한글초록: 요즘은 기술이 발달하고 생활이 윤택해 짐에 따라 에너지의 수요도 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. 하지만 이미 한정되어 있는 화석 연료는 고갈 상태에 직면하게 되었고 산유국들의 유류 수출량의 감소와 유가상승 등의 이유로 에너지의 원활한 수급이 갈수록 어려워지고 있는 실정이다. 이러한 에너지 문제를 해결하고자 세계적으로 화석연료를 대체 할 수 있는 태양광, 연료전지, 풍력, 수력 등의 대체에너지의 개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 대체에너지의 일환으로 물을 에너지화 하는 연구가 국외는 물론 국내에서도 활발히 진행되고 있다. 에너지 수급에 어려움을 갖고 있는 우리나라는 선진국의 이산화탄소 발생억제의 움직임에 대처하여 환경친화적인 화석연료의 대체에너지 개발에 관한 연구가 절실하다. 국외에서는 물론 국내에서도 이미 상용화되고 연구 중인 물을 전기분해하여 얻어진 수소와 산소의 ...
한글초록: 요즘은 기술이 발달하고 생활이 윤택해 짐에 따라 에너지의 수요도 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. 하지만 이미 한정되어 있는 화석 연료는 고갈 상태에 직면하게 되었고 산유국들의 유류 수출량의 감소와 유가상승 등의 이유로 에너지의 원활한 수급이 갈수록 어려워지고 있는 실정이다. 이러한 에너지 문제를 해결하고자 세계적으로 화석연료를 대체 할 수 있는 태양광, 연료전지, 풍력, 수력 등의 대체에너지의 개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 대체에너지의 일환으로 물을 에너지화 하는 연구가 국외는 물론 국내에서도 활발히 진행되고 있다. 에너지 수급에 어려움을 갖고 있는 우리나라는 선진국의 이산화탄소 발생억제의 움직임에 대처하여 환경친화적인 화석연료의 대체에너지 개발에 관한 연구가 절실하다. 국외에서는 물론 국내에서도 이미 상용화되고 연구 중인 물을 전기분해하여 얻어진 수소와 산소의 혼합가스는 화석연료를 대체할 수 있는 청정에너지원이며, 기존의 연료가스인 LPG와 아세틸렌가스 등에 비해 경제적, 환경측면에서 우수한 특성을 보여 큰 관심대상이 되고 있다. 수소와 산소의 혼합가스는 전해질인 수산화칼륨이 섞인 물을 전기분해하여 2.8의 압력 하에 생산한다. 혼합가스는 여과기에서 정화된 후 노즐을 통해 공기 중에서 연소시켜 여러 가지 온도특성(600℃ - 6,400℃)을 갖는 불꽃을 발생하고 가스용접기의 에너지원으로 사용된다. 경납 및 연납 등의 용접에 이용되며 우수한 불꽃 특성으로 인하여 그밖에 여러 가지 가열장치에 응용할 수 있고 산업용 및 가정용보일러 등 적용분야를 확대하고 있다. 산업용 연료에너지로 대체할 경우 전기분해장치의 대용량화가 요구된다. 그러나 현재 공급전원, 전극구조, 재질, 전해질농도 등 발생효율의 최적화가 이루어지지 않았고 국내에는 관련기술이 미비하므로 이에 관한 연구의 필요성이 크게 부각되고 있다. 기존의 물 전기분해장치는 용량에 따라 직류전원을 일정하게 공급하는 방식을 사용하며, 전원이 제어되지 않으므로 성능과 효율측면에서 좋은 결과를 얻기 힘들다. 또한 상용변압기로 교류전압의 크기를 변환하므로 부피와 무게가 커지는 문제점이 있고 전원의 제어가 가스압력에 의한 on-off제어방식이나 밸브 등을 사용한 기계적 방식이기 때문에 전해조에서 발생하는 가스량에 비해서 적은 양의 가스만 사용할 경우 전기에너지의 낭비가 많은 단점을 가지고 있다 . 본 논문는 기존 전원장치의 단점을 개선하여 물 전기분해 시 가스발생량 향상을 위해서 전기적인 측면에서 전원의 조건을 최적화하고 전해조의 성능을 향상 시켜서 용접기를 제작해 보고자 한다. 먼저 기존의 물의 전기분해 방식을 개선할 수 있는 전원 시스템을 설계를 하였다. 전해조의 가스 발생 량 증가를 위해서 원통형 전극을 설계하였고, 전원시스템의 전류를 제어함으로써 가스발생량을 최적화 하고자 하였다. 또한 이를 검증하고 보완하기 위한 방법으로 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 결과로부터 고찰을 하였다. 최종적으로 개발한 전원시스템과 전해조에 용접에 필요한 안전장치와 용접 토치등의 부가 장치를 추가하여 용접기를 제작하였다. 또한 제작된 용접기를 가지고 수산화 가스만의 고유한 불꽃 특성을 확인하는 실험을 하였고 실제 용접에 적용하여 여러 가지 금속을 용접하여 수산화가스 에너지를 이용한 용접기의 우수성을 입증 하고자 하였다영문초록: The brown gas is a mixed gas with the constant volume ratio 2:1 of hydrogen and oxygen gained from electrolyzed water It has better characteristics in term of economy, energy efficiency and environment than those of acetylene gas and LPG (Liquefied Petroleum Gas). So, the brown gas is commercially used as a source of thermal energy in the many fields.Currently, Many studies about Brown gas have been