KR101979378B1 - 스플리터 및 이를 포함하는 소음기 - Google Patents

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Abstract

본 기술은 제1 흡음재; 제2 흡음재; 상기 제1 흡음재와 상기 제2 흡음재 사이에 삽입된 구멍 뚫린 판상 부재; 및 상기 제1 흡음재, 상기 제2 흡음재 및 상기 구멍 뚫린 판상 부재를 둘러싸는 외형틀을 포함하는 소음기용 스플리터 및 보호 케이스; 상기 보호 케이스 내에 일정 간격으로 형성된 복수의 상기 실시예에 따른 스플리터; 및 상기 복수의 스플리터 사이에 형성된 공기 통로를 포함하는 소음기에 관한 것이다. 본 기술에 따르면, 다공질 흡음재와 다공판의 진동에 의한 공진을 이용하는 흡음재를 결합함으로써, 중고 주파수 영역에서의 흡음 효과와 저 주파수 영역에서의 흡음 효과를 동시에 향상시킬 수 있다. 또한, 본 기술에 따르면, 특히 125 ㎐ 이하의 저 주파수 영역에서 흡음율이 향상되어 소음기 성능을 현저하게 개선할 수 있으며, 이에 의해 종래 기술에 비하여 소음기 길이를 절반 정도로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

스플리터 및 이를 포함하는 소음기{SPLITTER AND SOUND ATTENUATOR INCLUDING THE SAME}
본 발명은 스플리터 및 이를 포함하는 소음기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다공질 흡음재와 다공판의 진동에 의한 공진을 이용하는 흡음재를 결합함으로써, 스플리터의 길이 또는 두께를 과도하게 증가시킬 필요 없이, 특히 125 ㎐ 이하의 저 주파수 영역에서의 흡음율을 현저하게 향상시켜 소음기 성능을 높이고, 이와 함께 중고 주파수 영역에서의 흡음 효과도 발휘할 수 있는 스플리터 및 이를 포함하는 소음기에 관한 것이다.
대형 건축물의 경우 실내를 적정한 온도/습도 조건으로 유지하기 위해서 공조 장치를 설치하는 것이 일반적이다. 공조 장치는 공기 조화기(Air Handling Uint)의 공급팬(Supply Fan)에 의해 만들어진 기류(Air Flow)를 냉각하거나 난방을 한다. 냉난방된 공기는 덕트를 따라 이동하여 냉난방이 필요한 실내로 공급된다. 이 때, 공급팬에 의해 큰 소리가 발생하기 때문에 이를 적절하게 제어하지 않으면 소음이 실내로 전달되어 실제적인 사용이 불가능하게 될 수 있다. 따라서, 덕트 중간에 소음을 저감시키는 소음기(Sound Atteunuator) 설치가 필수적이다.
소음기는 큰 소음을 작게 하거나 없애는 장치이다. 소음기는 부착 위치에 따라 크게 흡기 소음기와 배기 소음기로 분류될 수 있으며, 흔히 자동차나 오토바이에 사용되는 머플러는 배기 소음기의 일종이다. 또한, 소음기는 감쇠 방식에 따라 흡음형 소음기, 간섭형 소음기, 팽창형 소음기, 공명형 소음기 등으로 분류될 수 있다. 공조 장치에 주로 적용되는 소음기는 덕트의 일부에 음을 흡수할 수 있는 흡음재를 설치하여 음을 흡수하여 소음을 저감시킬 수 있다.
도 1a는 종래기술에 따른 공조 장치용 소음기의 개략도이며, 도 1b는 도 1a의 A-A 선에 따른 단면을 나타내는 개략도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래기술에 따른 공조 장치용 소음기(10)는 보호 케이스(11), 스플리터(12) 및 공기 통로(13)를 포함할 수 있다. 보호 케이스(11)는 금속 재료 등으로 형성될 수 있으며, 그 내부에 공기가 통과할 수 있는 공기 통로(13)와 소리가 흡수될 수 있는 스플리터(12)가 형성될 수 있다. 공기 흐름은 도 1b에 화살표로 표시될 수 있다.
스플리터(12)는 다공질 흡음재(21) 및 다공질 흡음재(21)를 둘러싸는 외형틀(22)을 포함할 수 있다.
다공질 흡음재(21)는 표면과 내부에 작은 기포 모양의 다수의 구멍을 가지고 있거나 섬유상의 구조를 가지고 있어서 공기가 가진 음파에 의해 진동하고, 이 때 생긴 진동으로 재질간의 마찰이 발생하여 소리에너지가 열에너지로 바뀌어 흡수된다.
외형틀(22)은 얇은 두께의 판에 다수 개의 구멍을 천공하여 형성한 다공판으로 형성될 수 있다.
스플리터(12)는 도 1b에 도시된 것 외에도, 다양한 형상으로 만들어질 수 있다.
이와 같이 구성된 소음기의 성능은 단위길이당 소음감쇠량(Sound Reduction)으로 표시되며, 흡음율에 비례하게 된다. 이론의 한 사례로 덕트 내부에 동일한 흡음재를 설치한 경우, 감쇠량 R(dB)은 다음 수식과 같이 구해질 수 있다.
Figure 112018059989531-pat00001
여기서,
Figure 112018059989531-pat00002
(단, wa/Nc < 1),
P: 내장 덕트의 단면 길이(m)
S: 내장 덕트의 면적(㎡)
l: 내장 덕트의 길이(m)
N: 정재파관에서 수직입사흡음율 α0 측정할 때 음압의 최대최소비
w: 각주파수(=2πf)
f: 주파수(㎐)
a: 덕트의 1변 길이(m)
C: 음속(m/s)
또한, α0와 N은 다음 식과 같은 관계로 표시된다.
