KR20140062220A - 능동 유체 소음기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 능동 유체 소음기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파이프 내부의 유체를 통해 전파되는 소음을 저감하기 위한 능동 유체 소음기에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 파이프 내부를 흐르는 유체를 통하여 전파되는 소음을 저감시키기 위한 능동 유체 소음기에 있어서, 상기 파이프의 외주면 일부를 감싸는 하우징 및 상기 하우징의 내부로 입사된 입사파에 대하여 역위상을 출력하도록 구비되는 압전 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 유체 소음기를 제공한다.

Description

능동 유체 소음기{ACTIVE FLUID SILENCER}

본 발명은 능동 유체 소음기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파이프 내부의 유체를 통해 전파되는 소음을 저감하기 위한 능동 유체 소음기에 관한 것이다.

일반적으로 잠수함은 은밀성이 필수적인 무기체계로 작전을 수행하면서 적 위협세력을 탐지하지만 반대로 위협 세력으로부터 끊임없이 탐지 위협을 받게 된다. 작전 중인 잠수함은 위협 세력을 먼저 탐지하거나 위협 세력으로부터 탐지되지 않으면 매우 유리한 환경에서 작전을 수행할 수 있다.

잠수함은 자기 신호, 적외선 신호, RCS(Radar Cross Section) 신호 등에 의하여 탐지되기도 하지만 음향 신호, 즉 함정에서 외부로 방사되는 소음이 탐지와 피탐지 성능에 가장 중요한 요소이다.

따라서 잠수함은 잠수함에서 발생되어 외부로 방사되는 소음을 최대한 줄여야 한다. 잠수함에서 발생되는 소음원은 기계류에 의한 소음, 프로펠러 소음, 유체 소음 등이 있다.

이중에서 기계류에 의하여 발생되는 방사소음은 잠수함이 저속으로 기동할 때 매우 중요시 되는 소음원이다. 특히 함내 장비의 냉각을 위해 사용되는 해수 펌프는 함정의 운한 중에 항시 가동되는 장비로 함정 외부의 해수를 고압, 저온 상태로 흡입하여 함정 내부로 유입시켜 각종 기계류 및 함내 공기를 냉각시키고 다시 함외로 배출된다. 이때 펌프의 유체 이동 메커니즘에 의해 유동 소음이 발생될 뿐만 아니라 펌프류에서 발생한 소음이 배관계에 설치된 각종 밸브나 곡관 등을 지나면서 유체전달 소음을 유발시킨다.

이러한 해수 냉각계를 통과한 해수는 함외로 바로 배출되므로 매우 큰 방사소음을 유발시키며 특히 해수펌프의 회전에 의한 저주파수 영역 주파수 성분이 감쇠없이 바로 전파되어 수중 방사소음의 증가를 초래하여 적함에 의해서 쉽게 탐지 및 식별이 되는 문제점이 있고 함의 생존성에 큰 위협을 초래한다.

또한 민간용 선박이 대형화, 고속화되고 운항되는 선박이 수가 증가함에따라 선박의 운항에 따른 수중 소음의 증가로 수중 생태계에 위협이 되고 있다.

특히 대형화, 고속화된 선박은 큰 용량의 해수 펌프가 필요하며 역시 선박 내부의 장비와 청수를 냉각하고 선박 외부로 배출된다.

해양 생물들은 선박이 만들어내는 수중 소음에 의해서 스트레스를 넘어 적절한 번식에 문제가 발생되며 생태계의 교란을 일으킬 수 있다.

해수 냉각에 의한 소음을 줄이기 위해서 사용되는 방법은 해수 펌프 소음원 자체의 소음수준을 줄이는 방법과 해수펌프와 함외 배출구 사이의 파이프에 소음기를 장착함으로써 소음원에서 발생하여 외부로 방사되는 소음을 줄이는 방안이 있다.

그러나 해수 펌프 자체의 소음 수준을 줄이는 것은 해수 펌프의 성능과 직접적으로 관계가 있으므로 한계가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 유체소음기가 사용이 될 수 있다.

