KR20090116312A - 화염 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박 등에 탑재하는 주기관과 보조기관의 크랭크 케이스의 개구부에 설치되는 화염 제어장치에 관한 것으로서 화염 분출을 억제하기 위한 금속 띠를 적층하여 이루어지는 화염 제어기의 요철부를 그 중심선에 대하여 경사지게 방사형으로 배치함으로써 화염 전파의 거리 및 냉각 면적을 증가시키고 산소 결핍을 유도하여 화염을 효과적으로 억제할 수 있도록 개선된 내연기관의 화염 제어장치에 관한 것이다.

본 발명에서는 내연기관의 크랭크 케이스의 개구부에 결합하여 화염이 외부로 분출되는 것을 제어하기 위한 화염 제어장치에 있어서, 일정 폭을 가지는 링 형상의 금속 띠를 적층 하여 구성되는 것으로서, 각 층의 금속 띠에는 크랭크 케이스의 내부로부터 전달되는 화염이 통과하기 위한 요철부가 원주방향으로 연속하여 형성되되, 각 요철부는 금속 띠의 중심선에 대하여 일정 각도로 경사지게 형성되는 화염 제어기를 가지는 화염 제어부, 상기 화염 제어부의 하면에서 상기 화염 제어부를 지지하는 하판, 상기 화염 제어부의 상부를 덮는 상부 덮개 및 상기 화염 제어부의 내측에 원주 방향을 따라 다수 개 배치되어 상기 상부 덮개, 화염 제어부 및 하판을 고정 지지하는 지지볼트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화염 제어장치를 제공한다.

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Description

화염 제어장치{Flame Arrester}

본 발명은 선박 등의 내연기관의 화염 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박 등의 내연기관의 크랭크 케이스의 개구부에 결합하여 크랭크 케이스 내부로부터 전파되는 화염의 분출을 억제하기 위한 화염 분출 제어장치에 관한 것이다.

통상적으로 자동차나 선박 등 내연기관을 동력원으로 사용하는 기관에서는 화석연료를 기관 내에서 연소 및 폭발시켜 발생하는 고온, 고압의 가스를 이용하여 내연기관의 피스톤 실린더에 동력 연결되는 크랭크축을 회전시키게 된다. 이러한 크랭크부는 크랭크 케이스에 의하여 둘러싸여 있으며, 그 내부는 내연기관의 엔진에 의하여 항시 고온, 고압의 환경에 놓여 있게 된다. 이러한 크랭크 케이스 내부의 온도 및 압력이 너무 지나치게 높으면 주변 기기에 악영향을 미치게 되므로 크랭크 케이스 내부의 압력이 규정 압력 이상으로 상승하지 않도록 하기 위하여 상기 크랭크 케이스에 화염 분출 제어장치를 결합하여 사용한다.

도 1은 종래의 내연기관의 화염분출방지용 트랩장치의 종단면도로서 등록특허 제10-0767283호에 개시된 것이며, 도 2는 종래의 또 다른 내연기관의 화염분출 방지용 트랩의 사시도로서 등록특허 제10-0325021호에 개시된 것이다.

도 1을 살펴보면, 종래의 트랩장치는 크랭크 케이스의 외부로 분출되는 화염을 다중으로 흡수하고 감압시킬 수 있도록 크랭크 케이스의 개구부에 인접한 내측으로부터 차례대로 1차화염도출덕트부(10), 화염열흡수망부(20), 변형방지공간부(30) 및 2차화염도출덕트부(40)를 포함하여 구성된다. 이러한 구성은 엔진으로부터 전달되는 화염을 2중으로 제어한다는 점에서는 어느 정도 효과적인 구성이라고 할 수 있으나, 다수의 스트랩(11) 상에 형성되는 요철부가 화염도출덕트부(10,40)의 중심선에 대하여 평행한 방향으로 형성되어 있어 화염의 요철부 통과속도가 빠르다는 문제가 있다. 즉, 화염이 트랩장치에 머무는 시간이 극히 짧아 크랭크 케이스 내부의 압력 강하 및 요철부 표면과의 접촉으로 인한 냉각이 만족스럽지 못하다는 문제가 있는 것이다.

