KR100520746B1 - 축심 고정구를 구비한 파일럿 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극을 연장관의 축심에 일치되도록 지지하는 적어도 하나 이상의 축심 고정구를 구비하여서 공진에 의해 절연체가 파손되는 것을 미연에 막을 수 있고, 원활한 연료가스 공급을 유도하여서 연소 불꽃을 안정되게 유지시킬 수 있도록, 플러그포트(11), 연장관포트(12), 연료공급포트(13)를 형성한 'T'자형 본체(10)에 점화 플러그(20)와 연장관(30)을 각각 장착한 후, 연장관(30)의 끝단에 노즐(40)과 노즐 팁(50)을 결합하되, 연장관(30)과 노즐(40)의 내경에 각각 대응하는 크기로서, 축심에 결합구멍(120)이 형성되고 각변의 표면(110)이 일정하게 결합구멍(120) 쪽으로 들어간 적어도 하나 이상의 축심 고정구(100, 101, 102)를 포함하며, 각각의 결합구멍(120)에 점화 플러그(20)의 스트립다운형 전극(21)을 결합시켜서, 축심 고정구(100, 101, 102)들로 하여금 전극(21)을 연장관(30)과 노즐(40)의 축심에 일치하는 공간상에 평행하게 배치시키고 있다.

Description

축심 고정구를 구비한 파일럿 버너{PILOT BURNER HAVING SHAFT CENTER FIXATOR}

본 발명은 축심 고정구를 구비한 파일럿 버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전극의 위치를 연장관의 축심에 일치시키는 축심 고정구를 점화 플러그에 장착하여서 연료가스 공급시 발생하는 공진이 점화 플러그에 미치는 영향력을 최소화시킨 축심 고정구를 구비한 파일럿 버너에 관한 것이다.

통상적으로 파일럿 버너는 메인 버너를 점화시키기 위해 사용되는 일종의 점화봉(ignition rod)으로서, 가정용 가스 레인지, 난방용 보일러, 산업용 대형 건조로 등의 메인 버너에 장착되어 사용된다.

파일럿 버너는 점화가 쉽거나 메인 버너 측으로의 불꽃 옮김이 용이하여야 하고 보염 기능이 뛰어나야 한다.

특히, 대부분의 산업용 파일럿 버너는 미량의 연료가스 공급과 전원 연결이 차단되는 경우를 제외하고는, 메인 버너의 유사시 점화를 위해서 보염 상태를 안정되게 유지시켜야 한다.

따라서, 산업용 파일럿 버너로 하여금 안정된 성능을 발휘시키게 하기 위해서는, 연료가스를 원활하게 공급시킬 수 있는 구조, 연료가스 공급에 따른 공진의 발생을 최소화시키는 내부 형상, 점화 플러그에서 절연체의 내구성 및 전극의 고정성 등과 같은 설계 팩터를 고려하여 설계하여야 할 것이다.

종래 기술로서 널리 알려져 있는 파일럿 버너는 도 1a에서 보는 바와 같이, 내부에 관통 형성된 구멍을 통하여 연료가스(4)를 공급하는 버너 팁(2)의 외부에 착화용 점화기(1)를 위치시켜 스파크(3)에 의한 착화를 일으키거나, 도 1b의 경우처럼 역시 내부에 관통 형성된 구멍을 통하여 연료가스(4)를 공급하는 버너 팁(2) 내부를 관통하여 점화기(1)를 위치시켜 버너 팁(2)과 점화기(1)와의 최 근접점에서 착화가 되도록 구성되어 있다.

착화용 점화기(1)는 전기적으로 연결된 전원으로부터 착화용 고압 전류를 공급받는 착화 전극을 의미한다.

