KR101595798B1 - 고속열차용 차량하부 흡음패널 - Google Patents

고속열차용 차량하부 흡음패널 Download PDF

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Abstract

고속열차용 차량하부 흡음패널은 상판부, 하판부 및 격벽부를 포함한다. 상기 상판부는 고속열차의 차량부 하면에 부착된다. 상기 하판부는 상기 상판부로부터 하부 방향으로 소정 간격 이격되어 상기 상판부와의 사이에서 공명공간을 형성하며, 복수의 미세홀들이 형성되어 상기 공명공간을 외부로 노출한다. 상기 격벽부는 상기 상판부 및 상기 하판부 사이에 개재되어, 상기 상판부와 상기 상판부 사이의 간격을 유지하며, 상기 공명공간을 복수로 분할한다.

Description

고속열차용 차량하부 흡음패널{NOISE ABSORPTION PANEL ON UNDER-BODY FOR A HIGH-SPEED TRAIN}
본 발명은 고속열차용 차량하부 흡음패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속열차의 차량하부로 유입되는 진동이나 소음을 저감시키기 위한 고속열차용 차량하부 흡음패널에 관한 것이다.
현재 우리나라에서 운행되고 있는 고속열차(KTX, KTX 산천)에는, 차량의 하부덮개가 설치되고는 있으나, 상기 차량의 하부덮개는 흡음기능을 갖고 있지 않는 바, 차량의 하부에서 발생하는 소음이나 진동을 효과적으로 흡수하여 저감시키지 못하는 상태이다.
다만, 대한민국 특허출원 제10-2012-0091075호는 소음 흡수기능을 갖는 철도차량용 하부 패널에 관한 것으로, 하부 패널 전체에 불규칙하게 형성된 다공선 요홈을 갖는 발포제를 구비하여 철도차량의 하부에서 발생하는 소음이나 진동을 흡수하는 기술을 개시하고 있으며, 일본국 특허출원 특개2005-247235호는 고속철도 차량용 소음 흡수 패널에 관한 것으로, 소음 흡수 패널이 단섬유를 매트상에 형성한 다공질 흡음재와 충전재 등을 포함하여 철도차량의 하부에서 발생하는 소음이나 진동을 흡수하는 기술을 개시하고 있다.
이와 같이, 종래 기술에 의한 흡음용 하부 패널은 주로 흡음재를 채용하여 흡음 효과를 향상시키는 기술이 주를 이루고 있다.
그러나, 철도차량의 경우, '철도차량 안전기준에 관한 규칙(국토해양부령 제280호)'에 의거 화재기준도 만족하여야 하므로, 철도차량의 하부덮개가 흡음기능을 가질 수 있도록 흡음재를 포함하는 것에도 많은 제약이 있는 상황이다.
나아가, 철도차량의 하부덮개는 기본적으로 두께가 얇고 가벼운 소재로 형성되어야 하므로, 상기 기준을 효과적으로 충족시키면서 소음이나 진동까지 흡수가 가능한 철도차량의 하부덮개를 개발하는 것은 어려운 상황이다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 고속열차의 하부패널로 적용되어 하부에서 발생되는 소음이나 진동을 효과적으로 흡수할 수 있는 고속열차용 차량하부 흡음패널에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 고속열차용 차량하부 흡음패널은 상판부, 하판부 및 격벽부를 포함한다. 상기 상판부는 고속열차의 차량부 하면에 부착된다. 상기 하판부는 상기 상판부로부터 하부 방향으로 소정 간격 이격되어 상기 상판부와의 사이에서 공명공간을 형성하며, 복수의 미세홀들이 형성되어 상기 공명공간을 외부로 노출한다. 상기 격벽부는 상기 상판부 및 상기 하판부 사이에 개재되어, 상기 상판부와 상기 상판부 사이의 간격을 유지하며, 상기 공명공간을 복수로 분할한다.
일 실시예에서, 상기 상판부, 상기 하판부 및 상기 격벽부는 모두 금속재질을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 상판부는 상기 차량부의 하면 전체에 일체로 형성되어 부착될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 상판부와 상기 하판부 사이의 간격, 및 상기 미세홀들 사이의 간격은 차량하부에서 발생하는 소음 또는 진동의 주파수 범위를 고려하여 변경될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 미세홀은 상기 하판부 상에 균일하게 형성되며, 상기 상판부와 상기 하판부 사이의 간격은 10~15mm로 유지되고, 상기 미세홀들 사이의 간격은 5~10mm로 유지될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 미세홀의 직경은 1~2mm일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 미세홀은 상기 고속열차의 바퀴부가 위치한 양 끝단으로 갈수록 간격이 좁아지며 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 상판부와 하판부 사이에 공명공간이 형성되며, 상기 공명공간이 미세홀들을 통해 외부로 노출되므로, 외부에서 발생된 소음이나 진동은 상기 미세홀들을 통해 상기 공명공간으로 전달되어, 상기 공명공간에서 공명효과에 의해 소산되어, 흡음 패널의 흡음 효과가 높다.
또한, 격벽부가 상기 상판부 및 상기 하판부 사이의 거리를 일정하게 유지하므로, 열차의 운행에 따른 충격이나 진동 등으로 상기 공명공간이 변형되는 문제를 방지할 수 있다.
