KR101488414B1

KR101488414B1 - 가스절단기

Info

Publication number: KR101488414B1
Application number: KR20130083150A
Authority: KR
Inventors: 이명희
Original assignee: 주식회사 불불
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2015-02-03
Also published as: KR20150008768A

Abstract

절단용 취관이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 밸브뭉치에는 산소가 절단산소 및 예열산소로 분기되어 노즐뭉치로 각각 유동되도록 하는 분기부가 형성되고, 노즐뭉치는 선단부에 화구가 형성된 팁과, 팁이 결합되고 밸브뭉치로부터 유입된 절단산소가 팁으로 유동되는 절단산소유로와 밸브뭉치로부터 유입된 예열산소 및 연료가스가 팁으로 유동되는 인젝팅유로와, 인젝팅유로로 유입되는 예열산소의 유속을 증가시켜 연료가스가 인젝팅유로를 통하여 층류유동되도록 하는 인젝팅부가 각각 형성된 헤드프레임을 포함하며, 팁의 후단부에는 절단산소유로와 연결되는 절단산소유입공 및 인젝팅유로와 연결되는 유입공이 각각 형성되고, 팁 내부에는 유입공으로부터 층류유동하며 유입된 예열산소와 연료가스가 와류를 형성하여 가연성의 혼합가스가 생성되도록 유입공보다 넓은 단면적을 갖는 혼합실이 형성된 가스절단기가 제공될 수 있다.

Description

가스절단기{GAS CUTTING TORCH}

본 발명은 가스절단기에 관한 것으로, 예열화염으로 피가공재를 가열하고 절단산소를 분출하여 피가공재가 절단되도록 하는 가스절단기에 관한 것이다.

가스절단기의 화구는 그 중심부로 절단산소가 분사되고 절단산소 주위로 피가공재를 예열하기 위한 예열불꽃이 형성되도록 구성된 것이 일반적이다. 여기서 예열불꽃은 가스절단기로 공급되는 가스 상태의 산소 및 연료가스가 혼합되어 생성된 혼합가스가 착화되도록 하여 형성된다.

일반적인 가스절단기는 예열불꽃을 형성하기 위하여 산소 및 연료가스를 혼합하는 방식에 따라 토치 믹싱방식 및 노즐(화구) 믹싱방식을 사용하고 있는데, 이에 대해서는 KS B4601 규격에 1형 절단기 및 3형 절단기로 규정되어 있다.

여기서, 토치 믹싱방식인 KS B4601 규격의 1형 절단기는 산소 및 연료가스가 손잡이부가 구비된 밸브뭉치 내에서 혼합되도록 한 다음, 혼합가스가 화구로 공급되도록 하는 방식이다.

토치 믹싱방식의 가스절단기는 역화(backfire)가 발생되었을 때 혼합가스가 생성되는 밸브뭉치 내부까지 화염이 유입될 수 있으므로 사용 중 역화가 일어날 가능성이 높고, 역화가 일어날 경우 밸브뭉치 내부까지 유입된 화염에 의해 밸브뭉치가 가열되어 작업자가 화상을 입거나 밸브뭉치의 수명이 단축될 수 있으며, 밸브뭉치 내부에서의 압력상승에 의해 연료가스관이나 연료가스용기가 파열되는 사고 등으로 이어질 가능성 또한 높다는 단점이 있다.

반면, 노즐 믹싱방식인 KS B4601 규격의 3형 절단기는 밸브뭉치를 통하여 공급되는 산소 및 연료가스가 별도의 경로로 노즐까지 도달되고, 노즐에서 혼합되어 혼합가스가 생성되도록 하는 방식이다.

노즐 믹싱방식의 가스절단기는 역화가 발생될 가능성이 낮아지는 장점이 있는 반면, 산소보다 상대적으로 저압인 연료가스가 안정적으로 공급되도록 하는 데에 어려움이 따르므로 피가공재의 예열에 장시간이 소요될 수 있다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위하여 연료가스의 압력을 높일 경우 역화가 발생되었을 때 사고의 위험성이 높아지는 단점이 있다.

상술한 바와 같은 토치 믹싱방식 및 노즐 믹싱방식의 단점들을 해결하기 위하여 본 출원인은 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0041343호(선행기술 1이라 칭함)를 통하여 혼합가스가 생성되는 믹싱부가 가스절단기의 헤드 내에 배치된 일명 '헤드 믹싱방식' 토치의 헤드를 제안한 바 있다.

또한, 미국등록특허 제6,824,735호(선행기술 2라 칭함)에도 혼합가스가 생성되는 디퓨저가 헤드의 본체 내에 배치된 가스절단기가 개시되어 있다.

상기 선행기술 1에 따른 헤드 믹싱방식은 믹싱부가 헤드 내에 배치되어 있으므로 역화의 발생이 감소되고 역화가 발생되더라도 폭발력이 상당히 낮아지므로 사고 또는 소음발생 또한 감소되는 장점이 있으며, 인젝팅부에는 연료가스보다 상대적으로 고압인 예열산소의 분사에 따라 연료가스의 흡입이 발생되는 인젝터 방식을 적용함으로써 연료가스가 안정적으로 공급되어 피가공재의 예열시간이 단축되는 장점이 있다.

그런데, 상기 선행기술 1에 따른 헤드 믹싱방식이 적용된 가스절단기를 장시간 사용하여 헤드가 가열될 경우에는 연료가스, 예열산소 및 절단산소가 각각 유동되도록 믹싱부에 배치된 밀폐부재가 열에 의해 손상되는 단점이 있었다.

한편, 선행기술 2에 따른 헤드 믹싱방식은, 혼합가스가 형성되는 디퓨저가 화구가 형성된 팁이 결합되는 헤드의 본체 내에 배치된다. 따라서 역화가 발생될 경우 화염이 디퓨저까지 도달되므로, 상술한 토치 믹싱방식과 유사한 단점을 갖는다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0041343호(발명의 명칭: 토치의 헤드, 공개일: 2011년 4월 21일) 미국 등록특허공보 제6,824,735호(발명의 명칭: GAS CUTTING TORCH, 등록일: 2004년 11월 30일)

본 발명의 실시예는 역화가 발생되더라도 화염이 헤드까지 도달되지 않는 가스절단기를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시예는 헤드가 가열되더라도 인젝팅부의 밀폐상태가 유지되는 가스절단기를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시예는 헤드의 구조를 단순화하여 제조에 소요되는 시간 및 비용이 절약되는 가스절단기를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시예는 혼합가스의 혼합률이 향상되어 열효율이 증가된 수동가스절단기를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시예는 헤드의 가열이 최소화되어 헤드의 수명이 연장 될 수 있는 가스절단기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 가스 상태의 산소 및 연료가스가 각각 유동되는 밸브뭉치 및 상기 밸브뭉치에 결합되고 화구가 형성된 노즐뭉치를 갖는 가스절단기로서, 상기 밸브뭉치에는 상기 산소가 절단산소 및 예열산소로 분기되어 상기 노즐뭉치로 각각 유동되도록 하는 분기부가 형성되고, 상기 노즐뭉치는 선단부에 상기 화구가 형성된 팁과, 상기 팁이 결합된 헤드프레임을 포함하고, 상기 헤드프레임의 내부에는, 상기 밸브뭉치로부터 유입된 상기 절단산소가 상기 팁으로 유동되는 절단산소유로와, 상기 밸브뭉치로부터 유입된 상기 예열산소 및 상기 연료가스가 상기 팁으로 유동되는 인젝팅유로와, 상기 인젝팅유로로 유입되는 상기 예열산소의 유속을 증가시켜 상기 연료가스가 상기 인젝팅유로를 통하여 팁 후단부에 설치된 유입공까지 인젝팅유로의 관로 단면적이 확장되지 않은 상태로 유지됨으로써 헤드프렘임 내에서 상기 연료가스가 상기 예열산소와 혼합되지 않고 층상구조를 갖는 층류를 유지한 채 유동되도록 하는 인젝팅부가 각각 형성되며, 상기 팁의 후단부에는 상기 절단산소유로와 연결되는 절단산소유입공 및 상기 인젝팅유로와 연결되는 유입공이 각각 형성되고, 상기 팁 내부에는 상기 유입공으로부터 유입된 상기 예열산소와 상기 연료가스가 와류를 형성하여 혼합가스가 생성되도록 상기 유입공보다 넓은 단면적을 갖는 혼합실이 형성된 가스절단기가 제공될 수 있다.

상기 화구에는, 중심부에 배치되고 상기 절단산소가 분사되는 절단산소분사구 및 상기 절단산소분사구의 주변에 배치되고 상기 혼합가스가 분사되는 혼합가스분사구가 형성될 수 있다.

상기 인젝팅부는, 선단부로 갈수록 외경이 감소되는 테이퍼면 및 후단부로 유입된 상기 예열산소가 선단으로 분사되는 예열산소분사공이 형성된 인젝팅코어와, 상기 인젝팅코어의 선단부와 상응하는 형상을 갖고 상기 인젝팅코어의 선단 방향에 이격 배치되며 중심부는 상기 인젝팅유로가 형성된 인젝팅캡을 포함하고, 상기 인젝팅코어 및 상기 인젝팅캡 사이에는 상기 밸브뭉치로부터 유입된 상기 연료가스가 상기 인젝팅유로로 유동되는 연료가스챔버가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 인젝팅코어 및 상기 인젝팅캡은 상기 헤드프레임과 각각 일체로 형성될 수 있다.

상기 헤드프레임은 상기 헤드프레임에 형성된 분배기삽입공에 삽입 결합된 원통형 분배기를 포함하고, 상기 분배기는, 상기 분배기의 외주면에 함입 형성되어 상기 절단산소가 상기 절단산소유로를 통하여 유동되도록 하는 절단산소유로홈이 형성된 분배기 본체와, 상기 분배기 본체의 선단부에 형성되고 상기 분배기의 선단 방향으로 갈수록 외경이 감소되도록 형성된 테이퍼면, 상기 분배기의 외주면으로부터 중심부와 연결되어 배치된 예열산소유입공, 상기 예열산소유입공의 상기 중심부에 배치된 부분으로부터 상기 분배기의 선단까지 연결 형성되어 상기 예열산소유입공으로 유입된 상기 예열산소가 상기 분배기의 선단으로 분사되도록 하는 예열산소분사공을 갖는 인젝팅코어부를 포함하며, 상기 헤드프레임에는, 상기 인젝팅코어부와 상응하는 형상을 갖고 중심부는 상기 인젝팅유로와 연결된 인젝팅캡부와, 상기 인젝팅코어부 및 상기 인젝팅캡부 사이에 상기 밸브뭉치로부터 유입된 상기 연료가스가 상기 인젝팅유로로 유동되는 연료가스챔버가 각각 형성되고, 상기 인젝팅코어부, 상기 인젝팅캡부 및 상기 연료가스챔버는 상기 인젝팅부를 형성할 수 있다.

