KR101468538B1 - 선박을 위한 소음 저감 장치 - Google Patents

선박을 위한 소음 저감 장치 Download PDF

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엘아이지넥스원 주식회사
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Abstract

선박을 위한 소음 저감 장치를 공개한다. 본 발명은 선박에 배치되며, 미세기포를 생성하기 위한 가스를 발생할 수 있는 원료를 저장하여 전송하는 원료 공급부, 선박에서 발생하는 소음의 주파수를 감지하고, 소음의 주파수에 응답하여 원료를 인가받아 가스를 발생하고, 가스를 수중에 방출하여 미세기포를 생성하는 적어도 하나의 미세기포 발생부 및 원료 공급부와 적어도 하나의 미세기포 발생부 각각을 연결하여 선박의 이동에 따라 적어도 하나의 미세기포 발생부를 예인하며, 원료 공급부로부터 원료를 인가받아 적어도 하나의 미세기포 발생부 각각으로 전송하는 원료 공급 튜브를 포함한다.

Description

선박을 위한 소음 저감 장치{Noise reduction apparatus for ship}
본 발명은 선박을 위한 소음 저감 장치에 관한 것으로, 특히 선박의 후미에 미세기포를 발생하여 소음에서 발생한 소음이 주위로 방사되는 것을 저감하는 선박을 위한 소음 저감 장치에 관한 것이다.
수상을 이동하는 이동체인 선박은 일반적으로 프로펠러와 같은 추력 발생 수단을 선박의 후미에 구비하고, 추력 발생 수단을 구동하여 수상을 이동하도록 구성된다. 그러나 프로펠러와 같은 추력 발생 수단은 구동 시에 대부분 진동 및 소음을 발생한다. 추력 발생 수단에 의해 발생된 진동 및 소음은 선박 탑승자의 쾌적한 승선감에 장애가 될 뿐만 아니라, 수중 생태계에도 악영향을 미치게 된다.
특히 선박이 군사용으로 사용되는 경우, 추력 발생 수단에 의해 발생된 소음은 수중 운동체의 표적이 되기 쉽다는 문제가 있다. 이는 현재 군사용으로 사용되는 수중 운동체는 상당수가 선박에서 발생하는 음향을 탐지함으로써, 목표의 위치를 파악하기 때문이다. 즉 군사용 선박의 경우, 추력 발생 수단에서 발생되는 소음은 탑승자의 생존에 큰 위협이 될 수 있다.
이에 기존에도 선박의 소음을 저감하기 위해 다양한 연구가 진행되어 왔다. 기존에 선박의 소음을 저감하기 위한 기술로는 먼저 추력 발생 수단 자체의 소음을 저감하는 방법으로 저소음 전동기 개발 및 저소음 추진기 개발 기술이 있다. 그리고 추력 발생 수단에서 발생한 소음을 제거하는 방법으로 완충 재료를 사용하는 기술 등이 있다.
한국 공개 특허 제10-2014-0058083호, "선박의 프로펠러에 의한 선미 진동소음 저감 구조" (2014.05.14 공개)에는 완충 재료를 사용하는 기술의 일예로 추력 발생 수단인 플로펠러의 상부측 선체에 배치되는 패널의 내부에 진동에너지를 소산시키도록 구성된 댐퍼를 구비하여 진동 소음을 저감하는 기술을 개시하고 있다.
그러나 추력 발생 수단에서 발생되는 소음은 저주파수 대역의 소음뿐만 아니라 중-고주파수 대역의 소음이 복합적으로 발생하기 때문에, 상기한 기술을 적용하더라도 저감되지 않은 주파수 대역의 소음들이 선박으로부터 주위로 방사된다. 특히 프로펠러와 같이 고속으로 회전하는 추력 발생 수단을 구비하는 선박의 경우에는 선박의 외부에서 중-고주파수 대역의 소음이 발생하여 차폐되지 않은 상채로 선박의 주위로 방사됨으로써, 선박 및 탑승자의 안전에 위협이 되고 있다.
본 발명의 목적은 선박에 의해 예인(曳引)되는 형태로 구현되어 선박 후미의 광범위한 영역에 다량의 미세기포를 발생함으로써, 선박의 추력 발생 수단에서 발생된 소음을 차폐, 반사 및 산란시킴으로써 선박의 소음을 저감할 수 있는 선박을 위한 소음 저감 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 선박을 위한 소음 저감 장치는 선박에 배치되며, 미세기포를 생성하기 위한 가스를 발생할 수 있는 원료를 저장하여 전송하는 원료 공급부; 상기 선박에서 발생하는 소음의 주파수를 감지하고, 상기 소음의 주파수에 응답하여 상기 원료를 인가받아 상기 가스를 발생하고, 상기 가스를 수중에 방출하여 상기 미세기포를 생성하는 적어도 하나의 미세기포 발생부; 및 상기 원료 공급부와 상기 적어도 하나의 미세기포 발생부 각각을 연결하여 상기 선박의 이동에 따라 상기 적어도 하나의 미세기포 발생부를 예인하며, 상기 원료 공급부로부터 상기 원료를 인가받아 상기 적어도 하나의 미세기포 발생부 각각으로 전송하는 원료 공급 튜브; 를 포함한다.
