KR102590545B1 - 화염 노즐 및 이를 포함하는 화염 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 출원은 화염 노즐에 관한 것으로, 내부에 유로가 형성된 화염 노즐에 있어서, 제1 바디 및 상기 제1 바디로부터 돌출된 형상의 핀을 포함하는 제1 전도성 구조체; 상기 제1 전도성 구조체의 외부에 배치되고 상기 제1 전도성 구조체를 둘러싸는 절연체(insulator) - 상기 절연체에는 상기 유로의 적어도 일부를 정의하는 내부 공간이 형성됨 - ; 및 상기 절연체의 외부에 배치되고 상기 절연체를 둘러싸는 제2 바디 및 상기 제2 바디로부터 돌출된 팁을 포함하는 플로팅 전도성 구조체를 포함하고, 상기 플로팅 전도성 구조체는 전기적으로 플로팅되고, 상기 플로팅 전도성 구조체의 외면은 대기와 접촉하고, 상기 제1 전도성 구조체로 고전압이 인가됨에 따라 상기 제1 전도성 구조체의 상기 핀과 상기 플로팅 전도성 구조체의 상기 팁 사이에는 전압차가 발생하고, 상기 화염 노즐의 상기 유로의 일단으로 공급된 연료 가스는 상기 전압차에 의해 점화되어 화염이 발생한다.

Description

화염 노즐 및 이를 포함하는 화염 발생 장치{FLAME NOZZLE AND FLAME GENERATING DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 출원은 화염 노즐 및 이를 포함하는 화염 발생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료 공급 및 전압 인가에 따라 화염이 발생하는 화염 노즐 및 이를 포함하는 화염 발생 장치에 관한 것이다.

일반적으로 화염 발생 장치는 이그나이터, 아킹 발생기, 스파크 발생기 등 별도의 점화 기구로 노즐에 공급되는 연료를 점화시켜 화염을 발생시킨다.

그러나, 노즐에 연료와 함께 전압, 특히 고전압이 지속적으로 인가되어야 하는 경우 파워 서플라이 등에 의해 인가되는 고전압으로 인해 점화 기구가 손상되는 문제가 있다. 또한, 연료를 점화시키기 위해 점화 기구가 동작하는 경우 점화 기구는 순식간에 높은 전압과 전류를 발생시키므로 이에 의해 파워 서플라이 등 화염 발생 장치의 다른 구성이 손상되는 문제가 있다.

본 출원에서 해결하고자 하는 일 과제는 별도의 점화 기구를 포함하지 않는 화염 발생 장치를 제공하는 것에 있다.

본 출원에서 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 출원으로부터 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시예에 따르면, 내부에 유로가 형성된 화염 노즐에 있어서, 제1 바디 및 상기 제1 바디로부터 돌출된 형상의 핀을 포함하는 제1 전도성 구조체; 상기 제1 전도성 구조체의 외부에 배치되고 상기 제1 전도성 구조체를 둘러싸는 절연체(insulator) - 상기 절연체에는 상기 유로의 적어도 일부를 정의하는 내부 공간이 형성됨 - ; 및 상기 절연체의 외부에 배치되고 상기 절연체를 둘러싸는 제2 바디 및 상기 제2 바디로부터 돌출된 팁을 포함하는 플로팅 전도성 구조체를 포함하고, 상기 플로팅 전도성 구조체는 전기적으로 플로팅되고, 상기 플로팅 전도성 구조체의 외면은 대기와 접촉하고, 상기 제1 전도성 구조체로 고전압이 인가됨에 따라 상기 제1 전도성 구조체의 상기 핀과 상기 플로팅 전도성 구조체의 상기 팁 사이에는 전압차가 발생하고, 상기 화염 노즐의 상기 유로의 일단으로 공급된 연료 가스는 상기 전압차에 의해 점화되어 화염이 발생하는 화염 노즐이 제공될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 화염 노즐을 포함하는 화염 노즐부; 상기 화염 노즐에 고전압을 인가하는 고전압 전원부; 및 상기 화염 노즐에 연료를 공급하는 연료 공급부를 포함하고, 상기 화염 노즐은, 제1 바디 및 상기 제1 바디로부터 돌출된 형상의 핀을 포함하는 제1 전도성 구조체; 상기 제1 전도성 구조체의 외부를 둘러싸는 절연체(insulator); 및 상기 절연체의 외부를 둘러싸는 제2 바디 및 상기 제2 바디로부터 돌출된 팁을 포함하는 플로팅 전도성 구조체를 포함하고, 상기 플로팅 전도성 구조체는 전기적으로 플로팅되고, 상기 플로팅 전도성 구조체의 외면은 대기와 접촉하고, 상기 고전압 전원부가 상기 제1 전도성 구조체에 고전압을 인가함에 따라 상기 제1 전도성 구조체의 상기 핀과 상기 플로팅 전도성 구조체의 상기 팁 사이에는 전압차가 발생하고, 상기 연료 공급부가 상기 화염 노즐로 공급한 연료 가스는 상기 전압차에 의해 점화되어 화염이 발생하는 화염 발생 장치가 제공될 수 있다.

본 출원의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단으로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 출원으로부터 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시예에 따르면, 고전압이 인가됨으로 인해 아킹이 발생하는 화염 노즐 및 상기 화염 노즐을 포함하여 별도의 점화 기구가 필요하지 않은 화염 발생 장치가 제공된다.

본 출원의 발명의 효과가 상술한 효과로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 출원으로부터 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른 화염 발생 장치에 관한 도면이다.
도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 화염 노즐에 관한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 화염 노즐에서 화염이 발생하고 소멸하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 코로나 방전이 아닌 아킹이 발생하기에 적합한 핀의 크기를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 화염 발생 장치를 이용한 미세 입자 농도 저감을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 변형 화염 노즐에 관한 도면이다.

본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 가능한 현재 널리 사용되고 있는 일반적인 용어를 선택하였으나 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 의도, 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 다만, 이와 달리 특정한 용어를 임의의 의미로 정의하여 사용하는 경우에는 그 용어의 의미에 관하여 별도로 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가진 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.

본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것으로 도면에 도시된 형상은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 필요에 따라 과장되어 표시된 것일 수 있으므로 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략하기로 한다.

일 실시예에 따르면, 내부에 유로가 형성된 화염 노즐에 있어서, 제1 바디 및 상기 제1 바디로부터 돌출된 형상의 핀을 포함하는 제1 전도성 구조체; 상기 제1 전도성 구조체의 외부에 배치되고 상기 제1 전도성 구조체를 둘러싸는 절연체(insulator) - 상기 절연체에는 상기 유로의 적어도 일부를 정의하는 내부 공간이 형성됨 - ; 및 상기 절연체의 외부에 배치되고 상기 절연체를 둘러싸는 제2 바디 및 상기 제2 바디로부터 돌출된 팁을 포함하는 플로팅 전도성 구조체를 포함하고, 상기 플로팅 전도성 구조체는 전기적으로 플로팅되고, 상기 플로팅 전도성 구조체의 외면은 대기와 접촉하고, 상기 제1 전도성 구조체로 고전압이 인가됨에 따라 상기 제1 전도성 구조체의 상기 핀과 상기 플로팅 전도성 구조체의 상기 팁 사이에는 전압차가 발생하고, 상기 화염 노즐의 상기 유로의 일단으로 공급된 연료 가스는 상기 전압차에 의해 점화되어 화염이 발생하는 화염 노즐이 제공될 수 있다.