통상 착화용 점화기(1)는 애자(碍子), 인슐레이터(insulator) 등으로 불리 우는 절연체(5)로 피복되어 있다. 즉, 절연체(5)는 점화기 전극에서 거의 대부분의 외원주면을 피복시키고 있다. 이런 절연체(5)는 전류를 차단하는 재료로서, 절연 저항이 크고, 절연 파괴 전압이 높은 것이 바람직하며, 예컨대, 고 알루미나질의 자기 등이 사용 가능하나, 진동과 충격에 상대적으로 약한 단점을 갖는다.

한편, 버너 팁(2)과 착화용 점화기(1)는 버너 팁(2)의 내부를 따라 유동하는 연료가스(4)에 의해서, 공진이 발생되기 쉬운 환경에 놓여 있다.

그러한 종래의 파일럿 버너 중에서, 착화용 점화기가 버너 팁의 외부에 위치한 경우에는, 파일럿 버너의 전체 직경이 상대적으로 커지거나 외부 구조가 복잡하게 되므로, 형상구조상 매우 비효율적이다.

또한, 종래의 파일럿 버너에서 착화용 점화기가 버너 팁의 내부에 위치한 경우에는, 연료가스에 의한 공진 또는 외력에 의해서 착화용 점화기가 심하게 흔들리게 되므로 불안정한 스파크가 발생되는 단점이 있다.

특히, 착화용 점화기의 길이가 상대적으로 긴 종래의 산업용 파일럿 버너의 경우에서는 흔들리는 착화용 점화기를 견고하게 지지하면서도 공진의 영향력을 최소로 받고 절연체의 기능을 동시에 수행하는 수단의 부재로 인하여, 착화용 점화기의 절연체가 깨지기 쉽고, 이는 잦은 고장의 원인이 되고 있다.

또한, 종래의 파일럿 버너에서 내구성을 향상시키기 위해서 절연체의 직경을 두껍게 하거나, 또는 별도의 지지 브래킷을 절연체에 결합시켜 지지시키더라도, 버너 팁의 내경이 상대적으로 축소되거나, 공진에 의한 영향력과 저항력을 상대적으로 많이 받게 되어서, 상대적으로 연료가스와 접촉하는 접촉면이 증가하게 됨으로 써, 그 결과 연료가스의 유량(또는 유속)이 변하거나 화염의 안정성을 보장하지 못하게 되므로, 화염의 부상(lifting)이나 역화(flashback)의 위험성이 잔존함은 물론, 보염 기능을 수행하기 어려운 문제점이 발생된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에서는 전극을 연장관의 축심에 일치되도록 지지하는 적어도 하나 이상의 축심 고정구를 구비하여서 공진에 의해 절연체가 파손되는 것을 미연에 막을 수 있고, 원활한 연료가스 공급을 유도하여서 불꽃 연소를 안정되게 유지시킬 수 있는 축심 고정구를 구비한 파일럿 버너를 제공하려는데 그 목적이 있다.

상술한 본 발명의 목적은 플러그포트, 연장관포트, 연료공급포트를 형성한 'T'자형 본체에 점화 플러그와 연장관을 각각 장착하고, 연장관의 끝단에 노즐과 노즐 팁을 결합한 파일럿 버너에 있어서, 연장관과 노즐의 내경에 각각 대응하는 크기로서, 축심에 결합구멍이 형성되고 각변의 표면이 일정하게 결합구멍 쪽으로 들어간 적어도 하나 이상의 축심 고정구를 포함하며, 각각의 결합구멍에 점화 플러그의 스트립다운형 전극을 결합시켜서, 축심 고정구들로 하여금 전극을 연장관과 노즐의 축심에 일치하는 공간상에 평행하게 배치시킨 것을 특징으로 하는 축심 고정구를 구비한 파일럿 버너에 의해 달성된다.

또한, 본 발명에 따르면, 축심 고정구의 지지축은 축길이 방향에 수직한 방향으로 절단시, 얇은 두께의 축 끝단에서 결합구멍 쪽 부위로 갈수록 점차적으로 크기가 증가하는 직사각형 단면, 라운드 타원형 단면인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 전극은 결합구멍에 삽입된 축심 고정구를 고정시키기 위해서, 적어도 하나 이상의 결합턱을 외표면에 돌출되게 형성하고 있는 것이 바람직하다.

