KR102486995B1 - 소음 저감 연결 배관 - Google Patents

Abstract

배기가스를 배출하는 배기관에 연결되어 배기가스 배출 시 외부로 전달되는 배기소음을 효과적으로 줄일 수 있는 소음 저감 연결 배관이 제공된다. 배기가스가 배출되는 배기관에 설치되어 배기소음을 저감시키는 소음 저감 연결 배관에 있어서, 양단부가 개구된 통형상으로 형성되어 일단부는 대기 중으로 개구된 배기가스의 토출구를 형성하고 타단부는 배기관의 끝단부에 연결되는 연결배관과, 토출구와 중첩되어 토출구의 단면을 면적이 축소된 복수 개의 분할면으로 분할하고, 적어도 일부가 연결배관의 내측으로 연결배관의 길이방향을 따라 삽입되어 연결배관 내측의 공간을 복수 개의 분할면과 각각 연통되는 복수 개의 독립공간으로 구획하는 적어도 하나의 토출구 분할구조체를 포함하며, 토출구로부터 하우징 내측으로 반사되는 배기음의 반사파를 증가시키는 것을 특징으로 한다.

Description

소음 저감 연결 배관 {Noise reduction connection pipe}

본 발명은 소음 저감 연결 배관에 관한 것으로서, 배기가스를 배출하는 배기관에 연결되어 배기가스 배출 시 외부로 전달되는 배기소음을 효과적으로 줄일 수 있는 소음 저감 연결 배관에 관한 것이다.

내연기관은 연료를 연소하여 동력을 발생시키며 내연기관으로부터 얻은 동력으로 다양한 기계들이 작동한다. 산업 전반에서 내연기관은 다양한 기계장치들을 동작시키는 동력원으로써 매우 광범위하게 사용된다.

연료가 연소되면 배기가스와 같은 부산물이 함께 생성되므로 내연기관이 구동될 때 이를 적절히 처리해 줄 필요가 있다. 배기가스는 다양한 오염물질을 포함하고 있으며 이를 제거한 후에는 대기 중으로 배출하게 된다.

이때 배기가스는 배기관을 통해 배출되는데 배기관 내 배기가스의 규칙적 또는 불규칙적 유동으로 배기소음이 함께 전달되는 문제가 발생할 수 있다. 특히 엔진과 연결된 배기관은 엔진 구동에 따라 발생하는 배기음의 주된 전달경로가 되며 선박처럼 용량이 큰 대형 엔진을 하나 또는 그 이상 사용하는 경우에는 배기관을 통한 배기소음의 전파와 방사는 매우 큰 문제가 된다.

이로 인해 종래에는, 배기관 중간에 사일렌서(silencer)와 같은 소음 제거용 장비를 부가하여 사용하는 경우가 많았다(예, 대한민국실용신안 20-0443513등). 사일렌서는 배기관 중간에 결합하여 사용하는 구조물로 확장된 관로와 같은 형태로 형성될 수 있으며 내부에는 흡음재 등이 설치될 수 있다.

그러나 최근 보다 엄격한 소음기준이 적용됨에 따라서 종래의 사일렌서와 같은 장비만으로는 이를 만족시키기 어렵게 되었다. 예를 들어 사일렌서를 사용하더라도 배기소음 중 일부 대역만이 제거되어 문제가 될 수 있으며, 배기소음의 제거음역을 확대하고 제거효율을 증가시키려 하는 경우에는, 사일렌서의 체적이 커져 장치가 비대해지고 구조적으로 부적절한 문제 등이 발생할 수 있다. 그러나 이러한 문제에 대한 적절한 해결책은 아직 제시되지 못하고 있다.

대한민국 등록실용신안 제20-0443513호, (2009. 02. 19)

본 발명의 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 발명은 배기가스를 배출하는 배기관에 연결되어 배기가스 배출 시 외부로 전달되는 배기소음을 효과적으로 줄일 수 있는 소음 저감 연결 배관을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 소음 저감 연결 배관은, 배기가스가 배출되는 배기관에 설치되어 배기소음을 저감시키는 소음 저감 연결 배관에 있어서, 양단부가 개구된 통형상으로 형성되어 일단부는 대기 중으로 개구된 상기 배기가스의 토출구를 형성하고 타단부는 상기 배기관의 끝단부에 연결되는 연결배관과, 상기 토출구와 중첩되어 상기 토출구의 단면을 면적이 축소된 복수 개의 분할면으로 분할하고, 적어도 일부가 상기 연결배관의 내측으로 상기 연결배관의 길이방향을 따라 삽입되어 상기 연결배관 내측의 공간을 복수 개의 분할면과 각각 연통되는 복수 개의 독립공간으로 구획하는 적어도 하나의 토출구 분할구조체를 포함하며, 상기 토출구로부터 상기 하우징 내측으로 반사되는 배기음의 반사파를 증가시키는 것을 특징으로 한다.

상기 토출구 분할구조체는 상기 연결배관의 길이방향을 따라 연장형성되어 상기 연결배관의 외부로 노출된 적어도 일부분이 상기 배기관 내부에 삽입배치될 수 있다.

상기 연장배관과 상기 배기관은 서로 마주하는 끝단부에 플랜지가 각각 형성되고, 상기 연장배관은 상기 배기관과 플랜지 결합되어 연결될 수 있다.