여기서, 상기 분배기의 외주면 중 상기 테이퍼면 및 상기 예열산소유입공의 사이 부분과, 상기 예열산소유입공 및 상기 절단산소유로홈의 사이 부분과, 상기 절단산소유로홈보다 후단 방향의 부분은 상기 분배기 결함홈의 내주면과 각각 용접 결합될 수 있다.

이때, 상기 용접 결합은, 상기 분배기의 외주면 중 상기 테이퍼면 및 상기 예열산소유입공의 사이 부분과, 상기 예열산소유입공 및 상기 절단산소유로홈의 사이 부분과, 상기 절단산소유로홈보다 후단 방향의 부분에 용접홈이 각각 형성되고, 상기 용접홈에 각각 수용된 링 형상의 용접봉 또는 분말 상태의 용접재가 가열에 의해 상기 분배기삽입공의 내주면에 융착되어 이루어질 수 있다.

한편, 상기 헤드프레임은, 상기 헤드프레임에 형성된 인젝팅코어삽입공에 삽입되고 선단부로 갈수록 외경이 감소되는 테이퍼면 및 후단부로 유입된 상기 예열산소가 선단으로 분사되는 예열산소분사공이 형성된 인젝팅코어와, 상기 인젝팅코어삽입공에 연결 형성된 캡삽입공의 내측에 삽입되고 상기 예열산소가 상기 절단산소유로로 유입되는 것을 방지하는 내측캡과, 상기 캡삽입공을 커버하여 상기 절단산소가 상기 헤드프레임 외부로 유출되는 것을 방지하는 외측캡을 포함하고, 상기 헤드프레임에는, 상기 인젝팅코어와 상응하는 형상을 갖고 중심부는 상기 인젝팅유로와 연결된 인젝팅캡부와, 상기 인젝팅코어 및 상기 인젝팅캡부 사이로 상기 밸브뭉치로부터 유입된 상기 연료가스가 상기 인젝팅유로로 유동되는 연료가스챔버가 각각 형성되며, 상기 인젝팅코어, 상기 인젝팅캡부 및 상기 연료가스챔버는 상기 인젝팅부를 형성할 수 있다.

여기서, 상기 인젝팅코어의 외주면과 상기 인젝팅코어삽입공의 내주면, 상기 내측캡의 외주면과 상기 캡삽입공의 내측 내주면 및 상기 외측캡의 외주면과 상기 캡삽입공의 외측 내주면은 각각 용접 결합될 수 있다.

이때, 상기 용접 결합은, 상기 인젝팅코어, 상기 내측캡 및 상기 외측캡의 외주면에는 용접홈이 각각 형성되고, 상기 용접홈에 각각 수용된 링 형상의 용접봉 또는 분말 상태의 용접재가 가열에 의해 상기 인젝팅코어삽입공 및 상기 캡삽입공 내주면에 융착되어 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같은 가스절단기에 있어서, 상기 팁의 후단면에는 상기 절단산소유로를 통하여 상기 팁으로 유입되는 절단산소가 유동되는 홈 형상의 냉각유로가 형성될 수 있다.

여기서 상기 냉각유로는, 상기 절단산소유로로부터 상기 팁의 후단면의 가장자리 방향을 향하여 방사상으로 형성된 복수의 직선형 냉각유로 및 상기 후단면의 가장자리 부분을 따라 형성되고 상기 직선형 냉각유로의 단부를 서로 연결하는 곡선형 냉각유로를 가질 수 있다.

상술한 바와 같은 가스절단기에 있어서, 상기 헤드프레임에는 상기 팁의 후단부가 안착되는 안착홈이 형성되고, 상기 헤드프레임은 상기 안착홈에 일단부가 돌출되도록 결합된 고정핀을 포함하며, 상기 팁의 후단부에 상기 고정핀이 삽입되는 핀삽입공이 형성되어 상기 고정핀이 상기 핀삽입공에 삽입되면 상기 유입공이 상기 인젝팅유로와 연결되거나, 상기 유입공이 복수로 형성되어 상기 고정핀이 복수의 상기 유입공 중 어느 하나에 삽입되면 복수의 상기 유입공 중 다른 하나는 상기 인젝팅유로와 연결될 수 있다.

상술한 바와 같은 가스절단기에 있어서, 상기 인젝팅코어, 인젝팅유로, 유입공 및 혼합실은 일렬로 배치될 수 있다.

그리고, 상기 유입공에는 상기 화구 방향으로 갈수록 직경이 증가되는 디퓨저부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 인젝팅유로 및 상기 유입공은 상기 예열산소와 상기 연료가스가 유동되는 과정에서 층류유동이 유지되는 길이를 갖는 가스절단기.

본 발명의 실시예에 따르면, 예열산소 및 연료가스가 혼합된 가연성의 혼합가스가 팁 내에서 생성되므로, 역화가 발생될 경우 화염이 헤드까지는 도달되지 않고 팁 내부까지만 도달되므로, 헤드의 가열이 최소화되어 안전성이 향상될 수 있고 헤드의 수명이 연장될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따르면, 열에 취약한 밀폐부재가 불필요하도록 구성함으로써 헤드가 가열되더라도 인젝팅부의 밀폐상태가 유지되어 내구성 및 안전성이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 혼합가스가 생성되는 인젝팅부를 헤드 내에 배치함으로써 연료가스 부족에 의한 화력저하 및 역화에 의한 사고발생 가능성이 최소화되는 동시에 화력이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 헤드 내에 형성된 인젝팅부의 구조를 단순화함으로써 제조에 소요되는 시간 및 비용이 절약될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 팁에 절단산소가 유동되는 냉각유로를 형성하여 팁이 냉각되도록 함으로써 작업 중 헤드의 가열이 최소화 될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스절단기의 정면도
도 2는 도 1에 도시된 가스절단기의 밸브뭉치 단면도
도 3은 도 1에 도시된 가스절단기의 헤드 단면도
도 4는 도 3에 도시된 헤드의 분해단면도
도 5는 도 3에 도시된 팁의 분해사시도
도 6은 도 3에 Ⅵ으로 표시한 방향에서 본 화구의 도면
도 7은 도 5에 Ⅶ로 표시한 방향에서 본 내측팁의 후단부 도면
도 8은 도 3에 도시된 헤드프레임의 선단부 도면
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스절단기의 헤드부 분해단면도
도 10은 도 9에 도시된 팁의 후단부 도면
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스절단기의 헤드프레임 단면도
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스절단기의 헤드프레임 단면도

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절단기가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절단기(1)에는 밸브뭉치(2) 및 노즐뭉치(3)가 포함된다.

밸브뭉치(2)는 가스 상태의 산소 및 연료가스가 유동되는 부분으로, 밸브뭉치(2)에는 공급구프레임(21), 손잡이부(22) 및 밸브프레임(23)이 포함된다.

노즐뭉치(3)에는 헤드(35) 및 헤드(35)에 연결된 넥(31)이 포함된다.

헤드(35)에는 선단부에 화구(도 3의 349)가 형성된 팁(300), 팁(300)이 헤드프레임(320) 및 팁(300)과 헤드프레임(320)을 결합시키는 체결부재(310)가 포함된다. 그리고, 넥(31)에는 연료가스관(32), 예열산소관(33) 및 절단산소관(34)이 포함된다. 넥(31)은 도시된 바와 같이 헤드프레임(320) 및 밸브프레임(23)을 연결한다.

참고로, 화구(349)가 형성된 팁(300)은 절단작업 중 많은 열이 가해지는 동시에 비산되는 금속산화물 등의 이물질이 부착될 가능성이 높으므로 헤드프레임(320)에 비하여 수명이 짧을 수 있다. 또한 절단할 피가공재(도시되지 않음)의 물성에 따라 절단작업에 필요한 화력이 상이할 수 있다. 따라서 팁(300)은 헤드프레임(320)에 분리 가능하게 결합되도록 하여, 필요에 따라 교체 사용할 수 있도록 할 수 있다.

도 2에는 도 1에 도시된 가스절단기의 밸브뭉치 단면도가 도시되어 있다. 도 1 및 도 2를 함께 참조하여 밸브뭉치(2)에 대해서는 도 2를 함께 참조하여 설명한다.

공급구프레임(21)에는 연료가스가 공급되는 연료가스공급구(211) 및 산소공급구(213)가 각각 형성되고, 연료가스공급구(211)를 통한 연료가스의 유입량을 조절할 수 있는 연료가스조절밸브(25)가 설치된다. 공급구프레임(21)에는 손잡이부(22)의 후단부가 결합된다.

손잡이부(22)에는 외관(221) 및 내관(222)이 포함된다.

외관(221)은 가스절단기(1)를 사용할 때 사용자가 외주면을 용이하게 파지할 수 있는 형상을 갖도록 형성된다. 그리고 외관(221)의 내부에 형성된 공간은 연료가스공급구(211)와 연결된다.

내관(222)은 외관(221)의 내부에 형성된 공간에 배치되는데, 내관(222)의 후단부는 공급구 프레임(21)에 결합되고 산소공급구(213)와 연결된다.

따라서, 손잡이부(22)는 일종의 이중관 형상으로, 연료가스가 연료가스공급구(211)로 유입될 경우 연료가스는 외관(222)의 내주면 및 외관(221)의 외주면 사이의 공간에 형성된 연료가스유로(224)를 통하여 유동되고, 산소공급구(213)로 유입되는 산소는 내관(222) 내에 형성된 산소유로(223)를 통하여 유동된다.

손잡이부(22)의 선단부는 밸브프레임(23)에 결합된다.

밸브프레임(23)의 내부에는 도시된 바와 같이 손잡이부(22)로부터 유입되는 산소가 유동되는 통로가 형성되는데, 산소유로(223)를 통하여 유입된 산소가 절단산소 및 예열산소로 분기되는 분기부(231)가 형성된다.

