KR20010008001A - 원심형 냉매 압축기의 소음 소산 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 냉동기의 원심형 냉매 압축기에 형성되는 소음 소산 장치에 관한 것으로, 압축기의 소음이 전파되는 경로인 디퓨저의 내벽 및 케이싱의 내경 부분에 형성되는 미세 다공판(Micro-perforated panel)과 상기 미세 다공판의 배면에 형성되는 일정한 깊이의 공동(Cavity)으로 구성되어 압축기에서 발생하는 소음 음파를 상기 미세 다공판에 형성된 구멍에서 진동 교란시켜서 상기 음파의 음향 에너지를 열로 전환하여 소산시킴으로서 압축기의 소음을 저감하는 소음 소산 장치에 관한 것이다.

Description

원심형 냉매 압축기의 소음 소산 장치{A noise dissipation apparatus for centrifugal refrigerant compressor}

본 발명은 압축기의 소음이 전파되는 경로인 디퓨저의 내벽 및 케이싱의 내경 부분에 형성되는 미세 다공판과 상기 미세 다공판의 배면에 형성되는 일정한 깊이의 공동으로 구성되어 압축기에서 발생하는 소음 음파를 상기 미세 다공판의 구멍에서 진동 교란시켜 상기 음파의 음향에너지를 열로 전환하여 소산함으로서 압축기의 소음을 저감하는 원심형 냉매 압축기의 소음 소산 장치에 관한 것이다.

대형 구조물의 냉. 난방에 사용되는 냉동기에서 냉매를 압축하는 원심형 압축기는 냉매가 유입되는 유입구와 일정한 속도로 회전되어 상기 유입구에서 유입된 냉매를 압축하는 임펠러와 상기 임펠러에 의해 압축된 냉매의 운동에너지를 압력에너지로 전환하여 이송하는 디퓨저와 상기 디퓨저에서 이송된 냉매의 흐름을 모아서 배출 덕트로 이송하는 콜렉터 또는 볼류트를 수용하는 케이싱으로 구성되어 있으며, 냉매는 유입구를 통해 유입되어 일정한 속도로 회전되는 임펠러에 의해 압축되며 디퓨저를 통과하여 케이싱으로 흘러서 콜렉터 또는 볼류트에 의해 배출 덕트로 배출되어 냉동기 본체로 이송된다.

상기한 압축기는 임펠러가 회전할 때 심한 소음이 발생하는데 임펠러와 디퓨저가 상호 작용하면서 생성되는 비정상 와류로 인한 1kHz이상의 고주파수의 날개 통과 소음이 압축기에서 발생하는 소음의 대부분을 차지하며, 상기한 소음의 일부는 디퓨저와 임펠러를 통하여 유입구로 전파되고 소음의 대부분은 냉매와 함께 디퓨저와 케이싱을 통하여 배출 덕트로 전파된다.

상기한 소음을 저감하기 위해서는 소음원을 제어하는 방법과 소음의 전달경로를 제어하는 방법이 있는데, 소음원을 제어하는 방법은 압축기의 성능과 관련이 있으므로 주로 소음의 전달경로를 제어하는 방법을 많이 사용하며, 소음의 전달경로를 제어하는 방법에는 확장형 소음기 등을 사용하여 소음원에서 발생하는 소음을 반사하는 방법과 소음 음파의 음향에너지를 열로 전환함으로서 소음을 저감시키는 방법이 있다.

소음의 음향파를 열로 전환하여 저감시키는 종래의 방법은 흡음재 또는 흡음재가 충진된 소음기를 압축기에 설치하는 것으로 소음 음파의 음향에너지를 흡음재에 흡수시켜 열로 전환함으로서 소음을 저감하는 것이다. 구체적으로 흡음재가 충진된 소음기를 디퓨저의 일측 내벽에 설치하는 방법(미국 특허 4,411,592호)과 배출 덕트의 중앙부에 흡음재를 설치하는 방법(미국 특허 5,007,499호)과 압축기의 볼류트를 수용하는 케이싱의 내벽에 흡음재를 설치하는 방법(미국 특허 4,174,020호) 등이 있다. 흡음재를 사용하는 종래의 소음 저감 방법은 흡음재가 냉매에 노출되므로 흡음재와 냉매와의 화학반응으로 인한 흡음재의 부식 현상이 발생되며, 압축기에서 발생하는 유동 맥동에 의하여 흡음재가 파손되기 때문에 시간이 지나면 흡음재의 소음 저감 능력이 크게 감소되는 문제점이 있으며, 또한 흡음재가 압축기에서 발생하는 소음의 대부분을 차지하는 고주파수의 날개 통과 소음을 제대로 흡수하지 못하기 때문에 상기한 날개 통과 소음을 저감시킬 수 없어서 소음 저감 효과가 낮다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 압축기의 소음 음파를 진동 교란시켜서 음파의 음향 에너지를 열로 전환시켜 소산하는 구멍이 형성된 미세 다공판과 상기 미세 다공판의 배면에 형성되는 공동으로 구성됨으로서 소음 저감 능력이 항상 일정하게 유지되며, 압축기에서 발생하는 소음의 대부분을 차지하는 고주파수의 날개 통과 소음을 효과적으로 저감할 수 있는 원심형 냉매 압축기의 소음 소산 장치를 제공하는데 있다.