상기 유체 소음기는 소음감소 방안에 따라 몇 가지 형태가 있다. 유체가 지나가는 파이프의 직경보다 크게 하여 임피던스 부정합을 이용하여 소음을 감소시키는 단순 확장관 형태의 유체 소음기의 경우 광대역 소음을 줄이는 것은 효과가 있으나 해수가 소음기를 통과할 때 오히려 유동에 의한 유체 소음이 증가하는 문제점이 있으며 흡음형 소음기의 경우 유체소음기 내부에 흡음재를 포함하고 있어 고주파수 대역의 소음 저감에는 효과가 있으나 저주파수의 경우 유체 소음기 길이에 비해 파장이 너무 길어서 소음 감소에 어려움이 있다. 또한 공명기 형태의 유체소음기의 경우 협대역의 소음을 효과적으로 저감할 수 있으나 저주파수 대역의 소음을 줄이기 위해서는 크기가 커져야 하며 잠수함과 같은 협소한 곳에 설치가 곤란하다. 특히해수 펌프의 회전수가 변경될 경우 소음 저감 효과를 볼 수 없는 단점이 존재한다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 해수 펌프 등 가변하는 저주파수 영역의 수중 방사소음을 저감하기 위하여 펌프로부터 파이프를 통해 소음이 외부로 배출되기 전의 위치에 유체 소음기를 설치하고 유체 소음기 내부에 소음을 측정할 수 있는 센서를 설치하여 소음기 내부로 들어오는 음파를 입사파와 반사파로 분리한 후 압전 소자를 이용하여 입사파의 역 위상에 해당하는 음파를 발생시킴으로써 저주파 영역의 소음을 감소시킬 수 있는 능동 유체 소음기를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 능동 유체 소음기는 파이프 내부를 흐르는 유체를 통하여 전파되는 소음을 저감시키기 위한 능동 유체 소음기에 있어서, 상기 파이프의 외주면 일부를 감싸는 하우징 및 상기 하우징의 내부로 입사된 입사파에 대하여 역위상을 출력하도록 구비되는 압전 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파이프로부터 상기 하우징 측으로 입사되는 입사파와 상기 하우징의 내측벽에 의해 반사되는 반사파를 검출하기 위하여 복수개의 흡음 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징의 내부 공간에는 흡음재가 충전되고, 상기 흡음재에 의하여 상기 복수개의 흡음 센서 및 상기 압전 소자가 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 흡음 센서는 제1 센서와 제2 센서로 이루어지고, 상기 제1 센서는 상기 하우징 측으로 입사되는 입사파를 검출하기 위하여 상기 하우징의 내부에 배치되고, 상기 제2 센서는 상기 하우징과 제1 센서의 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 센서 및 제2 센서로부터 출력된 검출신호를 이용하여 상기 입사파와 반사파를 분리하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 분리된 입사파에 관한 제어 신호를 상기 압전 소자로 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징은 상기 파이프의 직경보다 큰 원통 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 능동 유체 소음기에 의하면, 유체가 파이프를 따라 흘러감에 따라 전파되는 소음이 제1 센서, 제2 센서 및 제어부에 의해 검출되어 제어부가 압전 소자로 하여금 전파되는 소음과는 역위상을 갖는 음파를 발생시키게 함으로써 실시간으로 파이프 내부의 유체를 따라 전파되는 소음을 제어하여 외부로 전파되는 소음을 완화시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 능동 유체 소음기를 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 능동 유체 소음기를 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 능동 유체 소음기는 내부에 공간을 갖도록 파이프(100)의 직경보다 큰 원통형상으로 형성되고 상기 파이프(100)의 외주면을 감싸는 하우징(200), 상기 하우징(200) 내부에 설치되어 제1 센서(301)와 제2 센서(302) 및 압전 소자(310)를 고정하기 위하여 상기 하우징(200) 내부에 충전되는 흡음재(300), 능동 유체 소음기 내부로 전파된 입사파(W1)와 하우징(200)으로부터 반사된 반사파(W2)를 검출하기 위하여 하우징(200) 내부에서 흡음재(300)와 하우징(200) 사이에 각각 배치된 제1 센서(301)와 제2 센서(302) 및 입사파(W1)에 대하여 역위상을 갖는 음파를 출력하도록 되어 있는 압전 소자(310)를 포함한다.

상기 제1 센서(301) 및 제2 센서(302)로부터 출력된 검출신호를 이용하여 상기 압전 소자(310)로 입사하는 입사파(W1)와 반사하는 반사파(W2)가 분리되도록 형성하고, 상기 압전 소자(310)가 음파를 출력하도록 입사파(W1)에 관한 제어 신호를 출력하도록 구비되는 제어부(400)를 포함한다.

상기 파이프(100)의 내부 공간을 통하여 해수, 청수 등의 유체가 흐르게 되고, 이러한 과정에서 발생되는 소음이 상기 제1 센서(301), 제2 센서(302) 및 제어부(400)에 의해 분석될 수 있으며, 상기 제어부(400)는 압전 소자(310)가 파이프(100) 내부를 따라 전파되는 소음의 역위상을 갖는 음파를 발생시키도록 형성된다.

