배기매니폴드에서 배출된 가스는 고온, 고압(3~5kg/cm²)이므로 그대로 외부에 방출하면 급격한 가스의 팽창 때문에 폭발음이 발생하고 또 화재를 일으킬 염려도 있으므로 이것을 방지하기 위해 가스가 완만한 팽창을 하게 하면서 출력의 손실을 최대 5% 이내로 되도록 배압(Back Pressure)을 적게 한다. 그리고 발생하는 소음을 적게 하기 위해 흡음재를 사용하거나 가스를 작은 구멍에서 분출시켜 압력과 온도를 저하시켜 에너지를 흡수시키고 또 가스의 통로는 도중에 길이가 다른 2대의 통로로 나누어 음파를 서로 간섭시키는 등 여러 가지 방법이 있다.
소음기의 구조는 여러 가지 형식이 있으며 보통 1mm 두께의 철판을 원통형으로 용접하여 만들었으며 그 내부에 몇 개의 칸막이를 하여 배기가스가 이 칸막이의 장벽을 지날 때마다 음파의 간섭 및 압력 변동의 감소, 그리고 배기 온도의 저하로 점차 소음이 감소된다. 그러나 소음 효과를 높이기 위해 소음기의 저항을 너무 크게 하면 기관의 폭음은 적어지나 배기 행정에 가해지는 저항 즉 배압이 높아져서 기관의 출력이 저하되므로 자동차의 사용목적에 따라 소음의 정도를 결정한다. 배기가스의 온도는 600~900℃ 정도이며 음속 340m/sec에 달한다. 그러므로 소음기의 체적은 행정 체적의 12~20배 정도가 좋고 그 종류는 칸막이 판의 형식에 따라 다음과 같이 분류한다.
그림 1. 소음기의 구조
1) 원통형 소음기 3개의 원통을 동심이 되도록 조합한 것이며 중앙에 들어간 배기가스는 작은 구멍을 통하여 바깥쪽의 원통으로 나와 다시 외곽에 나와 다시 외곽에 있는 원통으로 나가면 이때 배기가스의 압력과 온도가 저하되게 된다.
그림 2. 원통형 소음기
2) 차단판식 소음기 원통의 내면의 원통 주심의 수직 방향으로 다수의 차단 판으로 칸을 막은 것으로 배기가스는 차단 판의 작은 구멍으로 다음 칸으로 유출되며 칸막이에 있는 작은 구멍의 위치가 서로 엇갈리게 되어 있어 배기가스는 내부를 돌면서 서서히 냉각되며 압력도 저하된다.
그림 3. 차단판식 소음기
3) 이젝터식 소음기 중심부에 중심 관이 있고 배기가스의 일부는 출구 지름이 작은 중심 관을 통과할 때 속도가 빨라 중심 관 부근에 부압이 생겨 팽창실 내의 배기가스를 빨아내게 된다. 팽창실은 칸막이가 되어 있어 배기가스는 순차적으로 팽창하여 압력이 낮아진다.
그림 4. 이젝터식 소음기
보조 소음기는 배기 매니폴드와 소음기 사이에 소형의 소음기를 부착한 것을 말하며 이것은 소음기의 수명을 길게 하기 위한 것이며 기관이 시동초기에는 소음기가 냉각되어 있어 매기가스 속의 수분이 소음기에 괴어 있어 내부가 부식하기 쉬우므로 구조가 더 간단하고 값이 싼 보조소음기를 설치하여 소음기의 수명을 연장하여 보수비를 절감하기 위한 것이다.
더운 여름 더위를 피하느라 창문을 열어 놓고 잠을 청하다 보면 대로를 질주하는 차량 소음과 경적 소리에 잠을 설치는 경험을 누구나 한·두번은 경험해 보셨을 겁니다.
비단 야간뿐만 아니라 차량의 운행이 증가되는 주간에는 교통소음 이외에 각종 주변 생활 소음으로 인하여 더욱 심한 소음 공해(公害)에 시달리고 있습니다. 이렇듯 우리들의 일상 생활은 교통소음, 항공기 소음, 산업 기계의 소음, 공사장 소음, 공장 소음등 이루 헤아릴 수 없을 만큼 많은 소음속에 노출되어 있습니다.
우리들은 이러한 소음 공해속에서 조금 이나마 편안하고 조용한 생활을 유지하기 위하여 환경규제법규를 정하고, 규제치를 초과하였을 때 소음 발생 원인의 제공자는 법적인 제재 조치 및 민사상 손해를 보상하도록 정하고 있습니다.
