KR102464169B1 - 불연성 흡음 구조체 - Google Patents

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Abstract

불연성 흡음 구조체가 제공된다. 상기 불연성 흡음 구조체는, 복수의 현무암 단섬유로 이루어진 현무암 울(wool)을 포함하는 흡음재, 및 다공성 구조를 갖는 필터를 포함하는 흡음 바디, 및 복수의 현무암 섬유들이 직조된 현무암 직물(fabric)을 포함하고, 상기 흡음 바디의 상부면 및 하부면에 배치되는 외피를 포함할 수 있다.

Description

불연성 흡음 구조체 {Non-flammable sound absorbing structure}
본 발명은 불연성 흡음 구조체에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 흡음재의 상부 및 하부에 불연재가 코팅된 외피가 배치된 불연성 흡음 구조체에 관련된 것이다.
일반적으로 건물이나 선박 등의 구조물의 벽체, 천정, 바닥 등에는 마감재 구조체로서 사각형상의 패널(panel) 이 부착·시공된다.
특히, 선박의 경우, 선박의 구동을 위한 다양한 동력수단이 선박 내에 구비된 관계로, 구조물의 외부와 내부 간의 열교환을 차단하는 것뿐만 아니라 동력수단에서 발생하는 높은 열과 소음 혹은 화재 발생시 화염이 선박 내의 다른 공간(예를 들어, 선실)로 전달되지 않도록 효과적으로 차단하는 것이 매우 중요하다.
종래에는 선박의 기관실에서 발생하는 소음과 열이 선박 내 다른 공간으로 전달되는 것을 차단하기 위하여 기관 실의 벽체에 미네랄울(암면)과 같은 무기질의 인공섬유를 단열재로 하여 벽체 표면에 시공하는 방식이 이용되었다.
그러나, 최근에는 선박이 대형화됨에 따라 이를 구동하기 위한 동력수단도 대형화되고 있으며, 이러한 동력수단에서 발생하는 열과 소음 및 진동을 효과적으로 차단할 수 있는 새로운 흡음재, 난연재 등이 요구되는 실정이다.
예를 들어, 대한민국 특허 공개번호 10-2013-0118015(출원번호: 10-2012-0040846, 출원인: 삼성중공업 주식회사)에는, 벽체가 형성되도록 연속적으로 배열되어 결합되는 복수의 단위 금속 패널과, 상기 연속적으로 결합된 단위 금속 패널을 지지하도록 상기 단위 금속 패널의 표면에 일단부가 결합되는 지지부 재와, 상기 지지부재의 타단부에 단열패널을 부착하기 위해 상기 지지부재의 타단부에 결합되는 단열패널 고정부재를 포함하며, 상기 지지부재는 복수개가 상기 연속적으로 결합된 단위 금속 패널의 표면을 따라 소정간격으로 이격되어 설치되며, 상기 단위 금속 패널과 상기 단열패널 사이에는 공기층이 형성되는, 선박용 단열흡음 벽체 구조가 개시되어 있다.
대한민국 특허 공개번호 10-2013-0118015
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 흡음성이 향상된 불연성 흡음 구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 불연성 및 난연성이 향상된 불연성 흡음 구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고온의 환경에서 높은 안정성을 갖는 불연성 흡음 구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 불연성 흡음 구조체를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 불연성 흡음 구조체는 복수의 현무암 단섬유로 이루어진 현무암 울(wool)을 포함하는 흡음재, 및 다공성 구조를 갖는 필터를 포함하는 흡음 바디, 및 복수의 현무암 섬유들이 직조된 현무암 직물(fabric)을 포함하고, 상기 흡음 바디의 상부면 및 하부면에 배치되는 외피를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 흡음재는, 상기 흡음 바디의 상부면에 배치된 상기 외피와 인접하도록 배치되는 제1 흡음재, 및 상기 흡음 바디의 하부면에 배치된 상기 외피와 인접하도록 배치되는 제2 흡음재를 포함하고, 상기 필터는, 상기 제1 흡음재 및 상기 제2 흡음재 사이에 배치되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 흡음 바디는, 제1 필터, 제2 필터, 및 세라믹 볼을 포함하는 필터 구조체를 포함하되, 상기 제1 필터는 상기 제1 흡음재와 인접하도록 상기 제1 흡음재 및 상기 제2 흡음재 사이에 배치되고, 상기 제2 필터는 상기 제2 흡음재와 인접하도록 상기 제1 흡음재 및 상기 제2 흡음재 사이에 배치되며, 상기 세라믹 볼은 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 사이에 배치되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 흡음재는, 현무암 울 100 wt%의 조성, 및 53 kg/m3의 밀도를 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 직물은 170g/m2의 무게를 갖고, 상기 외피는 상기 현무암 직물이 단층(single layer)로 이루어진 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 불연성 흡음 구조체는, 복수의 현무암 단섬유로 이루어진 현무암 울(wool)을 포함하는 흡음재 및 다공성 구조를 갖는 필터를 포함하는 흡음 바디, 및 복수의 현무암 섬유들이 직조된 현무암 직물(fabric)을 포함하고, 상기 흡음 바디의 상부면 및 하부면에 배치되는 외피를 포함하되, 상기 외피에는, 무기 바인더, 애쉬, 및 점토 분말을 포함하는 불연재가 코팅된 것을 포함할 수 있다. 