가스렌지 열전대 작동원리및 동영상

[남이섬]

가스렌지 열전대 작동원리및 동영상

< 열전대 소화안전장치(Thermocouple) >

열전대( Thermocouple)는 서로 다른 종류의 금속을 접속한 것으로 열전효과를 일으키는 금속선이다
2개의 다른 금속 을 접속하여 폐회로를 만들고 2개의 접속점을 다른 온도로 하면 전류가 흐르게 된다. 이 전류를 열전류라 하고 이것을 일으키는 기전력이 열기전력이다.

  이 2종의 금속 조합을 열전대(써머커플)이라 하고 고온이 되는 접합점을 가열접점, 저온이 되는 접합점을 기준접점 또는 냉각접점이라 한다. 가열접점을 가스로 가열하는 경우 600～700℃에서 약 20㎷～35㎷의 열기전력이 생긴다.

일반적으로 가스연소기에는 다음과 같은 것이 사용되고 있다.

 

열전대 소화안전장치는 가스연소기의 사용 중 만일 소화되어도 생가스의 유출을 방지하고 생가스에 의한 사고를 미연에 막기 위한 안전장치이다

< 가스연소기에 사용되는 주요 열전대의 특징 >

재  료		사용온도(℃)	기전력	특    징
외 측	내 측
크로멜(CA)	콘스탄탄	100℃ 이하	350mV	회로저항이 클 때, 산화불꽃 분위기일 때 강하다
인코넬(CI)	콘스탄탄	400℃ 이하	30mV	크로멜과 내열강의 중간
내열강(CC)	콘사탄탄	250℃ 이하	25mV	회로 저항이 적은 것에 적용한다. 환연염 분위기에 강하고 앞부분에 탄소찌꺼기가 붙기 힘들다.

작동원리는 열전대에 불꽃이 감지되면 열전대 금속 특성에 따라 열기전력이 발생하게 되며, 발생된 기전력은 도선을 따라 MPU(Magnetic Power Units)로 전달된다. MPU 내부에 있는 코일에 의하여 기전력이 전달되면 마그네트에 전자력이 발생한다. 전자력의 힘으로 기구전의 작동에 의해 밀착된 헤드부를 흡착하게 된다.

  이때, 열전대에 발생되는 열기전력의 세기는 시간이 지남에 따라 증가하다가 일정시간이 지나면 안정되는 특성이 있다. 따라서 점화 시 열전대에 충분한 기전력이 발생할 때의 수초간은 콕크 손잡이를 점화의 위치에서 누름 상태로 있어야 하는 것이 일반적이다.

  이 경우 회로의 동작을 결정하는 주요인은 써머커플의 발생기전력 특성, 전자밸브 유닛트의 흡착전류 및 이탈전류, 안전회로 내의 저항 등이다. 결국 전자밸브의 흡착력과 흡착까지 필요한 시간은 이 3개의 상관관계에 있고 성능을 표현하는 방법으로서 점화해서 밸브 열림에 걸리는 시간과 소화 후 밸브 닫힘 시간이 이용된다.

  전자밸브에 적절한 기전력을 보내는 적절한 가열온도는 약 600℃이며 너무 고온이면 열전대의 선단부가 손상되는 등 내구성이 나빠지게 된다. 

소화안전장치(열전대방식)

 가스렌지의 불꽃으로 열전대를 가열하면 기전력이 발생 이 기전력을 받은 코일은 전자석이 되어 가스밸브를 흡착, 밸브가 열려 가스가 흐르게 되고,  열전대가 냉각되면 기전력이 낮아져 스프링의 힘으로 가스밸브가 닫히는 방식이다

열전대와 밸브 

우리가 일반적으로 사용하는 주방용 가스레인지는 스위치를 돌리고 불이붙은다음 2~3초 정도의 시간이 경과한 후 스위치를 놓아야 가스불이 꺼지지 않는다. 다만 간이형에는 이런 기능이 없이 곧바로 불이 켜지는 것도 있다.

일반 주방용 가스레인지의 지연 기능은 무엇보다도 안전을 생각해서 만들어진 것으로 그 기능의 핵심은 온도측정 센서에 있다. 가스레인지를 살펴보면 화구 옆에 연필심 같은 침이 약 1㎝ 정도의 길이로 튀어나와 있는 것을 볼 수 있다 바로 이 침이 열전대라고 하는 온도측정 센서다. 이 센서는 온도가 높아지면 전기를 발생시킨다. 발생되는 전기의 크기는 열전대를 구성하는 금속물질의 종류에 따라 다르며 가스불의 온도에 비례한다.  

한편 연속적으로 가스를 흐르게 하려면 전자석 개폐기를 열어놓아야 하는데 이것은 바로 위에서 설명한 열전대라는 센서로부터 공급되는 전력을 이용한다. 즉 가스불에 의해 온도센서가 가열되면 전기가 발생하고 발생된 전기는 전자석을 구동시킴으로써 가스라인을 열어놓아 우리는 지속적으로 가스레인지를 사용할 수 있게 한다.

사용 중 물이 끓어 넘쳐 가스불이 꺼지면 대부분의 주방용 가스레인지는 가스가 자동으로 차단되어 안전성을 확보할 수 있다. 이때 가스가 차단되는 동작은 켜지는 순서와 반대로 이루어진다. 불이 꺼지면 열전대의 온도가 급격히 낮아지게 되고 따라서 발생되는 전기의 양이 작아지게 돼 더 이상 전자석의 개폐기를 열어놓은 채로 유지할 수 있는 힘을 얻지 못하게 되고 가스라인은 닫히는 것이다.

우리가 가스레인지를 사용하다 보면 가스불이 잘 안 붙는 경우가 발생한다. 이런 현상은 열전대 센서의 위치가 잘못돼 필요한 온도만큼 가열되지 않거나 센서의 기능이 퇴화돼 충분한 전기가 발생하지 못하는 경우다.

 열전대 불꽃을 감지하면 전기발생 전자석이되어 당긴다

기전력발생 동영상 촬영준비 ▼

사진▲ 동영상촬영준비-> 열전대2개를 별도로 준비하여

         하나는 버너불꽃 유무에따라 기전력발생을 보기위하여 전기테스터기에 냉각선과 가열선을 연결하였고

         다른하나는 버너불꽃 유무에따라 전자석으로 변하는모습을 보기위하여 불꽃감지위치에 놓고 촬영함