actively performed. Especially, those focused on chemical analysis of electrolysis, efficiency of gas generating, V-I characteristic of electrolytic cell. Because conventional electrolysis equipment of water has a power supply that is supplied from constant DC voltage source with diode rectifier, It can't control voltage and current waveform. This can't get good result from the efficient side. Also, volume and size of power supply is large owing to use general transformer. In this paper, It improved in disadvantages of conventional power supply. For brown gas generationefficiency, it optimized power conditions and improved efficiency of electrolytic cell. So it designed the brown gas welding machine. It verified this from computer simulation. To verify this design, it made a brown gas welding machine. So it accomplished experiments that are gas generation, distribution of brown gas flame and welding. According to gas generation experiment, it could be known that amount of gas is increasing with current growth and saturated at some point. And the saturation point moved up according to frequency of current. According to welding experiment, It could be known that different flame temperature and lighting is occurred according to material because of Thermonuclear Reaction with material. Brown gas flame has no soot and becomes to water. And welding could be performed in airtight space like enclosed room and ensure the safety of operator without changing air. it is verified that brown gas has possibility to use for non-metallic material welding
한글초록: 요즘은 기술이 발달하고 생활이 윤택해 짐에 따라 에너지의 수요도 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. 하지만 이미 한정되어 있는 화석 연료는 고갈 상태에 직면하게 되었고 산유국들의 유류 수출량의 감소와 유가상승 등의 이유로 에너지의 원활한 수급이 갈수록 어려워지고 있는 실정이다. 이러한 에너지 문제를 해결하고자 세계적으로 화석연료를 대체 할 수 있는 태양광, 연료전지, 풍력, 수력 등의 대체에너지의 개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 대체에너지의 일환으로 물을 에너지화 하는 연구가 국외는 물론 국내에서도 활발히 진행되고 있다. 에너지 수급에 어려움을 갖고 있는 우리나라는 선진국의 이산화탄소 발생억제의 움직임에 대처하여 환경친화적인 화석연료의 대체에너지 개발에 관한 연구가 절실하다. 국외에서는 물론 국내에서도 이미 상용화되고 연구 중인 물을 전기분해하여 얻어진 수소와 산소의 혼합가스는 화석연료를 대체할 수 있는 청정에너지원이며, 기존의 연료가스인 LPG와 아세틸렌가스 등에 비해 경제적, 환경측면에서 우수한 특성을 보여 큰 관심대상이 되고 있다. 수소와 산소의 혼합가스는 전해질인 수산화칼륨이 섞인 물을 전기분해하여 2.8의 압력 하에 생산한다. 혼합가스는 여과기에서 정화된 후 노즐을 통해 공기 중에서 연소시켜 여러 가지 온도특성(600℃ - 6,400℃)을 갖는 불꽃을 발생하고 가스용접기의 에너지원으로 사용된다. 경납 및 연납 등의 용접에 이용되며 우수한 불꽃 특성으로 인하여 그밖에 여러 가지 가열장치에 응용할 수 있고 산업용 및 가정용보일러 등 적용분야를 확대하고 있다. 산업용 연료에너지로 대체할 경우 전기분해장치의 대용량화가 요구된다. 그러나 현재 공급전원, 전극구조, 재질, 전해질농도 등 발생효율의 최적화가 이루어지지 않았고 국내에는 관련기술이 미비하므로 이에 관한 연구의 필요성이 크게 부각되고 있다. 기존의 물 전기분해장치는 용량에 따라 직류전원을 일정하게 공급하는 방식을 사용하며, 전원이 제어되지 않으므로 성능과 효율측면에서 좋은 결과를 얻기 힘들다. 