이하 형상 구조적 특징에 의해서 내구성이 뛰어난 절연체로서의 역할과, 상대적으로 연료가스를 원활하게 제공하는 역할을 축심 고정구에 의해 담당토록 구성한 바람직한 실시예를 첨부 도면과 함께 상세히 설명하고자 한다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 결합 구성을 설명하기 위한 단면도이고, 도 3은 도 2의 선 A-A'를 따라 절단한 단면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 축심 고정구의 결합관계를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 5와 도 5b는 축심 고정구의 변형예를 도시한 정면도 및 측면도이다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 축심 고정구를 구비한 파일럿 버너는 본체(10), 점화 플러그(20), 연장관(30), 노즐(40), 노즐 팁(50), 그리고 공기 역학적 디자인의 축심 고정구(100, 101, 102)로 이루어져 있다.

본체(10)는 'T'자형 관 형상으로서, 수평방향의 일측 내경에 점화 플러그(20)를 나사결합방식으로 장착할 수 있도록 나사산을 갖는 플러그포트(11)를 구비하며, 수평방향의 다른 측 내경에 동일방식으로 연장관(30)을 장착할 수 있도록 나사산을 갖는 연장관포트(12)를 구비하고, 수직방향의 일측 내경에 외부의 연료 공급 장치의 연료관(도시 안됨)을 장착할 수 있도록 나사산을 갖는 연료공급포트(13)를 구비한다.

점화 플러그(20)는 종래 기술과 가장 큰 차이점으로서, 스트립다운 타입(stripped down type)의 전극(21 : electrode)을 갖는다. 여기에서, 스트립다운 타입이란, 불필요한 구성을 모두 제거하고 있음을 의미하는 것이다. 즉, 본 발명에서의 전극(21)은 대부분의 외원주면에 거추장스럽고 깨지기 쉬운 절연체를 전혀 피복하지 않고 공진의 영향력이 최소인 부위로서 본체(10)에 결합되는 부위에만 절연 재질의 기저부(24)를 피복시킨 것이다.

특히, 전극(21)의 길이 방향의 일측 끝단 부위(22)는 노즐(40)의 끝단과 최 근접거리를 유지하도록 약간 구부러져 있으며, 반대측 끝단 부위(23)는 기저부(24)에 의해 감싸져 있는 부분을 지나서, 외부 전원과 접속될 수 있게 나사산을 형성하고 있다.

기저부(24)는 제1중공볼트(25)의 내경에 고착되어 있고, 제1중공볼트(25)는 가스켓 내지 밀봉재를 개재한 상태에서 제2중공볼트(26)의 내경에 나사결합되며, 제2중공볼트(26)는 제3중공볼트(27)의 내경에 나사결합된다.

이렇게 겹겹이 나사결합된 볼트들 중 제3중공볼트(27)는 본체(10)의 플러그포트(12)의 내경에 나사결합된다.

이런 기저부(24)는 본체(10)의 플러그포트(11)의 안쪽에 위치하기 때문에 공진의 영향력을 거의 받지 않는다.

또한, 상기와 같이 결합된 제1 내지 제3중공볼트(25, 26, 27)들은 본체(10)의 플러그포트(11)를 밀봉시키는 역할과, 각각의 볼트 회전에 의한 축이동으로 인하여 전극(21)의 길이 방향의 위치를 변경시키는 역할 및, 점화 플러그(20)를 본체(10)에 고정시켜서 결과적으로 점화 플러그(20)의 전극(21)이 본체(10), 연장관(3) 또는 노즐(40)의 내부 공간에 떠 있도록 하는 역할을 담당한다.