따라서, 산소유로(223)를 통하여 밸브프레임(23) 내로 유동된 산소는 분기부(231)에서 분기되어 절단산소관(34) 및 예열산소관(33)으로 각각 유입된다.

밸브프레임(23)의 분기부(231)가 형성된 부분에는 절단산소가 절단산소관(34)으로 유입되는 양을 조절하는 절단산소조절밸브(27)가 설치되고, 밸브프레임(23)에 형성된 예열산소의 유로에는 예열산소가 예열산소관(34)으로 유입되는 양을 조절하는 예열산소조절밸브(26)가 설치된다.

그러므로 연료가스조절밸브(25), 예열산소조절밸브(26) 및 절단산소조절밸브(27)를 각각 조절함으로써 연료가스관(32), 예열산소관(33) 및 절단산소관(34)을 통하여 각각 유동되는 연료가스, 예열산소 및 절단산소의 양을 각각 조절할 수 있다.

연료가스, 예열산소 및 절단산소는 넥(31)을 통하여 헤드프레임(320)으로 유입되는데, 이에 대해서는 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

참고로, 상술한 밸브뭉치(2)는 하나의 예를 든 것으로, 헤드프레임(320)으로 연료가스, 예열산소 및 절단산소가 각각 공급되도록 할 수 있다면 상술한 바와 상이한 구조로 변경될 수도 있다.

도 3에는 도 1에 도시된 가스절단기 헤드의 단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3에 도시된 헤드의 분해단면도가 도시되어 있다. 도 3 및 도 4를 함께 참조하여 설명한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 헤드프레임(320) 내에는 연료가스관(32), 예열산소관(33) 및 절단산소관(34)과 각각 연결된 연료가스유로(324), 예열산소유로(325) 및 절단산소유로(326)가 형성된다.

따라서, 연료가스관(32), 예열산소관(33) 및 절단산소관(34)으로부터 각각 유입된 연료가스, 예열산소 및 절단산소는 연료가스유로(324), 예열산소유로(325) 및 절단산소유로(326)를 통하여 각각 유동된다.

체결부재(도 3의 310)에는 삽입공(311)이 관통 형성되며, 그 내주면에는 나사산부(312)가 형성된다.

헤드프레임(320)의 선단부 외주면에는 나사산부(322)가 형성되는데, 헤드프레임(320)의 나사산부(322)는 체결부재(310)의 나사산부(312)와 상응하는 형상으로 형성된다.

따라서, 체결부재(310)는 도 3에 도시된 바와 같이 헤드프레임(320)에 체결될 수 있으며, 이때 팁(300)의 후단부는 헤드프레임(320)의 선단부에 함입된 형상으로 형성된 안착홈(321)에 안착된 후 체결부재(310)에 의해 고정된다. 이 과정에서 체결부재(310)의 나사산부(312) 및 헤드프레임(320)의 나사산부(322)는 서로 체결되어 체결부(313)를 형성한다.

이와 같이 팁(300)이 체결부재(310)에 의해 헤드프레임(320)에 결합되었을 때 삽입공(311)으로는 팁(300)이 관통하여 체결부재(310)의 선단부 방향으로 돌출된다.

한편, 팁(300)에는 외측팁(330) 및 내측팁(340)이 포함되는데, 내측팁(340)은 외측팁(330) 내에 형성된 공간에 배치되어, 도시된 바와 같이 팁(300)의 내부는 절단산소유로(345) 및 혼합가스유로(333)가 형성된 이중관 형상을 갖는다.

도 5에는 도 3에 도시된 팁의 분해사시도가 도시되어 있는데, 도 5를 함께 참조하여 설명한다.

도 5를 참조하면, 외측팁(330)의 후단부에는 직경이 확장된 형상을 갖는 플랜지부(331)가 형성되고, 내측팁(340)의 후단부에도 직경이 확장된 형상을 갖는 플랜지부(341)가 형성된다.

내측팁(340)의 플랜지부(341) 및 외측팁(330)의 플랜지부(331)는 상응하는 외경을 갖도록 형성되며, 내측팁(340)의 플랜지부(341)는 안착홈(321)에 상응하는 형상을 갖도록 형성된다.

따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 체결부재(310)에 의해 팁(300)이 헤드프레임(320)에 고정될 경우, 내측팁(340)의 플랜지부(341)는 안착홈(321)에 안착되고, 외측팁(330)의 플랜지부(331)는 내측팁(340)의 플랜지부(341)에 겹쳐진 상태로 체결부재(310)에 의해 가압된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 외측팁(330)의 외경 및 내측팁(340)의 외경은 선단부 방향으로 갈수록 감소되는 형상을 갖는다. 내측팁(340)에는 후단부로부터 선단부를 관통하는 형상으로 절단산소유로(345)가 형성되며, 절단산소유로(345)의 선단부는 절단산소분사구(346)를 형성한다.

내측팁(340)의 외경이 감소된 부분의 외주면에는 절단산소분사구(346)를 중심으로 하여 방사상으로 배치된 복수의 슬릿(344)이 형성된다. 외측팁(330)의 선단부에는 통공(332)이 형성되는데, 내측팁(340)이 외측팁(330) 내로 삽입되면 내측팁(340)의 외경이 감소된 부분은 외측팁(330)의 통공(332) 내로 삽입된다.

여기서, 내측팁(340)의 외경이 감소된 부분의 외경은 외측팁(330)의 통공(332) 내경과 상응하도록 형성된다.

그 외에 내측팁(340)의 중간부분 외경은 외측팁(330)의 중간부분 내경보다 작게 형성된다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 내측팁(340)이 외측팁(330) 내에 삽입되었을 때에는 내측팁(340)의 외주면 및 외측팁(330)의 내주면 사이에 혼합가스유로(333)가 형성된다.

내측팁(340)의 플랜지부(341)에는 복수의 유입공(342, 342a, 342b)이 관통 형성된다. 이때, 외측팁(330)의 플랜지부(331) 후단면은 내측팁(340)의 플랜지부(341)와 접했을 때 유입공(342, 342a, 342b)의 선단부가 외측팁(330)의 플랜지부(331)에 의해 커버되지 않도록 형성되어, 혼합가스유로(333)의 후단부가 유입공(342, 342a, 342b)과 연결되도록 한다.

혼합가스유로(333)의 후단부에는 유입공(342, 342a, 342b)의 선단부가 연결된 혼합실(A)이 형성되는데, 혼합실(A)의 단면적은 유입공(342, 342a, 342b)보다 넓도록 형성된다. 여기서, 혼합실(A)은 혼합가스유로(333)와 별도로 형성되는 것이 아니라, 혼합실(A)은 혼합가스유로(333)의 후단부 일부를 지칭하는 것임을 밝힌다.

유입공(342, 342a, 342b)으로 유입된 예열산소와 연료가스가 단면적이 넓은 혼합실(A)로 유입되면 유속이 감소되며 와류를 형성하게 되고, 이 과정에서 예열산소 및 연료가스가 혼합되어 가연성을 갖는 혼합가스가 생성된다.

따라서, 팁(300)의 후단면 중심부로 절단산소가 공급되면, 절단산소는 절단산소유로(345)를 거쳐 절단산소분사구(346)로 분사되고, 유입공(342, 342a, 342b)으로 유입된 예열산소와 연료가스는 혼합가스유로(333)의 혼합실(A)을 거치며 혼합가스를 생성하며, 혼합가스는 혼합가스유로(333)를 거쳐 슬릿(344)을 통하여 통공(332)으로 분사된다. 이에 대해서는 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6에는 도 3에 Ⅵ으로 표시한 방향에서 본 화구가 도시되어 있다.

도 6을 참조하면, 화구(349)에는 절단산소분사구(346) 및 혼합가스분사구(347)가 각각 형성된다.

앞에서 설명한 바와 같이, 절단산소분사구(346)는 내측팁(340)의 중심부에 배치되고, 혼합가스분사구(347)는 절단산소분사구(346)의 주변에 방사상으로 배치된다.

여기서, 혼합가스분사구(347)는 슬릿(도 5의 344)에 의해 형성된 것으로, 혼합가스분사구(347)로 분사되는 혼합가스에 착화가 되어 피가공재(도시되지 않음)를 충분히 가열한 후 절단산소분사구(346)를 통하여 절단산소가 분사되면 피가공재(도시되지 않음)가 산화되어 피가공재(도시되지 않음)의 절단이 행해질 수 있다.

다시 도 3 및 도 4를 함께 참고하면, 혼합가스유로(333)의 단면적은 필요에 따라 달리 형성될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 혼합실(A)에서 단면적이 가장 넓고 혼합가스분사구(347)로 갈수록 다시 단면적이 감소되는 형상을 갖는다.

이는 유입공(342, 342a, 342b)으로부터 유입된 예열산소와 연료가스가 단면적이 넓은 혼합실(A)로 유입되는 과정에서 충분한 와류가 발생되도록 하여 혼합률이 향상되도록 한 후, 혼합가스분사구(347)로 유동될수록 단면적의 감소에 따라 유속이 증가되어 화구(349)로부터 혼합가스가 충분한 유속으로 분사되도록 하기 위한 것이다.

도 7에는 도 5에 Ⅶ로 표시한 방향에서 본 내측팁의 후단부가 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 내측팁(340)의 플랜지부(341) 후단면 중심부에는 절단산소유로(345)의 후단부가 배치된다. 그리고, 그 가장자리 부분에는 유입공(342, 342a, 342b)가 배치된다.

즉, 앞에서 설명한 바와 같이 절단산소분사구(346)로 절단산소가 분사되고 혼합가스분사구(347)로 혼합가스가 분사되도록 하기 위해서는, 절단산소유로(345)로 절단산소가 공급되어야 하고 유입공(342, 342a, 342b)으로는 예열산소와 연료가스가 유입되어야 한다.

따라서, 내측팁(340)의 플랜지부(341) 후단면과 결합되는 헤드프레임(320)의 선단부에 형성된 안착홈(도 4의 321) 또한 상응하는 형상을 가져야 한다. 이에 대해서는 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8에는 도 3에 도시된 헤드프레임의 선단부가 도시되어 있다.