또한 상용변압기로 교류전압의 크기를 변환하므로 부피와 무게가 커지는 문제점이 있고 전원의 제어가 가스압력에 의한 on-off제어방식이나 밸브 등을 사용한 기계적 방식이기 때문에 전해조에서 발생하는 가스량에 비해서 적은 양의 가스만 사용할 경우 전기에너지의 낭비가 많은 단점을 가지고 있다 . 본 논문는 기존 전원장치의 단점을 개선하여 물 전기분해 시 가스발생량 향상을 위해서 전기적인 측면에서 전원의 조건을 최적화하고 전해조의 성능을 향상 시켜서 용접기를 제작해 보고자 한다. 먼저 기존의 물의 전기분해 방식을 개선할 수 있는 전원 시스템을 설계를 하였다. 전해조의 가스 발생 량 증가를 위해서 원통형 전극을 설계하였고, 전원시스템의 전류를 제어함으로써 가스발생량을 최적화 하고자 하였다. 또한 이를 검증하고 보완하기 위한 방법으로 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 결과로부터 고찰을 하였다. 최종적으로 개발한 전원시스템과 전해조에 용접에 필요한 안전장치와 용접 토치등의 부가 장치를 추가하여 용접기를 제작하였다. 또한 제작된 용접기를 가지고 수산화 가스만의 고유한 불꽃 특성을 확인하는 실험을 하였고 실제 용접에 적용하여 여러 가지 금속을 용접하여 수산화가스 에너지를 이용한 용접기의 우수성을 입증 하고자 하였다영문초록: The brown gas is a mixed gas with the constant volume ratio 2:1 of hydrogen and oxygen gained from electrolyzed water It has better characteristics in term of economy, energy efficiency and environment than those of acetylene gas and LPG (Liquefied Petroleum Gas). So, the brown gas is commercially used as a source of thermal energy in the many fields.Currently, Many studies about Brown gas have been actively performed. Especially, those focused on chemical analysis of electrolysis, efficiency of gas generating, V-I characteristic of electrolytic cell. Because conventional electrolysis equipment of water has a power supply that is supplied from constant DC voltage source with diode rectifier, It can't control voltage and current waveform. This can't get good result from the efficient side. Also, volume and size of power supply is large owing to use general transformer. In this paper, It improved in disadvantages of conventional power supply. For brown gas generation efficiency, it optimized power conditions and improved efficiency of electrolytic cell. So it designed the brown gas welding machine. It verified this from computer simulation. To verify this design, it made a brown gas welding machine. So it accomplished experiments that are gas generation, distribution of brown gas flame and welding. According to gas generation experiment, it could be known that amount of gas is increasing with current growth and saturated at some point. And the saturation point moved up according to frequency of current. According to welding experiment, It could be known that different flame temperature and lighting is occurred according to material because of Thermonuclear Reaction with material. Brown gas flame has no soot and becomes to water. And welding could be performed in airtight space like enclosed room and ensure the safety of operator without changing air. it is verified that brown gas has possibility to use for non-metallic material welding
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