이에 따라, 선박 엔진과 같이 고온의 환경에서의 안정성 및 흡음성이 향상된 불연성 흡음 구조체가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 불연성 흡음 구조체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 불연성 흡음 구조체의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 불연성 흡음 구조체의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 변형 예에 따른 불연성 흡음 구조체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예들 및 비교 예들에 따른 흡음재를 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시 예들 및 비교 예들에 따른 흡음재의 열적 안정성을 비교하는 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 필터를 촬영한 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 흡음 구조체를 촬영한 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 흡음 구조체가 포함하는 외피를 촬영한 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 흡음 구조체의 다양한 샘플들을 열처리한 상태를 촬영한 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 흡음 구조체의 다양한 샘플들의 흡음율을 나타내는 표이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다.
여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 불연성 흡음 구조체의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 불연성 흡음 구조체의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 불연성 흡음 구조체는, 흡음재(112, 114) 및 필터(120)를 포함하는 흡음 바디(100), 및 상기 흡음 바디(100)의 상부면 및 하부면에 배치되는 외피(210, 220)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 흡음 바디(100)는, 제1 흡음재(112), 제2 흡음재(114), 및 필터(120)를 포함할 수 있다. 상기 제1 흡음재(112) 및 상기 제2 흡음재(114)는 상기 흡음 바디(100)의 길이 방향으로 서로 대향하여 배치되고, 상기 필터(120)는 상기 제1 흡음재(112) 및 상기 제2 흡음재(114) 사이에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 흡음 바디(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이 원통 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 필터(120), 및 상기 외피(210, 220)는 원판 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 흡음 바디(100)는 육면체 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 필터(120), 및 상기 외피(210, 220)는 사각 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 흡음 바디(100), 상기 필터(120), 및 상기 외피(210, 220)의 형상은 제한되지 않는다.
상기 제1 흡음재(112) 및 상기 제2 흡음재(114)는 현무암 울(wool)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 울은, 복수의 현무암 단섬유로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 현무암 울은, 고온에서 녹인 현무암 용융물을 고속으로 회전하는 큐플러에 낙하시켜 제조된 현무암 단섬유로 이루어질 수 있다.
종래에는, 흡음재의 주요 재료로서 미네랄 울, 또는 글라스 울 등이 사용되었다. 미네랄 울, 또는 글라스 울 등이 사용된 종래의 흡음재의 경우, 흡음재의 비산현상이 빈번하게 발생되는 문제점이 있었다. 하지만, 상술된 바와 같이, 흡음재로의 주요 재료로서 현무암 울이 사용되는 경우, 비산현상이 해결될 수 있으며, 미네랄 울 또는 글라스 울 등이 사용된 종래의 흡음재와 비교하여 흡음 성능까지 향상될 수 있다. 또한, 종래의 흡음재와 비교하여 상대적으로 고주파 영역의 소음까지 흡음할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 상기 제2 흡음재(112, 114)는 현무암 울 100 wt%의 조성 및 53 kg/m3의 밀도를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 흡음재(112, 114)는, 높은 흡음성 뿐만 아니라 고온 환경에서의 높은 안정성까지 가질 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 및 제2 흡음재(112, 114)가 현무암 울 50 wt% 및 미네랄 울 50 wt%의 조성을 갖는 경우, 고온의 환경에서 부피가 팽창함으로, 선박 엔진과 같이 고온의 환경에서 사용되지 어려운 문제점이 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 흡음재(112, 114)가 현무암 울 100 wt%의 조성을 갖되, 53 kg/m3 이상의 밀도를 갖는 경우, 상기 제1 및 제2 흡음재(112, 114) 내의 기공율이 감소되어, 흡음성이 감소될 수 있다.
