이동식 부탄가스 연소기 역화 및 열변형 현상 방지 연구

Study on prevention of flashback and thermal deformation in the portable butane gas burner

1970년, 이동식 부탄가스 연소기 시작으로 현재도 많은 제조사가 다양한 버너를 개발하여 판매하고 있다. 하지만 이동식 부탄가스 연소기는 사용 중 간헐적으로 버너의 바디 및 헤드에서 열변형 및 역화 현상이 발생하며, 이는 인명과 재산 피해와 직결되어 제조사들은 이를 개선하기 위해 노력하고 있다. 이동식 부탄가스 연소기의 버너 바디는 벤투리관으로 제작되어 주변 공기가 유입이 되는 구조로 예혼합화염 형태를 가진다. 부탄가스의 예혼합화염 특성을 고려하면 역화를 방지할 수 있을 것으로 판단되며, 알루미늄 다이캐스팅으로 제작된 버너 바디의 물성치를 조사하여 열변형에 관한 정보를 파악하고자 본 연구는 수행되었다. 본 연구에서는 CHEMKIN을 통해 부탄 화염의 전파속도를 계산하였으며, 이때, 초기온도는 20℃, 50℃, 10 0℃, 200℃, 400℃, 600℃에서 당량비는 0.6-1.4에서 고려하여 계산하였다. 또한, 실험적으로 실제 이동식 부탄가스 연소기의 당량비 및 버너헤드출구에서의 속도를 파악하기 위해 연료 및 공기의 유속을 측정하였다. 역화는 화염전파속도가 버너헤드출구속도보다 빠른 경우 발생하기 때문에 두 속도를 비교하여 역화에 대한 가능성을 파악하고자 했다. 버너 과열 시 버너의 열변형을 확인하기 위해 버너 헤드 부에 Thermal couple을 이용하여 가열 시간별 온도를 측정하고 분석하였으며, 버너 바디의 알루미늄 합금을 SEM, EDS를 통해 정성적, XRD를 통해 정량적으로 분석하였다.