KR20220135127A - 산소절단기용 화구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수동 및 자동으로 LPG와 산소를 이용하여 금속물을 절단할 때 사용하는 화구에 관한 것으로, 산소와 LPG가스를 서로 혼합되지 않은 상태로 다른 통로로 통과시키는 역할을 수행하는 화구 본체와; 상기 본체와 결합되어 본체를 통해 공급된 산소와 LPG가스를 공급받아 종단에는 산소와 LPG가스를 서로 혼합되도록 하는 역할을 수행하는 노즐과; 상기 산소와 LPG가스를 산소절단기 사용자가 필요로 하는 지점에서 혼합되도록 외부와 차단하는 역할을 수행 하는 차단구와; 상기 본체와 결합되되 캡을 본체와 접촉시켜 차단구의 내부와 외부를 차단하는 역할을 수행하는 고정 너트와; 상기 화구 본체를 산소절단기와 결합하되 산소 절단기와의 불완전한 접촉으로 인한 LPG가 새어나오는 것을 차단하기 위해 설치되는 밀봉너트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

산소절단기용 화구{HANDTORCH TIP}

본 발명은 수동 및 자동으로 LPG와 산소를 이용하여 금속물을 절단할 때 사용하는 화구에 관한 것으로 LPG를 이용하여 착화를 하고 산소를 이용하여 착화된 불꽃의 온도를 증가시켜 금속물을 절단하는 산소절단기용 화구에 관한 것이다.

인간의 생존과 문명의 발전을 위해서는 다양한 자재를 필요로 하는데 고래로는 흙과 나무 및 암석을 시작으로 근래에는 시멘트와 철금속 및 각종 비철금속이 널리 활용되기에 이르렀다.

각종 자재를 활용하는데 있어서 핵심기술은 자재의 가공 및 절단 및 결합이 주 기능을 부여하여 사용하는데, 금속의 경우 각종 기술, 레이져, 워터젯, 산소절단, 그라인더 절단 및 핸드토치와 함께 볼트와 너트를 이용한 결합과 함께 용접기술을 이용하여 결합하는 방법이 사용되는데 용접은 다양한 소재를 위한 용접기술이 개발되어 활용되고 있고 그 현장에서 효과적으로 사용하는 방법이 사용된다.

충분한 장비가 구비되는 공장에서는 전용장비를 이용하여 금속의 절단 및 결합 즉 용접이 이루어지나, 공장 외부에서 작업을 진행해야 하는 경우 전용 장비를 이동하기 어려운 문제가 있어서 현장에서 금속을 절단하는 경우에는 LPG와 산소를 이용하여 고열을 발생하여 금속물을 절단하는 산소절단기를 이용하여 산소절단을 수행하게 되고 결합하여야 하는 경우에는 용접기를 이용하여 결합하게 된다.

핸드토치는 LPG통과 산소통과 결합 연결되는 게이지와 산소절단기와 상기 게이지와 핸드토치를 연결하는 호스로 이루어지고 상기 핸드토치의 일단에는 화구가 설치되게 되는데 상기 팁의 경우 산소가 공급되는 통로와 LPG가 공급되는 통로가 구분되게 되는데 LPG의 역할은 착화하기 위한 연료로서의 역할을 하고 추가로 공급되는 산소는 상기 착화된 불의 온도를 고온으로 온도를 올리는 역할 및 용융된 금속물을 모재로부터 이탈시키는 역할을 수행하게 된다.

여기에서 발생하는 문제로는 상기 화구로부터 발생하는 고온의 불꽃을 이용하여 금속을 절단하는 과정에 화구의 온도가 고온으로 가열되는 문제가 발생하여 스스로 녹을 수 있는 문제가 발생하게 되는데 이러한 문제를 해소하기 위하여 사용하는 LPG의 특징을 확인해보면 액체상태의 LPG가 기화하면서 냉각되므로 상기 팁의 온도를 급속도로 낮추어 주게되어 화구가 녹는 문제를 해소하게 되는데 장시간 팁을 사용하는 경우 팁의 끝단에 발생하는 이물질을 떼어내기 위하여 타 금속에 팁의 끝단을 충돌시켰을 때 화구의 끝단 즉 탭의 일부가 찌그러져 이곳에 열이 쌓이면서 녹게되어 파손되게 되는 것이다.