상기 필터(120)는, 상기 제1 및 제2 흡음재(112, 114)의 열화에 따른 미세입자들을 흡수할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 흡음재(112, 114)의 열화에 따른 미세입자들이, 상기 흡음 바디(100) 외부의 공기로 유출되는 현상을 방지할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 필터(120)는 다공성 세라믹 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 필터(120)는 활성탄을 포함할 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 외피(210, 220)는, 상기 흡음 바디(100)의 상부면 및 하부면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 흡음 바디(100)의 상부면에 제1 외피(210)가 배치될 수 있다. 반면, 상기 흡음 바디(100)의 하부면에 제2 외피(220)가 배치될 수 있다. 또한, 상기 불연성 흡음 구조체는, 상기 흡음 바디(100)의 외주면을 감싸는 외피(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 외피(210, 220)는 현무암 직물(fabric)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 직물은, 복수의 현무암 섬유들이 직조된 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 현무암 직물은, 현무암을 분쇄하고 용융시킨 후, 용융된 현무암을 방사하여 현무암 섬유를 제조하고, 제조된 현무암 섬유를 직조함으로써 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 현무암 직물은, 170g/m2의 무게를 가질 수 있다. 이와 달리, 상기 현무암 직물이, 170g/m2 이상의 무게를 갖는 경우, 흡음 성능이 감소될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 외피(210, 220)는 상기 현무암 직물이 단층(single-layer)구조로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 및 제2 외피(210, 220)가 상기 현무암 직물의 다층(multi-layer)구조로 이루어진 경우, 흡음 성능이 약간 상승되지만 큰 차이가 발생되지 않을 수 있다. 이에 따라, 경제적인 측면에서 상기 제1 및 제2 외피(210, 220)는 상기 현무암 직물이 단층(single-layer)구조로 이루어질 수 있다.
상기 제1 및 제2 외피(210, 220)에는, 무기 바인더, 애쉬, 및 점토 분말을 포함하는 불연재가 코팅될 수 있다. 이에 따라, 불연성 흡음 구조체는, 불연 특성이 향상될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 무기 바인더는, 실리카, 알칼리 금속 산화물 및 물을 포함할 수 있다. 상기 알칼리 금속 산화물은 나트륨(Na), 칼륨(K), 또는 리튬(Li) 산화물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 무기 바인더는 이산화 실리콘(SiO2) 및 산화 나트륨(Na2O)을 포함한 소듐 실리케이트(sodium silicate)일 수 있다. 예를 들어, 상기 점토 분말(300)은, 점토(clay), 고령토(kaolin), 카올라이트(kaolinite), 벤토나이트(bentonite), 제올라이트(zeolite), 몬모릴로나이트(montmolinonite), 나크라이트(nacrite), 딕카이트(dickite), 할로이사이트(holloysite), 또는 깁사이트(gibbsite) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 불연재를 상기 제1 및 제2 외피(210, 220)에 도포하기 전, 상기 제1 및 제2 외피(210, 220)에 전처리용 소스가 먼저 도포될 수 있다. 상기 전처리용 소스에 의해, 상기 불연재가 상기 제1 및 제2 외피(210, 220)에 용이하게 흡착될 수 있고, 이로 인해, 불연 코팅층이 균일한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 전처리용 소스는 알코올 또는 물일 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 외피(210, 220)에 상기 전처리용 소스를 제공하는 단계는, 초음파 진동자를 이용하여 상기 전처리용 소스를 액적 상태로 분무하는 단계, 및 분무된 액적 상태의 상기 전처리용 소스를 상기 제1 및 제2 외피(210, 220)에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 전처리용 소스가 상기 제1 및 제2 외피(210, 220)에 전체적으로 균일하게 제공될 수 있다.
일 변형 예에 따르면, 상기 불연재는, 상기 애쉬, 및 상기 점토 분말을 통해 제조된 내열성 입자를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 내열성 입자를 제조하는 단계는, 포트 밀(pot mill)에 상기 점토 분말을 제공한 후 1차 용매를 분사하면서 상기 포트 밀(pot mill)을 회전시켜 1차 입자를 제조하는 단계, 상기 1차 입자에 상기 애쉬 및 2차 용매를 분사하여 상기 내열성 입자를 제조하는 단계, 및 상기 내열성 입자를 열처리 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 1차 용매는 물일 수 있고 상기 2차 용매는 상기 무기 바인더일 수 있다. 이에 따라, 상기 내열성 입자는 상기 점토 분말 코어 및 상기 애쉬 쉘을 가질 수 있고, 상기 내열성 입자는 상기 불연재 내에 용이하게 균일하게 분산될 수 있다. 이로 인해, 불연 코팅층 내에 상기 내열성 입자가 균일하게 분산되어, 상기 제1 및 제2 외피(210, 220)의 내열성 및 불연성이 향상될 수 있다.