상기 원료 공급부는 상기 원료를 저장하는 원료 저장부; 및 상기 원료 저장부에 저장된 상기 원료를 상기 원료 공급 튜브를 통해 상기 적어도 하나의 미세기포 발생부 각각으로 공급하는 원료 사출부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 하나의 미세기포 발생부 각각은 상기 원료 공급 튜브와 연결되어 상기 원료를 인가받는 흡입구; 상기 흡입구로 인가된 상기 원료를 임시로 저장하는 임시 저장부; 상기 임시 저장부에 임시 저장된 상기 원료를 이용하여 상기 가스를 발생하는 가스 발생부; 상기 가스 발생부에서 발생된 상기 가스를 수중으로 방출하여 상기 미세기포를 생성하는 기포 방출 노즐; 상기 선박에서 방사되는 상기 소음을 감지하여 감지 신호를 생성하는 센서부; 및 상기 감지 신호를 분석하여 상기 소음의 주파수를 판별하고, 상기 소음의 주파수에 대응하는 크기 및 양으로 상기 미세기포가 생성되도록, 상기 가스 발생부와 상기 기포 방출 노즐을 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 하나의 미세기포 발생부 각각은 상기 제어부에 의해 제어되어 수중에서 상기 미세기포 발생부의 위치를 가변하는 적어도 하나의 제어타; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 미세기포 발생부가 복수개인 경우, 다른 미세기포 발생부와 통신을 수행하기 위한 통신 수단을 구비하고, 상기 통신 수단을 통해 상기 다른 미세기포 발생부와 통신을 수행하여 복수개의 미세기포 발생부가 서로 다른 크기의 상기 미세기포를 생성하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 원료 공급 튜브는 상기 미세기포 발생부가 복수개인 경우, 복수개의 상기 미세기포 발생부 각각과 직렬 또는 병렬 중 하나의 방식으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 예에 따른 선박을 위한 소음 저감 장치는 선박에 배치되며, 미세기포를 생성하기 위한 가스를 발생할 수 있는 원료를 저장하여 상기 가스를 생성하고 전송하는 가스 공급부; 상기 가스를 인가받아 수중에 방출하여 상기 미세기포를 생성하는 적어도 하나의 미세기포 방출부; 및 상기 가스 공급부와 상기 적어도 하나의 미세기포 방출부 각각을 연결하여 상기 선박의 이동에 따라 상기 적어도 하나의 미세기포 방출부를 예인하며, 상기 가스 공급부로부터 상기 원료를 인가받아 상기 적어도 하나의 미세기포 방출부 각각으로 전송하는 가스 공급 튜브; 를 포함한다.
상기 가스 공급부는 상기 원료를 저장하고, 저장된 상기 원료를 이용하여 상기 가스를 발생하는 가스 발생부; 및 상기 가스 발생부에서 발생된 상기 가스를 상기 가스 공급 튜브를 통해 상기 적어도 하나의 미세기포 방출부 각각으로 공급하는 가스 사출부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 하나의 미세기포 방출부 각각은 상기 가스 공급 튜브와 연결되어 상기 가스를 인가받는 흡입구; 상기 흡입구로 인가된 상기 가스를 수중으로 방출하여 상기 미세기포를 생성하는 기포 방출 노즐; 상기 선박에서 방사되는 상기 소음을 감지하여 감지 신호를 생성하는 센서부; 및 상기 감지 신호를 분석하여 상기 소음의 주파수를 판별하고, 상기 소음의 주파수에 대응하는 크기 및 양으로 상기 미세기포가 생성되도록, 상기 기포 방출 노즐을 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 예에 따른 선박을 위한 소음 저감 장치는 미세기포를 생성하기 위한 가스를 발생할 수 있는 원료가 미리 저장되고, 선박에서 수중으로 투하되어, 상기 선박에서 발생하는 소음의 주파수를 감지하고, 감지된 상기 소음의 주파수에 응답하여 상기 원료를 이용하여 상기 가스를 발생하며, 상기 가스를 수중에 방출하여 상기 미세기포를 생성하는 복수개의 미세기포 발생부; 를 포함한다.
상기 복수개의 미세기포 발생부 각각은 상기 원료를 저장하고, 저장된 상기 원료를 이용하여 상기 가스를 발생하는 가스 발생부; 상기 가스 발생부에서 발생된 상기 가스를 수중으로 방출하여 상기 미세기포를 생성하는 기포 방출 노즐; 상기 선박에서 방사되는 상기 소음 및 수심을 감지하여 감지 신호를 생성하는 센서부; 및 상기 감지 신호를 분석하여 상기 소음의 주파수를 판별하고, 상기 소음의 주파수에 대응하는 크기로 상기 미세기포가 생성되도록, 상기 기포 방출 노즐을 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서부는 상기 선박에서 방사되는 상기 소음을 감지하기 위한 음향 센서; 및 상기 미세기포 발생부의 위치에 따른 수심을 감지하는 수심 감지 센서; 를 포함하는 특징으로 한다.