상기 화염 노즐은 상기 핀과 상기 팁 사이의 공간인 아킹 영역을 포함하고, 상기 아킹 영역에서 상기 전압차에 의해 아킹이 발생하고, 상기 공급된 연료 가스가 상기 아킹이 발생하고 있는 아킹 영역을 지나감에 따라 점화되어 화염이 발생할 수 있다.

상기 제1 전도성 구조체의 상기 제1 바디의 외면은 상기 절연체의 내면과 접촉하고, 상기 제1 전도성 구조체의 상기 핀은 상기 절연체의 내면과 소정의 간격을 갖도록 이격되고, 상기 플로팅 전도성 구조체의 내면은 상기 절연체의 외면과 접촉할 수 있다.

상기 제1 전도성 구조체의 상기 핀은, 상기 절연체에 의해 둘러싸인 제1 부분 및 상기 절연체에 의해 둘러싸이지 않은 제2 부분을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 화염 노즐을 포함하는 화염 노즐부; 상기 화염 노즐에 고전압을 인가하는 고전압 전원부; 및 상기 화염 노즐에 연료를 공급하는 연료 공급부를 포함하고, 상기 화염 노즐은, 제1 바디 및 상기 제1 바디로부터 돌출된 형상의 핀을 포함하는 제1 전도성 구조체; 상기 제1 전도성 구조체의 외부를 둘러싸는 절연체(insulator); 및 상기 절연체의 외부를 둘러싸는 제2 바디 및 상기 제2 바디로부터 돌출된 팁을 포함하는 플로팅 전도성 구조체를 포함하고, 상기 플로팅 전도성 구조체는 전기적으로 플로팅되고, 상기 플로팅 전도성 구조체의 외면은 대기와 접촉하고, 상기 고전압 전원부가 상기 제1 전도성 구조체에 고전압을 인가함에 따라 상기 제1 전도성 구조체의 상기 핀과 상기 플로팅 전도성 구조체의 상기 팁 사이에는 전압차가 발생하고, 상기 연료 공급부가 상기 화염 노즐로 공급한 연료 가스는 상기 전압차에 의해 점화되어 화염이 발생하는 화염 발생 장치가 제공될 수 있다.

상기 화염 발생 장치는, 상기 고전압 전원부를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 고전압 전원부가 측정한 전류의 세기에 기초하여 점화 여부를 판단하고, 점화된 것으로 판단하는 경우, 상기 고전압 전원부가 출력하는 전압의 세기를 변경할 수 있다.

본 출원의 실시예들에 따르면, 화염 발생 장치가 개시된다.

도 1은 일 실시예에 따른 화염 발생 장치에 관한 도면이다. 도 1을 참고하면, 일 실시예에 따른 화염 발생 장치(100)는 고전압 전원부(110), 연료 공급부(120), 화염 노즐부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 화염 발생 장치(100)에서, 화염 노즐부(130)는 고전압 전원부(110)로부터 고전압을 인가받고 연료 공급부(120)로부터 연료를 공급받는다. 화염 노즐부(130)로 공급된 연료는 화염 노즐부(130)에 인가된 고전압에 의해 발화되어 화염 노즐부(130)로부터 화염이 발생한다. 이때, 고전압 전원부(110)는 제어부(140)의 제어에 의해 화염 노즐부(130)로 고전압을 인가한다. 또한, 연료 공급부(120)는 제어부(140)의 제어에 의해 화염 노즐부(130)로 연료를 공급한다.

고전압 전원부(110)는 고전압을 생성한다. 고전압 전원부(110)는 수 kV 내지 수십 kV 또는 그 이상의 전압을 생성할 수 있다. 이때, 고전압 전원부(110)가 생성하는 전압의 극성은 (+)일 수도 있고, (-)일 수도 있다. 고전압 전원부(110)는 통상적인 파워 서플라이일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

고전압 전원부(110)는 화염 노즐부(130)에 고전압을 인가할 수 있다. 고전압 전원부(110)는 전선 등의 부재를 통해 화염 노즐부(130)와 전기적으로 연결될 수 있다.

연료 공급부(120)는 화염 노즐부(130)에 연료(예: 연료 가스)를 공급한다. 연료의 예로는 LPG, 메테인, 아세틸렌, 뷰테인, 이소뷰테인 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

연료 공급부(120)는 연료를 저장하는 연료 컨테이너 및 연료 컨테이너와 화염 노즐부(130)를 연결하여 연료 컨테이너로부터 화염 노즐부(130)로 연료를 운반하는 연료 공급관(예: 호스)을 포함할 수 있다.

연료 컨테이너는 화염 발생 장치와 일체화되어 제공될 수 있다. 이 경우, 연료 컨테이너에는 주기적으로 연료가 채워질 수 있다.

또는, 연료 컨테이너는 카트리지와 같이 교체 가능한 형태로 제공될 수 있다. 이 경우, 기존의 연료 컨테이너 자체를 새로운 연료 컨테이너로 교체함으로써 화염 발생 장치에 연료가 다시 채워질 수 있다. 또한, 이 경우 화염 발생 장치는 연료 컨테이너의 탈부착을 위한 수용부를 포함할 수 있다.

연료 공급부(120)는 연료 공급량을 조절하기 위한 연료 조절부를 더 포함할 수 있다. 연료 조절부의 예로는 압력 조절기(pressure regulator), 밸브 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

화염 노즐부(130)는 하나 이상의 화염 노즐(flame nozzle)을 포함한다.

화염 노즐은 고전압 전원부(110)로부터 고전압을 인가받고 연료 공급부(120)로부터 연료를 공급받는다. 화염 노즐로 공급된 연료는 화염 노즐에 인가된 고전압에 의해 발화되고, 이에 따라 화염 노즐로부터 화염이 발생한다.

제어부(140)는 화염 발생 장치(100)를 구성하는 다른 구성 요소를 제어할 수 있다.

제어부(140)는 고전압 전원부(110)를 제어할 수 있다. 일 예로, 제어부(140)는 고전압 전원부(110)가 인가하는 전압의 세기를 제어할 수 있다. 다른 예로, 제어부(140)는 고전압 전원부(110)가 전압을 인가하는 시점을 제어할 수 있다.

제어부(140)는 연료 공급부(120)를 제어할 수 있다. 일 예로, 제어부(140)는 연료 조절부를 제어하여 연료 공급부(120)가 공급하는 연료의 양을 조절할 수 있다. 다른 예로, 제어부(140)는 연료 조절부를 제어하여 연료 공급부(120)가 연료를 공급하는 시점을 조절할 수 있다.

제어부(140)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 따라 컴퓨터나 MCU 또는 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다. 하드웨어적으로 제어부(140)는 하나 또는 복수의 프로세서(processor)일 수 있다. 소프트웨어적으로 제어부(140)는 하드웨어적인 제어부(140)를 구동시키는 프로그램 형태로 제공될 수 있다.

이하에서 특별한 언급이 없는 경우에는, 화염 발생 장치(100)의 동작은 제어부(140)의 제어에 의해 수행되는 것으로 해석될 수 있다.

전술한 구성 요소 모두가 화염 발생 장치(100)의 필수 구성 요소인 것은 아니고, 전술한 화염 발생 장치(100)의 구성 요소 중 적어도 일부가 생략될 수도 있다.

뿐만 아니라, 화염 발생 장치(100)는 전술하지 않은 구성 요소를 추가로 포함할 수 있다.

