KR20200054061A - 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가이드를 통해 낙하하는 유체를 회전시켜 소음을 감소시키는 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치는 관로 내에 수직으로 설치되는 회전축과, 회전축의 상부에 구비된 제1유체 가이드부와, 제1유체 가이드부의 하측에 위치하며 회전축의 외주면에서 돌출하여 형성된 복수의 제2유체 가이드부를 포함하며, 제2유체 가이드부는 복수의 블레이드가 회전축의 원주방향으로 배치된 복수의 가이드군이 회전축의 길이방향을 따라 간격을 두고 형성된다.
이러한 구성에 의하면, 배수를 원활히 하면서 층간 배수소음 및 옥외 배수소음을 더욱 저감하고 억제할 수 있다는 효과가 있다.

Description

유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치{Vortex Pipe Silencer}

본 발명은 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가이드를 통해 낙하하는 유체를 회전시켜 소음을 감소시키는 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치에 관한 것이다.

일반적으로 건물의 옥상 또는 아파트의 베란다 등에는 빗물이나 베란다 청소용 오수 등을 배수하기 위한 배수 시설이 갖추어져 있다. 통상 하수 등의 배수를 위하여 옥상이나 베란다는 일정한 기울기를 갖도록 시공되어 있으며, 상기 기울기에 의해 한쪽으로 모인 하수는 일측에 마련된 배수구로 유입되고, 배수구에 연결된 배수관을 따라 수직 하강하여 지면이나 공용의 하수시설로 배출된다.

도시화가 급속도로 진행됨에 따라 공동주택이 고밀화되었고, 층간소음이 사회적 문제로 대두하였다. 특히 층간 배수소음은 층간소음에 있어 적지 않은 비중을 차지, 법적 분쟁, 사회구성원 간의 범죄유발 등 사회적 비용을 일으키고 있다.

한편, 배수관의 내벽 형상을 변경함으로써 배수 소음을 줄이고자 하는 시도가 있었다. 그 예로, 관체의 내부에 나선부재를 삽입 고정함으로써 거름망을 통해 유입된 오수가 나선부재에 의해 회전하면서 하강하여 오수의 수직 낙하로 인한 소음 발생을 원천적으로 발생하지 않도록 하는 것이었다. 그러나 상기와 같이 나선부재를 관체에 삽입하여 고정하게 되면 배수 소음은 크게 줄일 수는 있겠으나 관체 내의 수력직경(hydraulic diameter)이 크게 감소하여 배수효율은 극히 나빠지는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 배수관 내에 회전 가능한 나선형 회전부재를 구비함으로써, 배수 소음을 근본적으로 차단할 뿐만 아니라 배수 효율도 기존 구성에 비하여 향상된 나선형 회전부재를 구비한 배수관이 한국등록특허 제10-0717121호로 개시되어 있다.

한국등록특허 제10-0717121호는 거름망을 구비한 유입부, 유입부에 이어져 수직 시공되는 배수관 및 연결관으로 구성되는 배수관 구조로서, 배수관보다 작은 직경의 나선이 지지축 주변으로 부착되어 형성되고 배수관 내에 배수관과 동심축을 갖고 자유롭게 회전되도록 삽입되는 회전부재, 회전부재의 상부에 결합되며 회전부재를 연동시키는 임펠러, 유입부의 거름망에 구비되며 유입부로 유입된 하수에 의해 회전되며 상기 임펠러 축 상부에 결합되는 베어링을 구비하는 구조로 되어 있다.

그러나 이러한 나선형 회전부재를 구비한 배수관은 회전부재의 나선이 연속으로 형성되어 배수효율을 감소시키며 소음감소효과가 미약하다는 문제점이 있었다.

한국등록특허 제10-0717121호(나선형 회전부재를 이용한 배수관)

본 발명의 목적은 가이드의 구조를 변화시켜 배수효율을 높이면서 소음저감 효과를 더욱 높인 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치는 관로 내에 수직으로 설치되는 회전축과, 회전축의 상부에 구비된 제1유체 가이드부와, 제1유체 가이드부의 하측에 위치하며 회전축의 외주면에서 돌출하여 형성된 복수의 제2유체 가이드부를 포함하며, 제2유체 가이드부는 복수의 블레이드가 회전축의 원주방향으로 배치된 복수의 가이드군이 회전축의 길이방향을 따라 간격을 두고 형성된다.

제1유체 가이드부는 높이방향 중간의 직경이 크고, 중간에서 상 하측으로 갈수록 직경이 작아지는 경사면을 이룬 비행접시형으로 이루어진다.

제1유체 가이드부의 경사면에는 상 하측으로 관통하는 복수의 가이드 구멍이 원주방향으로 따라 형성된다. 가이드 구멍은 제1유체 가이드부의 반경방향을 따라 갈수록 폭이 넓은 구멍으로 되어 있다. 가이드 구멍은 원주방향을 따라 경사되거나 비틀려 있을 수 있다.

제2유체 가이드부의 각 가이드군의 블레이드는 인접하는 블레이드 사이로 유체가 통하는 개별 회전유로가 형성되게 배치된다.