상기 복수개의 미세기포 발생부 각각은 상기 제어부를 활성화하기 위한 구동 스위치를 더 포함하는 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 선박을 위한 소음 저감 장치는 선박에 의해 예인되는 형태로 구현되어 선박 후미의 광범위한 영역에 다량의 미세기포를 발생함으로써, 선박의 추력 발생 수단에서 발생된 소음이 주위로 방사되는 것을 차폐, 반사 및 산란한다. 그러므로, 음향 센서를 이용하여 유도되는 수중 운동체에 대해 선박의 위치가 노출되는 것을 최소화하여 선박의 위험성을 줄일 수 있고, 선박이 임무를 충실하게 수행할 수 있도록 한다. 특히 선박에서 발생하는 소음의 주파수에 대응하는 크기의 기포를 발생함으로써, 효율적으로 소음을 저감할 수 있다.
도1 은 본 발명의 일실시예에 따른 선박을 위한 소음 저감 장치를 나타낸다.
도2 는 도1 의 미세기포 발생부의 일 구현예를 나타낸다.
도3 은 도1 의 소음 저감 장치의 적용 예를 나타낸다.
도4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박을 위한 소음 저감 장치를 나타낸다.
도5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박을 위한 소음 저감 장치를 나타낸다.
도6 은 본 발명의 일실시예에 따른 선박을 위한 소음 저감 방법을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도1 은 본 발명의 일실시예에 따른 선박을 위한 소음 저감 장치를 나타낸다.
도1 을 참조하면, 본 발명의 선박을 위한 소음 저감 장치(10)는 원료 저장부(110), 원료 사출부(120), 원료 공급 튜브(200) 및 적어도 하나의 미세기포 발생부(300)를 구비한다.
원료 저장부(110)와 원료 사출부(120)는 원료 공급부(100)로서 소음 저감 장치(10)를 활용하는 선박에 구비되며, 미세 기포를 생성하기 위한 가스를 생성할 수 있는 화학 물질(예를 들면, 드라이아이스 또는 계면활성 화학 물질 등)을 원료로서 저장하고, 원료 공급 튜브(200)를 통해 적어도 하나의 미세기포 발생부(300)로 원료를 공급한다.
원료 저장부(110)는 원료를 저장하는 저장소로서, 선박 내에 배치되어 공간 및 무게의 제약이 상대적으로 적으므로, 원료를 대량으로 저장할 수 있다. 그리고 만일 원료가 드라이아이스와 같이 온도 및 습도 등의 주변 환경에 의한 영향을 크게 받는 물질이라면, 원료의 상태 보존을 위해 온습도 조절기와 같은 환경 조절 수단이 원료 저장부(110)에 더 포함될 수 있다.
한편 원료 사출부(120)는 고압 펌프 등으로 구현되어 원료 저장부(110)에 저장된 원료를 튜브(200)를 통해 적어도 하나의 미세기포 발생부(300)로 공급한다. 원료 사출부(120)는 원료 저장부(110)에 저장된 원료가 곧바로 원료 공급 튜브(200)로 전송되도록 원료 저장부(110)에 압력을 인가할 수 있으며, 원료 저장부(110)로부터 원료를 인가받은 후 원료 공급 튜브(200)로 전송할 수도 있다.
이때 원료가 기체나 액체인 경우에는 원료 공급 튜브(300)을 통해 공급하기 용이하지만, 고체인 경우에는 공급이 용이하지 않을 수 있다. 따라서 원료가 고체이면, 원료 사출부(120) 또는 원료 저장부(110)는 원료 공급 튜브(200)로 원료가 용이하게 공급될 수 있도록 고체인 원료를 분쇄하는 원료 분쇄 수단을 더 구비할 수 있다.
원료 공급 튜브(200)는 원료 공급부(100)와 적어도 하나의 미세기포 발생부(300) 사이에 연결되어 미세기포 발생부(300)를 예인하는 튜브이며, 원료 공급부(100)로부터 원료를 공급받아 적어도 하나의 미세기포 발생부(300) 각각으로 공급하는 전송 선로이다. 여기서 미세기포 발생기(300)가 복수개인 경우에, 원료 공급 튜브(200)는 복수개의 미세기포 발생기(300)를 직렬로 연결할 수도 있으며, 복수개의 미세기포 발생기(300)를 병렬로 연결할 수도 있다.
적어도 하나의 미세기포 발생부(300)는 원료 공급 튜브(200)에 의해 선박 후미에서 예인되며, 원료 공급 튜브(200)를 통해 공급되는 원료를 이용하여 미세 기포를 발생한다. 적어도 하나의 미세기포 발생부(300) 각각은 공급된 원료를 임시 저장하고, 대응하는 선박에서 발생되는 소음을 감지한다. 그리고 감지된 소음에 대응하는 크기의 기포를 임시 저장된 원료를 이용하여 생성한다. 여기서 적어도 하나의 미세기포 발생부(300)가 기포의 크기를 소음에 응답하여 가변하는 것은 기포의 크기에 따라 차폐하거나 저감할 수 있는 소음의 주파수가 서로 상이하기 때문이다. 적어도 하나의 미세기포 발생부(300)의 구성 및 동작은 도2 에서 설명하도록 한다.
도2 는 도1 의 미세기포 발생부의 일 구현예를 나타낸다.