일 예로, 일 실시예에 따른 화염 발생 장치(100)는 통신부를 더 포함할 수 있다. 통신부는 사용자 단말 등 외부와 통신할 수 있다. 통신부는 사용자 단말 등을 통해 사용자로부터 화염 발생 장치(100)를 동작하기 위한 명령을 수신할 수 있다. 이에 따라 사용자는 화염 발생 장치(100)를 원격으로 제어할 수 있다. 일 예로, 사용자는 원격으로 고전압 전원부(110)가 화염 노즐부(130)에 인가하는 전압의 온/오프를 제어하거나, 전압의 세기를 제어할 수 있다. 다른 예로, 사용자는 원격으로 연료 공급부(120)가 화염 노즐부(130)에 공급하는 연료의 온/오프를 제어하거나, 연료의 양을 제어할 수 있다.

다른 예로, 일 실시예에 따른 화염 발생 장치(100)는 에어 펌프를 더 포함할 수 있다. 에어 펌프는 화염 노즐에 공기를 공급할 수 있다. 에어 펌프에서 공급하는 공기 및 연료 공급부(120)에서 공급하는 연료는 혼합기에서 혼합되어 화염 노즐로 공급될 수도 있다.

이하에서는 화염 발생 장치의 구성 요소 중 화염 노즐 및 이를 이용한 점화 과정과 화염 발생에 대해 설명한다.

본 출원의 실시예들에 따르면, 화염 노즐이 개시된다.

일 실시예에 따르면, 화염 노즐에는 유로가 형성된다. 연료 공급부로부터 공급받은 연료는 상기 유로를 통해 흐를 수 있다.

유로는 상기 유로의 일단에 대응하고 연료 공급부로부터 연료를 공급받는 인렛 및 상기 유로의 타단에 대응하는 아웃렛을 포함한다. 이하에서는 인렛으로부터 아웃렛을 향하는 방향을 유로 방향으로 지칭한다.

유로는 소정의 사이즈(예: 지름)를 갖도록 형성될 수 있다. 유로는 원하는 화염의 크기, 원하는 연료의 flow rate 등에 따라 적절한 사이즈로 설계될 수 있다.

유로의 사이즈는 유로 방향을 따라 균일할 수 있다.

또는, 유로의 사이즈는 유로 방향을 따라 변화할 수 있다. 예를 들어, 유로는 주변보다 작은 사이즈의 좁은 유로를 포함할 수 있다. 상기 좁은 유로는 화염 노즐이 생성하는 화염을 기준으로 이보다 인렛에 가까운 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 상기 좁은 유로가 형성되는 경우, 화염이 화염 노즐 내부로 역류하여 연료 공급부 방향으로 역류하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 화염과 좁은 유로 사이의 거리가 너무 멀어지지 않도록 설계하는 것이 바람직하다.

이하에서는 화염 노즐의 구성 요소들에 대해 설명한다.

도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 화염 노즐에 관한 도면으로, 도 2의 (a)는 일 방향에서 보여지는 화염 노즐의 사시도이며 (b)는 상기 일 방향과 다른 방향에서 보여지는 화염 노즐의 사시도이고, 도 3은 도 2의 (a)의 A-A 방향에 따른 단면도 및 상기 단면도의 2점 쇄선으로 표시한 영역을 확대한 도면이다. 이하에서는 도 2 및 도 3을 참고하여 화염 노즐에 대해 설명한다. 또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 z축 방향을 높이 방향으로 표현하고, 이에 따라 도 2 및 도 3의 위쪽 부분(z값이 큰 부분)을 상부, 아래쪽 부분(z값이 작은 부분)을 하부, 특정 z값을 갖는 위치를 높이로 표현하나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로 화염 노즐이 반드시 이러한 방향으로 배치되어야 함을 의미하는 것은 아니다.

일 실시예에 따르면, 화염 노즐(1300)은 절연체(insulator, 1310), 제1 전도성 구조체(first conductive structure, 1320), 및 제2 전도성 구조체(second conductive structure, 1330)를 포함할 수 있다.

상기 절연체(1310)는, 대체적으로, 상기 제1 전도성 구조체(1320)와 상기 제2 전도성 구조체(1330) 사이에 개재된다.

이하에서 자세히 설명하겠지만, 상기 제1 전도성 구조체(1320)는 상기 절연체(1310)에 제공되는 내부 공간에 배치되며, 상기 제2 전도성 구조체(1330)는 상기 절연체(1310)의 외측에 배치된다.

이하에서는, 상기 절연체(1310), 상기 제1 전도성 구조체(1320) 및 상기 제2 전도성 구조체(1330) 순서로 자세히 설명한다.

절연체(1310)는 내부 공간을 한정하고 소정의 두께를 갖는 절연체 벽을 포함한다. 여기서, 절연체 벽의 두께란 절연체 벽의 내면과 외면 사이의 특정 높이에서의 두께를 의미한다.

절연체(1310)는 세라믹(예: 알루미나)과 같은 절연성 물질로 제공될 수 있다.

상기 절연체 벽은 충분한 내전압성을 확보할 수 있도록 소정의 두께 이상으로 제작될 수 있다. 여기서, 충분한 내전압성이란 제1 전도성 구조체와 제2 전도성 구조체 사이에서 상기 절연체 벽을 통해 전류가 흐르지 않을 정도의 내전압성을 의미한다. 충분한 내전압성을 확보하기 위한 상기 절연체 벽의 최소 두께는 제1 전도성 구조체와 제2 전도성 구조체 사이의 전압차, 상기 절연체 벽을 구성하는 물질 등에 따라 달라질 수 있다.

상기 절연체(1310)는 상부에 위치하는 제1 절연체 영역(1310a) 및 하부에 위치하는 제2 절연체 영역(1310b)을 가질 수 있다.

상기 제1 절연체 영역(1310a)에 위치하는 상기 절연체 벽의 일부(이하, 제1 절연체 벽)는 제1 두께를 가질 수 있고, 상기 제2 절연체 영역(1310b)에 위치하는 상기 절연체 벽의 일부(이하, 제2 절연체 벽)는 제2 두께를 가질 수 있다. 상기 제1 두께와 상기 제2 두께는 서로 동일할 수도 있으며, 서로 상이할 수도 있다. 본 출원에 의해 개시되는 화염 노즐에 있어서, 상기 제2 두께가 상기 제1 두께보다 더 큰 것이 바람직하다.

상기 제1 절연체 벽의 내경(예를 들어, 상기 제1 절연체 벽에 의해 정의되는 내부 공간의 폭)은 상기 제2 절연체 벽(예를 들어, 상기 제2 절연체 벽에 의해 정의되는 내부 공간의 폭)의 내경과 서로 동일할 수도 있으며, 서로 상이할 수도 있다.

상기 제1 절연체 벽의 외경은 상기 제2 절연체 벽의 외경과 서로 동일할 수도 있으며, 서로 상이할 수도 있다. 본 출원에 의해 개시되는 화염 노즐에 있어서, 상기 제2 절연체 벽의 외경은 상기 제1 절연체 벽의 외경보다 더 큰 것이 바람직하다.

상기 제1 절연체 벽에 의해 정의되는 내부 공간에 유로의 일부가 배치될 수 있다.

일 예로, 상기 제1 절연체 벽의 적어도 일부는 유로의 일부를 정의할 수 있다. 즉, 상기 제1 절연체 벽의 적어도 일부의 내면은 화염 노즐로 공급된 연료와 접촉할 수 있다.

