KR20150072610A - 차량 공조장치용 소음기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 공조장치용 소음기에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 헬름홀쯔 공명 구조를 적용한 소음기에서 축관부를 추가 형성함으로써, 헬름홀쯔 공명구조를 통한 목표 주파수 대역에 대한 소음 감쇄 뿐만 아니라 상기 축관부 구성을 통한 다른 주파수 대역 다시말해 넓은 주파수 대역(Broadband 대역)에 대한 소음까지 감쇄할 수 있고, 이로인해 소음기의 개수를 늘리지 않아도 되므로 원가 및 중량도 줄일 수 있는 차량 공조장치용 소음기에 관한 것이다.

Description

차량 공조장치용 소음기{Muffler for air conditioner of vehicle}

본 발명은 차량 공조장치용 소음기에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 헬름홀쯔 공명 구조를 적용한 소음기에서 축관부를 추가 형성함으로써, 헬름홀쯔 공명구조를 통한 목표 주파수 대역에 대한 소음 감쇄 뿐만 아니라 상기 축관부 구성을 통한 다른 주파수 대역 다시말해 넓은 주파수 대역(Broadband 대역)에 대한 소음까지 감쇄할 수 있는 차량 공조장치용 소음기에 관한 것이다.

차량용 공조장치는, 하절기나 동절기에 자동차 실내를 냉,난방하거나 또는 우천시나 동절기에 윈드 실드에 끼게 되는 성에 등을 제거하여 운전자가 전후방 시야를 확보할 수 있게 할 목적으로 설치되는 자동차의 내장품으로, 이러한 공조장치는, 통상, 난방시스템과 냉방시스템을 동시에 갖추고 있어서, 외기나 내기를 선택적으로 도입하여 그 공기를 가열 또는 냉각한 다음 자동차의 실내에 송풍함으로써 자동차 실내를 냉,난방하거나 또는 환기한다.

이러한 공조장치의 일반적인 에어컨시스템은 통상, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하여 송출하는 압축기(Compressor)(1), 압축기(1)에서 송출되는 고압의 냉매를 응축하는 응축기(Condenser)(2), 응축기(2)에서 응축되어 액화된 냉매를 교축하는 예컨대 팽창밸브(Expansion Valve)(3), 그리고, 상기 팽창밸브(3)에 의해 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하는 증발기(Evaporator)(4) 등이 냉매 배관으로 연결되어 이루어진 냉동사이클로 구성되며, 다음과 같은 냉매 순환과정을 통하여 자동차 실내를 냉방한다.

자동차 공조장치의 냉방스위치(미도시)가 온(On) 되면, 먼저 압축기(1)가 엔진의 동력으로 구동하면서 저온 저압의 기상 냉매를 흡입,압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(2)로 송출하고, 응축기(2)는 그 기상 냉매를 외기와 열교환하여 고온 고압의 액체로 응축한다. 이어, 응축기(2)에서 고온 고압의 상태로 송출되는 액상 냉매는 팽창밸브(3)의 교축작용으로 급속히 팽창되어 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(4)로 보내어지고, 증발기(4)는 그 냉매를 블로어(미도시)가 차량 실내로 송풍하는 공기와 열교환시킨다. 이에 냉매는 증발기(4)에서 증발하여 저온 저압의 기체 상태로 배출되고 다시 압축기(1)에 흡입되어 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다. 이상의 냉매순환과정에 있어서, 차량 실내의 냉방은 상술한 바와 같이 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 상기 증발기(4)를 거치면서 증발기(4)내를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.

여기서, 엔진의 동력을 전달받아 구동되는 압축기(1)는, 피스톤의 직선 왕복운동에 의해 증발기(4)로부터 유입된 저온 저압의 기상 냉매를 고온 고압으로 압축하여 응축기(2)측으로 토출시키는 과정에서 냉매의 배출소음을 발생시키게 된다.

이러한 냉매의 배출소음은 차량이나 엔진의 공진부와 겹치면서 증폭되게 되므로, 이를 방지하기 위하여 냉매 배관에 다양한 형태의 소음기가 장착되고 있다.

