WO2021020719A1 - 유체 소음기 - Google Patents

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WO2021020719A1
WO2021020719A1 PCT/KR2020/007450 KR2020007450W WO2021020719A1 WO 2021020719 A1 WO2021020719 A1 WO 2021020719A1 KR 2020007450 W KR2020007450 W KR 2020007450W WO 2021020719 A1 WO2021020719 A1 WO 2021020719A1
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fluid
noise
sound
space
accommodation space
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PCT/KR2020/007450
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English (en)
French (fr)
Inventor
박종진
곽준혁
이학주
최태인
정민석
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재단법인 파동에너지 극한제어연구단
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Publication date
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    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/02—Energy absorbers; Noise absorbers
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    • G10K2210/321—Physical
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Definitions

  • the present invention relates to a fluid silencer, and more particularly, to a fluid silencer for minimizing the noise of the pipe by absorbing a noise source contained in the fluid flowing along the pipe.
  • flow noise is generated by a fluid movement mechanism such as an engine or a pump, as well as a fluid transmission noise while passing through a valve or a curved pipe.
  • fluid silencers There are several types of fluid silencers depending on the noise reduction method. Typically, there is a fluid silencer in the form of a simple expansion pipe that reduces noise by using impedance mismatch by making it larger than the diameter of the pipe through which the fluid passes.
  • the existing simple extension pipe type fluid silencer has the effect of reducing noise in a wide range, but the noise attenuation effect is insufficient to intensively reduce the noise source in a specific frequency band, and acts as an obstacle to the flow of fluid through the pipe. Rather, there is a problem that the fluid noise increases.
  • the fluid silencer has a sound absorption type silencer that absorbs the noise source and reduces sound waves from the reflected noise source.
  • An object of the present invention is to solve the problems of the prior art, and the present invention is to provide a fluid silencer capable of maximizing sound wave energy consumption due to friction of a viscous fluid, and implementing a small size and weight reduction.
  • the fluid silencer includes: an expansion unit disposed on a pipe portion through which fluid including a noise source flows, and having an accommodation space therein; A viscous fluid accommodated in the receiving space; A noise introduction member disposed between the pipe part and the expansion part so that the accommodation space is sealed, and for introducing a noise source into the accommodation space; At least one partition member disposed in the receiving space and dividing the receiving space along a fluid flow direction; A baffle member disposed on one surface of the partition member and forming a plurality of sound-absorbing spaces into which noise sources introduced into the accommodation space are distributed and introduced; And an elastic member disposed between the partition member and the baffle member and contracted and expanded by the viscous fluid entering and leaving the sound-absorbing space as the noise source is introduced into the sound-absorbing space, and including, the viscous fluid and the baffle. It is characterized in that the noise source is converted into heat energy due to friction between the members and exhausted.
  • a sleeve member disposed between the baffle member and the noise introducing member and blocking direct introduction of a noise source passing through the noise introducing member into the sound absorbing space may contain more.
  • the baffle member may be radially disposed around the noise introducing member so that a plurality of sound absorbing spaces are formed along the circumferential direction of the accommodation space.
  • the baffle member may be arranged to have different diameters while maintaining a concentric circle such that a plurality of sound absorbing spaces are formed along the radial direction of the accommodation space.
  • a pair of baffle members sharing the sound-absorbing space may each have a friction surface in contact with the viscous fluid, and in this case, the friction surface is the viscous It may be formed to be corrugated to increase the contact area with the fluid.
  • the friction surface may be formed to be corrugated along the traveling direction of the noise source entering and leaving the sound-absorbing space.
  • the baffle member and the elastic member may be disposed on one front surface and the other rear surface of the partition member, respectively.
  • the fluid silencer according to the present invention includes a baffle member that forms a plurality of sound-absorbing spaces into which noise sources are distributed and introduced, and an elastic member that maximizes a pressure difference in the sound-absorbing space, thereby implementing a strong flow of viscous fluid in the sound-absorbing space, From this, it is possible to maximize the exhaustion of sound wave energy due to viscous friction of the viscous fluid.
  • the fluid silencer according to the present invention can further increase the effective area in contact with the viscous fluid by forming a corrugated portion in which the concave portion and the convex portion are repeated on the friction surface of the baffle member in contact with the viscous fluid.
  • the viscous friction can be more maximized.
  • the fluid silencer according to the present invention does not add a separate sound absorbing material therein, and can satisfy the effective sound absorption performance even though the volume of the accommodation space is relatively narrow, a fluid silencer having a smaller size and a compact size is manufactured. There is an advantage that can be.
  • FIG. 1 is a view showing a cross section of a fluid silencer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing an embodiment of the noise reduction member shown in FIG.
  • FIG. 3 is a view showing another embodiment of the noise reduction member shown in FIG.
  • FIG. 4 is a view for explaining the operating principle of the noise reduction member according to the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a cross-section of a fluid silencer according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing a cross-section of a fluid silencer according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view showing an embodiment of the noise reduction member shown in FIG.