블레이드는 회전축의 중심에서 반경방향을 따라 동일한 폭으로 돌출 형성된다. 블레이드는 경사되거나 비틀려 있을 수 있다.

회전축의 내부에는 회전축을 지지하는 지지축이 삽입되어 설치된다. 회전축은 제1유체 가이드부가 형성된 제1회전축과, 제2유체 가이드부가 형성된 제2회전축이 서로 분리 형성되거나 일체로 형성된다.

본 발명에 의한 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치에 의하면, 가이드의 구조를 변화시켜 배수를 원활히 하면서 층간 배수소음 및 옥외 배수소음을 더욱 저감시키고 억제할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 입면도이다.
도 3은 도 1의 제1유체 가이드부를 하측에서 바라본 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치를 배수관에 설치한 상태의 작용을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 4에서 배수관내의 유체의 속도와 응력분포를 나타내는 설명도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 입면도이며, 도 3은 도 1의 제1유체 가이드부를 하측에서 바라본 사시도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치(100)는 회전축(110)과, 제1유체 가이드부(120)와, 제2유체 가이드부(130)를 포함한다.

회전축(110)은 관로 내에 수직으로 설치되며, 중심축선을 따라 도 4에 도시한 바와 같은 지지축(S)이 삽입되는 관통구멍(110a)이 형성된다. 본 실시예에서 회전축(110)은 제1유체 가이드부(120)가 형성된 제1회전축(111)과, 제2유체 가이드부(130)가 형성된 제2회전축(112)로 서로 분리 형성된다.

제1회전축(111)의 하단에는 도 3에 도시한 바와 같은 걸림홈(111a)이 형성되고, 제2회전축(112)의 상단에는 걸림홈(111a)에 끼워져 걸리는 걸림돌기(도시안됨)가 형성된다. 회전축(110)은 제1회전축(111)과 제2회전축(112)이 일체로 형성될 수도 있다. 한편, 본 실시예에서는 지지축(S: 도 4 참조)은 관로 내에 고정되고 회전축(110)만 회전하는 구조이지만, 지지축(S)과 회전축(110)이 서로 고정되어 함께 회전할 수도 있다.

제1유체 가이드부(120)는 회전축(110)의 상부에 구비되며, 높이방향 중간(120a)의 직경이 크고, 중간(120a)에서 상 하측으로 갈수록 직경이 작아지는 경사면(120b)을 이룬 비행접시형으로 이루어진다.

제1유체 가이드부(120)의 경사면(120b)에는 상하측으로 관통하는 복수의 가이드 구멍(121)이 원주방향으로 따라 형성된다. 가이드 구멍(121)은 제1유체 가이드부(120)의 반경방향을 따라 갈수록 폭이 넓은 구멍으로 되어 있다.

가이드 구멍(121)은 원주방향을 따라 경사되거나 비틀려 있을 수 있다. 이때, 가이드 구멍(121)은 제2유체 가이드부(130)의 후술하는 블레이드와 동일한 방향으로 경사되거나 비틀려 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 가이드 구멍(121)과 제2유체 가이드부(130)의 블레이드가 동일한 방향으로 경사되거나 비틀린 구조에서는 배수되는 물이 동일한 방향으로 회전되므로 회전축(110)의 회전력을 높여 배수를 더욱 원활하게 할 수 있다.

제2유체 가이드부(130)는 복수로 되어 있으며, 제1유체 가이드부(120)의 하측에 위치하며 회전축(110)의 외주면에서 돌출하여 형성된다. 본 실시예에서는 제2회전축(112)의 외주면에 형성된다.

제2유체 가이드부(130)는 복수의 블레이드(131)가 회전축(110)의 원주방향으로 배치된 복수의 가이드군(130A, 130B, 130C)이 회전축(110)의 길이방향을 따라 간격(c)을 두고 형성된다. 간격(c)은 일정하거나 상이할 수 있다.

제2유체 가이드부(130)의 각 가이드군(130A, 130B, 130C)의 블레이드(131)는 인접하는 블레이드(131) 사이로 유체가 통하는 개별 회전유로(R)가 형성되게 배치된다. 블레이드(131)는 회전축(110)의 중심에서 반경방향을 따라 동일한 폭으로 돌출형성된다. 블레이드(131)는 비틀려 있으며, 경사될 수도 있다. 블레이드(131)의 단면은 공기(유체) 역학적으로 형성된 유선형으로 되어 있을 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 유체 회전을 이용한 배관 내 소음 감소장치(100)는 뉴턴의 점성 법칙을 이용해 에너지의 투입이 없이 자연 현상에 의한 점성력을 이용해 유속을 감소시킨다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치(100)를 배수관(P) 내에 지지축(S)으로 설치한 상태의 작용을 설명하는 도면이이고, 도 5는 도 4에서 배수관(P)내의 유체의 속도(u)와 응력(τ)분포를 나타내는 설명도이다.