Figure 112018059989531-pat00003
따라서, N 값이 커지면, 흡음율 α0 값이 작아지고 단위 길이당 감쇠량도 작아진다. 그러므로, 스플리터를 구비한 소음기에서 흡음율을 증가시키는 것은 소음기 성능 향상과 직결되므로 매우 중요하다.
한편, 흡음재는 흡음이 되는 형태와 기술적 내용에 따라 크게 3가지 형태, 즉 다공질 흡음재, 공명 흡음재 및 판상 흡음재로 분류될 수 있다.
다공질 흡음재는 표면과 내부에 작은 기포 모양의 다수의 구멍을 가지고 있거나 섬유상의 구조를 가지고 있어서 공기가 가진 음파에 의해 진동하고, 이 때 생긴 진동으로 재질간의 마찰이 발생하여 소리에너지가 열에너지로 바뀌어 흡수되는 원리를 이용하는 것이다. 다공질 흡음재는 주요 흡음 대역이 250 ㎐ 이상의 고 주파수 대역이며, 유리면, 암면, 발포수지재료, 직물 등으로 형성될 수 있다.
공명 흡음재는 헬름홀츠 공명기의 원리를 응용한 것으로 비교적 작은 기공과 기밀한 공동으로 이루어져 있으며, 공동부 입구 공기의 질량과 공동의 체적 탄성으로 단일 공진 기구를 형성한다. 공진주파수의 음파가 도래하면 공동부 입구의 점성저항 때문에 음향 에너지의 흡수가 이루어지게 된다. 공명 흡음재의 주요 흡음 대역은 125 ㎐ 내지 250 ㎐의 중 주파수 대역이며, 후면에 공기층이 형성된 구멍 뚫린 판재 등이 이용될 수 있다.
판상 흡음재는 판의 진동에 의한 공진을 이용하는 것으로, 음파가 판을 진동시키면서 음향에너지를 진동에너지로 변환시킴으로써 흡음 효과를 얻을 수 있다. 판의 진동에 의한 공진을 이용하는 흡음재는 주요 흡음 대역이 125 ㎐ 이하의 저 주파수 대역이며, 금속판, 비닐 필름, 석고 벽체 등으로 형성될 수 있다.
공조 장치용 소음기에 주로 사용되는 흡음재는 다공질 흡음재로서, 다공질 흡음재의 성능은 기공률이나 흡음재의 두께에 따라 달라질 수 있으며, 두께를 증가시키면 흡음율을 증가시킬 수 있다.
공조 장치에 있어서 발생되는 소음은 팬의 회전에 의해 영향을 받으므로 125 ㎐ 이하의 소음이 대부분을 차지한다. 따라서, 이와 같이 큰 비율을 차지하는 125 ㎐ 이하의 소음을 저감시키기 위해서는 소음기에 사용되는 다공질 흡음재의 두께를 증가시켜야 하는데, 125 ㎐ 이하의 저 주파수 대역에서 흡음재의 두께를 증가시키는 것은 한계가 있다.
다공질 흡음재의 경우, 99%의 흡음, 즉 0.99의 흡음 계수를 가지면 완전흡음체라고 할 수 있는데, 이러한 흡음 계수를 나타내기 위해서는 파장의 1/4 길이까지 두께를 증가시켜야 하는 것으로 알려져 있다. 간단하게 계산해보면 다음과 같다.

 1/3 옥타브 중심주파수(㎐)
40 50 63 80 100 125
1/4 파장길이(m) 2.1 1.7 1.35 1.06 0.85 0.68
즉, 125 ㎐ 이하의 주파수 영역에서 소음을 저감시키기 위해서는, 스플리터의 두께를 증가시키거나 또는 스플리터의 길이를 증가시켜야 한다. 통상적으로 이용되는 덕트의 단면 크기가 1 m 이하이고, 덕트용 소음기에 있어서 스플리터를 제외한 공기 통로 면적을 50% 정도로 만드는 것을 감안하면, 스플리터의 두께는 일반적으로 150~300 ㎜이다. 따라서, 스플리터의 구성재인 다공질 흡음재만을 이용하여 125 ㎐ 이하에서 흡음율을 0.6 이상으로 하는 것은 매우 어려운 문제가 있다.
이와 관련하여, 소음기에 사용하여 흡음율을 높이는 방법은 아니지만 다공질 흡음재와 금속판의 진동에 의한 공진을 이용하는 흡음재를 결합하여 흡음율을 높이는 방법이 제안되었다(특허문헌 1).
그러나, 특허문헌 1에 개시된 기술과 같이, 판의 진동에 의한 공진을 이용하는 흡음재의 경우, 판의 테두리 고정방법이나 흡음재에 판을 결합시키는 방법에 따라 흡음율 차이가 발생하여 제어하기가 매우 어렵기 때문에 소음기에 사용하기에는 적절하지 못하다. 또한, 특허문헌 1에 개시된 판상형 흡음체는 금속판의 중량이나 크기를 증가시키는데 제한이 있어 임의로 공진주파수를 조절하는데 한계가 있다.