  • the fluid silencer according to the present invention can effectively reduce the noise source of the pipe part 10 through which the fluid including the noise source flows, and the expansion part 110, the viscous fluid 120, and noise introduction A member 130, a partition member 140, and a noise reduction member 150 may be included.
  • the expansion part 110 is disposed on the pipe part 10 through which the fluid passes, and an accommodation space 115 communicating with the flow path of the pipe part 10 may be formed inside.
  • the pipe portion 10 through which the fluid passes may be a pipe having a constant diameter, and a gas, cooling water, etc. may be applied as the fluid.
  • the fluid flowing along the pipe 10 may include a noise source generated by a driving mechanism of machinery such as an engine or a pump, and a fluid noise source generated while passing through various valves or curved pipes.
  • the expansion unit 110 may be configured in a tube shape of an expanded structure to have a diameter larger than the diameter of the tube unit 10 through which the fluid passes.
  • the expansion part 110 includes a front cover 111 of a flange structure coupled to the front side pipe portion 10, and a rear cover 112 of a flange structure coupled to the rear side pipe portion 10, and the front cover. It may include (111) and an outer cover 113 connecting the circumference of the rear cover 112.
  • the expansion part 110 may be made of the same material as the pipe part 10, or may be made of a material such as aluminum, steel, or ceramic.
  • the viscous fluid 120 may be accommodated in the receiving space 115 of the expansion unit 110.
  • a fluid having a high viscosity is preferably used, and it is recommended to use a fluid having a viscosity that is 10 or more times greater than the viscosity of the fluid flowing through the pipe part 10.
  • glycerin when applied to the pipe part 10 through which cooling water (water) flows, glycerin may be used as the viscous fluid 120. It is known that the viscosity of water at about 20 degrees is 1.0087 cP, and that of glycerin is 1413.8 cP.
  • silicone oil, grease, or the like may be used as the viscous fluid 220.
  • the noise introducing member 130 may be disposed between the pipe portion 10 and the pipe portion 110 so that the receiving space 115 of the pipe portion 110 is sealed.
  • the noise introducing member 130 may be installed to connect the front side pipe portion 10 and the rear side pipe portion 10 connected with a fluid silencer therebetween.
  • the noise introducing member 130 may be formed to have the same inner diameter as the inner diameter of the pipe part 10.
  • the noise introducing member 130 may be formed of an elastic material, and for example, when applied to the pipe portion 10 through which cooling water (water) flows, the noise introducing member 130 is the same as the impedance of the cooling water (water). It may be formed of a material having an impedance, specifically polyurethane may be used.
  • the noise introducing member 130 can block the viscous fluid 120 filled in the receiving space 115 from flowing out to the pipe portion 10 or outflowing to the outside, and pass the noise source of the pipe portion 10 to pass through the receiving space ( 115) can introduce a noise source.
  • the partition member 140 may be disposed inside the expansion unit 110 to divide the accommodation space 115 inside the expansion unit 110 along the flow direction of the fluid.
  • the partition member 140 may be coupled to the circumferential surface of the noise introducing member 130 through the central through hole 141, and the outer circumferential surface may be coupled to the outer cover 113 of the expansion unit 110.
  • the partition member 140 may be formed of a metal material, for example, may be formed of a material such as aluminum, steel, or ceramic.
  • a plurality of partition members 140 may be provided to be spaced apart along the flow direction of the fluid flowing through the pipe part 10.
  • the plurality of partition members 140 may be disposed at equal intervals from each other, and may be disposed at intervals of different sizes.
  • the noise reduction member 150 absorbs a noise source introduced into the accommodation space 115 to substantially reduce noise, and may include a baffle member 151 and an elastic member 153.
  • the baffle member 151 may be disposed on one surface of the partition member 140, and may form a plurality of sound-absorbing spaces 152 into which noise sources introduced into the accommodation space 115 are distributed and introduced.
  • the noise reduction member 150 includes a plurality of baffle members 151, wherein the baffle member 151 is radially centered on the noise introduction member 130. Can be placed. Accordingly, a plurality of sound-absorbing spaces 152 may be formed along the circumferential direction of the receiving space 115.
  • the noise reduction member 250 also includes a plurality of baffle members 251, wherein the baffle member 251 is concentric with the noise introduction member 130 It may be composed of a plurality of baffle members 251 having different diameters. Accordingly, a plurality of sound-absorbing spaces 252 may be formed along the radial direction of the accommodation space 115.
  • FIG. 4 is a view for explaining the operating principle of the noise reduction member according to the present invention.
  • a pair of adjacent baffle members 151 that share each sound-absorbing space 152 have a friction surface 151a in contact with the viscous fluid 120.
  • the viscous fluid 120 When a pulse-type noise source is introduced into the sound-absorbing space 152, the viscous fluid 120 generates a flow between the baffle members 151, that is, entering and exiting the sound-absorbing space 152. During the flow of the viscous fluid 120, the viscous fluid 120 generates friction on the friction surface 151a of the baffle member 151, and the sonic energy of the noise source is converted into thermal energy due to this frictional action, and sonic energy May be exhausted.
  • the friction surface 151a may be formed to be corrugated so that the concave portion and the convex portion may be repeated, and the corrugated friction surface 151a may increase a contact area with the viscous fluid 120.
