KR20230086230A - 랜스 장비용 역화방지기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화염이 랜스 장비 안으로 들어올 때에 이를 방지하는 역화방지기와 관련되며, 실시예로 랜스 장비에 장착되며, 중공된 파지부가 내부에 형성되어 있는 밸브하우징, 상기 파지부의 내주면에 물려 상기 밸브하우징을 개방하는 위치에 임시 고정되어 있는 안전밸브 및 상기 안전밸브가 상기 밸브하우징을 폐쇄하는 방향으로 상기 안전밸브를 가압하는 가압부를 포함하고, 상기 파지부는 상기 안전밸브보다 열팽창률이 커서, 상기 밸브하우징으로 들어온 화염으로 가열되면서 상기 안전밸브에 대한 상기 파지부의 구속이 해제되는 것을 특징으로 하는 랜스 장비용 역화방지기를 제시한다.

Description

랜스 장비용 역화방지기{Backfire prevention device for Lance Equipment}

본 발명은 화염이 랜스 장비 안으로 들어올 때에 이를 방지하는 역화방지기와 관련된다.

랜스 장비는 제철소의 연주 공정 등에서 큰 지금의 절단 작업이나 레이들 개공 작업 등에 사용되는 것으로, 공급된 산소로 인하여 랜스 파이프의 끝단이 용융하면서 발생하는 고온을 이용하여 이제 막 액상에서 고체로 응고되는 강철 등을 토출 화염을 이용해 절단하는 것이다.

일반적으로 랜스 장비는, 밸브 홀더, 연장 튜브, 랜스 파이프 홀더 및 랜스 파이프가 차례로 연결된 긴 봉의 형태이며, 밸브 홀더 후단에 연결되는 호스를 통해 공급된 산소를 랜스 파이프 선단부로 토출시키는 구조이다.

용광로 근처에서 산소를 사용하면서, 작업자가 직접 다루는 장비이므로 높은 안전성과 작동 신뢰성이 요구된다. 따라서 부속 대부분이 내열성이 우수한 금속으로 제작되며, 산소 이동을 제어하는 후단부의 밸브 홀더는 단순하면서 견고한 구조로 고장 확률이 낮은 구성을 채택하고 있다.

랜스 파이프가 용해되어 화염이 붙은 상태로 작업자가 산소 토출량을 조절하면서 랜스 파이프로 토출시키게 된다. 랜스 작업 도중 작업 대상물에서 발생한 불똥이나 화기가 랜스 파이프로 들어와 랜스 장비의 산소 이송 통로로 화염이 빠르게 번질 수 있다. 이로써 랜스 장비 또는 산소 공급 장치가 손상 또는 폭발할 위험이 있으므로, 랜스 파이프 안으로 화염이 번지는 것을 적극 방지할 필요가 있다

대한민국 등록특허 제10-2176953호 (2020.11.04)

본 발명은 랜스 장비에 구비되어 랜스 장비 내부로 역화가 발생할 때에 곧바로 산화염 차단이 가능하여 안전성을 향상시킨 역화방지기를 제공하고자 한다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 랜스 장비에 장착되며, 중공된 파지부가 내부에 형성되어 있는 밸브하우징, 상기 파지부의 내주면에 물려 상기 밸브하우징을 개방하는 위치에 임시 고정되어 있는 안전밸브 및 상기 안전밸브가 상기 밸브하우징을 폐쇄하는 방향으로 상기 안전밸브를 가압하는 가압부를 포함하고, 상기 파지부는 상기 안전밸브보다 열팽창률이 커서, 상기 밸브하우징으로 들어온 화염으로 가열되면서 상기 안전밸브에 대한 상기 파지부의 구속이 해제되는 것을 특징으로 하는 랜스 장비용 역화방지기를 제시한다.