아울러, 특허문헌 1에 개시된 판상형 흡음체는 금속판과 폴리머 후면 보드를 포함하는데, 금속판과 폴리머 후면 보드를 접착 등의 방식에 의해 결합하여야 한다. 그러나, 폴리머 후면 보드로 이용되는 대부분의 다공질 흡음재는 금속판에 부착하였을 때 폴리머 후면 보드 자체의 중량으로 인해 쉽게 떨어지기 때문에, 금속판과 결합할 수 있는 폴리머 후면 보드로 이용되는 흡음재의 종류가 매우 제한적이다. 이 때문에, 특허문헌 1에 개시된 판상형 흡음체에 있어서도 금속판에 결합되는 폴리머 후면 보드로서, 중량으로 인해 떨어지는 현상을 방지할 수 있는 멜라민 수지 폼만을 한정하고 있다.
또한, 이와 같은 판상형 흡음재의 경우, 금속판의 테두리 고정이 항상 일정해야 하고, 금속판 상하부에 위치하는 다공질 흡음재가 금속판을 누르는 경우 흡음율이 변화하는 문제가 발생한다.
한편, 공조 덕트용 소음기와 관련하여, 헬름홀쯔 공명기에 의한 공명효과에 의해 흡음이 일어나도록 하는 공명형 스플리터에 관한 기술이 제안되었다(특허문헌 2). 특허문헌 2에 개시된 스플리터는 중심부에 설치된 중간판(흡음판)과 중간판과 일정 간격을 두고 설치된 공명판을 포함하며, 중간판과 공명판 사이의 공간에서 공명판의 구멍으로 입사한 음이 공명 효과에 의하여 소멸하고, 공명 효과에 의항 소멸되지 않고 잔존하는 음은 중간판에 흡수되어 소멸하게 된다.
그러나, 특허문헌 2에 개시된 기술에 있어서는 중간판을 중심으로 양쪽에 설치된 다공판의 공명에 의한 효과만이 각각 존재할 뿐 양쪽 공간 사이에 어떠한 연관도 없다. 즉, 중간판의 한쪽 측면 공간은 다른 측면 공간의 소음에 대한 흡음 효과에 있어서 부가적인 역할을 하지 못하므로, 결국 중간판을 중심으로 양 측면에 설치된 다공판이 각각 별개의 흡음층 역할만을 할 수 있다. 이에, 다공판에 의해 발휘되는 흡음 효과가 헬름홀쯔 공명의 공명주파수에 국한되어 매우 좁은 범위에서만 발휘되는 한계가 있다. 따라서, 이러한 구성에 의해 흡음율을 높이기 위해서는 중간판을 이루는 흡음재의 두께 또는 길이를 증가시켜야 하고, 이에 따라 스플리터의 두께 또는 길이도 증가시켜야 한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 공조용 덕트 소음기의 크기가 제한되는 점을 고려하면, 스플리터의 두께 또는 길이를 증가시켜 흡음율을 높이는 것은 실질적으로 구현되기 어렵다.
따라서, 공조 장치의 소음기에 있어서 흡음 성능, 특히 125 ㎐ 이하의 저 주파수 영역에서의 흡음 성능을 향상시키기 위한 기술 개발이 여전히 요구되는 실정이다.
특허문헌 1: 미국등록특허 US5,975,238(2009.11.02.) 특허문헌 2: 한국등록특허 제10-0924958호(2009.10.28.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다공질 흡음재와 다공판의 진동에 의한 공진을 이용하는 흡음재를 결합함으로써, 스플리터의 길이 또는 두께를 과도하게 증가시킬 필요 없이, 특히 125 ㎐ 이하의 저 주파수 영역에서의 흡음율을 현저하게 향상시켜 소음기 성능을 높이고, 이와 함께 중고 주파수 영역에서의 흡음 효과도 발휘할 수 있는 스플리터 및 이를 포함하는 소음기를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 소음기용 스플리터는 제1 흡음재; 제2 흡음재; 상기 제1 흡음재와 상기 제2 흡음재 사이에 삽입된 구멍 뚫린 판상 부재; 및 상기 제1 흡음재, 상기 제2 흡음재 및 상기 구멍 뚫린 판상 부재를 둘러싸는 외형틀을 포함할 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 제1 흡음재 및 상기 제2 흡음재는 각각 다공질 흡음재를 포함할 수 있다. 상기 제1 흡음재 및 상기 제2 흡음재는 각각 무기질 섬유, 유기질 섬유, 화학 섬유, 발포 수지 재료, 뿜칠 섬유재료로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 제1 흡음재 및 상기 제2 흡음재는 각각 50~200 ㎜ 범위의 두께를 가질 수 있다. 상기 구멍 뚫린 판상 부재는 금속판, 석고보드, 석면시멘트판, 하드보드, 합판, 목모 보드 및 합성수지판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 구멍 뚫린 판상 부재는, 판상 부재 면적에 대한 구멍 면적의 비율이 1~15%일 수 있다. 상기 구멍 뚫린 판상 부재는 구멍 높이 유지용 캡을 더 포함하고, 상기 구멍 높이 유지용 캡은 구멍 높이 이상의 높이를 갖는 속이 빈 형태일 수 있다. 상기 외형틀은 판에 구멍이 형성되어 있는 다공판을 포함할 수 있다. 상기 외형틀은, 판의 면적에 대한 구멍의 면적의 비율이 30% 이상 50% 이하일 수 있다. 상기 소음기용 스플리터는, 상기 제1 흡음재를 둘러싸는 보호막 및 상기 제2 흡음재를 둘러싸는 보호막을 더 포함할 수 있다. 상기 구멍 뚫린 판상 부재는 판의 진동에 의한 공진에 의해 소리를 흡수할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 소음기는 보호 케이스; 상기 보호 케이스 내에 일정 간격으로 형성된 복수의 상기 실시예에 따른 스플리터; 및 상기 복수의 스플리터 사이에 형성된 공기 통로를 포함할 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 스플리터의 폭 및 상기 공기 통로의 폭은 소음 감쇠량에 따라 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 스플리터는 다공질 흡음재와 다공판의 진동에 의한 공진을 이용하는 흡음재를 결합함으로써, 스플리터의 길이 또는 두께를 과도하게 증가시킬 필요 없이, 특히, 공조 장치에 있어서 발생되는 소음의 대부분을 차지하는 저 주파수 영역에서의 흡음 효과를 현저하게 높일 수 있으며, 동시에 중고 주파수 영역에서의 흡음 효과도 발휘하는 향상된 성능을 갖는 소음기를 제공할 수 있다. 즉, 구멍 뚫린 판상 부재의 진동에 의한 공진 효과 및 이러한 공진 효과를 증진시켜 공진주파수와 그 부근 주파수 영역으로 넓게 흡음력을 상승시키는 제1 흡음재 또는 제2 흡음재의 작용에 의해 저 주파수 대역에서 우수한 흡음 효과를 발휘할 수 있으며, 동시에 다공질 흡음재로 형성된 제1 흡음재 또는 제2 흡음재에 의해 공조 장치용 소음기로 이용되기에 적합한 중고 주파수 대역에서의 흡음 효과를 발휘할 수 있다.