  • the friction surface 151a is formed in a planar structure, the effective area of contact with the viscous fluid 120 is small, so that the frictional action is relatively small, so that the amount of sound wave energy converted into heat energy may be small.
  • the baffle member 151 is preferably formed of a metal material, and may be formed of, for example, stainless steel, copper, tungsten, or the like.
  • the friction surface 151a of the baffle member 151 may be formed to have directionality, and preferably, may be formed to be corrugated along the traveling direction of the noise source entering and leaving the sound absorbing space 152. That is, due to a curved structure such as a convex surface or a concave surface of the corrugated friction surface 151a, the frictional action with the viscous fluid 120 entering and leaving the sound-absorbing space 152 may be further increased.
  • the fluid silencer according to the present invention may further include a sleeve member 155.
  • the sleeve member 155 may be disposed between the baffle member 151 and the noise introducing member 130, and may block direct introduction of the noise source passing through the noise introducing member 130 into the sound absorbing space 152.
  • the sleeve member 155 may be disposed to surround the noise inducing member 130, and the sleeve member 155 may be formed integrally with the baffle member 151, and is made of the same material as the baffle member 151. Can be.
  • the noise source inside the pipe part 10 is not directly introduced into the sound-absorbing space 152, which is a space between the baffle member 151, but the noise reduction member 150 due to the sleeve member 155 described above. ) Is first introduced into the front-side receiving space 115, and then introduced into the sound-absorbing space 152 formed by the baffle member 151.
  • the sleeve member 155 first introduces a noise source into a portion of the accommodation space 115 filled with only the viscous fluid 120 located in front of the noise reduction member 150, and then introduces the noise source into the sound-absorbing space 152.
  • the noise source By inducing, it is possible to bypass the traveling path of the noise source, and the sound absorption performance can be improved as the traveling path of the noise source in the accommodation space 115 becomes longer.
  • the elastic member 153 is disposed in the sound-absorbing space 152, and may contract and expand by the viscous fluid 120 that enters and exits the sound-absorbing space 152 as a noise source is introduced into the sound-absorbing space 152.
  • the elastic member 153 may be disposed between the partition member 140 and the baffle member 151 to face the viscous fluid 120 entering and leaving the sound absorbing space 152.
  • Reference numeral 153a of FIG. 2 is a coupling hole through which the noise introducing member 130 is coupled.
  • the elastic member 153 it is preferable to design the elastic member 153 to have a value that is much smaller than that of the viscous fluid 120.
  • the elastic modulus of the elastic member 153 is much smaller than the elastic modulus of the viscous fluid 120, a resistance force against the viscous fluid 120 is hardly generated at the interface between the viscous fluid 120 and the elastic member 153. Therefore, regardless of the pressure state of the viscous fluid 120, the pressure at the interface between the viscous fluid 120 and the elastic member 153 may be nearly zero.
  • the first position P1 which is an entrance region of the sound absorbing space 152
  • the pressure at the second position P2 which is the interface between the viscous fluid 120 and the elastic member 153
  • the viscous fluid 120 due to the pressure difference between the inlet region and the inner region of the sound-absorbing space 152, the viscous fluid 120 generates a strong flow from the inlet region of the sound-absorbing space 152 to the inner region where the elastic member 153 is disposed.
  • the first position P1 which is an entrance region of the sound-absorbing space 152
  • the pressure at the second position P2 which is the interface between the viscous fluid 120 and the elastic member 153
  • the viscous fluid 120 due to the pressure difference between the inlet region of the sound-absorbing space 152 and the inner region, the viscous fluid 120 generates a strong flow from the inner region where the elastic member 153 is disposed to the inlet region of the sound-absorbing space 152 .
  • the viscous fluid 120 on the sound-absorbing space 152 provided by the baffle member 151 has an entrance region of the sound-absorbing space 152 and an elastic member ( A strong flow phenomenon occurs between the inner regions where 153) are arranged.
  • This strong reciprocating flow phenomenon of the viscous fluid 120 causes strong friction with the friction surfaces 151a of the pair of baffle members 151 sharing the sound absorption space 152, and eventually a large amount of sound wave energy is heated. As it is converted into energy, sound wave energy can be exhausted.
  • Polyethylene foam may be used as the elastic member 153 according to the embodiment of the present invention, the volume modulus of the polyethylene foam is 239.9 kPa, and the volume modulus of glycerin as the viscous fluid 120 is 4.35 MPa to be.
  • FIG. 5 is a view showing a fluid silencer according to another embodiment of the present invention.
  • the fluid silencer according to another embodiment of the present invention also includes an expansion unit 110, a viscous fluid 120, a noise introduction member 130, a partition member 140, and a noise reduction member 150, as in one embodiment. I can.
  • the fluid silencer according to another embodiment is different from the above-described embodiment in that the noise reduction members 150 are installed in a pair on one front surface and the other rear surface of the partition member 140.
  • the noise source introduced into each receiving space 115 divided through the partition member 140 is introduced into the front noise reduction member 150 and the rear noise reduction member 150, respectively, thereby exhibiting more effective sound absorption performance. I can.