도2 에서 미세기포 발생부(300)는 흡입구(310), 임시 저장부(320), 가스 발생부(330), 해수 유입 노즐(340), 기포 방출 노즐(350), 센서부(360), 제어부(370) 및 적어도 하나의 제어타(380)를 구비할 수 있다.
우선 흡입구(310)는 원료 공급 튜브(200)가 연결되어 원료 공급부(100)에서 공급한 원료를 인가받아 임시 저장부(320)로 전달한다. 임시 저장부(320)는 흡입구(310)를 통해 전달된 원료를 임시로 저장한다.
가스 발생부(330)는 제어부(370)의 제어에 따라 임시 저장부(320)에 저장된 원료를 인가받아 가스를 발생한다. 가스 발생부(330)는 제어부(370)의 제어에 따라 임시 저장부(320)에 저장된 원료를 인가받을 수 있도록 임시 저장부(320)로부터 원료가 전달되는 경로에 제어부(370)의 제어에 따라 개폐되는 차폐 수단을 구비할 수 있다. 한편 가스 발생부(330)는 원료가 드라이아이스와 같이 물에 반응하여 가스를 발생하는 물질인 경우에, 해수 유입 노즐(340)을 통해 해수를 인가 받고, 원료와 해수를 혼합하여 가스를 발생할 수 있다. 그러나 원료가 자체적으로 가스를 발생할 수 있는 물질인 경우, 해수 유입 노즐은 생략될 수 있다.
기포 방출 노즐(350)는 가스 발생부(330)에서 발생된 가스를 수중에 방출함으로써, 기포를 생성한다. 여기서 기포 방출 노즐(350)는 방출되는 기포의 크기, 즉 기포의 직경을 조절하기 위해 노즐의 크기가 제어부(370)의 제어에 따라 가변되도록 구성된다.
한편 센서부(360)는 음향 센서를 구비하여, 선박에서 발생한 소음을 감지하고, 감지 신호를 제어부(370)로 전송한다. 센서부(360)는 음향 센서 이외에 수심 감지 센서 등의 다양한 센서를 더 구비할 수 있다.
제어부(370)는 센서부(360)에서 인가되는 감지 신호를 분석하여 선박에서 발생한 소음의 주파수를 분석하고, 분석된 주파수에 대응하는 기포의 크기와 양을 판별한다. 그리고 판별된 기포의 양에 따라 가스 발생부(330)를 제어하여 가스 발생부(330)가 임시 저장부(320)로부터 인가받을 원료의 양을 조절하고, 해수 유입 노즐(340)을 제어하여 가스 발생부(330)로 유입될 해수의 양을 제어한다. 제어부(370)는 판별된 기포의 크기에 따라 기포 방출 노즐(350)의 노즐 크기를 조절한다.
여기서 제어부(370)는 소음의 주파수에 대해 수학식 1에 따라 기포의 크기를 결정할 수 있다.
Figure 112014063633369-pat00001
(여기서 fr은 공진주파수(resonant frequency)로서, 선박에서 발생한 소음의 주파수이고, γ는 가스의 비열비(ratio of specific heats)이며, P0는 미세기포 발생부(300)가 위치한 수심까지의 수압과 대기압을 합한 정수압(hydrostatic pressure)을 나타내며, ρ는 물의 밀도(density)를 나타낸다. 그리고 a는 기포의 반경(radius)를 의미한다.)
상기한 수학식1 에 따르면 소음의 주파수(fr)와 기포의 반경은 서로 반비례 관계에 있으므로, 소음의 주파수(fr)가 저주파일수록 기포의 반경(a)은 증가되어야 하고, 반대로 소음의 주파수(fr)가 고주파일수록 기포의 반경(a)은 감소되어야 한다.
한편 제어부(370)는 적어도 하나의 제어타(380)를 제어하여, 미세기포 발생부(300)의 위치를 제어할 수 있다. 미세기포 발생부(300)는 수중에서 선박의 후미에 예인되지만, 선박 후미의 특정 방향에만 배치되어서는 미세기포가 발생하는 위치 또한 제한되므로, 선박에서 발생된 소음을 효율적으로 차폐하거나 산란시키기 어렵다. 이에 제어부(370)는 적어도 하나의 제어타(380)를 제어하여 미세기포 발생부(300)가 수중에서 이동할 수 있도록 함으로써, 광범위한 영역에 미세기포가 분산되도록 하여 소음을 효율적으로 저감할 수 있도록 한다.