다른 예로, 상기 제1 절연체 벽의 적어도 일부의 내부에는 유로를 정의하는 다른 구성 요소가 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 절연체 벽의 적어도 일부의 내면은 상기 다른 구성 요소의 외측과 접촉하고, 상기 다른 구성 요소의 내측은 화염 노즐로 공급된 연료와 접촉할 수 있다.

또 다른 예로, 상기 제1 절연체 벽의 일부는 유로를 정의하고, 나머지의 내부에는 유로를 정의하는 다른 구성 요소가 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 절연체 벽의 일부의 내면은 화염 노즐로 공급된 연료와 접촉하고, 상기 제1 절연체 벽의 나머지의 내면은 상기 다른 구성 요소의 외측과 접촉하고, 상기 다른 구성 요소의 내측은 화염 노즐로 공급된 연료와 접촉할 수 있다. 이때, 상기 제1 절연체 벽의 상부는 유로를 정의하고, 하부의 내부에는 유로를 정의하는 다른 구성 요소가 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 제2 절연체 벽에 의해 정의되는 내부 공간에 유로의 일부가 배치될 수 있다. 이에 대해서는 전술한 상기 제1 절연체 벽에 관한 내용이 적용될 수 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.

제1 전도성 구조체(1320)는 제1 바디(1321) 및 핀(1322)을 포함할 수 있다.

제1 전도성 구조체(1320)는 금속과 같은 전도성 물질로 제공될 수 있다. 이때, 제1 바디와 핀은 동일한 물질로 제공될 수 있다. 또는, 제1 바디와 핀은 상이한 물질로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 바디와 핀 중 핀만 추가적으로 아노다이징(anodizing)될 수 있다.

제1 바디(1321)는 내부 공간을 한정하고 소정의 두께를 갖는 제1 벽을 포함한다. 여기서, 제1 벽의 두께란 제1 벽의 내면과 외면 사이의 특정 높이에서의 두께를 의미한다.

상기 제1 벽의 상부 영역은 제1 두께를 가질 수 있고, 하부 영역은 제2 두께를 가질 수 있다. 상기 제1 두께와 상기 제2 두께는 서로 동일할 수도 있으며, 서로 상이할 수도 있다. 본 출원에 의해 개시되는 화염 노즐에 있어서, 상기 제2 두께가 상기 제1 두께보다 더 큰 것이 바람직하다.

상기 제1 벽의 상부 영역의 내경(예를 들어, 상기 상부 영역에 의해 정의되는 내부 공간의 폭)은 상기 제1 벽의 하부 영역의 내경(예를 들어, 상기 하부 영역에 의해 정의되는 내부 공간의 폭)과 서로 동일할 수도 있으며, 서로 상이할 수도 있다.

상기 제1 벽의 상부 영역의 외경은 하부 영역의 외경과 서로 동일할 수도 있으며, 서로 상이할 수도 있다. 본 출원에 의해 개시되는 화염 노즐에 있어서, 상기 하부 영역의 외경은 상기 상부 영역의 외경보다 더 큰 것이 바람직하다.

상기 제1 벽에 의해 정의되는 내부 공간에 유로의 일부가 배치될 수 있다.

일 예로, 상기 제1 벽의 적어도 일부는 유로의 일부를 정의할 수 있다. 즉, 상기 제1 벽의 적어도 일부의 내면은 화염 노즐로 공급된 연료와 접촉할 수 있다.

다른 예로, 상기 제1 벽의 적어도 일부의 내부에는 유로를 정의하는 다른 구성 요소가 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 벽의 적어도 일부의 내면은 상기 다른 구성 요소의 외측과 접촉하고, 상기 다른 구성 요소의 내측은 화염 노즐로 공급된 연료와 접촉할 수 있다.

또 다른 예로, 상기 제1 벽의 일부는 유로를 정의하고, 나머지의 내부에는 유로를 정의하는 다른 구성 요소가 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 벽의 일부의 내면은 화염 노즐로 공급된 연료와 접촉하고, 상기 제1 벽의 나머지의 내면은 상기 다른 구성 요소의 외측과 접촉하고, 상기 다른 구성 요소의 내측은 화염 노즐로 공급된 연료와 접촉할 수 있다.

핀(1322)은 일 방향을 따라 연장된 긴 몸체(elongated body)를 가질 수 있다. 핀(1322)의 연장 방향은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 높이 방향일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 핀(1322)의 연장 방향은 높이 방향과 소정의 각도(예: 약 5도, 10도, 15도 등)를 가질 수도 있다.

핀(1322)은 소정 크기의 단면적을 갖는다. 여기서, 단면적이란 특정 높이에서의 단면적을 의미한다. 핀(1322)의 단면적은 높이에 따라 균일할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

핀(1322)의 단면적은 일정 크기 이상일 수 있다. 이에 따라 핀(1322)에서 코로나 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 코로나 방전이 아닌 아킹이 발생하기에 적합한 핀(1322)의 크기를 산출하는 것에 대한 내용은 후술한다.

핀(1322)은 제1 바디(1321)와 연결될 수 있다. 이 경우, 핀(1322)은 제1 바디(1321)로부터 돌출된 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 핀(1322)은 제1 바디(1321)로부터 높이 방향으로 돌출된 형상으로 제공될 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 핀(1322)은 제1 바디와 동축 상에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 바디와 핀(1322)은 일체형으로 제공되거나, 서로 분리 가능하게 제공될 수 있다.

제1 전도성 구조체(1320)는 절연체(1310)의 내부 공간(예: 절연체 벽이 한정하는 내부 공간)에 배치될 수 있다. 이 경우, 절연체(1310)는 제1 전도성 구조체(1320)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.

제1 전도성 구조체(1320)의 핀의 말단은 절연체(1310)의 말단보다 높이 방향으로 더 돌출될 수 있다. 이에 따라, 핀은 절연체(1310)에 의해 둘러싸이는 제1 부분(1322a) 및 둘러싸이지 않는 제2 부분(1322b)을 포함할 수 있다.

제1 전도성 구조체(1320)의 적어도 일부는 절연체(1310)와 접촉할 수 있다. 예를 들어, 제1 전도성 구조체(1320)의 제1 바디는 절연체(1310)와 접촉할 수 있다. 이 경우, 제1 바디의 외면은 절연체(1310)의 내면과 접촉할 수 있다. 반면, 제1 전도성 구조체(1320)의 핀은 절연체(1310)와 이격될 수 있다.

고전압 전원부(110)는 제1 전도성 구조체(1320)에 고전압을 인가할 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3을 참고하면, 제1 전도성 구조체(1320)는 그 하부 영역을 통해 고전압 전원부(110)와 전기적으로 연결되어 고전압 전원부(110)로부터 고전압을 인가받을 수 있다.

고전압 전원부(110)와의 전기적 연결을 위해, 제1 전도성 구조체(1320)는 전원 접속부를 더 포함할 수 있다. 제1 전도성 구조체(1320)는 전원 접속부를 통해 고전압 전원부(110)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3을 참고하면, 제1 전도성 구조체(1320)의 하부에 홈처럼 형성된 하나 이상의 전원 접속부(1321a, 1321b) 중 적어도 하나에 고전압 전원부(110)와 전기적으로 연결된 전선과 같은 부재가 접속되어 제1 전도성 구조체(1320)와 고전압 전원부(110)가 전기적으로 연결될 수 있다.

