액체 연료용 점화기{IGNITOR FOR LIQUID FUEL}

본 발명은 액체 연료를 점화시키는 점화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체 연료로의 에너지 공급시간을 충분히 확보하면서 그 크기를 소형화할 수 있는 액체 연료용 점화기에 관한 것이다.

종래의 액체 연료용 점화기는 액체연료에 고전압의 전기를 인가하여 스파크를 발생시켜 점화시키는 전기 점화장치가 주로 사용되고 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 액체 연료용 점화기는 고속으로 유동하는 액체연료를 점화시키기 위해 고전압의 전기를 수초동안 인가하여야 하기 때문에 그 크기 및 중량이 상대적으로 커져야 되는 문제점이 발생된다.

특히, 항공기의 점화기로 사용되는 경우 기기 특성상 크기 및 중량에 제한을 받기 때문에 일정 시간 이상 점화 에너지를 공급함과 아울러 그 크기를 소형화하기 위한 점화기 개발의 필요성이 대두되었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 점화제로 MTV 화약을 사용하고 점화제의 조성비를 최적화하여 액체연료로의 점화 에너지 공급시간을 충분히 확보함과 아울러 그 크기 및 중량을 줄일 수 있는 액체 연료용 점화기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 점화제의 연소가 전방에서 후방으로 순차적으로 진행되도록 하여 점화제의 길이를 조절함에 따라 연소 시간을 효과적으로 조절할 수 있는 액체 연료용 점화기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 점화제를 점화시키는 연소 가스 이외에 보조 점화제를 추가로 설치하여 보조 점화제의 연소에 의해 점화제가 점화될 수 있도록 함으로써, 점화 신뢰성을 향상시킬 수 있는 액체 연료용 점화기를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액체 연료용 점화기의 단면도를 나타낸 것이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 본체 2 : 노즐

3 : 보조 점화제 4 : 점화제

5 : 공급튜브 6 : 착화기

7 : 클램프 10 : 홀

12 : 제1라이너 14 : 제2라이너

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액체 연료용 점화기는 본체의 전방측에 결합되어 본체 내부에서 발생된 화염을 액체 연료측으로 분사하는 노즐과, 상기 본체의 내부에 길이방향으로 적층되고 마그네슘(Magnesium)과 테프론(Teflon) 및 바이턴(Viton)이 일정 조성비로 형성되는 점화제와, 상기 본체의 후방측에 결합되어 전기 신호에 의해 점화제의 연소에 필요한 고온, 고압의 연소가스를 발생시키는 착화기와, 상기 착화기에서 발생된 연소가스를 상기 점화제의 전방으로 전달하는 화염 공급튜브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 액체 연료용 점화기의 단면도이다.

본 발명의 액체 연료용 점화기는 일정 공간을 갖고 양측이 개방된 형태의 본체(1)와, 상기 본체(1)의 개방된 전방측에 결합되어 본체(1) 내부에서 발생된 화염을 액체 연료측으로 분사하는 노즐(2)과, 상기 본체(1)의 내부에 길이방향으로 적층되어 연소되면서 화염을 발생시키는 점화제(4)와, 상기 본체(1)의 후방측에 결합되어 전기 신호에 의해 점화제의 연소에 필요한 고온, 고압의 연소가스를 발생시키는 착화기(6)와, 상기 착화기(6)에서 발생된 연소 가스를 점화제(4)에 공급하는 공급튜브(5) 등으로 구성된다.

상기 본체(1)는 점화제(4)의 연소에 충분히 견딜 수 있는 재질로 형성되고, 일측이 절곡되고 양측이 개방된 원통 형태이며, 그 개방된 전방에는 노즐(2)이 클램프(7)에 의해 체결되며, 개방된 후방에는 착화기(6)가 볼트 결합방식으로 장착된다.

상기 노즐(2)은 본체(1)의 전방에 체결되고, 점화제(4)의 연소로 발생된 화염을 액체 연료측으로 분사하는 화염 분사구(8)가 형성된다.