도 8을 참조하면, 헤드프레임(320)의 선단부에 형성된 안착홈(도 4의 321)의 중심부에는 절단산소유로(326)의 선단부가 배치되고, 그 주변에는 고정핀(322) 및 인젝팅유로(362)의 선단부가 배치된다. 여기서, 인젝팅유로(362)는 인젝팅캡(360)의 중심부에 형성된 것으로, 이에 대해서는 아래에서 다시 설명한다.

따라서, 도 7을 참조하여 설명한 내측팁(340)의 후단면이 헤드프레임(350)의 안착홈(321)에 고정되면, 내측팁(340)의 중심부에 형성된 절단산소유로(345) 및 헤드프레임(320)에 형성된 절단산소유로(326)가 서로 연결된다. 즉, 헤드프레임(320) 내로 유입되어 절단산소유로(326)를 통하여 유동되는 절단산소는 내측팁(340)의 절단산소유로(345)를 거쳐 절단산소분사구(도 6의 346)로 분사된다.

그리고 인젝팅유로(362)를 통하여 유동되는 예열산소와 연료가스는 유입공(342, 342a, 342b) 중 어느 하나로 유입되어 혼합가스분사구(도 6의 347)로 분사된다.

한편, 고정핀(323)은 안착홈(도 3의 321)에 내측팁(340)의 후단면이 안착되었을 때 인젝팅유로(362) 및 유입공(342, 342a, 342b) 중 어느 하나가 용이하게 일치되도록 하기 위한 것으로, 도 7에 도시된 바와 같이 복수의 유입공(342, 342a, 342b) 중 어느 하나에 고정핀(323)의 단부가 삽입되면 복수의 유입공(342, 342a, 342b) 중 다른 하나는 인젝팅유로(362)와 연결되도록 설치된다.

이때, 고정핀(323)의 직경은 유입공(342)의 내경에 상응하도록 형성되어, 고정핀(323)이 삽입된 유입공(342)으로는 혼합가스가 누출되지 않도록 한다. 그리고, 복수의 유입공(342, 342a, 342b) 중 고정핀(323)이 삽입되거나 인젝팅유로(362)와 연결되지 않은 것은 안착홈(도 3의 321)의 내면에 접하여 밀폐된다.

참고로, 본 발명의 일 실시예에서는 네 개의 유입공(342, 342a, 342b)이 형성된 것을 예시하였는데, 이는 앞에서 설명한 바와 같이 유입공(342)과 인젝팅유로(362)를 용이하게 연결시키기 위한 것으로, 경우에 따라서는 유입공(342, 342a, 342b)의 수가 가감될 수 있다.

다시 도 3 및 도 4를 참조하여 헤드프레임(320)의 내부구조에 대하여 설명한다.

헤드프레임(320) 내에는 연료가스 및 예열산소가 혼합되어 혼합가스가 생성되는 인젝팅부가 형성된다. 인젝팅부는 연료가스유로(324)의 단부에 형성된 연료가스챔버(327), 연료가스챔버(327) 내에 설치된 인젝팅코어(350) 및 인젝팅캡(360)에 의해 형성된다.

인젝팅코어(350)는 원통형의 외주면을 가지며, 중심부에는 길이방향을 따라 예열산소유로(352)가 형성된다. 예열산소유로(352)는 인젝팅코어(350)의 선단부로부터 후단부까지 관통하는 형상으로 형성되며, 인젝팅코어(350)의 선단부에 형성된 예열산소분사공(353)과 연결된다. 예열산소분사공(353)은 예열산소유로(352)보다 작은 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 예열산소분사공(353)의 작용에 대해서는 아래에서 다시 설명한다.

인젝팅코어(350)의 선단부 외측에는 테이퍼면(351)이 형성된다. 테이퍼면(351)은 인젝팅코어(350)의 선단부로 갈수록 인젝팅코어(350)의 외경이 감소되도록 형성된다.

인젝팅코어(350)의 후단부에는 도시되지 않은 나사산이 형성된다. 이 나사산이 형성된 부분은 도시된 바와 같이 헤드프레임(320)의 연료가스유로(324) 및 예열산소유로(325) 사이에 결합되어 체결부(354)를 형성한다. 즉, 인젝팅코어(350)는 헤드프레임(320)의 연료가스유로(324) 및 예열산소유로(325)을 연결하는 형상으로 형성된 통공의 내주면에 결합된다.

한편, 앞에서 설명한 바와 같이 인젝팅코어(350)의 테이퍼면(351)이 형성된 선단부의 전방에는 인젝팅캡(360)이 이격 배치된다.

인젝팅캡(360)은 헤드프레임(320)의 선단부에 형성된 테이퍼면(351)과 상응하는 형상을 갖는다. 즉, 인젝팅캡(360)의 후단부에는 테이퍼면(361)이 형성되는데, 테이퍼면(361)은 선단부 방향을 향하여 함입된 형상을 갖는다.

따라서, 인젝팅코어(350) 및 인젝팅캡(360)은 인젝팅코어(350)의 테이퍼면(351)이 형성된 부분의 일부가 인젝팅캡(360)의 테이퍼면(361)이 형성된 부분으로 삽입된 형상으로 배치된다.

한편, 인젝팅캡(360)의 중심부에는 길이방향을 따라 선단부로부터 후단부를 관통하는 형상으로 인젝팅유로(362)가 형성된다. 인젝팅유로(362)의 선단부는 도 8을 참조하여 설명했던 바와 같이 헤드프레임(320)의 안착홈(321) 내에 배치되며, 인젝팅유로(362)의 후단부는 인젝팅코어(350)의 예열산소분사공(353)과 나란하게 배치된다.

인젝팅캡(360)은 헤드프레임(320)의 안착홈(321)에 형성된 통공에 삽입되는 방식으로 헤드프레임(320)과 결합될 수 있다. 이때, 도시되지는 않았으나, 인젝팅캡(360)은 헤드프레임(320)에 용접 등의 방식으로 결합될 수 있다.

앞에서 설명했던 바와 같이 인젝팅코어(350) 및 인젝팅캡(360)은 이격 배치된다. 따라서, 인젝팅코어(350)의 테이퍼면(351) 및 인젝팅캡(360)의 테이퍼면(361) 사이에는 간격이 형성되는데, 이 간격은 연료가스챔버(327)와 연결된다.

인젝팅코어(350)의 중심부에 형성된 예열산소유로(352)는 인젝팅코어(350)의 후단에서 헤드프레임(320)에 형성된 예열산소유로(325)와 연결된다. 따라서 예열산소유로(325)를 통하여 유입된 예열산소는 인젝팅코어(350)의 후단으로 유입되어 예열산소유로(352)를 거쳐 예열산소분사공(353)으로 분사된다. 예열산소분사공(353)으로 분사된 예열산소는 인젝팅캡(360)으로 유입된다.

여기서, 인젝팅코어(350)에 형성된 예열산소분사공(353)은 예열산소유로(352)보다 내경이 작게 형성되는데, 이는 예열산소분사공(353)을 통하여 분사되는 예열산소의 유속이 증가되도록 함으로써 연료가스챔버(327) 내의 연료가스가 두 테이퍼면(351, 361) 사이로 흡입되는 효과가 증가되도록 하기 위한 것이다.

즉, 예열산소분사공(353)으로부터 고속으로 분사되어 인젝팅유로(362) 내로 유동하는 예열산소에 의해 인젝팅코어(350)의 테이퍼면(351) 및 인젝팅캡(360)의 테이퍼면(361) 사이의 간격에는 저압이 형성되며, 그에 따라 연료가스유로(324)를 거쳐 연료가스챔버(327) 내로 유입된 연료가스는 두 테이퍼면(351, 361) 사이를 거쳐 예열산소와 함께 인젝팅유로(362) 내로 유입된다.

연료가스챔버(327)는 도시된 바와 같이 인젝팅코어(350)의 외주면 중 테이퍼면(351)이 형성되지 않은 부분으로부터 이격되어 인젝팅코어(350)의 일부를 감싸는 형상으로 형성된다. 연료가스챔버(327)의 체적은 화구(도 6의 349)에서 필요한 화력을 감안하여 적정량의 연료가스가 혼합가스에 혼입될 수 있는 크기로 형성된다.

즉, 연료가스챔버(327)의 체적은 필요에 따라 가감되도록 형성될 수 있으며, 이에 따라 절단산소유로(326)의 형상이 변경될 수도 있다. 이에 대해서는 아래에서 도 9를 참조하여 설명한다.

상술한 바와 같이 인젝팅유로(362)로 유입된 예열산소와 연료가스는 인젝팅유로(362) 및 이에 연결된 유입공(342)을 거치는 과정에서 층류유동을 하게 된다.

본 명세서에서의 '층류유동'은 인젝팅유로(362) 및 유입공(342)에 의해 형성된 관로를 통하여 예열산소와 연료가스가 유동하는 과정에서 그 중심부로는 예열산소가 유동하고 가장자리부분으로는 연료가스가 유동하여, 서로 혼합되지 않고 층상구조를 형성하며 유동하는 것을 지칭한다.

층류유동하는 예열산소 및 연료가스는 유입공(342)을 거쳐 혼합가스유로(333)에 유입되는 과정에서 넓은 단면적을 갖는 혼합실(A)에 도달되면 유속이 급격히 감소되면서 와류가 형성되어 서로 혼합된다. 이때, 유입공(342)의 단면적 및 혼합실(A)의 단면적 차이가 클수록 와류의 발생효과가 커질 수 있으며, 이에 따라 예열산소 및 연료가스의 혼합률이 상승되어 혼합가스분사구(도 6의 347)로 분사되는 혼합가스의 열효율이 증가되는 효과를 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절단기(도 1의 1)는 상술한 바와 같이 인젝팅부가 헤드프레임(320) 내에 배치된 구조에 의해, 사용 중 역화가 발생되더라도 화염이 유입공(342) 내로 유입되지 못하고 혼합실(A)까지, 즉 화염이 도 3에 BF로 표시한 범위까지만 도달되므로, 역화에 의한 폭발 등의 사고나 헤드프레임(320)의 과열 등이 유발될 가능성이 매우 낮아지는 효과를 얻을 수 있다.

참고로, 층상구조를 형성하며 유동하는 예열산소와 연료가스의 경계면에서는 부분적인 혼합이 발생되어 미량의 혼합가스가 생성될 수 있겠으나, 미량의 혼합가스만으로는 역화가 발생되었을 때 화염이 유입공(342) 내로 유입될 만큼의 가연성을 갖지는 못한다.

