KR101894938B1 - 덕트 시스템 - Google Patents

Abstract

실내 공간으로 유입되는 소음을 차단할 수 있는 덕트 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 덕트 시스템은 공기를 전달하는 메인 덕트; 및 메인 덕트를 통해 전달되는 공기를 실내 공간으로 공급하도록, 메인 덕트로부터 분기되어 실내 공간으로 연장되는 분기 덕트를 포함한다. 분기 덕트는 {(2n-1)λ}/4 길이(λ는 소음 파장, n은 자연수)를 갖도록 제공된다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 소음의 주파수(파장)에 적응적으로 효과적으로 덕트 시스템을 통해 실내 공간으로 소음이 유입되는 것을 차단할 수 있으며, 공기의 유동 압력 감소 없이 소음을 저감할 수 있다.

Description

덕트 시스템{DUCT SYSTEM}

본 발명은 덕트 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실내 공간으로 공기를 유입시키고 소음은 차단할 수 있는 덕트 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 선박에는 실내 공간으로 공기를 공급하기 위해 덕트 시스템이 마련된다. 덕트 시스템은 팬에 의해 덕트 내에 공기를 송풍하도록 구성된다. 덕트를 통해 전달되는 소음을 차단하기 위해 덕트 중간에는 덕트 소음기(duct silencer)가 구비된다. 덕트 소음기는 예를 들어, 다공성 물질을 공기가 통과할 수 있는 형상으로 가공하여 덕트 중간에 삽입시킨 구조로 제공될 수 있다. 소음은 다공성 물질 안에서 열에너지로 변화하며, 이에 따라 소음의 음향 에너지가 감소된다. 이러한 덕트 소음기는 광대역 소음의 저감에 유리한 이점은 있으나, 공기의 유동 경로 상에 설치되기 때문에, 소음의 감소와 함께 덕트 안으로 흐르는 공기에 대한 마찰 요인이 되어 유동 압력 감소를 함께 일으킬 수 있다. 또한 종래의 덕트 소음기는 광대역 소음을 저감할 수 있는 이점은 있으나, 팬의 회전에 기인하여 특정 주파수대에 집중되는 노이즈, 예를 들어, 저주파수대 소음(rumble noise)이나, 고주파수대 소음(hiss noise)을 효과적으로 저감하기에는 알맞지 않다.

본 발명은 소음의 주파수(파장)에 적응적으로 효과적으로 소음을 저감할 수 있으며, 공기의 유동 압력 감소 없이 소음을 저감할 수 있는 덕트 시스템을 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 덕트 시스템은 공기를 전달하는 메인 덕트; 및 상기 메인 덕트를 통해 전달되는 공기를 실내 공간으로 공급하도록, 상기 메인 덕트로부터 분기되어 실내 공간으로 연장되고, {(2n-1)λ}/4 길이(λ는 소음 파장, n은 자연수)를 갖도록 제공되는 분기 덕트를 포함한다.

상기 분기 덕트는: 상기 실내 공간 측의 개방단을 통해 상기 공기를 상기 실내 공간으로 유입시키고, 상기 메인 덕트를 통해 전달되는 소음을 상기 실내 공간으로 유입되지 않도록 반사시킬 수 있다.

상기 분기 덕트는: 상기 메인 덕트로부터 분기되는 고정 덕트; 및 상기 소음의 파장에 따라 상기 분기 덕트의 길이가 가변될 수 있도록, 상기 고정 덕트에 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 가변 덕트를 포함할 수 있다.

상기 덕트 시스템은 상기 소음의 파장 또는 진동수를 측정하거나 상기 분기 덕트의 진동 정도를 측정하는 측정부; 및 상기 소음의 파장, 상기 소음의 진동수 및 상기 진동 정도 중의 적어도 하나에 따라, 상기 가변 덕트를 구동하는 구동부를 더 포함할 수 있다.