  • the fluid silencer according to the present invention includes baffle members 151 and 251 forming a plurality of sound-absorbing spaces 152 and 252 into which noise sources are distributed and introduced, and elastic members 153 and 253 that maximize the pressure difference in the sound-absorbing spaces 152 and 252.
  • baffle members 151 and 251 forming a plurality of sound-absorbing spaces 152 and 252 into which noise sources are distributed and introduced
  • elastic members 153 and 253 that maximize the pressure difference in the sound-absorbing spaces 152 and 252.
  • the fluid silencer according to the present invention by forming a corrugated portion in which the concave portion and the convex portion are repeated on the friction surface 151a of the baffle member 151 in contact with the viscous fluid 120, the effective area of contact with the viscous fluid 120 The viscous fluid 120 can be further expanded, and the viscous friction of the viscous fluid 120 can be further maximized.
  • the fluid silencer according to the present invention can satisfy effective sound absorption performance even though the volume of the accommodation space 115 is relatively narrow without adding a separate sound absorbing material therein, a fluid silencer having a smaller size and a compact size There is an advantage that can be produced.
  • the present invention is industrially applicable in the field of fluid silencer technology that minimizes the noise of the pipe by absorbing a noise source contained in the fluid flowing along the pipe.

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Abstract

본 발명은 점성유체의 마찰에 의한 음파 에너지 소진을 극대화할 수 있고, 크기가 작고 경량화를 구현할 수 있는 유체 소음기를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 소음원을 포함한 유체가 유동하는 관부 상에 배치되며, 내측에 수용공간에 구비되는 확관부; 상기 수용공간에 수용되는 점성유체; 상기 수용공간이 밀폐되도록 상기 관부와 상기 확관부 사이에 배치되며, 상기 수용공간으로 소음원이 도입되도록 하는 소음도입부재; 상기 수용공간에 배치되며, 유체의 유동 방향을 따라 상기 수용공간을 분할하는 하나 이상의 칸막이부재; 및 상기 칸막이부재의 일면에 배치되며 상기 수용공간으로 도입되는 소음원이 분산 도입되는 복수의 흡음공간을 형성하는 배플부재가 구비되고, 상기 점성유체와 상기 배플부재 사이의 마찰로 인하여 소음원이 열 에너지로 변환되면서 소진되도록 하는 소음저감부재;를 포함하는 특징을 개시한다.

Description

유체 소음기
본 발명은 유체 소음기에 관한 것으로, 상세하게는 관부를 따라 유동하는 유체 내 포함된 소음원을 흡수하여 관부의 소음을 최소화하는 유체 소음기에 관한 것이다.
차량뿐만 아니라 선박 등의 기계 구동에 사용된 가스나, 냉각수 등은 관을 통하여 외부로 배출되는 과정에서 소음을 방출하게 된다.
예를 들면 엔진, 펌프 등의 유체 이동 메커니즘에 의해 유동 소음이 발생될 뿐만 아니라 밸브나 곡관 등을 지나면서 유체 전달 소음을 유발시킨다.
이와 같은 소음을 줄이기 위한 방법으로는, 엔진이나 펌프 등 자체 소음원의 소음수준을 줄이는 방법과, 소음원이 유동하는 배관 상에 소음기를 장착하여 외부로 방사되는 소음을 줄이는 방법이 있다.
장비 자체 소음원의 소음수준을 줄이는 것은 해당 기계 장비의 성능과 직접적인 관계가 있기 때문에 한계가 있다. 결국 소음을 줄이기 위한 대부분의 방법으로 유체 소음기가 사용된다.
유체 소음기는 소음감소 방안에 따라 몇 가지 형태가 있는데, 대표적으로 유체가 지나가는 배관의 직경보다 크게 하여 임피던스(Impedance) 부정합을 이용하여 소음을 감소시키는 단순 확장관 형태의 유체 소음기가 있다.
그러나 기존 단순 확장관 형태의 유체 소음기는 광범위한 영역대의 소음을 줄이는 효과는 있으나, 특정 주파수 대역의 소음원을 집중적으로 저감시키기에는 소음 감쇠 효과가 미흡하고, 배관을 지나는 유체의 유동에 방해 요소로 작용하여 오히려 유체 소음이 증가하는 문제점이 있다.
또한 유체 소음기는 소음원을 흡수하여 반사되는 소음원의 음파를 줄이는 흡음형 소음기가 있다.
