KR102680826B1 - 자동역화복귀장치 - Google Patents

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Abstract

자동역화복귀장치가 개시된다. 브라운가스 수송배관으로부터 분기된 2개 이상의 분기배관 각각에 밸브와 역화제거기가 설치된다. 역화제거기 내부에는 화염제거기, 역화감응센서, 및 역화방지소자가 설치된다. 밸브와 역화감응센서는 제어기와 연결되어 있다. 분기배관은 평소에는 한 라인만 사용되며, 다른 분기배관에 연결된 밸브는 닫혀 있다. 역화현상이 발생하면 역화감응센서가 역화를 감지하고 역화신호를 제어기에 전달하여 역화 화염을 소화한다. 이때, 사용 중인 분기배관에 연결되어 있는 밸브는 닫히고, 이와 동시에 닫혀 있던 분기배관에 연결된 밸브가 열려 브라운가스가 공급된다. 따라서 모재 절단작업이 멈추지 않고 연속적인 작업이 가능하다.

Description

자동역화복귀장치 {Automatic Flashback Recovery Device}
본 발명은 모재절단장치 및 연소버너 등에 사용되는 자동역화복귀장치에 관련한 것이다.
철강재 절단분야에서, 물을 전기분해하여 얻은 수소와 산소의 혼합가스인 브라운가스를 절단 Tip에 공급하여 점화 후, 브라운가스 화염을 이용하여 철강재를 절단한다. 그 과정에서 브라운가스의 연소속도와 브라운가스의 공급속도의 균형이 맞아야 하는데, 절단과정에서 외부충격 등의 원인에 의해 절단 Tip이 막히는 현상이 발생할 수 있다. 이로 인해 연소에 필요한 만큼의 브라운가스가 공급되지 못하고 브라운가스 수송배관 내에서 역방향으로 브라운가스의 연소가 확산되는 역화 현상이 발생할 수 있다.
역화 발생 시, 지금까지 사용했던 방법은 즉시 수송배관을 폐쇄하는 것이었다. 수송배관에 브라운가스의 공급이 중단되면 수송배관 내에서 잔여 브라운가스의 연소가 완료된 후에 자연적으로 소화된다. 그러나 이러한 역화 처리 방법은 절단작업의 중단이 불가피해진다. 이런 문제를 완전히 해결하기 위해 역화 발생시 역화 화염을 차단하고 소화할 수 있을 뿐만 아니라 브라운가스가 지속적으로 공급되어 모재 절단작업이 멈추지 않고 연속적으로 작업이 가능하게 하는 방안이 필요하다.
본 발명은 기존 기술에서 역화 사고가 발생했을 경우 브라운가스 수송배관에 지속적으로 브라운가스가 공급되지 않는 결함을 해결하기 위해 창안되었다. 본 발명의 목적은, 역화현상이 발생할 경우 역화 화염을 차단하고 소화할 수 있을 뿐만 아니라 분기배관에 지속적으로 브라운가스가 공급되어 정상적인 절단작업을 계속 유지할 수 있게 하는 자동역화복귀장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 자동역화복귀장치는, 화염을 발생시키기 위한 가스를 수송하는 수송배관으로부터 분기된 복수의 분기배관; 복수의 상기 분기배관을 개폐하는 밸브; 각각의 상기 분기배관에 설치되어, 역화 발생을 감지하고 역화 화염을 제거하는 복수의 역화제거기; 및 상기 역화제거기에 의해 역화 발생이 감지된 상기 분기배관으로의 상기 가스 공급을 차단하고 역화 발생이 감지되지 않은 상기 분기배관으로 상기 가스가 공급되도록 상기 밸브를 제어하는 제어기;를 포함하여 구성된다.
상기 역화제거기는, 상기 분기배관의 일 부위에 배치되어 상기 가스가 통과하는 본체; 및 상기 본체 내에 설치되며 역화 감지 시 역화신호를 상기 제어기에 전송하는 역화감응센서;를 포함하여 구성된다.
상기 역화제거기는, 상기 본체 내로 유입된 역화가 상기 수송배관측으로 유입되지 않도록 차단하는 역화방지소자를 더 포함할 수 있다.
