KR20150066287A - 가스절단기용 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피가공재를 가열하기 위한 예열산소와 연료가스를 노즐 내에서 혼합하여 팁으로 분출하도록 된 노즐 믹싱방식에 있어서, 헤드프레임 내의 혼합가스유로에 대한 압력 변화를 최소로 하여 혼합가스의 분출이 원활하게 이루어짐과 동시에 헤드 내로의 역화 현상을 최대한 억제할 수 있는 가스절단기용 헤드에 관한 것이다.
본 발명의 가스절단기용 헤드는, 가스 상태의 산소 및 연료가스가 각각 유동되는 밸브뭉치를 포함하여 이 밸브뭉치에 결속되는 노즐뭉치 및 헤드를 구비한 가스절단기로서, 노즐뭉치를 구성하는 예열산소관 및 연료가스관에 인젝터가 장착되고, 이 인젝터로부터 유동하여 생성된 혼합가스를 공급하기 위한 혼합가스관이 헤드프레임에 결속되며, 이 헤드프레임에는 절단산소유로 및 혼합가스유로가 형성되어 팁의 절단산소통로와 혼합가스통로에 각각 연결되도록 구성하고, 상기 노즐뭉치의 혼합가스관의 단면적이 헤드프레임에 형성된 혼합가스유로의 단면적과 동일하거나 그 변화가 최소화 되도록 구성한 것이다.

Description

가스절단기용 헤드{HEAD FOR GAS CUTTING TORCH}

본 발명은 가스절단기용 헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피가공재를 가열하기 위한 예열산소와 연료가스를 노즐 내에서 혼합하여 팁으로 분출하도록 된 노즐 믹싱방식에 있어서, 헤드프레임 내의 혼합가스유로에 대한 압력 변화를 최소로 하여 혼합가스의 분출이 원활하게 이루어짐과 동시에 헤드 내로의 역화 현상을 최대한 억제할 수 있는 가스절단기용 헤드에 관한 것이다.

일반적으로, 가스절단기용 헤드는, 헤드를 구성하는 팁의 중심부로 절단산소가 분사됨과 동시에 이 절단산소 주위로 피가공재를 예열하기 위한 예열불꽃이 형성되도록 구성되며, 이 예열불꽃은 팁으로 공급되는 가스상태의 산소 및 연료가스가 혼합되어 생성된 혼합가스가 착화되도록 하여 형성된다.

통상의 가스절단기는, 예열불꽃을 형성하기 위하여 산소 및 연료가스를 혼합하는 방식에 따라 토치 믹싱방식 및 노즐 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 다음에 혼합가스가 화구(火口)로 공급되도록 하는 방식이다.

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

또한, 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 많은 시간이 소요될 수 있으며, 연료가스의 압력을 높일 경우에 역화가 발생되었을 때의 사고 위험성이 높아진다는 단점이 있다.

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

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 선행기술의 가스절단기(1)는 밸브뭉치(2) 및 이 밸브뭉치(2)에 연결되는 노즐뭉치(3)를 구비하며, 밸브뭉치(2)는 가스 상태의 산소 및 연료가스가 유입되는 부분으로, 공급구프레임(21), 손잡이부(22) 및 밸브프레임(23)을 각각 구비하고 있다.

상기 노즐뭉치(3)는 헤드(35)에 결속되는 위한 넥(31)을 구비하고 있으며, 상기 헤드(35)는 선단부에 화구가 형성된 팁(300), 헤드프레임(320) 및 팁(300)과 헤드프레임(320)을 결합시키기 위한 체결부재(310)로 이루어져 있다.

상기 넥(31)은 연료가스관(32), 예열산소관(33) 및 절단산소관(34)으로 구성되어 헤드프레임(320)과 밸브프레임(23)을 연결한다.

그리고, 도 2는 헤드(35)의 구성을 상세하게 나타낸 단면도로서, 헤드프레임 (320) 내에는 연료가스관(32), 예열산소관(33) 및 절단산소관(34)과 각각 연결된 연료가스유로(321), 예열산소유로(322) 및 절단산소유로(323)가 형성된다.

따라서, 연료가스관(32), 예열산소관(33) 및 절단산소관(34)으로부터 각각 유입된 연료가스, 예열산소 및 절단산소는 연료가스유로(321), 예열산소유로(322) 및 절단산소유로(323)를 통하여 각각 유동된다.