상기 토출구 분할구조체의 길이는 상기 엔진의 배기음 파장의 1/4 파장 이상으로 형성될 수 있다.

상기 연결배관은 상기 토출구 분할구조체가 배치된 타단부의 직경이 상기 토출구를 향해 확대되지 않을 수 있다.

상기 토출구 분할구조체는 상기 연결배관의 길이방향으로 연장되어 상기 연결배관 내측으로 삽입되는 적어도 하나의 평면판을 포함할 수 있다.

상기 평면판은 복수 개로 형성되며 적어도 어느 하나가 다른 하나와 서로 다른 각도로 교차되어 배치될 수 있다.

상기 토출구 분할구조체는 상기 연결배관의 길이방향으로 연장되어 상기 연결배관 내측에 삽입되는 적어도 하나의 곡면판을 포함하여 형성될 수 있다.

상기 곡면판은 직경이 다른 복수 개의 원통판으로 형성되며 곡률이 작은 측이 곡률이 큰 측의 바깥쪽에 동심원 상으로 배치될 수 있다.

상기 곡면판은 직경이 동일한 복수 개의 원통판이 외주면끼리 접하게 배치될 수 있다.

상기 토출구 분할구조체, 및 상기 토출구 분할구조체 둘레의 상기 연결배관 중 적어도 어느 하나에 형성되어 상기 배기음의 반사파보다 높은 음역대의 음파를 흡수하여 제거하는 흡음부를 더 포함할 수 있다.

상기 토출구 분할구조체는, 상기 연결배관의 길이방향으로 접철 가능하게 결합된 제1구조체와 제2구조체를 포함하여, 상기 제1구조체와 상기 제2구조체의 접철된 정도에 따라서 전체 길이가 변경될 수 있다.

상기 연결배관의 타단부에 서로 높이가 다른 제1단과 제2단을 포함하는 단차가 형성되고, 상기 토출구 분할구조체는, 상기 제1단과 상기 제2단의 사이에 배치되어 상기 토출구를 상기 제1단에 대응하는 위치의 제1출구와 상기 제2단에 대응하는 위치의 제2출구로 구획할 수 있다.

본 발명의 소음 저감 연결 배관은, 기존에 설치되어 있는 배기관의 끝단부에 연결되어 배기관으로부터 외부로 방사되는 배기소음을 매우 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 소음 저감 연결 배관은 간단한 설치구조로 인해 배기가스가 배출되는 배기관의 끝단부에 손쉽게 설치 및 분리가능하며, 간결한 구조로 향상된 배기소음 저감효과를 얻을 수 있다. 특히, 소음 저감 연결 배관은 종래에 제거하기 어려웠던 음역대의 소음도 효과적으로 제거할 수 있어 강화된 소음 기준도 훌륭히 충족시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 소음 저감 연결 배관의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 연장된 토출구 분할구조체를 형성하는 소음 저감 연결 배관의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 소음 저감 연결배관이 엔진에 연결된 배기관에 설치되는 구조를 예시한 도면이다.
도 4는 도 1의 소음 저감 연결 배관의 소음 저감 원리를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 소음 저감 연결 배관의 제1 변형례를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1의 소음 저감 연결 배관의 제2 변형레를 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 10은 도 1의 소음 저감 연결 배관의 토출구 분할구조체의 여러 가지 배치구조를 예시한 도면들이다.
도 11은 도 1의 소음 저감 연결 배관의 제3 변형례를 도시한 도면이다.
도 12는 도 1의 소음 저감 연결 배관의 제4 변형례를 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 소음 저감 연결 배관에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 소음 저감 연결 배관의 사시도이고, 도 2는 연장된 토출구 분할구조체를 형성하는 소음 저감 연결 배관의 사시도이고, 도 3은 소음 저감 연결 배관이 엔진이 연결된 배기관에 설치되는 구조를 예시한 도면이며, 도 4는 도 1의 소음 저감 연결 배관의 소음저감원리를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 소음 저감 연결 배관(1)은 엔진(2)에서 생성되는 배기가스를 연결 받는 배기관(5)에 연결되어 외부로 방사되는 배기소음을 저감시킨다. 구체적으로, 소음 저감 연결 배관(10)은 양단부가 개구된 원통형상의 연결배관(10)이 엔진(2)으로부터 생성된 배기가스를 배출하는 배기관(5)의 최후단에 연결되어 배기관(5)으로부터 배기가스를 전달받아 배기소음을 저감시킬 수 있다. 특히, 소음 저감 연결 배관(1)은 일단부가 배기관(5)에 연결되고, 대기 중으로 개구되어 배기가스를 토출하는 토출구(11) 측에 토출구(11)의 단면을 분할하는 토출구 분할구조체(20)를 형성하여 외부로 방사되는 배기소음을 매우 효과적으로 제거할 수 있다. 즉, 소음 저감 연결 배관(1)은 파이프 형태의 연결배관(10)과, 연결배관(10) 내측에 배치되는 토출구 분할구조체(20)를 포함하며, 일단부가 배기소음을 배출하는 배기관(5)에 연결되어 배기소음을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

본 발명의 배기가스가 배출되는 배기관(5)에 설치되어 배기소음을 저감시키는 소음 저감 연결 배관(1)은, 양단부가 개구된 통형상으로 형성되어 일단부는 대기중으로 개구된 배기가스의 토출구(11)를 형성하고 타단부는 배기관(5)의 끝단부에 연결되는 연결배관(10)과, 토출구(11)와 중첩되어 토출구(11)의 단면을 면적이 축소된 복수 개의 분할면(11a)으로 분할하고, 적어도 일부가 연결배관(10)의 내측으로 연결배관(10)의 길이방향을 따라 삽입되어 연결배관(10) 내측의 공간을 복수 개의 분할면(11a)과 각각 연통되는 복수 개의 독립공간으로 구획하는 적어도 하나의 토출구 분할구조체(20)를 포함하며, 토출구(11)로부터 연결배관(10) 내측으로 반사되는 배기음의 반사파를 증가시키는 것을 특징으로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 소음 저감 연결 배관(1)은 연결배관(10)과 토출구 분할구조체(20)가 결합된 구조로 형성된다.