특히, 구멍 뚫린 판상 부재의 진동에 의한 공진을 이용하여 저 주파수 영역에서 원하는 주파수별 소음 저감 효과를 제어하므로, 예를 들어 구멍 뚫린 판상 부재의 구멍의 직경 및 기공률을 변화시킴으로써 쉽고 간편한 방법에 의해 공진주파수를 자유롭게 변화시킬 수 있어 목표 주파수에서의 흡음 효과를 최대화할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 종래 기술에 의해 해결될 수 없었던 특히 125 ㎐ 이하의 저 주파수 영역에서 흡음율이 향상되어 소음기 성능을 개선할 수 있으며, 이에 의해 종래 기술에 비하여 소음기 길이 또는 두께를 절반 정도로 현저하게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 소음기에 적용될 수 있는 다공질 흡음재의 종류에 제약이 없으며, 일정한 흡음율을 나타낼 수 있어 소음기의 성능을 균일하게 확보할 수 있다.
도 1a는 종래기술에 따른 공조 장치용 소음기의 개략도이다.
도 1b는 도 1a의 A-A 선에 따른 단면을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스플리터의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구멍 뚫린 판상 부재의 단면을 나타내는 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 구멍 높이 유지용 캡이 적용된 구멍 뚫린 판상 부재의 단면을 나타내는 개략도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 구멍 높이 유지용 캡의 개략도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 소음기의 개략도이다.
도 5b는 도 1a의 A-A 선에 따른 단면을 나타내는 개략도이다.
도 6은 비교예 및 실시예에 따른 흡음율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 비교예 및 실시예에 따른 소음기 성능을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스플리터의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스플리터(100)는 제1 흡음재(110), 제2 흡음재(120), 제1 흡음재(110)와 제2 흡음재(120) 사이에 삽입된 구멍 뚫린 판상 부재(130) 및 제1 흡음재(110), 제2 흡음재(120) 및 구멍 뚫린 판상 부재(130)를 둘러싸는 외형틀(140)을 포함할 수 있다.
제1 흡음재(110) 및 제2 흡음재(120)는 중고 주파수 영역, 예를 들면, 250 ㎐ 이상의 소리를 흡수하는 작용 및 구멍 뚫린 판상 부재(130)의 진동에 의한 공진 효과를 증진시켜, 공진주파수뿐 아니라 공진주파수 부근의 넓은 주파수 영역에서의 흡음율을 상승시키는 역할을 할 수 있다.
다시 말하여, 스플리터(100)의 제1 흡음재(110) 쪽으로 소음이 지나가는 경우, 제1 흡음재(110)는 중고 주파수의 소리를 흡수하는 효과를 가지며, 구멍 뚫린 판상 부재(130)와 제2 흡음재(120)는 구멍 뚫린 판상 부재(130)의 진동에 의한 공진 효과 및 이를 증진시켜 흡음율을 상승시키는 효과에 의해 저 주파수의 소리를 흡수하는 효과를 가질 수 있다. 반대로, 제2 흡음재(120) 쪽으로 소음이 지나가는 경우, 제2 흡음재(120)는 중고 주파수의 소리를 흡수하는 효과를 가지며, 구멍 뚫린 판상 부재(130)와 제1 흡음재(110)는 구멍 뚫린 판상 부재(130)의 진동에 의한 공진 효과 및 이를 증진시켜 흡음율을 상승시키는 효과에 의해 저 주파수의 소리를 흡수하는 효과를 가질 수 있다.
이를 위하여, 제1 흡음재(110) 및 제2 흡음재(120)는 다공성 흡음재를 포함할 수 있다.
다공질 흡음재는 표면과 내부에 작은 기포 또는 가는 관 모양의 다수의 구멍을 갖고 있으며, 이 구멍 속의 공기가 음파에 의해 진동하고, 이 때 생긴 마찰 때문에 소리에너지가 열에너지로 바뀌어 흡수된다. 흡음 성능은 기공률이나 흡음재의 두께에 따라 달라질 수 있다.
제1 흡음재(110) 및 제2 흡음재(120)로 이용가능한 다공질 흡음재의 예는 유리면, 암면, 세라믹울과 같은 무기질 섬유, 펠트 등의 유기질 섬유, 폴리에스테르울과 같은 화학 섬유, 폴리우레탄이나 멜라민과 같은 발포 수지 재료, 뿜칠 섬유재료 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 흡음재(110)와 제2 흡음재(120)는 서로 동일한 물질로 형성될 수도 있고, 또는 서로 상이한 물질로 형성될 수도 있다.