도 2는 종래의 다양한 소음기를 나타내는 도면으로써, 간략히 설명하면,

(a)소음기는 반사형으로서, 소음이 소음기 내부에서 수차례 반사되어 소음이 감소되는 원리이고,

(b) 소음기는 흡수형으로서, 내부 흡음 재질 및 구조에 따라 특정 주파수의 소음만 선택적으로 흡수하여 제거하는 원리이며,

(c) 소음기는 간섭형으로서, 제거하고자하는 소음과 위상차가 다른 소음을 발생시켜 상쇄시키는 원리이고,

(d) 소음기는 헬름홀쯔(Helmholtz) 공명기형으로서, 목 부분의 공기는 질량으로 통의 부피는 스프링으로 작용하여 고유진동수가 결정되며 소음을 상쇄시키는 원리이다.

도 3은 종래의 헬름홀쯔 공명 구조를 적용한 소음기를 냉매 배관에 설치한 단면도로서, 도시된 바와 같이, 상기 소음기(10)는, 배관(P)에 목부(11)를 관통 형성하고, 상기 배관(P)의 외주면에는 공명실(16)을 갖는 공명관(15)을 결합하여 구성된다.

따라서, 목표 주파수에 해당하는 대역에 대한 소음전달손실(TL; Transmission-loss)이 발생하여 소음을 감쇄하게 된다.

그러나, 소음을 감쇄하는 주파수 대역이 좁아서 넓은 주파수 대역(Broadband 대역)의 에어컨 소음에 대한 저감 효과가 제한적인 문제가 있다.

또한, 압축기(1) 등의 에어컨 부품 및 엔진을 포함한 차량의 변화에 따라 에어컨 소음의 발생주파수가 조금씩 다르게 되는데, 다른 주파수 대역마다 사양이 다른 공명형 소음기 개수를 늘리게 되면, 원가 및 중량이 증가하는 문제도 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 헬름홀쯔 공명 구조를 적용한 소음기에서 축관부를 추가 형성함으로써, 헬름홀쯔 공명구조를 통한 목표 주파수 대역에 대한 소음 감쇄 뿐만 아니라 상기 축관부 구성을 통한 다른 주파수 대역 다시말해 넓은 주파수 대역(Broadband 대역)에 대한 소음까지 감쇄할 수 있고, 이로인해 소음기의 개수를 늘리지 않아도 되므로 원가 및 중량도 줄일 수 있는 차량 공조장치용 소음기를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유체가 유동하는 배관에 헬름홀쯔(Helmholtz) 공명 구조를 구성하여 소음을 감쇄시키는 차량 공조장치용 소음기에 있어서, 상기 배관에 연결되며 상기 배관의 내경 보다 작은 내경을 형성하도록 축관부를 갖는 내측관과, 상기 내측관의 축관부에 관통 형성되는 목부와, 상기 내측관의 외주면에 이중관 구조로 결합되어 상기 축관부의 둘레에 상기 목부와 연통하는 공명실을 형성하는 외측관으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 헬름홀쯔 공명 구조를 적용한 소음기에서 축관부를 추가 형성함으로써, 헬름홀쯔 공명구조를 통한 목표 주파수 대역에 대한 소음 감쇄 뿐만 아니라 상기 축관부 구성을 통한 다른 주파수 대역 다시말해 넓은 주파수 대역(Broadband 대역)에 대한 소음까지 감쇄할 수 있고, 이로인해 소음기의 개수를 늘리지 않아도 되므로 원가 및 중량도 줄일 수 있다.

도 1은 일반적인 차량용 공조장치의 에어컨시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 종래의 다양한 소음기를 나타내는 도면,
도 3은 종래의 헬름홀쯔 공명 구조를 적용한 소음기를 냉매 배관에 설치한 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 소음기가 적용된 차량 공조장치를 나타내는 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 공조장치에서 소음기를 나타내는 단면도,
도 6는 본 발명에 따른 차량용 공조장치에서 소음기의 다른 실시예를 나타내는 단면 사시도,
도 7은 도 6의 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 소음기의 소음전달손실(TL) 특성을 나타내는 그래프,
도 9은 본 발명의 소음기와 종래기술 소음기의 소음전달손실(TL) 특성을 비교한 그래프이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 차량 공조장치는, 압축기(1) -> 응축기(2) -> 팽창밸브(3) -> 증발기(4)를 냉매 배관(P)으로 연결하여 구성된다.