나아가 상기 파지부는 상기 밸브하우징의 내주면에서 중심을 향하여 반경 방향으로 연장되는 테이퍼부와, 상기 테이퍼부의 끝단부에서 상기 밸브하우징의 길이 방향으로 연장되는 물림팁부를 포함하고, 상기 안전밸브는 상기 물림팁부의 내주면에 외주면이 물림되며, 외주면에 통기홀이 형성되어 있는 원통체와, 상기 원통체의 일단부에 형성되고, 닫힘 위치에서 상기 테이퍼부와 접촉하는 밸브바디를 포함할 수 있다.

또한 상기 안전밸브의 폐쇄 작동 방향은 산소가 토출되는 방향과 같은 방향으로 할 수 있다.

나아가 상기 밸브하우징의 후방측에서 유입되는 산소의 압력으로 밀려나 통로를 개방되는 체크밸브가 구비될 수 있으며, 화염의 전이를 차단하는 소염필터부재를 사이에 두고, 상기 체크밸브의 안전밸브를 복원시키는 스프링과 상기 가압부가 선후로 배치되어 있으며, 상기 소염필터부재를 포함하여 상기 밸브하우징은 상기 랜스 장비에서 분리, 교체될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 랜스 장비로 들어온 화염의 열기로 작동하여 산소 통로 라인을 폐쇄시킴으로써 폭발 사고의 위험으로부터 작업자를 보호한다.

역화한 화염의 열기에 의해 한 번의 폐쇄 작동으로 영구적인 폐쇄가 이루어지므로, 화염을 차단하느라 소모된 소염필터부재의 교체를 강제하는 효과가 있다. 이로써 작업자는 항시 건전한 소염필터부재가 장착된 상태의 랜스 장비를 다루게 된다.

또한 파지부와 안전밸브의 재질 선택에 따라 안전밸브의 폐쇄 작동이 구현되는 역화 조건을 다양하게 세팅할 수 있다.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 랜스 장비의 개략적인 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 역화방지기의 단면도.
도 3은 도 2의 A 부분의 확대도.
도 4는 평상시의 사용 상태를 나타낸 단면도.
도 5는 파지부와 밸브시트의 작동 관계를 나타낸 단면도.
도 6은 화염 역화에 따른 폐쇄작동을 나타낸 단면도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 랜스 장비용 역화방지기의 구성, 기능 및 작용을 설명한다. 단, 도면들에 걸쳐 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 도면번호는 통일하여 사용하기로 한다.

또한 이하의 설명에서 '제1', '제2' 등의 용어는 기술적 의미가 동일성 범위에 있는 구성요소를 편의상 구별하기 위하여 사용된다. 즉, 어떠한 하나의 구성은 임의적으로 '제1구성' 또는 '제2구성'으로 명명될 수 있다.

첨부된 도면은 본 발명의 적용된 실시예를 나타낸 것으로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 통하여 제한 해석해서는 아니된다. 이 기술분야에 속하는 전문가의 견지에서 도면에 도시된 일부 또는 전부가 발명의 실시를 위하여 필연적으로 요구되는 형상, 모양, 순서가 아니라고 해석될 수 있다면, 이는 청구범위에 기재된 발명을 한정하지 아니한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 랜스 장비와 관련된다.

본 발명의 실시예에 따른 랜스 장비(200)는 산소 가스가 주입되는 호스(201)와 연결되며, 산소 토출량을 조절하는 밸브 홀더(202), 관 형태의 랜스 파이프(205)를 물어 고정하는 파이프 홀더(203) 및 파이프 홀더(203)와 밸브 홀더(202)를 연결하는 관체인 연장 튜브(204)를 포함한다. 작업자는 주로 밸브 홀더(202)와 연장 튜브(204)를 양 손으로 잡고 랜스 장비(200)를 다루게 된다.

역화방지기는 밸브 홀더(202)의 몸체를 구성할 수 있다. 구체적으로 도시하지 아니하였으나 긴 관 형태의 랜스 파이프(205)를 고정하기 위해 콜렛과 조임너트(203a)가 사용되며, 역화방지기는 콜렛이 삽입되는 밸브 홀더에 연이어 장착될 수 있다.

도 2 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 역화방지기와 관련된다.