상기 덕트 시스템은 상기 소음의 파장 및 상기 소음의 진동수 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 분기 덕트의 목표 길이를 산출하는 제어부를 더 포함하고, 상기 구동부는 상기 분기 덕트의 목표 길이에 따라 상기 가변 덕트를 구동할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 소음의 주파수(파장)에 적응적으로 효과적으로 소음을 저감할 수 있으며, 공기의 유동 압력 감소 없이 소음을 저감할 수 있는 덕트 시스템이 제공된다.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 덕트 시스템(10)을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 덕트 시스템을 구성하는 분기 덕트(14)를 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 덕트 시스템을 구성하는 분기 덕트의 파수와 위치에 대한 음향 임피던스의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 덕트 시스템(10)을 보여주는 사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예들에 따른 덕트 시스템(10)의 단면도이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 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.

본 발명의 실시 예에 따른 덕트 시스템은 공기를 전달하는 메인 덕트로부터 실내 공간으로 분기되는 분기 덕트의 길이가 {(2n-1)λ}/4(λ는 소음 파장, n은 자연수)로 형성된다. 본 실시 예에 의하면, 분기 덕트에 의해 소음 주파수에 대한 음향 임피던스가 무한대로 되어, 소음은 실내 공간으로 유입되지 않고 반사되며 공기만이 실내 공간으로 유입되므로, 실내 공간의 소음을 저감할 수 있게 된다.

일 실시 예에서, 소음의 주파수(파장) 변화에 적응적으로 소음을 저감할 수 있도록, 분기 덕트는 길이 가변형으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 분기 덕트는 고정 덕트에 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 가변 덕트로 제공될 수 있다. 또한, 덕트 시스템은 소음의 파장 또는 진동수를 측정하거나 분기 덕트의 진동 정도를 측정하여, 소음의 파장, 진동수 또는 분기 덕트의 진동 정도에 따라 가변 덕트를 구동하여 분기 덕트의 길이를 소음의 특성에 따라 자동 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 덕트 시스템(10)을 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 덕트 시스템을 구성하는 분기 덕트(14)를 확대하여 보여주는 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 덕트 시스템(10)은 송풍기(11), 메인 덕트(12), 및 분기 덕트(14)로 구성될 수 있다. 메인 덕트(12)는 송풍기(11)에 의해 불어 넣어진 공기를 전달(도 2의 화살표 F, F2)하기 위해 제공된다. 송풍기(11)는 하나 또는 복수개의 팬으로 구성될 수 있다. 송풍기(11)에 의해 송풍된 공기의 흐름은 도 1, 도 2에 화살표로 도시되어 있다.

분기 덕트(14)는 메인 덕트(12)에서 분기되어 실내 공간으로 연장되며, 메인 덕트(12)를 통해 전달된 공기를 실내 공간 측의 개방단을 통해 실내 공간으로 유입시킨다. 분기 덕트(14)는 실내 공간으로 공기를 유입(F1)시키기 위해, 실내 공간 측의 단부가 열린 개방단으로 제공된다. 도시에서 분기 덕트(14)는 메인 덕트(12)에 수직 방향으로 형성되어 있으나, 메인 덕트(12)에 경사지게 형성되는 것도 가능하다.

덕트 시스템(10)에는 송풍기(11)의 팬의 구동 등에 의하여 소음이 발생하며, 메인 덕트(12)와 분기 덕트(14)를 통해 실내 공간으로 공기 외에 소음이 함께 유입될 수 있다. 본 실시 예에서, 분기 덕트(14)를 통해 실내 공간으로 공기만 유입되도록 하고, 소음은 차단하기 위하여, 분기 덕트(14)는 {(2n-1)λ}/4 (λ는 소음 파장, n은 자연수) 길이(ℓ)를 갖도록 제공된다.