먼저, 상기 압축기(Compressor)(1)는 동력공급원(엔진 또는 모터 등)으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 증발기(4)로부터 토출된 저온 저압의 기상 냉매를 흡입,압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(2)로 토출하게 된다.

상기 응축기(Condenser)(2)는 상기 압축기(1)에서 토출된 고온 고압의 기상 냉매를 외기와 열교환시켜 고온 고압의 액체로 응축하여 팽창밸브(3)로 토출하게 된다.

상기 팽창밸브(Expansion Valve)(3)는 상기 응축기(2)에서 토출된 고온 고압의 액상 냉매를 교축작용으로 급속히 팽창시켜 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(4)로 보내게 된다.

상기 증발기(Evaporator)(4)는 상기 팽창밸브(3)에서 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환시켜 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하게 된다.

계속해서, 상기 증발기(4)에서 증발하여 저온 저압의 기상 냉매는 다시 압축기(1)에 흡입되어 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.

아울러, 상기와 같은 냉매순환과정에서, 차량 실내의 냉방은 공조장치의 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 상기 증발기(4)를 통과하면서 증발기(4)의 내부를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.

그리고, 상기 배관(P)에는 헬름홀쯔(Helmholtz) 공명 구조를 이용한 소음기(100)가 설치되어 소음을 감쇄시키게 된다.

상기 소음기(100)는 소음이 발생하는 곳에 설치할 수 있는데, 일예로 상기 압축기(1)가 기상 냉매를 고온 고압으로 압축하여 응축기(2)측으로 토출시키는 과정에서 냉매의 배출소음이 발생하므로 상기 압축기(1)와 응축기(2) 사이의 배관(P)에 상기 소음기(100)를 설치할 수 있다.

물론 소음이 발생하는 배관(P)의 다른 위치에도 설치할 수 있으며, 냉매가 유동하는 배관(P) 뿐만 아니라, 공기가 유동하는 배관이라고 할 수 있는 공조장치의 덕트(미도시)나 공조케이스(미도시)측에도 설치할 수 있다.

상기 소음기(100)는, 상기 배관(P)에 연결되며 상기 배관(P)의 내경 보다 작은 내경을 형성하도록 축관부(111)를 갖는 내측관(110)과, 상기 내측관(110)의 축관부(111)에 관통 형성되는 목부(112)와, 상기 내측관(110)의 외주면에 이중관 구조로 결합되어 상기 축관부(111)의 둘레에 상기 목부(112)와 연통하는 공명실(121)을 형성하는 외측관(120)으로 이루어진다.

상기 내측관(110)은, 도 5와 같이 상기 배관(P)과 동일 배관으로 구성될 수도 있고, 또는 도 6 내지 도 7과 같이 상기 배관(P)과 별도로 구성될 수도 있다.

도 5에 도시된 내측관(110)은, 상기 배관(P)과 동일 배관으로 구성되어 일체로 연결되며, 이때 상기 축관부(111)는, 상기 내측관(110)의 일정 구간을 축관하여 형성된다. 다시말해, 하나의 단일 배관(P) 특정 구간을 축관하여 상기 축관부(111)를 형성한 것이다.

도 6 내지 도 7에 도시된 내측관(110)은, 상기 배관(P)과 별도로 구성되어 내측관(110)의 양단부가 상기 배관(P)에 연결되며, 이때 상기 축관부(111)는, 상기 내측관(110)의 양단부 사이를 축관하여 형성된다.

도 6 내지 도 7의 실시예에서는, 상기 소음기(100)를 설치할 배관(P) 구간에 상기 배관(P)이 생략되며, 이때 서로 이격된 배관(P)의 단부가 상기 내측관(110)의 양단부 내측으로 삽입되어 용접 된다.