특히, 상기 상판부, 상기 하판부 및 상기 격벽부가 모두 금속재질로 형성되므로, 화재로 인한 위험성이 미연에 방지되며, 상기 상판부가 차량부 하면에 일체로 형성되어 부착되므로 고속열차의 구조적 안전성이 향상된다.
또한, 상기 상판부와 상기 하판부 사이의 간격, 및 상기 미세홀들 사이의 간격을 발생하는 주파수 범위에 따라 다르게 설계 변경이 가능하므로, 흡음 효과가 향상된다.
특히, 상기 미세홀을, 상대적으로 소음이나 진동이 많이 발생하는 바퀴에 근접한 부분에 많이 형성함으로써, 흡음 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 고속열차용 차량하부 흡음패널이 적용된 고속열차를 도시한 측면도이다.
도 2는 도 1의 흡음패널을 하부에서 관찰한 평면도이다.
도 3은 도 1의 흡음패널의 단면을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 흡음패널을 하부에서 관찰한 평면도의 다른 예이다.
도 5는 도 1의 흡음패널을 사용하여 흡음 성능을 실험한 결과를 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 고속열차용 차량하부 흡음패널이 적용된 고속열차를 도시한 측면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 고속열차용 차량하부 흡음패널(100)은 고속열차(10)의 차량부(11) 하부에 부착되며, 상기 차량부(11) 하부에 일체로 부착된다. 그리하여, 상기 흡음패널(100)의 교환 및 수리를 위한 탈착, 및 부착을 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 상기 흡음패널(100)은 각 차량부(11) 마다 개별적으로 부착될 수 있다.
도 2는 도 1의 흡음패널을 하부에서 관찰한 평면도이다. 도 3은 도 1의 흡음패널의 단면을 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 흡음패널(100)은 상판부(110), 하판부(120), 및 격벽부(130)를 포함한다.
상기 상판부(110)는 상기 차량부(11) 하부에 부착되는 것으로, 상기 흡음패널(100)의 상부면을 형성한다. 상기 상판부(110)는 얇은 플레이트(plate) 형상을 가진다.
한편, 상기 상판부(110)는 상기 차량부(11)의 하부면을 형성할 수도 있으며, 상기 상판부(110)는 개구부를 포함하지 않도록 형성되어, 차량의 하부에서 발생하는 소음과 진동이 상기 차량부(11)의 내부로 전달되지 않도록 한다.
상기 하판부(120)는 상기 상판부(110)와 평행하게 연장되며, 상기 상판부(110)와 소정거리 이격된다. 즉, 상기 하판부(120)는 상기 상판부(110)로부터 하부방향으로 소정거리 이격되어 위치한다. 이 경우, 상기 상판부(110)와 상기 하판부(120)의 간격은 일정하게 유지된다.
상기 하판부(120)도 얇은 플레이트 형상을 가지나, 상기 하판부(120)에는 복수의 미세홀들(121)이 형성된다. 상기 미세홀들(121)은 상기 하판부(120)를 관통하여 형성되며, 도 2에 도시된 바와 같이 균일한 간격으로 배열될 수 있다.
상기 하판부(120)는 상기 상판부(110)와 소정 간격 이격되어 배치되므로, 상기 하판부(120)와 상기 상판부(110)의 사이에는 공명공간(140)이 형성된다. 상기 공명공간(140)에는 별도의 흡음재나 충진 물질들이 채워지거나 배치되지 않은 빈 공간으로, 상기 공명공간(140)은 상기 미세홀들(121)을 통해 외부로 노출된다.
이 경우, 상기 흡음패널(100)은 차량부(11) 하면에 설치되므로, 상기 공명공간(140)은 상기 미세홀들(121)을 통해 고속열차의 궤도부를 향해 노출된다.
한편, 상기 상판부(110)와 상기 하판부(120)의 사이에는 상기 상판부(110)와 상기 하판부(120)의 연장방향에 수직인 방향으로 격벽부(130)가 형성되며, 상기 격벽부(130)는 상기 공명공간(140)을 복수의 공간들로 분할한다.
즉, 상기 격벽부(130)는 상기 상판부(110)와 상기 하판부(120)의 사이에 복수개가 균일하게 배치되어, 상기 상판부(110)와 상기 하판부(120) 사이의 간격을 일정하게 유지하면서, 상기 상판부(110)와 상기 하판부(120)를 지지한다.
이에 따라, 상기 공명공간(140)은 복수의 공간들로 자연스럽게 분할되며, 상기 공명공간(140)들은 설계에 따라 하나의 공명공간에 하나의 미세홀이 대응되도록 분할될 수도 있다.
따라서, 상기 미세홀(121)을 통해 유입된 소음이나 진동은 상기 공명공간(140)으로 전달되어, 상기 공명공간(140)에서는 별도의 흡음재 또는 충진재가 없이 공명효과에 의해 상기 진동 또는 소음을 소산시키게 된다.
한편, 상기 상판부(110)와 상기 하판부(120) 사이의 간격(D), 상기 미세홀들 사이의 간격(W), 및 상기 미세홀(121)의 직경 등은 다양하게 설계될 수 있는데, 소산이 필요한 소음 또는 진동의 주파수, 즉 고속열차의 하부에서 발생하는 소음 또는 진동의 주파수를 고려하여야 한다.
