KR100881688B1 - 내연기관의 화염분출방지용 트랩장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관의 화염분출방지용 트랩장치에 관한 것으로, 상세하게는 다수의 금속선재가 교차되고 겹쳐진 망구조로, 크랭크케이스의 개구부 외측둘레에 설치되며, 상기 크랭크케이스 외부로 유출되는 화염을 1차적으로 흡수 및 분산시키는 화염흡수 및 내압충격방지망부와; 판재에 방사형으로 요철이 형성된 다수의 스트랩이 겹쳐진 구조로, 상기 화염흡수 및 내압충격방지망부의 외측에 설치되어 상기 스트랩의 사이에 형성된 도출공을 통과하면서 흡수시키고 산소결핍에 의한 불연소로 미불꽃 상태로 토출시키는 1차화염도출덕트부와; 상기 1차화염도출덕트부의 외측에 설치되어 상기 1차화염도출덕트부가 소정폭 이내의 왜곡변형이 이루어질 수 있는 빈 공간부를 제공하는 변형방지공간부; 및 판재에 방사형으로 요철이 형성된 다수의 스트랩이 겹쳐진 구조로, 상기 변형방지공간부 외측에 설치되어, 상기 변형방지공간부를 통과한 잔여의 화염을 3차적으로 상기 스트랩의 사이에 형성된 도출공을 통과하면서 최종적으로 흡수시키고 산소결핍에 의한 불연소로 미불꽃 상태로 토출시키는 2차화염도출덕트부;를 포함하여 구성되어, 한 쌍의 1,2차화염도출덕트부가 구비되어 화염흡수의 효과가 극대화될 수 있다.

내연기관, 화염, 스트랩, 도출공, 덕트, 트랩장치

Description

내연기관의 화염분출방지용 트랩장치{TRAP DEVICE FOR PREVENTING FLAME OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관의 화염분출방지용 트랩장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과열된 내열기관의 오폭 시, 외부로 방출되는 화염을 흡수 및 감압시키는 성능을 그대로 유지하면서도 폭압의 충격에 따른 내부구성요소의 변형을 최소화시킬 수 있는 내연기관의 화염분출방지용 트랩장치에 관한 것이다.

통상적으로 선박, 자동차 등에서는 연료를 기관 내에서 연소시켜 발생된 고온, 고압의 가스를 직접 일에너지로 전환시키는 내연기관을 사용하게 되며, 보편적인 내연기관의 구조는 다수의 실린더장치를 구비하고 있는 엔진부로부터 동력을 발생시켜 이 동력을 기계적 운동에너지로 전환하는 시스템으로 이루어져 있다.

엔진부에는 전동장치인 크랭크부(crank portion)가 연결되어 있고 크랭크부는 크랭크케이스에 의해 둘러싸여져, 크랭크케이스 내부는 엔진의 고온, 고압가스에 의해 비교적 높은 온도 및 압력을 유지하게 되나, 크랭크케이스 내부의 압력이 규정된 압력(통상적으로 0.04~0.06kg/㎠)이상으로 상승하면, 과도한 압력만큼 내부가스를 외부로 유출시켜 크랭크케이스 내부를 항상 정상압력으로 유지시킬 수 있도 록 하고 있다.

크랭크케이스 내부에 오폭에 의해 화염이 발생될 경우에는 화염이 외부로 넓게 유출되어 크랭크케이스 주위의 각종 기계장치뿐만 아니라 인체에 치명적인 피해를 끼치게 된다.

이를 방지하기 위해 내연기관의 엔진부 주위에는 폭발 시 화염이 외부로 분출되는 것을 차단할 수 있는 화염분출방지용 트랩장치가 요구된다.

이에 따라, 본 출원인에 의해 "내연기관의 화염분출방지용 트랩장치"가 특허출원 제2005-112691호에 제안되었으며, 성능 향상을 위한 지속적인 개발이 이루어지고 있다.