이 때, 헤드(35)에 구비되는 혼합가스 믹싱부는, 상기 예열산소유로(322)를 통해 헤드프레임(320) 내로 유입된 예열산소를 헤드프레임(320) 내부에 형성된 인젝터(324)의 예열산소토출구(324a)를 통해 혼합구멍(325)으로 분출하고, 연료가스유로(321)를 통해 헤드프레임(320) 내로 유입된 연료가스를 상기 인젝터(324)의 둘레에 형성한 공간부(326)의 연료가스토출구(326a)를 통해 혼합구멍(325)으로 분출함으로써 혼합구멍(325) 내에서 연료가스와 예열산소가 혼합되도록 한다.

한편, 팁(300)은 외측팁(301) 및 내측팁(302)으로 이루어지고, 내측팁(302)은 외측팁(301) 내에 형성된 공간에 배치되어 팁(300)의 내부는 절단산소통로(303) 및 혼합가스통로(304)가 형성된 이중관 형상을 가진다.

또, 체결부재(310)에 의해 헤드프레임(320)과 팁(300)을 결합하는 것에 의해 헤드프레임(320)의 혼합구멍(325)은 팁(300)의 혼합가스통로(304)와 연결되고, 헤드프레임(320)의 절단산소유로(323)는 팁(300)의 절단산소통로(303)와 연결된다.

이 때, 팁(300)의 내측팁(302)의 상단에는 헤드프레임(320)과의 결합을 위한 플랜지부(302a)가 형성되고, 플랜지부(302a)에는 헤드프레임(320)의 혼합구멍(325)과 팁(300)의 혼합가스통로(304)를 연결하는 연결구멍(302b)이 형성되어 있다.

따라서, 예열산소와 연료가스는 헤드프레임(320)의 혼합구멍(325)에서 혼합되고, 혼합구멍(325)에서 혼합된 혼합가스는 내측팁(302)의 연결구멍(302b)을 통해 외측팁(301)과 내측팁(302) 사이의 혼합가스통로(304)로 유입되어 팁(300)의 선단부로 토출되며, 절단산소는 헤드프레임(320)의 절단산소유로(323)를 통해 내측팁 (302) 중앙에 형성된 절단산소통로(303)로 유입되어 팁(300)의 선단부로 토출된다.

이에 따라, 혼합가스통로(304)의 선단부로 분사되는 혼합가스에 착화가 되어 피가공재(도시되지 않음)를 충분히 가열한 후 절단산소통로(303)의 선단부를 통하여 절단산소가 분사되면 피가공재가 산화되어 절단이 행해질 수 있다.

이러한 헤드 믹싱방식의 선행기술은, 연료가스와 예열산소의 혼합가스 믹싱부가 헤드프레임(320) 내에 배치되어 있으므로 역화의 발생이 감소되고, 인젝팅부에는 연료가스보다 상대적으로 고압인 예열산소의 분사에 따라 연료가스의 흡입이 발생되는 인젝터 방식을 적용함으로써 연료가스가 안정적으로 공급되어 피가공재의 예열시간이 단축되는 장점이 있다.

그러나, 상기 선행기술에 따른 헤드 믹싱방식이 적용된 가스절단기는, 예열산소와 연료가스가 믹싱된 혼합가스가 헤드프레임 내로 통과하게 되므로 팁 부분의 혼합가스 압력과 헤드프레임 내의 혼합가스 압력차가 발생하게 되면 역화현상을 일으키게 되는 문제점이 상존하고 있다.

또한, 일반적인 가스절단기의 경우에도 인젝팅부에서 분사된 예열산소와 연료가스가 혼합된 이후 팁의 선단부까지 도달하는 동안에 압력 변화가 발생되어 역화가 발생되는 경우가 빈번하게 일어나게 된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0041343호(발명의 명칭: 토치의 헤드, 공개일: 2011년 4월 21일)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 인젝팅 이후에 혼합된 가스가 관로와 헤드프레임 및 팁 선단부까지 이동하는 동안 내부에 형성되는 혼합가스유로의 단면적을 최대한 일정하게 유지되도록 하여 압력차에 의한 압력 변화가 발생하는 것을 최소로 함에 따라 혼합가스의 분사를 원활하게 하여 안정적인 불꽃을 형성하여 예열 성능을 유지할 수 있고, 헤드프레임 내에서의 압력차에 의한 역화 발생을 최대한 억제할 수 있는 가스절단기용 헤드를 제공하는데 있다.