그리고, 상기 축관부(111)는, 상기 내측관(110)을 축관하여 형성됨으로써, 상기 축관부(111)의 내경(B)이 상기 배관(P)의 내경(A) 보다 작게 형성된다.

이때, 상기 축관부(111)의 양단부에는 경사면(112a)이 형성되는데, 즉, 상기 축관부(111)와 상기 축관이 되지 않은 내측관(110) 부위가 경사면(112a)으로 연결됨으로써, 상기 배관(P)을 유동하는 냉매가 상기 축관부(111)를 원활하게 통과할 수 있게 된다.

또한, 상기 목부(112)는, 원통형으로 형성되며 상기 축관부(111)의 원주방향으로 서로 일정간격 이격되어 복수개 형성된다. 도면에서는 90도 간격으로 4개의 목부(112)를 형성하였다.

상기 목부(112)는, 헬름홀쯔 공명 구조에서 목을 구성하게 되고, 상기 외측관(120)에 의해 형성되는 공명실(121)은 헬름홀쯔 공명 구조에서 공명을 위한 체적을 구성하게 된다.

상기 외측관(120)의 양단부는, 상기 축관이 되지 않은 내측관(110)의 외주면에 용접으로 결합되어 밀폐됨으로써, 상기 축관부(111)의 둘레에 상기 공명실(121)을 형성하게 된다.

이때, 상기 공명실(121)은, 상기 축관부(111)의 전구간에 걸쳐 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명은 상기 내측관(110)을 부분 축관하여 소음전달손실(TL; Transmission-loss) 성능을 최대화 한 것이다.

이때, 상기 배관(P)의 내경을 A라 하고, 상기 축관부(111)의 내경을 B라 할때, 상기 축관부(111)의 축관비율(B/A)은, 0.5 ~ 0.9 를 만족하는 것이 바람직하다.

만일, 축관비율(B/A)이 0.5 미만이면 상기 축관부(111)내를 유동하는 냉매의 압력손실이 발생하여 성능이 악화되고, 0.9 초과하면 소음전달손실(TL)의 성능 개선이 부족하게 된다.

도 8은 본 발명에 따른 소음기의 소음전달손실(TL) 특성을 나타내는 그래프로서, 보는 바와 같이, 헬름홀쯔 공명기의 소음전달손실(TL) 특성은 목표 주파수 대역에 대한 소음전달손실이 크게 발생하고, 축관 구성에 따른 소음전달손실(TL) 특성은 넓은 주파수 대역(Broadband 대역)에서 소음전달손실이 발생하는 것을 알 수 있으며,

따라서, 본 발명은 헬름홀쯔 공명기의 소음전달손실(TL) 특성과, 축관 구성에 따른 소음전달손실(TL) 특성을 모두 갖게 되어 소음전달손실(TL)의 성능을 최대화 할 수 있으며, 이로인해, 도 8의 아래 그래프와 같이 목표 주파수 대역에 대한 소음은 물론 다른 주파수 대역 즉 넓은 주파수 대역(Broadband 대역)에 대한 소음까지 감쇄할 수 있고, 소음기(100)의 개수를 늘리지 않아도 되므로 원가 및 중량도 줄일 수 있다.

한편, 도 8의 그래프와 같이, 축관비율(B/A)은 0.5 ~ 0.9 범위내에서 결정해야 소음전달손실(TL)의 성능을 최대화 할 수 있다.

도 9은 본 발명의 소음기와 종래기술 소음기의 소음전달손실(TL) 특성을 비교한 그래프로서, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명이 소음기(100)는 헬름홀쯔 공명기의 소음전달손실(TL) 특성과, 축관 구성에 따른 소음전달손실(TL) 특성을 모두 갖게 되어 소음전달손실(TL)의 성능이 최대화 되므로, 목표 주파수 대역에 대한 소음은 물론 다른 주파수 대역 즉 넓은 주파수 대역(Broadband 대역)에 대한 소음까지 감쇄할 수 있는 반면,

종래기술(도 3)은, 헬름홀쯔 공명기의 소음전달손실(TL) 특성만을 가지게 되므로, 목표 주파수 대역에 대한 소음만 감쇄하고, 다른 주파수 대역에 대한 소음은 감쇄하지 못하는 것을 알 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 차량 공조장치용 소음기의 작용을 설명하기로 한다.