그러나 기존 흡음형 소음기는 음파를 효율적으로 흡수하기 위해서는 두껍고 무거운 다량의 흡음재를 사용해야 하므로, 무게가 증가하는 문제가 있고, 효율적인 흡음을 위해서는 다량의 흡음재를 사용해야 하므로 제작 및 유지보수의 비용이 증가하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 점성유체의 마찰에 의한 음파 에너지 소진을 극대화할 수 있고, 크기가 작고 경량화를 구현할 수 있는 유체 소음기를 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 소음기는, 소음원을 포함한 유체가 유동하는 관부 상에 배치되며, 내측에 수용공간이 구비되는 확관부; 상기 수용공간에 수용되는 점성유체; 상기 수용공간이 밀폐되도록 상기 관부와 상기 확관부 사이에 배치되며, 상기 수용공간으로 소음원이 도입되도록 하는 소음도입부재; 상기 수용공간에 배치되며, 유체의 유동 방향을 따라 상기 수용공간을 분할하는 하나 이상의 칸막이부재; 상기 칸막이부재의 일면에 배치되며 상기 수용공간으로 도입되는 소음원이 분산 도입되는 복수의 흡음공간을 형성하는 배플부재; 및 상기 칸막이부재와 상기 배플부재 사이에 배치되며, 상기 흡음공간으로 소음원이 도입됨에 따라 상기 흡음공간으로 출입하는 상기 점성유체에 의해 수축 및 팽창되는 탄성부재;를 포함하며, 상기 점성유체와 상기 배플부재 사이의 마찰로 인하여 소음원이 열 에너지로 변환되면서 소진되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 소음기에 있어서, 상기 배플부재와 상기 소음도입부재 사이에 배치되며, 상기 소음도입부재를 통과한 소음원이 상기 흡음공간 측으로 직접 도입되는 것을 차단하는 슬리브부재;를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 소음기에 있어서, 상기 배플부재는, 상기 수용공간의 원주 방향을 따라 복수의 흡음공간이 형성되도록 상기 소음도입부재를 중심으로 방사상으로 배치될 수 있다.
혹은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 소음기에 있어서, 상기 배플부재는, 상기 수용공간의 반경 방향을 따라 복수의 흡음공간이 형성되도록 동심원을 유지하며 서로 다른 직경을 가지도록 배치될 수도 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 소음기에 있어서, 상기 흡음공간을 공유하는 한 쌍의 배플부재는 상기 점성유체와 접촉하는 마찰면을 각각 구비할 수 있고, 이 경우 상기 마찰면은, 상기 점성유체와 접촉 면적이 증대되도록 주름지게 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 소음기에 있어서, 상기 마찰면은, 상기 흡음공간을 출입하는 소음원의 진행 방향을 따라 주름지게 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 소음기에 있어서, 상기 배플부재 및 상기 탄성부재는, 상기 칸막이부재의 전방 일면 및 후방 타면에 각각 배치될 수도 있다.
본 발명에 따른 유체 소음기는, 소음원이 분산 도입되는 복수의 흡음공간을 형성하는 배플부재와, 흡음공간내 압력 차를 극대화 하는 탄성부재를 포함함으로서, 흡음공간에서 점성유체의 강한 유동을 구현하고, 이로부터 점성유체의 점성 마찰에 의한 음파 에너지의 소진을 극대화시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유체 소음기는, 점성유체와 접촉하는 배플부재의 마찰면에 오목부와 볼록부가 반복되는 주름부를 형성함으로써, 점성유체와의 접촉 유효 면적을 보다 확대할 수 있고, 이로부터 점성유체의 점성 마찰을 보다 극대화할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유체 소음기는, 내부에 별도의 흡음재를 추가하지 않고, 수용공간의 체적이 상대적으로 협소하더라도, 효과적인 흡음 성능을 만족할 수 있기 때문에, 보다 크기가 작고 콤팩트한 사이즈의 유체 소음기를 제작될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 소음기의 단면을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 소음저감부재의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 소음저감부재의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 소음저감부재의 작동원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 소음기의 단면을 나타낸 도면이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 소음기의 단면을 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 소음저감부재의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 유체 소음기는 소음원을 포함한 유체가 유동하는 관부(10)의 소음원을 효과적으로 감소시킬 수 있는 것으로, 확관부(110), 점성유체(120), 소음도입부재(130), 칸막이부재(140) 및 소음저감부재(150)를 포함할 수 있다.
확관부(110)는 유체가 지나가는 관부(10) 상에 배치되며 내측에는 관부(10)의 유로와 연통하는 수용공간(115)이 형성될 수 있다.
유체가 지나는 관부(10)는 일정한 직경을 가지는 파이프일 수 있으며, 유체는 가스, 냉각수 등이 적용될 수 있다.
관부(10)를 따라 유동하는 유체에는 엔진이나 펌프 등의 기계류 구동 매커니즘에 의해 생성된 소음원 및 각종 밸브나 곡관 등을 지나면서 생성되는 유체 소음원이 포함될 수 있다.
확관부(110)는 유체가 지나가는 관부(10)의 직경보다 큰 직경을 가지도록 확장 구조의 관 형태로 구성될 수 있다.
실시예에 따른 확관부(110)는 전방측 관부(10)와 결합되는 플랜지 구조의 전방커버(111)와, 후방측 관부(10)와 결합되는 플랜지 구조의 후방커버(112) 및 상기 전방커버(111)와 상기 후방커버(112)의 둘레를 연결하는 외측커버(113)를 포함할 수 있다.
확관부(110)는 관부(10)와 동일한 재질로 구성될 수 있으며, 또는 알루미늄, 스틸, 세라믹 등의 소재로 형성될 수 있다.
점성유체(120)는 확관부(110)의 수용공간(115)에 수용될 수 있다.