상기 목적을 좀더 자세히 설명하면, 팁 선단부가 막혀 혼합가스유로에 압력이 변화할 경우 압력차에 의한 혼합가스의 흐름에 변동이 발생하고, 팁 선단부의 불꽃이 압력 변화가 있는 쪽으로 이동하는 과정에서 혼합가스에 역화가 발생하는 경우가 많은 것을 알 수 있다.

이러한 역화 현상을 최대한 줄이기 위해서는 예열산소와 연료가스가 혼합되어 팁의 선단부까지 이동하는 동안 압력 변화를 최대한 줄여주는 것이 역화를 줄이는 최선의 방법 중의 하나이다. 본 발명은 예열산소 및 연료가스가 혼합된 가스의 이동 통로에서 구조상 압력 변화를 최소로 하여 역화가 일어나는 현상을 예방하는데 가장 큰 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가스 상태의 산소 및 연료가스가 각각 유동되는 밸브뭉치를 포함하여 이 밸브뭉치에 결속되는 노즐뭉치 및 헤드를 구비한 가스절단기로서, 노즐뭉치를 구성하는 예열산소관 및 연료가스관에 인젝터가 장착되고, 이 인젝터로부터 유동하여 생성된 혼합가스를 공급하기 위한 혼합가스관이 헤드프레임에 결속되며, 이 헤드프레임에는 절단산소유로 및 혼합가스유로가 형성되어 팁의 절단산소통로와 혼합가스통로에 각각 연결되도록 구성하고, 상기 노즐뭉치의 혼합가스관의 단면적이 헤드프레임에 형성된 혼합가스유로의 단면적과 동일하거나 그 변화가 최소화 되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 헤드프레임의 혼합가스유로와 팁에 형성된 혼합가스통로의 접속부위에 대한 단면적이 동일하거나 그 변화가 최소화 되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 가스절단기용 헤드에 의하면, 노즐뭉치에 장착된 인젝터로부터 분사되는 혼합가스가 일정 단면적을 갖는 헤드프레임 내의 혼합가스유로를 통해 팁으로 유동되도록 구성하였기 때문에 혼합가스유로를 포함한 팁의 혼합가스통로 사이의 접속부분에서 발생하는 압력차를 최대한 줄일 수 있고, 이로써 헤드프레임 내에서의 압력 변화를 최소로 유지할 수 있다.

이에 따라, 혼합가스통로의 선단부로 혼합가스의 분사가 원활하게 이루어짐으로써 안정된 불꽃을 형성하여 예열성능을 유지할 수 있고, 혼합가스통로의 압력차에 의한 역화 현상을 최대한 방지할 수 있는 효과를 발휘하게 된다.

도 1은 일반적인 가스절단기의 전체 구성을 나타낸 정면도,
도 2는 헤드 믹싱방식의 가스절단기용 헤드를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 가스절단기용 헤드를 나타낸 단면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 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 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 가스절단기용 헤드를 나타낸 것으로서, 헤드(500)는 헤드프레임(510)과 팁(520), 그리고 헤드프레임(510)과 팁(520)을 결합하기 위한 체결부재(530)로 이루어진다.

도 1에 나타낸 통상의 노즐뭉치(3)를 구성하는 넥(31)의 연료가스관(32) 및 예열산소관(33)에는 인젝터(515)가 결속되고, 이 인젝터(515)로부터 하나의 혼합가스관(517)이 연결되어 헤드프레임(510)에 결속된다.

또, 상기 헤드프레임(510)에는 절단산소관(34)이 직접 결속됨에 따라 상기 헤드프레임(510)에는 혼합가스유로(511)와 절단산소유로(513)가 형성된다.

여기서, 상기 혼합가스관(517)의 단면적과 헤드프레임(510)에 형성된 혼합가스유로(511)의 단면적은 직경의 변화없이 동일하거나 그 변화를 최소로 하여 구성하는 것이 바람직하며, 이러한 구성에 의해 혼합가스의 유동시에 압력변화가 일어나지 않도록 하거나 최소한으로 유지할 수 있다.

한편, 팁(520)은 외측팁(521) 및 내측팁(522)으로 이루어지고, 내측팁(522)은 관형상으로 형성되어 외측팁(521) 내에 형성된 공간에 배치됨으로써, 팁(520)의 내부는 외측팁(521)과 내측팁(522) 사이의 혼합가스통로(523)와, 내측팁(522) 내부의 절단산소통로(524)가 형성된 이중관 형상을 가지게 된다.

