KR102415416B1 - 프랙탈 구조의 메타 머플러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유동관과 연결되는 프랙탈 구조의 공명실을 이용하여 공명실 내부로 입사되는 소음의 음파 에너지의 손실을 최대화하여 유동관 내에서 유동하는 소음의 투과손실을 높일 수 있는 프랙탈 구조의 메타 머플러를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 유체가 유동하는 유동관; 상기 유동관으로부터 유체의 유동방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제1파장관; 및 상기 제1파장관의 양단부 사이에서 상기 제1파장관의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제2파장관;을 포함하는 특징을 개시한다.

Description

프랙탈 구조의 메타 머플러{METAMATERIAL MUFFLER USING FRACTAL STRUCTURE}
본 발명은 메타 머플러에 관한 것으로, 상세하게는 유동관과 연결되는 프랙탈 구조의 공명실을 이용하여 유동관 내에서 유동하는 소음의 투과손실을 높일 수 있는 메타 머플러에 관한 것이다.
일반적으로 소음 저감장치는 이미 다양하게 개발되어 사용되고 있다. 이중 하나인 흡음재를 사용하는 흡음형은 고주파 영역에서는 우수한 성능을 가지지만 저주파 영역에서는 성능이 현저히 떨어지며, 흡음재의 비산 문제와 습기나 열에 취약하여 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.
최근에는 유동관의 형상 변화로 인해 생겨나는 임피던스 부정합(Impedance mismatch)을 이용하여 음파를 반사시키는 원리를 이용하는 반사형이 함께 사용되고 있다. 대표적인 반사형으로는 배관의 단면적을 변화시킨 형태인 확장관이나 천공관을 이용한 모델들이 있지만, 배관의 단면적 변화 정도에 따라 소음 성능이 직결되기 때문에 크기나 부피가 커지는 문제점이 있다.
공명기를 이용한 소음장치는 유동관에서 발생하는 소음과 동일한 주파수를 갖는 공명기를 배관에 설치하여 소음을 감소시킨다. 그러나 공명기의 경우 각 배관 사이의 위치 관계, 주변 구조물과의 관계 등 여러 설계 조건에 의해 그 크기가 일정 범위 내로 제한되기 때문에, 타겟 주파수에 속하지 않는 소음의 저감 성능이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.
일반적으로 고주파 영역의 소음을 제거하기 위해서는 상대적으로 작은 크기의 공명기가 필요하고, 저주파 영역의 소음을 제거하기 위해서는 상대적으로 큰 크기의 공명기가 필요하다. 그러나, 통상의 유동관은 좁은 공간에 설치되므로 큰 공명기를 설치하는데 많은 어려움이 있으며, 때문에 저주파 영역의 소음을 제거하는 것은 매우 어려웠으며, 장치의 소형화를 추구하는 최근 기술동향과도 거리가 멀었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0112867호(2017.10.12 공개)
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 유동관과 연결되는 프랙탈 구조의 공명실을 이용하여 공명실 내부로 입사되는 소음의 음파 에너지의 손실을 최대화하여 유동관 내에서 유동하는 소음의 투과손실을 높일 수 있는 프랙탈 구조의 메타 머플러를 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 프랙탈 구조의 메타 머플러는, 유체가 유동하는 유동관; 상기 유동관으로부터 유체의 유동방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제1파장관; 상기 제1파장관의 양단부 사이에서 상기 제1파장관의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제2파장관; 및 상기 제2파장관의 양단부 사이에서 상기 제2파장관의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제3파장관;을 포함하고, 파장관의 수량이 증가할수록 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 감소하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프랙탈 구조의 메타 머플러에 있어서, 상기 제1파장관에서 상기 제2파장관으로 갈수록 단면 크기가 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프랙탈 구조의 메타 머플러에 있어서, 상기 제1파장관의 길이 및 상기 제2파장관의 길이는, 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우에는 상대적으로 길게 형성될 수 있고, 상기 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우에는 상대적으로 짧게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프랙탈 구조의 메타 머플러에 있어서, 상기 제1파장관의 단면 크기 또는 상기 제2파장관의 단면 크기는, 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우에는 상대적으로 크게 형성될 수 있고, 상기 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우에는 상대적으로 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프랙탈 구조의 메타 머플러에 있어서, 상기 유동관으로부터 상기 제1파장관과 상기 제2파장관의 연결부까지의 거리는, 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우에는 상대적으로 길게 형성될 수 있고, 상기 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우에는 상대적으로 짧게 형성될 수 있다.