연결배관(10)은 배기관(5)에 연결되어 엔진(2)에서 생성되는 배기가스를 배기관(5)으로부터 공급받아 대기 중으로 배출하는 속이 빈 가늘고 긴 통형상의 관으로 형성된다. 통형상이라 함은, 단면이 원형, 타원형, 다각형 형상으로 형성되어 양단부가 개구된 형상을 의미하며, 양단부가 개구된 다면체 형상을 모두 포함할 수 있다. 연결배관(10)은 횡단면이 원형, 타원형, 다각형 등과 같은 다양한 형상으로 형성되고 양단부가 개구되도록 형성될 수 있으며, 직경이 다양하게 변경되어 형성될 수 있다. 연결배관(10)은 일단부가 배기가스를 배출하는 배기관(5)의 끝단부와 연통되도록 연결되고 타단부가 대기 중으로 개구된 배기가스의 토출구(11)를 형성한다. 연결배관(10)의 길이는 토출구 분할구조체(20)가 토출구(11)로부터 내측으로 삽입된 길이와 동일하게 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 길거나 짧게 형성될 수 있다. 연결배관(10)은 배기관(5)과 서로 마주하는 끝단부에 각각 플랜지가 형성되어 서로 플랜지 결합되어 연결될 수 있다. 연결배관(10)은 플랜지에 의해 배기관(5)과 연결 및 분리될 수 있으며, 플랜지 이외의 다른 연결수단에 의해 배기관(5)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 연결배관(10)은 볼팅, 용접, 끼움 결합 등과 같이 배기관(5)과 연결될 수 있는 다양한 방법을 통해 배기관(5)의 끝단부와 연결될 수 있다. 연결배관(10)은 배기관(5)에 연결되어 일단부로는 배기가스를 공급받으며 타단부에는 대기중으로 개구된 배기가스의 토출구(11)가 형성된다. 토출구(11)는 연결배관(10) 타단부의 내부공간을 형성하는 것으로, 배기가스가 배출되는 연결배관(10)의 끝단부를 의미한다. 토출구(11)의 단면(본 형태에서는 배기관(5)의 횡단면과 동일할 수 있다)은 연결배관(10)의 형상에 대응하여 원형으로 형성될 수 있으나, 연결배관(10)의 형상이 바뀌는 경우 그에 따라 다른 형상으로 변경되는 것도 가능하다. 예를 들어, 토출구(11)의 횡단면은 연결배관(10)이 원형, 타원형, 다각형 등으로 형성될 경우, 연결배관(10)의 형상에 따라 원형, 타원형, 다각형 등으로 변경될 수 있다. 토출구 분할구조체(20)에 의해 분할 형성된 토출구(11)의 단면 상의 분할면(11a-각 도에서 필요에 따라 강조를 위해 빗금을 사용하여 표시한 경우가 있으나 이는 빈 공간이다)들은 토출구 분할구조체(20)의 형상이나 구조에 따라서 여러 가지 다양한 형태를 가질 수 있다. 즉, 연결배관(10)의 토출구(11)는 단면이 토출구 분할구조체(20)에 의해 매우 다양한 형태로 분할될 수 있으며, 내측에 토출구 분할구조체(20)가 배치되어 배기소음을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