제1 흡음재(110)와 제2 흡음재(120)의 두께는 각각 50~200 ㎜일 수 있으며, 바람직하게는 75~150 ㎜일 수 있다. 제1 흡음재(110)와 제2 흡음재(120)의 두께가 각각 50 ㎜ 미만인 경우에는 250 ㎐ 이상에서의 흡음 효과가 작아져서 소음 저감 효과를 기대하기 어렵고, 200 ㎜를 초과하는 경우에는 스플리터의 두께가 과도하게 커져 소음기로서 실질적인 사용이 어렵게 된다.
제1 흡음재(110)와 제2 흡음재(120)의 두께는 서로 동일할 수도 있고, 또는 서로 상이할 수도 있다.
도시되지는 않았으나, 제1 흡음재(110)와 제2 흡음재(120) 각각의 표면에는, 다공질 흡음재의 비산을 막기 위하여 제1 흡음재(110) 및 제2 흡음재를 각각 둘러싸는 보호막이 더 포함될 수 있다. 보호막은 유리섬유천, 폴리에스테르 필름 등으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
구멍 뚫린 판상 부재(130)는 제1 흡음재(110)와 제2 흡음재(120) 사이에 삽입되어, 판의 진동에 의한 공진에 의해 저 주파수 영역, 예를 들면, 125 ㎐ 이하의 소리를 흡수하는 작용을 주로 할 수 있다. 구멍 뚫린 판상 부재(130)의 구멍으로 음파가 입사할 경우 음파가 가진 에너지가 구멍 내부의 공기를 진동시키는 것에 의해 공진이 발생되고, 이 때, 음파가 가진 에너지는 공기 분자의 운동에너지로 변환되어 흡수될 수 있다.
구멍 뚫린 판상 부재(130)로는, 기존의 다공판을 이용하거나, 또는 금속판에 구멍을 뚫어서 이용할 수도 있다. 구멍 뚫린 판상 부재(130)에 이용되는 판상 부재의 예는 알루미늄판 또는 철판과 같은 금속판, 석고보드, 석면시멘트판, 하드보드, 합판, 목모 보드, 합성수지판 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
구멍 뚫린 판상 부재(130)에 있어서, 목적으로 하는 저 주파수 대역에서의 소리를 효율적으로 흡수하도록 공진주파수를 125 ㎐ 이하로 설정하기 위해서는 구멍의 크기, 기공률 및 두께의 설계가 중요하다. 이에 대해서는 도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구멍 뚫린 판상 부재의 단면을 나타내는 개략도이다.
도 3을 참조하면, 구멍 뚫린 판상 부재(130)는 복수의 구멍(132)을 포함할 수 있다. 구멍 뚫린 판상 부재(130)의 기본 공진주파수(f p0)는 하기와 같은 식에 따라 구해질 수 있다.
Figure 112018059989531-pat00004
Figure 112018059989531-pat00005
상기 식에서,
D: 판의 굽힘강성 (flexural rigidity)
h: 판의 두께
Figure 112018059989531-pat00006
: 판의 체적밀도
Figure 112018059989531-pat00007
: 판의 포아송비 (Poisson's ratio)
Figure 112018059989531-pat00008
: 기공률 (판의 전체 단면적 대 구멍의 총 단면적 비)
r: 구멍의 반지름
상기 식으로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 구멍 뚫린 판상 부재(130)의 두께, 기공률 및 구멍의 직경을 조절함으로써, 손쉬운 방식에 의해 효과적으로 구멍 뚫린 판상 부재(130)의 기본 공진주파수(f p0)를 125 ㎐ 이하의 주파수 대역으로 설정할 수 있다.
구멍 뚫린 판상 부재(130)의 기공률, 즉 판상 부재(130) 면적에 대한 구멍(130) 면적의 비율은 1~15%인 것이 바람직하다. 구멍 뚫린 판상 부재(130)의 기공률이 1% 미만인 경우에는 판상 부재(130)의 면적에 대비하여 공진기 설계가 어렵게 되고, 15%를 초과하는 경우에는 공진기 효과가 현저하게 저하될 수 있다.
구멍의 직경 및 구멍 간의 간격은 구멍 뚫린 판상 부재(130)의 기공률에 따라 정해질 수 있으므로, 기공률을 만족시킬 수 있도록 적절하게 선택될 수 있다.
구멍의 형상은 다양하게 형성될 수 있으며, 예를 들면, 원형, 사각형 등으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
구멍 뚫린 판상 부재(130)는 판상 형태로 형성될 수 있으며, 예를 들면, 단면이 직육면체 또는 정육면체인 평판 형태로 형성될 수 있다.