즉, 본 명세서에서의 '층류유동'은 예열산소와 연료가스가 유동되는 과정에서 일부분이 혼합되더라도 충분한 가연성을 갖지 못하여 화염이 유입공(342) 내로 유입되지 않도록 층상구조를 유지하며 유동되는 것을 말한다.

이를 위하여 인젝팅유로(362) 및 유입공(342)의 길이는 층류유동이 유지되는 정도의 길이를 갖도록 형성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 예열산소유로(352)가 형성된 인젝팅코어(350), 인젝팅유로(362), 유입공(342) 및 혼합실(A)은 일렬로 배치될 수 있다.

도시되지는 않았으나, 필요에 따라서는 유입공(342)의 선단부, 즉 유입공(342)의 혼합실(A)과 접하는 부분에 화구(도 3의 349) 방향으로 갈수록 직경이 증가되는 형상의 디퓨저부가 형성되어, 예열산소와 연료가스가 혼합실(A)로 유입되는 과정에서 와류가 생성되는 정도가 조절되도록 할 수도 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절단기(1)는 연료가스보다 상대적으로 고압인 예열산소의 고속분사에 의해 연료가스챔버(327) 내의 연료가스가 인젝팅유로(362)로 흡입되어 혼합되는 방식이므로, 연료가스의 공급압력에 의존하는 방식과 달리 연료가스가 안정적으로 공급되어 일정한 화력이 유지되는 효과를 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이, 헤드프레임(320)은 연료가스, 예열산소 및 절단산소가 서로 혼합되는 것을 방지하기 위한 별도의 밀폐부재를 요하지 않는다. 즉, 고무와 같은 탄성소재로 제조된 밀폐부재를 사용하지 않고도 연료가스, 예열산소 및 절단산소가 임의로 혼합되는 것을 방지할 수 있으므로, 역화 등에 의하여 헤드프레임(320)이 가열되어 밀폐부재의 열화에 따른 손상에 의한 연료가스, 예열산소 및 절단산소의 혼합현상이 발생되지 않는 효과를 얻을 수 있다.

도 9에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스절단기의 헤드부 분해단면도가 도시되어 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스절단기(도시되지 않음)의 헤드프레임(420) 내에는 연료가스관(32), 예열산소관(33) 및 절단산소관(34)과 각각 연결된 연료가스유로(424), 예열산소유로(425) 및 절단산소유로(426)가 각각 형성된다.

여기서, 연료가스관(32) 예열산소관(33) 및 절단산소관(34)을 포함하는 밸브뭉치(도시되지 않음)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 밸브뭉치(2)와 동일한 구조를 갖는 것이 적용될 수 있으므로 설명을 생략한다.

연료가스관(32), 예열산소관(33) 및 절단산소관(34)으로부터 각각 유입된 연료가스, 예열산소 및 절단산소는 연료가스유로(424), 예열산소유로(425) 및 절단산소유로(426)를 통하여 각각 유동된다.

체결부재(410)에는 삽입공(411)이 관통 형성되며, 그 내주면에는 나사산부(412)가 형성된다. 헤드프레임(420)의 선단부 외주면에는 나사산부(422)가 형성되는데, 헤드프레임(420)의 나사산부(422)는 체결부재(410)의 나사산부(412)와 상응하는 형상으로 형성된다.

팁(400)에는 외측팁(430) 및 내측팁(440)이 포함된다. 내측팁(440)은 외측팁(430) 내에 형성된 공간에 배치되어, 도시된 바와 같이 팁(400)의 내부는 절단산소유로(445) 및 혼합가스유로(433)가 형성된 이중관 형상을 갖는다.

외측팁(430)에 형성된 플랜지부(431), 내측팁(440)에 형성된 플랜지부(441) 및 유입공(442)은 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 외측팁(330)의 플랜지부(331), 내측팁(440)의 플랜지부(441) 및 유입공(442)과 그 구조 및 작동이 각각 동일하고, 체결부재(410) 및 헤드프레임(420)의 체결구조 또한 동일하므로, 이들에 대한 설명은 본 발명의 제1 실시예에 대한 설명으로 갈음하기로 한다.

다만, 본 발명의 제2 실시예에서는 내측팁(440)의 플랜지부(441)에 핀삽입공(448) 및 냉각유로(471b)가 형성된다는 점에서 본 발명의 제1 실시예와 차이가 있는데, 이에 대해서는 아래에서 도 10을 참조하여 설명한다.

나사산부(422)가 형성된 헤드프레임(420)의 선단부에는 내측팁(440)의 후단부가 안착되는 안착홈(421)이 형성된다. 절단산소유로(426)의 선단부는 안착홈(421)의 중심부에 배치되어, 팁(400)이 헤드프레임(420)에 결합되면 절단산소유로(426)로 유출된 절단산소가 팁(400) 내측 중심부에 형성된 절단산소유로(445) 후단부로 유입되어 선단부 방향으로 유동된다.

팁(400)의 선단부에는 화구(도시되지 않음)가 형성되는데, 팁(400)의 선단부에 형성된 화구는 도 6에 도시된 화구(349)와 구조가 동일하므로 설명을 생략한다. 따라서, 절단산소유로(445)의 선단부까지 유동된 절단산소는 팁(400)의 선단부에 형성된 화구의 절단산소분사구(도 6의 346 참조)로 분사된다. 팁(400)의 절단산소분사구는 화구의 중심부에 배치된다.

한편, 팁(400)의 화구 중심부에 배치된 절단산소분사구(도시되지 않음)의 주변에는 복수의 혼합가스분사구(도시되지 않음, 도 6의 347 참조)가 방사상으로 배치되는데, 이 혼합가스분사구로는 혼합가스유로(433)를 거쳐 유동된 혼합가스가 분사된다.

이와 같이 팁(400)의 선단부에 형성된 화구의 혼합가스분사구로 혼합가스가 분사되도록 하기 위해서는 유입공(442)으로 혼합가스가 유입되어야 한다. 따라서, 내측팁(440)의 플랜지부(441) 후단면과 결합되는 헤드프레임(420)의 안착홈(421)에는 플랜지부(431)가 안착홈(421)에 안착되었을 때 유입공(442)의 후단부의 위치와 상응하는 위치에 인젝팅유로(462)가 배치되도록 형성되어야 한다.

인젝팅유로(462)는 도시된 바와 같이 프레임(420)의 안착홈(421) 선단부에 배치된 인젝팅캡(460)의 중심부를 관통하는 형상으로 형성된다. 인젝팅캡(460)은 도 3, 도 4 및 도 8을 참조하여 설명한 인젝팅캡(360)과 동일한 형상으로 형성되므로, 인젝팅캡(460)의 형상에 대한 설명은 생략한다. 여기서, 인젝팅캡(460)은 헤드프레임(420) 내에 형성된 인젝팅부에 포함된다.

인젝팅부는 헤드프레임(420) 내에 형성되며, 인젝팅부에는 연료가스유로(424)의 단부에 형성된 연료가스챔버(427), 연료가스챔버(427) 내에 설치된 인젝팅코어(450) 및 인젝팅캡(460)에 의해 형성된다.

인젝팅코어(450)는 원통형의 외주면을 가지며, 상술한 바와 같이 중심부에 길이방향을 따라 예열산소유로(452)가 형성된다. 예열산소유로(452)는 인젝팅코어(450)의 선단부로부터 후단부까지 관통하는 형상으로 형성되는데, 예열산소유로(452)의 선단부는 플랜지부(441)가 안착홈(421)에 안착되었을 때 유입공(442)과 연결된다.

인젝팅코어(450)의 선단부 외측에는 테이퍼면이 형성되는데, 이는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 테이퍼면(351)과 동일한 형상을 가지므로, 도 3 및 도 4을 참조하여 한 설명으로 갈음하기로 한다.

인젝팅코어(450)의 후단부는 헤드프레임(420) 내에 형성된 연료가스유로(424) 및 예열산소유로(425) 사이에 배치된다. 즉, 인젝팅코어(450)는 헤드프레임(420)의 연료가스유로(424) 및 예열산소유로(425)을 연결하는 형상으로 배치되며, 인젝팅코어(450)는 헤드프레임(420)과 일체로 형성된다.

한편, 앞에서 설명한 바와 같이 테이퍼면이 형성된 인젝팅코어(450)의 선단부 전방에는 앞에서 설명한 인젝팅캡(460)이 이격 배치된다. 인젝팅캡(460) 후단부에는 테이퍼면이 형성되는데, 이는 인젝팅코어(450)의 선단부에 형성된 테이퍼면과 상응하여 선단부 방향을 향하여 함입된 형상을 갖는다. 인젝팅캡(460)의 함입된 형상의 테이퍼면 중심부는 인젝팅유로(462)의 후단과 연결된다.

따라서, 인젝팅코어(450) 및 인젝팅캡(460)은 인젝팅코어(450)의 테이퍼면이 형성된 부분의 일부가 인젝팅캡(460)의 테이퍼면이 형성된 부분으로 삽입된 형상으로 배치된다.

인젝팅캡(460)은 헤드프레임(420)의 안착홈(421)에 형성된 통공에 삽입되는 방식으로 헤드프레임(420)과 결합될 수 있으며, 헤드프레임(420)과 일체로 형성될 수도 있다.

인젝팅캡(460)이 헤드프레임(420)과 일체로 형성될 경우, 도면에 CL로 표시된 부분을 중심으로 헤드프레임(420)의 선단부 및 후단부를 각각 제작한 후 용접 등의 방법으로 결합시킬 수 있다. 따라서, 헤드프레임(420)의 제작이 매우 간편해질 수 있다.

또한, 헤드프레임(420)은 연료가스, 예열산소 및 절단산소가 서로 혼합되는 것을 방지하기 위한 별도의 밀폐부재를 요하지 않는다. 즉, 절단작업 중 헤드프레임(420)이 가열될 경우에도 연료가스, 예열산소 및 절단산소가 임의로 혼합되는 현상이 발생되지 않는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 연료가스챔버(427)는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명했던 연료가스챔버(327)와 마찬가지로, 인젝팅유로(462)를 통하여 고속으로 분사되는 예열산소의 유동에 의해 형성된 저압에 의해 예열산소와 함께 인젝팅유로(462)로 유입되어 층류유동하도록 연료가스가 유입되는 공간이다.