도 1은 종래의 화염분출방지용 트랩장치를 도시한 종단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 크랭크케이스의 개구부 부분에는 화염분출방지용 트랩장치가 장착되어, 크랭크케이스 내부에서 오폭에 의해 화염이 발생할 때, 이 화염을 차단할 수 있도록 되어 있다.

구체적으로는 종래 화염분출방지용 트랩장치는, 외부로 방출되는 화염을 다중으로 흡수하고 감압시킬 수 있도록, 크랭크케이스의 개구부에 인접한 내측에서부터 차례로 1차화염열흡수망부(10), 감압확산공간부(20), 2차화염열흡수망부(30)로 이루어진 화염열흡수망부와, 판재에 방사형으로 요철이 형성된 스트랩(61) 다수가 겹쳐진 구조를 가지는 화염도출덕트부(60)를 구비한 기존의 화염분출방지용 트랩장치에 있어서, 상기 화염열흡수망부와 화염도출덕트부(60) 사이에 고강도변형방지부(40)와 변형방지공간부(50)를 추가로 구성시킨 구조를 가진다.

즉, 외부로 유출되는 화염을 1차화염열흡수망부(10)와 감압확산공간부(20)에 의해 1차로 흡수되고, 감압된 화염을 2차로 흡수 및 분산시키는 2차화염열흡수망부(30)로 구성되어 있다.

이러한 1차화염열흡수망부(10) 및 2차화염열흡수망부(30)는 다수의 금속선재가 교차되고 겹쳐진 망 구조를 가지고 있어, 이 금속망은 폭이 15mm ~ 20mm 정도밖에 되지 않아 폭발시 화염을 뺏어가는 공간이 적어 저항하는 효과만 있어 열 상쇄효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 상기 화염열흡수망부와 화염도출덕트부(60) 사이에 고강도변형방지부(40)와 변형방지공간부(50)를 구성시키고 있는데, 이러한 중공구조는 화염을 흡수 및 감압시키는 성능은 그대로 유지하면서도 금속망 내지 다수의 스트랩이 폭압의 충격에 의해 변형되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 장점은 있으나, 제조과정이 복잡하게 되는 문제점이 있으며, 화염의 이동거리상에 중공을 갖는 이격된 구조이므로 틈이 많거나 거리가 먼 경우에는 압력은 감쇄되나 화염은 이동중 불꽃이 다시 살아나는 성질이 있어 불꽃이 줄어들지 않아 화염의 상쇄효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 크랭크케이스 외부로 유출되는 화염을 화염흡수 및 내압충격방지망부에서 1차적으로 흡수 및 분산시키고, 2차·3차적으로 화염을 스트랩의 사이에 형성된 도출공을 통과하면서 흡수하고 산소결핍에 의한 불연소로 미불꽃 상태로 토출시키는 1차화염도출덕트부 및 2차화염도출덕트부를 화염흡수 및 내압충격방지망부의 외측으로 하여 구성하고 그 사이로 변형방지공간부에 의해 내압을 감소하도록 한 내연기관의 화염분출방지용 트랩장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 다수의 금속선재가 교차되고 겹쳐진 망구조로, 크랭크케이스의 개구부 외측둘레에 설치되며, 상기 크랭크케이스 외부로 유출되는 화염을 1차적으로 흡수 및 분산시키는 화염흡수 및 내압충격방지망부와; 판재에 방사형으로 요철이 형성된 다수의 스트랩이 겹쳐진 구조로, 상기 화염흡수 및 내압충격방지망부의 외측에 설치되어 상기 스트랩의 사이에 형성된 도출공을 통과하면서 흡수시키고 산소결핍에 의한 불연소로 미불꽃 상태로 토출시키는 1차화염도출덕트부와; 상기 1차화염도출덕트부의 외측에 설치되어 상기 1차화염도출덕트부가 소정폭 이내의 왜곡변형이 이루어질 수 있는 빈 공간부를 제공하는 변형방지공간부; 및 판재에 방사형으로 요철이 형성된 다수의 스트랩이 겹쳐진 구조로, 상기 변형방지공간부 외측에 설치되어, 상기 변형방지공간부를 통과한 잔여의 화염을 3차적으로 상기 스트랩의 사이에 형성된 도출공을 통과하면서 최종적으로 흡수시키고 산소결핍에 의한 불연소로 미불꽃 상태로 토출시키는 2차화염도출덕트부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 1차화염도출덕트부와 2차화염도출덕트부는, 내외측에 접하는 다수의 볼트에 의해 형상유지되고 고정설치되는 것이 바람직하다.