구멍 뚫린 판상 부재(130)에 있어서, 판의 두께는 판의 재질에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 구멍 뚫린 판상 부재(130)가 금속판으로 형성되는 경우, 판의 두께는 0.5~3 ㎜의 범위일 수 있으며, 합성 플라스틱으로 형성되는 경우, 판의 두께는 1~6 ㎜의 범위일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
특히 공진주파수 설계에 있어서, 구멍 뚫린 판상 부재(130)의 구멍(132)의 높이를 균일하게 유지하는 것이 중요하며, 구멍(132) 주위에 위치하는 제1 흡음재(110)와 제2 흡음재(120)에 의해 구멍(132)의 공기층이 막히는 것을 방지하여야 한다. 구멍 뚫린 판상 부재(130)가 석고보드, 목모보드 등과 같이 예를 들어, 최소 6 ㎜ 이상의 두께를 갖는 비금속판으로 형성되는 경우에는 구멍(132)의 높이 손상 문제가 발생되지 않는다. 그러나, 구멍 뚫린 판상 부재(130)가 금속판으로 형성되는 경우, 금속판은 그 두께가 예를 들어, 1 ㎜ 내외로 매우 얇기 때문에 구멍(132) 주위에 위치하는 제1 흡음재(110)와 제2 흡음재(120)가 구멍의 공기층을 막을 가능성이 있다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방안에 대해서는 도 4a 및 도 4b를 참조하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 구멍 높이 유지용 캡을 적용한 구멍 뚫린 판상 부재의 개략도이며, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 이용되는 구멍 높이 유지용 캡의 개략도이다.
도 4a를 참조하면, 구멍 뚫린 판상 부재(130)에 있어서, 구멍(132) 주위에 위치하는 제1 흡음재(110)와 제2 흡음재(120)에 의해 구멍(132)의 공기층이 막히는 것을 방지하기 위하여, 구멍(132)의 높이를 균일하게 유지하도록 구멍 높이 유지용 캡(134)이 적용될 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 구멍 높이 유지용 캡(134)은 속이 빈 형태일 수 있다. 구멍(132)에 삽입되는 부분의 내경(d)은 구멍(132)의 직경에 대응되며, 높이(h)는 구멍(132)이 막히는 것을 방지하고 구멍(132)의 높이를 유지할 수 있도록 적절하게 설정될 수 있다. 구멍 뚫린 판상 부재(130)의 구멍(132)에 구멍 높이 유지용 캡(134)을 적용하면, 구멍(132)의 높이를 일정하게 유지시켜 공기층이 막히는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 외형틀(140)은 내부에 형성되는 제1 흡음재(110), 구멍 뚫린 판상 부재(130) 및 제2 흡음재(120)를 보호하고 틀을 형성하는 역할을 할 수 있다.
외형틀(140)은 이러한 역할을 수행하는데 적합한 재료로 형성될 수 있으며, 금속으로 형성되는 것이 바람직하다.
외형틀(140)은 얇은 두께의 판에 다수의 구멍이 형성되어 있는 다공판으로 형성될 수 있다. 외형틀(140)을 이루는 다공판은 기공률, 즉 전체 면적에 대한 구멍 면적의 비율이 30% 이상 50% 이하일 수 있다. 이는, 다공판의 면에서 소리가 반사되어 음파가 흡음재에 흡수되는 것을 방해하지 않도록 하기 위해서이다. 외형틀(140)을 이루는 다공판의 기공률 범위의 하한인 30%는 음향적으로 볼 때 소리가 흡수되는 과정에서 표면을 저항체로 인식하지 않는 최소 범위이며, 제조상 다공판을 만들기 위한 최대 기공률은 50%를 넘기 어렵다.
외형틀(140)은 유선형 형태로 형성될 수 있는데, 이는 공기 흐름에 대한 저항을 줄여 압력 손실을 감소시킴으로써 스플리터(100)의 성능 저하를 방지하기 위함이다.
즉, 스플리터(100)가 소음기에 적용되는 경우, 소음기는 압력 손실이 증가할수록 그 성능이 저하될 수 있다. 압력 손실은 소음기를 통과할 때 발생되는 공기압의 저하를 나타내는 것으로, 공기 흐름에 대한 저항을 줄여 압력 손실을 감소시키기 위하여 스플리터(100)는 유선형 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스플리터(100)는, 구멍 뚫린 판상 부재(130)의 진동에 의한 공진 효과 및 이러한 공진 효과를 증진시켜 공진주파수와 그 부근 주파수 영역으로 넓게 흡음력을 상승시키는 제1 흡음재(110) 및 제2 흡음재(120)의 작용에 의해 저 주파수 대역에서 우수한 흡음 효과를 발휘할 수 있으며, 동시에 제1 흡음재(110) 및 제2 흡음재(120)를 구성하는 다공질 흡음재에 의해 중고 주파수 대역에서도 공조 장치용 소음기에 적합한 흡음 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스플리터(100)는 개구부를 포함하는 외형틀(140) 내부에 제1 흡음재(110), 구멍 뚫린 판상 부재(130) 및 제2 흡음재(120)를 순서대로 배치시킨 후, 개구부를 외형틀(140)과 동일한 재질로 막거나, 또는 개구부를 포함하는 외형틀(140) 내부에 제1 흡음재(110) 및 제2 흡음재(120)를 배치시킨 후, 그 사이에 구멍 뚫린 판상 부재(130)를 삽입시킨 후, 개구부를 외형틀(140)과 동일한 재질로 막는 간단한 방법으로 제조될 수 있다. 또는, 제1 흡음재(110), 구멍 뚫린 판상 부재(130) 및 제2 흡음재(120)를 순서대로 배치시킨 후, 적층된 구조물을 둘러싸는 외형틀(140)을 형성하거나, 또는 제1 흡음재(110) 및 제2 흡음재(120)를 배치시키고, 그 사이에 구멍 뚫린 판상 부재(130)를 삽입시킨 후, 적층된 구조물을 둘러싸는 외형틀(140)을 형성하는 간단한 방법으로 제조될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 스플리터(100)는 각각의 구성요소를 접착할 필요 없이 단순한 배치 및/또는 삽입에 의해 형성될 수 있어, 제조 공정이 용이하고, 접착제에 의한 유해성 문제가 발생할 여지가 없다.
