연료 절약형 가스용접장치

연료 절약형 가스용접장치{Welding Device For Fuel Gas Economizer Type}

본 발명은 연료(가스)가 절약되는 가스용접장치에 관한 것으로, 상세하게는 연료가스가 산소가스보다 지연 공급되도록 함으로써 가스의 역류와 역화(逆火)가 방지되고, 연료가스가 크게 절약되며, 생산성은 크게 향상되도록 한 것이다.

일반적으로, 금속 또는 비금속을 용접하거나 절단할 때 산소용접이 주로 사용된다.

상기 산소용접은 산소와 아세틸렌 또는 산소와 수소가 혼합된 가스를 용접토치(Welding Torch)의 화구(용접 팁)로 토출시키고, 토출되는 혼합가스에 불을 붙혀 용접할 부위를 용접하거나 절단하게 된다.

한편, 종래의 용접토치는 혼합실로 공급되는 지연성 가스인 산소 또는 화구를 통해 유입되는 외기가 가스유로를 통해 역류 및 역화(逆火)되면서 연료탱크(아세틸렌 탱크) 내부로 유입되는 경우, 산소 또는 공기와 결합하여 폭발하는 문제점이 있으며, 이를 방지하기 위하여 연료탱크에 체크밸브 등의 역화방지기를 부착시켜 용접 도중에 발생할 수 있는 가스의 역류 및 역화를 방지하고 있으나, 안전성이 미흡하여 여전히 폭발 사고가 빈번히 발생하고 있으며, 또한 용접토치를 점화시킬 때마다 라이터 등을 이용하여 점화해야 하는 불편함이 있을 뿐 아니라 작업시간이 늘어나 생산성이 떨어지고, 연료가스의 손실이 많은 등의 여러 문제점이 있었다.

본 발명은 연료가스가 산소가스보다 지연 공급되도록 함으로써 역류와 역화(逆火)가 방지되고, 연료가스가 크게 절약되고 생산성이 향상되는 연료 절약형 가스용접장치를 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 연료 절약형 가스용접장치는, 용접토치(3)로 산소가스를 공급하는 산소가스공급부와, 용접토치(3)로 연료가스를 공급하는 연료가스공급부와, 용접토치(3) 점화에 필요한 불꽃을 공급하는 점화가스공급부와, 연료가스를 산소가스보다 0.2 ~ 1초 지연 토출시켜 역류 및 역화를 방지하는 제어수단(2)을 포함할 수 있다.

상기 제어수단(2)은, 전원부(E) 양단에 직렬로 접속되고 용접토치(3)의 거치 여부에 따라 온(On)/오프(Off)되는 b접점의 스위치(12) 및 산소가스 단속용 제1 솔레노이드 밸브(S1)와, 제1 솔레노이드 밸브(S1) 양단에 병열로 접속되는 지연 타이머(T)와, 지연 타이머(T) 양단에 직렬로 접속되는 지연타이머(T)의 a접점(Ta) 및 릴레이(Ry)와, 릴레이(Ry) 양단에 직렬로 접속되는 릴레이(Ry)의 a접점(Rya) 및 연료가스 단속용 제2 솔레노이드 밸브(S2)를 포함할 수 있다.

상기 연료가스공급부는, 용접토치(3)의 연료가스공급관에 차례로 연결되는 제2 솔레노이드밸브(S2)와, 붕사 혼합기(K)와, 분배기(U)와, 압력조정기(R3)와 연료가스탱크(AT)의 밸브(V4)를 포함할 수 있다.

상기 분배기(U)에 연결되는 디지털압력스위치(D1)(D2)를 더 포함하되, 상기 디지털압력스위치(D1)는 연료가스의 분출량(공급량, 또는 토출량)이 복수 자리의 숫자로 표시되고, 상기 디지털압력스위치(D2)는 연료가스의 잔류량이 복수 자리의 숫자로 표시될 수 있다.

상기 디지털압력스위치(D1)(D2)로 숫자 표시되는 연료가스의 분출량(공급량, 또는 토출량) 데이터 및 연료가스의 잔류량 데이터는 입출력 인터페이스를 통하여 컴퓨터로 전송 처리될 수 있다.

상기 점화가스공급부는, 용접토치(3)를 점화시킬 수 있도록 용접토치(3) 부근에 위치하고 점화불꽃(10)이 발생되는 점화관(11)에 차례로 연결되는 볼밸브(V1)와, 압력조정기(R1)와, 점화가스탱크(LPG)의 밸브(V2)를 포함할 수 있다.