점성유체(120)는 가급적 점도가 높은 유체를 이용하게 되는데, 바람직하게는 관부(10)를 흐르는 유체의 점도보다 10배 이상 큰 점도를 가지는 유체를 이용하는 것을 권장한다. 예를 들어 냉각수(물)가 흐르는 관부(10)에 적용되는 경우 점성유체(120)는 글리세린이 이용될 수 있다. 약 20도에서 물의 점도는 1.0087cP 이고, 글리세린의 점도는 1413.8 cP인 것으로 알려져 있다. 이 외 점성유체(220)로서 실리콘 오일, 그리스 등이 이용될 수도 있다.
소음도입부재(130)는 확관부(110)의 수용공간(115)이 밀폐되도록 관부(10)와 확관부(110) 사이에 배치될 수 있다.
소음도입부재(130)는 유체 소음기를 사이에 두고 연결되는 전방측 관부(10)와 후방측 관부(10)를 연결하도록 설치될 수 있다. 소음도입부재(130)는 관부(10)의 내경과 동일한 내경을 가지도록 형성될 수 있다.
소음도입부재(130)는 탄성소재로 형성될 수 있고, 예를 들면 냉각수(물)가 흐르는 관부(10)에 적용되는 경우 소음도입부재(130)는 냉각수(물)의 인피던스(Impedance)와 동일한 인피던스를 가지는 소재로 형성될 수 있으며, 구체적으로는 폴리우레탄이 사용될 수 있다.
이러한 소음도입부재(130)는 수용공간(115) 내부에 채워진 점성유체(120)가 관부(10)측으로 유출되거나 외부로 유출되는 것을 차단할 수 있고, 관부(10)의 소음원을 통과시켜 수용공간(115)으로 소음원을 도입시킬 수 있다.
칸막이부재(140)는 확관부(110)의 내부에 배치되어 유체의 유동 방향을 따라 확관부(110) 내부의 수용공간(115)을 분할할 수 있다.
칸막이부재(140)는 중앙 관통공(141)을 통해 소음도입부재(130)의 둘레면에 결합될 수 있고, 외측 둘레면은 확관부(110)의 외측커버(113)에 결합될 수 있다.
칸막이부재(140)는 금속 소재로 형성될 수 있는데, 예를 들면, 알루미늄, 스틸, 세라믹 등의 소재로 형성될 수 있다.
칸막이부재(140)는 관부(10)를 유동하는 유체의 유동 방향을 따라 이격하여 복수개가 구비될 수 있다. 복수의 칸막이부재(140)는 서로 등 간격으로 배치될 수 있고, 서로 다른 크기의 간격으로 배치될 수 있다.
소음저감부재(150)는 수용공간(115)으로 도입된 소음원을 흡수하여 실질적인 소음을 감소시키는 것으로, 배플부재(151) 및 탄성부재(153)를 포함할 수 있다.
배플부재(151)는 칸막이부재(140)의 일면에 배치될 수 있으며, 수용공간(115)으로 도입되는 소음원이 분산 도입되는 복수의 흡음공간(152)을 형성할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 소음저감부재(150)는 복수의 배플부재(151)를 구비하게 되는데, 이때 배플부재(151)는 소음도입부재(130)를 중심으로 방사상으로 배치될 수 있다. 이에 따라 수용공간(115)의 원주 방향을 따라 복수의 흡음공간(152)이 형성될 수 있다.
또한 도 3에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 소음저감부재(250) 역시 복수의 배플부재(251)를 구비하게 되는데, 이때 배플부재(251)는 소음도입부재(130)와 동심을 이루면서 서로 다른 직경을 가지는 복수의 배플부재(251)로 구성될 수도 있다. 이에 따라 수용공간(115)의 반경 방향을 따라 복수의 흡음공간(252)이 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 소음저감부재의 작동원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 추가 참조하면 각각의 흡음공간(152)을 공유하는 인접한 한 쌍의 배플부재(151)는 점성유체(120)와 접촉하는 마찰면(151a)을 구비한다.
펄스 타입의 소음원이 흡음공간(152)으로 도입되면, 점성유체(120)는 배플부재(151)의 사이 즉, 흡음공간(152)을 출입하는 유동이 발생된다. 이러한 점성유체(120)의 유동과정에서 점성유체(120)는 배플부재(151)의 마찰면(151a)에서 마찰이 발생되고, 이러한 마찰 작용으로 인하여 소음원의 음파 에너지가 열 에너지로 변환되면서 음파 에너지가 소진될 수 있다.
한편 마찰면(151a)은 오목부와 볼록부가 반복되도록 주름지게 형성될 수 있는데, 주름진 마찰면(151a)은 점성유체(120)와의 접촉 면적을 증대시킬 수 있다.
만약 마찰면(151a)이 평면 구조로 형성된 경우에는 점성유체(120)와의 접촉 유효 면적이 작아 상대적으로 마찰 작용이 작게 발생하게 되고, 이로써 음파 에너지가 열 에너지로 변환되는 양이 적을 수 있다.
