• 본 특허는 벨로우즈(bellows)를 공명기에 공동(cavity)으로 적용하고, 벨로우즈의 길이를 조절하여 공동의 체적을 변화시킴으로써 공명기의 공명 주파수를 가변시키는 기술임

• 본 특허는 공명 주파수를 가변시키는 기술로 중·저주파수 대역의 흡음에 적용이 가능함

∨육/해상 플랜트 소음저감기∨공기가 유통되는 일반 공조용 덕트

∨선박의 디젤엔진 배기구 소음저감기∨건물 내 환기 덕트

 < 플랜트용 소음기 >

• 주요 소음원의 주파수나 공간의 음향 모드 특성이 변화될 수 있어 변화되는 환경에 대응할 수 있는 공명 기술이 필요함

• 공명기에 공동으로 벨로우즈를 적용하여 길이를 조절하고, 기타 부재로 탄성체 등을 이용하여 공동의 체적 및 구조강성을 변화시켜 흡음대역폭을 조절함으로써 변화된 소음환경에 따라 흡음성능을 향상시킬 수 있음

• 본 특허에 따른 가변형 헬름홀츠 공명기는 하부지지판과 중앙에 일정 크기의 중앙홀이 형성되어 있는 상부지지판, 두 지지판 사이에 양쪽이 개방된 벨로우즈, 두 지지판 사이의 거리를 조절할 수 있는 가이드부와 가이드부를 두 지지판에 고정해주는 고정너트로 구성됨

• 상부지지판의 중앙홀은 헬름홀츠 공명기의 목부분 역할을 상부지지판의 두께는 헬름홀츠 공명기의 목의 길이 역할을 하며, 상부지지판의 두께를 조절하여 목의 길이를 조절할 수 있음

• 또한, 가이드부에 대한 고정너트의 위치를 변화시켜 상부지지판과 하부지지판 사이의 높이를 조절하여 하부지지판과 상부지지판 사이의 거리를 조절함으로써 공명주파수를 가변할 수 있음

• 벨로우즈의 주름부가 접혔다 펴졌다 하면서 벨로우즈의 길이가 조절되어 공동의 체적이 변하게 되므로, 최종적으로 공명 주파수가 가변됨 

     < 헬름홀츠 공명기의 조절 실시예 >

• 최근 선박 내 거주구역의 소음에 대한 선주 및 승무원의 관심이 높아짐에 따라, 국내 조선소에서 여객선(ROPAX, Passenger Ship, Ro-Pax)과 부유식 복합생산시스템(FPSO,

Floating Production Storage Offloading) 등과 같은 고부가가치선이 많이 수주되고 있음

• 이에 따라, 기존의 선박에 비해 엄격한 소음수준이 요구되어 허용치를 만족하기 위한 많은 노력이 필요하게 되었고, 주요 소음원 중 하나의 엔진으로부터 발생한 소음을 저감하기 위한 연구개발이 시도되는 추세임

• 선박 엔진용 디젤엔진 저주파수 대역의 소음 제어를 위해서는 다양한 기술개발이 요구되며, 이와 관련하여 공명기 내부에 다공성 스크린과 흡음재를 설치하여 흡음성능을 개선한 연구, 여러 개의 헬름홀츠 공명기를 패널 형태의 배열을 이용하여 흡음성능을 향상한 연구 등이 진행 중에 있음

• 자동차용 머플러의 경우에도 강화된 소음 규제로 민수용 소음기의 성능향상을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있음

 < 공명기 적용 가능 시장 및 향후전망(2019) >

• 생산성 및 운영효율성 향상을 위해 토목/건설분야, 금속 가공분야, 화학분야, 제철분야 등 각종 산업에서 생산 및 제조공정상 대규모 기계류가 설치·운영되고 있음

• 산업기계 및 플랜트 시설에 사용되는 밸브류, 지하 구조물의 환기구 시설, 대형엔진의 배기부 등에서는 고압의 유체가 방출될때마다 매우 높은 레벨의 충격성 소음이 발생하며 이를 해결하기 위한 소음기 관련 시장은 산업 발전과 함께 성장이 예상됨

• 음향저감 가변형 공명기 기술을 적용하게 되면, 원동기계류의 흡-배기구나 덕트를 통한 방사소음을 줄이기 위해 플랜트 소음저감기, 선박 디젤엔진 배기구 소음저감기, 공조 및 환기 덕트 등에 사용될 수 있을 것으로 기대됨

• 소음기(silencer)는 단면적의 변화나 다공관 또는 공명기 등 다양한 요소를 이용하여 음파의 반사나 흡음을 통해 소음을 줄일 수 있는 기술로 헬름홀츠 공명기(Helmholtz resonator)는 단일 주파수를 제어할 수 있어, 원하는 주파수 영역으로의 설계가 용이하고 저주파수에서도 작은 부피를 가질 수 있어 기술 활용성이 높을 것으로 예상됨

• 일본의 SMC Corporation에서는 소음기, 에어실린더 등 자동화 산업관련 공기역학 제품을 생산·공급하고 있으며, 미국의 QuiteFlo에서는 가스/스팀 압력 감쇄장치로부터 발생하는 산업소음 방지장치를 개발하였고, Peerless mfg.co 에서는 오일/가스, 해양, 국방, 석유화학 분야의 산업용 소음기를 개발하고 공급하고 있음