본 실시예의 연료가스챔버(427)는 본 발명의 제1 실시예(도 1의 1)의 연료가스챔버(도 3의 327)에 비하여 그 체적이 작게 형성되어 있는데, 이는 팁(400)에 형성된 화구(도시되지 않음)에서 필요한 화력을 감안하여 적정량의 연료가스가 혼합가스에 혼입될 수 있는 크기로 형성된 것을 예시한 것이다.

앞에서 설명한 바와 같이 연료가스챔버(427)의 체적은 필요에 따라 가감되도록 형성될 수 있으며, 이에 따라 절단산소유로(426)의 형상이 본 발명의 제1 실시예(1)의 절단산소유로(도 3의 327)와 상이하게 형성될 수 있다. 즉, 절단산소유로(426)의 형상은 연료가스챔버(427)의 체적 등 필요에 따라 적절한 형상으로 형성될 수 있다.

고정핀(423)은 안착홈(421)에 내측팁(440)의 후단면이 안착되었을 때 인젝팅유로(462) 및 유입공(442)이 용이하게 일치되도록 하기 위한 것이다.

즉, 고정핀(423)의 선단부는 안착홈(421)에 플랜지부(441)의 후단면이 안착될 때 플랜지부(441)에 형성된 핀삽입공(448)에 삽입되는데, 핀삽입공(448)은 고정핀(423)이 삽입되었을 때 헤드프레임(420)의 절단산소유로(426)의 선단부가 팁(400)의 절단산소유로(445)의 후단부와 연결되고, 인젝팅유로(462)의 선단부가 유입공(442)에 연결될 수 있는 위치에 형성된다.

참고로, 도시된 바와 달리 절단산소유로(426)를 중심으로 하였을 때 인젝팅유로(462) 및 고정핀(423)의 위치가 서로 대칭을 이루지 않도록 배치된 경우, 핀삽입공(448) 및 하나의 유입공(442)이나 복수의 유입공(도시되지 않음) 중 어느 하나 또한 이에 상응하는 위치에 배치되도록 각각 형성되어, 핀삽입공(448)에 고정핀(423)이 삽입되면 하나의 유입공(442) 또는 복수의 유입공(도시되지 않음) 중 어느 하나가 인젝팅유로(462)와 연결되도록 형성된다.

따라서, 작업자가 팁(400)을 헤드프레임(420)에 결합시키는 과정에서 고정핀(423)이 핀삽입공(448)에 삽입되도록 하면 팁(400) 및 헤드프레임(420)이 바른 위치로 결합되므로 작업의 편의성이 향상될 수 있다.

도 10에는 도 9에 도시된 팁의 후단부가 도시되어 있다. 도 9를 함께 참조하여 설명한다.

도 9 및 도 10을 함께 참조하면, 팁(400)의 후단면, 즉 플랜지부(441)의 후단면에는 냉각유로(471)가 형성된다. 냉각유로(471)는 헤드프레임(420)의 절단산소유로(426)를 통하여 팁(400)의 절단산소유로(445)로 유입되는 절단산소가 유동되는 홈 형상으로 형성된다.

절단산소유로(445)에는 직선형 냉각유로(471a) 및 곡선형 냉각유로(471b)가 포함될 수 있다. 여기서, 직선형 냉각유로(471a)는 플랜지부(441)의 중심부에 배치된 절단산소유로(445)로부터 플랜지부(441)의 가장자리 방향을 향하여 방사상으로 형성될 수 있다. 그리고, 곡선형 냉각유로(471b)는 플랜지부(441)의 후단면 가장자리 부분을 따라 형성되며, 도시된 바와 같이 직선형 냉각유로(471a)의 단부를 서로 연결하는 형상을 가질 수 있다.

따라서, 절단산소가 헤드프레임(420)의 절단산소유로(426)로부터 팁(400)의 절단산소유로(445)로 유입되는 과정에서 절단산소의 일부는 직선형 냉각유로(471a) 및 곡선형 냉각유로(471b)를 따라 유동될 수 있다.

이때, 절단산소는 저온이므로, 냉각유로(471)를 따라 절단산소가 유동될 경우 절단산소와 접촉되는 팁(400)의 후단면 및 헤드프레임(420)의 선단부가 냉각된다. 즉, 절단작업 또는 역화에 의해 팁(400)이 가열될 경우에도 팁(400)을 통하여 전도되는 열은 냉각유로(471)를 통하여 유동되는 절단산소에 의해 냉각되어 헤드프레임(420)으로 전달되는 열이 크게 감소될 수 있다.

따라서, 작업 중 헤드프레임(420)이 가열되는 것이 방지되므로, 가열에 의한 팁(400), 헤드프레임(420), 연료가스관(32), 예열산소관(33) 및 절단산소관(34) 등의 온도상승이 억제될 수 있다.

현재 연료가스관(32), 예열산소관(33) 및 절단산소관(34)의 소재로는 가열에 따른 산화를 방지하기 위한 동합금을 사용하고 있는데, 상술한 바와 같은 냉각유로(471)의 냉각작용에 의해 산화가 방지될 수 있으므로, 연료가스관(32), 예열산소관(33) 및 절단산소관(34)의 소재가 동합금보다 저렴하고 기계적 강도가 우수하면서도 경량인 소재로 대체될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 11에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스절단기의 헤드프레임 단면도가 도시되어 있다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스절단기(도시되지 않음)의 헤드프레임(520) 내에는 연료가스관(32), 예열산소관(33) 및 절단산소관(34)과 각각 연결된 연료가스유로(524), 예열산소유로(525) 및 절단산소유로(526)가 각각 형성된다.

여기서, 도시되지 않은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스절단기의 밸브뭉치는 연료가스관(32), 예열산소관(33) 및 절단산소관(34)을 포함하는데, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 밸브뭉치(2)와 동일한 구조를 갖는 것이 적용될 수 있으므로 설명을 생략한다.

아울러, 도시되지 않은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스절단기에는 앞에서 설명한 팁들(도 3의 300, 도 9의 400) 중 어느 하나가 적용될 수 있으므로 설명을 생략한다.

헤드프레임(520)에는 연료가스유로(524), 예열산소유로(525) 및 절단산소유로(526)를 서로 연결하면서 헤드프레임(520)의 일부를 후단으로부터 선단부 방향으로 관통하는 분배기삽입공(528)이 형성되며, 분배기삽입공(528)에는 분배기가 삽입 결합된다. 분배기에는 분배기 본체(550)가 포함된다.

분배기 본체(550)는 원통형으로 형성되며, 분배기 본체(550)의 외주면에는 절단산소유로홈(556)이 형성된다. 절단산소유로홈(556)은 분배기 본체(550)의 외주면에 함입된 형상으로 형성되며, 분배기 본체(550)가 분배기삽입공(528)에 삽입되었을 때 분배기 본체(550)의 외주면 중 절단산소유로(526)와 상응하는 위치에 형성된다.

따라서, 절단산소유로(526) 중 분배기삽입공(528)에 결합된 분배기 본체(550)에 의해 차단된 부분은 절단산소유로홈(556)을 통하여 연결되므로, 절단산소관(34)으로 유입된 절단산소는 절단산소유로홈(556)을 통하여 절단산소유로(526)의 선단부까지 유동될 수 있다.

분배기 본체(550)의 선단부에는 인젝팅코어부(555)가 형성된다. 인젝팅코어부(555)의 외주면에는 분배기 본체(550)의 선단 방향으로 갈수록 외경이 감소되는 형상으로 테이퍼면(551)이 형성된다.

분배기 본체(550) 중 절단산소유로홈(556)이 형성된 부분보다는 선단 방향이고, 테이퍼면(551)이 형성된 부분보다는 후단 방향인 부분에는 예열산소유입공(554)이 형성된다.

예열산소유입공(554)은 분배기 본체(550)의 외주면으로부터 중심부까지 방사상으로 복수 개가 형성될 수 있다. 여기서, 예열산소유입공(554)은 도시된 바와 같이 분배기 본체(550)가 분배기삽입공(528)에 삽입되었을 때 분배기 본체(550)의 외주면 중 예열산소유로(525)와 상응하는 위치에 형성된다.

한편, 인젝팅코어부(555)의 중심부에는 예열산소유로(552)가 형성된다. 예열산소유로(552)는 분배기 본체(550)의 중심을 따라 분배기 본체(550)의 선단으로부터 예열산소유입공(554)에 연결되도록 형성된다. 달리 표현하자면, 예열산소유로(552)는 예열산소유입공(554)의 분배기 본체(550)의 중심부에 배치된 부분으로부터 분배기 본체(550)의 선단까지 연결 형성된다.

따라서, 예열산소유입공(554)으로 유입된 예열산소는 예열산소유로(552)를 거쳐 분배기 본체(550)의 선단으로 분사된다.

헤드프레임(520)에는 인젝팅코어부(555)와 상응하는 형상을 갖고 인젝팅코어부(555)의 선단 방향에 이격 배치된 인젝팅캡부(561)가 형성된다. 인젝팅캡부(561)의 중심부에는 인젝팅유로(562)가 형성되며, 인젝팅유로(562)의 주변은 인젝팅코어부(555)의 테이퍼면(551) 형상에 상응하는 형상으로 중심부로 갈수록 헤드프레임(520)의 선단부를 향하여 함입된 형상의 테이퍼면이 형성된다.

인젝팅코어부(555) 주변에는 연료가스유로(524)와 연결된 연료가스챔버(527)가 형성되어, 연료가스관(32)을 통하여 유입된 연료가스가 연료가스유로(524)를 거친 후 연료가스챔버(527)로 유입된다.

따라서, 예열산소유로(552)를 통하여 인젝팅코어부(555)의 선단에 형성된 예열산소분사공(553)으로 분사된 예열산소는 인젝팅유로(562)로 유입되며, 이에 따라 테이퍼면(551)의 주변의 압력은 상대적으로 낮아진다. 그러므로, 연료가스챔버(527) 내의 연료가스는 예열산소와 함께 인젝팅유로(562)로 유입되고, 인젝팅유로(562)에서는 연료가스 및 예열산소가 상술한 바와 같이 층류유동을 하게 된다.

