KR101556501B1 - 저소음 룸유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저소음 룸유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게, 건축물 또는 대형 선박 공조시스템의 덕트라인 끝단에 구비되어 공기 조화된 공기를 실내 공간으로 유동시키는 저소음 룸유닛에 있어서, 공기 유입구의 후단에 위치한 댐퍼가 구형 또는 원뿔형으로 형성됨으로써, 유입되는 공기의 난류를 방지하여 공기흐름이 원활하게 하고, 유동소음을 저감시킬 수 있는 저소음 룸유닛에 관한 것이다.

Description

저소음 룸유닛{Low noise room unit}

본 발명은 저소음 룸유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게, 건축물 또는 대형 선박 공조시스템의 덕트라인 끝단에 구비되어 공기 조화된 공기를 실내 공간으로 유동시키는 저소음 룸유닛에 있어서, 공기 유입구의 후단에 위치한 댐퍼가 구형 또는 원뿔형으로 형성됨으로써, 유입되는 공기의 난류를 방지하여 공기흐름이 원활하게 하고, 유동소음을 저감시킬 수 있는 저소음 룸유닛에 관한 것이다.

최근 선박의 고급화로 인해 거주공간의 안락성과 편의성이 강조됨에 따라 선실 소음레벨에 대한 요구조건이 강화되고 있다.

특히, 여객선 객실의 경우, 44dB까지 요구되고 있으며, 40dB까지도 요구되고 있다. 크루즈선과 같은 고부가가치선의 경우 저소음화된 장비가 탑재될 뿐만 아니라, 선박내부의 방음/방진 대책이 적용되기 때문에 선실 소음의 대부분은 HVAC(Heating, ventilation, air conditioning)에 기인한다.

따라서 선박의 소음 저감 설계에서는 낮은 선실소음 요구조건을 만족시키기 위한 HVAC 소음 저감조치들이 매우 중요하게 진행되어 왔다.

최근에는 저소음 FAN, 고성능 소음기 개발과 더불어 HVAC 덕트 라인의 맨 끝단에 위치한 룸유닛의 저소음화가 이슈화되고 있다.

또한 선박의 고급화에 따라 개별 선실의 HVAC 유량을 자동적으로 조절할 수 있는 룸유닛 기능이 요구되고 있으며, 대형 공간이나 다수의 선실을 하나의 유닛으로 관리할 수 있도록 다수의 출구를 가진 룸유닛이 필요하게 되었다.

특히, 크루즈 선실의 경우, 방의 용적에 따라 오션뷰, 발코니, 스위트 선실로 크게 나뉘는 것이 일반적인데, 내부 면적이 큰 스위트 선실의 경우 350CMH 이상의 고풍량이 요구되어 대용량 룸유닛이 필요하다.

스위트 선실은 전체 선실 중 약 6~18%를 차지하며, 해외 우수 업체에서는 이미 대용량 저소음 룸유닛을 개발하여 현장에 적용하고 있다.

선박용 HVAC의 소음 저감을 달성하기 위한 시도로, 한국소음진동공학회에서 2011년 발표된 논문인 '선박용 통합 HVAC 소음해석 프로그램 개발'(한국소음진동공학회 2011년 춘계학술대회논문집, p588~593, 한주범, 홍석윤, 송지훈, 김노성, 천승현)에는 선박용 HVAC 소음을 해석을 수행할 수 있으며 덕트의 압력손실을 계산할 수 있는 프로그램이 개시된 바 있다.

또한, 한국소음진동공학회에서 2008년 발표된 논문인 '선박용 HVAC 요소의 소음특성에 대한 실험적 고찰'(한국소음진동공학회 2008년 추게학술대회논문집, p610~611, 김상렬, 김현실, 김홍기)에는 선박용 HVAC 소음해석에 사용하기 위한 HVAC 요소에 대하여 수행된 일련의 Mock-up 실험결과가 개시된 바 있다.

한편, 룸유닛의 저소음화 설계는 룸유닛의 삽입손실 향상과 더불어 유동소음(내부 유동에 의한 유체기인소음) 저감에 초점이 맞춰져 이뤄지고 있는데, 삽입 손실은 압력강하량과 연관되어 있어 특정값 이하의 압력강하가 요구되는 HVAC 요소의 특성상, 룸유닛의 삽입손실을 무한정 증가시킬 수 없다.

따라서 룸유닛의 저소음화를 달성하기 위해서는 선박에서 요구되는 적절한 압력강하량 이하로 유지한 상태에서 삽입손실 증가를 얻을 수 있는 설계가 필요하다.