연장관(30)은 본체(10)를 통해 유입되는 연료가스를 노즐(40)에 공급시키는 통로 역할을 하는 것으로서, 일 측단의 외원주면에 본체(10)의 연장관포트(12)와 나사결합되는 나사선이 형성되어 있고, 다른 측단의 내원주면에 노즐(40)과 나사결합되는 나사선이 형성되어 있다. 이런 연장관(30)은 메인 버너(도시 안됨)의 장착 부위에 나사결합식으로 고정될 수 있도록, 길이 방향의 중간 지점에 나사산을 갖는 설치관(31)을 갖고 있다.

노즐(40)은 점화 플러그(20)의 전극(21)에 의한 착화로 인하여, 연장관(30)을 통해 공급되는 연료가스에 불꽃을 형성하는 역할을 하며, 불꽃의 형성을 돕는 다수의 구멍이 형성된 노즐 팁(50)을 그의 끝단에 결합시키고 있다.

한편, 본 발명의 전극(21)에는 적어도 하나 이상의 축심 고정구(100, 101, 102)들이 소정 간격을 유지하면서 결합되어 있다.

축심 고정구(100, 101, 102)들은 절연용 세라믹 재질로 형성된 것으로서, 연장관(30) 또는 노즐(40)의 내원주면에서 전극(21)을 지지한다.

본 발명에서 사용한 절연용 세라믹 재질은 통상의 업계에서 사용되는 세라믹 정밀 가공품 등에서 사용되는 것으로서, 보통 강과 동등 이상의 휨 강도가 있어 탄성변형이 거의 없고, 절연성 및 저열팽창성이 뛰어난 알루미나(Al2O3 : 92%, 99.5%) 또는 지르코니아 등이 사용된다.

축심 고정구(100, 101, 102)들은 연장관(30) 또는 노즐(40)의 축심에 일치하는 공간상에 전극(21)을 배치시켜서, 전극(21)으로 하여금 연장관(30) 또는 노즐(40)의 내원주면에 근접하는 것을 억제시키는 역할을 담당한다.

이때, 전극(21) 중간 정도의 부위에서 연장관(30) 또는 노즐(40)의 내원주면 까지의 직선 거리는 고압의 전류가 흐르더라도 스파크가 발생되지 않을 정도의 간격을 유지하고 있다.

도 3에 확대 도시한 바와 같이, 각각의 축심 고정구(100)는 공기 역학적 디자인을 갖는 것으로서, 연료가스의 유동에 따른 공기 역학적 저항력과 와류 발생을 최소로 억제할 수 있다.

이를 위해서, 축심 고정구(100)는 각변의 표면(110)이 일정하게 축심쪽으로 들어간 라운드 삼각형의 종단면 형상을 갖는 것으로서, 전극(21)의 직경에 대응한 결합구멍(120)을 축심에 형성하고 있다.

축심 고정구(100)는 연장관(30)의 내경과 노즐(40)의 내경에 기밀하게 삽입될 수 있는 서로 다른 비율로 제작된다.

축심 고정구(100)의 각각의 지지축(130)은 그의 길이 방향에 수직하는 방향으로 절단한 단면을 볼 때, 얇은 두께의 축 끝단에서 결합구멍(120) 쪽 부위로 갈수록 점차적으로 크기가 증가하는 직사각형 단면이거나, 에어 포일(airfoil)과 같이 라운드 타원형 단면을 취하게 됨으로, 축심 고정구(100)에 의한 연료가스의 유동 저항력이 상대적으로 작고, 원활하게 연료가스가 연장관(30)의 내부에서 유동할 수 있게 된다.

특히, 축심 고정구(100)의 설계시 난류 또는 와류 발생을 최소로 하는 형상으로 지지축(130)을 설계하며, 표면 가공을 통해서 표면 마찰 계수를 작게 하는 것이 바람직하다.

이런 축심 고정구(100)의 지지축(130)은 연장관(30) 또는 노즐(40)의 내원주면과 소정의 결합 공차만을 유지할 뿐 거의 상호 접촉하고 있다.

