KR20020093401A - 역화 방지기가 부착된 가스 절단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외벽면에 가스 방출공을 관통 형성하는 간단한 구조에 의해 팁으로부터 역류되는 연료 가스를 방출함으로써 제작이 용이하고 비용이 저렴하며 사용이 편리하면서도 역화방지 성능은 뛰어난 가스 절단기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 역화 방지기가 부착된 가스 절단기(1)는 산소라인(3)과 가스라인(5)이 연결된 토치 하우징(2), 절단 산소관(15) 및 혼합 가스관(17)을 통해 상기 토치 하우징(2)과 연결되어 있는 팁(7) 및, 상기 토치 하우징(2)의 각 라인 연결부위에 장착된 조절밸브(9,11,13)로 구성되어 있는 가스 절단기(1)에 있어서, 상기 혼합 가스관(17)의 상기 팁(7) 인접 부분에 역류되는 연료가스를 배출하는 하나 이상의 가스 방출공(51)이 구비된 역류방지기(50)가 장착되어 있는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 의하면 역류가스 방출공(51)이 관통된 하우징(59)과 이 하우징(59) 내부에 삽입되어 역류가스 저류공간(57)을 형성하는 가스 유도관 뭉치(61)에 의해 작업에 사용되는 정상 가스의 흐름은 그대로 유지하면서, 팁으로부터 역류되는 가스만을 대기중에 방출할 수 있게 되므로 매우 간단한 구조의 역화방지기를 제공할 수 있게 된다.

Description

역화 방지기가 부착된 가스 절단기{gas torch with backfire protection device}

본 발명은 역화 방지기가 부착된 가스 절단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체의 유동원리를 이용한 간단한 구조에 의해 절단기 팁으로부터 역화되어 오는 가스가 절단기의 혼합 가스관에 도달하기 전에 대기 중으로 방출되도록 하여 역화로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있게 한 LPG를 이용한 절단 또는 가열 토치에 관한 것이다.

지금까지 가스 절단기에는 저압의 아세틸렌 가스를 이용하는 것이 많이 사용되어 왔으나 최근 들어서는 중압의 LPG를 이용하는 가스 절단기가 보편화되고 있다.

그런데, 이러한 가스 절단기는 가스화염의 안정성을 유지하는 것이 이 그 기능 상 가장 중요한 요소인데, 가스의 압력이 불안정하거나 부적당한 경우 토치 팁(화구)의 오염, 팁의 막힘 또는 과열 등으로 인해 가스염이 불안정하게 되고, 이에따라 작업에 지장이 초래되거나 역화가 발생되는 문제가 있었다.

이와 같이 가스염의 불안정으로 인해 발생하는 현상으로는 역화(backfire), 플래시백(flashback), 블로아웃(blowout) 등이 있으며, 이중 역화현상은 산소와 연료가스를 혼합, 조절하여 화염을 형성하는 절단기의 토치 하우징(취관;吹管)으로 유입되는 가스의 유량이 매우 적을 때 점화를 해도 "찍찍" 소리만 들릴 뿐 토치 팁에 화염이 생성되지 않는 현상을 이르는 것으로, 이것은 팁에서 유출되는 가스의 유출속도가 가스 중에 전달되는 화염의 속도 즉, 연소속도보다 작아 화염이 역류하여 팁 안으로 들어가 버리기 때문이다.

이와 같이 절단 작업 중에 역화현상이 발생되면 절단작업자가 화상을 입을 수 있을 뿐 아니라 심한 경우에는 가스의 폭발을 야기하여 치명적인 문제를 일으킬 수 있으며, 이러한 역화현상을 방지하기 위해 지금까지 다양한 종류의 역화방지기가 개발된 바 있다.

그 한 예로서 첨부한 도 1의 가스 절단기를 들 수 있다.

이 가스 절단기는 도 1에 도면번호 101로 도시된 바와 같이, 일반적인 가스 절단기와 마찬가지로 후미에 산소라인(103)과 가스라인(105)이 연결되어 있으며, 선단에 절단기 팁(107)이 위치하고, 하우징(102)의 각 라인 연결부위에 고압산소밸브(109), 예열산소밸브(111) 및 가스조절밸브(113) 등이 설치된 구조로 이루어져 있다.

여기에서, 도 1의 가스 절단기(101)는 도 2에 보다 상세히 도시된 것처럼, 가스 라인(105)과 연결된 가스조절밸브(113) 안쪽에 역화방지기(121)가 장착되어있는데, LPG통으로부터 가스호스를 통해 절단기(101)의 가스라인(105)으로 고압의 LPG가 공급되면 역화방지기(121) 내의 밸브 스풀(123)이 고압에 의해 고무 코팅벽(125)으로부터 떨어지면서 절단기 하우징(102)을 통해 절단기 팁으로 가스를 정상 토출시킨다.