또한 제어부(370)는 통신수단을 더 구비하여 선박과 통신을 수행할 수 있다. 제어부(370)는 선박과 통신을 수행하여 미세기포를 발생할 시점 및 위치를 판별할 수 있다. 그리고 미세기포 발생부(300)가 복수개인 경우에는 다른 미세기포 발생부(300)와도 통신을 수행할 수 있다. 제어부(370)는 다른 미세기포 발생부(300)의 제어부와 통신을 수행하여 복수개의 미세기포 발생부(300)가 각기 다른 크기의 기포를 생성하도록 조절할 수 있다. 상기한 바와 같이 선박에서 발생하는 소음은 특정 주파수대역으로 한정되는 것이 아니라 저주파수 대역에서 고주파수 대역가지 광범위하게 발생할 수 있다. 따라서 복수개의 미세기포 발생부(300)가 모두 유사한 크기의 미세기포를 발생한다면, 선박에서 발생하는 다양한 주파수 대역의 소음을 효율적으로 차폐하거나, 산란시키기 어렵다. 이에 복수개의 미세기포 발생부(300) 각각의 제어부(370)는 통신을 수행하여 소음의 서로 다른 주파수 대역에 대응하는 기포를 발생하도록 함으로써, 소음을 효율적으로 저감할 수 있도록 한다. 도한 복수개의 제어부(370) 각각은 통신을 수행하여 서로 다른 위치에서 기포를 발생하도록 이동하여 소음의 저감 영역을 증가 시킴으로써, 선박의 소음을 더욱 효율적으로 저감시킬 수 있다. 이렇게 복수개의 미세기포 발생부(300)가 넓은 영역에 확산되어 미세기포를 발생하게 되면, 수중에 미세기포 커튼이 생성되어 소음 저감 효과를 더욱 증가시킬 수 있다.
적어도 하나의 제어타(380)는 미세기포 발생부(300)의 수중에서의 위치를 가변하기 위해 구비된다. 적어도 하나의 제어타(380)는 제어부(370)에 의해 제어되어 각도가 조절됨으로써, 미세기포 발생부(300) 주위의 해수 흐름을 변화를 유발하여 미세기포 발생부(300)가 수중에서 필요로 하는 방향으로 이동할 수 있도록 한다. 수중에서 이동하는 운동체에서 제어타는 통상적으로 수평 제어타와 수직 제어타로 구분되어 구비된다. 수평 제어타는 이동체의 상하 방향 이동을 조절하여 잠수 및 부상을 제어하며, 수직 제어타는 이동체의 좌우 방향 이동을 조절한다. 본 발명에서 미세기포 발생부(300)는 수직 제어타만을 구비하여도 무방하다. 이는 미세기포 발생부(300)에서 생성된 기포가 항시 수면 방향으로 상승하게 되므로, 미세기포 발생부(300)를 수면 방향으로 부상시킬 필요가 없기 때문이다. 그러나 미세기포 발생부(300)가 기포를 발생하는 수심을 조절하기 위해 수평 제어타가 구비될 수도 있다.
도3 은 도1 의 소음 저감 장치의 적용 예를 나타낸다.
도3 에 도시된 선박(SH)은 본 발명의 소음 저감 장치(10)를 구비한다. 소음 저감 장치(10)의 원료 공급부(100)는 상기한 바와 같이 선박(SH)에 구비된다. 원료 공급 튜브(200)는 일단이 원료 공급부(100)에 연결되고 타단이 적어도 하나의 미세기포 발생부(300)가 연결되어, 선박의 운항에 따라 적어도 하나의 미세기포 발생부(300)가 예인되도록 한다. 여기서 원료 공급 튜브(200)는 미세기포 발생부(300)가 복수개인 경우에, 도3 에 도시된 바와 같이 복수개의 미세기포 발생부가 직렬로 연결될 수도 있으며, 도3 과 달리 병렬로 연결되어도 무방하다. 그리고 원료 공급부(100)에서 원료를 인가받아 적어도 하나의 미세기포 발생부(300)로 전송한다.
적어도 하나의 미세기포 발생부(300)는 원료 공급 튜브(200)에 의해 선박에 예인되며, 원료 공급 튜브(200)를 통해 원료 공급부(100)로부터 원료를 공급받아 미세기포를 발생한다. 이때 미세기포 발생부(300)는 상기한 바와 같이, 선박에서 발생한 소음의 주파수를 분석하고, 분석된 주파수에 대응하는 크기와 양으로 기포를 생성할 수 있다. 미세기포 발생부(300)는 선박(SH)에 의해 예인될 뿐만 아니라, 적어도 하나의 제어타(380)에 의해 이동할 수 있다. 따라서 미세기포 발생부(300)는 미세기포를 생성하는 동안 수중에서 이동할 수 있으므로, 미세기포 커튼을 수중에 형성할 수 있다. 특히 미세기포 발생부(300)가 복수개인 경우에, 복수개의 미세기포 발생부(300)는 서로 통신을 수행하여 서로 다른 크기의 미세기포를 발생할 수 있다. 또한 동일한 크기의 미세기포를 발생하는 경우에는 서로 다른 위치에서 미세기포를 발생하도록 조절할 수 있다.
본 발명에서 미세기포 발생부(300)가 선박(SH)의 후미에 예인되는 형태로 구비되는 것은, 음향을 감지하여 공격을 수행하는 수중 운동체가 일반적으로 선박의 후미에 구비되는 추력 발생 수단을 타겟으로 설정하여 공격을 수행하기 때문에, 대부분 선박의 후미 방향으로 접근하기 때문이다. 이에 본 발명의 소음 저감 장치(10)는 도3 에 도시된 바와 같이 선박(SH)의 후미에 미세기포 커튼을 형성함으로써, 선박(SH)의 추력 발생 수단에서 발생하여 방사되는 소음이 미세기포 커튼에 의해 일차적으로 반사 및 산란되도록 차폐하고, 차폐되지 않은 소음은 저감되도록 함으로써, 선박(SH)의 후방에서 접근하는 수중 운동체가 선박(SH)을 추적하기 어렵게 한다. 따라서 선박의 안전성과 탑승자의 생존 가능성을 크게 높일 수 있다.