또한, 유동소음은 내부 유동속도가 증가함에 따라 커지기 때문에 대용량 룸유닛의 경우, 유량 증가에 의한 유동소음이 증가할 수 있으므로 이를 저감할 수 있는 설계가 필요한 실정이다.

선행문헌 1 : 한국소음진동공학회에서 2011년 발표된 논문인 '선박용 통합 HVAC 소음해석 프로그램 개발'(한국소음진동공학회 2011년 춘계학술대회논문집, p588~593, 한주범, 홍석윤, 송지훈, 김노성, 천승현) 선행문헌 2 : 한국소음진동공학회에서 2008년 발표된 논문인 '선박용 HVAC 요소의 소음특성에 대한 실험적 고찰'(한국소음진동공학회 2008년 추게학술대회논문집, p610~611, 김상렬, 김현실, 김홍기)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 건축물 또는 대형 선박 공조시스템의 덕트라인 끝단에 구비되어 공기 조화된 공기를 실내 공간으로 유동시키는 저소음 룸유닛에 있어서, 공기 유입구의 후단에 위치한 댐퍼가 구형 또는 원뿔형으로 형성됨으로써, 유입되는 공기의 난류를 방지하여 공기흐름이 원활하게 하고, 유동소음을 저감시킬 수 있는 저소음 룸유닛을 제공하는 것이다.

다시 말해, 본 발명의 목적은 룸유닛의 주요 소음원이 댐퍼라는 점을 파악하고, 댐퍼의 형태를 변경하여 대용량 룸유닛에서 유량이 증가되더라도 공기가 유입되는 측에서 기존에 발생되는 공기의 난류를 최소화시켜 삽입손실을 증가시키고, 유동소음을 감소시킬 수 있는 저소음 룸유닛을 제공하는 것이다.

본 발명의 저소음 룸유닛은 건축물 또는 대형 선박 공조시스템의 덕트라인 끝단에 구비되어 공기 조화된 공기를 실내 공간으로 유동시키는 저소음 룸유닛(1)에 있어서, 공기 조화된 공기가 공기유입구(110)를 통해 유입되어 적어도 하나 이상의 공기토출구(120)로 토출되도록 내부에 공간이 형성되는 몸체부(100); 상기 공기유입구(110)를 통해 유입되는 공기 양이 조절되도록 상기 몸체부(100) 내의 상기 공기유입구(110)의 후단에 형성되는 댐퍼(300); 를 포함하여 형성되되, 상기 댐퍼(300)가 상기 공기유입구(110)로부터 거리가 멀어질수록 직경이 증가되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 댐퍼(300)는 상기 공기유입구(110)와 마주보는 측면이 구형 또는 원뿔 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 댐퍼(300)는 표면에 흡음재가 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 댐퍼(300)는 상기 공기유입구(110)와 반대되는 측면의 형태가 상기 공기유입구(110)로부터 거리가 멀어질수록 직경이 감소되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 댐퍼(300)는 상기 공기유입구(110)와 마주보는 측의 두께가 65~80mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 저소음 룸유닛은 건축물 또는 대형 선박 공조시스템의 덕트라인 끝단에 구비되어 공기 조화된 공기를 실내 공간으로 유동시키는 저소음 룸유닛에 있어서, 공기 유입구의 후단에 위치한 댐퍼가 구형 또는 원뿔형으로 형성됨으로써, 유입되는 공기의 난류를 방지하여 공기흐름이 원활하게 하고, 유동소음을 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.

다시 말해, 본 발명의 저소음 룸유닛은 룸유닛의 주요 소음원인 댐퍼의 형태를 변경하여 대용량 룸유닛에서 유량이 증가되더라도 공기가 유입되는 측에서 기존에 발생되는 공기의 난류를 최소화시켜 삽입손실을 증가시키고, 유동소음을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 저소음 룸유닛은 댐퍼의 표면에 흡음재를 부착시켜 흡음효과를 향상시킬 수 있으며, 공기유입구와 반대되는 측면의 댐퍼 형태가 공기유입구로부터 거리가 멀어질수록 직경이 감소되는 형태로 형성되어 댐퍼 후단에서도 공기가 원활하게 유동되도록 할 수 있다.

