KR20060032008A - 고주파 음향 소음기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파 음향을 저감시키고 배압을 최소화 할 수 있는 소음기에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 점진적으로 구경이 좁아지는 음파 진입구 및 이와 연통되는 음파 진행통로가 마련되며, 상기 음파 진입구와 진행통로를 형성하는 내부벽체와 외부벽체 사이에 공명 공간이 있는 소음기 몸체를 구비하고, 상기 내부벽체에 다공 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 음향 소음기가 개시된다.

소음기, 깔때기, 공명, 배압, 헬름홀츠 공명

Description

고주파 음향 소음기{ACOUSTIC SILENCER FOR HIGH FREQUENCY RANGE}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1 및 2는 종래기술에 따른 음향 소음기의 구조도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고주파 음향 소음기의 구성을 도시하는 사시도.

도 4는 도 3의 종단면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 음향 소음기의 구성을 도시하는 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 고주파 음향 소음기의 사용예를 보여주는 사시도.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

100...음파 진입구 101...음파 진행통로

102...내부벽체 103...외부벽체

102a,103a...통공 104...흡음부재

본 발명은 고주파 음향 소음기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고주파 음향을 저감시키는 소음구조와 배압방지구조를 구비한 고주파 음향 소음기에 관한 것이다.

최근 다양한 분야의 산업기계들에 대한 운전조건이 고속화되고 있는 추세에 따라 고주파 성분이 포함된 소음원의 발생이 급증하고 있다. 이러한 고주파 소음은 그 음향특성상 날카롭고 높은 소리로 귀에 들리게 되므로 근로자의 작업효율을 떨어뜨리는 것은 물론이고 장시간 방치할 경우 청력저하를 유발할 수 있다.

따라서, 허용치 이상의 소음이 발생되는 산업기계에는 소음을 저감시키기 위한 음향 소음기의 장착이 요구된다. 현재 사용되고 있는 음향 소음기는 주로 자동차 머플러 등을 위해 개발된 확장형 소음기와 흡음형 소음기의 두 종류로 구분될 수 있다.

도 1에 도시된 확장형 소음기는 음파가 확장관(10)에 진입할 때 음향 임피던스가 급격히 커져서 입구쪽으로 일부가 반사됨으로써 투과 음파가 저감되도록 하는 방식을 사용한다.

한편, 도 2에 도시된 흡음형 소음기는 음파가 진행하는 관의 내벽에 흡음재(12)를 구비하여 흡음작용을 통해 소음을 저감시키는 방식을 사용하는데, 이 방식의 경우 전 주파수영역에 대하여 단순 흡음작용을 수행하므로 특정 주파수 영역에 대한 소음 저감효율이 낮은 단점이 있다.

일반적으로 소음 저감을 위해서는 소음기의 내경 D가 아래의 수학식1을 만족해야 한다. 여기서, c는 음속, f는 음파의 선형주파수를 나타낸다.

수학식1에 의하면, 제거해야 할 음파의 주파수가 높아질수록 소음기의 내경은 선형적으로 작아져야 함을 알 수 있다.

그러나, 소음기의 내경이 작아질수록 소음기에는 상당한 배압(Back Pressure)이 걸리게 되어 소음기가 장착되는 해당 기기의 본래 성능을 크게 떨어뜨리게 되므로 고주파 성분을 갖는 소음을 제거하기 위해서는 우선적으로 배압의 문제가 해결되어야 한다.

특히, 최근에는 자동차를 비롯한 각종 산업기계의 회전수 증가로 인해 수kHz가 넘는 고주파 소음이 발생하는 사례가 빈번하므로 그 대책이 요구되고 있다. 예를 들어, 냉매로 R-134a를 사용하는 터보냉동기의 경우에는 냉매의 음속이 140m/s 정도가 되며, 주요 소음 주파수 영역이 6kHz까지 증가하게 되는데, 상기 수학식1에 의하면 소음의 제거를 위해 소음기의 내경이 불과 14mm 정도로 설계되어야 하므로 터보냉동기에 대한 장착이 용이하지 않을 뿐만 아니라 상당한 배압으로 냉동기 고유의 성능을 발휘할 수 없게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 고주파 영역의 소음을 저감시킴과 더불어 배압을 최소할 수 있는 구조를 갖는 고주파 음향 소음기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 고주파 음향 소음기는, 점진적으로 구경이 좁아지는 음파 진입구 및 이와 연통되는 음파 진행통로가 마련되며, 상기 음파 진입구와 진행통로를 형성하는 내부벽체와 외부벽체 사이에 공명 공간이 있는 소음기 몸체를 구비하고, 상기 내부벽체에 다공 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

부가적으로, 소음기 몸체의 외부벽체에는 내부벽체와 마찬가지로 다공 구조가 형성될 수 있다.

상기 공명 공간내에는 흡음부재가 더 구비될 수 있다. 여기서, 흡음부재는 금속 세선의 집합체 구조가 채용되는 것이 바람직하다.