토출구 분할구조체(20)는 연결배관(10) 내측에 배치되어 배기관(5)으로부터 배출되는 배기소음을 저감시키기 위해 연결배관(10)의 토출구(11)에 중첩되어 토출구(11)의 단면을 면적이 축소된 복수 개의 분할면(11a)으로 분할한다. 토출구 분할구조체(20)는 연결배관(10)의 내측으로 삽입되는 형태로 배치될 수 있으며, 필요에 따라서 배기관(5)과 연결되는 일단부의 밖으로 일부 돌출되거나, 토출구(11)의 밖으로 일부 돌출될 수 있으며, 토출구(11)의 안쪽으로 일부 인입되어 있을 수 있다. 토출구 분할구조체(20)는 도면에 도시된 바와 같이, 연결배관(10)의 내측에 배치되는 것을 예로 들어 설명하며, 토출구(11)의 단면을 면적이 작은 복수 개의 분할면(11a)으로 축소하여 분할할 수 있다. 토출구 분할구조체(20)가 토출구(11)에 중첩된다는 의미는 연결배관(10)의 길이방향으로 바라보았을 때 토출구(11)가 형성하는 공간과 토출구 분할구조체(20)의 위치가 서로 겹쳐있는 것을 말하며 이러한 한도 내에서 토출구 분할구조체(20)는 토출구(11)의 단면을 복수의 축소된 분할면(11a)으로 분할시킬 수 있다. 토출구 분할구조체(20)는 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 평면판(도 7의 201참조)이 수직으로 교차된 형태 등으로 형성될 수 있으며, 그에 따라 토출구(11)의 단면을 서로 동일한 형상과 면적을 갖는 4개의 분할면(11a)으로 분할할 수 있다. 이때, 토출구 분할구조체(20)는 길이(L)가 소음원인 엔진(2)의 배기음 파장의 1/4 파장 이상의 길이를 갖도록 형성된다. 이러한 구성은 토출구(11) 말단에서 배기관(5) 본체의 내측으로 향하는 배기음의 반사파를 증가시켜 배기소음을 감소시키기 위한 것으로, 본 발명의 발명자들은 음향반사의 원리, 토출구(11)에서의 압력변화, 소음원인 엔진(2)이 만들어내는 배기음의 파장 등을 복합적으로 고려한 다양한 실험을 통해서 이러한 토출구 분할구조체(20)를 이용하여 토출구(11)를 분할하는 경우에 배기음의 반사파를 증가시켜 배기소음을 크게 저감시킬 수 있음을 확인하였다. 또한, 이와 같은 본 발명으로 종래의 소음기(4) 등으로 제거하기 곤란하였던 저주파 대역의 엔진(2) 배기음 감소에 상당한 효과가 있는 것도 확인하였다. 토출구 분할구조체(20)의 길이는 엔진(2) 배기음이 달라지는 경우 상기한 조건을 충족시키는 한도 내에서 변경될 수 있으며, 소음원이 동일한 경우라도 1/4파장 이상의 길이로 증가시키며 배기소음의 저감효과를 조정할 수 있다. 토출구 분할구조체(20)는 연결배관(10)과 용접, 볼팅, 끼움 결합 등의 여러 가지 다양한 방식으로 결합될 수 있으며 필요한 경우 위치를 유지하기 위해 연결배관(10)과 토출구 분할구조체(20) 사이에 지지대 등이 형성될 수 있다. 지지대와 같은 부가적인 구조는 본 발명에서는 구체적인 도시를 생략하였고 필요한 경우에는 해당 부분에서 언급하기로 한다.

한편, 토출구 분할구조체(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 연결배관(10)의 길이와 동일하게 형성되어 연결배관(10)의 내측에 완전하게 삽입배치될 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 적어도 일부가 배기관(5)과 연결되는 일단부의 외측으로 연장형성되어 배기관(5)의 내측에 삽입배치될 수도 있다.

연결배관(10)의 길이방향을 따라 연장형성되어 적어도 일부가 연결배관(10)의 외부로 노출되도록 배치될 수도 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 토출구 분할구조체(20)는 일방향을 향하여 연장형성되어 연결배관(10)의 외부로 노출된다. 이때, 일방향은, 배기관(5)과 연결되는 연결배관(10)의 일단부를 의미한다. 이때, 토출구 분할구조체(20)는 연장된 길이를 포함하는 전체의 길이가 소음원인 엔진(2)의 배기음 파장의 1/4 파장 이상의 길이를 갖도록 형성된다. 토출구 분할구조체(20)는 플랜지가 형성되는 연결배관(10)의 일단부를 향하여 연장형성되어, 연결배관(10)의 외부로 노출된 적어도 일부분이 배기관(5)의 내측에 삽입배치될 수도 있다. 토출구 분할구조체(20)는 연결배관(10)에 삽입배치되는 길이가 엔진(2)의 배기음 파장의 1/8 파장 이상의 길이를 갖도록 형성되고, 배기관(5)에 삽입배치되는 길이가 엔진(2)의 배기음 파장의 1/8 파장 이상의 길이를 갖도록 형성된다. 토출구 분할구조체(20)는 전체 길이가 엔진(2)의 배기음 파장의 1/4 파장 이상의 길이를 갖도록 형성되되, 연결배관(10)의 내부에 삽입배치되는 길이와 배기관(5) 내부에 삽입배치되는 길이가 적절하게 분배될 수 있다. 한편, 토출구 분할구조체(20)의 적어도 일부는 연결배관(10)의 내측으로 연결배관(10)의 길이방향을 따라 삽입되어 연결배관(10) 내측의 공간을 복수 개의 분할면(11a)과 각각 연통되는 복수개의 독립공간으로 구획할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에와 같이 연결배관(10)은 토출구 분할구조체(20)가 위치하는 말단부 직경이 토출구(11)를 향해 확대되지 않는 것이 바람직하며, 그와 같은 경우 토출구(11)의 분할에 의한 배기음의 반사효과가 증대된다. 연결배관(10)은 예를 들어 토출구 분할구조체(20)가 위치하는 말단부의 직경이 도시된 바와 같이 변화하지 않고 일정하게 유지되는 원통형상으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 이러한 구조를 기준으로 설명을 진행한다.