연료 공급부로부터 연료를 공급받기 위해, 제1 전도성 구조체(1320)는 연료 접속부를 더 포함할 수 있다. 제1 전도성 구조체(1320)는 연료 접속부를 통해 연료 공급부로부터 연료를 공급받을 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3을 참고하면, 제1 전도성 구조체(1320)의 하부에 형성된 연료 접속부에 연료 공급부의 연료 공급관이 접속되어 연료 공급부의 연료 컨테이너로부터 화염 노즐의 내부로 연료가 공급될 수 있다.

제2 전도성 구조체(1330)는 제2 바디(1331) 및 팁(1332)을 포함할 수 있다.

제2 전도성 구조체(1330)는 금속과 같은 전도성 물질로 제공될 수 있다. 이때, 제2 바디(1331)와 팁(1332)은 동일한 물질로 제공될 수 있다. 또는, 제2 바디(1331)와 팁(1332)은 상이한 물질로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제2 바디(1331)와 팁(1332) 중 팁(1332)만 추가적으로 아노다이징(anodizing)될 수 있다.

제2 바디(1331)는 내부 공간을 한정하고 소정의 두께를 갖는 제2 벽을 포함한다. 여기서, 제2 벽의 두께란 제2 벽의 내면과 외면 사이의 특정 높이에서의 두께를 의미한다.

상기 제2 벽의 상부 영역은 제1 두께를 가질 수 있고, 하부 영역은 제2 두께를 가질 수 있다. 상기 제1 두께와 상기 제2 두께는 서로 동일할 수도 있으며, 서로 상이할 수도 있다.

상기 제2 벽의 상부 영역의 내경(예를 들어, 상기 상부 영역에 의해 정의되는 내부 공간의 폭)은 상기 제2 벽의 하부 영역의 내경(예를 들어, 상기 하부 영역에 의해 정의되는 내부 공간의 폭)과 서로 동일할 수도 있으며, 서로 상이할 수도 있다. 본 출원에 의해 개시되는 화염 노즐에 있어서, 상기 하부 영역의 내경은 상기 상부 영역의 내경보다 더 큰 것이 바람직하다.

상기 제2 벽의 상부 영역의 외경은 하부 영역의 외경과 서로 동일할 수도 있으며, 서로 상이할 수도 있다. 본 출원에 의해 개시되는 화염 노즐에 있어서, 상기 하부 영역의 외경은 상기 상부 영역의 외경보다 더 큰 것이 바람직하다.

팁(1332)은 일 방향을 따라 연장된 긴 몸체를 가질 수 있다. 팁(1332)의 연장 방향은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 높이 방향일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 팁(1332)의 연장 방향은 높이 방향과 소정의 각도(예: 약 5도, 10도, 15도 등)를 가질 수도 있다.

팁(1332)은 소정 크기의 단면적을 갖는다. 여기서, 단면적이란 특정 높이에서의 단면적을 의미한다. 팁(1332)의 단면적은 높이에 따라 균일할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

팁(1332)은 제2 바디(1331)와 연결될 수 있다. 이 경우, 팁(1332)은 제2 바디(1331)로부터 돌출된 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 팁(1332)은 제2 바디(1331)로부터 높이 방향으로 돌출된 형상으로 제공될 수 있다.

제2 바디(1331)와 팁(1332)은 일체형으로 제공되거나, 서로 분리 가능하게 제공될 수 있다.

제2 전도성 구조체(1330)의 표면 중 적어도 일부는 대기와 접촉할 수 있다. 이때, 제2 전도성 구조체(1330)는 대기와 접촉하는 표면을 통해 대기로 전하를 방출할 수 있다. 예를 들어, 제2 전도성 구조체(1330)는 field emission, 미세 코로나 방전, 공기 분자 충돌에 의한 charge exchange 등의 방법으로 대기로 전하를 방출할 수 있다. 도 2 및 도 3에서는 제2 전도성 구조체(1330)의 내면은 절연체(1310)와 접촉하고 외면은 대기와 접촉하므로, 제2 전도성 구조체(1330)는 그 외면을 통해 대기로 전하를 방출할 수 있다.

제2 전도성 구조체(1330)가 전하를 대기로 방출하는 속도는 제2 전도성 구조체(1330)가 대기와 접촉하는 표면적에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 속도는 제2 전도성 구조체(1330)가 대기와 접촉하는 표면적이 증가함에 따라 빨라질 수 있다.

일부 실시예에서, 제2 전도성 구조체(1330)의 표면에는 그루브가 형성될 수 있다. 특히, 제2 전도성 구조체(1330)의 대기와 접촉하는 표면에 그루브가 형성될 수 있다. 이 경우, 그루브가 형성되지 않은 경우에 비해 대기와 접촉하는 표면적의 증가 및/또는 국소적인 표면 전기장의 증가에 의해 제2 전도성 구조체(1330)가 전하를 대기로 방출하는 속도가 빨라질 수 있다.

일부 실시예에서, 제2 전도성 구조체(1330)의 표면은 거칠게 가공될 수 있다. 특히, 제2 전도성 구조체(1330)의 대기와 접촉하는 표면은 거칠게 가공될 수 있다. 이 경우, 거칠게 가공되지 않은 경우에 비해 대기와 접촉하는 표면적의 증가 및/또는 국소적인 표면 전기장의 증가에 의해 제2 전도성 구조체(1330)가 전하를 대기로 방출하는 속도가 빨라질 수 있다.

제2 전도성 구조체(1330)는 접지되거나 외부로부터 전원을 인가받을 수 있다.

또는, 제2 전도성 구조체(1330)는 전기적으로 플로팅(floating)될 수 있다. 여기서, 전기적으로 플로팅된다는 것은 접지되지 않은 상태 또는 외부로부터 직접적으로 전원이 인가되지 않은 상태를 의미한다. 이하에서는 플로팅된 제2 전도성 구조체(1330)를 플로팅 전도성 구조체라 지칭한다.

제2 전도성 구조체(1330)는 절연체(1310)의 외부에 배치될 수 있다.

제2 바디(1331)는 절연체(1310)의 외부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이때, 제2 바디(1331)는 절연체(1310)와 동축 상에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 2 및 도 3에서는 제2 바디(1331)가 xy 평면 상에서 절연체(1310)의 외부를 완전히(360도) 둘러싸는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 소정의 각도 이상(예: 90도 이상, 180도 이상, 270도 이상 등) 둘러싸도록 배치될 수 있다.

제2 전도성 구조체(1330)의 팁(1332)의 말단은 절연체(1310)의 말단과 실질적으로 동일한 높이까지 돌출될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 전도성 구조체(1330)의 적어도 일부는 절연체(1310)와 접촉할 수 있다. 예를 들어, 제2 전도성 구조체(1330)의 제2 바디(1331) 및 팁(1332)은 절연체(1310)와 접촉할 수 있다. 이 경우, 제2 바디(1331)의 내면 및 팁(1332)의 내면은 절연체(1310)의 외면과 접촉할 수 있다.

제2 전도성 구조체(1330)는 제1 전도성 구조체(1320)와 이격되어 배치된다.

제2 바디는 제1 전도성 구조체의 외부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이때, 제2 바디는 제1 전도성 구조체와 동축 상에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 2 및 도 3에서는 제2 바디(1331)가 xy 평면 상에서 제1 전도성 구조체의 외부를 완전히(360도) 둘러싸는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 소정의 각도 이상(예: 90도 이상, 180도 이상, 270도 이상 등) 둘러싸도록 배치될 수 있다.