도4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박을 위한 소음 저감 장치를 나타낸다.
도4 의 소음 저감 장치(20)는 선박(SH)에 구비되어 미세기포를 생성하기 위한 가스를 생성하는 가스 공급부(300)와 가스 공급부(300)에서 생성된 가스를 미세기포 방출부(600)로 전송하는 가스 공급 튜브(500) 및 가스 공급 튜브(500)를 통해 공급된 가스를 수중에 방사하여 미세기포를 방출하는 미세기포 방출부(600)를 구비한다.
가스 공급부(400)는 미세기포를 생성하기 위한 가스를 발생하는 가스 발생부(410)과 가스 사출부(420)를 구비한다. 가스 발생부(410)는 도1 의 연료 저장부(110)와 마찬가지로 가스를 발생하기 위한 원료를 저장하고, 저장된 원료를 이용하여 가스를 발생한다. 가스 사출부(420)은 가스 발생부(410)에서 생성된 가스를 고압 펌프 등을 이용하여 가스 공급 튜브(500)로 공급한다.
즉 가스를 발생하기 위한 연료를 미세기포 발생부(300)로 공급하는 도1 내지 도3 의 소음 저감 장치(10)과 달리 도4 의 소음 저감 장치(20)는 선박(SH)에 구비되는 가스 공급부(400)가 직접 가스를 발생하고, 발생된 가스를 가스 공급 튜브(500)를 통해 미세기포 방출부(600)로 공급하도록 구성된다. 이렇게 선박(SH)에서 가스를 생성하고 생성된 가스를 공급하도록 구성되면, 고체나 액체의 원료보다 공급이 용이하고, 구성이 간단하여 저비용을 제조 가능하다는 장점이 있다. 반면, 적어도 하나의 미세기포 방출부(600)가 생성할 미세기포의 양이나 크기 및 미세기포를 발생할 위치를 용이하게 조절하기 어렵다는 문제가 있다. 이러한 문제를 보완하기 위하여, 도4 의 미세기포 방출부(600) 또한 도2 의 미세기포 발생부(300)과 유사한 구성을 가질 수 있다. 즉 도4 의 미세기포 방출부(600)는 도2 의 도2 의 미세기포 발생부(300)와 유사하게 흡입구(310), 기포 방출 노즐(350), 센서부(360), 제어부(370) 및 적어도 하나의 제어타(380)를 구비할 수 있다. 그러나 도4 의 미세기포 방출부(600)는 도2 의 도2 의 미세기포 발생부(300)와 달리 직접 가스를 생성할 필요가 없으므로, 임시 저장부(320), 가스 발생부(330), 해수 유입 노즐(340)은 생략된다.
도5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박을 위한 소음 저감 장치를 나타낸다.
도5 의 소음 저감 장치는 도1 내지 도4 의 예인형 소음 저감 장치와 달리 투하형으로 구성되는 소음 저감 장치를 나타낸다. 예인형 소음 저감 장치(10, 20)는 미세기포를 생성하기 위한 원료 또는 가스를 미세기포 발생부(300) 또는 미세기포 방출부(600)로 계속적으로 공급할 수 있으므로, 장시간 미세기포를 발생할 수 있다는 장점이 있다. 그에 비해 미세기포 발생부(300) 및 미세기포 방출부(600)가 원료 공급 튜브(200) 또는 가스 공급 튜브(500)에 연결되어 있으므로, 선박으로부터 지정된 범위를 벗어날 수 없으며, 원료 공급 튜브(200) 또는 가스 공급 튜브(500)로 원료 또는 가스를 공급하더라도, 원료 또는 가스를 공급할 수 있는 미세기포 발생부(300) 및 미세기포 방출부(600)의 개수가 제한되는 한계가 있다.
따라서 광범위한 영역에 미세기포 커튼을 형성하기 어려울 수 있으며, 원료 공급 튜브(200) 또는 가스 공급 튜브(500)로 원료 또는 가스를 공급하더라도, 원료 또는 가스를 공급할 수 있는 미세기포 발생부(300) 및 미세기포 방출부(600)의 개수가 제한된다.
이에 도5 의 소음 저감 장치는 투하형으로 구현되는 복수개의 미세기포 발생부(700)를 구비한다. 도5 에 도시된 바와 같이 복수개의 미세기포 발생부(700) 각각은 선박(SH)에서 수중으로 투하되고, 투하된 위치에서 미세기포를 발생하여 미세기포 커튼을 형성한다.
도6 은 도5 의 미세기포 발생부의 일 구현예를 나타낸다.
도6 의 미세기포 발생부(700)는 가스 발생부(730), 해수 유입 노즐(740), 기포 방출 노즐(750), 센서부(760), 제어부(770) 및 구동 스위치(790)를 구비할 수 있다.