그러나, 공급 가스량이 줄어 가스에 역화가 발생되면, 스풀(123)이 역류되는 가스에 의해 고무 코팅벽(125)에 밀착됨으로써 가스라인(105)을 통해 가스가 더 이상 역류되는 것을 막게 된다. 이 때, 가스 배출구(127)를 막고 있던 스풀(129)이 역류된 가스의 압력에 의해 하강하면서 역류된 가스는 대기 중으로 방출되고, 이로 인해 하우징(102) 내의 압력이 낮아지면서 스풀(129)이 다시 상승하여 배출구(127)를 폐쇄한다. 이와 동시에 가스라인(103)으로부터 유입된 가스가 압력이 낮아진 하우징(102) 안으로 스풀(123)를 밀고 들어와 다시 절단기 팁으로 정상 공급된다.

이와 같이 종래의 가스 절단기(101)를 통해서도 역화현상이 발생하는 것을 방지할 수는 있지만, 역화방지기(121) 자체가 스풀이나 스프링 등 복잡한 구조로 되어 있으므로, 제작이 까다롭고, 따라서 제작단가가 고가인 단점이 있었다.

또한, 이외에도 도시되어 있지는 않으나 LPG통이나 가스 압력게이지에 인접 설치된 형태의 역화방지기는 대형이면서 무게가 무거워 비용이나 제작 상의 단점 뿐 아니라 사용에도 불편이 따르는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 가스 절단기 역화방지장치가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 역화방지 구조를 단순화시킴으로써 제작 공정및 단가가 대폭 절감되고, 고장의 염려나 유지보수의 필요성이 거의 없으면서도, 본래의 역화방지 성능은 탁월한 가스 절단기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 역화방지기가 부착된 가스 절단기의 단면도.

도 2는 도 1의 역화방지기 부분을 확대 도시한 부분 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 역화방지기가 부착된 가스 절단기를 적용한 가스 절단 시스템의 개략도.

도 4는 도 3의 가스 절단기를 확대 도시한 개략 측면도.

도 5는 도 4의 역화방지기를 확대 도시한 분해 사시도.

도 6은 도 5에 도시된 역화방지기의 하우징과 가스 유도관 뭉치의 결합상태를 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

1 : 가스 절단기 3 : 산소 라인

5 : 가스 라인7 : 토치 팁

9,11,13 : 밸브 15 : 절단 산소관

17 : 혼합 가스관19 : 토치 헤드

21 : 호스릴23 : 가스 호스

25 : 산소 호스27 : 가스통

29 : 산소통50 : 역화방지기

51 : 역류가스 방출공53 : 제1 가스유로

55 : 제1 가스도관57 : 역류가스 저류공간

59 : 하우징61 : 가스 유도관 뭉치

63 : 제2 가스유로65 : 제2 가스도관

67 : 제3 가스유로71,73 : 이음관

본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위해, 산소라인과 가스라인이 연결된 토치 하우징, 절단 산소관 및 혼합 가스관을 통해 토치 하우징과 연결되어 있는 팁 및, 토치 하우징의 각 라인 연결부위에 장착된 조절밸브로 구성되어 있는 가스 절단기에 있어서, 혼합 가스관의 팁 인접 부분에 역류되는 연료가스를 배출하는 하나 이상의 가스 방출공이 구비된 역류방지기가 장착되어 있는 가스 절단기를 제공하고자 한다.

이하, 본 발명에 따른 역화 방지기가 부착된 가스 절단기를 첨부 도면을 참조로 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 가스 절단기는 도 3에 도면번호 1로 도시된 바와 같이, 일반적인 가스 절단기와 마찬가지로 호스릴(21)에 감겨 있는 가스 호스(23)와 산소 호스(25)를 통해 LPG 등의 가스통(27)과 산소통(29)에 연결되어 절단 작업 시에 각각 산소와 연료가스를 공급받도록 되어 있다.

이와 같이 가스 절단작업에 사용되는 본 발명의 가스 절단기(1)는 도 4에 보다 상세히 도시된 것처럼, 일반 절단기와 같이 토치 하우징(2)과 절단 산소관(15), 혼합 가스관(17) 그리고 토치 팁(7)으로 구성되어 있으며, 토치 하우징(2)은 후방에 돌출된 산소라인(3)과 가스라인(5)을 통해서 각각 산소 호스(25) 및 가스 호스(23)와 연결되어 있고, 가스라인(5)에는 가스 조절밸브(13)가 장착되어 있으며, 절단 산소관(15) 및 혼합 가스관(17)의 이음새 부분에도 각각 고압산소밸브(9)와 예열산소밸브(11)가 설치되어 있다. 그리고 산소관(15)과 가스관(17)의 선단에 결합되는 토치 헤드(19)를 통해 토치 팁(7)이 장착된다.