상기 역화방지소자는 상기 분기배관으로부터 상기 본체 내로의 상기 가스의 유입은 허용하고 상기 본체 내로부터 상기 분기배관으로의 화염의 유출은 차단하는 크기의 미세기공을 구비하는 구조를 갖는다.
상기 역화제거기는 상기 본체 내의 역화 화염을 제거하는 화염제거기를 더 포함할 수 있다.
상기 화염제거기는, 상기 본체 내의 압력이 소정 이상일 경우 상기 본체를 개방시켜 상기 본체 내의 화염을 외부로 방출한다.
상기 역화제거기는 상기 본체 내로 압축공기를 공급하는 블로우어를 더 포함한다. 상기 제어기는 상기 역화신호를 수신함에 따라 역화가 감지된 상기 분기배관에 대응되는 상기 블로우어를 동작시켜 상기 압축공기를 상기 본체 내로 공급한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 다음과 같은 특징을 갖는다.
병렬로 연결된 복수의 분기배관에는 밸브와 역화제거기가 각각 설치되어 있으며, 역화제거기 내부에는 역화감응센서가 설치된다. 역화감응센서는 역화 화염 발생을 감지하여 역화신호를 제어기에 전달한다. 제어기는 역화가 발생한 분기배관에 연결되어 있는 밸브를 폐쇄시켜 브라운가스의 공급을 차단하고 동시에 다른 분기배관의 밸브를 개방시켜 브라운가스를 공급한다. 이에 따라 절단작업을 멈추지 않고 연속적으로 수행할 수 있다.
역화제거기 내부에 있는 역화방지소자는 브라운가스(H2와O2 혼합가스)는 통과하나, 브라운가스보다 입자크기가 큰 역화 화염(H2O)은 통과하지 못한다. 역화감응센서에 의해 역화가 감지되면 제어기에서 압축공기 또는 질소 등의 불활성기체를 불어 화염을 소화시키고, 소화된 역화 화염은 자동으로 화염제거기를 통해 밖으로 방출되어, 역화 화염이 분기배관을 역류하여 브라운가스 발생장치에 충격을 주는 것을 방지하여 연속적으로 브라운가스를 계속 발생할 수 있게 한다.
도면1은 본 발명 자동역화복귀장치의 전체 구조를 도시한 도면.
도면2는 본 발명 자동역화복귀장치 중 역화제거기의 구조 개념도.
도면 3은 제어기를 포함하는 제어 시스템의 블록도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
도면1은 본 발명 자동역화복귀장치의 전체 구조를 도시한 도면.이다.
브라운가스를 수송하여 공급하는 수송배관(3)으로부터 두 개의 분기배관(1, 2)이 분기되어 배치된다. 브라운가스는 수송배관(3)을 통해 도면 1의 좌측에서 우측 방향으로 수송되며, 수송된 브라운가스는 두 분기배관(1, 2)에 각각 공급된다. 두 분기배관(1, 2)의 우측의 말단부는 합류되어 수송배관(3)에 다시 연결된다. 이러한 구조에 의하여, 두 분기배관(1, 2)은 수송배관(3)의 중간에서 분기된 후 다시 합류되는 구조를 갖는다. 도면 1 에 도시된 구성과는 달리, 두 분기배관(1, 2)의 하류측(도 1 의 우측) 단부에는 수송배관(3)이 존재하지 않도록 구성될 수도 있다. 이 경우 두 분기배관(1, 2)은 수송배관(3)의 중간에 배치되는 구성이 아니라 수송배관(3)의 하류측에 배치되는 구성이 된다.
두 분기배관(1, 2) 각각에는 밸브(111, 211)와 역화제거기(11, 21)가 설치된다.
제1밸브(111, 211)는 제1분기배관(1)을 개폐하고 제2밸브(211)는 제2분기배관(2)을 개폐한다. 밸브(111, 211)의 개폐 동작에 의하여, 수송배관(3)을 통해 공급된 브라운가스가 제1분기배관(1) 및 제2분기배관(2)에 공급될지 여부가 결정된다. 밸브(111, 211)는 예컨대 솔레노이드 밸브로 구성될 수 있다.
