ~ 0.5kg/m² 인 것 을 특징으로 하는 다공성 스크린이 구비된 헬름홀쯔형 공명기.

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