압축기에서 발생하는 소음의 대부분은 일정한 속도로 회전되는 임펠러의 날개와 디퓨저가 상호작용하면서 생성되는 비정상 와류로 인하여 발생하는 1kHz이상의 고주파수의 날개 통과 소음이며, 상기 날개 통과 소음의 주파수는 임펠러의 날개와 디퓨저와의 상호작용에 의한 날개 통과 주파수(Blade passing frequency)이고 임펠러의 초당 회전수와 임펠러의 날개의 수를 곱한 값이다.

압축기에서 발생하는 소음 음파는 미세 다공판의 구멍에 걸려서 공동으로 입사되고 상기 공동의 바닥에서 반사되어 입사된 구멍으로 다시 전파되며, 상기 구멍에서 반사된 음파가 빠른 속도로 진동 교란하게 되며 음파의 진동 교란으로 인하여 음파의 음향에너지가 열로 전환됨으로서 압축기에서 발생하는 소음이 저감된다.

미세 다공판의 구멍을 통하여 공동으로 입사되는 소음 음파는 공동의 바닥에서 반사되어 입사된 구멍로 다시 전파되는데, 반사된 음파가 구멍으로 전파되는 속도가 빨라질수록 상기 구멍에서 음파의 진동 교란이 커져서 열로 전화되므로 소음 저감 효과가 커지는 효과가 있다. 공동의 깊이가 입사된 음파 파장의 4분의 1인 경우에 공동의 바닥에서 반사되어 입사된 구멍로 최대 음향속도로 다시 전파되며 상기 구멍에서 진동 교란이 극대화되어 열로 전환되므로 소음 저감 효과가 극대화된다. 따라서 압축기에서 발생하는 소음의 대부분을 차지하는 날개 통과 소음의 음파를 공동의 바닥에서 반사하여 상기 음파가 입사된 구멍로 최대 음향속도로 다시 전파하여 가장 활발하게 진동 교란시키기 위하여 미세 다공판의 배면에 형성되는 공동의 깊이는 다음의 식과 같이 날개 통과 소음의 파장의 4분의 1의 길이만큼 구성된다.

L = λ/4

(L은 공동의 깊이, λ는 날개 통과 소음의 파장)

λ= c / f

(c는 날개 통과 소음의 음속, f는 날개 통과 주파수)

미세 다공판에 형성되는 구멍의 직경은 구멍에 걸리는 소음의 주파수에 따라 변화되며 주파수가 높아질수록 구멍의 직경이 작아지는데, 소음을 최대한 저감하기 위하여 압축기에서 발생하는 소음의 대부분을 차지하는 날개 통과 소음의 주파수에 따라서 구멍의 직경이 설정된다.

도 1은 압축기의 정면 단면도

도 2는 본 발명의 구조도

도 3은 본 발명의 작용도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 유입구 2 : 임펠러

3 : 디퓨저 4 : 콜렉터

5 : 케이싱 6 : 미세 다공판

7 : 공동 8 : 구멍

9 : 배출 덕트 10 : 격벽

11 : 음파(a, b) 12 : 음파의 진동

냉매를 작동 유체로 사용하는 압축기의 소음이 전파되는 경로인 디퓨저의 내벽 및 콜렉터 또는 볼류트를 수용하는 케이싱의 내경 부분에 날개 통과 소음의 음파를 진동 교란시켜 열로 전환하는 일정한 직경의 구멍이 형성된 미세 다공판이 형성되고 상기 다공판의 배면에 소음 음파를 반사하여 입사된 구멍으로 다시 전파하는 일정한 깊이의 공동이 형성된 원심형 냉매 압축기의 소음 소산 장치가 제공된다.

도면과 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

일정한 속도로 회전되는 임펠러(2)와 디퓨저(3)가 상호작용하면서 발생되는 소음의 대부분이 냉매의 흐름과 함께 전파되는 경로인 디퓨저(3)의 내벽의 후반부 및 상기 디퓨저(3)에서 이송된 냉매의 흐름을 모아서 배출 덕트(9)로 이송하는 콜렉터(4) 또는 볼류트를 수용하는 케이싱(5)의 내경 부분에 소음 음파(11a)를 걸려서 공동(7)으로 입사시키며 상기 공동(7)에서 반사된 소음 음파(11b)를 진동 교란(12)시켜 열로 전환하여 소산하는 구멍(8)이 형성된 미세 다공판(6)이 형성되며, 상기 미세 다공판(6)의 배면에는 소음 음파(11b)를 반사하여 입사된 구멍(8)로 다시 전파하여 음파의 진동 교란(12)을 활성화하는 일정한 깊이의 공동(7)이 형성된다.