헤드프레임(520)의 선단부에 형성된 안착홈(521)에는 앞에서 설명한 팁(도 3의 300 또는 도 9의 400)의 후단부가 안착되며, 앞에서 설명한 체결부재(도 3의 310 또는 도 9의 410)가 헤드프레임(520)의 선단부에 형성된 나사산부(522)에 체결되며 팁(300 또는 400) 및 헤드프레임(520)이 고정되도록 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 제3 실시예에서는 헤드프레임(520)내에 인젝팅코어부(555), 인젝팅캡부(561) 및 연료가스챔버(527)에 의해 인젝팅부가 형성될 수 있다.

한편, 분배기 본체(550)의 외주면 중 테이퍼면(551) 및 예열산소유입공(554)의 사이 부분과, 예열산소유입공(554) 및 절단산소유로홈(556)의 사이 부분과, 절단산소유로홈(556) 및 분배기 본체(550)의 후단 사이 부분은 분배기 삽입공(528)의 내주면과 각각 용접결합 될 수 있다.

여기서, 상술한 바와 같은 용접결합은, 분배기 본체(550)의 외주면 중 테이퍼면(551) 및 예열산소유입공(554)의 사이 부분, 예열산소유입공(554) 및 절단산소유로홈(556)의 사이 부분, 절단산소유로홈(556) 및 분배기 본체(550)의 후단 사이 부분에 각각 용접홈(557a, 557b, 557c)을 형성하고, 이 용접홈(557a, 557b, 557c)에 링 형상의 용접봉(도시되지 않음) 또는 분말 상태의 용접재(도시되지 않음)를 수용시킨 후 이 부분을 가열하여 용접봉(도시되지 않음) 또는 용접재(도시되지 않음)가 융착되도록 함으로써 행해질 수 있다.

이러한 용접방법으로는 초음파 용접 또는 브레이징 등의 방법이 사용될 수 있다.

위와 같은 방법으로 형성된 용접부(558a, 558b, 558c)에 의해, 헤드프레임(520) 내에서 연료가스, 예열산소 및 절단산소가 임의로 혼합되는 것이 방지될 수 있으며, 팁(도 3의 300)으로부터 전도된 열에 의해 헤드프레임(520)이 가열되더라도 앞에서 설명했던 밀폐부재 등의 열화에 의한 손상이 발생되지 않으므로, 헤드프레임(520)은 반영구적으로 사용될 수 있다.

특히, 본 실시예에 따른 헤드프레임(520)은 그 가공이 매우 용이하므로, 헤드프레임(520)의 제조에 소요되는 비용이 절약될 수 있다.

참고로, 고정핀(523)은 도 9를 참조하여 설명한 고정핀(423)과 같으므로 설명을 생략한다.

도 12에는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스절단기의 헤드프레임 단면도가 도시되어 있다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스절단기(도시되지 않음)의 헤드프레임(620) 내에는 연료가스관(32), 예열산소관(33) 및 절단산소관(34)과 각각 연결된 연료가스유로(624), 예열산소유로(625) 및 절단산소유로(626)가 각각 형성된다.

여기서, 도시되지 않은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스절단기의 밸브뭉치는 연료가스관(32), 예열산소관(33) 및 절단산소관(34)을 포함하는데, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 밸브뭉치(2)와 동일한 구조를 갖는 것이 적용될 수 있으므로 설명을 생략한다.

아울러, 도시되지 않은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스절단기에는 앞에서 설명한 팁들(도 3의 300, 도 9의 400) 중 어느 하나가 적용될 수 있으므로 설명을 생략한다.

헤드프레임(620)에는 인젝팅코어(650), 내측캡(654) 및 외측캡(655)이 포함된다.

헤드프레임(620)에는 연료가스유로(624) 및 예열산소유로(625)를 서로 연결하는 형상으로 인젝팅코어삽입공(628)이 형성된다. 그리고, 헤드프레임(620)에는 예열산소유로(625) 및 절단산소유로(626)을 서로 연결하는 형상으로 캡삽입공(629)이 형성된다. 도시된 바와 같이, 인젝팅코어삽입공(628) 및 캡삽입공(629)은 서로 연결 형성되며, 캡삽입공(629)은 인젝팅코어삽입공(628)보다 큰 직경을 갖도록 형성된다.

인젝팅코어삽입공(628)에는 인젝팅코어(650)가 삽입된다.

인젝팅코어(650)의 선단부에는 테이퍼면(651)이 형성되는데, 테이퍼면(651)은 인젝팅코어(650)의 선단으로 갈수록 외경이 감소되는 형상으로 형성된다.

인젝팅코어(650)의 후단부 외주면은 인젝팅코어삽입공(628)의 내주면과 상응하는 형상으로 형성되며, 인젝팅코어(650)는 후단부 외주면이 연료가스유로(624) 및 예열산소유로(625) 사이를 차단하는 형상으로 배치되도록 인젝팅코어삽입공(628)에 삽입된다.

인젝팅코어(650)에는 예열산소유로(652)가 형성되는데, 예열산소유로(652)는 인젝팅코어(650)의 중심부를 후단으로부터 선단까지 관통하는 형상으로 형성된다. 예열산소유로(652)의 선단부에는 예열산소유로(652)보다 작은 직경을 갖는 예열산소분사공(653)이 형성된다.

한편, 캡삽입공(629)의 내측에는 내측캡(654)이 삽입된다. 내측캡(654)은 원판 형상을 가지며, 내측캡(654)의 외주면은 캡삽입공(629)의 내측 외주면과 상응하는 형상을 갖도록 형성된다. 내측캡(654)은 캡삽입공(629) 내의 예열산소유로(625) 및 절단산소유로(626) 사이를 차단하는 형상으로 배치된다.

따라서, 예열산소유로(625)로 유입된 예열산소는 내측캡(654)에 의해 절단산소유로(626)로 유입되는 것이 방지된다.

외측캡(655)은 캡삽입공(629)을 커버하는 형상으로 결합된다. 외측캡(655)의 외주면은 캡삽입공(629)의 후단부의 내주면과 상응하는 형상을 갖도록 형성되며, 외측캡(655)에 의해 절단산소유로(626)를 유동하는 절단산소는 헤드프레임(620) 외부로 유출되지 않게 된다.

인젝팅코어(650)의 후단부 외주면, 내측캡(654)의 외주면 및 외측캡(655)의 외주면에는 용접홈(650a, 654a, 655a)이 각각 형성된다. 용접홈(650a, 654a, 655a)은 도시된 바와 같이 헤드프레임(620)의 후단부 방향으로 개방된 형상으로 형성된다.

따라서, 헤드프레임(620)에 인젝팅코어(650), 내측캡(654) 및 외측캡(655)을 결합시키고자 할 때에는, 헤드프레임(620)의 선단부가 하방향, 즉 중력방향을 향하도록 한 후 인젝팅코어(650)를 인젝팅코어삽입공(628)의 내측에 안착시키고 용접홈(650a)에 상술한 바와 같은 링 형상의 용접봉(도시되지 않음) 또는 분말 상태의 용접재(도시되지 않음)를 삽입한다.

이후, 캡삽입공(629) 내측에 내측캡(654)을 삽입한다. 이때, 캡삽입공(629)은 인젝팅코어삽입공(629)보다 큰 직경을 가지므로, 인젝팅코어삽입공(629) 및 캡삽입공(629) 사이에 단차가 형성되며, 내측캡(654)은 이 단차에 의해 지지되어 캡삽입공(629)의 내측에 배치될 수 있다.

내측캡(654)이 배치된 후에는 용접홈(654a)에 링 형상의 용접봉(도시되지 않음) 또는 분말 상태의 용접재(도시되지 않음)를 삽입한다.

외측캡(655)의 외주면은 캡삽입공(629)의 내주면에 다소 억지끼워맞춤이 되도록 형성될 수 있다. 따라서, 외측캡(655)이 캡삽입공(629)에 삽입되었을 때 외측캡(655)이 바른 위치를 유지하도록 할 수 있다.

외측캡(655)이 캡삽입공(629)의 입구, 즉 캡삽입공(629)을 커버하는 위치에 배치된 후에는 용접홈(655a)에 링 형상의 용접봉(도시되지 않음) 또는 분말 상태의 용접재(도시되지 않음)를 삽입한다.

이후, 용접홈(650a, 654a, 655a)에 삽입된 링 형상의 용접봉(도시되지 않음) 또는 분말 상태의 용접재(도시되지 않음)가 융착되도록 하는데, 이 방법으로는 초음파 용접 또는 브레이징 등의 방법이 사용될 수 있다.

용접봉(도시되지 않음) 또는 분말 상태의 용접재(도시되지 않음)의 융착에 의해 헤드프레임(650), 인젝팅코어(650), 내측캡(654) 및 외측캡(655)이 서로 용접 결합(650b, 654b, 655b)되어 일체화된다. 따라서, 절단작업 또는 역화 등에 의해 팁(도 3의 300)으로부터 전도된 열에 의해 헤드프레임(620)에 가열되더라도 앞에서 설명했던 밀폐부재 등의 열화에 의한 손상이 발생되지 않으므로, 헤드프레임(620) 내에서 연료가스, 예열산소 및 절단산소가 임의로 혼합되는 것이 방지될 수 있고, 헤드프레임(520)은 반영구적으로 사용될 수 있다.

특히 헤드프레임(620)은, 인젝팅코어(650), 내측캡(654) 및 외측캡(655)을 헤드프레임(620) 내에 순차적으로 배치시킨 후 용접을 행할 수 있으므로, 헤드프레임(620)의 제조가 용이해지는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 해드프레임(620)의 내부 중 인젝팅코어(650)가 배치된 부분의 선단부 측에는 인젝팅캡부(661)가 형성된다. 인젝팅캡부(661)는 인젝팅코어(650)의 선단부로부터 헤드프레임(620)의 선단부 방향으로 이격 배치되며, 그 중심부에는 인젝팅유로(662)가 형성된다.

인젝팅유로(662)의 주변은 인젝팅코어(650)의 테이퍼면(551) 형상에 상응하는 형상을 갖도록 중심부로 갈수록 헤드프레임(520)의 선단부를 향하여 함입된 형상의 테이퍼면이 형성된다.

인젝팅코어부(650) 주변에는 연료가스유로(624)와 연결된 연료가스챔버(627)가 형성되어, 연료가스관(32)을 통하여 유입된 연료가스가 연료가스유로(624)를 거친 후 연료가스챔버(627)로 유입된다.