여기서, 본 발명에 따른 상기 2차화염도출덕트부는 1차화염도출덕트부보다 그 폭은 같거나 더 길게 형성되며, 상기 2차 화염도출덕트부의 판재의 두께는 상기 1차화염도출덕트부의 판재의 두께와 같거나 보다 더 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 구성에 의한 본 발명은, 과열된 내연기관의 오폭시 외부로 방출되는 화염의 열기를 1차적으로 화염흡수 및 내압충격방지망부에 의해 화염열 흡수 공간을 극대화하여 화염의 양 및 충격을 현격히 줄일 수 있게 되며, 또한 1차화염도출덕트부 및 2차화염도출덕트부에 의해 2,3차 다중으로 흡수 및 감쇄시켜 화염이 외부로 방출되는 것이 최대한 억제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명을 다음의 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 따른 내연기관의 화염분출방지용 트랩장치의 일실시예를 도시한 종단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내연기관의 화염분출방지용 트랩 장치는 외부로 방출되는 화염을 다중으로 흡수하고 감압시킬 수 있도록, 크랭크케이스의 개구부에 인접한 내측에서부터 차례로 화염흡수 및 내압충격방지망부(10), 1차화염도출덕트부(20), 변형방지공간부(30) 및 2차화염도출덕트부(40)를 포함하여 이루어진 구성을 가진다.

상기 화염흡수 및 내압충격방지망부(10)는 다수의 금속선재가 교차되고 겹쳐진 망구조를 가지고, 화염의 분출통로가 되는 크랭크케이스의 개구부 외측둘레에 설치된다. 상기 크랭크케이스를 통과한 화염은 상기 화염흡수 및 내압충격방지망부(10)를 통과하면서 다수의 금속선재에 부딪혀 그 공기흐름이 정체되고 금속선재의 틈새마다 분산되면서 에너지를 소모하게 되어 충격이 감소되며, 상기 금속선재와의 접촉에 의해 열기가 냉각되어 불꽃의 힘이 약화된다. 따라서 상기 화염흡수 및 내압충격방지망부(10)를 1차적으로 크랭크케이스의 개구부에 둠으로써 화염흡수 및 충격방지 능력을 강화시킬 수 있게 하는 것이다. 이때, 상기 화염흡수 및 내압충격방지망부(10)를 구성하는 금속선재는 선재나 망형태로의 가공이 용이하고 열전도성이 우수한 와이어 소재 등으로 제작된다.

다음으로, 상기 1차화염도출덕트부(20)는 판재에 방사형으로 요철이 형성된 다수의 스트랩(21)이 내외측으로의 화염이동경로를 제공하는 다수의 도출공(22)을 형성하도록 겹쳐진 구조로, 상기 화염흡수 및 내압충격방지망부(10)의 외측둘레에 설치된다. 상기 1차화염도출덕트부(20)의 도출공(22)은 상기 스트랩(21)의 요철이 상하측벽을 형성하게 되어 넓은 표면적을 제공할 뿐만 아니라 내부에 차가운 공기와의 접촉면적을 확장시킴으로써 상기 화염흡수 및 내압충격방지망부(10)를 통과하는 화염이 효과적으로 냉각된다. 그리고, 빠른 유속을 갖는 화염이 각각의 도출공(22)이 형성하는 긴 경로마다를 통과하면서 순간적으로 산소가 결핍되는 현상이 발생하게 되어 산소결핍에 의해 화염을 현격히 줄일 수 있다.