또한, 접착 방식을 이용하지 않고, 외형틀(140) 내에 제1 흡음재(110), 구멍 뚫린 판상 부재(130) 및 제2 흡음재(120)를 각각 배치 및/또는 삽입함으로써 스플리터(100)를 형성하므로, 제1 흡음재(110) 및 제2 흡음재(120)로 이용될 수 있는 다공질 흡음재의 종류에 제약이 없으며, 일정한 흡음율을 나타낼 수 있어 소음기의 성능을 균일하게 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스플리터(100)는 공조 장치의 소음기에 적용되어 효과적으로 소음을 저감시킬 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 소음기의 개략도이며, 도 5b는 도 5a의 A-A 선에 따른 단면을 나타내는 개략도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소음기(200)는 소음기의 외부 틀을 형성하는 보호 케이스(210) 및 보호 케이스(210) 내에 일정 간격으로 형성된 스플리터(100)를 포함할 수 있다. 스플리터(100) 사이에는 공기가 통과할 수 있는 공기 통로(220)가 형성될 수 있다. 공기 흐름은 도 5b에 화살표로 표시된다.
스플리터(100)는 복수 개가 일정 간격으로 보호 케이스(210) 내에 설치될 수 있다. 스플리터(100)와 공기 통로(220)의 폭(두께)이 달라지면 주파수 영역에 따른 소음 감쇠량이 달라질 수 있다. 따라서, 소음기(200)의 목적에 따라 원하는 감쇠량을 얻을 수 있도록 소음기(200) 내의 스플리터(100)와 공기 통로(220)의 폭을 적절하게 조절할 수 있다.
일 실시예에서, 스플리터(100)의 폭과 공기 통로(220)의 폭은 서로 동일할 수 있다. 즉, 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 중앙 2개의 스플리터(100) 각각의 폭은 공기 통로(220)의 폭과 동일하고, 보호 케이스(210) 내벽에 부착되는 양쪽 2개의 스플리터(100)는 중앙 2개의 스플리터(100)의 절반 형상일 수 있다.
또는, 다른 실시예에서, 스플리터(100)의 폭과 공기 통로(220)의 폭은 서로 상이할 수 있다. 일반적으로, 흡음재의 두께를 작게 하면 감쇠량이 커질 수 있으나 저 주파수 영역에서는 좋지 않은 특성을 나타낼 수 있다. 따라서, 이러한 특성을 고려하여 원하는 주파수 영역에서 흡음율을 최대화할 수 있도록 스플리터(100)의 폭과 공기 통로(220)의 폭을 적절하게 조절할 수 있다.
보호 케이스(210)는 금속 재료 등으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도시되지는 않았으나, 소음기(200)는 보호 케이스(210)의 전후에 덕트와 연결될 수 있는 플랜지를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소음기(200)는 다공질 흡음재로 구성되는 제1 흡음재(110) 및 제2 흡음재(120)와 판의 진동에 의한 공진을 이용하는 구멍 뚫린 판상 부재(130)를 결합한 스플리터(100)에 의해, 스플리터의 길이 또는 두께를 증가시키지 않고도, 공조 장치에서 발생되는 소음의 대부분을 차지하는 저 주파수 영역에서 현저하게 흡음 효과를 향상시킬 수 있으며, 동시에 중고 주파수 영역에서도 공조 장치용 소음기에 적합한 흡음 효과를 가질 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 소음기(200)는 종래 기술에 의해 해결될 수 없었던 125 ㎐ 이하의 저 주파수 영역에서 흡음율을 현저하게 향상시킬 수 있어 우수한 소음기 성능을 확보할 수 있으며, 이에 의해 종래 기술에 비하여 소음기 길이를 절반 정도로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
(1) 흡음율 시험
흡음율 시험을 위하여, 스플리터 내부에 형성되는 흡음재로서, 다공질 흡음재(100 ㎜), 구멍 뚫린 철판(1 ㎜) 및 다공질 흡음재(100 ㎜)로 이루어진 실시예와 종래 기술에 따른 다공질 흡음재(200 ㎜)로 이루어진 비교예를 각각 12 ㎡ 면적을 갖도록 제작하였다.
흡음율 시험은 KS F 2805(잔향실법 흡음성능율)에 따라 이루어졌으며, 구멍에서 80 ㎐에서 공진이 발생하도록 설계하여 흡음율 시험을 수행하였다. 시험결과를 도 6에 나타낸다.
도 6을 참조하면, 실시예의 경우, 비교예에 비하여 판의 진동에 의한 공진에 의해 특히 125 ㎐ 이하의 저주파수 영역에서 흡음율이 현저하게 향상되는 것을 확인할 수 있다.
(2) 소음기 성능 시험
상기 (1)의 흡음율 시험을 바탕으로 소음기 성능에 대한 시험을 수행하였다. 상기 (1)에서 제조된 비교예 및 실시예에 따른 흡음재를 타공판으로 둘러싸서 스플리터를 형성하였다. 이를 각각 도 5a에 도시된 바와 같이 소음기에 장착하였다. 소음기는 H 600 ㎜ × W 1200 ㎜ × L 1800 ㎜의 크기로 제작하였다.
제작된 소음기의 성능을 확인하고자 KS I ISO 7235(덕트형 소음 및 공기단말기 유니트의 시험실 측정 절차)에 따라 기류가 없는 조건에서 소음기에 대한 삽입 손실의 시험을 수행하였다. 시험결과를 도 7에 나타낸다.
삽입 손실(Insertion Loss)은 소음원에 소음기가 존재할 때와 존재하지 않을 때의 방사 음향 파워의 차이이다.