또한, 일 변형 예에 따르면, 상대적으로 크기가 큰 상기 내열성 입자를 포함하는 제1 불연재, 및 상대적으로 크기가 작은 상기 내열성 입자를 포함하는 제2 불연재가 준비되고, 상기 제1 및 제2 외피(210, 220)에 상기 제1 불연재 및 상기 제2 불연재가 순차적으로 도포될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 외피(210, 220)에 상대적으로 크기가 큰 상기 내열성 입자들이 제공된 이후, 상대적으로 크기가 작은 상기 내열성 입자들이 제공될 수 있다. 이에 따라, 표면이 매끄럽고 미관이 우수한 상기 제1 및 제2 외피(210, 220)가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 불연성 흡음 구조체는, 복수의 현무암 단섬유로 이루어진 현무암 울(wool)을 포함하는 상기 흡음재(112, 114) 및 다공성 구조를 갖는 상기 필터(120)를 포함하는 상기 흡음 바디(100), 및 복수의 현무암 섬유들이 직조된 현무암 직물(fabric)을 포함하고, 상기 흡음 바디(100)의 상부면 및 하부면에 배치되는 상기 외피(210, 220)를 포함하되, 상기 외피(210, 220)에는, 무기 바인더, 애쉬, 및 점토 분말을 포함하는 불연재가 코팅된 것을 포함할 수 있다. 이에 따라, 선박 엔진과 같이 고온의 환경에서의 안정성 및 흡음성이 향상된 불연성 흡음 구조체가 제공될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 불연성 흡음 구조체의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 불연성 흡음 구조체는, 흡음재(112, 114), 필터 구조체(130), 및 외피(210, 220)를 포함할 수 있다. 상기 흡음재(112, 114), 및 상기 외피(210, 220)는, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 상기 제1 실시 예에 따른 불연성 흡음 구조체가 포함하는 상기 흡음재(112, 114) 및 상기 외피(210, 220)와 같을 수 있다. 이에 따라, 구체적인 설명은 생략된다.
상기 필터 구조체(130)는, 제1 필터(131), 제2 필터(132), 및 세라믹 볼(133)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 필터(131)는, 상기 제1 흡음재(112)와 인접하도록 상기 제1 흡음재(112) 및 상기 제2 흡음재(114) 사이에 배치될 수 있다. 반면, 상기 제2 필터(132)는, 상기 제2 흡음재(112)와 인접하도록 상기 제1 흡음재(112) 및 상기 제2 흡음재(114) 사이에 배치될 수 있다.
상기 세라믹 볼(133)은 상기 제1 필터(131), 및 상기 제2 필터(132) 사이에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 필터(131) 및 상기 제2 필터(132) 사이에는 복수의 상기 세라믹 볼(133)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 필터(131) 및 상기 제2 필터(132) 사이에는 복수의 공극이 형성될 수 있다. 이로 인해, 상기 필터 구조체(130)는, 상기 제1 및 제2 흡음재(112, 114)의 열화에 따른 미세입자들을 흡수할 뿐만 아니라, 상기 불연성 흡음 구조체의 흡음성 또한 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 변형 예에 따른 불연성 흡음 구조체의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 변형 예에 따른 불연성 흡음 구조체는, 제1 내지 제3 흡음재(112, 114, 116), 제1 필터 구조체(130), 제2 필터 구조체(140), 및 외피(210, 220)를 포함할 수 있다. 상기 외피(210, 220)는, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 상기 제1 실시 예에 따른 불연성 흡음 구조체가 포함하는 상기 외피(210, 220)와 같을 수 있다. 이에 따라, 구체적인 설명은 생략된다.
상기 제3 흡음재(116), 상기 제1 필터 구조체(130), 상기 제2 흡음재(114), 상기 제2 필터 구조체(140), 및 상기 제1 흡음재(112)는, 순차적으로 적층된 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제3 흡음재(116) 및 상기 제2 흡음재(114) 사이에 상기 제1 필터 구조체(130)가 배치되고, 상기 제2 흡음재(114) 및 상기 제1 흡음재(112) 사이에 상기 제2 필터 구조체(140)가 배치될 수 있다.
상기 제1 필터 구조체(130)는, 제1 필터(131), 제2 필터(132), 및 제1 세라믹 볼(133)을 포함할 수 있다. 상기 제1 필터(131)는, 상기 제2 흡음재(114)와 인접하도록 상기 제2 흡음재(114) 및 상기 제3 흡음재(116) 사이에 배치될 수 있다. 반면, 상기 제2 필터(132)는, 상기 제3 흡음재(116)와 인접하도록 상기 제2 흡음재(114)와 상기 제3 흡음재(116) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 필터(131) 및 상기 제2 필터(132) 사이에는 복수의 상기 제1 세라믹 볼(133)이 배치될 수 있다.