또한, 상기 1차화염도출덕트부(20)는 다수의 스트랩(21) 및 도출공(22)이 겹쳐진 구조이고, 대개 그 폭은 20mm 내지 30mm 정도로 이루어져 있어 화염이 상기 스트랩(21) 및 도출공(22)을 통과하는 공기흐름에 대한 저항력이 커 폭압의 충격에 의한 변형이 적게 일어나게 된다. 따라서 종래에서와 같은 고강도변형방지부가 불필요하게 되는 이점이 있다.

다음으로, 상기 변형방지공간부(30)는 상기 1차화염도출덕트부(20)의 외측에 소정간격의 빈 공간부를 제공하는 구성요소이다. 이와 같이 본 발명은 최소한의 중공구조로만 이루어지게 되어 종래와 같은 불필요한 중공구조에 의한 화염의 열 감쇄효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

다음으로, 상기 2차화염도출덕트부(40)는 화염을 최종적으로 흡수 및 감쇄시키는 구성요소로, 상기 1차화염도출덕트부(20)와 같이 판재에 방사형으로 요철이 형성된 다수의 스트랩(21)이 내외측으로의 화염이동경로를 제공하는 다수의 도출공(22)을 형성하도록 겹쳐진 구조로, 상기 1차화염도출덕트부(20)의 외측에 상기 변형방지공간부(30)를 형성하면서 원통형상으로 이격설치된다.

또한, 상기 2차화염도출덕트부(40)의 도출공(42)은 상기 스트랩(41)의 요철이 상하측벽을 형성하게 되어 넓은 표면적을 제공할 뿐만 아니라 내부에 차가운 공기와의 접촉면적을 확장시킴으로써 상기 2차화염도출덕트부(40)를 통과하는 화염이 효과적으로 냉각되며, 빠른 유속을 갖는 화염이 각각의 도출공(42)이 형성하는 긴 경로마다를 통과하면서 순간적으로 산소가 결핍되는 현상이 발생하게 되어 산소결핍에 의해 화염은 더 이상 불꽃의 형태가 아닌 연기상태로 변하여 외부로의 토출이 이루어지게 된다.

여기서, 상기 2차화염도출덕트부는 1차화염도출덕트부보다 그 폭은 같거나 더 길게 형성되며, 상기 2차 화염도출덕트부의 판재의 두께는 상기 1차화염도출덕트부의 판재의 두께와 같거나 보다 더 두껍게 형성된다. 즉, 같은 높이 공간 안에서라도 1차화염도출덕트부(20)의 그 외측을 감싸는 원통형의 2차화염도출덕트부(40)는 면적이 늘어나게 되고, 면적이 늘어나게 되면 공간도 또한 늘어나게 된다. 따라서 상기 2차화염도출덕트부(40)에서 화염의 접촉면적 대비 늘어난 틈새공간을 상쇄시키기 위해 판재의 두께를 같거나 더욱 두껍게 형성시켜 주고, 그 폭도 같거나 더 길게 형성하여 최종적으로 화염을 다 잡아주게 되는 것이다. 예를 들어, 상기 1차화염도출덕트부(20)의 두께가 0.5t라면 2차화염도출덕트부(40)의 두께는 0.5t 내지 1.0t 정도인 것이 바람직하며, 상기 1차화염도출덕트부(20)의 폭이 30mm이라면 2차화염도출덕트부(40)의 폭은 30mm 내지 40mm 정도인 것이 바람직하다. 이와 같은 두께의 수치는 다양한 내연기관에 따라 얼마든지 조정이 가능하며 어떤 범위 안에서는 동일하게 사용할 수도 있을 것이다.