예를 들어, 상기 상판부(110)와 상기 하판부(120) 사이의 간격(D)은 5~15mm로 이격되며, 상기 미세홀들 사이의 간격(W)은 5~10mm로 이격될 수 있다. 또한, 상기 미세홀(121)의 직경은 1~2mm로 형성될 수 있다.
그리하여, 상기 하나의 미세홀(121)과 연결되어 외부로 노출된 하나의 공명공간(140)의 체적은 125~1,500mm3의 범위로 형성될 수 있다. 즉, 직경 1~2mm의 미세홀로부터 유입된 소음 또는 진동은 약 125~1,500mm3의 범위로 형성된 공명공간(140)에서 소산될 수 있다.
도 4는 도 1의 흡음패널을 사용하여 흡음 성능을 실험한 결과를 도시한 그래프이다. 도 4는 고속열차의 운행 중 발생하는 소음 또는 진동의 주파수에 해당되는 0.5~2.0kHz에 대하여, 본 실시예에 의한 흡음패널(100)을 통한 흡음성능을 시험할 결과이다.
본 실험에서는, 상기 흡음패널(100)의 상판부 및 하판부의 간격(D)을 10mm, 상기 미세홀들 사이의 간격(W)을 10mm, 상기 미세홀의 직경을 1mm로 형성하여 흡음성능을 시험할 결과이며, 상기 흡음패널(100)의 상기 공명공간(400)을 빈 공간을 형성한 경우(S3)와 상기 공명공간(400)을 허니컴(honeycomb) 구조로 형성한 경우(S1)로 구별하여 실험을 수행하였다.
도 4를 참조하면, 그래프에서 확인되는 바와 같이, 상기 흡음패널(100)의 공명공간(400)을 빈 공간으로 형성한 도 2 내지 도 3의 실시예에서의 흡음패널(100) 뿐만 아니라, 상기 공명공간(400)에 허니컴 구조를 채운 흡음패널에서도 고속열차의 운행 중 발생하는 소음 또는 진동의 주파수에 해당되는 0.5~2.0kHz 영역에서 흡음성능이 우수한 것을 확인할 수 있다. 특히, 1.0~1.75kHz의 영역에서 상기 흡음패널(100)의 흡음 성능이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이, D/W=1, 및 D/(미세홀의 직경)=10의 설계조건으로부터 상기 흡음패널(100)의 흡음 성능이 우수함을 확인할 수 있다.
나아가, 상기의 결과로부터, 상기 흡음패널(100)의 상판부 및 하판부의 간격(D), 상기 미세홀들 사이의 간격(W), 및 상기 미세홀의 직경을 다양하게 변화시킨다면, 특정 주파수에서의 흡음성능이 특히 향상되는 흡음패널을 설계할 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 도 1의 흡음패널을 하부에서 관찰한 평면도의 다른 예이다.
본 예에서는, 흡음패널(200)에 미세홀(221)의 배치구조를 제외하고는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 흡음패널(200)과 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.
도 5를 참조하면, 상기 흡음패널(200)의 하판부(220)에는 상기 미세홀(221)이 형성되는데, 상기 미세홀(221)은 상기 하판부(220)의 측부 방향으로 갈수록 개수가 증가하도록 형성된다.
일반적으로, 차량하부에서 발생하는 소음 또는 진동은 고속열차의 바퀴부가 위치한 양 끝단으로 갈수록 증가하므로, 소음 또는 진동이 상대적으로 많이 발생하는 양 측부에 미세홀을 더 많이 형성함으로써, 양 측부에서의 소음 또는 진동의 흡음 성능을 향상시킬 수 있다.
이 경우, 상기 흡음패널(200)의 내부에 형성되는 공명공간은 미세홀의 배열과 무관하게 설계 및 제작의 편의상 균일한 크기로 형성될 수도 있으며, 이와 달리, 도 5에 도시된 미세홀의 배열과 동일하게, 하나의 미세홀에 하나의 공명공간이 대응되도록 형성될 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 상판부와 하판부 사이에 공명공간이 형성되며, 상기 공명공간이 미세홀들을 통해 외부로 노출되므로, 외부에서 발생된 소음이나 진동은 상기 미세홀들을 통해 상기 공명공간으로 전달되어, 상기 공명공간에서 공명효과에 의해 소산되어, 흡음 패널의 흡음 효과가 높다.
또한, 격벽부가 상기 상판부 및 상기 하판부 사이의 거리를 일정하게 유지하므로, 열차의 운행에 따른 충격이나 진동 등으로 상기 공명공간이 변형되는 문제를 방지할 수 있다.
특히, 상기 상판부, 상기 하판부 및 상기 격벽부가 모두 금속재질로 형성되므로, 화재로 인한 위험성이 미연에 방지되며, 상기 상판부가 차량부 하면에 일체로 형성되어 부착되므로 고속열차의 구조적 안전성이 향상된다.
또한, 상기 상판부와 상기 하판부 사이의 간격, 및 상기 미세홀들 사이의 간격을 발생하는 주파수 범위에 따라 다르게 설계 변경이 가능하므로, 흡음 효과가 향상된다.
특히, 상기 미세홀을, 상대적으로 소음이나 진동이 많이 발생하는 바퀴에 근접한 부분에 많이 형성함으로써, 흡음 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 고속열차용 차량하부 흡음패널은 KTX, KTX 산천 등 고속열차의 차량하부 덮개 또는 차량하부 패널로 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.
10 : 고속열차 100, 200 : 흡음패널
110 : 상판부 120, 220 : 하판부
121, 221 : 미세홀 130 : 격벽부
140 : 공명 공간