삭제
본 발명의 다른 실시예에 따른 프랙탈 구조의 메타 머플러는, 유체가 유동하는 유동관; 상기 유동관으로부터 유체의 유동방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제1파장관; 상기 제1파장관의 양단부 사이에서 상기 제1파장관의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제2파장관; 상기 제1파장관의 양단부 사이에서 상기 제1파장관의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 제2파장관과 반대 방향으로 연장되는 제3파장관; 상기 제2파장관의 양단부 사이에서 상기 제2파장관의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제4파장관; 및 상기 제3파장관의 양단부 사이에서 상기 제3파장관의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제5파장관;을 포함하고, 파장관의 수량이 증가할수록 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 감소하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 프랙탈 구조의 메타 머플러에 있어서, 상기 제1파장관에서 상기 제2파장관으로 갈수록 단면 크기가 작게 형성될 수 있고, 상기 제1파장관에서 상기 제3파장관으로 갈수록 단면 크기가 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 프랙탈 구조의 메타 머플러에 있어서, 상기 제1파장관의 길이, 상기 제2파장관의 길이 및 상기 제3파장관의 길이는, 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우에는 상대적으로 길게 형성될 수 있고, 상기 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우에는 상대적으로 짧게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 프랙탈 구조의 메타 머플러에 있어서, 상기 제1파장관의 단면 크기와, 상기 제2파장관의 단면 크기 및 상기 제3파장관의 단면 크기 중 적어도 하나의 단면 크기는, 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우에는 상대적으로 크게 형성될 수 있고, 상기 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우에는 상대적으로 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 프랙탈 구조의 메타 머플러에 있어서, 상기 유동관으로부터 상기 제1파장관과 상기 제2파장관의 연결부까지의 거리 또는 상기 유동관으로부터 상기 제1파장관과 상기 제3파장관의 연결부까지의 거리는, 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우에는 상대적으로 길게 형성될 수 있고, 상기 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우에는 상대적으로 짧게 형성될 수 있다.
삭제
본 발명에 따르면, 유동관과 연결되는 프랙탈 구조의 공명실을 통하여 유동관 내에서 유동하는 소음의 투과손실을 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 유동관과 연결되는 프랙탈 구조의 공명실을 조절함으로써 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수를 광대역화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 머플러의 단면을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 메타 머플러의 단면 일부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장관의 길이가 조절된 경우를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장관의 단면크기가 조절된 경우를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동관으로부터 제1파장관과 제2파장관의 연결부까지의 거리가 조절된 경우를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 머플러의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 메타 머플러의 단면을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 메타 머플러의 단면 일부를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장관의 길이가 조절된 경우를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장관의 단면크기가 조절된 경우를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동관으로부터 제1파장관과 제2파장관의 연결부까지의 거리가 조절된 경우를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 메타 머플러의 변형예를 나타낸 도면이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용될 수 있으며 이에 따른 부가적인 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 머플러의 단면을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 메타 머플러의 단면 일부를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 머플러(100)는 유동관(110) 내에서 유동하는 소음의 음파 에너지의 손실을 최대화하여 소음의 투과손실을 높이기 위한 것으로, 유동관(110), 제1파장관(120) 및 제2파장관(130)을 포함할 수 있다.