본 발명은 용접토치(3)가 거치되는 거치대(4)를 더 포함하되, 상기 거치대(4)는, 받침대(14) 상부면에 수직으로 고정되는 소정 높이의 지지봉(15)과, 지지봉(15) 상단부에 고정되고 용접토치(3)가 거치되는 거치봉(17)과, 지지봉(15) 상부 일측에 설치되는 b접점의 스위치(12)와, b접점의 스위치(12) 상부에 설치되고 용접토치(3)의 거치 여부에 따라 상승 동작 또는 하강 동작하여 스위치(12)의 b접점을 온(On)/오프(Off)시키는 작동부재(18)와, 제어수단(2)에 접속되는 b접점 스위치(12)의 연결선(19)을 더 포함할 수 있다.

본 발명은 제어수단(2)의 지연 타이머(T)에 의해 연료가스가 산소가스보다 0.2 ~ 1초 지연 공급되면서 가스의 역류 및 역화(逆火)가 방지되고, 연료가스가 30% 이상 크게 절감되고 생산성이 30% 이상 향상되는 효과가 있다.

본 발명은 용접토치(3)를 거치대(4)에 거치시키면 스위치(12)의 온(On) 동작에 의해 용접가스가 자동 차단되고, 용접토치(3)를 사용하기 위하여 거치대(4)로부터 들어올리면 스위치(12)의 오프(Off) 동작에 의해 용접가스가 자동 공급되므로 사용이 간편하며, 점화가스공급부의 점화불꽃(10)이 상시 제공되므로 용접토치(3)의 점화를 쉽게 달성할 수 있어서 생산성이 향상되는 효과가 있다.

본 발명은 역류 및 역화 방지에 의한 가스 탱크 폭발과 같은 안전사고를 미연에 방지할 수 있어서 안전성이 크게 향상될 뿐 아니라, 용접 작업자는 안심하고 용접작업에 전념할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 디지털압력스위치(D1)(D2), 또는 디지털 매니폴더 게이지 등을 이용하여 연료가스, 예컨대 아세틸렌가스의 분출량(공급량, 또는 토출량, 또는 사용량)과 잔량(잔류량)을 실시간 모니터링하면서 교체시기(소모시기)를 정확하게 예측하고 경보할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 용접가스로 산소와 아세틸렌을 사용하므로 용접 품질이 우수하고, 스케일이 발생하지 않으며, 생산성이 향상되는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1 : 본 발명 일 예로 도시한 구성도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 제어수단 구성도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 용접토치 거치대의 사시도로, 용접토치가 거치대에 거치되어 b접점의 스위치가 오프(OFF)된 상태.
도 4 : 본 발명 일 예로 도시한 용접토치 거치대의 사시도로, 용접토치의 사용(거치되지 않은 상태)에 의해 b접점의 스위치가 온(ON)된 상태.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략하며, 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

도 1은 본 발명 연료 절약형 가스용접장치(1)의 구성도이고, 도 2는 연료가스(예컨대, 아세틸렌가스)를 산소가스보다 지연 토출시켜 역류와 역화(逆火)를 방지하는 제어수단(2)의 회로구성도이고, 도 3, 4는 용접토치(3)가 거치되는 거치대(4)의 사시도이다.

본 발명 연료 절약형 가스용접장치(1)는, 도 1에 예시한 것처럼 용접토치(3)와, 용접토치(3)로 산소가스를 공급하는 산소가스공급부와, 용접토치(3)로 연료가스(아세틸렌가스 등)를 공급하는 연료가스공급부와, 용접토치(3)의 점화에 필요한 가스(LPG 등)로 점화불꽃(10)을 제공하는 점화가스공급부와, 연료가스를 산소가스보다 0.2 ~ 1초 지연 토출(공급)시켜 역화(逆火)를 방지하는 제어수단(2)으로 크게 구성된다.

상기 연료가스에는 아세틸렌가스, LPG가스, 아르곤가스가 포함될 수 있으며, 본 발명에서는 아세틸렌가스가 예시된다. LPG가스는 가격이 저렴한 반면, 작업성과 생산성이 저하되고, 호스 또는 관체 내에 스케일이 생성되며, 용접 효율과 품질이 떨어지므로 용접가스로의 사용이 부적합하다. 따라서 상기 LPG가스 대신 아세틸렌가스를 이용함으로써 용접토치(3)의 점화 용도로 효과적으로 사용할 수 있으며, 비용 측면에서도 바람직하다.