미세 다공판(6)에 형성되는 구멍(8)은 압축기에서 발생하는 소음의 대부분을 차지하는 날개 통과 소음의 음파(11a)가 구멍(8)에 걸려서 공동(7)에 입사되도록 하기 위하여 그 직경이 날개 통과 주파수에 따라서 0.01 ∼ 2 ㎜로 구성되는데, 상기 날개 통과 소음의 주파수가 높아질수록 즉, 임펠러(2)의 초당 회전수가 증가되거나 임펠러(2)의 날개의 수가 증가될수록 구멍(8)의 직경이 작아지도록 구성된다. 미세 다공판(6)에 형성된 각각의 구멍(8)에서 소음 음파의 진동 교란(12)이 서로 간섭하지 않고 효과적으로 발생되게 하기 위하여 미세 다공판(6)의 공극률은 2 ∼ 20 %로 구성된다.

미세 다공판(6)의 배면에 형성되는 공동(7)의 깊이는 바닥에서 반사된 날개 통과 소음의 음파(11b)가 입사된 구멍(8)으로 최대 음향속도로 전파되도록 하여 상기 음파의 진동 교란(12)을 극대화하기 위하여 날개 통과 소음의 파장의 4분의 1의 길이만큼 형성된다. 또한 압축기에서 발생하는 날개 통과 소음의 주파수에 따라서 공동(7)에 격벽(10)이 형성되지 않아서 공동(7)이 일체화되어 형성되는 경우와 공동(7)에 격벽(10)이 형성되어 공동(7)이 분할되어 형성되는 경우로 구분된다. 미세 다공판(6)의 배면에 형성되는 공동(7)은 소음 음파(11b)를 반사하여 입사된 구멍(8)로 다시 전파하여 음파의 진동 교란(12)을 활성화하는 작용 이외에도 압축기에서 발생하는 소음을 분산함으로서 소음의 면적 확장 효과에 의하여 소음을 저감하는 효과가 있다.

상기한 미세 다공판(6)과 공동(7)으로 구성되는 소음 소산 장치는 냉매의 유속이 작은 디퓨저(3)의 내경의 후반부 및 콜렉터(4) 또는 볼류트를 수용하는 케이싱(5)의 내경 부분에 형성되므로 냉매의 유동 손실이 적기 때문에 압축기의 성능에는 거의 영향을 미치지 않으면서 소음이 저감된다.

일정한 속도로 회전되는 임펠러(2)와 디퓨저(3)가 상호작용하면서 발생되는 고주파수의 날개 통과 소음은 임펠러(2)의 회전으로 압축된 냉매와 함께 디퓨저(3)를 통과하여 케이싱(5)으로 전파된다. 상기 소음 음파(11a)는 상기 디퓨저(3) 및 케이싱(5)에 형성된 미세 다공판(6)의 구멍(8)에 걸려서 공동(7)으로 입사되며 상기 공동(7)의 바닥에서 반사되어 입사된 구멍(8)로 최대 음향속도로 다시 전파되며 상기 구멍(8)에서 활발하게 진동 교란(12)됨으로서 열로 전환되어 소산되고, 냉매는 배출 덕트(9)로 배출된다. 압축기에서 발생하는 소음이 미세 다공판(6)의 구멍(8)에서 진동 교란되어 발생되는 열은 매우 근소하기 때문에 압축기의 성능에 영향을 미치지 않는다.

본 발명에 의한 소음 소산 장치는 압축기의 소음 음파를 진동 교란시켜서 음파의 음향 에너지를 열로 전환시켜 소산하는 구멍이 형성된 미세 다공판과 상기 미세 다공판의 배면에 형성되는 일정한 깊이의 공동으로 구성됨으로서 냉매 및 압축기의 유동 맥동의 영향을 받지 않기 때문에 소음 저감 능력이 시일이 흘러도 항상 일정하게 유지되며, 압축기에서 발생하는 소음의 대부분을 차지하는 1kHz이상의 고주파수의 날개 통과 소음을 효과적으로 저감할 수 있다.

Claims (3)

1. 터보 냉동기에 설치되는 원심형 냉매 압축기에 있어서,

   냉매를 작동 유체로 사용하는 압축기의 소음이 전파되는 경로인 디퓨저(3)의 내벽 및 케이싱(5)의 내경 부분에 날개 통과 소음의 음파를 진동 교란(12)시켜 열로 전환하여 소산하는 구멍(8)이 형성된 미세 다공판(8, Micro-perforated panel)이 형성되고 상기 미세 다공판(8)의 배면에 소음 음파(11b)를 반사하여 상기 다공판(6)의 구멍(8)로 전파하는 공동(7, Cavity)이 형성되는 것을 특징으로 하는 원심형 냉매 압축기의 소음 소산 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 미세 다공판(6)은 형성된 구멍(8)의 직경이 0.01 ∼ 2 ㎜ 이고 공극률이 2 ∼ 20 %인 것을 특징으로 하는 원심형 냉매 압축기의 소음 소산 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 공동(7)의 깊이는 날개 통과 소음의 파장의 4분의 1의 길이만큼 구성되는 것을 특징으로 하는 원심형 냉매 압축기의 소음 소산 장치.