상기 제2 필터 구조체(140)는, 제3 필터(141), 제4 필터(142), 및 제2 세라믹 볼(143)을 포함할 수 있다. 상기 제3 필터(141)는 상기 제1 흡음재(112)와 인접하도록 상기 제1 흡음재(112) 및 상기 제2 흡음재(114) 사이에 배치될 수 있다. 반면, 상기 제4 필터(142)는 상기 제2 흡음재(114)와 인접하도록 상기 제1 흡음재(112) 및 상기 제2 흡음재(114) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제3 필터(141) 및 상기 제4 필터(142) 사이에는 복수의 상기 제2 세라믹 볼(143)이 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 세라믹 볼(133) 및 상기 제2 세라믹 볼(143)은 크기가 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 필터(131) 및 상기 제2 필터(132) 사이의 기공율은 상기 제3 필터(141) 및 상기 제2 필터(142) 사이의 기공율과 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 세라믹 볼(133)은 상기 제2 세라믹 볼(143) 보다 크기가 클 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 필터(131) 및 상기 제2 필터(132) 사이의 기공율은 상기 제3 필터(141) 및 상기 제2 필터(142) 사이의 기공율 보다 클 수 있다.
이로 인해, 상기 불연성 흡음 구조체는, 상기 제1 필터 구조체(130) 및 상기 제2 필터 구조체(140)로 인하여, 저주파 영역의 흡음 성능 및 고주파 영역의 흡음 성능이 향상될 수 있다. 구체적으로, 예를 들어, 기공율이 상대적으로 큰 상기 제1 필터 구조체(130)에 의하여 고주파 영역의 흡음 성능이 향상될 뿐만 아니라, 기공율이 상대적으로 작은 상기 제2 필터 구조체(140)에 의하여 저주파 영역의 흡음 성능 또한 향상될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예들 및 변형 예에 따른 불연성 흡음 구조체가 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 불연성 흡음 구조체의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예 1에 따른 흡음재 준비
현무암 울 100 wt%의 조성을 갖고, 밀도가 104.4 kg/cm3인 흡음재가 준비된다.
실시 예 2에 따른 흡음재 준비
현무암 울 100 wt%의 조성을 갖고, 밀도가 53.0 kg/cm3인 흡음재가 준비된다.
실시 예 3에 따른 흡음재 준비
현무암 울 50 wt% 및 미네랄 울 50 wt%의 조성을 갖고, 밀도가 61.25 kg/cm3인 흡음재가 준비된다.
비교 예 1에 따른 흡음재 준비
미네랄 울로 제조되고, 밀도가 60 kg/cm3인 흡음재가 준비된다.
비교 예 2에 따른 흡음재 준비
글라스 울로 제조되고, 밀도가 36.8 kg/cm3인 흡음재가 준비된다.
상기 실시 예들 및 비교 예들에 따른 흡음재의 조성 및 밀도가 아래의 <표 1>을 통해 정리된다.
구분 조성 밀도
실시 예 1 현무암 울 104.4 kg/cm3
실시 예 2 현무암 울 53.0 kg/cm3
실시 예 3 현무암 울 + 미네랄 울 61.25 kg/cm3
비교 예 1 미네랄 울 60 kg/cm3
비교 예 2 글라스 울 36.8 kg/cm3
도 5는 본 발명의 실시 예들 및 비교 예들에 따른 흡음재를 촬영한 사진이다.
도 5를 참조하면, 상기 실시 예 2에 따른 흡음재(RW-60), 실시 예 3에 따른 흡음재(BW), 비교 예 1에 따른 흡음재(MW), 및 비교 예 2에 따른 흡음재(GW)를 촬영한 사진을 나타낸다. 도 5에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예들 및 비교 예들에 따른 흡음재들은 모두 울(wool)로 형성된 것을 확인할 수 있었다.
도 6은 본 발명의 실시 예들 및 비교 예들에 따른 흡음재의 열적 안정성을 비교하는 사진이다.
도 6을 참조하면, 상기 실시 예들 및 비교 예들에 따른 흡음재를 준비한 후, 각각의 흡음재를 열처리하고, 열처리된 흡음재를 촬영한 사진을 나타낸다. 구체적으로, 도 6의 (a)는 열처리되기 전 상태를 나타내고, 도 6의 (b)는 400℃의 온도에서 3일 열처리 후 상태를 나타내고, 도 6의 (c)는 400℃의 온도에서 5일 열처리 후 상태를 나타내고, 도 6의 (d)는 400℃의 온도에서 7일 열처리 후 상태를 나타낸다. 또한, 400℃의 온도에서 3일 열처리 후 상태 및 400℃의 온도에서 7일 열처리 후 상태의 물성 변화를 측정하였고, 그 결과는 아래의 <표 2>를 통해 정리된다.