연결배관(10)은 배기관(5)에 연결되어 엔진(2)에서 생성되는 배기가스를 공급받아 대기 중으로 배출하는 역할을 하는 것으로, 도 3를 참조하여 엔진(2)이 포함된 전체 배기구조를 간단히 설명하면 다음과 같다. 소음 저감 연결 배관(1)은 엔진(2)으로부터 생성된 배기가스를 배출하는 배기관(5)의 배출경로 최후단에 배치되며, 대기 중으로 적어도 일부가 노출되어 있을 수 있다. 엔진(2)은 구동 시 배기가스와 함께 주기적 진동에 의한 배기음을 발생시키는 소음원에 해당하며 예를 들어 디젤 엔진(2)으로 형성될 수 있다. 그러나 그와 같이 한정될 필요는 없으며 배기가스와 함께 배기음을 생성하는 여러 형태의 엔진(2)에 본 발명이 적용될 수 있다. 소음 저감 연결 배관(1)의 전단에는 확장된 관로 형태 등으로 형성된 소음기(4)가 설치되어 배기가스 배출 경로 상에서 배기소음을 일부 저감시키는 역할을 할 수 있다. 배기관(5)과 엔진(2) 사이에는 하나 또는 그 이상의 연결관(3)들이 연결되어 배기가스의 배출경로를 형성할 수 있으며, 엔진(2)이 복수 사용되는 설비인 경우에는 서로 다른 엔진(2)의 배출경로가 연결관(3)을 통해 합류되어 하나의 소음 저감 연결 배관(1)을 통해 배기가스가 배출되는 구조로 형성될 수도 있다. 특히 그와 같은 경우 종래에는 단순히 직경이 증대된 대형 배관을 적용할 수 밖에 없어 배기소음이 더 쉽게 외부로 전파되는 문제가 있었으나, 본 발명의 소음 저감 연결 배관(1)은 직경이 증가하더라도 토출구 분할구조체(20)의 구조를 이용하여 배기음의 음파가 토출구(11)로부터 반사되어 배관 내측으로 되돌아오는 양을 비약적으로 증가시킬 수 있어 배기소음을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

도 4를 참조하여 본 발명의 소음 저감 원리를 좀 더 상세히 설명한다. 도 4의 (a)는 배기관(5)에 연결된 본 발명의 소음 저감 배관의 길이방향 단면도이고, (b)는 종래 배관의 길이방향 단면도이다. 배기가스의 방출과정에서 전달되는 배기소음의 음파는 크게 배기가스의 토출 방향으로 진행하는 진행파(A)와, 배관말단에서 배관내부와 외보와의 음향 임피던스 차이에 의해 그 역방향으로 발생되는 반사파(B), 및 배관 외부로 투과하여 방사되는 투과파(C)로 구분하여 생각할 수 있으며, 이를 각 도면에 비교하여 도시하였다. 도 4의 (b)와 같은 종래 배관의 경우에는 반사파(B)가 충분히 생성되지 않고 진행파(A)는 큰 손실 없이 외부로 그대로 방출되는 것으로 나타난다. 특히, 전술한 것처럼 배기가스를 하나의 배관으로 합류시켜 배출하는 경우에는 배관의 직경이 보다 확대되므로 별다른 손실 없이 투과파(C)의 형태로 배관을 그대로 통과하여 외부로 방사되는 배기소음을 억제하기가 상당히 곤란하였다.

반면, 본 발명은 도 4의 (a)와 같이 토출구 분할구조체(20)로 배기가스가 토출되는 토출구(11)의 단면을 분할하여 축소시킴으로써 음향 임피던스의 부정합을 유도하고 이를 통해 반사파(B)의 양을 증대시킬 수 있다. 특히, 단순한 토출구(11)의 분할이 아닌, 전술한 바와 같이 토출구 분할구조체(20) 길이가 소음원인 엔진(2) 배기음 파장의 1/4 이상이 되도록 형성하는 구조에 의해 엔진(2) 배기음의 반사파(B)를 효과적으로 증가시킬 수 있으며, 따라서 음향손실에 의해 대기 중으로 방출되는 투과파(C)를 감소시켜 해당대역의 배기소음을 크게 저감할 수 있다. 예를 들면, 전술한 바와 같은 디젤엔진(2)의 경우 엔진(2) 배기음의 지배적인 음역대가 수십Hz 내외(예를 들면, 디젤엔진(2)의 종류에 따라서 36Hz, 54Hz 등일 수 있고 이는 엔진(2)의 기본주파수와 동등할 수 있다)의 상대적인 저주파 대역에서 형성될 수 있고 음속과, 파장과, 주파수의 관계로부터 엔진(2) 배기음의 주파수로부터 엔진(2) 배기음의 파장을 구하여 이의 1/4이상이 되는 길이로 토출구 분할구조체(20)를 형성할 수 있다. 그러한 토출구 분할구조체(20)를 도시된 바와 같이, 배기관(5)에 결합된 구조로 특히 소음원인 엔진(2)에서 생성되는 저주파 대역의 엔진(2) 배기음의 상당부분을 연결배관(10)에서 직접 처리하여 저감시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 토출구 분할구조체(20)가 연결배관(10)의 외부로 연장된 소음 저감 연결 배관(1)이 배기관(5)에 연결될 경우, 엔진(2)에서 생성되는 저주파 대역의 엔진(2) 배기음의 상당부분을 배기관(5)에서 직접 처리하여 저감시키는 효과를 얻을 수도 있다. 배기관(5)을 통해 방출되는 배기소음 대부분이 엔진(2) 배기음에 의한 것임을 감안하면 이러한 효과는 매우 현저한 것임을 알 수 있다.

도 5는 도 1의 소음 저감 연결 배관의 제1 변형례를 도시한 도면이다.