반면 마찰면(151a)이 주름지게 형성된 경우에는 점성유체(120)와의 접촉 유효 면적이 증대되어 상대적으로 큰 마찰 작용을 유도할 수 있기 때문에, 상대적으로 많은 음파 에너지를 열 에너지로 변환할 수 있다.
배플부재(151)는 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들면 스테인리스, 구리, 텅스텐 등으로 형성될 수 있다.
한편 배플부재(151)의 마찰면(151a)은 방향성을 가지도록 형성될 수 있는데, 바람직하게는 흡음공간(152)을 출입하는 소음원의 진행 방향을 따라 주름지게 형성될 수 있다. 즉, 주름진 마찰면(151a)의 볼록면이나 오목면과 같은 곡면 구조로 인하여, 흡음공간(152)을 출입하는 점성유체(120)와의 마찰 작용은 더욱 증대될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 유체 소음기는 슬리브부재(155)를 더 포함할 수 있다.
슬리브부재(155)는 배플부재(151)와 소음도입부재(130) 사이에 배치될 수 있으며, 소음도입부재(130)를 통과한 소음원이 흡음공간(152) 측으로 직접 도입되는 것을 차단할 수 있다.
슬리브부재(155)는 소음도입부재(130)를 감싸는 형태로 배치될 수 있으며, 슬리브부재(155)는 배플부재(151)와 일체로 형성될 수 있으며, 배플부재(151)와 동일한 소재로 제작될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 관부(10) 내부의 소음원은 배플부재(151)의 사이 공간인 흡음공간(152)으로 직접 도입되지 않고, 상술한 슬리브부재(155)로 인해 소음저감부재(150)의 전방측 수용공간(115)으로 먼저 도입되고, 이후 배플부재(151)에 의해 형성된 흡음공간(152)으로 도입되는 진행 경로를 가진다.
이와 같이 슬리브부재(155)는 소음저감부재(150)의 전방에 위치한 점성유체(120)만이 채워진 수용공간(115)의 일부분으로 소음원을 먼저 도입하고, 이후 흡음공간(152)으로 소음원이 도입되도록 유도함으로써, 소음원의 진행 경로를 우회시킬 수 있으며, 이렇게 수용공간(115)에서 소음원의 진행 경로가 길어짐에 따라 흡음 성능을 높일 수 있다.
탄성부재(153)는 흡음공간(152)에 배치되는데, 흡음공간(152)으로 소음원이 도입됨에 따라 흡음공간(152)으로 출입하게 되는 점성유체(120)에 의하여 수축 및 팽창될 수 있다.
탄성부재(153)는 흡음공간(152)으로 출입하는 점성유체(120)를 대향하도록 칸막이부재(140)와 배플부재(151) 사이에 배치될 수 있다.
도 2의 표시번호 153a는 소음도입부재(130)가 관통 결합되는 결합구이다.
앞서 설명한 바와 같이 많은 양의 음파 에너지를 열 에너지로 변환하기 위해서는 흡음공간(152)으로 출입하는 점성유체(120)의 흐름을 극대화시킬 필요가 있다.
이를 위해서는 탄성부재(153)의 탄성계수가 점성유체(120)의 탄성계수보다 매우 작은 값을 가지도록 설계함이 바람직하다.
탄성부재(153)의 탄성계수가 점성유체(120)의 탄성계수보다 매우 작으면, 점성유체(120)와 탄성부재(153)의 경계면 위치에서 점성유체(120)에 대한 저항력이 거의 발생하지 않기 때문에, 점성유체(120)의 압력 상태와 무관하게 점성유체(120)와 탄성부재(153)의 경계면 위치의 압력은 거의 제로에 가까워질 수 있다.
다시 도 4의 (a)를 참조하면 펄스 타입의 음파가 수용공간(115) 내부로 도입되면, 흡음공간(152)의 입구 영역인 제1 위치(P1)는 양의 압력 상태일 수 있다. 이때, 점성유체(120)와 탄성부재(153)의 경계면인 제2 위치(P2)의 압력은 거의 제로에 가까운 상태를 유지하게 된다. 이와 같이 흡음공간(152)의 입구 영역과 내측 영역 간의 압력 차이로 인해, 점성유체(120)는 흡음공간(152)의 입구 영역에서 탄성부재(153)가 배치된 내측 영역으로 강한 유동이 발생된다.
또한 도 4의 (b)를 참조하면 펄스 타입의 음파가 수용공간(115) 내부로 도입되면, 흡음공간(152)의 입구 영역인 제1 위치(P1)는 음의 압력 상태일 수도 있다. 이때도 마찬가지 점성유체(120)와 탄성부재(153)의 경계면인 제2 위치(P2)의 압력은 거의 제로에 가까운 상태를 유지하게 된다. 이와 같이 흡음공간(152)의 입구 영역과 내측 영역 간의 압력 차이로 인해, 점성유체(120)는 탄성부재(153)가 배치된 내측 영역에서 흡음공간(152)의 입구 영역으로 강한 유동이 발생된다.
따라서 펄스 타입의 음파가 수용공간(115) 내부로 도입됨에 따라, 배플부재(151)에 의하여 마련된 흡음공간(152) 상에서의 점성유체(120)는 흡음공간(152)의 입구 영역과 탄성부재(153)가 배치된 내측 영역 사이를 왕복하는 강한 유동 현상이 발생된다.