팁(1332)은 핀(1322)과 서로 대응하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3을 참고하면, 팁(1332)과 핀(1322)은 모두 화염 노즐(1300)의 상부 영역에 배치될 수 있다. 또한, 도 2 및 도 3에는 팁(1332)의 연장 방향과 핀(1322)의 연장 방향이 서로 일치하도록 팁(1332)과 핀(1322)을 배치하는 경우를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 팁(1332)의 연장 방향과 핀(1322)의 연장 방향이 소정의 각도(예: 약 5도, 10도 15도 등)를 가질 수도 있다.

핀(1322)의 말단은 팁(1332)의 말단보다 높이 방향으로 더 돌출될 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 화염 노즐에서 화염이 발생하고 소멸하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

화염 노즐(1300)로 연료가 공급되면, 화염 노즐(1300)의 유로를 따라 연료가 흐른다. 화염 노즐(1300)에 전압이 인가되지 않는다면 유로의 인렛으로 공급된 연료는 아웃렛으로 방출될 것이다. (도 4의 (a)) 이때, 화염 노즐(1300)에 소정의 세기를 갖는 고전압이 인가되면, 제1 전도성 구조체와 제2 전도성 구조체 사이에 전압차가 발생한다. 상기 전압차에 의해 제1 전도성 구조체와 제2 전도성 구조체 사이에서 전류가 흐를 수 있다. 또한, 상기 전압차가 소정의 값보다 큰 경우 등 특정 상황에서는 핀과 팁 사이에서 아킹이 발생할 수 있다. (도 4의 (b)) 화염 노즐(1300)로 공급된 연료가 아킹이 발생한 영역을 지나가는 경우 발화하여 화염이 발생할 수 있다. (도 4의 (c)) 화염이 발생하고 연료가 지속적으로 공급된다면 화염 노즐(1300)에 전압이 인가되지 않더라도 화염이 유지될 수 있다. 물론, 전압을 인가하더라도 화염이 유지될 수 있고, 다만 이 경우에는 화염이 제1 전도성 구조체와 제2 전도성 구조체 사이에 전류 이동 통로가 되어 사실상 제1 전도성 구조체와 제2 전도성 구조체를 전기적으로 연결시키고, 따라서 아킹이 더 이상 발생하지 않는다. 이후 화염 노즐(1300)로의 연료 공급을 중단시키면 화염은 소멸한다. (도 4의 (d))

도 4에서는 화염이 발생하는데 있어 연료를 공급한 이후 전압을 인가하는 것으로 설명하였으나, 전압을 먼저 인가한 후에 연료를 공급하거나, 전압 인가와 연료 공급을 동시에 수행하는 경우에도 상기와 유사하게 화염이 발생할 수 있을 것이다.

전술한 바와 같이, 본 출원에 의해 개시되는 화염 노즐을 이용하여 화염을 발생시키기 위해서는 아킹이 발생해야 한다. 화염 노즐에서 아킹이 발생하기 위해서는 제1 전도성 구조체 및 제2 전도성 구조체 사이(핀과 팁 사이)에 충분한 전압차가 형성되어야 한다. 제1 전도성 구조체에 인가되는 전압을 천천히 승압시키는 경우, 아킹이 발생하기 전이라도 제1 전도성 구조체 및 제2 전도성 구조체 사이에 대기를 통해 전류가 흐를 수 있으므로, 제1 전도성 구조체와 제2 전도성 구조체 사이에서 아킹이 발생하기 위한 전압차가 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 제1 전도성 구조체에 인가되는 전압의 세기를 소정의 속도 이상으로 승압시켜야 제1 전도성 구조체 및 제2 전도성 구조체 사이에 충분한 전압차가 형성되어 아킹이 발생할 수 있다. 예를 들어, 제1 전도성 구조체에 인가되는 전압의 세기가 1ms 이하의 시간에서 0부터 60kV까지 승압되는 경우 아킹이 발생할 수 있다(승압 속도 60kV/ms). 다만, 아킹이 발생하기 위한 승압 속도가 이에 한정되는 것은 아니고, 핀과 팁의 형상, 제2 전도성 구조체의 대기와 접촉하는 표면적 등에 따라 달라질 수 있다. 이 중에서, 제2 전도성 구조체의 대기와 접촉하는 표면적이 승압 속도에 영향을 미치는 경우는 특히 제2 전도성 구조체가 플로팅 전도성 구조체인 경우로, 플로팅 전도성 구조체의 표면적이 작은 경우 제1 전도성 구조체로부터 전달된 전하 중 플로팅 전도성 구조체의 표면을 통해 대기로 방출되는 양이 적고, 따라서 표면적이 넓은 경우에 비해 승압 속도를 증가시켜야 제1 전도성 구조체와 플로팅 전도성 구조체 사이에 충분한 전압차가 형성되어 아킹이 발생할 수 있다. 다시 말해, 제2 전도성 구조체가 플로팅 전도성 구조체인 경우 대기와 접촉하는 표면적이 넓을수록 작은 승압 속도에서 아킹이 발생할 수 있다. 예시적으로, 표면적이 충분히 넓다면 0부터 60kV까지 수십 초의 시간동안 승압되는 경우 등 승압 속도가 느리더라도 아킹이 발생할 수 있다.

화염 발생 장치는 점화 이후 제1 전도성 구조체에 인가되는 전압의 세기를 점화를 위해 인가되는 전압의 세기와 동일하게 유지할 수 있다. 또는, 화염 발생 장치는 점화 이후 제1 전도성 구조체에 인가되는 전압의 세기를 점화를 위해 인가되는 전압의 세기와 상이하게 조절할 수 있다. 일 예로, 점화 이후 제1 전도성 구조체에는 더 이상 전압이 인가되지 않을 수 있다. 다른 예로, 점화 이후 제1 전도성 구조체에 인가되는 전압의 세기는 점화를 위해 인가되는 전압보다 크거나 또는 작을 수 있다.

화염 발생 장치는 전류에 기초하여 점화 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 화염 발생 장치는 고전압 전원부가 측정한 전류에 기초하여 점화 여부를 판단할 수 있다. 제1 전도성 구조체와 제2 전도성 구조체 사이에서 흐르는 전류는, 화염이 발생한 경우 화염이 발생하지 않은 경우에 비해 안정적으로 흐르므로, 화염 발생 장치는 전류 세기의 변화가 소정의 값보다 작은 경우 점화된 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 화염 발생 장치는 전류를 모니터링하여 점화 여부를 판단하고, 이에 따라 점화된 것으로 판단된 경우 제1 전도성 구조체에 인가되는 전압의 세기를 조절하여 점화 이후 제1 전도성 구조체에 인가되는 전압의 세기를 점화를 위해 인가되는 전압의 세기와 상이하게 조절할 수 있다.

한편, 코로나 방전이 아닌 아킹이 발생하기에 적합한 핀의 크기는 대략적으로 다음과 같이 산출할 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 코로나 방전이 아닌 아킹이 발생하기에 적합한 핀의 크기를 설명하기 위한 도면이다.

핀에 전압 V가 인가되면 핀 끝에서 대기를 향해 전기장 E₁이 발생하고, 핀과 팁 사이에서 전기장 E₂가 발생한다. 이때, E₁은 코로나 방전과 관계되고, E₂는 핀과 팁 사이의 아킹과 관계되며, E₁ < E₂ 이어야 코로나 방전이 아닌 아킹이 발생하기에 적합한 조건이다.