유동관(110)은 내부로 유체가 유동하며, 유동방향(A1)으로 구비될 수 있다.
유동관(110)의 내부로 유동하는 유체는 액체, 기체 등이 될 수 있으며, 본 실시예에서는 기체인 공기의 경우를 예로 들어 설명한다.
본 실시예에서는 유동관(110)의 단면 형상을 원형 형상인 경우를 도시하고 있으나, 유동관(110)의 단면 형상은 사각형 등의 다각형 형상으로 형성될 수도 있다.
제1파장관(120)은 유동관(110)으로부터 유체의 유동방향(A1)과 교차하는 방향으로 연장될 수 있다. 유동관(110) 내에서 유동하는 유체의 일부는 제1파장관(120)의 내부로 유입될 수 있다.
제1파장관(120)은 유동방향(A1)과 교차하는 방향으로 제1길이(L1)를 가지도록 연장될 수 있으며, 제1길이(L1)는 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수에 따라 조절될 수 있다.
제1파장관(120)은 제1단면크기(A1)를 가질 수 있으며, 제1단면크기(A1)는 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수에 따라 조절될 수 있다.
제1단면크기(A1)는 제1파장관(120)의 연장 방향을 따라 동일한 크기를 가지도록 형성될 수 있고, 연장 방향을 따라 점진적으로 커지거나 작아지게 형성될 수도 있다.
제2파장관(130)은 제1파장관(120)의 양단부 사이에서 제1파장관(120)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장될 수 있다. 제1파장관(120) 내로 유입된 유체의 일부는 제2파장관(130)의 내부로 유입될 수 있다.
제2파장관(130)은 제1파장관(120)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 제2길이(L2)를 가지도록 연장될 수 있으며, 제2길이(L2)는 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수에 따라 조절될 수 있다.
제2파장관(130)은 제2단면크기(A2)를 가질 수 있으며, 제2단면크기(A2)는 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수에 따라 조절될 수 있다.
제2단면크기(A2)는 제2파장관(130)의 연장 방향을 따라 동일한 크기를 가지도록 형성될 수 있고, 연장 방향을 따라 점진적으로 커지거나 작아지게 형성될 수도 있다.
이와 같이, 유동관(110) 내에서 유동하는 소음은 프랙탈(Fractal) 구조를 이루는 제1파장관(120) 및 제2파장관(130) 측으로 유입되면서 소음의 음파 에너지가 효과적으로 손실될 수 있다.
그리고, 제1파장관(120)에서 제2파장관(130)으로 갈수록 파장관의 단면크기는 작게 형성될 수 있다. 즉, 제2단면크기(A2)는 제1단면크기(A1)보다 작게 형성될 수 있다.
한편 도 1을 참조하면, 제1파장관(120) 및 제2파장관(130)은 유동관(110)의 연장 방향 즉, 유체의 유동방향(A1)을 따라 복수 개가 구비될 수 있으며, 복수 개의 제1파장관(120) 및 제2파장관(130)이 유동방향(A1)을 따라 이격하여 배치될 수 있다. 즉, 유동관(110), 제1파장관(120) 및 제2파장관(130)을 포함하는 단위셀(101)이 유체의 유동방향(A1)을 따라 순차적으로 배치되면서 메타 머플러(100)를 제공할 수 있다.
이에 따라, 유체의 유동방향(A1)을 따라 복수의 서브 공명실이 구비될 수 있는데, 이러한 각 서브 공명실을 서로 다르게 설계 변경함으로써, 각 서브 공명실에서 감쇠되는 소음의 타겟 주파수를 서로 다르게 형성할 수 있다.
즉, 각 서브 공명실을 형성하는 제1파장관(120)의 제1길이(L1)와 제1단면크기(A1), 제2파장관(130)의 제2길이(L2)와 제2단면크기(A2), 파장관의 수량 등을 개별적으로 조절 및 설정함으로써, 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수를 보다 광대역화할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 메타 머플러(100)는 외통(102)을 더 포함할 수 있다.