도 7을 참조하면, 실시예의 경우, 비교예에 비하여 판의 진동에 의한 공진에 의해 125 ㎐ 이하의 저주파수 영역에서 큰 삽입 손실을 나타내었다. 따라서, 실시예에 따른 소음기는 특히 125 ㎐ 이하의 저주파수 영역에서 우수한 소음기 성능을 발휘할 수 있으며, 이는 종래 이용되던 소음기와 비교하여 소음기 길이를 절반 정도 감소시키는 것과 동일한 효과를 갖는 것이다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 다공질 흡음재로 구성되는 제1 흡음재와 제2 흡음재 사이에 구멍 뚫린 판상 부재를 삽입하여 형성된 스플리터를 소음기에 이용함으로써, 종래 소음기에 비하여 판의 진동에 의한 공진 효과 및 제1 흡음재 또는 제2 흡음재에 의한 공진 효과 증진에 의해 특히 저 주파수 대역에서 우수한 흡음 효과를 발휘할 수 있으며, 동시에 제1 흡음재 또는 제2 흡음재에 의해 중고 주파수 대역에서도 흡음 효과를 발휘할 수 있다. 따라서, 대부분 125 ㎐ 이하의 저 주파수 영역의 소음이 매우 높은 공조기에 적용되는 경우 스플리터의 두께나 길이를 과도하게 증가시킬 필요 없이 효과적으로 소음을 저감시킬 수 있다.
100: 스플리터 110: 제1 흡음재
120: 제2 흡음재 130: 구멍 뚫린 판상 부재
140: 외형틀 200: 소음기
210: 보호 케이스 220: 공기 통로

Claims (9)

  1. 공조 장치의 소음기에 이용되며,
    다공질 흡음재를 포함하는 제1 흡음재;
    다공질 흡음재를 포함하는 제2 흡음재;
    상기 제1 흡음재와 상기 제2 흡음재 사이에 삽입된 구멍 뚫린 판상 부재; 및
    상기 제1 흡음재, 상기 제2 흡음재 및 상기 구멍 뚫린 판상 부재를 둘러싸는 외형틀을 포함하며,
    상기 구멍 뚫린 판상 부재는, 금속판, 석고보드, 석면시멘트판, 하드보드, 합판, 목모 보드 및 합성수지판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하며, 판상 부재 면적에 대한 구멍 면적의 비율이 1~15%이고, 판상 부재의 두께, 기공률 및 구멍 직경의 조절에 의해 기본 공진주파수가 125 ㎐ 이하로 설정되며,
    상기 제1 흡음재쪽으로 소음이 지나가는 경우, a) 상기 제1 흡음재는 250 ㎐ 이상의 중고 주파수의 소리를 흡수하고, b) 상기 구멍 뚫린 판상 부재는 판의 진동에 의한 공진 효과 및 구멍 내부의 공기 진동에 의한 공명 효과를 나타내고 상기 제2 흡음재는 구멍 뚫린 판상 부재의 공진주파수 부근의 주파수 영역에서 흡음율을 상승시키는 효과를 나타냄으로써, 125 ㎐ 이하의 저주파수의 소리를 흡수하며,
    상기 제2 흡음재쪽으로 소음이 지나가는 경우, a) 상기 제2 흡음재는 250 ㎐ 이상의 중고 주파수의 소리를 흡수하고, b) 상기 구멍 뚫린 판상 부재는 판의 진동에 의한 공진 효과 및 구멍 내부의 공기 진동에 의한 공명 효과를 나타내고 상기 제1 흡음재는 구멍 뚫린 판상 부재의 공진주파수 부근의 주파수 영역에서 흡음율을 상승시키는 효과를 나타냄으로써, 125 ㎐ 이하의 저주파수의 소리를 흡수하는
    공조 장치의 소음기용 스플리터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 흡음재 및 상기 제2 흡음재는 각각 무기질 섬유, 유기질 섬유, 화학 섬유, 발포 수지 재료, 뿜칠 섬유재료로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는
    공조 장치의 소음기용 스플리터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 흡음재 및 상기 제2 흡음재는 각각 50~200 ㎜ 범위의 두께를 갖는
    공조 장치의 소음기용 스플리터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구멍 뚫린 판상 부재는 구멍 높이 유지용 캡을 더 포함하고, 상기 구멍 높이 유지용 캡은 구멍 높이 이상의 높이를 갖는 속이 빈 형태인
    공조 장치의 소음기용 스플리터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외형틀은 판에 구멍이 형성되어 있는 다공판을 포함하는
    공조 장치의 소음기용 스플리터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 외형틀은, 판의 면적에 대한 구멍의 면적의 비율이 30% 이상 50% 이하인
    공조 장치의 소음기용 스플리터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공조 장치의 소음기용 스플리터는, 상기 제1 흡음재를 둘러싸는 보호막 및 상기 제2 흡음재를 둘러싸는 보호막을 더 포함하는
    공조 장치의 소음기용 스플리터.
  8. 보호 케이스;
    상기 보호 케이스 내에 일정 간격으로 형성된 복수의 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 공조 장치의 소음기용 스플리터; 및
    상기 공조 장치의 소음기용 스플리터 사이에 형성된 공기 통로를 포함하는
    소음기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 공조 장치의 소음기용 스플리터의 폭 및 상기 공기 통로의 폭은 소음 감쇠량에 따라 조절되는
    소음기.
KR1020180070210A 2018-06-19 2018-06-19 스플리터 및 이를 포함하는 소음기 KR101979378B1 (ko)

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