따라서, 전극(21)은 소정의 결합 공차에 대응한 거리만큼의 미동이 있을 뿐, 적어도 축심에 일치하는 공간상에서 연장관(30) 또는 노즐(40)의 내원주면 쪽으로 크게 이동되지 않는다.

도 4에 도시된 바와 같이, 특히, 전극(21)의 외표면에는 소정 프레싱 장치(도시 안됨)의 압착(f)에 의해서 한 쌍의 결합턱(21a, 21b)들이 돌출되게 형성된다.

제1결합턱(21a)이 형성된 전극(21)에 축심 고정구(100)가 삽입되고, 이후, 반대편에 제2결합턱(21b)을 형성함으로써, 축심 고정구(100)가 전극(21)의 길이 방향으로 이동되지 않게 한다. 이와 같은 방식으로 다른 축심 고정구들도 전극에 결합된 후, 연장관(30)에 내치된다.

이렇게 연장관(30) 내부에서 축심 고정구(100)들로 지지되는 전극(21) 구조는 연장관(30)의 내부 공간을 상대적으로 확장시켜서 원활한 연료가스 공급이 가능해지는 효과를 발휘하게 된다.

또한, 이런 구조는 연장관(30)을 슬림한 구조로 제작할 수 있을 뿐만 아니라 연장관(30)을 길이 방향으로 길게 연장하더라도 공진의 영향력을 최소화시켰기 때문에, 연료가스 유동에 의해 발생하는 공진에 의해서 축심 고정구(100)가 파손되거나 금이 가는 일이 거의 없어서 내구성이 증가되게 된다.

아래에서, 앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 축심 고정구를 구비한 파일럿 버너의 작동관계에 대해서 설명하도록 하겠다.

본체(10)의 연료공급포트(13)에는 외부의 연료 공급 장치의 연료관이 배관되며, 점화플러그(20)의 일측 끝단 부위(23)는 외부 전원과 접속되어 있다.

소정의 파일럿 버너 점화 제어 프로세스에 따라, 외부 전원으로부터 고압전류가 인가될 경우, 점화플러그(20)에 외부 전원의 고압전류가 공급된다.

이후, 고압전류는 점화플러그(20)의 전극(21)을 따라 흘러서 노즐(40)과 최 근접거리를 유지하는 끝단 부위(22)에서 스파크를 발생시킨다.

이때, 축심 고정구(100, 101, 102)들은 물리적으로 전극(21)을 연장관(30)과 노즐(40)의 축심에 위치시키도록 지지하며, 전기적으로 전극(21)의 고압전류가 연장관(30)과 노즐(40)로 흘러가지 않게 한다.

이후, 연료 공급 장치의 연료가스는 연료공급포트(13)를 통해서 연장관(30)의 내부로 유입되고, 상대적으로 넓은 내부 공간과 축심 고정구(100, 101, 102)의 지지축 사이를 통과한 후, 노즐(40)에서 분사된다.

노즐(40)에서 발생된 스파크에 의해서 연료가스에 점화가 이루어지며, 점화된 불꽃은 노즐 팁(50)의 주위에서 화염을 발생한다.

연료가스의 공급이 중단되지 않는 한, 연료가스는 계속해서 연장관(30)과 노즐(40)의 내부 공간에서 유동하게 되나, 축심 고정구(100, 101, 102)의 공기 역학적 설계에 의해서 공진 발생이 적고, 특히, 물리적으로 축심 고정구(100, 101, 102)가 전극(21)을 안정하게 지지하고 있기 때문에 스파크 발생이 일정하게 이루어질 수 있다.

또한, 도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 축심에 결합구멍(120')이 형성된 링 형상의 보스(121')와, 이런 보스(121')에 3개의 각형 지지축(130')들이 일체형으로 형성된 축심 고정구(100')가 제공될 수 있다.