외통(102)은 유동관(110)의 외측으로 유동관(110)과 이격하게 배치될 수 있으며, 유동관(110), 제1파장관(120) 및 제2파장관(130)을 감싸도록 형성되어 메타 머플러(100)의 외형을 형성할 수 있다. 이러한 외통(102)은 유동관(110)의 단면 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 유동관(110)의 단면 형상과 대응되는 원형 형상으로 형성될 수 있다. 물론 유동관(110)과 외통(102)은 서로 다른 단면 형상을 가지도록 형성될 수도 있다.
이처럼 외통(102)이 구비될 경우 제1파장관(120) 및 제2파장관(130)은 유동관(110)과 외통(102) 사이의 제한된 공간 내에서 설계 변경될 수 있다. 즉, 제1파장관(120) 및 제2파장관(130)은 유동관(110)과 외통(102) 사이의 제한된 공간 내에서 제1파장관(120)의 제1길이(L1)와 제1단면크기(A1), 제2파장관(130)의 제2길이(L2)와 제2단면크기(A2), 파장관의 수량이 조절될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장관의 길이가 조절된 경우를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따르면, 파장관의 길이를 조절함으로써 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수를 조절 및 광대역화할 수 있다.
도 3의 (a)에서와 같이, 만일 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우, 파장관의 전체 길이 즉, 제1파장관(120)의 제1길이(L1) 및 제2파장관(130)의 제2길이(L2)를 상대적으로 길게 형성하면, 헬름홀츠 공명기의 공명실 부피를 크게 설정하는 것과 대응될 수 있기에 상대적으로 저주파수 대역의 소음을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
도 3의 (b)에서와 같이, 반대로 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우, 파장관의 전체 길이 즉, 제1파장관(120)의 제1길이(L1) 및 제2파장관(130)의 제2길이(L2)를 상대적으로 짧게 형성하면, 헬름홀츠 공명기의 공명실 부피를 작게 설정하는 것과 대응될 수 있기에 상대적으로 고주파수 대역의 소음을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장관의 단면크기가 조절된 경우를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따르면, 파장관의 단면크기를 조절하는 것으로도 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수를 조절 및 광대역화할 수 있다.
도 4의 (a)에서와 같이, 만일 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우, 제1파장관(120)의 제1단면크기(A1) 또는 제2파장관(130)의 제2단면크기(A2)를 상대적으로 크게 형성하면, 헬름홀츠 공명기의 공명실 부피를 크게 설정하는 것과 대응될 수 있기에 상대적으로 저주파수 대역의 소음을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
도 4의 (b)에서와 같이, 반대로 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우, 제1파장관(120)의 제1단면크기(A1) 또는 제2파장관(130)의 제2단면크기(A2)를 상대적으로 작게 형성하면, 헬름홀츠 공명기의 공명실 부피를 작게 설정하는 것과 대응될 수 있기에 상대적으로 고주파수 대역의 소음을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동관으로부터 제1파장관과 제2파장관의 연결부까지의 거리가 조절된 경우를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따르면, 유동관(110)으로부터 제1파장관(120)과 제2파장관(130)의 연결부까지의 거리(d1)를 조절하는 것으로도 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수를 조절 및 광대역화할 수 있다.
도 5의 (a)에서와 같이, 만일 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우, 유동관(110)으로부터 제1파장관(120)과 제2파장관(130)의 연결부까지의 거리(d1)를 상대적으로 길게 형성함으로써 상대적으로 저주파수 대역의 소음을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
도 5의 (b)에서와 같이, 반대로 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우, 유동관(110)으로부터 제1파장관(120)과 제2파장관(130)의 연결부까지의 거리(d1)를 상대적으로 짧게 형성함으로써 상대적으로 고주파수 대역의 소음을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 머플러의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 메타 머플러(100)는 제3파장관(140)을 더 포함할 수 있다.