도6 의 가스 발생부(730)는 미세기포를 생성하기 위한 가스를 발생하는 원료를 저장하고, 저장된 원료를 이용하여 가스를 발생하여 기포 방출 노즐(750)로 방출한다. 즉 도2 의 임시 저장부(320), 가스 발생부(330)가 통합된 형태를 갖는다. 이는 도6 의 미세기포 발생부(700)가 도2 의 미세기포 발생부(300)과 달리 투하형으로 구현되어 원료를 공급받는 형태가 아니라 미리 저장된 원료만을 이용하여 가스를 생성하기 때문이다. 그리고 도6 의 미세기포 발생부(700)가 미리 저장된 원료만을 이용하므로, 흡입구(310)를 구비하지 않는다.
해수 유입 노즐(740)은 물에 반응하여 가스를 발생하는 물질인 경우, 가스 발생부(730)로 해수를 공급하기 위한 구성이다. 원료가 자체적으로 가스를 발생할 수 있는 물질인 경우, 해수 유입 노즐(730)은 생략될 수 있다.
기포 방출 노즐(750)은 도2의 기포 방출 노즐(350)과 마찬가지로 가스 발생부(730)에서 발생된 가스를 수중에 방출하여 기포를 생성한다. 이때 기포 방출 노즐(750)은 제어부(770)의 제어에 따라 방출되는 생성되는 기포의 크기를 가변할 수 있다.
센서부(760)는 음향 센서(761) 및 수심 감지 센서(762)를 구비하여 감지신호를 제어부(770)로 전송한다. 음향 센서(761)는 선박에서 발생한 소음을 감지하기 위해 구비되며, 수심 감지 센서(762)는 미세기포 발생부(700)의 현재 수심을 감지하기 위해 구비된다. 미세기포 발생부(700)가 수심 감지 센서(762)를 구비하는 이유는 미세기포를 발생할 시점을 판별하기 위해서이다. 도5 의 미세기포 발생부(700)는 투하형으로 구현되기 때문에 원료의 저장 용량에 제약이 있다. 따라서 수면에 가까운 위치에서 가스를 생성하여 방출하면 원료를 불필요하게 낭비하게 된다. 그러므로 제어부(770)는 수심 감지 센서(762)에서 인가되는 감지 신호를 분석하여 미세기포 발생부(700) 기설정된 심도 이상 잠수한 경우에 미세기포가 발생되도록 제어한다.
구동 스위치(790)는 미세기포 발생부(700)의 제어부(770)를 활성화하기 위한 구동 명령을 인가하는 스위치이다. 도5 에서 선박(SH)은 복수개의 미세기포 발생부(700)를 투하하기 전에 구동 스위치(790)를 이용하여 제어부(770)를 활성화한 후 투하함으로써, 미세기포 발생부(700)을 안정적으로 운용할 수 있도록 한다.
도6 의 미세기포 발생부(700)는 도2 의 미세기포 발생부(300)과 달리 제어타(680)를 구비하지 않아도 무방하다. 이는 상기한 바와 같이 미세기포 발생부(700)가 투하형으로 구현되어 수중에서 이동하지 않아도 되기 때문이다.
결과적으로 도5 및 도6 에 도시된 소음 저감 장치는 투하형으로 구현되는 복수개의 미세기포 발생부(300)를 구비하고, 선박(SH)이 항해 중에 미세기포 발생부(700)를 투하함으로써, 광범위한 영역에 미세기포 커튼을 형성할 수 있다. 따라서 유도형 수중 운동체로부터 선박 및 탑승자의 안전성을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 선박에 배치되며, 미세기포를 생성하기 위한 가스를 발생할 수 있는 원료를 저장하여 전송하는 원료 공급부;
    상기 선박에서 발생하는 소음의 주파수를 감지하고, 상기 소음의 주파수에 응답하여 상기 원료를 인가받아 상기 가스를 발생하고, 상기 가스를 수중에 방출하여 상기 미세기포를 생성하는 적어도 하나의 미세기포 발생부; 및
    상기 원료 공급부와 상기 적어도 하나의 미세기포 발생부 각각을 연결하여 상기 선박의 이동에 따라 상기 적어도 하나의 미세기포 발생부를 예인하며, 상기 원료 공급부로부터 상기 원료를 인가받아 상기 적어도 하나의 미세기포 발생부 각각으로 전송하는 원료 공급 튜브; 를 포함하는 선박을 위한 소음 저감 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 원료 공급부는
    상기 원료를 저장하는 원료 저장부; 및
    상기 원료 저장부에 저장된 상기 원료를 상기 원료 공급 튜브를 통해 상기 적어도 하나의 미세기포 발생부 각각으로 공급하는 원료 사출부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박을 위한 소음 저감 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 미세기포 발생부 각각은
    상기 원료 공급 튜브와 연결되어 상기 원료를 인가받는 흡입구;
    상기 흡입구로 인가된 상기 원료를 임시로 저장하는 임시 저장부;
    상기 임시 저장부에 임시 저장된 상기 원료를 이용하여 상기 가스를 발생하는 가스 발생부;
    상기 가스 발생부에서 발생된 상기 가스를 수중으로 방출하여 상기 미세기포를 생성하는 기포 방출 노즐;
    상기 선박에서 방사되는 상기 소음을 감지하여 감지 신호를 생성하는 센서부; 및
    상기 감지 신호를 분석하여 상기 소음의 주파수를 판별하고, 상기 소음의 주파수에 대응하는 크기 및 양으로 상기 미세기포가 생성되도록, 상기 가스 발생부와 상기 기포 방출 노즐을 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박을 위한 소음 저감 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 소음의 주파수에 대응하여 수학식
    Figure 112014063633369-pat00002

    (여기서 fr은 상기 선박에서 발생한 상기 소음의 주파수이고, γ는 상기 가스의 비열비(ratio of specific heats)이며, P0는 상기 미세기포 발생부가 위치한 수심에서의 정수압(hydrostatic pressure)을 나타내며, ρ는 물의 밀도(density)를 나타낸다. 그리고 a는 상기 미세기포의 반경(radius)를 의미한다.)