또한, 2차 화염도출덕트부(40)와 화염열흡수망부(20) 사이에 존재하는 변형방지공간부(30)는 화염의 압력에 의하여 화염열흡수망부가 변형되는 경우를 대비하여 여유 공간을 배치한 것이나, 이러한 공간부는 유입 산소량의 존재로 인하여 화염이 되살아날 수 있는 조건을 조성한다는 치명적인 단점이 있다.

도 2 및 도 3을 살펴보면, 종래의 트랩장치는 금속판에 단면이 사다리꼴 모양인 요철부(60)를 형성한 것인데, 이러한 사다리꼴 요철부(60)는 그 형상이 복잡하여 제작비가 높을 뿐 아니라 화염의 압력으로 인한 요철부의 변형이 생기기 쉽다는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 화염을 도출시켜 억제하기 위한 적층식 금속 띠의 요철부를 그 원주상의 중심을 지나는 중심선에 대하여 일정한 각도로 경사지게 형성함으로써 화염 제어장치의 협소한 설치면적에도 충분한 냉각 효과를 발휘할 수 있도록 하는 것이다.

또한 본 발명에서는 전술한 형태의 요철부를 가지는 화염 제어기를 내·외측에 이중으로 구성하고 그 사이에 금속망을 밀착하여 삽입 배치함으로써 산소 공급공간을 축소하여 산소의 차단을 도모하는 한편, 화염의 차단 및 냉각 성능은 향상시키고자 한다.

아울러, 본 발명에서는 요철부의 단면 형상을 그 구조가 가장 안정적이면서도 제작이 용이하여 원가 절감이 가능한 삼각 형상 즉, 'V' 자 단면 형상으로 하여 화염의 폭발 압력에 의한 형상 변형을 방지하고 생산 단가를 절감하고자 한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 내연기관의 크랭크 케이스의 개구부에 결합하여 화염이 외부로 분출되는 것을 제어하기 위한 화염 제어장치에 있어서, 일정 폭을 가지는 링 형상의 금속 띠를 적층 하여 구성되는 것으로서, 각 층의 금속 띠에는 크랭크 케이스의 내부로부터 전달되는 화염이 통과하기 위한 요철부가 원주방향으로 연속하여 형성되되, 각 요철부는 금속 띠의 중심선에 대하여 일정 각도로 경사지게 형성되는 화염 제어기를 가지는 화염 제어부, 상기 화염 제어부의 하면에서 상기 화염 제어부를 지지하는 하판, 상기 화염 제어부의 상부를 덮는 상부 덮개 및 상기 화염 제어부의 내측에 원주 방향을 따라 다수 개 배치되어 상기 상부 덮개, 화염 제어부 및 하판을 고정 지지하는 지지볼트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화염 제어장치를 제공한다.

여기서, 상기 화염 제어부는 내측 화염 제어기 및 이와 이격하여 위치하는 외측 화염 제어기의 이중 구조로 마련되며, 상기 이격 공간에는 여러 겹의 금속망이 상기 내·외측 화염 제어기에 밀착하여 채워지도록 할 수 있다.

또한, 상기 요철부는 'V'자형의 단면 형상을 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 요철부가 금속 띠의 원주의 중심을 지나는 중심선에 대하여 일정 각도 기울게 배치되므로 화염통과거리가 증가하게 된다. 따라서, 화염의 냉각 표면적이 증가하고, 화염의 냉각 효율이 우수하며, 화염의 폭발 압력을 효율적으로 감압시킬 수 있다는 장점이 있다. 특히, 선박 등 설치면적이 제한된 장소에도 화염 제어장치 자체의 사이즈를 증가시키지 않고도 원하는 수준의 화염통과거리를 확보할 수 있게 되는 장점을 가지게 된다.

또한, 전술한 구조를 가지는 화염 제어기를 이중으로 배치하고 그 사이에 금속망을 밀착 삽입하게 되면, 화염의 억제효과가 더욱 배가되는 효과가 있다.