또한 주로 사용하는 소재가 황동과 동 즉 구리를 사용하게 되는데 이는 용융점의 문제와 열 전도율의 문제와 소비비용의 문제를 고려하여 선택된 것으로 캡의 경우 구리를 주로 사용하고 나머지 재료는 황동을 사용하며 LPG유출을 방지하기 위하여 사용되는 재료로는 테이프론 링을 이용하여 열원의 유출을 방지하기 위하여 사용된다.

이는 동 즉 구리의 경우 황동에 비하여 고가임에도 불구하고 사용되는 이유로는 열 전도율이 황동보다 높고 용융점 또한 충분히 높아서 LPG가 기화되면서 캡을 냉각시키는데 유리하기 때문에 캡에는 주로 구리가 사용되고 이하의 부속에는 황동이 주로 사용되게 된다.

본 발명의 목적은 화구의 소재 사용량을 감소시키면서도 제작의 편의성을 도모하여 강건 설계를 달성하고자 하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 구성된 본 발명은, 산소와 LPG가스를 서로 혼합되지 않은 상태로 다른 통로로 통과시키는 역할을 수행하는 화구 본체와; 상기 본체와 결합되어 본체를 통해 공급된 산소와 LPG가스를 공급받아 종단에는 산소와 LPG가스를 서로 혼합되도록 하는 역할을 수행하는 노즐과; 상기 산소와 LPG 가스를 산소절단기 사용자가 필요로 하는 지점에서 혼합되도록 외부와 차단하는 역할을 수행 하는 차단구와; 상기 본체와 결합되되 캡을 본체와 접촉시켜 차단구의 내부와 외부를 차단하는 역할을 수행하는 고정 너트와; 상기 화구 본체를 산소절단기와 결합하되 산소 절단기와의 불완전한 접촉으로 인한 LPG가 새어나오는 것을 차단하기 위해 설치되는 밀봉너트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노즐은 상기 본체와 결합할 수 있도록 하는 결합수단인 노즐 조립나사의 외경과 상기 산소와 LPG가 혼합되는 쪽의 외경 사이 중간의 외경이 모두 동일하거나, 중간의 외경이 양 끝단의 외경보다 더 작게 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노즐에 본체와 결합하기 위해 노즐 조립나사에 이어서 추가로 설치되되 상기 노즐 조립나사와 피치 값이 다르게 구성되어 노즐 조립나사의 추가적인 조립을 방지하고, LPG가 통과할 때 난기류를 형성시키는 역할을 수행하는 멈춤 나사가 더 추가되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차단구의 내면에는 LPG와 차단구내면과의 접촉면적을 확대시키고 LPG의 수용량을 증대시키며 LPG의 이동에 있어 난기류를 형성할 수 있도록 차단구의 내면에 탭의 구조로 회오리 탭이 더 추가되는 것을 특징으로 한다.

또한, 차단구의 내면에 설치되되 회오리 탭에 의하여 형성되는 난기류의 양을 조절할 수 있도록 차단구의 시작지점부터 키홈의 구조로 목표하는 지점까지 직선 또는 곡선방향으로 선택된 깊이와 너비로 LPG 골이 더 추가되는 것을 특징으로 하는 산소 절단기용 화구.

본 발명의 목적은 화구의 소재 사용량을 감소시키면서도 제작의 편의성을 도모하여 강건 설계를 달성 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에서의 기존 화구 분해도
도 2는 본 발명에서의 기존 화구 조립도
도 3은 본 발명에서의 화구 본체 후면사시도
도 4는 본 발명에서의 화구 본체 전면사시도
도 5는 본 발명에서의 화구 절단면도
도 6은 본 발명에서의 노즐 후면 사시도
도 7은 본 발명에서의 노즐 전면 사시도
도 8은 본 발명에 의한 개방노즐 1
도 9는 본 발명에 의한 개방노즐 2
도 10은 본 발명에 의한 개방노즐 3
도 11은 본 발명에 의한 차단 구 설치 형 회오리 탭
도 12은 본 발명에 의한 차단 구 설치 형 LPG 골

이하 도면을 참조하면서 본 발명에서의 화구의 구조와 그 유기적인 특성을 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에서의 기존 화구 분해도를 도시하고 있는 것으로, 상기 도면은 화구의 각 부품이 조립되는 방향과 위치를 나타내고 있는 것이다.

먼저 밀봉 너트(30)와 밀봉링(31)이 화구 본체(10)의 후면쪽으로 결합되고, 본체 전면쪽으로는 노즐(20)이 결합되며 이후에 차단구(40)가 고정너트(50)를 이용하여 선택된 위치에서 고정되게 된다.

도 2는 본 발명에서의 기존 화구 조립도를 도시하고 있는 것으로 조립된 화구는 산소 절단기와 결합되어 사용되게 되는 것이다.