각형 지지축(130')들은 각각 120°간격을 유지하되, 정면쪽 두께보다 측면쪽 두께가 상대적으로 매우 두껍게 형성되어서, 결합구멍(120')에 삽입된 전극을 안정적으로 지지할 수 있다.

각형 지지축(130')들은 본체의 내원주면과 접촉하는 끝단이 사각으로 각져있기 때문에, 전극을 륜심으로하여 원주방향으로 회전되지 않는 특징이 있다.

이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 스트립다운 타입의 전극을 구비한 점화플러그를 사용함으로써, 기존의 제품에서 공진에 의해 절연체가 파괴되는 것을 미연에 막아 제품 수명을 증가시킬 수 있는 파일럿 버너를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 축심 고정구를 구비한 파일럿 버너는 복수개의 축심 고정구를 사용하여 점화플러그의 연장관과 노즐의 축심에 일치되게 전극을 물리적으로 지지함으로써 안정된 스파크 발생이 이루어져서 결과적으로 초기 점화가 용이하고, 안정된 보염기능을 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 축심 고정구를 구비한 파일럿 버너는 절연체를 전극 전체에 걸쳐 피복할 필요가 없기 때문에 매우 경제적이며, 전극의 외표면에 형성한 한 쌍의 결합턱으로 각각의 축심 고정구를 결합시키므로, 제작이 매우 용이한 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 축심 고정구를 구비한 파일럿 버너에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1a와 도 1b는 일반적인 파일럿 버너 개략도,

도 2는 본 발명의 축심 고정구를 구비한 파일럿 버너의 구성을 설명하기 위한 단면도,

도 3은 도 2의 선 A-A'를 따라 절단한 단면도,

도 4는 도 2에 도시된 축심 고정구의 결합관계를 설명하기 위한 분해 사시도,

도 5와 도 5b는 축심 고정구의 변형예를 도시한 정면도 및 측면도.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

10 : 본체 11 : 플러그포트

12 : 연장관포트 13 : 연료공급포트

20 : 점화 플러그 21 : 전극

30 : 연장관 40 : 노즐

50 : 노즐 팁 100, 100', 101, 102 : 축심 고정구

120, 120' : 결합구멍 130, 130' : 지지축

Claims (5)

1. 플러그포트(11), 연장관포트(12), 연료공급포트(13)를 형성한 'T'자형 본체(10)에 점화 플러그(20)와 연장관(30)을 각각 장착하고, 상기 연장관(30)의 끝단에 노즐(40)과 노즐 팁(50)을 결합한 파일럿 버너에 있어서,

   상기 연장관(30)과 상기 노즐(40)의 내경에 각각 대응하는 크기로서, 축심에 결합구멍(120, 120')이 형성된 링 형상의 보스(121')와 상기 보스(121')에 축 길이 방향에 수직한 방향으로의 절단 단면이 직사각형 또는 라운드 타원형인 3개의 지지축(130, 130')들이 120° 간격을 유지하며 일체형으로 형성되되, 그 지지축들은 축 끝단에서 상기 결합구멍(120, 120') 쪽 부위로 갈수록 점차적으로 그 두께가 증가하는 적어도 하나 이상의 축심 고정구(100, 100', 101, 102)를 포함하고,

   상기 축심 고정구의 결합구멍(120)에 상기 점화 플러그(20)의 스트립다운형 전극(21)을 각각 결합시켜서, 상기 축심 고정구(100, 100', 101, 102)들로 하여금 상기 전극(21)을 상기 연장관(30)과 상기 노즐(40)의 축심에 일치하는 공간상에 평행하게 배치시키되, 상기 전극(21)에는 상기 결합구멍(120, 120')에 삽입된 상기 축심 고정구(100, 100', 101, 102)를 고정시키기 위해서, 적어도 하나 이상의 결합턱(21a, 21b)이 외표면에 돌출되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 축심 고정구를 구비한 파일럿 버너.
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