이와 같은 구조에 의해 본 발명에 따른 내연기관의 화염분출방지용 트랩장치는 먼저 화염흡수 및 내압충격방지망부(10)의 다수의 철선부재사이를 2차로 통과하면서 공기의 흐름이 다수의 철선부재에 부딪혀 정체되고 철선부재의 틈새마다 분산되면서 에너지를 소모하게 되어 압력이 감소되어, 상기 철선부재와의 접촉에 의해 열기가 1차적으로 냉각되어 불꽃의 힘이 약화되며, 2차적으로 화염이 1차화염도출덕트부(20)의 화염이동공간인 도출공(22)으로 흘러가게 되며, 상기 도출공(22)을 통과하는 화염을 냉각시키게 되고, 1차화염도출덕트부(20)를 통과한 화염은 3차로 2차화염도출덕트부(40)를 통과하면서 상기 1차화염도출덕트부(20)와 동일한 원리로 현격하게 약화된 화염의 열기를 차단시킬 수 있게 되는 것이다.

따라서, 크랭크케이스 내부에서 폭발이 일어나더라도, 외부로 방출되는 화염은 완전히 차단된다.

상기 1, 2차화염도출덕트부(20, 40)는 변형방지공간부(30)를 사이에 두고 다수의 지지볼트(23)의 외주면에 내, 외측부가 인접, 지지되도록 설치되어, 원통형으로 형상유지되고 상호간에 일정한 이격거리를 두면서도 화염의 방출경로가 저해되지 않도록 한다.

이상 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것인바, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래의 내연기관의 화염분출방지용 트랩장치의 일실시예를 도시한 종단면도.

도 2는 본 발명에 따른 내연기관의 화염분출방지용 트랩장치의 일실시예를 도시한 종단면도.

도 3은 도 2의 횡단면도.

*도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명*

10 : 화염흡수 및 내압충격방지망부 20 : 1차화염도출덕트부

21 : 스트랩 22 : 도출공

23 : 지지볼트 30 : 변형방지공간부

40 : 2차화염도출덕트부 41 : 스트랩

42 : 도출공

Claims (3)

1. 다수의 금속선재가 교차되고 겹쳐진 망구조로, 크랭크케이스의 개구부 외측둘레에 설치되며, 상기 크랭크케이스 외부로 유출되는 화염을 1차적으로 흡수 및 분산시키는 화염흡수 및 내압충격방지망부(10)와;

   판재에 방사형으로 요철이 형성된 다수의 스트랩(21)이 겹쳐진 구조로, 상기 화염흡수 및 내압충격방지망부(10)의 외측에 설치되어 상기 스트랩(21)의 사이에 형성된 도출공(22)을 통과하면서 흡수시키고 산소결핍에 의한 불연소로 미불꽃 상태로 토출시키는 1차화염도출덕트부(20)와;

   상기 1차화염도출덕트부(20)의 외측에 설치되어 상기 1차화염도출덕트부(20)가 소정폭 이내의 왜곡변형이 이루어질 수 있는 빈 공간부를 제공하는 변형방지공간부(30); 및

   판재에 방사형으로 요철이 형성된 다수의 스트랩이 겹쳐진 구조로, 상기 변형방지공간부(30) 외측에 설치되어, 상기 변형방지공간부(30)를 통과한 잔여의 화염을 3차적으로 상기 스트랩(41)의 사이에 형성된 도출공(42)을 통과하면서 최종적으로 흡수시키고 산소결핍에 의한 불연소로 미불꽃 상태로 토출시키는 2차화염도출덕트부(40);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 내연기관의 화염분출방지용 트랩장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 1차화염도출덕트부(20)와 2차화염도출덕트부(40)는,

   내외측에 접하는 다수의 지지볼트(23)에 의해 형상유지되고 고정설치됨을 특징으로 하는 내연기관의 화염분출방지용 트랩장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 2차화염도출덕트부는 1차화염도출덕트부보다 그 폭은 같거나 더 길게 형성되며, 상기 2차 화염도출덕트부의 판재의 두께는 상기 1차화염도출덕트부의 판재의 두께와 같거나 보다 더 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 화염분출방지용 트랩장치.

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