더불어 산소 절단기는 플렉서블한 고무관을 이용하여 산소통과 액화된 LPG 저장통과 연결되어 산소절단기의 목적인 금속절단을 위하여 1000도 이상의 고온의 불꽃을 만들어 내면서도 상기 화구가 녹지 않도록 하는 역할은 액화된 LPG가 기화되면서 발생하는 냉각기능으로 상기 화구 특히 차단구(40)의 온도를 떨어뜨려주는 역할을 수행하기 때문에 지속적으로 화구를 사용할 수 있는 것이라 하겠다.

도 3은 본 발명에서의 화구 본체 후면사시도를 도시하고 있는 것으로, 일반적으로 상기 화구 본체(10)는 황동 재질의 육각봉을 이용하고 CNC로 전체적인 형상을 가공하게 되는데 그 구조를 살펴보면 본체 전체를 관통하는 본체 산소 홀(11)이 설치되게 된다.

이후 육각봉의 일부를 남기고 남겨진 일부의 전면에는 본체 고정나사(15)가 설치되며 후면에는 본체 결합나사(13)가 설치되고 상기 본체 산소 홀(11)과 혼용되지 않는 별도의 본체 LPG홀(12)이 하나 이상 설치되게 되고 이는 산소와 LPG가 화구 내부에서 혼합되는 것을 방지하는 역할을 수행함으로써 LPG의 냉각 기능을 한층더 강화 시키는 역할을 수행하기 위한 조치라 하겠다.

더불어 남겨진 육각봉은 본체 조립부(14)로서의 역할을 하게 되는데 몽키 또는 스페너를 이용하여 조립된 화구를 산소 절단기와 결합이 용이하도록 하는 역할을 수행하는 것이라 하겠다.

도 4는 본 발명에서의 화구 본체 전면사시도를 도시하고 있는 것으로, 더욱 효과적으로 본체 LPG홀(12)을 연장할 있도록 하기 위하여 다수개의 본체 LPG홀(12)을 하나로 결합하기 위하여 본체 통합 LPG홀(12-1)을 설치하게 된다.

본체 통합 LPG홀의 구조는 상기 본체 산소홀(11)로부터 선택된 거리만큼 떨어진 상태로 선택된 깊이만큼 파내는 형태를 하게 되는 것이다.

더불어 상기 본체 산소홀(11) 전면부 선택된 깊이만큼 본체의 노즐 조립 탭(16)이 설치되게 되는 구조를 갖게 된다.

도 5는 본 발명에서의 화구 절단면도를 도시하고 있는 것으로 기본적인 특징을 살펴보면 먼저 본체 산소 홀(11)을 조립이 완료된 이후에도 화구에 처음부터 끝까지 독립성을 유지하고 있으며 LPG홀 또한 처음부터 끝까지 독립성을 유지하여 화구 내부에서 서로 혼합되는 일이 없도록 구성되어 있는 것을 확인할 수 있다.

또한 산소 절단기를 사용하다보면 간혹 LPG가 외부로 새어나오는 경우가 있는데 이를 방지하기 위하여 밀봉 너트(30) 내부에는 일정한 깊이의 홈이 파이게 되고 그 홈에는 플라스틱으로된 밀봉 링(31)이 설치되게 되는데 바람직하게는 주로 아세탈을 이용하여 밀봉링을 제작하게 된다.

즉 산소 절단기를 사용하다가 본체와 산소 절단기의 결합부위에서 LPG가 새어 나올 경우 상기 밀봉 너트를 강하게 산소절단기 쪽으로 밀어넣게 되는 경우 상기 밀봉링과 산소 절단기가 강하게 결합되어 LPG의 유출을 막게 되는 것이다.

도 6은 본 발명에서의 노즐 후면 사시도를 도시하고 있는 것으로, 상기 본체 산소 홀과 연계되어 공급되는 산소를 LPG와 혼합되지 않고 산소만을 외부로 유출시킬 수 있도록 하기 위하여 노즐 산소 인입구(21)가 노즐을 관통하여 설치하게 된다.

또한 노즐(20) 후면 선택된 깊이만큼의 일정 구간에는 상기 본체의 노즐 조립 탭(16)과 결합될 수 있도록 하는 나사산인 노즐 조립나사(22)가 설치되어 결합이 이루어지게 된다.