제3파장관(140)은 제2파장관(130)의 양단부 사이에서 제2파장관(130)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장될 수 있다. 제2파장관(130) 내로 유입된 유체의 일부는 제3파장관(140)의 내부로 유입될 수 있다.
제3파장관(140)은 제2파장관(130)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 제3길이(L3)를 가지도록 연장될 수 있으며, 제3길이(L3)는 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수에 따라 조절될 수 있다.
제3파장관(140)은 제3단면크기(A3)를 가질 수 있으며, 제3단면크기(A3)는 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수에 따라 조절될 수 있다.
제3단면크기(A3)는 제3파장관(140)의 연장 방향을 따라 동일한 크기를 가지도록 형성될 수 있고, 연장 방향을 따라 점진적으로 커지거나 작아지게 형성될 수도 있다.
제3파장관(140)을 구비할 경우, 제1파장관(120), 제2파장관(130) 및 제3파장관(140)으로 갈수록 파장관의 단면크기는 작게 형성될 수 있다. 즉, 제2단면크기(A2)는 제1단면크기(A1)보다는 작게 형성되고 제3단면크기(A3)보다는 크게 형성될 수 있다.
이와 같이, 유동관(110) 내에서 유동하는 소음은 프랙탈(Fractal) 구조를 이루는 제1파장관(120), 제2파장관(130) 및 제3파장관(140) 측으로 유입되면서 소음의 음파 에너지가 보다 효과적으로 손실될 수 있다.
나아가 본 실시예에 따르면, 프랙탈 구조를 이루는 파장관의 수량을 조절하는 것으로도 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수를 조절 및 광대역화할 수 있다. 즉, 파장관의 수량이 증가할수록 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수는 감소할 수 있다.
도 6에서와 같이, 만일 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우, 파장관의 수량(3개)을 상대적으로 많이 형성하면, 헬름홀츠 공명기의 공명실 부피를 크게 설정하는 것과 대응될 수 있기에 상대적으로 저주파수 대역의 소음을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
도 2에서와 같이, 반대로 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우, 파장관의 수량(2개)을 상대적으로 적게 형성하면, 헬름홀츠 공명기의 공명실 부피를 작게 설정하는 것과 대응될 수 있기에 상대적으로 고주파수 대역의 소음을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 메타 머플러의 단면을 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7의 메타 머플러의 단면 일부를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 메타 머플러(200)는 유동관(210), 제1파장관(220), 제2파장관(230) 및 제3파장관(240)을 포함할 수 있다.
이하 본 실시예에 따른 메타 머플러(200)를 설명함에 있어서, 전술한 일 실시예에 따른 메타 머플러(100)와 동일 구성에 대해서는 그 설명을 최소화한다.
유동관(210)은 내부로 유체가 유동하며, 유동방향(A1)으로 구비될 수 있다.
제1파장관(220)은 유동관(210)으로부터 유체의 유동방향(A1)과 교차하는 방향으로 연장될 수 있다.
제1파장관(220)은 유동방향(A1)과 교차하는 방향으로 제1길이(L1)를 가지도록 연장될 수 있으며, 제1길이(L1)는 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수에 따라 조절될 수 있다.
제1파장관(220)은 제1단면크기(A1)를 가질 수 있으며, 제1단면크기(A1)는 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수에 따라 조절될 수 있다.
제2파장관(230)은 제1파장관(220)의 양단부 사이에서 제1파장관(220)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장될 수 있다.
제2파장관(230)은 제1파장관(220)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 제2길이(L2)를 가지도록 연장될 수 있으며, 제2길이(L2)는 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수에 따라 조절될 수 있다.
제2파장관(230)은 제2단면크기(A2)를 가질 수 있으며, 제2단면크기(A2)는 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수에 따라 조절될 수 있다.
제3파장관(240)은 제1파장관(220)의 양단부 사이에서 제1파장관(220)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되되, 제2파장관(230)과 반대 방향으로 연장될 수 있다.