핀이 반지름 r인 원통 형상이고, 핀과 팁 사이의 거리가 R이라고 하면, E₁과 E₂는 [식 1]과 같이 표현될 수 있다.

[식 1]

여기서, E₁ < E₂ 이기 위해서는 r이 [식 2]와 같은 조건을 만족해야 한다.

[식 2]

즉, 식 2에 따르면 코로나 방전이 아닌 아킹이 발생하기에 적합한 핀의 크기는 핀에 인가되는 전압과는 무관하며 핀과 팁 사이의 거리 R과 관련이 있다. 다만, 이는 근사식이고 실제 핀 형상 등에 따라 E₁, E₂ 등이 달라지므로 어느 정도의 오차는 존재한다.

이하에서는 본 출원에 의해 개시되는 화염 발생 장치가 적용된 예로써, 미세 입자의 농도를 저감하기 위한 미세 입자 농도 저감 장치로써 화염 발생 장치가 이용되는 경우에 대해 설명하나, 본 출원에 의해 개시되는 화염 발생 장치가 미세 입자 농도 저감 장치로만 이용된다는 것을 의미하는 것은 아니다.

도 6은 일 실시예에 따른 화염 발생 장치를 이용한 미세 입자 농도 저감을 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 (a)와 (b) 모두 화염 발생 장치(100a, 100b)에 연료가 공급되고 전압이 인가되어 화염이 발생하는 상황으로, (a)는 제2 전도성 구조체가 플로팅되지 않은 경우의 일 예인 제2 전도성 구조체가 접지된 경우이고, (b)는 플로팅된 경우이다. 도 6에서는 화염 노즐 외의 화염 발생 장치(100a, 100b)의 다른 구성은 생략하였다.

이하에서는 도 6을 참고하여 화염 발생 장치(100a, 100b)를 이용한 미세 입자 농도 저감에 대해 설명한다. 점화 과정에 대해서는 전술하였으므로, 여기에서는 화염이 발생하고 있는 화염 발생 장치(100a, 100b)를 이용하여 어떻게 미세 입자 농도를 저감시키는지 위주로 설명한다.

화염이 발생하면 전하를 띠는 물질(10)이 생성되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 화염 발생 장치(100a, 100b)로부터 화염이 발생하면 이에 따라 화염 발생 장치(100a, 100b)로부터 전하를 띠는 물질(10)이 생성된다. 제1 전도성 구조체에 고전압이 인가되고 있다면, 전하를 띠는 물질(10) 중 상기 고전압과 같은 극성을 갖는 물질(10)은 제1 전도성 구조체로부터 멀어지는 방향으로 이동하려 할 것이다.

이때, 제2 전도성 구조체가 플로팅되었는지 여부에 따라 제1 전도성 구조체로부터 멀어지려는 전하를 띠는 물질(10)의 이동 양상이 달라진다. 도 6의 (a)와 같이 제2 전도성 구조체가 접지된 경우, 제1 전도성 구조체와 제2 전도성 구조체 사이에 강한 전기장이 형성되어 전하를 띠는 물질(10)은 제2 전도성 구조체 방향으로 이동하고 최종적으로는 공간 상으로 퍼져나가지 못하고 제2 전도성 구조체를 통해 접지되어 빠져나간다. 반면, 도 6의 (b)와 같이 제2 전도성 구조체가 플로팅된 경우, 제1 전도성 구조체로부터 제2 전도성 구조체로 이동한 전하가 제2 전도성 구조체에 축적되어 제2 전도성 구조체 또한 전하를 띠는 물질(10)을 밀어낼 수 있다. 따라서, 전하를 띠는 물질(10)은 화염 노즐로부터 공간 상으로 퍼져 나가고, 공간 상에 존재하는 미세 입자(20)와 충돌함에 따라 미세 입자(20)가 대전될 수 있다. 대전된 미세 입자(30) 또한 전하를 띠는 물질(10)과 마찬가지로 공간 상으로 퍼져 나가고, 최종적으로는 지면으로 가라 앉아 대기 중의 미세 입자 농도는 감소하게 된다.

따라서, 플로팅된 제2 전도성 구조체를 포함하는 화염 발생 장치에서, 화염이 발생하고 있고 이와 함께 제1 전도성 구조체에 고전압이 인가되고 있다면 상기와 같이 대기 중의 미세 입자 농도를 감소시킬 수 있고, 이 경우 화염 발생 장치를 미세 입자 농도 저감 장치로 볼 수 있다.

한편, 도 6에서는 화염 노즐에 (-) 전원이 인가되어 (-) 전하를 띠는 물질이 공간 상으로 퍼져 나가 미세 입자를 (-)로 대전시키는 것으로 도시되었으나, 화염 노즐에 (+) 전원이 인가되면 (+) 전하를 띠는 물질이 공간 상으로 퍼져 나가 미세 입자를 (+)로 대전시키고, 이에 따라 미세 입자 농도가 전술한 바와 마찬가지로 저감될 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 화염 노즐은, 제1 전도성 구조체가 핀을 포함하고, 제1 전도성 구조체의 핀과 제2 전도성 구조체의 팁 사이에 아킹이 발생함에 따라 연료가 점화되어 화염이 발생하였다. 그러나, 반드시 이러한 구조로 화염 노즐이 제공되어야 하는 것은 아니다.

이하에서는 전술한 화염 노즐 및 이를 포함하는 화염 발생 장치의 변형예로, 핀을 포함하지 않는 화염 노즐 및 이를 포함하는 화염 발생 장치에 대해 개시한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 전술한 화염 노즐을 기본 화염 노즐, 핀을 포함하지 않는 화염 노즐을 변형 화염 노즐로 구분하여 지칭한다. 또한, 이하에서는 변형 화염 노즐에 대해 기본 화염 노즐과의 차이점 위주로 설명하며, 별다른 언급이 없는 한 기본 화염 노즐 및 이를 포함하는 화염 발생 장치의 내용이 변형 화염 노즐 및 이를 포함하는 화염 발생 장치에도 마찬가지로 적용될 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 변형 화염 노즐에 관한 도면으로, 변형 화염 노즐의 단면도 및 상기 단면도의 2점 쇄선으로 표시한 영역을 확대한 도면이다.

도 7을 참고하면, 변형 화염 노즐(2300)은 절연체(2310), 제1 전도성 구조체(2320), 및 제2 전도성 구조체(2330)를 포함할 수 있다. 도 7에서 2점 쇄선으로 표시한 노즐의 상부 영역을 제외하고는 변형 화염 노즐(2300)은 기본 화염 노즐과 동일하므로, 이하에서는 2점 쇄선으로 표시한 영역 위주로 설명한다.

기본 화염 노즐의 제1 전도성 구조체와 비교하면, 변형 화염 노즐의 제1 전도성 구조체(2320)는 핀을 포함하지 않는다. 대신, 변형 화염 노즐의 제1 전도성 구조체(2320)는 기본 화염 노즐의 제1 바디가 상부 방향으로 연장된 형상을 갖는다. 이때, 변형 화염 노즐의 제1 전도성 구조체(2320)의 상부 말단이 유로의 아웃렛 또는 그 근처에 위치하는 것이 바람직하다.

변형 화염 노즐의 절연체(2310)는 상부에 위치하는 제1 절연체 영역(2310a) 및 하부에 위치하는 제2 절연체 영역(2310b)을 가질 수 있다.