따라서, 예열산소유로(652)를 통하여 인젝팅코어(650) 선단의 예열산소분사공(653)으로 분사된 예열산소는 인젝팅유로(662)로 유입되며, 이에 따라 테이퍼면(651)의 주변의 압력은 상대적으로 낮아진다. 그러므로, 연료가스챔버(627) 내의 연료가스는 예열산소와 함께 인젝팅유로(662)로 유입되고, 인젝팅유로(662)에서는 연료가스 및 예열산소가 상술한 바와 같이 층류유동하게 된다.

이와 같이, 본 발명의 제4 실시예에서는 헤드프레임(620)내에 인젝팅코어부(650), 인젝팅캡부(661) 및 연료가스챔버(627)에 의해 인젝팅부가 형성될 수 있다. 고정핀(623)은 도 9를 참조하여 설명한 고정핀(423)과 같으므로 설명을 생략한다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 따른 절단용 취관에 대하여 설명하였으나 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예들에 한정되지 아니한다. 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

1: 수동식가스절단기 2: 밸브뭉치
3: 노즐뭉치 21: 공급구프레임
22: 손잡이부 23: 밸브프레임
31: 넥 32: 연료가스관
33: 예열산소관 34: 절단산소관
35: 헤드 300: 팁
310: 체결부재 320: 헤드프레임
321: 안착홈 322: 나사산부
323: 고정핀 324: 연료가스유로
325: 예열산소유로 326: 절단산소유로
327: 연료가스챔버 330: 외측팁
331: 플랜지부 332: 통공
333: 혼합가스유로 340: 내측팁
341: 플랜지부 342: 유입공
344: 슬릿 345: 절단산소유로
346: 절단산소분사구 347: 혼합가스분사구
350: 인젝팅코어 351: 테이퍼면
353: 예열산소분사공 360: 인젝팅캡
361: 테이퍼면 362: 인젝팅유로

Claims

가스 상태의 산소 및 연료가스가 각각 유동되는 밸브뭉치 및 상기 밸브뭉치에 결합되고 화구가 형성된 노즐뭉치를 갖는 가스절단기로서,
상기 밸브뭉치에는 상기 산소가 절단산소 및 예열산소로 분기되어 상기 노즐뭉치로 각각 유동되도록 하는 분기부가 형성되고,
상기 노즐뭉치는,
선단부에 상기 화구가 형성된 팁; 및
상기 팁이 결합되는 헤드프레임을 포함하고,
상기 헤드프레임의 내부에는, 인젝팅코어 및, 상기 밸브뭉치로부터 유입된 상기 절단산소가 상기 팁으로 유동되는 절단산소유로와, 상기 밸브뭉치로부터 유입된 상기 예열산소 및 상기 연료가스가 상기 팁으로 유동되는 인젝팅유로와, 상기 인젝팅유로로 유입되는 상기 예열산소는 상기 인젝팅코어의 중심부에 위치한 좁고 일정 길이를 갖는 관로 형상으로 형성된 예열산소유로를 통하여 인젝팅함으로써 상기 인젝팅된 예열산소와 상기 연료가스가 혼합되지 않고 층상구조를 갖는 층류를 유지한 채 상기 인젝팅유로에서 유동되도록 하는 인젝팅부가 각각 형성되며,
상기 팁의 후단부에는 상기 절단산소유로와 연결되는 절단산소유입공 및 상기 인젝팅유로와 매칭되어 연결되는 유입공이 각각 형성되고,
상기 팁 내부에는 상기 유입공으로부터 유입된 상기 예열산소와 상기 연료가스가 와류를 형성하여 가연성의 혼합가스가 생성되도록 상기 유입공보다 넓은 단면적을 갖는 혼합실이 형성된, 가스절단기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 인젝팅부는
선단부로 갈수록 외경이 감소되는 테이퍼면 및 후단부로 유입된 상기 예열산소가 선단으로 분사되는 예열산소분사공이 형성된 인젝팅코어; 및
상기 인젝팅코어의 선단부와 상응하는 형상을 갖고, 상기 인젝팅코어의 선단 방향에 이격 배치되며, 중심부에는 상기 인젝팅유로가 형성된 인젝팅캡을 포함하고,
상기 인젝팅코어 및 상기 인젝팅캡 사이에는 상기 밸브뭉치로부터 유입된 상기 연료가스가 상기 인젝팅유로로 유동되는 연료가스챔버가 형성된 가스절단기.
제3항에 있어서,
상기 인젝팅코어 및 상기 인젝팅캡은 상기 헤드프레임과 각각 일체로 형성된 가스절단기.
제1항에 있어서,
상기 헤드프레임은
상기 헤드프레임에 형성된 분배기삽입공에 삽입 결합된 원통형 분배기를 포함하고,
상기 분배기는
상기 분배기의 외주면에 함입 형성되어 상기 절단산소가 상기 절단산소유로를 통하여 유동되도록 하는 절단산소유로홈이 형성된 분배기 본체; 및
상기 분배기 본체의 선단부에 형성되고, 상기 분배기의 선단 방향으로 갈수록 외경이 감소되도록 형성된 테이퍼면, 상기 분배기의 외주면으로부터 중심부와 연결되어 배치된 예열산소유입공, 상기 예열산소유입공의 상기 중심부에 배치된 부분으로부터 상기 분배기의 선단까지 연결 형성되어 상기 예열산소유입공으로 유입된 상기 예열산소가 상기 분배기의 선단으로 분사되도록 하는 예열산소분사공을 갖는 인젝팅코어부를 포함하며,
상기 헤드프레임에는
상기 인젝팅코어부와 상응하는 형상을 갖고 중심부는 상기 인젝팅유로와 연결된 인젝팅캡부와, 상기 인젝팅코어부 및 상기 인젝팅캡부 사이에 상기 밸브뭉치로부터 유입된 상기 연료가스가 상기 인젝팅유로로 유동되는 연료가스챔버가 각각 형성되고,
상기 인젝팅코어부, 상기 인젝팅캡부 및 상기 연료가스챔버는 상기 인젝팅부를 형성하는 가스절단기.
제5항에 있어서,
상기 분배기의 외주면 중 상기 테이퍼면 및 상기 예열산소유입공의 사이 부분과, 상기 예열산소유입공 및 상기 절단산소유로홈의 사이 부분과, 상기 절단산소유로홈보다 후단 방향의 부분은 상기 분배기 결함홈의 내주면과 각각 용접 결합된 가스절단기.
제6항에 있어서,
상기 용접 결합은,
상기 분배기의 외주면 중 상기 테이퍼면 및 상기 예열산소유입공의 사이 부분과, 상기 예열산소유입공 및 상기 절단산소유로홈의 사이 부분과, 상기 절단산소유로홈보다 후단 방향의 부분에 용접홈이 각각 형성되고,
상기 용접홈에 각각 수용된 링 형상의 용접봉 또는 분말 상태의 용접재가 가열에 의해 상기 분배기삽입공의 내주면에 융착되어 이루어진 가스절단기.
제1항에 있어서,
상기 헤드프레임은
상기 헤드프레임에 형성된 인젝팅코어삽입공에 삽입되고, 선단부로 갈수록 외경이 감소되는 테이퍼면 및 후단부로 유입된 상기 예열산소가 선단으로 분사되는 예열산소분사공이 형성된 인젝팅코어;
상기 인젝팅코어삽입공에 연결 형성된 캡삽입공의 내측에 삽입되고, 상기 예열산소가 상기 절단산소유로로 유입되는 것을 방지하는 내측캡; 및
상기 캡삽입공을 커버하여 상기 절단산소가 상기 헤드프레임 외부로 유출되는 것을 방지하는 외측캡을 포함하고,
상기 헤드프레임에는
상기 인젝팅코어와 상응하는 형상을 갖고 상기 인젝팅코어의 선단 방향에 이격 배치되며 중심부는 상기 인젝팅유로와 연결된 인젝팅캡부와, 상기 인젝팅코어 및 상기 인젝팅캡부 사이로 상기 밸브뭉치로부터 유입된 상기 연료가스가 상기 인젝팅유로로 유동되는 연료가스챔버가 각각 형성되며,
상기 인젝팅코어, 상기 인젝팅캡부 및 상기 연료가스챔버는 상기 인젝팅부를 형성하는 가스절단기.
제8항에 있어서,
상기 인젝팅코어의 외주면과 상기 인젝팅코어삽입공의 내주면, 상기 내측캡의 외주면과 상기 캡삽입공의 내측 내주면 및 상기 외측캡의 외주면과 상기 캡삽입공의 외측 내주면은 각각 용접 결합된 가스절단기.
제9항에 있어서,
상기 용접 결합은,
상기 인젝팅코어, 상기 내측캡 및 상기 외측캡의 외주면에는 용접홈이 각각 형성되고,
상기 용접홈에 각각 수용된 링 형상의 용접봉 또는 분말 상태의 용접재가 가열에 의해 상기 인젝팅코어삽입공 및 상기 캡삽입공 내주면에 융착되어 이루어진 가스절단기.
제1항, 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팁의 후단면에는 상기 절단산소유로를 통하여 상기 팁으로 유입되는 절단산소가 유동되는 홈 형상의 냉각유로가 형성된 가스절단기.
제11항에 있어서,
상기 냉각유로는, 상기 절단산소유로로부터 상기 팁의 후단면의 가장자리 방향을 향하여 방사상으로 형성된 복수의 직선형 냉각유로 및 상기 후단면의 가장자리 부분을 따라 형성되고 상기 직선형 냉각유로의 단부를 서로 연결하는 곡선형 냉각유로를 갖는 가스절단기.
제1항, 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 헤드프레임에는 상기 팁의 후단부가 안착되는 안착홈이 형성되고,
상기 헤드프레임은 상기 안착홈에 일단부가 돌출되도록 결합된 고정핀을 포함하며,
상기 팁의 후단부에 상기 고정핀이 삽입되는 핀삽입공이 형성되어, 상기 고정핀이 상기 핀삽입공에 삽입되면 상기 유입공이 상기 인젝팅유로와 연결되거나,
상기 유입공이 복수로 형성되어, 상기 고정핀이 복수의 상기 유입공 중 어느 하나에 삽입되면, 복수의 상기 유입공 중 다른 하나는 상기 인젝팅유로와 연결되는 가스절단기.
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