구분 400℃에서 3일 열처리 후 물성 400℃에서 7일 열처리 후 물성
처리 전
울 높이		 처리 후
울 높이		 감 량 수축 및
팽 창		 처리 전
울 높이		 처리 후
울 높이		 감 량 수축 및
팽 창
실시 예 3 5 cm 5.50 2.61 + 10.0 5 cm 5.55 2.86 + 11.0
비교 예 1 5 cm 6.4 1.82 + 28.0 5 cm 6.5 2.08 + 30.0
비교 예 2 5 cm 4.3 4.83 -14.0 5 cm 4.4 5.22 - 12.0
실시 예 1 5 cm 4.5 4.13 -10.0 5 cm 4.5 4.31 - 10.0
실시 예 2 5 cm 5.0 2.14 0 5 cm 5.0 2.33 0
흡음재의 경우, 밀도가 낮아짐에 따라 기공율이 증가하여 흡음 성능이 향상될 수 있다. <표 1>에서 확인할 수 있듯이, 비교 예 2에 따른 흡음재는 다른 흡음재들 보다 낮은 밀도를 갖고 있다. 하지만, 비교 예 2에 따른 흡음재의 경우, <표 2>에서 확인된 바와 같이 고온의 환경에서 수축이 발생되므로, 고온의 환경에서의 흡음재로서 적합하지 않을 수 있다.
반면, 상기 실시 예 2에 따른 흡음재는 400℃ 3일 처리 후 및 400℃ 7일 처리 후에서 팽창율 및 수축율의 변화가 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예 2에 따른 흡음재는 고온의 환경에서도 높은 안정성을 갖는 것을 알 수 있었다.
실시 예 1 내지 4에 따른 필터 준비
활성탄을 포함하지 않는 다공성 세라믹 필터가 준비된다.
상기 실시 예 1 내지 4에 따른 필터의 구체적인 물성이 아래의 <표 3>을 통해 정리된다.
구 분 소성무게
(W1)		 수중무게
(W2)		 흡수무게
(W3)		 흡수율(%) 겉보기
기공율(%)		 비 고
실시 예 1 5.5203 3.34 8.4355 52.81 57.21 o Firing
Temp.
1,000℃
o 승온속도
5℃/min.
1 hrs.
유지
실시 예 2 5.5565 3.34 8.5262 53.45 57.26
실시 예 3 4.7253 2.84 7.1144 50.56 55.89
실시 예 4 5.5194 3.32 8.5358 54.65 57.83
실시 예 5 내지 8에 따른 필터 준비
활성탄을 포함하는 다공성 세라믹 필터가 준비된다.
상기 실시 예 5 내지 8에 따른 필터의 구체적인 물성이 아래의 <표 4>를 통해 정리된다.
구 분 소성무게
(W1)		 수중무게
(W2)		 흡수무게
(W3)		 흡수율(%) 겉보기
기공율(%)		 비 고
실시 예 5 4.7997 2.62 8.5804 78.84 63.45 o Firing
Temp.
1,080℃
o 승온속도
5℃/min.
1 hrs.
유지
실시 예 6 4.7837 2.59 8.4340 76.31 62.46
실시 예 7 5.0614 2.75 8.8667 75.18 62.21
실시 예 8 4.7504 2.58 8.3106 74.95 62.57
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 필터를 촬영한 사진이다.
도 7을 참조하면, 상기 실시 예 1 내지 실시 예 8에 따른 필터를 촬영한 사진을 나타낸다. 또한, 상기 실시 예 1 내지 실시 예 8에 따른 필터의 흡음율을 측정하였고, 그 결과는 아래의 <표 5>를 통해 정리된다.