도 2 이하에서 산소는 도면의 상부에서 유입되어 하부로 토출되는 것으로 한다. 작업자의 관점에서 호스를 타고 랜스 장비로 들어온 산소가 작업자의 전방에 위치한 랜스 파이프로 빠져나가므로, 그에 맞춰 산소가 유입되는 방향을 후방으로 하고, 산소가 빠져나가는 방향을 전방으로 설명한다.

역화방지기(100)의 관형 바디는 내부에 밸브시트 등을 장착하기 위해 3 파트로 나뉘어 조립된다. 산소가 들어오는 후방으로부터 차례로 후방하우징(110), 밸브하우징(120) 및 전방하우징(130)이 조립되어 하나의 바디를 구성하고 있다.

랜스 장비를 구성함에 있어서 역화방지기(100)는 하나의 파트로 다루어질 수 있으며, 유지 보수 중에 다른 새로운 액화방지기로 교체될 수 있다. 이는 후술하는 소염필터부재의 교체를 강제하는 것으로 작업자의 안전을 증대시킨다.

역화방지기(100)의 중공된 바디의 내부는 산소가 이동하는 통로가 된다. 여기서 통로를 개폐할 수 있는 3가지 밸브가 구비된다.

후방하우징(110)에는 산소의 가스 압력에 의해 개방되는 역류방지용 제1 체크밸브(10)가 구비된다. 후방하우징(110)에 내측에 구비된 밸브시트에 접촉하는 제1 체크밸브체(11)가 제1 스프링(12)에 의해 탄성 지지되어 있다.

산소 유입이 없는 상태에서 제1 스프링(12)이 제1 체크밸브체(11)를 가압하여 통로를 폐쇄하고 있게 된다. 작업자가 밸브 홀더(도 1의 202)의 손잡이를 조작하여 산소 토출을 차단한 경우, 밸브 홀더 내부의 밸브가 산소 유입을 1차 차단하고 제1 체크밸브(10)가 추가적으로 후방하우징(110) 내의 산소 통로를 폐쇄한다. 이로써 밸브 홀더와 제1 체크밸브(10)에 의한 2중 폐쇄가 이루어진다.

반면 밸브 홀더의 밸브를 열어 산소를 유입시키면, 그 압력에 의해 제1 스프링(12)이 압축되면서 제1 체크밸브체(11)가 밸브시트와 떨어지면서 산소가 통과하게 된다. 이렇듯 제1 체크밸브체(11)가 통로를 개방하는 열림 작동하는 방향은 산소의 주입 방향과 일치하고, 닫힘 작동하는 방향은 산소의 주입 방향과 역행한다.

제2 체크밸브(20)는 밸브하우징(120) 내에 설치되는 것으로, 화염이 바디 내부로 들어올 때 작동하여, 역화방지기(100)의 내부의 산소 통로를 영구적으로 폐쇄시키는 것이다.

밸브하우징(120)의 내부에는 파지부(121)가 단면 중심을 향하여 돌출된 형상으로 구비된다.

구체적으로 파지부(121)는 밸브하우징(120)의 내주면에서 중심을 향하여 반경 방향으로 연장되는 테이퍼부(122)와, 테이퍼부(122)의 끝단부에서 밸브하우징(120)의 길이 방향으로 연장되는 물림팁부(123)를 포함한다.

테이퍼부(122)는 밸브하우징(120)의 중심으로 가까이 갈수록 단면적이 줄어드는 것이며, 그 후방측은 하향 경사지게 형성되어 후술하는 안전밸브(21)가 접촉하는 밸브시트(122a)를 구성한다.

물림팁부(123)는 얇은 두께를 가진 원통형상으로, 원형인 단면의 중심이 밸브하우징(120)의 내주면 단면 중심에 맞춰져 있다. 도 3을 참고하면, 물림팁부(123)는 짧은 길이로 형성되어 있으면서, 물림팁부(123)의 후단에 단턱(123a)이 함몰되게 형성되어 있어 테이퍼부(122)와의 접촉면을 최소로 하고 있다.