여기에서, 본 발명에 따른 가스 절단기(1)는 혼합 가스관(17)과 토치 헤드(19)가 연결되는 부위에 도 5에 도시된 바와 같은 역화방지기(50)가 장착되어 있는데, 이 역화방지기(50)는 도 4에도 도시된 것처럼 전체적으로 혼합 가스관(17)과 유사한 직경의 원통형 몸통으로 구성되며, 황동이나 구리로 제작된다.

또한, 도 5에 도시된 것처럼 외체를 형성하는 하우징(59)과 이 하우징(59)에 삽입되는 가스 유도관 뭉치(61)로 구성되며, 하우징(59)의 외벽면 일측에는 역류 가스 배출을 위한 하나 이상의 가스 방출공(51)이 반경방향으로 관통 형성되어 있고, 하우징(59)의 선단과 유도관 뭉치(61)의 후단에는 각각 토치 헤드(19) 및 혼합 가스관(17)과 연결하기 위한 이음관(71,73)이 끼워져 있다.

이와 같이 이음관(71)을 통해 토치헤드(19)와 연결되어 있는 하우징(59)에는 또한 내부에 가스 유도관 뭉치(61)가 삽입되어 도 6에 도시된 역류가스 저류공간(57)을 형성하는 중공부(58)가 가공되어 있는데, 역류가스 저류공간(5)은 팁(7)으로부터 역류된 가스를 일시적으로 머물게 하는 역할을 한다.

하우징(59)의 후단부에는 또한 가스 유도관 뭉치(61)가 걸려 고정되는 안착 플랜지(79)가 원주방향으로 돌출되어 있고, 하우징(59) 선단부에는 이음관(71)의 입구측으로 삽입되는 제1 가스도관(55)이 축선방향으로 돌출 연장되어 있는데, 제1 가스도관(55)은 하우징 출구(62)를 통해 하우징(59) 내부에 형성되는 역류가스 저류공간(57)과 이음관(71)의 유로를 연결하도록 축선 상에 제1 가스유로(53)가 가공되어 있고, 하우징(59)과 접한 후단부(69)의 외경이 이음관(71)의 내경과 일치하도록 확대되어 있다. 이 때 이음관(71)은 내주면(77)의 직경이 부분적으로 축소된 벤츄리관 형태로 되어 있으며, 이 축경부(75)는 제1 가스유로(53)와 동일한 직경을 갖도록 되어 있다.

하우징(59)의 중공부(58)에 삽입되어 하우징(59) 내주면과 함께 역류가스 저류공간(57)을 형성하게 되는 가스 유도관 뭉치(61)는 후단부분이 절단기(1)의 혼합 가스관(17)과 연결되어 있는 이음관(73)의 내주면에 삽입 장착되며, 선단에 중공부(58) 안으로 삽입되어 들어가는 제2 가스도관(65)이 돌출 연장되어 있고, 내부 중심 축선 상에 이음관(73)을 통해 혼합 가스관(17)과 연통되는 제3 가스유로(67)가 관통 형성되어 있으며, 몸통 중앙에 하우징(59)의 플랜지(79)와 맞닿음되어 유도관 뭉치(61)를 정위치시키는 고정 플랜지(81)가 원주방향으로 돌출 형성되어 있다.

또한, 하우징(59)에 삽입되는 제2 가스도관(65)은 하우징(59)의 출구(62)와 역류틈새(d)를 유지하게 되며, 중심 축선 상에 틈새(d)를 사이에 두고 제1 가스유로(53)와 연통되며, 제3 가스유로(67)와 직결되어 있는 제2 가스유로(63)가 관통 형성되어 있다.

이 때, 제1 내지 제3 가스유로(53,65,67)는 가스 절단기(1)의 사용 목적에 알맞게 연료 가스의 유량 즉, 유속을 조절할 수 있도록 다양한 직경으로 가공될 수 있다.

위와 같이 구성된 본 발명의 역화방지기가 부착된 가스 절단기(1)의 작용은 다음과 같다.

일단, 가스 절단기(1)에 의한 절단 작업이 시작되면, 산소 라인(3)과 가스라인(5)을 통해 절단기(1)의 토치 하우징(2) 안으로 고압산소와 연료가스가 공급된다. 이어서 토치 하우징(2)으로부터 절단 산소관(15)과 혼합 가스관(17)을 통해 토치 팁(7)으로 산소와 연료가스가 분사 점화되면서 고압의 화염에 의해 대상물을 절단하게 된다.