1/3 Octave Center Freq 실시 예 1 실시 예 2 실시 예 3 실시 예 4 실시 예 5 실시 예 6 실시 예 7 실시 예 8
100 0.074 0.077 0.065 0.054 0.091 0.087 0.061 0.076
125 0.094 0.106 0.090 0.088 0.120 0.108 0.095 0.094
160 0.136 0.153 0.145 0.129 0.177 0.160 0.149 0.139
200 0.186 0.209 0.208 0.180 0.251 0.231 0.213 0.196
250 0.246 0.288 0.298 0.254 0.346 0.327 0.296 0.270
315 0.333 0.389 0.425 0.358 0.469 0.459 0.403 0.365
400 0.477 0.498 0.564 0.491 0.594 0.607 0.514 0.505
500 0.589 0.586 0.712 0.593 0.672 0.721 0.580 0.635
630 0.783 0.691 0.810 0.758 0.705 0.783 0.729 0.752
800 0.897 0.717 0.851 0.837 0.679 0.757 0.794 0.862
1000 0.906 0.800 0.782 0.785 0.713 0.769 0.772 0.883
1250 0.864 0.715 0.713 0.715 0.730 0.706 0.773 0.817
1600 0.782 0.687 0.604 0.654 0.697 0.621 0.775 0.762
2000 0.778 0.749 0.616 0.687 0.818 0.682 0.877 0.799
2500 0.950 0.938 0.863 0.910 0.971 0.910 0.980 0.937
3150 0.915 0.920 0.817 0.830 0.873 0.879 0.922 0.915
4000 0.753 0.728 0.672 0.717 0.757 0.714 0.751 0.737
산술평균 0.63 0.61 0.6 0.58 0.64 0.62 0.63 0.65
실시 예에 따른 불연성 흡음 구조체 제조
도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 구조의 흡음 구조체를 제조하였다. 구체적으로, 제1 및 제2 흡음재로서는, 상기 실시 예 2 및 실시 예 3에 따른 흡음재를 사용하였고, 외피로서는 170g/m2 및 6000g/m2의 무게를 갖는 현무암 직물이 사용되었다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 흡음 구조체를 촬영한 사진이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 흡음 구조체가 포함하는 외피를 촬영한 사진이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 흡음 구조체를 준비하되, 제1 및 제2 흡음재를 원통 형상으로 제조하였고, 도 8의 (b)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 흡음 구조체를 준비하되, 제1 및 제2 흡음재를 육면체 형상으로 제조하였다. 도 8의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 흡음 구조체는 다양한 형상으로 제조될 수 있음을 확인할 수 있었다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 흡음 구조체가 포함하는 외피를 촬영한 사진이다.
도 9의 (a)를 참조하면, 상기 외피에 불연재를 코팅하기 전 상태를 촬영하여 나타내고, 도 9의 (b)를 참조하면, 상기 외피에 불연재를 코팅한 후 상태를 촬영하여 나타낸다. 도 9의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 상기 외피에 불연재의 코팅이 잘 이루어졌음을 확인할 수 있다.
또한, 상기 실시 예에 따른 흡음 구조체의 다양한 샘플을 준비한 후, 준비된 샘플에 대해 500℃의 온도에서 1시간 동안 열처리하고, 열처리 전 상태와 열처리 후 상태의 물성 변화를 측정하였다. 측정 결과는 아래의 <표 6>을 통해 정리된다.
Sample 열처리 전 (500℃, 1hr) 열처리 후 (500℃, 1hr) 감량
(%)
M(g) V
(πr2*h)		 h(mm) (높이) ρ(밀도)
g/cm3 		M(g) V
(πr2*h)		 h(mm) (높이) ρ(밀도)
g/cm3
Raw - BW 7.9006 79.521 50 0.09935 7.7194 83.688 51.02 0.09224 2.29
RW 8.3274 79.521 50 0.10472 7.8324 80.186 50.53 0.09768 5.94
170 1층 BW 12.2614 79.521 50 0.15419 12.0299 81.219 50.46 0.14812 1.89
RW 12.2567 78.933 49.17 0.15528 11.7353 79.140 49.96 0.14829 4.25
2층 BW 19.8040 79.522 50 0.24904 19.4096 81.984 50.89 0.23675 1.99
RW 21.9566 101.999 55.9 0.21526 20.9606 104.003 56.11 0.20154 4.54
600 1층 BW 18.9031 72.249 45.63 0.26164 18.6179 75.726 46.45 0.24856 1.51
RW 19.7340 84.851 52.81 0.23257 19.2910 88.523 54.30 0.21792 2.24
2층 BW 31.1504 85.560 53.04 0.36408 30.6290 89.573 55.21 0.34194 1.67
RW 27.6615 94.261 55.22 0.29346 26.6024 95.517 55.86 0.27851 3.83
샘플(Sample)에서 Raw, 170, 및 600은 외피의 특성을 나타낸다. 구체적으로, Raw는 외피가 적용되지 않은 상태를 나타내고, 170은 현무암 직물의 무게가 170g/m2인 것을 나타내고, 600은 현무암 직물의 무게가 600g/m2인 것을 나타낸다.
또한, 샘플에서 1층 및 2층은, 외피를 구성하는 현무암 직물의 구조를 나타낸다. 구체적으로 1층은 현무암 직물이 단층(single layer)로 이루어진 것을 나타내고, 2층은 현무암 직물이 두개의 층이 적층(double layer)된 것을 나타낸다.
또한, 샘플에서 BW 및 RW는, 제1 및 제2 흡음재를 나타낸다. 구체적으로, BW는 상기 실시 예 3(현무암 울 50 wt% + 미네랄 울 50 wt%, 밀도 61.25 kg/cm3)을 나타내고, RW는 상기 실시 예 2(현무암 울 100 wt%, 밀도 53.0 kg/cm3)을 나타낸다.