변형 화염 노즐의 제1 절연체 영역(2310a)은 그 상부 말단 근처에 구부러진 형상을 갖는 구부러진 부분(2311a)을 갖는다. 기본 화염 노즐의 제1 절연체 영역과 비교하면, 상기 구부러진 부분(2311a)은 기본 화염 노즐의 제1 절연체 영역의 상부 말단의 일 영역(예를 들어, 벤딩 라인)으로부터 노즐의 중심을 향하는 방향으로 돌출되어 형성된 부분으로 볼 수 있다. 도 7에는 상기 구부러진 부분(2311a)과 노즐의 중심축이 이루는 각도가 90도인 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 각도는 90도 이상 180도 미만일 수 있다. 또는, 상기 각도는 90도 이하 0도 초과일 수도 있다.

상기 구부러진 부분(2311a)은 제1 전도성 구조체(2320)의 상부 말단보다 상부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 구부러진 부분(2311a)은 제1 전도성 구조체(2320)의 상면과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 절연체(2310)의 상부 말단 부분은 제1 전도성 구조체(2320)의 상부 말단 부분의 적어도 일부를 덮을 수 있다.

변형 화염 노즐의 제2 전도성 구조체(2330)는 제2 바디(2331) 및 팁(2332)을 포함할 수 있다.

변형 화염 노즐의 팁(2332)은 그 상부 말단 근처에서 구부러진 형상을 갖는 구부러진 부분(2332a)을 갖는다. 기본 화염 노즐의 팁과 비교하면, 상기 구부러진 부분(2332a)은 기본 화염 노즐의 팁의 상부 말단(예를 들어, 벤딩 라인)으로부터 노즐의 중심을 향하는 방향으로 돌출되어 형성된 부분으로 볼 수 있다. 도 7에서는 상기 구부러진 부분(2332a)과 노즐의 중심축이 이루는 각도가 90도인 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 각도는 90도 이상 180도 미만일 수 있다. 또는, 상기 각도는 90도 이하 0도 초과일 수도 있다.

상기 구부러진 부분(2332a)은 절연체의 구부러진 부분(2311a)보다 상부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 구부러진 부분(2332a)은 절연체의 구부러진 부분(2311a)의 상면과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 팁(2332)의 상부 말단 부분은 절연체(2310)의 상부 말단 부분의 적어도 일부를 덮을 수 있다.

절연체의 구부러진 부분(2311a)은 제1 전도성 구조체의 상부 끝단과 팁의 구부러진 부분(2332a) 사이에 개재될 수 있다. 이때, 바람직하게, 절연체의 구부러진 부분(2311a)의 하면은 상기 제1 전도성 구조체의 상면과 접촉할 수 있으며, 절연체의 구부러진 부분(2311a)의 상면은 팁의 구부러진 부분(2332a)의 하면과 접촉할 수 있다. 즉, 제1 전도성 구조체의 상부 끝단과 팁의 구부러진 부분(2332a) 사이에는 절연체의 구부러진 부분(2311a) 이외에 다른 구성은 개재되지 않을 수 있다.

도 7에는 팁의 구부러진 부분(2332a)이 절연체의 구부러진 부분(2311a)과 동일한 위치까지 노즐의 중심을 향하는 방향으로 돌출된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 팁의 구부러진 부분(2332a)은 절연체의 구부러진 부분(2311a)보다 노즐의 중심을 향하는 방향으로 더 돌출될 수도 있다.

변형 화염 노즐(2300)에 전압이 인가됨에 따라 제1 전도성 구조체(2320)의 상부 말단 부분과 팁의 구부러진 부분(2332a) 사이에서 아킹이 발생할 수 있다. 따라서, 변형 화염 노즐(2300)에 연료가 공급되고 전압이 인가되는 경우 연료가 점화되어 화염이 발생할 수 있다. 변형 화염 노즐(2300)에서 아킹이 일어날 때 전류의 패스는 절연체의 구부러진 부분(2311a)의 끝단에 인접한 대기에서 형성될 수 있다.

상기에서는 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.

100: 화염 발생 장치
110: 고전압 전원부
120: 연료 공급부
130: 화염 노즐부
140: 제어부
1300, 2300: 화염 노즐
1310, 2310: 절연체
1320, 2320: 제1 전도성 구조체
1330, 2330: 제2 전도성 구조체

Claims (11)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 적어도 하나의 화염 노즐을 포함하는 화염 노즐부;
   상기 화염 노즐에 고전압을 인가하는 고전압 전원부;
   상기 화염 노즐에 연료를 공급하는 연료 공급부; 및
   상기 고전압 전원부 및 상기 연료 공급부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 화염 노즐은,
   제1 바디 및 상기 제1 바디로부터 돌출된 형상의 핀을 포함하는 제1 전도성 구조체;
   상기 제1 전도성 구조체의 외부를 둘러싸는 절연체(insulator); 및
   상기 절연체의 외부를 둘러싸는 제2 바디 및 상기 제2 바디로부터 돌출된 팁을 포함하는 플로팅 전도성 구조체를 포함하고,
   상기 플로팅 전도성 구조체는 전기적으로 플로팅되고,
   상기 플로팅 전도성 구조체는 상기 플로팅 전도성 구조체의 외면이 대기에 노출되도록 위치하여, 상기 플로팅 전도성 구조체와 상기 대기 사이에 전하가 이동할 수 있고,
   상기 제어부는,
   상기 고전압 전원부를 통해 상기 제1 전도성 구조체에 제1 고전압을 인가하여 상기 핀과 상기 플로팅 전도성 구조체의 상기 팁 사이에 전압차를 제공하고,
   상기 연료 공급부를 통해 유로의 일단으로 연료 가스를 공급하여 상기 연료 가스가 상기 핀과 상기 팁 사이에 제공된 전압차에 의해 점화되도록 하고,
   상기 점화에 의해 화염이 발생된 후, 상기 제1 전도성 구조체에 제2 고전압을 인가하여 상기 화염 노즐 주변에 지속적으로 전기장을 제공하는
   화염 발생 장치.
   
   
6. 제5 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 고전압 전원부가 측정한 전류의 세기에 기초하여 점화 여부를 판단하고, 점화된 것으로 판단하는
   화염 발생 장치.
   
7. 제5 항에 있어서,
   상기 제1 전도성 구조체의 상기 제1 바디의 외면은 상기 절연체의 내면과 접촉하고,
   상기 제1 전도성 구조체의 상기 핀은 상기 절연체의 내면과 소정의 간격을 갖도록 이격되고,
   상기 플로팅 전도성 구조체의 내면은 상기 절연체의 외면과 접촉하는
   화염 발생 장치.
   
8. 제5 항에 있어서,
   상기 제1 전도성 구조체에 상기 제1 고전압이 인가되었을 때, 상기 돌출된 핀과 대기 사이에서 코로나 방전이 일어나지 않고 상기 돌출된 핀과 상기 돌출된 팁 사이에 아킹이 발생하도록 상기 핀으로부터 상기 돌출된 핀의 직경 및 상기 돌출된 핀과 상기 돌출된 팁 사이 거리가 미리 정해진 조건을 만족하는
   화염 발생 장치.
   
9. 제5 항에 있어서,
   상기 플로팅 전도성 구조체의 외측면에는 복수의 그루브들이 형성되어 있는
   화염 발생 장치.
   
10. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 고전압의 세기는 상기 제2 고전압의 세기와 동일한
    화염 발생 장치.
    
11. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 고전압의 세기는 상기 제2 고전압의 세기와 다른
    화염 발생 장치.
    
    

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