안전밸브(21)는 파지부(121)가 형성한 중공에 삽입되어, 파지부(121)가 형성한 산소 통로를 개폐 작동하는 부재이다.

구체적으로 안전밸브(21)는 물림팁부(123)의 내주면에 외주면이 물림되며, 외주면에 통기홀(211a)이 형성되어 있는 원통체(211)와, 원통체(211)의 일단부에 형성되고, 닫힘 위치에서 테이퍼부(122)의 경사진 면과 접촉하는 밸브바디(212)를 포함한다.

안전밸브(21)의 원통체(211)의 외경은 물림팁부(123)의 내경 사이즈보다 살짝 큰 것으로, 억지 끼움 수준에서 물림팁부(123)에 물려 위치가 고정된다.

원통체(211)의 끝단부가 물림팁부(123)에 의해 물림 고정됨에 따라, 밸브바디(212)와 인접한 위치에 형성된 통기홀(211a)을 통해 산소가 안전밸브(21)를 통과할 수 있다.

가압부(23)는 안전밸브(21)가 밸브하우징(120)을 폐쇄하는 방향으로 안전밸브(21)를 가압하는 것으로, 도시한 실시예에서는 코일 스프링이다.

여기서 가압부(23)가 안전밸브에 가해지는 힘은, 물림팁부(123)에 의한 원통체(211)의 고정력 즉, 파지부(121)에 의한 안전밸브(21)의 고정력을 넘지 아니함으로써, 통기홀(211a)을 통해 산소가 드나들 수 있는 개방 상태로 안전밸브(21)가 고정된다. 이때 가압부(23)는 압축된 상태를 유지한다.

파지부(121)(특히 밸브하우징(120))와 안전밸브(21)(특히 원통체(211))는 열팽창률이 서로 다른 이종(異種) 금속으로 제작된다. 특히 파지부(121)의 재질이 안전밸브(21)보다 열팽창률이 큰 것으로 선택할 수 있다. 예를 들면, 파지부(121)를 구리 재질로 할 때에 안전밸브(21)는 스테인리스 재질로 할 수 있다.

파지부(121)와 안전밸브(21)를 서로 열팽창률이 다른 재질로 선택함으로써, 밸브하우징 안으로 들어온 화염의 열기로 인해 파지부(121)(특히 물림팁부(123))와 안전밸브(21)(특히 원통체(211))가 가열될 때에, 서로 다른 팽창률로 인해 안전밸브(21)를 구속하는 파지부(121)의 파지력이 줄어들게 되고, 어느 순간 가압부(23)가 복원되며 안전밸브(21)를 눌러 파지부(121)의 통로를 안전밸브(21)가 폐쇄하게 된다.

도 5에서 왼쪽의 반원은 파지부(121)(물림팁부(123))와 안전밸브(21)(원통체(211))가 강하게 물려 안전밸브(21)가 고정된 상태를 나타낸 단면이다.

한편, 도 5의 오른쪽 반원은 화염에 의해 가열되어 열팽창이 이루어진 후의 상태를 크게 과장하여 나타낸 것으로, 열팽창률이 큰 파지부(121)(물림팁부(123))가 크게 벌어지고 상대적으로 열팽창률이 작은 안전밸브(21)(원통체(211))가 작게 커져 양자 사이에 틈이 발생함을 도시하고 있다.

그 결과 도 6에 도시한 바와 같이, 가압부(23)로 눌린 안전밸브(21)가 이동하여, 밸브바디(212)가 테이퍼부(122)와 접촉하면서 밸브하우징(120)에 형성된 통로가 폐쇄된다.

이러한 안전밸브(21)의 폐쇄 작동 방향은 산소 토출되는 방향과 같은 방향으로, 제1 체크밸브체(11)가 산소 유입을 차단하는 방향과는 서로 반대 방향이 된다.