소음 저감 연결 배관(1)은 도 5에 도시된 바와 같이 흡음부(10a, 20a)를 포함하는 형태로도 형성될 수 있다. 흡음부(10a, 20a)는 토출구 분할구조체(20), 및 토출구 분할구조체(20) 둘레의 연결배관(10) 중 적어도 어느 하나에 형성되어 상술한 배기음의 반사파보다 높은 음역대의 음파를 흡수하여 제거할 수 있다. 흡음부(10a, 20a)는 예를 들어, 토출구 분할구조체(20)의 외면, 연결배관(10)의 내면 등에 배치될 수 있으며 재질이나 구조적인 변경을 통해 흡음이 가능하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 흡음이 가능한 흡음재를 토출구 분할구조체(20)의 외면이나 연결배관(10)의 내면 등에 배치하여 흡음부(10a, 20a)를 형성할 수 있으며, 토출구 분할구조체(20)의 외면이나 연결배관(10)의 내면에 타공 등의 방식으로 흡음이 가능한 구조를 형성하여 흡음부(10a, 20a)를 형성하는 것도 가능하다. 특히 흡음부(10a, 20a)는 전술한 토출구 분할구조체(20)의 구조를 이용하여 증대시킨 배기음의 반사파보다 상대적으로 높은 주파수대역(중주파수 및 고주파수 대역을 포함할 수 있다)의 음파를 흡음방식으로 제거함으로써 배기소음의 저감효과를 더욱 강화시킬 수 있다. 도면 상에서는 토출구 분할구조체(20)와 연결배관(10)의 양측에 흡음부(10a, 20a)가 형성된 것으로 도시되었으나, 이와 같이 한정될 필요는 없으며 이들 중 적어도 어느 하나의 적절한 위치에 흡음부(10a, 20a)를 형성하는 것도 얼마든지 가능하다.

도 6은 도 1의 소음 저감 연결 배관의 제2 변형레를 도시한 도면이다.

소음 저감 연결 배관(1)은 도 6에 도시된 바와 같이 토출구 분할구조체(20)의 길이를 변경할 수 있게 형성될 수도 있다. 토출구 분할구조체(20)는 연결배관(10)의 길이방향으로 접철 가능하게 결합된 제1구조체(21)와 제2구조체(22)를 포함하며 제1구조체(21)와 제2구조체(22)의 접철된 정도에 따라서 전체 길이가 변경될 수 있다. 이러한 구조는 특히 도시된 바와 같이 토출구 분할구조체(20)의 연결배관(10) 내측으로 삽입된 길이(L, L')를 유연하게 조정할 수 있는 이점을 가지므로 길이를 변경시키며 보다 향상된 배기음의 저감효과를 유도할 수 있다. 또한 엔진 배기음의 주파수가 바뀌는 등의 경우에도 원활한 대처가 가능하므로 적용도 편리하다. 예를 들어 제1구조체(21)와 제2구조체(22)는 횡단면이 서로 동일하게 형성될 수 있으며 연결배관(10)의 길이방향으로 슬라이딩 이동이 가능하게 결합되어 있을 수 있다. 접철시켜 길이를 축소하거나 연장시킨 후에는 볼팅 결합 등의 다양한 결합방식으로 위치를 유지하고 연결배관(10) 내측에도 역시 적절한 방식으로 고정할 수 있다. 이러한 변형례들은 도면 상의 형태로 한정될 필요는 없으며 후술하는 다양한 형태의 토출구 분할구조체(20)의 예들에도 얼마든지 적용될 수 있다. 이하 토출구 분할구조체(20)의 배치구조에 대해 좀더 상세히 설명한다.

도 7 내지 도 10은 도 1의 소음 저감 연결 배관의 토출구 분할구조체의 여러 가지 배치구조를 예시한 도면들이다.

토출구 분할구조체(20)는 평면판(201), 곡면판(202) 또는 이들이 조합된 여러 가지 다양한 형태로 형성되어 여러 가지 다양한 형상으로 토출구(11)의 단면을 분할할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 토출구 분할구조체(20)는 연결배관(10)의 길이방향으로 연장되어 연결배관(10) 내측으로 삽입되는 적어도 하나의 평면판(201)을 포함하여 형성될 수 있다. 평면판(201)은 복수 개로 형성되며 적어도 어느 하나가 다른 하나와 서로 다른 각도로 교차되어 배치될 수 있다. 도 7의 (a)와 같이 평면판(201)은 연결배관(10)의 중심에서 등간격으로 이격되어 교차하는 형태로 배치될 수 있으며 이를 통해 부채꼴 형상의 분할면(11a)을 포함하도록 토출구(11)의 단면을 축소시켜 분할할 수 있다. 또한, 도 7의 (b)와 같이 서로 수직하게 격자 형태로 평면판(201)을 교차시켜 사각형상의 분할면(11a)을 포함하도록 토출구(11)의 단면을 축소시켜 분할할 수 있다. 이와 같은 여러 가지 형태로 평면판(201)을 배치하여 토출구(11)의 단면을 다양한 형태로 분할하는 토출구 분할구조체(20)를 형성할 수 있다.