이와 같이, 정상적으로 절단 작업이 수행될 경우에는 연료 가스가 혼합 가스관(17)을 거쳐 고속으로 역화방지기(50)를 통과하게 된다. 따라서, 이음관(73)으로 유입된 가스는 제2 가스도관(65)과 하우징(59)의 출구(62) 사이에 역류틈새(d)가 존재함에도 불구하고 가스 유도관 뭉치(61)의 제3 가스유로(67)와 제2 가스유로(63)를 거쳐 외부 누설 없이 제1 가스도관(55)의 제1 가스유로(53)로 유입되어 이음관(71)과 토치 헤드(19)를 거쳐 토치 팁(7)으로부터 정상적으로 유출된다.

그런데 이 때, 산소와 가스의 혼합비 저하로 인해 가스압이 감소하여 팁(7)에서 유출되는 가스의 유출속도가 감소됨으로써 역화현상이 발생되면, 팁(7)과 토치 헤드(19)를 통해 역류된 연료 가스는 역화방지기(50)의 이음관(71)을 통해 제1 가스유로(53)로 유입되는데, 이 때 제1 가스유로(53)로 유입된 역류 가스는 압력이 정상 유동 압력에 비해 상대적으로 낮기 때문에 제2 가스유로(63)로 유입되지 못하고, 틈새(d)를 통해 하우징(59) 내의 저류공간(57)으로 유입된 다음, 방출공(51)을통해 대기중으로 배출된다.

따라서, 역류가스가 혼합 가스관(17)을 통과해 절단기(1)로부터 가스통(27)으로 전달되는 것이 사전에 차단되므로 역화로 인한 안전사고를 미연에 방지할 수 있게 되며, 이와 같이 역화되어 오는 가스를 대기 중으로 안전하게 배출시키기 위해서는 실험결과 방출공(51)의 직경이 2㎜ 이상으로 가공되는 것이 바람직한 것으로 확인되었다.

이상의 설명과 같이, 본 발명의 역화방지기가 부착된 가스 절단기에 의하면, 역류가스 방출공이 관통 형성되어 있는 하우징과 이 하우징의 안쪽에서 역류가스 저류공간을 형성하는 가스 유도관 뭉치로 이루어진 단순한 역화방지 구조에 의해 토치 팁으로부터 화염이 역류되는 것을 효과적으로 방지할 수 있으므로, 역화방지기의 제작에 소요되는 비용이나 시간을 대폭 절감할 수 있게 된다. 또한 복잡한 부속품이 사용되지 않으며, 부피가 작고 가벼워 고장이나 유지보수에 따른 수고를 덜 수 있을 뿐 아니라 사용 편리성도 대폭적으로 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 산소라인(3)과 가스라인(5)이 연결된 토치 하우징(2), 절단 산소관(15) 및 혼합 가스관(17)을 통해 상기 토치 하우징(2)과 연결되어 있는 팁(7) 및, 상기 토치 하우징(2)의 각 라인 연결부위에 장착된 조절밸브(9,11,13)로 구성되어 있는 가스 절단기(1)에 있어서, 상기 혼합 가스관(17)의 상기 팁(7) 인접 부분에 역류되는 연료가스를 배출하는 하나 이상의 가스 방출공(51)이 구비된 역류방지기(50)가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 절단기.
2. 제1 항에 있어서, 상기 역류방지기(50)는 벽면에 상기 가스 방출공(51)이 관통되어 있고, 내부에 가스 유도관 뭉치(61)가 삽입되어 역류가스 저류공간(57)을 형성하는 중공부(58)가 가공되어 있는 하우징(59)과; 상기 하우징(59)의 출구(62)와 역류틈새(d)를 유지하도록 상기 중공부(58) 안으로 삽입되어 상기 저류공간(57)을 형성하며, 내부 축선 상에 제3 가스유로(67)가 형성되어 있는 상기 가스 유도관 뭉치(61)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 절단기.
3. 제2 항에 있어서, 상기 하우징(59)의 선단에는 상기 팁(7)과 결합되는 토치헤드(19)의 입구측이 연결되며, 상기 하우징 출구(62)와 연통된 제1 가스유로(53)가 축선 상에 형성된 제1 가스도관(55)이 돌출 연장되어 있으며; 상기 가스 유도관 뭉치(61)의 선단에는 상기 중공부(58)에 삽입되며, 상기 제1 가스유로(53)와 상기제3 가스유로(67)를 연결하는 제2 가스유로(63)가 축선 상에 형성된 제2 가스도관(65)이 돌출 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 절단기.
4. 제3 항에 있어서, 상기 제1 가스도관(55)은 후단 부분(69)의 직경이 확대되어 있으며 상기 후단 확경부(69)에 끼워지는 이음관(71)을 통해서 상기 토치헤드(19)와 결합되며, 상기 가스 유도관 뭉치(61)는 후단 부분에 끼워지는 이음관(73)을 통해서 상기 혼합 가스관(17)와 결합되는 것을 특징으로 하는 가스 절단기.