또, 체결부재(530)에 의해 헤드프레임(510)과 팁(520)을 결합하는 것에 의해 헤드프레임(510)의 혼합가스유로(511)는 팁(520)의 혼합가스통로(523)와 연결되고, 헤드프레임(510)의 절단산소유로(513)는 팁(520)의 절단산소통로(524)와 연결된다.

여기서, 상기 헤드프레임(510)의 혼합가스유로(511)와 팁(520)의 혼합가스통로(523)가 연결되는 부분은 단면적을 상호 동일하게 형성하거나 혹은 단면적 차이를 최소로 하여 혼합가스의 압력차이가 일어나지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 구성의 가스절단용 헤드(500)의 작용을 설명하면 다음과 같다. 도 3에 도시된 바와 같이, 연료가스관(32) 및 예열산소관(33)을 통해 유입된 연료가스와 예열산소는 인젝터(515)를 거쳐 혼합가스를 생성함과 동시에 혼합가스관(517)으로 유동하고, 이어서 헤드프레임(510) 내의 혼합가스유로(511)를 거쳐 팁(520)으로 공급된다.

또한, 상기 혼합가스는 혼합가스유로(511)와 직결된 외측팁(521)과 내측팁 (522) 사이의 혼합가스통로(523)로 유입되어 팁(520)의 선단부로 토출되며, 절단산소는 헤드프레임(510)의 절단산소유로(513)를 통해 내측팁(522)의 절단산소통로 (524)로 유입되어 팁(520)의 선단부로 토출된다.

이에 따라, 혼합가스통로(523)의 선단부로 분사되는 혼합가스에 착화가 되어 피가공재를 충분히 가열한 후 팁(520)의 절단산소통로(524)를 통하여 절단산소가 분사됨으로써 피가공재가 산화되면서 절단이 행해지게 된다.

이와 같이 본 발명은, 인젝터(515)로부터 유동하여 생성된 혼합가스가 동일 단면적 혹은 그 변화가 최소로 이루어진 혼합가스관(517) 및 헤드프레임(510) 내의 혼합가스유로(511)를 따라 팁(520)으로 공급되고, 이어서 혼합가스통로(523)를 통해 분사되도록 구성한 것이기 때문에 혼합가스에 대한 압력차의 발생을 억제하거나 극히 최소한으로 유지할 수 있게 된다.

따라서, 헤드(500) 내에서 혼합가스가 흐르는 통로 전체의 압력 변화를 최소화함으로써 혼합가스의 분사가 원활하게 이루어져 안정적인 불꽃 형성으로 예열 성능을 유지함과 동시에, 혼합가스가 흐르는 통로 상에서 압력차에 의한 압력 변화가 발생함으로써 유발되는 역화 현상을 최대한 억제할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 따른 가스절단기에 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 것이다.

500 : 헤드 510 ; 헤드프레임
511 : 혼합가스유로 513 : 절단산소유로
515 : 인젝터 517 : 혼합가스관
520 : 팁 521 : 외측팁
522 : 내측팁 523 : 혼합가스통로
524 : 절단산소통로 530 : 체결부재

Claims (2)

1. 가스 상태의 산소 및 연료가스가 각각 유동되는 밸브뭉치를 포함하여 이 밸브뭉치에 결속되는 노즐뭉치 및 헤드를 구비한 가스절단기로서,
   노즐뭉치를 구성하는 예열산소관 및 연료가스관에 인젝터가 장착되고, 이 인젝터로부터 유동하여 생성된 혼합가스를 공급하기 위한 혼합가스관이 헤드프레임에 결속되며, 이 헤드프레임에는 절단산소유로 및 혼합가스유로가 형성되어 팁의 절단산소통로와 혼합가스통로에 각각 연결되도록 구성하고, 상기 노즐뭉치의 혼합가스관의 단면적이 헤드프레임에 형성된 혼합가스유로의 단면적과 동일하거나 그 변화가 최소화 되도록 구성한 것을 특징으로 하는 가스절단기의 헤드.
2. 제1항에 있어서, 상기 헤드프레임의 혼합가스유로와 팁에 형성된 혼합가스통로의 접속부위에 대한 단면적이 동일하거나 그 변화가 최소화 되도록 구성한 것을 특징으로 하는 가스절단기의 헤드.
   

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