아울러, 본 발명의 저소음 룸유닛은 댐퍼의 두께 및 형태를 최적화함으로써, 룸유닛 설계를 용이하게 할 수 있으며, 이를 통해, 공기가 쾌적하고 소음이 최소화된 안락한 실내공간을 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 룸유닛을 도시한 개략도.
도 2는 종래의 룸유닛의 내부 유속 분포도.
도 3은 종래의 룸유닛에서 각 영역별로 유동소음을 비교한 비교그래프.
도 4는 본 발명에 따른 저소음 룸유닛의 일실시예를 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 저소음 룸유닛에서 댐퍼의 다양한 형태를 나타낸 개략적인 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 저소음 룸유닛에서 구형 댐퍼 적용 시, 유동 소음 변화를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 저소음 룸유닛에서 원뿔형 댐퍼 적용 시, 유동 소음 변화를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 저소음 룸유닛에서 또 다른 댐퍼를 나타낸 개략적인 단면도.

이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 저소음 룸유닛을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 건축물 또는 대형 선박 공조시스템의 덕트라인 끝단에 구비되어 공기 조화된 공기를 실내 공간으로 유동시키는 저소음 룸유닛(1)에 관한 것으로 크게 몸체부(100) 및 댐퍼(300)를 포함하여 형성된다.

먼저, 본 발명을 고안하게 된 배경으로, 본 출원인은 룸유닛 내에서 유동소음에 대한 주요 소음원을 파악하기 위해 몇 가지 실험을 한 결과, 주요 소음원이 댐퍼(300)라는 점을 확인할 수 있었다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 룸유닛은 공기가 유입되는 공기유입구(110) 후단에 구비되어 공기의 유동을 조절하는 댐퍼(300)가 편평한 형태로 구비되는 것이 일반적이었다.

본 출원인은 유동소음에 대한 주요 소음원을 파악하기 위해여 대상 룸유닛 기본구조의 유동소음에 대한 성능해석을 수행하였으며, 성능해석에는 기존의 HVAC 소음방법이 이용되었고, 룸유닛의 내부구조를 도 1과 같이 댐퍼(300), 챔버 및 직관과 같이 기존의 HVAC 요소의 조합으로 모델링하였다.

도 3은 HVAC 주요 요소의 유동소음 해석결과를 비교한 것으로, 상기 댐퍼(300)에서의 유동소음이 가장 큰 것을 확인할 수 있다.

이를 보다 정확하게 확인할 수 있도록, 도 2에서는 유동해석 프로그램인 FLUENT를 이용하여 룸유닛 내부의 유동장을 해석하였으며, 상기 댐퍼(300) 부근에서 유속이 가장 큰 것을 확인할 수 있다.

이를 통해, 본 출원인은 댐퍼(300) 전단면에서 유속증가에 따른 유동소음 증가가 발생할 수 있음을 확인하였으며, 이를 개선하기 위해 본 발명과 같이 댐퍼(300)의 형태를 변경하여 실험을 진행하였다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 저소음 룸유닛(1)은 공기 조화된 공기가 공기유입구(110)를 통해 유입되어 적어도 하나 이상의 공기토출구(120)로 토출되도록 내부에 공간이 형성되는 몸체부(100)와, 상기 공기유입구(110)를 통해 유입되는 공기 양이 조절되도록 상기 몸체부(100) 내의 상기 공기유입구(110)의 후단에 형성되는 댐퍼(300)를 포함하여 형성되되, 상기 댐퍼(300)가 상기 공기유입구(110)로부터 거리가 멀어질수록 직경이 증가되는 형태로 형성된다.

상기 댐퍼(300)는 공기 유동방향으로 이동함에 따라 상기 공기유입구(110)를 밀폐시켜 공기가 몸체부(100) 내부로 유입되지 않도록 할 수도 있고, 상기 공기유입구(110)를 완전히 개방하여 공기 조화된 공기가 상기 몸체부(100) 내부로 모두 유동되도록 할 수도 있다.

또한, 상기 공기유입구(110)는 상기 댐퍼(300)에 대응되는 형태로 형성되어 상기 댐퍼(300)에 의해 개폐가 이루어지도록 형성될 수 있다.

본 발명의 저소음 룸유닛(1)은 상기 공기토출구(120)가 복수개일 수 있으며, 도 2에서 도시된 바와 같이, 상기 공기유입구(110)가 형성되는 측과 반대되는 측면에 형성되고, 상기 공기토출구(120)와 인접한 양측면에 각각 하나씩 형성되어 3개의 공기토출구(120)가 형성되도록 할 수도 있다.

물론, 본 발명의 저소음 룸유닛(1)은 대용량 저소음 룸유닛(1)을 타깃으로 하여 공기토출구(120)가 3개 형성되는 경우에 적용될 수도 있지만, 상기 공기토출구(120)가 1개 또는 2개 형성되는 룸유닛에 적용될 수도 있으며, 상기 공기토출구(120)의 개수는 얼마든지 다양하게 변경실시 가능하다.