아울러, 화염의 전파 통로인 요철부의 단면 형상을 안정적이고 제작이 쉬운 삼각 단면, 즉 'V' 자 형상으로 하게 됨에 따라 화염 제어기의 제작이 용이하고 비용이 저렴할 뿐 아니라 높은 화염의 폭발 압력에 대한 변형 방지에도 뛰어나 효과가 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 그 원리를 보다 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 화염 제어장치의 횡단면도이고, 도 5는 도 4의 'A' 방향에서 바라본 요철부의 단면도이며, 도 6은 본 발명에 의한 화염 제어장치의 종단면도이며, 도 7은 도 6의 'B' 부분의 확대도이다.

도시한 것처럼, 본 발명의 화염 제어장치(100)는 금속 띠로 된 링 형상의 금속 박판을 적층하여 구성한 화염 제어기(110,120)를 주요 구성으로 하여 이루어진다. 상기 화염 제어기(110,120)는 얇은 금속 박판에 화염이 통과할 수 있는 통로가 되는 요철부(110b)를 형성한 후 원형으로 가공하여 여러 겹 적층하여 구성한 것인데, 내연기관으로부터 전달되는 폭발 화염을 억제하는 역할을 하는 것이다. 종래에는 상기 화염 제어기의 요철부가 단지 원형의 링 형상의 화염 제어기에 방사형으로 직선 방향으로 나열되어 있는 구조로 되어 있었다. 즉, 상기 요철부가 링 형상의 화염 제어기의 원의 중심을 지나는 중심선에 나란한 방향으로 방사상으로 배치된 구조를 하고 있었기 때문에 화염이 상기 요철부를 통과하는 시간이 지나치게 짧고 요철부의 측벽과의 접촉으로 인한 충분한 냉각이 일어나기 어려운 구조였다. 게다가, 화염이 직진하여 그냥 통과하게 되므로 요철부 벽면과의 접촉으로 인한 압력의 감소효과에도 한계가 있었던 것이 사실이다.

그러나, 본 발명에서는 상기 요철부(110b,120b)를 링 형상의 금속 띠의 중심을 지나는 중심선에 대하여 일정각도로 틀어지도록 구성하였다. 따라서, 빠르게 전파되는 화염이 직진하여 요철부(110b,120b)를 그냥 통과해버리는 것이 아니라 요철부(110b,120b)의 입구면에 수직하게 입사된 화염이 상기 요철부의 화염통로(110a,120a)를 통과하면서 벽면에 지속적으로 부딪히면서 그 진행 방향이 일정 각도로 휘어지게 되는 것이다. 이 과정에서 화염이 일정 성분 난류 성분을 가지게 되고 화염의 통과거리도 길어지게 된다. 따라서, 화염의 요철부 벽면과의 접촉이 증대되고, 화염 압력은 강하하며, 화염의 통과시간이 길어져서 결국은 입사된 화염의 강도를 효율적으로 억제할 수 있게 되는 것이다. 또한, 요철부를 경사지게 배치하면 화염 제어장치(100)의 직경을 크게 하지 않더라도 화염통로(110a,120a)를 길게 형성할 수 있게 되어 제작 비용이 절감될 뿐 아니라 설치장소가 협소한 경우에도 충분한 화염 억제효과를 발휘할 수 있게 된다.

상기 화염 제어장치(100)의 화염 제어부는 단일의 화염 제어기로 구성할 수도 있으나, 도 4에 도시한 것처럼, 1차 화염 억제 수단인 내측 화염 제어기(110), 2차 화염 억제 수단인 금속망(130) 및 3차 화염 억제 수단인 외측 화염 제어기(120)로 구성하는 것이 바람직하다. 상기 내측 화염 제어기(110)와 외측 화염 제어기(120) 상에 형성되는 요철부가 이루는 경사각은 서로 동일하게 하거나 필 요에 따라 서로 달리하여 구성할 수 있다. 예를 들어, 내측 화염 제어기(110)의 요철부(110b)의 경사각 보다 외측 화염 제어기(120)의 요철부(120b)의 경사각을 더 크게 형성할 수 있다.

