KR101140998B1 - 버너용 화염감지기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 버너용 화염감지기에 관한 것으로, 버너(10)의 점화시 발생되는 자외선 파장을 감지하는 감지부재와, 상기 감지부재의 일측에 배치되어 상기 버너의 점화시 발생되는 자외선 파장을 상기 감지부재측으로 집광하는 광흡수부재를 포함한다. 상기 감지부재는 자외선 센서(21)이고, 상기 광흡수부재는 일측면에 곡면부(33)를 갖는 볼록렌즈(31)이다.
본 발명은 자외선 센서(21)에 곡면부(33)를 갖는 볼록렌즈(31)를 배치하여 버너(10)의 점화시 발생되는 자외선 파장을 집광하므로 자외선 파장의 측정 출력이 강화되어 화염 감지 효율이 우수한 이점이 있다.

Description

버너용 화염감지기{Flame sensor for buner}

본 발명은 버너용 화염감지기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폭발을 예방하도록 버너에 설치되어 화염을 감지하는 버너용 화염감지기에 관한 것이다.

일반적으로 제철설비의 소둔로에는 복사열에 의해 스트립 강판 등을 가열할 수 있도록 된 라이언트 튜브가 갖추어 있다.

이러한 라이언트 튜브의 내부에는 연소용 연료를 분사할 수 있도록 된 메인버너와 라디언트 튜브에 공급되는 연소용 공기와 메인버너로부터 분사되는 연소용 연료를 착화시켜 연소될 수 있도록 된 파일롯트 버너(pilot burner)가 장착된다.

본 발명의 목적은 라이언트 튜브나 파일롯트 버너(pilot burner)와 같이 공간이 협소한 곳에 설치되어도 화염에 의해 발생된 자외선 파장을 감지할 수 있도록 화염의 자외선 감지 효율이 우수한 버너용 화염감지기를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 버너의 점화시 발생되는 자외선 파장을 감지하는 감지부재와, 상기 감지부재의 일측에 배치되어 상기 버너의 점화시 발생되는 자외선 파장을 상기 감지부재측으로 집광하는 광흡수부재를 포함한다.

상기 감지부재는 자외선 센서이다.

상기 자외선 센서는 직경이 3~6mm이다.

상기 자외선 센서는 내부에 동작온도가 120℃이하인 가스를 포함한다.

상기 광흡수부재는 일측면에 곡면부를 갖는 볼록렌즈이다.

본 발명은 자외선 센서 일측에 볼록렌즈를 배치하여 자외선 파장을 집광하는 것에서 자외선 파장의 측정 출력을 강화한다. 이는 라이언트 튜브나 파일롯트 버너(pilot burner)와 같이 공간이 협소한 곳에도 직경이 작은 자외선 센서를 적용하여 화염 감지 효율이 우수한 버너용 화염감지기를 제공할 수 있다.

따라서, 동작신뢰성이 향상되고 화염 감지 효율이 우수한 버너용 화염감지기를 제공하는 것이 가능한 효과가 있다.

도 1은 버너에 화염감지기가 설치된 모습을 보인 단면도.
도 2는 화염감지기에 자외선 센서가 적용된 모습을 보인 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 버너용 화염감지기를 보인 단면도.

이하 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 버너용 화염감지기(이하, "화염감지기"라 칭함)는 버너의 점화시 발생되는 자외선 파장을 감지하는 감지부재와, 감지부재의 일측에 배치되어 버너의 점화시 발생되는 자외선 파장을 감지부재측으로 집광하는 광흡수부재를 포함한다.

화염감지기(20)는 버너(10)에서 발생되는 화염의 상태를 감지하기 위한 것이다. 화염감지기(20)는 원통의 파이프 형상으로 라디언트 튜브(11)나 파일롯트 버너(pilot burner)(13)에 설치되어 버너(10)에서 발생되는 화염의 상태를 감지한다.

참고로, 본 실시예에서는 화염감지기(20)를 파일롯트 버너(13)에 설치한 경우를 예로 들어 설명한다.

버너(10)의 연소는 공기와 연료의 적정수준 배합에 의해 이루어진다. 연소시 공기와 연료의 비를 맞추어 주지 않으면 매연이 발생하거나 폭발이 일어날 수 있다.

예를 들어, 연료에 비해 충분한 공기가 공급되지 못하면 불완전연소로 인하여 일산화탄소 등의 오염물질이 발생하고, 공기에 비해 연료의 공급이 부족하면 연소가 불가능할 수 있다. 특히, 연소는 연료, 공기, 점화원의 세가지 조건에 의해 일어나는데, 점화하지 않고 연료가 지속적으로 공급된 경우 급격한 연소에 의해 폭발이 발생할 수 있다.

