KR20020052157A - 산화성 환경을 이용한 전기 저항 점화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료의 점화 및 예열을 위하여 연료 표면에 산화 환경을 조성한후 점화장치에 전기를 공급하여 저항선이 전기저항으로 인하여 가열되면서 발화가 일어나 연료의 전체 표면에 고르게 점화를 유도하는 장치로서 특히 연소표면이 넓거나 복잡한 형상을 가지더라도 일괄적으로 동시에 고른 점화를 시킴으로서 연소 현상의 불균형으로 인한 손실을 방지하며 더불어 충분한 예열을 가함으로서 좀더 효율적인 연소가 되도록하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여 미리 연소물질의 특성 및 기타 조건에 맞추어 결정한 점화전압과 이에 준한 저항값을 가지는 저항선을 전기 도선에 연결하여 연소물질이 들어있는 연소실등에 위치 시킨후 이곳에 고압의 순수 산소등을 채워 높은 산화 환경을 조성하여 점화의 전단계를 준비하게 된다. 준비를 마친후 연료의 점화 시기가 되면 제어반에서 저항선에 전원을 인가하여 저항열로 발화 되도록 하면 높은 산화 환경에 노출되어 있기 때문에 즉시 전 표면에 화염이 전파되게 된다. 이때 고압 산소의 계속적인 공급이 이루어진다면 더욱 확실하게 전 연소표면의 고른 점화를 유도할 수가 있다. 이러한 고 산화 환경과 전기 저항선을 이용한 점화는 복잡한 형상의 연료 표면에서도 화염의 전파가 가능하며 통전 시험등으로 간단히 사전 검사가 가능하기 때문에 매우 높은 신뢰성을 가지게 된다.

Description

산화성 환경을 이용한 전기 저항 점화 장치{Electrical Resistor In oxidizing Air ignition Device}

본 발명은 연소 표면 주위에 산화 환경을 조성한뒤에 전기적 발열을 이용하여 전 표면에 고른 점화를 유도하는 장치로서 특히 큰 표면적 및 복잡한 형상을 가지는 연료의 점화에 유용성을 가지게 된다. 이러한 특성이 요구되는 대표적인 분야로서 제 1 실시예처럼 로켓을 들 수 있다. 로켓에서는 복잡한 형상과 넓은 표면이 특징인 추진연료를 사용하게 되는데 정확한 추진력을 내기 위해서는 빠른 시간내에 일괄적으로 전체 연소표면을 점화시키는 것이 매우 중요한 조건이다. 이러한 어려운 조건이 요구되는 이유는 로켓의 추력을 발생시키기 위해서는 연료의 대량 연소와 이 고온 고압의 연소개스가 노즐을 통하여 고속 분사되어야만 하기 때문이다.

만약 일부분이 점화가 되지 않거나 화염의 전파 속도가 느릴 경우 당연히 연소가스의 절대량과 온도·압력이 설계치보다 낮으므로 추력은 저하된다. 이러한 불균일한 연소가 확대될 경우 연소표면의 이상 변형으로 미리 계산된 연소 표면 보다 적어지거나 많아져 로켓의 성능에 치명적인 영향을 주게 되고 결국에는 엉뚱한 방향으로 비행한다거나 추락하는 등의 매우 위험한 상황으로 진행 될 가능성이 커지게 된다.

이를 토대로 요구조건을 정리하면 형상에 관계없이 전체 표면적에 균일한 동시 점화가 가능하며 신뢰성 및 경제성 그리고 유지 보수와 점검등 취급이 간편해야한다는 점등이다.

그러나 기존의 점화방법으로는 로켓 연소실내에 작은 화약연료를 먼저 점화시켜 연소하면서 발생한 고온, 고압의 연소가스로 전체 연료에 점화를 유도하는 방식이 제일 많이 이용되고 있으나 정확히 표현해서 "조금 천천히 터지는 폭탄"인 이러한 물질은 그 위험성으로 인해 엄격한 규제를 받고 있으며 취급상에 매우 높은 주의가 필요하게 된다. 이들은 전기로 작동되는 뇌관을 사용하는 경우가 많은데 정전기나 전기적 잡음에 민감하게 반응하므로 이를 피하기 위하여 복잡하고 다양한장비와 절차를 받드시 준수해야만 사고를 피할 수 있다. 더구나 가장 중요한 신뢰성을 만족시키기 위한 사전 검사는 실제 연소 시켜야만 검증이 가능한 원리상 원천적으로 불가능함으로서 언제나 신뢰성의 문제를 가지는 치명적인 단점이 있다. 또한 만약 점화에 실패한 경우 모든 폭약이 가지는 문제로서 과연 불발인가 혹은 혹시 시간을 지체한 지연 점화인가 매우 판단이 어려우며 이로인해 상황을 유동적으로 만들게되므로 후속 조치를 취하는데 어려움과 동시에 사고의 위험성을 감수해야만 한다.