Claims (7)

  1. 고속열차의 차량부 하면 전체에 일체로 형성되어 부착되는 상판부;
    상기 상판부로부터 하부 방향으로 소정 간격 이격되어 상기 상판부와 동일한 면적으로 상기 상판부와의 사이에서 공명공간을 형성하며, 복수의 미세홀들이 형성되어 상기 공명공간을 외부로 노출하는 하판부; 및
    상기 상판부 및 상기 하판부 사이에 개재되어, 상기 상판부와 상기 하판부 사이의 간격을 유지하며, 상기 상판부 및 상기 하판부의 연장 방향에 수직인 방향으로 연장되어 상기 공명공간을 복수로 분할하는 격벽부를 포함하고,
    상기 미세홀은 상기 고속열차의 바퀴부가 위치한 양 끝단으로 갈수록 간격이 좁아지며 형성되고,
    상기 공명공간은 상기 미세홀 하나에 하나의 공명공간이 대응되도록 상기 고속열차의 바퀴부가 위치한 양 끝단으로 갈수록 개수가 증가하도록 형성되는 고속열차용 차량하부 흡음패널.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상판부와 상기 하판부 사이의 간격, 및 상기 미세홀들 사이의 간격은 차량하부에서 발생하는 소음 또는 진동의 주파수 범위를 고려하여 변경되는 것을 특징으로 하는 고속열차용 차량하부 흡음패널.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미세홀의 직경은 1~2mm인 것을 특징으로 하는 고속열차용 차량하부 흡음패널.
  7. 삭제
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