도면 2는 도 1 에 도시된 역화제거기(11, 21)의 구성을 도시한 도면이다.
제1분기배관(1)에 설치된 제1역화제거기(11)와 제2배관(2)에 설치된 제2역화제거기(21)는 동일한 구조를 갖는다. 이에 따라 도 2에서는 제1역화제거기(11)를 위주로 도시하였고, 이에 대한 설명도 제1역화제거기(11)를 위주로 기술하며 제1역화제거기(11)에 대한 설명은 제2역화제거기(21)에 대해 원용된다.
제1역화제거기(11)는 두 파이프가 십자(十字)로 교차되도록 배치되는 형상의 제1본체(1120)를 갖는다. 도면 2에 도시된 바와 같이, 상하 방향의 파이프는 수평 방향의 파이프보다 굵은 내경을 갖는다. 수평 방향의 파이프는 제1분기배관(1)과 대략 유사한 내경을 갖도록 구성된다.
제1본체(1120)는 제1유입구(1123)와 제1유출구(1122)를 갖는다. 제1유입구(1123)는 수송배관(3)으로부터 제1분기배관(1)의 상류측을 거쳐 유입되는 브라운가스가 제1본체(1120) 내로 유입되는 통로를 제공하고, 제1유출구(1122)는 제1본체(1120) 내부의 브라운가스가 제1분기배관(1)의 하류측으로 배출되는 통로를 제공한다. 제1유입구(1123)는 상하 방향 파이프의 하부측에 형성되고, 제1유출구(1122)는 수평방향 파이프의 우측에 형성된다. 따라서 브라운가스는 제1본체(1120)의 하부로부터 유입되어 우측으로 배출된다.
제1역화제거기(11)는 제1본체(1120) 내에 설치된 제1역화감응센서(1121), 제1역화방지소자(1124), 제1블로우어(1125)(first blower), 및 제1화염제거기(1126)를 구비한다.
제1역화감응센서(1121)는 제1본체(1121)의 수평 방향 파이프의 좌측에 설치된다. 제1역화감응센서(1121)의 설치 위치는 수평 방향 파이프 내에서 제1유출구(1122)와 대향하는 위치이다. 즉, 제1역화감응센서(1121)는 제1유출구(1122)를 향하고 있으며, 이에 따라 역화 발생 시 역화 화염이 제1유입구(1123)에 이르기 전에 제1역화감응센서(1121)가 제1분기배관(1)의 역화를 감지한다. 제1역화감응센서(1121)는 역화현상을 빛으로 감지하는 센서로 구성됨으로써 측정의 민감도와 정확도를 높일 수 있다.
제1역화방지소자(1124)는 상하 방향 파이프의 하부에 설치된다. 제1역화방지소자(1124)는 세라믹 또는 금속재질로 형성된 관의 형상을 가진다. 제1역화방지소자(1124)는 그 내부와 외부를 연통시키는 다수의 미세기공이 형성된 다공성 구조를 갖는다. 이때 미세기공은 브라운가스의 통과는 허용하되 브라운가스의 화염은 통과할 수 없는 크기를 갖는다. 즉, 수송배관(3)을 통해 유입되는 브라운가스는 이 미세기공을 통해 역화방지소자(1124)의 외부에서 내부로 유입되고, 반대로 역화 발생 시의 브라운가스의 화염은 브라운가스보다 입자가 커서 이 미세기공을 통과하지 못한다. 이러한 미세기공에 의해 전술한 제1유입구(1123)가 구성된다.
제1블로우어(1125)는 상하 방향 파이프의 하단부에 설치된다. 역화 화염 발생 시 제1블로우어(1125)는 상하 방향 파이프의 하부로부터 상부로 압축공기를 공급한다.