상기 소음기 몸체는 복수개가 구비되어 상호 병렬 연결될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고주파 음향 소음기의 구성을 도시하는 사시도이며, 도 4는 도 3의 종단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고주파 음향 소음기는 점차 구경이 좁아지는 형상의 음파 진입구(100) 및 이와 연통되는 음파 진행통로(101)가 마련되고, 다공 구조의 내부벽체(102)와 외부벽체(103)를 갖는 소음기 몸체를 구비한다. 비록, 도면에는 소음기 몸체가 전체적으로 원통 형태를 갖는 것이 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않고 각형으로 변형 가능함은 물론이다.

음파 진입구(100)는 소음기 몸체의 앞부분에 구비되는 이른바, 깔때기 형상의 음파 유입 구조에 의해 형성되어 음파의 진입방향을 따라 점진적으로 구경이 좁아지는 형상을 갖는다. 이러한 음파 진입구(100)의 구조에 의하면, 음파 진입구(100)와 연통되는 음파 진행통로(101)의 구경 D를 미세하게 형성하더라도 음파의 유입이 원활히 이루어지고, 소음원 방향으로의 배압을 억제할 수 있다. 여기서, 음파 진행통로(101)의 구경 D는 전술한 수학식1의 조건을 만족하도록 설정된다.

음파 진입구(100)와 연통되는 음파 진행통로(101)는, 바람직하게 원통 형태를 갖되 그 전반에 걸쳐 다수의 통공(102a)이 형성되어 있는 내부벽체(102)의 중공에 해당한다. 여기서, 내부벽체(102)의 통공은 내부벽체의 전체면적 대비 50% 이내의 비율로 천공되는 것이 바람직하다.

상기 내부벽체(102)의 외곽에는 헬름홀츠(Helmholtz) 공명 공간을 형성하도록 소정 유격을 두고 내부벽체(102)를 둘러싸는 외부벽체(103)가 구비된다. 이에 따라, 음파 진행통로(101)를 따라 진행하는 고주파 소음들은 내부벽체(102)의 통공(102a)을 거쳐서 내부벽체(102)와 외부벽체(103) 사이에 진입하여 공명 현상을 일으킴으로써 상당량이 저감된다.

부가적으로, 외부벽체(103)에도 내부벽체(102)와 마찬가지로 전반에 걸쳐 다수의 통공(103a)을 형성하게 되면 소음 저감효율을 보다 향상시킬 수 있다.

상기 내부벽체(102)와 외부벽체(103) 사이의 공명 공간내에는 음파를 흡수하는 흡음부재(104)가 더 구비될 수 있다. 여기서, 흡음부재(104)로는 통상의 스틸(Steel) 재질 수세미와 유사한 구조를 갖는 금속 세선의 집합체가 채용되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 그밖의 다양한 흡음재가 채용될 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따르면, 단일의 소음기 몸체를 갖는 고주파 소음기는 물론이며, 도 5에 도시된 바와 같이 복수개의 소음기 몸체가 상호 병렬 연결된 어셈블리 구조의 고주파 소음기(150)가 제공될 수도 있다. 이 경우 상호 외접하도록 병렬 연결되는 소음기 몸체의 수는 장착 대상이 되는 기기의 소음 토출구의 직경이나 소음의 규모에 상응하여 다양하게 설정된다.

도 6에는 본 발명에 따른 고주파 소음기의 사용예가 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 고주파 소음기는 예컨대, 원심압축기에 해당하는 장착 대상 기기(300)의 토출구에 결합되어 임펠러 등의 고속회전시 발생하는 고 주파 소음을 저감시킨다. 즉, 대상 기기(300)의 토출구로부터 고주파 소음기(200)의 음파 진입구(100) 내부로 진입한 고주파 소음은 음파 진행통로(101)를 따라 투과됨과 더불어 내부벽체(102)의 다공을 빠져나가 내부벽체(102)와 외부벽체(103) 사이의 공간에서 헬름홀츠 공명을 일으킴으로써 저감되고, 바람직하게 흡음부재(104)에 의해 흡음됨으로써 제거된다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 의하면 소음기 몸체의 내부 구경을 미세하게 형성할 수 있으므로 고주파 소음을 제거할 수 있고, 음파 진입구의 구조를 통해 배압의 발생을 최소화 할 수 있으며, 해당 소음발생기기에 대한 장착이 용이한 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면 헬름홀츠 공명기 구조를 통한 소음저감과 더불어 흡음부재를 이용한 흡음작용이 이루어지므로 소음저감효율을 보다 향상시키는 효과를 제공한다.

Claims (5)

1. 점진적으로 구경이 좁아지는 음파 진입구 및 이와 연통되는 음파 진행통로가 마련되며, 상기 음파 진입구와 진행통로를 형성하는 내부벽체와 외부벽체 사이에 공명 공간이 있는 소음기 몸체를 구비하고,

   상기 내부벽체에 다공 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 음향 소음기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 외부벽체에 다공 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파 음향 소음기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 공명 공간내에 구비되는 흡음부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 음향 소음기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 흡음부재는 금속 세선의 집합체인 것을 특징으로 하는 고주파 음향 소음기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 소음기 몸체는 복수개가 구비되어 상호 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 고주파 음향 소음기.

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