본 실시 예에 의하면, 분기 덕트(14)의 길이(ℓ)가 {(2n-1)λ}/4(λ: 소음 파장, n: 자연수)로 설계되어, 분기 덕트(14)에 의해 소음 주파수에서 음향 임피던스(acoustic impedance)가 무한대가 되어, 메인 덕트(12)를 통해 전달되는 소음은 분기 덕트(14)를 통과하지 못하고 반사되며, 이에 따라 실내 공간으로 유입되는 소음이 차단된다. 음향 임피던스는 하기 식 1과 같이, 음파가 매질을 전파하는 중 음파의 섭동에 의해 발생하는 매질 입자의 속도와 음압의 비를 의미한다.

[식 1]

(Z: 음향 임피던스, p: 음압, u: 매질 입자의 속도)

음향 임피던스는 주파수 및 위치에 대한 함수로 표현될 수 있다. 열린 관의 경우, 개방된 면에서의 음향 임피던스는 0, 반사계수는 -1이 된다. 음파를 사인파 또는 코사인파로 구성된 특정 주파수의 하모닉(harmonics)으로 가정하면, 뚫린 관에서의 음압은 하기 식 2와 같이 나타낼 수 있으며, 매질 입자의 속도는 하기 식 3과 같이 나타낼 수 있다.

[식 2]

(P: 음압, P⁺: 기준 음압값, k: 파수, d: 분기 덕트의 단부로부터의 위치)

[식 3]

(U: 매질 입자의 속도, U⁺: 기준 속도값, k: 파수, d: 분기 덕트의 단부로부터의 위치)

상기 식 2와 상기 식 3으로부터 하기의 식 4, 식 5가 유도된다.

[식 4]

(p: 음압, P⁺: 기준음압값, k: 파수, d: 분기 덕트의 단부로부터의 위치, w: 각주파수, ℓ: 분기 덕트의 길이, x: 메인 덕트와의 분기점으로부터의 위치, P₀: 메인 덕트와의 분기점에서 음압)

[식 5]

(u: 매질 입자의 속도, P₀: 메인 덕트와의 분기점에서 음압, Z₀: 공기의 임피던스, k: 파수, w: 각주파수, ℓ: 분기 덕트의 길이, x: 메인 덕트와의 분기점으로부터의 위치)

식 1의 음향 임피던스 정의, 상기 식 4 및 식 5에 의해, 음향 임피던스는 하기 식 6과 같은 탄젠트(tangent) 함수 형태를 가지게 된다.

[식 6]

{Z(d): 위치에 따른 음향 임피던스, Z₀: 공기의 임피던스, k: 파수, d: 위치}

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 덕트 시스템을 구성하는 분기 덕트의 파수와 위치에 대한 음향 임피던스의 관계를 보여주는 그래프이다. 상기 식 6, 도 3의 도시와 같이, 분기 덕트의 길이(ℓ)가 소음 주파수에 상응하는 파장의 (2n-1)/4 (n은 자연수)일 때, 음향 임피던스가 무한대가 됨을 알 수 있다. 음향 임피던스가 무한대일 때, 진행하는 음파는 그 지점을 통과하지 못하고 반사된다. 따라서 소음원에서 나오는 공기 흐름은 분기 덕트(14)의 열린 관을 통해 실내 공간으로 원활하게 공급되고, 소음 주파수 대역은 분기 덕트(14)를 통과하지 못하고 무한대에 가까운 임피던스로 인해 반사되므로, 실내 공간에 머물고 있는 수용자에게 전달되지 않는다.

따라서 덕트 시스템의 설계시, 팬으로부터 기인하는 소음의 특성을 예측하거나 측정하여, 소음이 어떤 주파수에 집중되어 있는지를 판단한 후, 해당 주파수가 가지는 파장의 (2n-1)/4 배의 길이를 가지는 분기 덕트를 통해, 공기를 공급함으로써, 해당 주파수의 소음만을 반사시키고 공기는 통과시킬 수 있다. 이러한 덕트 시스템은 공기 전달 기능을 갖는 분기 덕트의 길이만을 조절하여 덕트 소음기와 같은 별도의 장치를 추가하지 않고 소음을 차단할 수 있는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 덕트 시스템(10)을 보여주는 사시도이다. 도 4의 실시 예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 것과 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 중복 설명이 생략될 수 있다. 도 4를 참조하면, 분기 덕트(14)는 고정 덕트(142)와, 가변 덕트(144)를 포함할 수 있다. 고정 덕트(142)는 메인 덕트(12)로부터 분기되어 고정적으로 설치된다.