제1화염제거기(1126)는 상하 방향 파이프의 상부에 설치되어, 상기 블로우어와 마주보는 위치에 설치된다. 제1화염제거기(1126)는 역화로 인해 제1분기배관(1) 내의 압력이 높아졌을 때 자동으로 열리는 구조를 갖는다. 제1화염제거기(1126)는 예컨대 일정 압력 이하일 경우에는 상하 방향 파이프의 폐쇄 상태를 유지하고 일정 압력 이상이 가해질 때 자동으로 개방되는 개폐부재로 구성될 수 있다. 여기에서 일정 압력 이하는 브라운가스가 정상 공급되는 경우의 압력을 의미하고, 일정 압력 이상은 역화 발생에 의해 가해지는 압력 및/또는 제1블로우어(1125)에 의하여 압축공기가 공급될 때 제1본체(1120) 내에 가해지는 압력을 의미한다. 역화 발생 시 역화 화염 및/또는 제1블로우어(1125)의 압축공기 공급에 의해 제1본체(1120) 내부 압력이 증가하면 제1화염제거기(1126)가 개방된다. 이에 따라, 상하 방향 파이프의 상단부에서 역화 화염이 외부로 배출되어 제1분기배관(1)의 폭발이 방지된다.
도면 3은 도면 1 및 2 에 도시된 구성을 제어하는 제어기를 포함하는 제어 시스템의 블록도이다.
제어기(4)는 역화감응센서(1121, 2121)로부터 역화신호를 수신하며, 수신된 역화신호에 따라 밸브(111, 211) 및 블로우어(1125, 2125)를 제어한다.
제2역화제거기(21)는 제2유입구(2123)와 제2유출구(2122)를 구비한 제2본체(2120)를 구비하며, 또한 제2본체(2120) 내에 설치된 제2역화감응센서(2121), 제2역화방지소자(2124), 제2블로우어(2125)(second blower), 및 제2화염제거기(2126)를 구비한다. 이들 구성은 제1역화제거기(11)와 동일하다.
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작에 대해 기술한다.
절단작업 시에는 브라운가스가 분개배관들(1, 2) 중 하나, 예컨대 제1 분기배관(1)로 공급된다. 이를 위하여 제1밸브(111)는 개방되고 제2밸브(211)는 폐쇄된다.
역화 사고가 발생하면, 역화 화염은 제1분기배관(1)을 따라 역방향으로 확산되어 제1유출구(1122)를 통해 제1본체(1120) 내로 유입된다. 이때 제1역화감응센서(1121)는 역화를 감지하여 역화신호를 생성하고, 이 신호를 제어기(4)에 전달한다. 제어기(4)는 역화신호를 수신함에 따라 밸브(111, 211)와 제1블로우어(1125)를 제어한다. 구체적으로는, 제어기(4)는 제1밸브(111)를 폐쇄시킴과 동시에 제2밸브(211)를 개방시키고, 또한 이와 동시에 제1블로우어(1125)를 동작시킨다. 이에 따라 제1분기배관(1)에는 브라운가스의 공급이 차단되고 제2분기배관(2)에는 브라운가스가 공급된다. 제2분기배관(2)에 새로 유입되는 브라운가스는 역화제거기(21)를 거쳐 절단 Tip으로 공급된다. 그리고, 제1블로우어(1125)는 압축공기를 본체(1120) 내로 공급하고, 이에 따라 화염제거기(1126)의 개폐부재가 압축공기의 압력에 의해 개방되어 화염이 본체(1120) 외측으로 방출된다.
이러한 과정을 통해서, 역화 화염은 역화제거기(11)에서 차단되어 역화 화염의 확장이 방지되며, 이에 따라 브라운가스 발생장치의 손상이 방지되고 연속적인 절단작업을 실현할 수 있다.
한편, 도면1은 2개의 분기배관(1, 2)이 병렬로 연결되는 경우를 제시하고 있는데 본 발명은 3개 이상의 다수의 분기배관을 병렬로 구현할 수 있으며, 본 실시 예에 제시된 2개의 병렬 분기배관(1, 2)은 본 발명의 보호 범위에 대한 제한을 두지 않는다. 3개 이상의 분기배관이 구비되는 경우에는 각 분기배관에 역화제거기가 설치된다.