역화가 발생하여 역화방지기(100) 내부에 화염이 들어오면, 화염의 열기로 인한 열팽창의 결과로 안전밸브(21)의 구속이 풀리면서 화염이 진행되는 것을 1차 차단하고, 안전밸브(21)로 인해 산소가 토출되지 못 함으로써 밸브하우징(120) 내부의 압력이 산소 공급처와 대등하게 상승하면서 제1 스프링(12)에 의해 제1 체크밸브(10)가 닫히게 된다.

이때 화염 유입을 차단하는 제2 체크밸브(20)와, 산소 유입을 차단하는 제1 체크밸브(10)가 서로 반대 방향으로 작동하여 역화방지기(100) 내부를 폐쇄함으로써, 이후 화염이 사라져 해당 부위가 냉각된 이후에도 안전밸브(21)가 자력으로 산소이 이동 가능한 개방된 상태로 되돌아갈 수 없다. 즉 밸브하우징 내의 통로는 영구적으로 폐쇄된다.

한편 제1 체크밸브(10)와 제2 체크밸브(20)의 사이에는 화염의 전이를 차단하는 소염필터부재(F)가 구비된다. 여기서 소염필터부재(F)는 구리 등 금속 알갱이를 뭉쳐 다공성 금속 시트로 제작한 것으로, 기체의 유동을 허용하지만 화염의 이동을 차단하는 것이다.

소염필터부재(F)는 후방하우징(110)과 밸브하우징(120) 사이에 끼워져 설치되어 있으며, 전후면에는 각기 가압부(23)와 제1 스프링(12)이 지지된다.

다시 도 2 및 도 4를 참고하면, 제3 체크밸브(30)는 전방하우징(130)에 설치되어 있으며, 평상시에는 전방하우징(130)의 내부 통로를 막고 있다가 랜스 파이프(205)의 장착과 함께 통로를 개방시키는 것이다. 이로써 랜스 파이프(205)를 장착하지 아니한 때에 산소가 랜스 장비 전방으로 빠져나가는 것을 방지한다.

구체적으로 제3 체크밸브(30)는 전방하우징(130)의 내부에 구비되며, 전방하우징의 길이 방향에 따라 관통된 중공홀(131a)과 그 주변에 밸브시트를 형성하는 돌출부(131), 중공홀(131a)을 따라 전후로 이동하면서 중공홀(131a)을 개방 또는 폐쇄하는 제3 체크밸브체(31) 및 제3 체크밸브체(31)를 탄성 있게 지지하는 제3 스프링(32)을 포함한다.

제3 체크밸브체(31)는 밸브시트와 접촉하는 원판형 바디(311)와, 바디(311)로부터 연장되어 있으며 단부가 랜스 파이프(205)와 접하는 원통 형상의 연장부(312)를 포함한다. 바디(311)와 인접한 연장부(312)의 둘레에 다수의 홀(312a)이 형성되어 있다.

도 4를 참고하면, 랜스 파이프(205)가 장착됨에 따라 제3 체크밸브체(31)가 후방으로 이동하며, 연장부(312)의 외주면에 형성된 홀들(312a)이 외부로 드러난다. 이러한 홀들(312a)을 통해 밸브하우징(120)을 통과한 산소가 랜스 파이프(205)로 빠져나갈 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 역화방지기는 역화 시에 화염의 열기로 인해 신속하게 산소와의 접촉이 차단되어 사용자의 안전성이 향상된다.

서로 다른 작동 방향을 가진 제1,2 체크밸브에 의한 폐쇄 작동은, 하우징을 분해하지 않는 이상, 폐쇄된 상태를 되돌릴 수 없다. 작업자가 현장에서 임의로 회복 조치하여 없으며 역화방지기를 교체하도록 하여 안전성이 향상된다.

구체적으로 역화를 차단함에 따라 소염필터부재(F)가 훼손되는데, 소염필터부재(F)의 전후에 구비된 제1,2 체크밸브가 통로를 영구 차단함으로써 역화 차단 이후 해당 부위를 교체하도록 강제시키게 된다. 즉 작업자가 역화를 차단하여 소모된 소염필터부재(F)의 상태를 다시 확인하지 안하더라도, 이를 임의로 다시 사용하지 못하게 함으로써 작업자의 안전이 크게 향상된다.