상기 댐퍼(300)는 상기 공기유입구(110)를 통해 유입된 공기가 급격한 유동방향의 변화 없이 서서히 댐퍼(300) 면을 따라 방향을 바꾸며 유동될 수 있도록, 도 5(a)와 같이, 상기 공기유입구(110)와 마주보는 측면이 구형 형태일 수도 있으며, 도 5(b)와 같이, 상기 공기유입구(110)와 마주보는 측면이 원뿔 형태일 수도 있다.

이에 따라, 본 발명의 저소음 룸유닛(1)은 상기 공기유입구(110)를 통해 유입되는 공기 조화된 공기가 상기 댐퍼(300)를 통과하는 과정에서 난류 발생이 최소화됨으로써, 이 영역에서 발생되는 소음이 저감될 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 댐퍼(300)는 원뿔형 또는 구형으로 형성될 수 있는데, 본 발명의 저소음 룸유닛(1)은 댐퍼(300)의 두께 또는 형태에 따라 유동소음의 정도가 약간씩 달라질 수 있다.

도 6 및 도 7에서는 구형의 댐퍼(300) 및 원뿔형의 댐퍼(300)가 두께 변화에 따라 유동소음에 어떤 영향을 주는지를 확인하기 위해, 기존의 편평한 댐퍼(300)가 설치되었을 경우와의 유동소음 차이가 그래프로 표시되어 있다.

도 6에서는 구형의 댐퍼(300)가 D=50mm인 경우(그래프에서 S50), 기존 댐퍼(300)가 설치된 경우보다, 오히려 유동소음이 증가(그래프에서 양수값)한 것을 볼 수 있으며, 이 후, 댐퍼(300)의 두께가 두꺼워짐에 따라, 주파수에 따라 차이는 있지만, 대체적으로 유동소음이 점차 감소하다가 D=80mm인 경우(그래프에서 S80), 약간 증가하는 경향을 볼 수 있다.

이와 같은 결과는 도 7의 원뿔형 댐퍼(300)에서도 확인될 수 있으며, 원뿔형 댐퍼(300)의 경우, 대체적으로 구형 댐퍼(300)에 비해 유동소음의 저감정도가 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

특히, 원뿔형 댐퍼(300) 중 D=70mm(도 9의 C70)인 경우에는 기존 댐퍼(300)에 비해 유동소음이 약 2dB만큼 감소된 것을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같은 실험 결과에 따라, 상기 댐퍼(300)는 상기 공기유입구(110)와 마주보는 측의 두께가 65~80mm정도인 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

이 때, 상기 댐퍼(300)에는 표면에 흡음재가 더 부착될 수 있는데, 이 경우, 유동소음이 저감되는 정도는 더 크게 나타날 수 있다. 상기 흡음재는 암면, 유리, 울, 텍스 스펀지 등이 될 수 있으며, 상기 댐퍼(300)의 표면에 접착제 또는 피스 등 별도의 접착수단을 통해 부착될 수 있다.

물론, 상기와 같은 소음저감 수치는 절대적인 것이 아니며, 룸유닛의 사이즈, 외부환경, 공기의 유동량, 주파수와 같은 여러 가지 조건에 따라 그 수치는 달라질 수 있다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 댐퍼(300)는 상기 공기유입구(110)와 반대되는 측면의 형태가 상기 공기유입구(110)로부터 거리가 멀어질수록 직경이 감소되는 형태로 형성될 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 저소음 룸유닛(1)은 상기 공기유입구(110)로부터 유입되는 공기 조화된 공기가 상기 댐퍼(300)를 지날 때, 상기 댐퍼(300)의 전단 및 후단이 원뿔 또는 구형으로 형성됨에 따라 상기 댐퍼(300)의 전단 및 후단에서 발생될 수 있는 공기의 난류를 최소화할 수 있다.
즉, 상기 댐퍼(300)는 몸체부(100)의 측부로부터 일정간격 이격된 형태로 형성되되, 상기 공기유입구(110)와 마주보는 측면인 전단이 원뿔 형태로 형성되어, 상기 공기유입구(110)로부터 거리가 멀어질수록 직경이 선형으로 증가함에 따라 상기 댐퍼(300)의 전단에서 발생되는 공기의 난류를 최소화할 수 있고, 상기 공기유입구(110)와 반대되는 측면인 후단 역시 원뿔 형태로 형성되어, 상기 공기유입구(110)로부터 거리가 멀어질수록 직경이 선형으로 감소함에 따라 상기 댐퍼(300)의 후단에서 발생되는 공기의 난류를 최소화하여 후단에서도 공기가 원활하게 유동될 수 있다.