먼저, 상기 차량 공조장치의 냉매순환과정을 설명하기로 하며, 상기 압축기(1)와 응축기(2) 사이의 배관(P)에 상기 소음기(100) 설치된 경우를 일예로 설명하기로 한다.

상기 압축기(1)에서 압축되어 배출되는 고온/고압의 기상 냉매는 상기 응축기(2)로 유입되고, 상기 응축기(2)로 유입된 기상냉매는 외부공기와의 열교환을 통해 응축되면서 고온/고압의 액상 냉매로 상변화 한 후, 상기 팽창밸브(3)로 유입되어 감압/팽창 된다.

상기 팽창밸브(3)에서 감압/팽창된 냉매는 저온/저압의 무화 상태가 되어 상기 증발기(4)로 유입되고, 상기 증발기(4)로 유입된 냉매는 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 차량 실내로 송풍되는 공기를 냉각시키게 된다.

이후, 상기 증발기(4)에서 배출된 저온/저압의 냉매는 상기 압축기(1)로 유입된다.

상기의 냉매순환 과정에서, 상기 압축기(1)에서 배출되어 배관(P)을 따라 유동하는 냉매는 상기 소음기(100)의 축관부(111)를 통과하게 되고, 이 과정에서 헬름홀쯔 공명 구성(목부 및 공명실) 및 축관 구성(축관부)에 의해 목표 주파수 대역에 대한 소음과 다른 주파수 대역에 대한 소음이 감쇄된다.

1: 압축기 2: 응축기
3: 팽창밸브 4: 증발기
100: 소음기 110: 내측관
111: 축관부 112: 목부
120: 외측관 121: 공명실

Claims (7)

1. 유체가 유동하는 배관(P)에 헬름홀쯔(Helmholtz) 공명 구조를 구성하여 소음을 감쇄시키는 차량 공조장치용 소음기에 있어서,
   상기 배관(P)에 연결되며 상기 배관(P)의 내경 보다 작은 내경을 형성하도록 축관부(111)를 갖는 내측관(110)과,
   상기 내측관(110)의 축관부(111)에 관통 형성되는 목부(112)와,
   상기 내측관(110)의 외주면에 이중관 구조로 결합되어 상기 축관부(111)의 둘레에 상기 목부(112)와 연통하는 공명실(121)을 형성하는 외측관(120)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량 공조장치용 소음기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 내측관(110)은, 상기 배관(P)과 동일 배관으로 구성되고,
   상기 축관부(111)는, 상기 내측관(110)의 일정 구간을 축관하여 형성된 것을 특징으로 하는 차량 공조장치용 소음기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 내측관(110)은, 상기 배관(P)과 별도로 구성되어 그 양단부가 상기 배관(P)에 연결되고,
   상기 축관부(111)는, 상기 내측관(110)의 양단부 사이를 축관하여 형성된 것을 특징으로 하는 차량 공조장치용 소음기.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 목부(112)는, 원통형으로 형성되며 상기 축관부(111)의 원주방향으로 서로 일정간격 이격되어 복수개 형성된 것을 특징으로 하는 차량 공조장치용 소음기.
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 축관부(111)의 양단부에는 경사면(112a)이 형성된 것을 특징으로 하는 차량 공조장치용 소음기.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 외측관(120)의 양단부는, 상기 내측관(110) 외주면에 용접되어 밀폐되며,
   상기 공명실(121)은, 상기 축관부(111)의 전구간에 걸쳐 형성된 것을 특징으로 하는 차량 공조장치용 소음기.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 배관(P)의 내경을 A라 하고, 상기 축관부(111)의 내경을 B라 할때, 상기 축관부(111)의 축관비율(B/A)은, 0.5 ~ 0.9 를 만족하는 것을 특징으로 하는 차량 공조장치용 소음기.

Images