나아가 소염필터부재(F)를 포함한 각 구성요소를 역화방지기의 바디 내에 모듈화하여 장착함으로써, 역화방지기를 하나의 파트로써 분리 교체가 용이하다.

또한 파지부(121)와 안전밸브(21)의 재질을 열팽창률이 서로 다른 다양한 금속 조합에서 선정함으로써 예상되는 역화 강도에 따라 맞춤 설계가 용이한 장점이 있다. 즉 짧고 낮은 온도를 가지는 낮은 역화에도 영구 폐쇄 작동이 이루어지게 하거나, 어느 정도 높은 온도에서 영구 폐쇄 작동이 수행되도록 그 작동 수준을 달리 설계할 수 있다.

200 : 랜스 장비
201 : 호스 202 : 밸브 홀더 203 : 파이프 홀더 203a : 조임너트
204 : 연장 튜브 205 : 랜스 파이프
100 : 역화방지기
110 : 후방하우징 120 : 밸브하우징 121 : 파지부 122 : 테이퍼부
122a : 밸브시트 123 : 물림팁부 123a : 단턱
130 : 전방하우징 131 : 돌출부 131a : 중공홀
10 : 제1 체크밸브 11 : 제1 체크밸브체 12 : 제1 스프링
20 : 제2 체크밸브 21 : 안전밸브 211 : 원통체 211a : 통기홀
212 : 밸브바디 23 : 가압부 F : 소염필터부재
30 : 제3 체크밸브 31 : 제3 체크밸브체 311 : 바디
312 : 연장부 312a : 홀 32 : 제3 스프링

Claims (5)

1. 랜스 장비에 장착되며, 중공된 파지부가 내부에 형성되어 있는 밸브하우징,
   상기 파지부의 내주면에 물려 상기 밸브하우징을 개방하는 위치에 임시 고정되어 있는 안전밸브 및
   상기 안전밸브가 상기 밸브하우징을 폐쇄하는 방향으로 상기 안전밸브를 가압하는 가압부를 포함하고,
   상기 파지부는 상기 안전밸브보다 열팽창률이 커서, 상기 밸브하우징으로 들어온 화염으로 가열되면서 상기 안전밸브에 대한 상기 파지부의 구속이 해제되는 것을 특징으로 하는
   랜스 장비용 역화방지기.
   
2. 제1항에서,
   상기 파지부는
   상기 밸브하우징의 내주면에서 중심을 향하여 반경 방향으로 연장되는 테이퍼부와,
   상기 테이퍼부의 끝단부에서 상기 밸브하우징의 길이 방향으로 연장되는 물림팁부를 포함하고,
   
   상기 안전밸브는
   상기 물림팁부의 내주면에 외주면이 물림되며, 외주면에 통기홀이 형성되어 있는 원통체와,
   상기 원통체의 일단부에 형성되고, 닫힘 위치에서 상기 테이퍼부와 접촉하는 밸브바디를 포함하는
   랜스 장비용 역화방지기.
   
3. 제1항에서,
   상기 안전밸브의 폐쇄 작동 방향은 산소가 토출되는 방향과 같은 방향인 것을 특징으로 하는
   랜스 장비용 역화방지기.
   
4. 제1항에서,
   상기 밸브하우징의 후방측에서 유입되는 산소의 압력으로 밀려나 통로를 개방되는 체크밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는
   랜스 장비용 역화방지기.
   
5. 제4항에서,
   화염의 전이를 차단하는 소염필터부재를 사이에 두고, 상기 체크밸브의 안전밸브를 복원시키는 스프링과 상기 가압부가 선후로 배치되어 있으며,
   상기 소염필터부재를 포함하여 상기 밸브하우징은 상기 랜스 장비에서 분리, 교체되는 것을 특징으로 하는
   랜스 장비용 역화방지기.

Images