그러나 이러한 수많은 소음발생 원인을 완전히 제거할 수 없기 때문에 효과적인 소음 저감 및 방지 대책이 요구되고 있으며, 이에따라 방음벽, 소음기, 차폐장치 등 다양한 장치를 통한 소음방지 대책을 강구하고 있습니다.
소음기는 건물 및 공장의 공조용 Fan의 소음을 저감시키기 위한 공조용 소음기와 발전소, 화학 플랜트, 선박등 각종 산업 현장 및 플랜트의 생산 설비에서 발생되는 소음을 저감시키기 위한 공업용 소음기로 나누어 볼 수 있습니다.
일반적으로 공조용 소음기의 소음원은 공기의 흐름을 조절하는 Fan 소음 및 공기의 흐름이 주류(主流)를 이루고 있지만 공업용 소음기는 Steam, Gas, 엔진 배기가스, 유량 조절 밸브등 그 소음원이 다양하게 존재하고 있고, 다양한 소음원과 적용처에 따라 설계, 제작 방법 및 구조가 각각 다르게 설계되고 있습니다.
공조용 소음기가 설비용 자재로 설계되는 반면 공업용 소음기는 그 기능상 압력 용기(Pressure Vessel)로 설계되고 있습니다. 이러한 압력 용기는 산업안전 보건법/고압안전 관리법/에너지이용 합리화법의 적용을 받아 소음기의
두께, 재질, 용량에 대하여 최적의 상태를 유지하도록 설계하고 있습니다.
압력용기로 설계되는 공업용 소음기의 특성상 통과 유체가 대기중으로 원활하게 방출 될 수 있도록 소음기의 전단 부분에서 고압(20∼30kg/㎠)으로 토출 시키기 때문에 소음기에서는 그만큼 높은 압력을 받고 있고, 특히 디퓨저의 캡 부분은 소음기 입구 압력을 그대로 받고 있어 설계 및 제작에 가장 많은 검토와 검사가 이루어지고 있는 부분입니다.
공업용 소음기는 설치 위치에 따라(In-Line 소음기, Vent 소음기), 통과 유체에 따라(Steam 소음기, Air 소음기, Gas 소음기), 적용처에 따라(Exhaust 소음기, 엔진 소음기, Valve 소음기), 사용방법에 따라(Start-up 소음기, Safety valve 소음기, Temporary 소음기, Stack 소음기), 사용 압력에 따라(고압용 소음기, 저압용 소음기) 다양하게 설계되고 있습니다.
최근 저희 플랜트사업부에서는 원자력 발전소의 비상 발전기용 엔진 소음기를 제작하기
위하여 기존 소음기(수입품)가 설치된 상태에서 소음을 측정하여 이 데이터만으로 소음원을 역 계산하고 소음 규제치 이하를 만족하는 소음기를 제작하여 설치한 결과 그 성능이 입증되는 결과를 얻었습니다.
엔진소음기는 엔진에서 발생되는 소음이 엔진의 사양에 따라 특정 주파수에서 주 소음이 발생되고 이 소음이 소음기에서 저감 시켜야 할 소음대상이 되는데 엔진소음기에서는 배기가스로 인하여 높은 온도(400℃이상)가 발생되어 흡음재를 사용할 수 없기 때문에 소음기 내부구조와 소음 주파수 특성을 이용하여 소음을 저감시키는 방식을 적용하였습니다.
이는 플랜트 사업부와 기술연구소에서 그동안 제작된 소음기에 대한 성능 테스트 결과와 설계 노하우를 적용시킨 사례라 하겠습니다.
최근 각종 플랜트 산업 및 전력산업 확대로 인하여 발생소음에 대한 방지 및 저감대책이 점점 더 시급해 지고 있으며 이에따라 소음기의 수요는 점점 증가하고 있습니다. 국내에서도 2002년 가스공사 강원권 지역의 도시가스 공급 배관공사, 각 지역별 소각로 공사 등이 예정되어 있어 예년에 비해 소음기 시장은 국내외적으로 확대될 전망입니다.
소음기는 열역학, 유체역학, 재료역학, 소음 및 진동학의 종합적인 지식을 토대로 한 시스템으로 설계와 현장 적용에서 발생하는 여러가지 문제를 엔지니어의 경헙에 의존하는 설계가 주를 이루고 있으며 따라서 더 효율적인 소음기의 설계 방법에 대한 많은 조사가 이루어 져야 할 것으로 판단됩니다.