또한 상기 노즐에는 상기 노즐에 힘을 가해 노즐 조립 탭(16)과 노즐 조립나사(22)가 서로 조립될 수 있도록 하기 위한 수단이 필요한데 이를 위하여 환봉 형태의 일정 구간 양쪽을 평면으로 깍아내어 스패너 또는 몽키를 이용할 수 있도록 하는 구간인 조립지원부(23)가 설치되는게 일반적이다.

추가로 화구의 모든 부속이 조립되었을 경우 LPG가 외부로 방출될 통로가 막히게 되는데 이러한 문제를 해결하기 위하여 노즐의 끝단으로부터 선택된 깊이로 선택된 길이만큼의 LPG홈(24)이 하나 이상 설치되게 되는데 더욱 효과적으로 사용하기 위해서는 다수 개 특히 바람직하게는 12개의 홈이 파이게 된다.

도 7은 본 발명에서의 노즐 전면 사시도를 도시하고 있는 것으로 상기 노즐의 전면 끝단에는 일반적으로 노즐 산소 인입구(21)보다 작은 크기로 산소배출 홀(25)이 설치되게 됨으로써 산소의 압력 조정이 용이하도록 구성되게 되는 것이다.

이러한 구조를 통해 완전히 조립되게 되면 산소와 LPG는 화구 내부에서 혼합되지 아니하고 화구 외부에서 LPG만을 이용하여 착화가 이루어진 후에 압축 산소를 공급하여 착화된 불꽃이 화구 끝단이 아닌 화구 끝단을 벗어나 불꽃이 만들어지게 되며 이는 추가로 불꽃 끝의 온도가 급격히 상승하는 효과를 나타내게 되는 것이다.

도 8은 본 발명에 의한 개방노즐 1을 도시하고 있는 것으로 조립 지원부(23)를 제거하고 노즐을 조립하기 위한 나사산과 LPG홈(24)으로만 노즐의 외형이 이루어진 것을 확인할 수 있다.

이러한 형상의 작업은 CNC를 사용하지 않고 노즐의 외경을 가공함에 있어 전조기를 이용할 수 있다는 장점이 발현되어, 외경 가공시간을 단축시키고 노즐을 가공하기 위한 재료의 사용량을 최소화 할 수 있다는 장점이 나타나게 된다.

도 9는 본 발명에 의한 개방노즐 2를 도시하고 있는 것으로, 일정 구간 부분은 무가공부(26)가 존재하여 상기 무 가공부를 잡을 수 있는 별도의 공구를 이용하여 상기 개방노즐 2와 본체를 조립하는 방법도 가능하겠다.

그러나 여기에서의 특징은 노즐 조립나사(22)의 조립 깊이를 조절하기 위하여 일정 깊이까지만 나사산을 구비하고 다육단계로 LPG홈을 구비하게 되면 LPG홈의 시작부위까지만 나사 결합이 이루어지게 되는 것이다.

도 10은 본 발명에 의한 개방노즐 3을 도시하고 있는 것으로, 노즐 조립나사의 조립깊이를 조절하기 위하여 멈춤나사(27)를 설치하게 되는데 이는 노즐 조립나사와 피치값을 다르게 함으로써 해당하는 목적을 달성할 수 있을 것이다.

도 11은 본 발명에 의한 차단 구 설치 형 회오리 탭을 도시하고 있는 것으로 LPG의 냉각 기능을 더욱 활성화하기 위한 조치이다.

LPG는 액체 상태에서 기치로 변할 때 온도가 급격히 낮아지는데 이는 주변 물체와 접촉하여 물체의 온도를 떨어뜨리는 역할을 수행하게 되는데, 효과적인 냉각을 위해서는 원천적으로 LPG의 양이 많아야 할 것이고, 접촉 면적이 넓어야 하며 추가적으로 LPG의 활동이 왕성해야 하는데, 이러한 모든 것을 충족하는 조건으로 회오리 탭(41)을 들 수 있다.

즉 회오리 탭에 의하여 더 많은 공간을 확보함으로써, LPG의 추가 확보 공간을 제공하고, 탭의 측면부와 같이 추가적인 접촉면을 제공하며 탭의 특징에 의하여 LPG가 이동하면서 회오리치는 특징을 발생시켜 고온의 LPG와 저온의 LPG가 더욱 효과적으로 혼합되도록 하여 더욱 효과적인 냉각 기능을 제공하게 된다.