따라서, 버너(10)에서 발생되는 화염의 자외선 파장을 감지하여 공기와 연료의 배합이 적정 수준인지를 감지한다.

도 1과 도 3을 참조하면, 감지부재는 화염과 마주하는 화염감지기(20)의 단부(A)에 구비된다. 감지부재는 화염에 의해 발생된 자외선 파장을 감지하는 자외선(UV) 센서(21)이다.

자외선 센서(21)는 수광부(23)와 검지부(27)를 포함한다. 수광부(23)는 자외선이 수광되는 면이고, 검지부(27)는 수광된 자외선을 전기신호로 변환하는 부분이다. 자외선 센서(21)는 내부에 동작온도가 120℃이하인 내부가스(29)를 포함한다.

자외선 센서(21)의 원리는 화염에서 발생된 자외선이 수광부(23)에 입사하면 내부가스(29)가 이온화되어 방전상태로되고 수광부(23)로부터 광전자가 튀어나와 증폭되어 전류가 흐르게 되는 것을 원리로 한다.

자외선 센서(21)는 직경이 3~6mm인 것을 채용한다. 라디언트 튜브(11)나 파일롯트 버너(13)는 공간이 협소하므로 직경이 작은 자외선 센서(21)를 사용해야 한다. 그런데, 직경이 작은 자외선 센서(21)는 화염감지 효율이 낮다.

측정 결과, 3~6mm범위로 직경이 작은 자외선 센서(21)의 경우 화염의 자외선 측정 출력이 3.1~3.8㎂ 수준으로 낮다. 또한, 버너(10)의 화염이 500℃ 이상으로 높아 자외선 센서(21)의 내부가스(29)에 과도한 열전달이 발생될 경우 작동 효율도 저하된다.

따라서, 공간이 협소한 곳에 설치되도록 직경이 작아도 화염에 의해 발생된 자외선 감지 효율이 높고, 자외선 센서(21)의 작동 효율도 저하되지 않는 것이 중요하다.

이를 위해 광흡수부재가 구비된다. 광흡수부재는 일측면에 곡면부(33)를 갖는 볼록렌즈(31)이다. 즉, 화염감지기(20)는 화염에 의해 발생된 자외선의 감지 효율이 높아지도록 자외선 센서(21)의 전방에 볼록렌즈(31)가 배치된 구조를 갖는다.

도 3에 도시된 바에 의하면, 볼록렌즈(31)는 화염의 자외선 투과율은 높이고 열은 차단하는 역할을 한다. 볼록렌즈(31)는 1000℃ 이하의 고열에 견디는 광학 볼록렌즈(31)를 사용한다. 도 3에서 UV로 표시된 부분은 화염으로부터 발생한 자외선 파장이고, Heat로 표시된 부분은 화염으로부터 발생한 열을 나타낸 것이다.

볼록렌즈(31)는 점화시 발생되는 자외선 파장을 집광하여 다이오드(25)에 집광시킴으로써 자외선 파장을 증폭시키는 역할을 한다. 이는 자외선 파장이 집광되어 다이오드(25)가 자외선 파장을 감지하는 범위가 넓어짐에 기인한 것으로 화염에 의한 자외선 파장을 보다 정밀하게 감지할 수 있도록 한다.

볼록렌즈(31)의 곡면부(33)는 자외선 파장이 다이오드에 집광되는 정도를 높이기 위해 곡률을 작게 할 수 있다.

한편, 도시되지는 않았지만, 버너(10)의 운전시 자외선 센서(21) 부위가 긁히거나 볼록렌즈(31)가 파손되는 것을 방지하기 위해 자외선 센서(21)와 볼록렌즈(31)의 측면을 감싸는 보호커버를 둘 수 있다. 보호커버는 중공의 원통형상일 수 있다.

그리고, 도시되지는 않았지만, 화염감지기(20)는 자외선 센서(21)에서 감지된 자외선을 광신호로 전송시키는 케이블 및 케이블에서 수신된 신호를 연결시켜 조합하는 정션박스와, 정션박스에서 받은 신호를 연산하여 화염의 상태를 감지하고 연료 공급량 및 공기 공급량을 제어하는 제어부를 포함한다.