상기 점화제(4)는 액체 연료를 점화시키는 에너지원으로, 마그네슘(Magnesium)과 테프론(Teflon) 및 바이턴(Viton)이 일정 비율로 혼합된 MTV(Magnesium-Teflon-Viton) 화약이 사용되며, 상기 본체(1)의 길이방향으로 가압 충진된다. 여기에서, 점화제(4)는 그 적층되는 길이를 조절하여 연소 시간을 조절한다.

특히, 고속으로 유동하는 액체연료를 신속하게 점화시키기 위해서는 충분한 에너지(9000㎈ 이상)를 충분한 시간(10 초이상) 동안 공급하여야 한다. 따라서, 상기 점화제(4)는 점화에 필요한 충분한 에너지를 발생시키며, 일정한 시간동안 연소될 필요가 있다.

일반적으로 사용되는 점화제의 연소속도는 대기중에서 10~30㎜/s로 일정 에너지 공급시간을 확보하기 위해서는 많은 양의 점화제를 사용하여야 하기 때문에공간 및 중량에 제약이 있는 시스템에 사용되기는 곤란하다.

또한, 화약 중에서 연소속도가 비교적 느린 것으로 알려진 MTV의 경우도 대기중에서 연소속도가 약 3㎜/s이상으로 10초 동안 에너지를 공급하기 위하여 충전 길이만 30㎜이상을 확보하여야 하기 때문에 점화기를 소형화 하기 위해서는 연소속도를 낮춰야 한다.

상기와 같은 점을 고려하여 상기 점화제(4)는 점화속도를 최대한 늦출 수 있도록 테프론(Teflon) 입자를 평균 4㎛정도로 유지하고, 그 조성비를 마그네슘(Magnesium)이 58. 25%, 테프론(Teflon)이 38.83%, 바이턴(Viton)이 2.92%를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 조성에 의한 경우 연소속도는 대기압에서 1.5㎜/s이하로 할 수 있다.

또한, 점화제(4)는 연소속도와 연소시간이 반비례 관계이기 때문에 화약의 연소속도가 빠를 경우 일정 연소시간을 유지하기 위해서는 그만큼 많은 양의 화약을 필요로 하게 되어 시스템 전체의 크기 및 중량이 커지게 된다.

상기 점화제(4)의 연소속도는 구성물질의 입자크기 및 그 조성비의 영향이 크다. 즉, 점화제(4)의 마그네슘 입자가 적을수록 테프론의 입자가 클수록 연소속도가 빨리지므로 상기 점화제의 테프론 입자를 평균 4㎛정도로 유지함과 아울러 점화제의 조성비를 최적화하여 대기압에서 연소 속도를 1.5mm/sec 이하로 조절하고 1500cal/g 이상의 열량을 갖도록 한다.

상기에서, 점화제(4)로 사용되는 MTV(Magnesium-Teflon-Viton) 화약은 비교적 높은 열량을 보유하고 연소시 강력한 복사 에너지를 발생시키며, 다양한 연소반응물을 생성하여 효과적으로 열을 전달할 수 있고, 반응 생성물이 계속적으로 반응하기 때문에 점화 성능을 향상시킬 수 있고, 자동 점화온도가 높아 안전하며, 습기, 온도 변화, 진동, 노화 등 환경에 대한 저항성이 우수하고, 점화장치로 사용되는 대부분의 재료 및 화학물질과 적응성이 높기 때문에 점화기의 점화재로 사용이 적합하다.

하지만, 이러한 MTV(Magnesium-Teflon-Viton) 화약은 그 자체 특성상 점화성이 둔감하기 때문에 점화 신뢰성을 확보하기 위해 보조 점화제(3)가 사용된다.

상기 보조 점화제(3)는 상기 점화제(4)의 전방측에 배치되고, MTV 분말과 BKNO ₃ 분말을 50: 50의 비율로 혼합하여 상기 MTV 분말 성형과 동일한 압력으로 가압 성형된다.

이러한 보조 점화제(3)는 착화기(6)로부터 공급되는 연소가스에 의해 연소되어 점화제(4)의 착화에 필요한 에너지를 제공한다.