이러한 점성유체(120)의 강한 왕복 유동 현상은 흡음공간(152)을 공유하는 한 쌍의 배플부재(151)의 마찰면(151a)과의 강한 마찰을 유발하고, 결국 많은 양의 음파 에너지가 열 에너지로 변환되어 음파 에너지는 소진될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 탄성부재(153)로는 폴리에틸렌 폼(Polyethylene foam)이 이용될 수 있는데, 폴리에틸렌 폼의 체적 탄성계수는 239.9 kPa이고, 점성유체(120)인 글리세린의 체적 탄성계수는 4.35 MPa이다.
한편 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 소음기를 나타낸 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 소음기 역시 일 실시예와 마찬가지로 확관부(110), 점성유체(120), 소음도입부재(130), 칸막이부재(140) 및 소음저감부재(150)를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 유체 소음기는 칸막이부재(140)의 전방 일면 및 후방 타면에 소음저감부재(150)가 한 쌍으로 설치된 점에서 상술한 일 실시예와 차이점이 있다.
즉, 칸막이부재(140)를 통해 분할된 각 수용공간(115)으로 도입된 소음원은 전방측 소음저감부재(150)와 후방측 소음저감부재(150)에 각각 도입됨으로써, 보다 효과적인 흡음 성능을 보일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 유체 소음기는, 소음원이 분산 도입되는 복수의 흡음공간(152,252)을 형성하는 배플부재(151,251)와, 흡음공간(152,252)내 압력 차를 극대화 하는 탄성부재(153,253)를 포함함으로써, 흡음공간(152,252)에서 점성유체(120)의 강한 유동을 구현하고, 이로부터 점성유체(120)의 점성 마찰에 의한 음파 에너지의 소진을 극대화시킬 수 있는 것이다.
또한 본 발명에 따른 유체 소음기는, 점성유체(120)와 접촉하는 배플부재(151)의 마찰면(151a)에 오목부와 볼록부가 반복되는 주름부를 형성함으로써, 점성유체(120)와의 접촉 유효 면적을 보다 확대할 수 있고, 이로부터 점성유체(120)의 점성 마찰을 보다 극대화할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 유체 소음기는, 내부에 별도의 흡음재를 추가하지 않고 수용공간(115)의 체적이 상대적으로 협소하더라도, 효과적인 흡음 성능을 만족할 수 있기 때문에, 보다 크기가 작고 콤팩트한 사이즈의 유체 소음기를 제작할 수 있는 이점이 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
본 발명은 관부를 따라 유동하는 유체 내 포함된 소음원을 흡수하여 관부의 소음을 최소화하는 유체 소음기 기술 분야에서 산업상 이용가능하다.

Claims (8)

  1. 소음원을 포함한 유체가 유동하는 관부 상에 배치되며, 내측에 수용공간이 구비되는 확관부;
    상기 수용공간에 수용되는 점성유체;
    상기 수용공간이 밀폐되도록 상기 관부와 상기 확관부 사이에 배치되며, 상기 수용공간으로 소음원이 도입되도록 하는 소음도입부재;
    상기 수용공간에 배치되며, 유체의 유동 방향을 따라 상기 수용공간을 분할하는 하나 이상의 칸막이부재;
    상기 칸막이부재의 일면에 배치되며 상기 수용공간으로 도입되는 소음원이 분산 도입되는 복수의 흡음공간을 형성하는 배플부재; 및
    상기 칸막이부재와 상기 배플부재 사이에 배치되며, 상기 흡음공간으로 소음원이 도입됨에 따라 상기 흡음공간으로 출입하는 상기 점성유체에 의해 수축 및 팽창되는 탄성부재;를 포함하며,
    상기 점성유체와 상기 배플부재 사이의 마찰로 인하여 소음원이 열 에너지로 변환되면서 소진되는 것을 특징으로 하는 유체 소음기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배플부재와 상기 소음도입부재 사이에 배치되며, 상기 소음도입부재를 통과한 소음원이 상기 흡음공간 측으로 직접 도입되는 것을 차단하는 슬리브부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 소음기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슬리브부재와 상기 배플부재는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 소음기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배플부재는,
    상기 수용공간의 원주 방향을 따라 복수의 흡음공간이 형성되도록 상기 소음도입부재를 중심으로 방사상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 소음기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배플부재는,
    상기 수용공간의 반경 방향을 따라 복수의 흡음공간이 형성되도록 동심원을 유지하며 서로 다른 직경을 가지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 소음기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 흡음공간을 공유하는 한 쌍의 배플부재는 상기 점성유체와 접촉하는 마찰면을 각각 구비하고,
    상기 마찰면은, 상기 점성유체와 접촉 면적이 증대되도록 주름지게 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 소음기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마찰면은, 상기 흡음공간을 출입하는 소음원의 진행 방향을 따라 주름지게 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 소음기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배플부재 및 상기 탄성부재는,
    상기 칸막이부재의 전방 일면 및 후방 타면에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 소음기.
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