    에 따라 상기 미세기포의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 선박을 위한 소음 저감 장치.
  5. 제3 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 미세기포 발생부 각각은
    상기 제어부에 의해 제어되어 수중에서 상기 미세기포 발생부의 위치를 가변하는 적어도 하나의 제어타; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박을 위한 소음 저감 장치.
  6. 제3 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 미세기포 발생부가 복수개인 경우, 다른 미세기포 발생부와 통신을 수행하기 위한 통신 수단을 구비하고, 상기 통신 수단을 통해 상기 다른 미세기포 발생부와 통신을 수행하여 복수개의 미세기포 발생부가 서로 다른 크기의 상기 미세기포를 생성하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 선박을 위한 소음 저감 장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 원료 공급 튜브는
    상기 미세기포 발생부가 복수개인 경우, 복수개의 상기 미세기포 발생부 각각과 직렬 또는 병렬 중 하나의 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 선박을 위한 소음 저감 장치.
  8. 선박에 배치되며, 미세기포를 생성하기 위한 가스를 발생할 수 있는 원료를 저장하여 상기 가스를 생성하고 전송하는 가스 공급부;
    상기 가스를 인가받아 수중에 방출하여 상기 미세기포를 생성하는 적어도 하나의 미세기포 방출부; 및
    상기 가스 공급부와 상기 적어도 하나의 미세기포 방출부 각각을 연결하여 상기 선박의 이동에 따라 상기 적어도 하나의 미세기포 방출부를 예인하며, 상기 가스 공급부로부터 상기 원료를 인가받아 상기 적어도 하나의 미세기포 방출부 각각으로 전송하는 가스 공급 튜브; 를 포함하는 선박을 위한 소음 저감 장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 가스 공급부는
    상기 원료를 저장하고, 저장된 상기 원료를 이용하여 상기 가스를 발생하는 가스 발생부; 및
    상기 가스 발생부에서 발생된 상기 가스를 상기 가스 공급 튜브를 통해 상기 적어도 하나의 미세기포 방출부 각각으로 공급하는 가스 사출부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박을 위한 소음 저감 장치.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 미세기포 방출부 각각은
    상기 가스 공급 튜브와 연결되어 상기 가스를 인가받는 흡입구;
    상기 흡입구로 인가된 상기 가스를 수중으로 방출하여 상기 미세기포를 생성하는 기포 방출 노즐;
    상기 선박에서 방사되는 상기 소음을 감지하여 감지 신호를 생성하는 센서부; 및
    상기 감지 신호를 분석하여 상기 소음의 주파수를 판별하고, 상기 소음의 주파수에 대응하는 크기 및 양으로 상기 미세기포가 생성되도록, 상기 기포 방출 노즐을 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박을 위한 소음 저감 장치.
  11. 미세기포를 생성하기 위한 가스를 발생할 수 있는 원료가 미리 저장되고, 선박에서 수중으로 투하되어, 상기 선박에서 발생하는 소음의 주파수를 감지하고, 감지된 상기 소음의 주파수에 응답하여 상기 원료를 이용하여 상기 가스를 발생하며, 상기 가스를 수중에 방출하여 상기 미세기포를 생성하는 복수개의 미세기포 발생부; 를 포함하는 선박을 위한 소음 저감 장치.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 복수개의 미세기포 발생부 각각은
    상기 원료를 저장하고, 저장된 상기 원료를 이용하여 상기 가스를 발생하는 가스 발생부;
    상기 가스 발생부에서 발생된 상기 가스를 수중으로 방출하여 상기 미세기포를 생성하는 기포 방출 노즐;
    상기 선박에서 방사되는 상기 소음 및 수심을 감지하여 감지 신호를 생성하는 센서부; 및
    상기 감지 신호를 분석하여 상기 소음의 주파수를 판별하고, 상기 소음의 주파수에 대응하는 크기로 상기 미세기포가 생성되도록, 상기 기포 방출 노즐을 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박을 위한 소음 저감 장치.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 센서부는
    상기 선박에서 방사되는 상기 소음을 감지하기 위한 음향 센서; 및
    상기 미세기포 발생부의 위치에 따른 수심을 감지하는 수심 감지 센서; 를 포함하는 특징으로 하는 선박을 위한 소음 저감 장치.
  14. 제12 항에 있어서, 상기 복수개의 미세기포 발생부 각각은
    상기 제어부를 활성화하기 위한 구동 스위치를 더 포함하는 특징으로 하는 선박을 위한 소음 저감 장치.
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