도시한 바와 같이, 제1유체 가이드부(120)의 가이드 구멍(121: 도 1 참조)으로 안내되어 배수관(P) 내에 유입한 유체는 제2유체 가이드부(130)의 블레이드(131)에 부딪치면서 안내되어 개별 회전유로(R)를 통해 하측으로 빠지면서 회전축(110)을 회전시킨다.

이때, 유체는 배수관(P)의 내벽을 타고 내려오며 점성력(vf)에 반대방향으로 응력(τ : 전단응력)이 작용하면서 속도(u)가 최대한 감소된다. 이때, 속도분포와 응력분포는 도 5에 도시된 바와 같다. 배수관의 중앙에서 내벽으로 갈수록 속도(u)가 줄어든 유체는 운동에너지가 손실되어 소음이 감소된다.

또한, 원심력에 의해 유체가 배수관(P)의 벽면에 밀착되는 현상이 생겨 공기와의 혼합을 막아 소음을 억제한다. 소음감소장치(100)의 전체길이가 300mm이고, 제1유체 가이드부(120)의 최대직경이 140mm이며, 제2유체 가이드부(130)의 최대 직경이 100mm이고, 회전축(110)의 외경이 40mm인 시제품을 제작하여 배수관(P)내에 설치하여 소음을 측정한 결과, 일반 배수관에 비해 소음 감소는 최대 2.22dB, 평균 1.7dB, 구간에 따라 4.8dB 이상의 소음감소 차이를 보이는 구간도 존재하였다.

본 발명에 의한 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치(100)의 가장 큰 장점은 간편함과 단순한 구조에 있다. 본 발명의 소음감소장치는 현재 가장 효과적인 소음억제 방법인 '층상 벽면 배관', '흡음재'의 방식보다 거주자가 취사선택하기에 쉽다. 단순한 구조로 인해 시간적, 재정적 비용 절감에 위 방식들보다 효과적이다. 특히 '층하 배관', '슬라브다운' 방식으로 지어진 오래된 건물의 수명 연장에 새로운 대안으로 제시할 수 있다. 이는 근 몇 년간 정부에서 국책과제로 추진 중인 '비용 절감형 장수명 주택'의 비용 절감 및 층간소음 억제 부분의 취지에도 부합한다.

그리고, 나선형 회전부재를 구비한 배수관(배경 기술로 제시된 선행문헌)은 회전부재의 나선이 연속으로 형성되어 배수효율을 감소시키며 소음감소효과가 미약하다는 문제점이 있으나, 본원발명의 소음감소장치(100)는 복수의 블레이드(131)가 회전축(110)의 원주방향으로 배치된 복수의 가이드군(130A, 130B, 130C)이 회전축(110)의 길이방향을 따라 간격을 두고 형성된 구조로, 배수를 원활히 하면서 층간 배수소음 및 옥외 배수소음을 더욱 저감시키고 억제할 수 있다

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100: 소음감소장치
110: 회전축 111: 제1회전축
112: 제2회전축 120: 제1유체 가이드부
121: 가이드 구멍 130: 제2유체 가이드부
130A, 130B, 130C: 가이드 군 131: 블레이드
P: 배수관 R: 개별 회전유로
S: 지지축

Claims (10)

1. 관로 내에 수직으로 설치되는 회전축과,
   상기 회전축의 상부에 구비된 제1유체 가이드부와,
   상기 제1유체 가이드부의 하측에 위치하며 상기 회전축의 외주면에서 돌출하여 형성된 복수의 제2유체 가이드부를 포함하며,
   상기 제2유체 가이드부는 복수의 블레이드가 상기 회전축의 원주방향으로 배치된 복수의 가이드군이 상기 회전축의 길이방향을 따라 간격을 두고 형성된 것을 특징으로 하는 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1유체 가이드부는 높이방향 중간의 직경이 크고, 중간에서 상하측으로 갈수록 직경이 작아지는 경사면을 이룬 비행접시형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1유체 가이드부의 상기 경사면에는 상하측으로 관통하는 복수의 가이드 구멍이 원주방향으로 따라 형성된 것을 특징으로 하는 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 가이드 구멍은 상기 제1유체 가이드부의 반경방향을 따라 갈수록 폭이 넓은 구멍으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 가이드 구멍은 원주방향을 따라 경사되거나 비틀려 있는 것을 특징으로 하는 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2유체 가이드부의 각 가이드군의 상기 블레이드는 인접하는 블레이드 사이로 유체가 통하는 개별 회전유로가 형성되게 배치된 것을 특징으로 하는 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 블레이드는 상기 회전축의 중심에서 반경방향을 따라 동일한 폭으로 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 블레이드는 경사되거나 비틀려 있는 것을 특징으로 하는 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 회전축의 내부에는 회전축을 지지하는 지지축이 삽입되어 설치되는 것을 특징으로 하는 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 회전축은 상기 제1유체 가이드부가 형성된 제1회전축과, 상기 제2유체 가이드부가 형성된 제2회전축이 서로 분리 형성되거나 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 회전을 이용한 배관 내 소음감소장치.

Images