또한, 토출구 분할구조체(20)는 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이 연결배관(10)의 길이방향으로 연장되어 연결배관(10) 내측에 삽입되는 적어도 하나의 곡면판(202)을 포함하여 형성될 수도 있다. 곡면판(202)은 도 8의 (a)와 같이 직경이 다른 복수 개의 원통판으로 형성되며 곡률이 작은 측이 곡률이 큰 측의 바깥쪽에 동심원 상으로 배치될 수 있다. 또한, 곡면판(202)은 도 8의 (b)와 같이 직경이 동일한 복수 개의 원통판이 외주면끼리 접하게 배치될 수도 있다. 이러한 곡면판(202)을 이용한 분할구조를 통해서 그에 대응하는 원형이나, 고리형상의 분할면(11a)을 포함하는 여러 가지 다양한 형태의 입체적인 형태로 토출구(11)의 단면을 축소시켜 분할할 수 있다. 도면 상에서 생략되었지만, 도 8의 (a)와 같이 원통형 곡면판(202)을 동심원 상으로 배치하는 등의 경우에는 적절한 지점에 연결배관(10)의 내측과 곡면판(202)을 연결하는 지지대 등을 설치하여 곡면판(202)을 포함하는 토출구 분할구조체(20)의 형상과 구조를 유지시킬 수 있다.

또한, 토출구 분할구조체(20)는 예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이 다 수의 평면판(201)과 곡면판(202)이 조합되어 연결배관(10)에 내측에 삽입되는 구조로 형성될 수 있다. 앞서 설명한 복수 개로 형성되어 적어도 어느 하나가 다른 하나와 서로 다른 각도로 교차된 평면판(201)과, 서로 다른 직경을 갖는 복수 개의 곡면판(202)이 연결배관(10) 내측으로 삽입될 수 있다. 도 9에 도시된 곡면판(202)은 평면판(201)이 삽입배치된 연결배관(10) 내측에 삽입될 경우, 복수 개의 평면판(201)과 접하는 일부분이 연결배관(10)의 길이방향으로 절개되어 삽입배치될 수 있다. 아울러, 곡면판(202)이 절개되지 않고 평면판(201)이 연결배관(10)의 길이방향으로 절개되어 복수 개의 곡면판(202)과 접하도록 배치되어 토출구(11)의 단면을 축소시켜 분할할 수 있다. 이와 같이 평면판(201)과 곡면판(202)을 조합하여 여러가지 형태로 배치하여 토출구(11)의 단면을 다양한 형태로 분할하여 토출구 분할구조체(20)를 형성할 수 있다.

또한, 토출구 분할구조체(20)는 예를 들어 도 10에 도시된 바와 같이, 분할면(11a)의 형상이 비대칭적인 형상을 포함하도록 의도적으로 비대칭 형태의 구조로 형성될 수 있다. 도 10의 (a)와 같이 평면판(201)의 교차하는 각도를 조정하거나, 도 10의 (b)와 같이 토출구(11)의 단면 상에서 평면판(201)이 가로지르는 지점의 위치를 조정하여 다양한 형태의 비대칭 형상으로 토출구(11)의 단면을 축소시켜 분할할 수 있다. 도 10에는 평면판(201)을 예시하여 도시하였으나, 이러한 비대칭 구조는 곡면판(202)을 사용하는 경우에도 얼마든지 가능하며 그러한 경우 곡면판(202)은 반드시 원통형일 필요도 없다. 또한, 예시된 평면판(201)의 배치와 곡면판(202)의 배치는 반드시 서로를 배제할 필요는 없으므로 가능한 한도 내에서 곡면판(202)과 평면판(201)을 조합한 여러 가지 다양한 형태의 배치구조를 형성할 수 있다. 이를 통해 정형화되지 않은 여러 가지 다양한 형상의 토출구 분할구조체(20)를 형성하여 토출구(11)의 단면을 다양한 형태로 축소시켜 분할할 수 있다.

이하, 소음 저감 연결 배관의 또 다른 변형례에 대해서 상세히 설명한다.

도 11은 도 1의 소음 저감 연결 배관의 제3 변형례를 도시한 도면이다.

한편, 소음 저감 연결 배관(1)은 도 11에 도시된 바와 같은 말단이 단차를 갖는 형태로도 형성될 수 있다. 즉 필요에 따라 연결배관(10)의 타단부에 서로 높이가 다른 제1단(111)과 제2단(112)을 포함하는 단차가 형성될 수 있으며, 토출구 분할구조체(20)는 단차의 제1단(111)과 제2단(112)의 사이로 연장되어 토출구를 제1단(111)에 대응하는 위치의 제1출구(11-1)와, 제2단(112)에 대응하는 위치의 제2출구(11-2)로 구획할 수 있다. 즉, 도 11의 (b)와 같이 제1단(111)과 제2단(112)의 단차 사이로 토출구 분할구조체(20)를 연결배관(10)의 길이방향으로 연장시켜 삽입함으로써 단차진 연결배관(10)의 말단에 도 11의 (a)와 같이 서로 높이가 다른 제1출구(11-1)와 제2출구(11-2)가 형성되도록 할 수 있다. 제1출구(11-1) 및 제2출구(11-2)는 구획되어 각각 서로 다른 높이로 배기가스를 토출하는 분할된 토출구의 역할을 하며 그러한 경우 분할면(11a)은 각각 제1출구(11-1)의 단면 및 제2출구(11-2)의 단면으로 형성될 수 있다. 그러나 그처럼 한정될 필요는 없으며 전술한 평면판(201)이나 곡면판(202) 등의 구조를 추가적으로 적용하며 더욱 축소되고 다양화된 형태의 분할면(11a)을 형성하는 것도 얼마든지 가능하다. 이러한 경우에도 토출구 분할구조체(20)의 분할된 토출구인 제1출구(11-1)로부터 연결배관(10)의 내측으로 삽입된 길이(L1)와 제2출구(11-2)로부터 연결배관(10)의 내측으로 삽입된 길이(L2)는 각각 엔진 배기음의 파장의 1/4 이상의 길이를 갖도록 형성되어 상술한 배기음의 저감효과가 원활하게 발휘되도록 할 수 있다.