상기 금속망(130)은 금속 와이어 등을 교차시켜 형성한 것으로서 여러 겹을 겹쳐서 설치하는 것이 바람직한데, 내측 화염 제어기(110)를 통과한 화염이 금속망(130)의 선재에 부딪혀 공기 흐름이 정체되고, 금속 선재의 틈새마다 분산되면서 에너지를 소모하게 되어 압력이 감소하며, 금속선제와의 접촉으로 인하여 냉각되는 것이다. 본 발명에서는 상기 금속망(130)을 상기 내·외측 화염 제어기(110,120)의 사이 공간에 밀착 패킹함으로써 화염이 금속망(130)을 통과하면서 산소와 접촉하여 되살아나는 것을 차단하였다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 요철부(110b)는 그 단면 형상이 삼각형 또는 'V' 자형으로 형성된다. 이는 종래의 사다리꼴 단면 형상의 요철부를 개선한 것으로서 기하학적으로 삼각형의 형상이 보다 안정적이며 변형에 강하다는 장점이 있다. 따라서 본 발명의 'V' 자 단면의 요철부(110b)는 강한 폭발 압력의 화염에 노출되어도 종래의 것보다 형상 변형이 작아 기능적으로 우수하다는 잇점이 있는 것이다. 또한, 'V' 자 형상의 요철부(110b)는 일정 폭을 가지는 금속 띠의 표면에 'V' 자 형상으로 가압하여 요철부를 형성하기만 하면 되므로 그 제작이 용이하고 제작비용 또는 저렴하다는 장점이 있다.

도 6에 도시한 것처럼, 상기 화염 제어부의 상부에는 상판 덮개(141)가 위치하고, 그 하부에는 하판(142)이 위치하며, 그들 간의 결합은 다수의 지지볼트(143) 를 이용하여 지지 고정한다. 상기 지지볼트(143)는 상기 내측 화염 제어기(110)의 내측 둘레를 따라 원형으로 다수 개가 배치된다. 도면 중 미설명부호 144는 운반고리를 나타낸다.

도 1은 종래의 내연기관의 화염분출방지용 트랩장치의 종단면도.

도 2는 종래의 또 다른 내연기관의 화염분출방지용 트랩의 사시도.

도 3은 종래의 트랩장치의 요철부 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 화염 제어장치의 횡단면도.

도 5는 도 4의 요철부의 단면도.

도 6은 본 발명에 의한 화염 제어장치의 종단면도.

도 7은 도 6의 'B' 부분의 확대도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 화염 제어장치 110: 내측 화염 제어기

110a: 화염 통로 110b: 요철부

120: 외측 화염 제어기 130: 금속망

141: 상판 덮개 142: 하판

143: 지지볼트

Claims (3)

1. 내연기관의 크랭크 케이스의 개구부에 결합하여 화염이 외부로 분출되는 것을 제어하기 위한 화염 제어장치에 있어서,

   일정 폭을 가지는 링 형상의 금속 띠를 적층 하여 구성되는 것으로서, 각 층의 금속 띠에는 크랭크 케이스의 내부로부터 전달되는 화염이 통과하기 위한 요철부가 원주방향으로 연속하여 형성되되, 각 요철부는 금속 띠의 중심선에 대하여 일정 각도로 경사지게 형성되는 화염 제어기를 가지는 화염 제어부;

   상기 화염 제어부의 하면에서 상기 화염 제어부를 지지하는 하판;

   상기 화염 제어부의 상부를 덮는 상부 덮개; 및

   상기 화염 제어부의 내측에 원주 방향을 따라 다수 개 배치되어 상기 상부 덮개, 화염 제어부 및 하판을 고정 지지하는 지지볼트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화염 제어장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 화염 제어부는 내측 화염 제어기 및 이와 이격하여 위치하는 외측 화염 제어기의 이중 구조로 마련되며, 상기 이격 공간에는 여러 겹의 금속망이 상기 내·외측 화염 제어기에 밀착하여 채워지는 것을 특징으로 화염 제어장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 요철부는 'V'자형의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 화염 제어장치.

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