제3파장관(240)은 제1파장관(220)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 제3길이(L2)를 가지도록 연장될 수 있으며, 제3길이(L2)는 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수에 따라 조절될 수 있다.
제3파장관(240)은 제3단면크기(A2)를 가질 수 있으며, 제3단면크기(A2)는 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수에 따라 조절될 수 있다.
이와 같이, 유동관(210) 내에서 유동하는 소음은 프랙탈 구조를 이루는 제1파장관(220), 제2파장관(230) 및 제3파장관(240) 측으로 유입되면서 소음의 음파 에너지가 보다 효과적으로 손실될 수 있다.
한편, 제1파장관(220)에서 제2파장관(230)으로 갈수록 파장관의 단면크기는 작게 형성될 수 있다. 즉, 제2단면크기(A2)는 제1단면크기(A1)보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 제1파장관(220)에서 제3파장관(240)으로 갈수록 파장관의 단면크기도 작게 형성될 수 있다. 즉, 제3단면크기(A2)는 제1단면크기(A1)보다 작게 형성될 수 있다.
그리고 도시된 바와 같이, 제2파장관(230)과 제3파장관(240)은 제1파장관(220)을 중심으로 대칭 구조를 이룰 수 있고, 도시된 바와 달리, 제2파장관(230)과 제3파장관(240)은 제1파장관(220)을 중심으로 비대칭 구조를 이룰 수도 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장관의 길이가 조절된 경우를 나타낸 도면이다.
도 9의 (a)에서와 같이, 만일 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우, 파장관의 전체 길이 즉, 제1파장관(220)의 제1길이(L1), 제2파장관(230)의 제2길이(L2) 및 제3파장관(240)의 제3길이(L3)를 상대적으로 길게 형성하면, 헬름홀츠 공명기의 공명실 부피를 크게 설정하는 것과 대응될 수 있기에 상대적으로 저주파수 대역의 소음을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
도 9의 (b)에서와 같이, 반대로 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우, 파장관의 전체 길이 즉, 제1파장관(220)의 제1길이(L1), 제2파장관(230)의 제2길이(L2) 및 제3파장관(240)의 제3길이(L3)를 상대적으로 짧게 형성하면, 헬름홀츠 공명기의 공명실 부피를 작게 설정하는 것과 대응될 수 있기에 상대적으로 고주파수 대역의 소음을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
따라서, 파장관의 길이를 조절함으로써 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수를 조절 및 광대역화할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장관의 단면크기가 조절된 경우를 나타낸 도면이다.
도 10의 (a)에서와 같이, 만일 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우, 제1파장관(220)의 제1단면크기(A1), 제2파장관(230)의 제2단면크기(A2) 및 제3파장관(240)의 제3단면크기(A3) 중 적어도 하나의 단면크기를 상대적으로 크게 형성하면, 헬름홀츠 공명기의 공명실 부피를 크게 설정하는 것과 대응될 수 있기에 상대적으로 저주파수 대역의 소음을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
도 10의 (b)에서와 같이, 반대로 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우, 제1파장관(220)의 제1단면크기(A1), 제2파장관(230)의 제2단면크기(A2) 및 제3파장관(240)의 제3단면크기(A3) 중 적어도 하나의 단면크기를 상대적으로 작게 형성하면, 헬름홀츠 공명기의 공명실 부피를 작게 설정하는 것과 대응될 수 있기에 상대적으로 고주파수 대역의 소음을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
따라서, 파장관의 단면크기를 조절하는 것으로도 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수를 조절 및 광대역화할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동관으로부터 제1파장관과 제2파장관의 연결부까지의 거리가 조절된 경우를 나타낸 도면이다.