<표 6>에서 확인할 수 있듯이, 샘플들이 열처리되는 경우, 감량으로 인해 밀도가 약간 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 상술된 바와 같이, 밀도가 작을수록 흡음 성능은 향상될 수 있다. 하지만, 열처리에 따른 밀도의 변화가 크지 않은 것으로 보아, 상기 실시 예에 따른 흡음 구조체는, 열처리되지 않은 상태로 사용하는 것이 경제적인 측면에서 효율적임을 알 수 있었다. 또한, 외피는 170g/m2의 무게를 갖는 현무암 직물을 사용하고, 현무암 직물을 단층(single layer)으로 구성함에 따라 흡음 성능을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 흡음 구조체의 다양한 샘플들을 열처리한 상태를 촬영한 사진이고, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 흡음 구조체의 다양한 샘플들의 흡음율을 나타내는 표이다.
도 10을 참조하면, 도 9에서 설명된 샘플들에 대해 500℃의 온도에서 1시간 동안 열처리한 후, 열처리된 상태를 촬영하여 나타낸다. 도 11을 참조하면, 도 9에서 설명된 샘플들에 대해 500℃의 온도에서 1시간 동안 열처리하고, 열처리되기 전 상태의 흡음율과 열처리된 상태의 흡음율을 나타낸다. 도 9에서 설명되지 않은 Test#은 열처리된 상태의 흡음율을 1차적으로 측정하고, 다시 한번 열처리한 후의 흡음율을 측정한 결과를 나타낸다.
도 10 및 도 11에서 확인할 수 있듯이, 제1 및 제2 흡음재로서 상기 실시 예 3(현무암 울 50 wt% + 미네랄 울 50 wt%, 밀도 61.25 kg/cm3)에 따른 흡음재가 사용되는 경우, 상기 실시 예 2(현무암 울 100 wt%, 밀도 53.0 kg/cm3)에 따른 흡음재가 사용된 경우보다 흡음 성능이 약간 높은 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 상기 실시 예 2에 따른 흡음재의 경우, 상기 실시 예 3에 따른 흡음재 보다 내열성이 높고 친환경적인 특성을 가짐으로, 선박 엔진의 소음기에 적용되는 흡음재로서 상기 실시 예 3에 따른 흡음재가 상기 실시 예 2에 따른 흡음재 보다 적합한 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 흡음 바디
112, 114, 116: 제1 내지 제3 흡음재
120: 필터
130, 140: 제1 및 제2 필터 구조체
210, 220: 제1 및 제2 외피

Claims (5)

  1. 복수의 현무암 단섬유로 이루어진 현무암 울(wool)을 포함하는 흡음재, 및 다공성 구조를 갖는 필터를 포함하는 흡음 바디; 및
    복수의 현무암 섬유들이 직조된 현무암 직물(fabric)을 포함하고, 상기 흡음 바디의 상부면 및 하부면에 배치되는 외피를 포함하되,
    상기 외피에는, 무기 바인더, 애쉬, 및 점토 분말을 포함하는 불연재가 코팅되고,
    상기 필터는, 제1 필터, 제2 필터, 및 상기 제1 필터와 상기 제2 필터 사이에 배치되는 세라믹 볼을 포함하며,
    상기 필터는, 상기 흡음재의 열화에 따른 미세입자들을 흡수하는 것을 포함하는 불연성 흡음 구조체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 흡음재는, 상기 흡음 바디의 상부면에 배치된 상기 외피와 인접하도록 배치되는 제1 흡음재, 및 상기 흡음 바디의 하부면에 배치된 상기 외피와 인접하도록 배치되는 제2 흡음재를 포함하고,
    상기 필터는, 상기 제1 흡음재 및 상기 제2 흡음재 사이에 배치되는 것을 포함하는 불연성 흡음 구조체.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 필터는 상기 제1 흡음재와 인접하도록 상기 제1 흡음재 및 상기 제2 흡음재 사이에 배치되고, 상기 제2 필터는 상기 제2 흡음재와 인접하도록 상기 제1 흡음재 및 상기 제2 흡음재 사이에 배치되며,
    상기 세라믹 볼은 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 사이에 배치되는 것을 포함하는 불연성 흡음 구조체.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 흡음재는, 현무암 울 100 wt%의 조성, 및 53 kg/m3의 밀도를 갖는 불연성 흡음 구조체.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 현무암 직물은 170g/m2의 무게를 갖고, 상기 외피는 상기 현무암 직물이 단층(single layer)로 이루어진 것을 포함하는 불연성 흡음 구조체.
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