가변 덕트(144)는 소음의 파장에 따라 분기 덕트(14)의 길이(ℓ)가 가변될 수 있도록, 고정 덕트(142)에 슬라이드 이동 가능하게 결합될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 가변 덕트(144)는 고정 덕트(142)의 외부에 삽입된 상태로 슬라이드 이동 가능하게 결합되어 있으나, 고정 덕트(142)의 내부에 삽입되어 슬라이드 이동 가능하도록 제공될 수도 있다. 실내 공간으로 공기가 공급될 수 있도록, 고정 덕트(142)과 가변 덕트(144)는 각각 양단이 개방단으로 제공된다. 가변 덕트(144)는 고정 덕트(142)에 마련된 제1 가이드부(142a)에 결합되는 제2 가이드부(144a)를 갖는다.

도 4의 실시 예에 의하면, 가변 덕트(144)는 고정 덕트(142)에 슬라이드 이동 가능하게 결합되므로, 소음의 파장에 적응적으로 분기 덕트(14)의 길이(ℓ)를 조절하여 소음 차단 효과를 향상시킬 수 있다. 일 예로, 실내 공간 측의 사용자는 가변 덕트(144)를 조정하면서 분기 덕트(14)를 통해 유입되는 소음이 가장 작게 되는 가변 덕트(144)의 위치를 찾을 수 있다. 따라서, 송풍 시스템의 팬의 가동 개수 변화, 팬의 회전 속도 변화 등에 따른 소음의 주파수(파장) 변화에 적응적으로, 가변 덕트(144)의 위치를 조절하여, 실내 공간으로 유입되는 소음을 효과적으로 차단할 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예들에 따른 덕트 시스템(10)의 단면도이다. 도 5 및 도 6의 실시 예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 것과 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 중복 설명이 생략될 수 있다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 덕트 시스템(10)은 측정부(16), 제어부(도시생략) 및 구동부(18)를 더 포함하는 점에서 앞서 설명한 실시 예와 차이가 있다.

측정부(16)는 메인 덕트(12) 또는 분기 덕트(14)에 설치되어, 소음의 파장 또는 진동수를 측정하거나 분기 덕트(14)의 진동 정도를 측정한다. 제어부(미도시)는 측정부(16)에 의해 측정된 소음의 파장이나 진동수에 기초하여, 분기 덕트(14)의 목표 길이를 산출한다. 제어부에 의해 목표 길이가 산출되면, 구동부(18)는 산출된 분기 덕트(14)의 목표 길이에 따라 가변 덕트(144)를 구동하여, 분기 덕트(14)의 길이(ℓ)가 소음 파장의 (2n-1)/4 배가 되도록 조절한다. 또는 구동부(18)는 측정부(16)에 의해 측정된 진동 정도에 따라 가변 덕트(144)를 구동하여 분기 덕트(14)의 길이(ℓ)를 조절할 수도 있다.

일 예로, 도 5의 도시와 같이, 진동을 측정할 수 있는 측정부(16)(예를 들어, 진동 센서)가 분기 덕트(14)에 설치된 경우, 소음에 의해 분기 덕트(14)에 기준값을 초과하는 진동이 발생하는 것이 측정부(16)에 의해 감지되면, 구동부(18)에 의해 가변 덕트(144)가 고정 덕트(142)를 따라 이동하면서 가변 덕트(144)의 위치 변화에 따른 진동 변화를 측정한 후, 진동 정도가 최소화되는 가변 덕트(144)의 위치를 찾아 최종적으로 해당 위치로 가변 덕트(144)를 구동하여 소음을 차단할 수 있다.