도 4에 도시된 도면을 참고로 본 발명의 저소음 룸유닛(1)의 작동과정을 간략히 설명하면,

공기조화유닛을 거쳐 공기 조화된 공기가 덕트를 따라 본 발명의 저소음 룸유닛(1)에 도달하게 되며, 공기는 상기 댐퍼(300)가 상기 공기유입구(110)와 일정거리 이격되어 형성된 틈을 통해 상기 공기유입구(110)를 지나 상기 댐퍼(300)를 거치게 된다.

이 때, 공기는 상기 댐퍼(300)의 전단면에 원뿔형 또는 구형으로 형성된 경사면을 따라 이송되며, 이 과정에서 급격한 공기 유동 방향의 변화가 없어 공기의 난류가 최소화되며, 이를 통해 소음이 저감된 상태로 상기 몸체부(100)를 통과하게 된다.

다음, 공기는 상기 공기토출구(120)를 따라 실내공간으로 유입된다.

이에 따라, 본 발명의 저소음 룸유닛(1)은 공기 유입구의 후단에 위치한 댐퍼(300)가 구형 또는 원뿔형으로 형성됨으로써, 유입되는 공기의 난류를 방지하여 공기흐름이 원활하게 하고, 유동소음을 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.

다시 말해, 본 발명의 저소음 룸유닛(1)은 룸유닛의 주요 소음원인 댐퍼(300)의 형태를 변경하여 대용량 룸유닛에서 유량이 증가되더라도 공기가 유입되는 측에서 기존에 발생되는 공기의 난류를 최소화시켜 삽입손실을 증가시키고, 유동소음을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 저소음 룸유닛(1)은 댐퍼(300)의 표면에 흡음재를 부착시켜 흡음효과를 향상시킬 수 있으며, 공기유입구(110)와 반대되는 측면의 댐퍼(300) 형태가 공기유입구(110)로부터 거리가 멀어질수록 직경이 감소되는 형태로 형성되어 댐퍼(300) 후단에서도 공기가 원활하게 유동되도록 할 수 있다.

아울러, 본 발명의 저소음 룸유닛(1)은 댐퍼(300)의 두께 및 형태를 최적화함으로써, 룸유닛 설계를 용이하게 할 수 있으며, 이를 통해, 공기가 쾌적하고 소음이 최소화된 안락한 실내공간을 제공할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1 : 저소음 룸유닛
100 : 몸체부
110 : 공기유입구 120 : 공기토출구
300 : 댐퍼

Claims (5)

1. 건축물 또는 대형 선박 공조시스템의 덕트라인 끝단에 구비되어 공기 조화된 공기를 실내 공간으로 유동시키는 저소음 룸유닛(1)에 있어서,
   상기 저소음 룸유닛(1)은 공기 조화된 공기가 유입되는 공기유입구(110)와 유입된 공기가 토출되는 적어도 하나 이상의 공기토출구(120)를 포함하는 몸체부(100); 및
   상기 공기유입구(110)의 후단에 형성되어 상기 공기유입구(110)를 통해 유입되는 공기 양을 조절하는 댐퍼(300);를 포함하되,
   상기 댐퍼(300)의 표면에는 암면, 울, 텍스 스펀지 중 하나인 흡음재가 접착수단에 의해 부착되고,
   상기 댐퍼(300)는 몸체부(100)의 측부로부터 일정간격 이격된 형태로 형성되되,
   상기 공기유입구(110)와 마주보는 측면인 전단이 원뿔 형태로 형성되어, 상기 공기유입구(110)로부터 거리가 멀어질수록 직경이 선형으로 증가함에 따라 상기 댐퍼(300)의 전단에서 발생되는 공기의 난류를 최소화할 수 있고,
   상기 공기유입구(110)와 반대되는 측면인 후단 역시 원뿔 형태로 형성되어, 상기 공기유입구(110)로부터 거리가 멀어질수록 직경이 선형으로 감소함에 따라 상기 댐퍼(300)의 후단에서 발생되는 공기의 난류를 최소화하여 후단에서도 공기가 원활하게 유동될 수 있는 것을 특징으로 하는 저소음 룸유닛.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 댐퍼(300)는
   상기 공기유입구(110)와 마주보는 측의 두께가 65~80mm인 것을 특징으로 하는 저소음 룸유닛.

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