추가적으로 이러한 위험한 폭발 물질은 정부기관의 엄격한 관리하에 있으며 대부분이 군수용으로서 그 입수와 관리에 어려움이 따르며 당연히 가격등의 경제성은 고려조차 되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 연료 표면 주위에 산화성 환경을 조성한 뒤에 저항선의 전기적 발열을 이용하여 전 표면에 고른 점화를 유도하는데 있으며 특히 로켓 연료와 같은 복잡하고 넓은 연료 표면 전체에 일괄적이고 신속한 점화를 유도함으로서 시스템의 불안정 요소를 제거하고 적은 손실로서 효율적인 추력 발생이 되도록 하는데 있다. 또한 완전 비활성의 둔감한 점화용 연료를 이용 안전성을 확보하며 작동여부를 간단한 사전 검사를 실시함으로서 전체 시스템의 신뢰성을 확보 할 수 있는 반복 검증이 가능한 점화 시스템을 제시하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 점화 장치가 부착된 하이브리드 로켓 연소실의 전체도

도 2는 도 1에 사용되는 산소 공급라인과 점화 장치

도 3은 도 2에 부착되는 점화 장치의 상세도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 하이브리드 로켓 연소실 2 : 산소 공급라인

3 : 전기점화장치 4 : 사전 혼합챔버

5 : 노즐 6 : 연료

7 : 피복 전선 8 : 저항선

상기의 목적을 달성하기 위하여 연소 표면에 고압의 산소 및 기타의 산화성 기체로 높은 산화 환경을 조성한뒤에 저항선으로 구성된 점화 장치에 전원을 공급하여 저항선이 발열, 발화 되면서 연료의 발화를 일으키도록 하는 구성을 가지고 있으며 본 발명의 바람직한 실시예 대하여 도면을 참고하여 자세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1의 경우 제 1 실시예에 따른 점화 준비중인 하이브리드 로켓의 연소실를 도시한 것으로 하이브리드 로켓 연소실(1)과 연료(6)안에 삽입된 산소 공급 라인(2)과 그 끝 부분에 부착된 전기 저항 점화 장치(3)로서 전체 시스템이 구성되게 된다.

도 2의 산소 공급 라인(2)은 긴 파이프 형상으로서 연소실의 노즐 부위에서 안으로 넣어져 연소실의 사전혼합 챔버(4)에 그 끝이 위치하게 되는데 이는 하이브리드 로켓의 특성상 연소의 방향이 이 혼합챔버에서 노즐(5) 쪽으로 진행되기 때문이다.

도 3의 전기 저항 점화 장치(3)는 저항선(8)이 감싸고 있는 피복 전선(7)의 플라스틱등의 비활성 물질이나 필요시 기타 연소물질을 저항선의 발열로 점화 시키는 방식이기 때문에 정전기나 낮은 수준의 전기적 잡음등에 대한 보호 장치의 필요성이 적으며 장착 전후에 실시하는 전기적 시험을 통하여 단락등의 고장 여부를 손쉽게 탐지할 수 있다.

점화 장치의 작용은 먼저 연소실에 고압의 산소가 공급되어 전체적으로 산소로 충만한 고 산화 환경을 조성하게 되며 연소실의 체적등을 고려하여 충전에 필요한 시간이 지난후에 전기 저항에 전원을 인가하여 저항선이 발열 하도록 한다. 이때 저항선에는 그 열로 인하여 제일 먼저 화염을 발생시키는 연료로서 저항선이 연결되어 감싸고 있는 전선의 피복 플라스틱 또는 부착된 기타 연소물질이 있어 저항선에 전원 인가와 동시에 발열로 화염이 발생하도록 되어 있다. 이곳에서 발생한 화염은 미리 조성된 산화 환경으로 인하여 표면 모든곳에 전파되며 결국 신속하게 전 연소 표면의 점화를 유도하게 된다. 추가적으로 화염의 전파를 촉진하기 위하여 고압의 산소를 계속 공급함으로서 전체적인 신뢰성과 효율을 높일 수 있다.

전술한 기술 내용으로부터 자명하듯이, 본 발명은 연소 표면 주위에 산화환경을 조성함으로서 전기 저항선의 발열을 이용하여 발생시킨 화염을 전체 표면에 고르게 확산시켜 신속하게 점화를 유도 할 수 있으며 제 1 실시예의 하이브리드 로켓에서처럼 로켓 연료의 복잡하고 넓은 표면에 신속하고 고른 점화 및 충분한 예열을 함으로서 연소의 안정성을 획득하며 동시에 설계시에 예측된 연소 상황을 충족시킴으로서 추력 및 비행 안정성 나아가 전체 임무의 성공적인 수행을 가능하게 한다. 그리고 장착 전후에도 간단한 전기적 시험으로 장치의 고장 여부를 항시 판단가능하며 이를 통하여 점화의 신뢰성을 제고할 수 있다. 더구나 점화 장치의 특성상 완전 비활성의 둔갑한 연료를 사용하므로 기존의 까다로운 폭발성 점화 장치의 어려움을 해소 하였으며 점화 실패 시에도 위험부담없이 신속하게 상황에 대처할 수 있으며 기존의 경우 많은 문제를 야기하고 보호 장치를 필요로 했던 정전기 또는 전기적 잡음등에도 안정성을 가지므로 취급 및 유지 보수 그리고 안전 측면에서높은 개선 효과를 획득하게 됨으로서 경제성 역시 획기적으로 개선 되었다.

Claims (1)

1. 연료 표면의 주위를 산소 또는 산화성 기체등을 이용 높은 산화 환경으로 조성하는 단계

   상기 환경을 조성한후 이 산화 환경내에서 위치한 점화장치의 전기 저항선의 저항 열을 이용하여 점화화염을 유도하는 단계

   상기의 전기 저항으로 가열, 발화되는 장치를 특징으로 하는 산화성 환경을 이용한 전기 저항 연료 점화 장치