도 12는 도 1의 소음 저감 연결 배관의 제4 변형례를 도시한 도면이다.

또한 소음 저감 연결 배관(1)은 도 11에 도시된 바와 같이 토출구 분할구조체(20)의 적어도 일부가 토출구(11)의 외측으로 돌출되어 있을 수도 있다. 전술한 바와 같이 토출구 분할구조체(20)는 필요에 따라 토출구(11)의 외측으로 부분적으로 돌출되거나 일부 토출구(11)의 내측으로 인입될 수도 있는 것으로 예를 들어 도 12에 도시된 바와 같이 토출구 분할구조체(20)는 토출구(11) 외측으로 돌출된 돌출부(20b)를 포함하는 형태로도 형성될 수 있다. 돌출부(20b)의 길이는 적절히 조정될 수 있으며 이는 소음 저감 연결 배관(1)의 형상이나 주변구조 또는 대기 중의 바람 영향 등을 고려하여 이루어질 수 있다. 이러한 여러 가지 다양한 방식으로 본 발명의 소음 저감 연결 배관(1)을 구현할 수 있으며 그를 통해 보다 상황에 적합한 향상된 배기소음의 저감효과가 나타나도록 할 수 있다. 특히 위에서 설명한 여러 가지 배치구조와 변형례들은 서로 배제하지 않는 한도 내에서 상호 적용도 얼마든지 가능하므로 예시되지 않은 다양한 조합도 얼마든지 가능하다. 따라서 그를 통해 배기소음의 저감이 가능한 다양한 소음 저감 연결 배관(1)을 형성하고 적용할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 소음 저감 연결 배관
2: 엔진 3: 연결관
4: 소음기 5: 배기관
10: 연결배관 10a, 20a: 흡음부
11: 토출구 11-1: 제1출구
11-2: 제2출구 11a: 분할면
20: 토출구 분할구조체 20b: 돌출부
21: 제1구조체 22: 제2구조체
111: 제1단 112: 제2단
201: 평면판 202: 곡면판
L, L': 토출구 분할구조체의 길이

Claims (13)

1. 엔진에서 생성되는 배기가스가 배출되는 배기관에 설치되어 배기소음을 저감시키는 소음 저감 연결 배관에 있어서,
   양단부가 개구된 통형상으로 형성되어 일단부는 대기 중으로 개구된 상기 배기가스의 토출구를 형성하고 타단부는 상기 배기관의 끝단부에 연결되는 연결배관;
   상기 토출구와 중첩되어 상기 토출구의 단면을 면적이 축소된 복수 개의 분할면으로 분할하고, 적어도 일부가 상기 연결배관의 내측으로 상기 연결배관의 길이방향을 따라 삽입되어 상기 연결배관 내측의 공간을 복수 개의 분할면과 각각 연통되는 복수 개의 독립공간으로 구획하는 적어도 하나의 토출구 분할구조체를 포함하되,
   상기 토출구 분할구조체의 길이는 상기 엔진의 배기음 파장의 1/4 파장 이상으로 형성되어, 상기 토출구로부터 상기 연결배관 내측으로 반사되는 상기 엔진의 배기음의 반사파를 증가시키며,
   상기 토출구 분할구조체는,
   상기 연결배관의 길이방향으로 접철 가능하게 결합된 제1구조체와 제2구조체를 포함하여, 상기 제1구조체와 상기 제2구조체의 접철된 정도에 따라서 전체 길이가 변경되는 것을 특징으로 하는 소음 저감 연결 배관.
2. 제1항에 있어서,
   상기 토출구 분할구조체는 상기 연결배관의 길이방향을 따라 연장형성되어 상기 연결배관의 외부로 노출된 적어도 일부분이 상기 배기관 내부에 삽입배치되는 소음 저감 연결 배관.
3. 제1항에 있어서,
   상기 연결배관과 상기 배기관은 서로 마주하는 끝단부에 플랜지가 각각 형성되고, 상기 연결배관은 상기 배기관과 플랜지 결합되어 연결되는 소음 저감 연결 배관.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 연결배관은 상기 토출구 분할구조체가 배치된 타단부의 직경이 상기 토출구를 향해 확대되지 않는 소음 저감 연결 배관.
6. 제1항에 있어서,
   상기 토출구 분할구조체는 상기 연결배관의 길이방향으로 연장되어 상기 연결배관 내측으로 삽입되는 적어도 하나의 평면판을 포함하여 형성된 소음 저감 연결 배관.
7. 제6항에 있어서,
   상기 평면판은 복수 개로 형성되며 적어도 어느 하나가 다른 하나와 서로 다른 각도로 교차되어 배치되는 소음 저감 연결 배관.
8. 제1항에 있어서,
   상기 토출구 분할구조체는 상기 연결배관의 길이방향으로 연장되어 상기 연결배관 내측에 삽입되는 적어도 하나의 곡면판을 포함하여 형성된 소음 저감 연결 배관.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제

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