상기 공급튜브(5)는 본체(1)의 중앙에 길이방향으로 배치되는 실린더 형태로 본체(1)의 전방에 위치되는 일측에는 착화기(6)에서 발생된 연소가스를 점화제(4)의 전방으로 공급하기 위한 다수의 홀(10)이 형성되고, 그 타측은 본체(1)에 고정됨과 아울러 착화기(6)와 연통된다.

이러한 공급튜브(5)는 착화에 필요한 연소가스가 홀(10)을 통해 점화제(4)의 전방으로 공급되기 때문에 점화제(4)의 연소가 그 길이방향으로 진행되어 연소시간을 조절하기 용이하다.

상기에서 공급튜브의 홀(10)은 공급튜브(5)의 축 중심에서 일정 각도로 경사지게 형성되고, 공급튜브(5)의 둘레면을 따라 방사상으로 형성된다.

상기 공급튜브(5)의 외주면에는 점화제(4)가 공급튜브(5)의 표면에 직접 접촉되는 것을 방지하는 제1라이너(12)가 장착되고, 상기 본체(1)의 내주면에는 점화제(4)가 본체(1)의 내면에 직접 접촉되는 것을 방지하는 제2라이너(14)가 장착된다.

상기 제1라이너(12) 및 제2라이너(14)는 원통 형태로 종이 재질이 적층되어 제조된다.

즉, 이러한 제1 및 제2라이너(12,14)는 점화제(4)가 공급튜브(5) 및 본체(1) 와 직접 접촉될 경우 온도 변화, 노화 등에 의해 발생되는 계면 분리현상을 방지함으로써, 측면 연소로 인한 연소시간이 단축되는 것을 방지할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 액체 연료용 점화기의 작용을 다음에서 설명한다.

외부의 전기적인 신호에 의해 착화기(6)로 전류가 인가되면 착화기(6)가 작동되면서 고온 고압의 연소가스를 발생시킨다. 이때, 착화기(6)에서 발생된 연소가스는 공급튜브(5)로 유입되고, 홀(10)을 통해 점화제(4)의 전방으로 공급된다.

그러면, 본체(1) 내부로 공급되는 연소가스에 의해 보조 점화제(3)가 연소되고, 이 연소열에 의해 점화제(4)가 착화된다.

이때, 점화제(4)는 본체(1)에 길이방향으로 충진된 상태이고, 점화제(4)의 연소는 점화제(4)의 전방에서 후방으로 진행되기 때문에 충진되는 점화제의 길이를 조절하면 원하는 연소시간을 얻을 수 있다.

상기 점화제(4)의 연소로 발생되는 에너지가 노즐(2)을 통해 액체 연료로 공급되어 고속으로 유동하는 액체 연료를 점화시킨다.

상기와 같은 구성을 가지는 액체 연료용 점화기로서, 길이가 60㎜, 높이가 30㎜이고, 질량이 180g이며, 조성비가 마그네슘(Magnesium)이 58.25%, 테프론(Teflon)이 38.83%, 바이턴(Viton)이 2.92%인 MTV로 이루어진 점화제의 충전길이는 18㎜, 화약량은 6g인 경우, 실제 실험한 결과 대기온도와는 무관하게 연소시간은 10초, 화염 온도는 1500℃를 초과하였다. 또한, 10 ^-6 cc, He/sec 정도의 기밀을 유지하기 때문에 장비 내에서 10년 이상을 별도로 수리할 필요 없이 사용가능하다.

상기한 바와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 액체 연료용 점화기는 점화제의 조성비를 최적화함과 아울러 점화제의 테프론 입자를 평균 4㎛정도로 유지함으로써, 연소속도를 최소화하여 연소 시간을 충분히 확보함과 아울러 그 크기 및 중량을 줄일 수 있는 이점이 있다.

또한, 점화제를 본체의 길이방향으로 가압 충진하고 본체의 중앙에 공급튜브를 설치하여 점화제의 전방으로 연소가스를 공급함으로써, 점화제의 연소가 전방에서 후방으로 진행되도록 하여 연소 시간을 효과적으로 조절할 수 있는 이점이 있다.

또한, 점화제의 전방측에 보조 점화제를 배치하여 보조 점화재의 연소열에 의해 점화제가 점화될 수 있도록 함으로써, 점화 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.