다른 예로, 도 6의 도시와 같이, 메인 덕트(12) 내부 또는 그 밖의 위치에 소음의 주파수를 분석할 수 있는 측정부(16)(예를 들어, 음파 분석기)가 설치된 경우, 가장 큰 음향 에너지를 갖는 소음 주파수(또는 파장)를 산출하고, 해당 소음 주파수(또는 파장)에 기초하여 분기 덕트(14)의 목표 길이를 산출하고, 분기 덕트(14)가 산출된 목표 길이를 갖도록 구동부(18)에 의해 가변 덕트(144)를 구동하여, 실내 공간으로 소음이 유입되는 것을 차단할 수 있다.

구동부(18)의 구동 방식으로는 다양한 기구매커니즘이 적용될 수 있다. 예를 들어, 구동부(18)는 유압실린더, 랙/피니언 구조, 스크류축 구조, 혹은 그 밖의 구동 방식으로 가변 덕트(144)를 구동할 수 있다. 또한 가변 덕트(144)는 반드시 슬라이드 결합 구조로 구동되는 것으로 제한되지 않으며, 볼트/너트에 의해 결합/해체 가능하게 고정 덕트(142)에 결합되거나, 나사 결합 등으로 분기 덕트(14)의 길이를 조절하는 등, 도시된 실시 예 이외의 다양한 방식이 적용될 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 메인 덕트나 분기 덕트 내에 다공성 재질 등으로 이루어진 덕트 소음기를 설치하지 않고 소음을 차단할 수 있으므로, 공기의 유동 압력 감소 없이 소음을 저감할 수 있으며, 또한 다양한 노이즈(rumble, hiss noise) 특성에 적응적으로, 특정 주파수의 소음이 실내 공간으로 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

10: 덕트 시스템 11: 송풍기
12: 메인 덕트 14: 분기 덕트
142: 고정 덕트 142a: 제1 가이드부
144: 가변 덕트 144a: 제2 가이드부
16: 측정부 18: 구동부

Claims (5)

1. 공기를 전달하는 메인 덕트; 및
   상기 메인 덕트를 통해 전달되는 공기를 실내 공간으로 공급하도록, 상기 메인 덕트로부터 분기되어 실내 공간으로 연장되고, 소음에 대한 음향 임피던스가 최대가 되도록, {(2n-1)λ}/4 길이(λ는 소음 파장, n은 자연수)를 갖도록 제공되는 분기 덕트를 포함하고,
   상기 분기 덕트의 단부는 상기 실내 공간 측을 향하는 방향으로 열려 있는 개방단으로 제공되는 덕트 시스템.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 분기 덕트는:
   상기 실내 공간 측의 개방단을 통해 상기 공기를 상기 실내 공간으로 유입시키고, 상기 메인 덕트를 통해 전달되는 소음을 상기 실내 공간으로 유입되지 않도록 반사시키는 덕트 시스템.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 분기 덕트는:
   상기 메인 덕트로부터 분기되는 고정 덕트; 및
   상기 소음의 파장에 따라 상기 분기 덕트의 길이가 가변될 수 있도록, 상기 고정 덕트에 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 가변 덕트를 포함하는 덕트 시스템.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 소음의 파장 또는 진동수를 측정하거나 상기 분기 덕트의 진동 정도를 측정하는 측정부; 및
   상기 소음의 파장, 상기 소음의 진동수 및 상기 진동 정도 중의 적어도 하나에 따라, 상기 가변 덕트를 구동하는 구동부를 더 포함하는 덕트 시스템.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 소음의 파장 및 상기 소음의 진동수 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 분기 덕트의 목표 길이를 산출하는 제어부를 더 포함하고,
   상기 구동부는 상기 분기 덕트의 목표 길이에 따라 상기 가변 덕트를 구동하는 덕트 시스템.

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