도 11의 (a)에서와 같이, 만일 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우, 유동관(210)으로부터 제1파장관(220)과 제2파장관(230)의 연결부까지의 거리(d1) 또는 유동관(210)으로부터 제1파장관(220)과 제3파장관(240)의 연결부까지의 거리(d1)를 상대적으로 길게 형성함으로써 상대적으로 저주파수 대역의 소음을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
도 11의 (b)에서와 같이, 반대로 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우, 유동관(210)으로부터 제1파장관(220)과 제2파장관(230)의 연결부까지의 거리(d1) 또는 유동관(210)으로부터 제1파장관(220)과 제3파장관(240)의 연결부까지의 거리(d1)를 상대적으로 짧게 형성함으로써 상대적으로 고주파수 대역의 소음을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
따라서, 유동관(210)으로부터 제1파장관(220)과 제2파장관(230)의 연결부까지의 거리(d1) 또는 유동관(210)으로부터 제1파장관(220)과 제3파장관(240)의 연결부까지의 거리(d1)를 조절하는 것으로도 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수를 조절 및 광대역화할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 메타 머플러의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 메타 머플러(200)는 제4파장관(250) 및 제5파장관(260)을 더 포함할 수 있다.
제4파장관(250)은 제2파장관(230)의 양단부 사이에서 제2파장관(230)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장될 수 있다.
제4파장관(250)은 제2파장관(130)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 제4길이(L4)를 가지도록 연장될 수 있으며, 제4길이(L4)는 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수에 따라 조절될 수 있다.
제4파장관(250)은 제4단면크기(A4)를 가질 수 있으며, 제4단면크기(A4)는 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수에 따라 조절될 수 있다.
제4파장관(250)을 구비할 경우, 제1파장관(220), 제2파장관(230) 및 제4파장관(250)으로 갈수록 파장관의 단면크기는 작게 형성될 수 있다. 즉, 제2단면크기(A2)는 제1단면크기(A1)보다는 작게 형성되고 제4단면크기(A4)보다는 크게 형성될 수 있다.
제5파장관(260)은 제3파장관(240)의 양단부 사이에서 제3파장관(240)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장될 수 있다.
제5파장관(260)은 제3파장관(240)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 제5길이(L5)를 가지도록 연장될 수 있으며, 제5길이(L5)는 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수에 따라 조절될 수 있다.
제5파장관(260)은 제5단면크기(A5)를 가질 수 있으며, 제5단면크기(A5)는 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수에 따라 조절될 수 있다.
제5파장관(260)을 구비할 경우, 제1파장관(220), 제3파장관(240) 및 제5파장관(260)으로 갈수록 파장관의 단면크기는 작게 형성될 수 있다. 즉, 제3단면크기(A3)는 제1단면크기(A1)보다는 작게 형성되고 제5단면크기(A5)보다는 크게 형성될 수 있다.
그리고, 도시된 바와 같이, 제4파장관(250)과 제5파장관(260)은 제1파장관(220)을 중심으로 대칭 구조를 이룰 수 있고, 도시된 바와 달리, 제4파장관(250)과 제5파장관(260)은 제1파장관(220)을 중심으로 비대칭 구조를 이룰 수도 있다.
이와 같이, 유동관(210) 내에서 유동하는 소음은 프랙탈 구조를 이루는 제1파장관(220), 제2파장관(230), 제3파장관(140), 제4파장관(250) 및 제5파장관(260) 측으로 유입되면서 소음의 음파 에너지가 보다 효과적으로 손실될 수 있다.
한편, 도 12에서와 같이, 만일 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우, 파장관의 수량(5개)을 상대적으로 많이 형성하면, 헬름홀츠 공명기의 공명실 부피를 크게 설정하는 것과 대응될 수 있기에 상대적으로 저주파수 대역의 소음을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
도 9에서와 같이, 반대로 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우, 파장관의 수량(3개)을 상대적으로 적게 형성하면, 헬름홀츠 공명기의 공명실 부피를 작게 설정하는 것과 대응될 수 있기에 상대적으로 고주파수 대역의 소음을 효과적으로 감쇠할 수 있다.