버너(10)에서 이상 작동이 있거나 연소가 이루어지지 않는 경우 이러한 상황을 화염감지기(20)가 제어부에 신호를 보내고 제어부는 이상이 생기면 버너(10)에 연료를 중단허거나 오작동 신호를 보내어 관리자로 하여금 안전조취를 취할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 경우 자외선 센서의 직경을 3~6mm에 한정한 것은 센서의 직경이 좁은 경우에도 자외선 파장의 측정 출력을 강화할 수 있는 구성을 구현하기 위한 것이다. 따라서 본 발명의 구성은 자외선 센서의 직경이 상기 범위보다 큰 경우에도 적용가능하다.

이하에서는 본 발명을 실험을 통해 상세하게 설명한다.

<실험 1>

표 1은 자외선 센서만 적용한 화염감지기(20)(도 2_비교예)와 자외선 센서의 전방에 볼록렌즈를 배치한 화염감지기(20)(도 3_발명예)의 자외선 측정 출력을 나타낸 것이다.

구분	연소조건		측정출력 하한치 (㎂)
비교예	Lean 연소	공기>연료	3.1
	이론 당량 연소	공기=연료	3.8
	Rich 연소	공기<연료	3.4
발명예	Lean 연소	공기>연료	5.5(+77% 출력 강화)
	이론 당량 연소	공기=연료	4.9(+29% 출력 강화)
	Rich 연소	공기<연료	5.2(+53% 출력 강화)

Lean 연소는 공기에 비해 연료의 공급이 부족한 경우이고, 이론 당량 연소는 공기와 연료의 공급 비가 적절한 경우이며, Rich연소는 연료에 비해 공기의 공급이 부족한 경우이다.

그리고, 발명예 1과 발명예 2에서 출력 강화로 표시된 수치는 비교예와 대비하여 나타낸 것이다.

표 1과 도 2를 살펴보면, 자외선 센서만 적용한 화염감지기(20)는 버너(10)에서 화염이 발생하면 자외선 파장과 열이 동시에 자외선 센서(21)의 수광부(23)에 입사된다. 그리고 자외선 파장은 넓은 범위의 평행광으로 입력되어 일부만이 다이오드(25)에 집광된다.

실험결과를 보면, 자외선 파장의 측정 출력 하한치가 3.1~3.8㎂범위로 낮다.

반면, 표 1과 도 3을 살펴보면, 자외선 센서(21)의 전방에 볼록렌즈(31)를 배치한 화염감지기(20)는 버너(10)에서 화염이 발생하면 열은 차단되고 화염의 자외선 파장만이 볼록렌즈(31)을 통과하여 집광되고 자외선 센서(21)의 수광부(23)(23)에 입사된다.

이때, 자외선 파장은 볼록렌즈를 통과하면서 곡면부에 의해 집광된다. 따라서 다이오드가 자외선 파장을 감지하는 범위가 보다 넓어진다.

또한, 자외선 파장의 측정 출력 하한치가 높아진 것은 볼록렌즈(31)가 열을 차단하는 효과가 있어 자외선 센서(21) 내부가스로의 과다한 열전달을 방지한 원인도 있다.

실험결과를 통해, 직경이 3~6mm로 작은 자외선 센서(21)를 적용하더라도 자외선 센서(21) 전방에 볼록렌즈(31)를 배치하여 자외선 파장을 집광하는 것에서 자외선 파장의 측정 출력을 강화하는 것이 가능함을 알 수 있다.

이는 공간이 협소한 라디언트 튜브(11)나 축열식 버너(10) 등에 소형 화염감지기(20)를 적용하더라도 정밀한 화염 감지가 가능함을 알 수 있다. 따라서 공간이 협소한 곳에도 화염 감지 효율이 우수한 버너용 화염감지기를 제공할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

10:버너 11:라디언트 튜브
13:파일롯트 버너 20:화염감지기
21:자외선 센서 23:수광부
25:다이오드 27:검지부
29:내부가스 31:볼록렌즈
33:곡면부

Claims (5)

1. 버너의 점화시 발생되는 자외선 파장을 감지하는 감지부재와,
   상기 감지부재의 일측에 배치되어 상기 버너의 점화시 발생되는 자외선 파장을 상기 감지부재측으로 집광하는 광흡수부재를 포함하며,
   상기 감지부재는 자외선 센서이며,
   상기 자외선 센서는 직경이 3~6mm이며,
   상기 광흡수부재는 일측면에 곡면부를 갖는 광학 볼록렌즈인 것을 특징으로 하는 버너용 화염감지기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 자외선 센서는 내부에 동작온도가 120℃이하인 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 버너용 화염감지기.
5. 삭제

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