여기서, 제1 센서(301) 및 제2 센서(302)가 아닌 단일 센서로 구성될 수도 있으나, 소음이 파이프(100)를 따라 전파되면서 발생한 입사파(W1)와 입사파(W1)가 하우징에 반사되어 되돌아오는 반사파(W2)가 서로 상쇄되거나 보강되어 유체 소음기 내부에서 발생되는 정확한 음파를 보다 정밀하게 검출할 수 없다. 따라서 2개 이상의 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 파이프(100)에 흐르는 유체에 의하여 발생하는 소음의 파형을 정확히 검출하면, 상기 제어부(400)를 통하여 검출된 신호를 기초로 하여 위의 소음을 상쇄할 수 있는 역위상의 음파를 발생시키도록 한다.

상기 하우징(200)의 내부에는 제1 센서(301), 제2 센서(302) 및 압전 소자(310)를 수용함과 동시에 소정 위치에 고정시킬 수 있도록 흡음재(300)가 충전된다.

즉 상기 흡음재(300)가 상기 제1 센서(301), 제2 센서(302) 및 압전 소자(310)의 주위를 감싸도록 한다. 여기서, 상기 하우징(200)은 그 내부에 진동을 흡수할 수 있는 재료를 더 포함할 수도 있다.

상기 제1 센서(301)는 유체가 파이프(100)를 통과함에 따라 상기 파이프(100)에서 발생하는 입사파(W1)를 검출하는 목적으로 배치된다. 이때 상기 제1 센서(301)와 하우징(200)의 내측벽 사이에는 제2 센서(302)가 배치될 수 있다.

또한 상기 제2 센서(302)는 유체가 파이프(100)를 통과함에 따라 파이프(100)에서 발생하는 입사파(W1)를 검출하는 목적으로 배치될 수 있다. 이때 상기 제2 센서(302)는 하우징(200)과 제1 센서(301) 사이에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 제어부(400)는 제1 센서(301) 및 제2 센서(302)와 도시하지 않은 전선 등으로 연결되어 있어서 제1 센서(301) 및 제2 센서(302)에서 검출된 상쇄 또는 보강된 파동으로부터 입사파(W1)를 분리하는 기능을 수행하도록 한다.

즉, 종래기술에 의한 유체 소음기는 단순 확장관을 이용하여 임피던스 부정합을 이용한 소음을 감쇠하거나 소음기 내부에 흡음재료를 부착하여 소음을 감쇠시키는 것이 일반적이지만, 이러한 방법들은 상대적으로 고주파수 영역에서 소음을 감소시키는데 효과가 있으나 해수펌프와 같이 저주파수 대역의 협대역 성분을 감쇠시키기에는 어려움이 따르게 된다.

하지만, 전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 능동 유체 소음기에 따르면 유체가 파이프를 따라 흘러감에 따라 전파되는 소음이 제1 센서(301), 제2 센서(302) 및 제어부(400)에 의해 검출되어 제어부(400)가 압전 소자(310)로 하여금 전파되는 소음과는 역위상을 갖는 음파를 발생시키게 함으로써 실시간으로 파이프(100) 내부의 유체를 따라 전파되는 소음을 제어하여 외부로 전파되는 소음을 완화시킬 수 있는 효과를 갖는다

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

100: 파이프
200: 하우징
300: 흡음재
301: 제1 센서
302: 제2 센서
310: 압전 소자
400: 제어부
W1: 입사파
W2: 반사파

Claims (7)

1. 파이프 내부를 흐르는 유체를 통하여 전파되는 소음을 저감시키기 위한 능동 유체 소음기에 있어서,
   상기 파이프의 외주면 일부를 감싸는 하우징; 및
   상기 하우징의 내부로 입사된 입사파에 대하여 역위상의 음파를 출력하도록 구비되는 압전 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 유체 소음기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 파이프로부터 상기 하우징 측으로 입사되는 입사파와 상기 하우징의 내측벽에 의해 반사되는 반사파를 검출하기 위하여 복수개의 흡음 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 유체 소음기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 하우징의 내부 공간에는 흡음재가 충전되고, 상기 흡음재에 의하여 상기 복수개의 흡음 센서 및 상기 압전 소자가 고정되는 것을 특징으로 하는 능동 유체 소음기.
4. 제3에 있어서,
   상기 흡음 센서는 제1 센서와 제2 센서로 이루어지고, 상기 제1 센서는 상기 하우징 측으로 입사되는 입사파를 검출하기 위하여 상기 하우징의 내부에 배치되고, 상기 제2 센서는 상기 하우징과 제1 센서의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 능동 유체 소음기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 센서 및 제2 센서로부터 출력된 검출신호를 이용하여 상기 입사파와 반사파를 분리하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 유체 소음기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어부는 분리된 입사파를 기초로 하여 상기 압전 소자로부터 역위상의 음파가 출력되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 능동 유체 소음기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은 상기 파이프의 직경보다 큰 원통 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 능동 유체 소음기.

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