도 12은 본 발명에 의한 차단 구 설치 형 LPG 골을 도시하고 있는 것으로, 차단구에 설치된 회오리 탭의 역할은 난 기류를 일으켜 차단구 내를 통과하는 LPG의 혼합을 유도함으로써 차단구 외부에 발생하는 고열을 빠르게 냉각시키는 역할을 수행하도록 하는 것인데, 이때 지나친 난기류로 인하여 차단구 외부로 빠져나간 LPG가 넓게 퍼지는 경향을 보이는데 이는 불꽃을 한곳에 집중하여 금속을 절단하는 산소 절단기의 기능에 반하게 되므로 이러한 문제를 해결하여 불꽃이 한점에 집중하도록 하여야 할 필요가 있다.

이를 위하여 상기 차단구 내에 LPG가 직선으로 흐를 수 있도록 하는 공간이 LPG 골(42)을 설치하게 되는데, 상기 골은 2개 이상 다수개를 설치하되 골의 너비와 깊이는 선택적으로 서로 다르게 설치하는 것도 가능하다 하겠다.

상기 골은 난기류를 어느 정도 제어하여 LPG가 필요 이상으로 섞이는걸 방지하는게 기본 목적이라 할 것이다.

상기 골의 구조를 살펴보면 일반적으로 회전축의 회전력을 전달하기 위하여 키를 이용하는데 회전축과 회전축의 운동에너지를 전달받을 대상물에는 동시에 키를 설치하여 회전축은 키와 함께 회전하고 키는 다시 운동에너지를 전달받을 대상물을 잡고 있는 상태가 되어 회전축의 운동에너지가 대상물에 전달되는 방식을 주로 사용하는 운동에너지 전달 방식중 하나이다.

10: 본체 11: 본체 산소 홀 12: 본체 LPG 홀 12-1: 본체 통합 LPG 홀 13: 본체 결합 나사 14: 본체 조립부 15: 본체 고정나사 16: 노즐 조립 탭 20: 노즐 21: 노즐 산소 인입구 22: 노즐 조립나사 23: 조립지원부 24: LPG 홈 25: 산소배출 홀 26: 무가공부 27: 멈춤 나사 30: 밀봉 너트 31: 밀봉 링 40: 차단 구 41: 회오리 탭 42: LPG 골 50: 고정너트

Claims (5)

1. 산소절단기용 화구에 있어서,
   산소와 LPG가스를 서로 혼합되지 않은 상태로 다른 통로로 통과시키는 역할을 수행하는 화구 본체와;
   상기 본체와 결합되어 본체를 통해 공급된 산소와 LPG가스를 공급받아 종단에는 산소와 LPG가스를 서로 혼합되도록 하는 역할을 수행하는 노즐과;
   상기 산소와 LPG가스를 산소절단기 사용자가 필요로 하는 지점에서 혼합되도록 외부와 차단하는 역할을 수행 하는 차단구와;
   상기 본체와 결합되되 캡을 본체와 접촉시켜 차단구의 내부와 외부를 차단하는 역할을 수행하는 고정 너트와;
   상기 화구 본체를 산소절단기와 결합하되 산소 절단기와의 불완전한 접촉으로 인한 LPG가 새어나오는 것을 차단하기 위해 설치되는 밀봉너트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 산소절단기용 화구.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 노즐은 상기 본체와 결합할 수 있도록 하는 결합수단인 노즐 조립나사의 외경과 상기 산소와 LPG가 혼합되는 쪽의 외경 사이 중간의 외경이 모두 동일하거나, 중간의 외경이 양 끝단의 외경보다 더 작게 구성되는 것을 특징으로 하는 산소 절단기용 화구.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 노즐에 본체와 결합하기 위해 노즐 조립나사에 이어서 추가로 설치되되 상기 노즐 조립나사와 피치 값이 다르게 구성되어 노즐 조립나사의 추가적인 조립을 방지하고, LPG가 통과할 때 난기류를 형성시키는 역할을 수행하는 멈춤 나사가 더 추가되는 것을 특징으로 하는 산소 절단기용 화구.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 차단구의 내면에는 LPG와 차단구내면과의 접촉면적을 확대시키고 LPG의 수용량을 증대시키며 LPG의 이동에 있어 난기류를 형성할 수 있도록 차단구의 내면에 탭의 구조로 회오리 탭이 더 추가되는 것을 특징으로 하는 산소 절단기용 화구.
5. 제 4항에 있어서,
   차단구의 내면에 설치되되 회오리 탭에 의하여 형성되는 난기류의 양을 조절할 수 있도록 차단구의 시작지점부터 키홈의 구조로 목표하는 지점까지 직선 또는 곡선방향으로 선택된 깊이와 너비로 LPG 골이 더 추가되는 것을 특징으로 하는 산소 절단기용 화구.

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