아울러, 제2파장관(230)의 양단부 사이에서 제2파장관(230)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되되, 제4파장관(250)과 반대 방향으로 연장되는 제6파장관을 더 포함할 수 있고, 제3파장관(240)의 양단부 사이에서 제3파장관(240)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되되, 제5파장관(260)과 반대 방향으로 연장되는 제7파장관을 더 포함할 수도 있다.
이와 같이, 프랙탈 구조를 이루는 파장관의 수량을 조절하는 것으로 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수를 조절 및 광대역화할 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
100,200: 메타 머플러
110: 유동관
120: 제1파장관
130: 제2파장관

Claims (12)

  1. 유체가 유동하는 유동관;
    상기 유동관으로부터 유체의 유동방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제1파장관;
    상기 제1파장관의 양단부 사이에서 상기 제1파장관의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제2파장관; 및
    상기 제2파장관의 양단부 사이에서 상기 제2파장관의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제3파장관;을 포함하고,
    파장관의 수량이 증가할수록 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 감소하는 것을 특징으로 하는 프랙탈 구조의 메타 머플러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1파장관에서 상기 제2파장관으로 갈수록 단면 크기가 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 프랙탈 구조의 메타 머플러.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1파장관의 길이 및 상기 제2파장관의 길이는, 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우에는 상대적으로 길게 형성되고, 상기 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우에는 상대적으로 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 프랙탈 구조의 메타 머플러.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1파장관의 단면 크기 또는 상기 제2파장관의 단면 크기는, 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우에는 상대적으로 크게 형성되고, 상기 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우에는 상대적으로 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 프랙탈 구조의 메타 머플러.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유동관으로부터 상기 제1파장관과 상기 제2파장관의 연결부까지의 거리는, 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우에는 상대적으로 길게 형성되고, 상기 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우에는 상대적으로 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 프랙탈 구조의 메타 머플러.
  6. 삭제
  7. 유체가 유동하는 유동관;
    상기 유동관으로부터 유체의 유동방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제1파장관;
    상기 제1파장관의 양단부 사이에서 상기 제1파장관의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제2파장관;
    상기 제1파장관의 양단부 사이에서 상기 제1파장관의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 제2파장관과 반대 방향으로 연장되는 제3파장관;
    상기 제2파장관의 양단부 사이에서 상기 제2파장관의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제4파장관; 및
    상기 제3파장관의 양단부 사이에서 상기 제3파장관의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제5파장관;을 포함하고,
    파장관의 수량이 증가할수록 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 감소하는 것을 특징으로 하는 프랙탈 구조의 메타 머플러.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1파장관에서 상기 제2파장관으로 갈수록 단면 크기가 작게 형성되고, 상기 제1파장관에서 상기 제3파장관으로 갈수록 단면 크기가 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 프랙탈 구조의 메타 머플러.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1파장관의 길이, 상기 제2파장관의 길이 및 상기 제3파장관의 길이는, 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우에는 상대적으로 길게 형성되고, 상기 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우에는 상대적으로 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 프랙탈 구조의 메타 머플러.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1파장관의 단면 크기와, 상기 제2파장관의 단면 크기 및 상기 제3파장관의 단면 크기 중 적어도 하나의 단면 크기는, 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우에는 상대적으로 크게 형성되고, 상기 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우에는 상대적으로 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 프랙탈 구조의 메타 머플러.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 유동관으로부터 상기 제1파장관과 상기 제2파장관의 연결부까지의 거리 또는 상기 유동관으로부터 상기 제1파장관과 상기 제3파장관의 연결부까지의 거리는, 감쇠하고자 하는 소음의 타겟 주파수가 상대적으로 낮을 경우에는 상대적으로 길게 형성되고, 상기 타겟 주파수가 상대적으로 높을 경우에는 상대적으로 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 프랙탈 구조의 메타 머플러.
  12. 삭제
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