또한, 본 발명의 구성에서는 각 분기배관(1, 2)에 개별적으로 밸브(111, 211)가 마련되는 구성을 예시하였으나, 하나의 밸브를 통해 분기배관들(1, 2) 중 어느 하나가 선택적으로 개방되도록 구성할 수도 있다. 이 경우에는 수송배관(3) 자체를 개폐하는 밸브를 추가로 마련함으로써 브라운가스의 공급여부를 제어하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 분기배관(1)에서 역화가 발생할 경우 역화제거기(11)가 역화 화염을 제거함과 동시에 다른 분기배관(2)를 통해 브라운가스가 공급된다. 따라서 역화사고 발생 시에도 절단장비가 정상적으로 가동되어 절단작업을 연속적으로 할 수 있다.
상기 실시 예는 본 발명에 대한 제한이 아닌 본 발명의 사용을 설명하기 위한 것으로서, 관련 기술 분야의 기술자는 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는 한 다양한 변환이나 변형을 할 수 있으므로 모든 동등한 기술 방안도 본 발명 의 범주에 속해야 하며, 각 권리의 요구로 한정되어야 한다.

Claims (2)

  1. 화염을 발생시키기 위한 가스를 수송하는 수송배관으로부터 분기되며, 상기 가스가 연속적으로 공급되는 복수의 분기배관;
    복수의 상기 분기배관을 개폐하는 밸브;
    각각의 상기 분기배관에 설치되어, 역화 발생을 감지하고 역화 화염을 제거하는 복수의 역화제거기; 및
    역화가 발생할 경우, 상기 역화제거기에 의해 역화 발생이 감지된 상기 분기배관으로의 상기 가스 공급을 차단하고 역화 발생이 감지되지 않은 상기 분기배관으로 상기 가스가 연속적으로 공급되도록 상기 밸브를 제어하는 제어기;
    를 포함하며,
    상기 역화제거기는,
    상기 분기배관의 일 부위에 배치되어 상기 가스가 통과하는 본체;
    역화 감지 시 역화신호를 상기 제어기에 전송하고, 광을 이용하여 역화 현상을 감지하는 센서인 역화감응센서;
    상기 본체 내로 유입된 역화가 상기 수송배관측으로 유입되지 않도록 차단하고, 상기 분기배관으로부터 상기 본체 내로의 상기 가스의 유입은 허용하고 상기 본체 내로부터 상기 분기배관으로의 화염의 유출은 차단하는 크기의 미세기공을 구비하는 구조를 가지는 역화방지소자;
    상기 본체 내의 역화 화염을 제거하고, 상기 본체 내의 압력이 소정 이상일 경우 상기 본체를 개방시켜 상기 본체 내의 화염을 외부로 방출하는 화염제거기; 및
    상기 본체 내로 압축공기를 공급하여 압축공기를 통해 상기 화염제거기를 개방시키는 블로우어;
    를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 역화신호 수신 시 상기 분기배관에 대응되는 상기 블로우어를 동작시켜 상기 압축공기를 상기 본체 내로 공급하고,
    상기 역화감응센서, 상기 역화방지소자, 및 상기 화염제거기는 상기 본체 내에 설치되고,
    상기 역화감응센서는 역화 화염이 상기 미세기공에 도달하기 전에 상기 역화를 감지하고,
    상기 본체는 두 파이프가 십자(十字)로 교차되도록 배치되는 형상을 가지며,
    상기 본체의 브라운가스 유입구는 어느 하나의 상기 파이프에 형성되고 상기 본체의 브라운가스 유출구는 다른 하나의 상기 파이프에 형성되고,
    상기 역화감응센서는 상기 다른 하나의 파이프 내에서 상기 유출구를 향하도록 배치되고,
    상기 역화방지소자는 상기 어느 하나의 파이프의 상기 유입구측에 설치되고,
    상기 블로우어는 상기 어느 하나의 파이프의 상기 유입구측에 설치되고,
    상기 화염제거기는 상기 어느 하나의 파이프 내의 상기 블로우어와 마주보는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 자동역화복귀장치.
  2. 삭제
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