상기 용접토치(3)는, 산소가스 조절밸브(5) 및 그 조절노브와, 연료가스 조절밸브(6) 및 그 조절노브와, 아세틸렌 등의 가연성 가스와 산소가 서로 혼합되어 용접가스를 형성하는 혼합실(7)과, 혼합된 용접가스가 외기로 분출되도록 하는 인젝터(8)와, 인젝터(8)로부터 분사되는 용접가스에 불꽃이 점화되면 용접 불꽃을 발생시키는 화구(용접팁, 9)로 구성되어 용접할 부위를 용접하거나 절단하게 된다.

상기 산소가스공급부는, 용접토치(3)의 후단에 구성되는 산소가스공급관에 호스를 이용하여 제1 솔레노이드밸브(S1)와 압력조정기(R2) 및 산소가스탱크(OT)의 밸브(V2)가 호스에 의해 차례로 연결되어 용접토치(3)로 산소가스가 공급되며, 밸브(V2)와 산소가스 조절밸브(5)에 의해 산소가스 공급량이 조절된다.

상기 연료가스공급부는, 용접토치(3)의 후단에 구성되는 연료가스공급관에 제2 솔레노이드밸브(S2)와, 붕사 혼합기(K)와, 디지털압력스위치(D1)(D2)가 연결되는 분배기(U)와, 압력조정기(R3) 및 연료가스탱크(AT)의 밸브(V4)가 호스에 의해 차례로 연결되어 용접토치(3)로 연료가스가 공급되며, 밸브(V4)와 연료가스 조절밸브(6), 또는 밸브(V4)와 연료가스 조절밸브(6)와 디지털압력스위치(D1)(D2)에 의해 연료가스 공급량이 조절된다.

상기 붕사 혼합기(K)는 용기 내에 붕사가 충진되어 있으며, 연료가스 중으로 붕사가 혼합된 다음 용접토치(3)로 공급되며, 상기 붕사 혼합기(K)의 양측에는 볼밸브(V5)(V6)가 각각 설치 및 연결되어 붕사가 소진(소모)되면 가스 유로를 폐쇄시킬 수 있도록 구성된다.

본 발명은 분배기(U)에 연결되는 디지털 매니폴더 게이지, 또는 디지털압력스위치(D1)(D2)를 더 포함할 수 있으며, 이를 이용하여 연료가스, 예컨대 아세틸렌가스의 분출량(공급량, 또는 토출량, 또는 사용량)과 잔량(잔류량)을 실시간 정확하게 측정하여 교체시기(소모시기)를 모니터링 및 경보하고, 교체시기를 정확히 예측 및 경보할 수 있다.

이를테면, 상기 디지털압력스위치(D1)로는 연료가스의 분출량이 복수 자리의 7(쎄븐)세그먼트 또는 LCD로 숫자 표시되도록 하고, 부가 설치되는 스위치를 이용하여 연료가스의 배출 압력을 설정할 수 있다. 디지털압력스위치(D2)로는 연료가스의 잔류량이 복수 자리의 7(쎄븐)세그먼트 또는 LCD로 숫자 표시되도록 하고, 부가 설치되는 스위치를 이용하여 초기화시킬 수 있다. 상기 표시압력은 ㎏/㎠ 단위의 디지털 수치일 수 있다.

상기 디지털압력스위치(D1)(D2)로 숫자 표시되는 연료가스의 분출량 데이터 및 연료가스의 잔류량 데이터는 USB, RS-232, RS-485 등의 입출력 인터페이스를 통하여 외부의 컴퓨터 및/또는 서버로 전송되게 구성함으로써 육안으로 일일이 확인할 필요없이 컴퓨터 및/또는 서버로 모니터링되고 자동 감시되며 경보 된다. 또한 기존에는 별도의 기록이 안되었으나, 본 발명에서는 실시간 감시하고 주기적으로 기록하여 전산처리 함으로써 생산량이나 계획을 용이하게 수립할 수 있다.

상기 점화가스공급부는, 용접토치(3)를 쉽게 점화시킬 수 있도록 용접토치(3) 부근에 위치하면서 점화불꽃(10)을 발생시키는 점화관(11)과 개폐형 볼밸브(V1)와 압력조정기(R1)와 점화가스탱크(LPG)의 밸브(V2)가 호스에 의해 차례로 연결되어 점화관(11)으로 점화가스를 공급하게 된다.

도 2는 산소가스가 연료가스보다 먼저 공급되게 함으로써 역화(逆火)를 방지하는 제어수단(2)을 도시한 것으로, 전원부(E) 양단에 직렬로 접속되고 용접토치(3)에 의해 온(On)/오프(Off)되는 b접점의 스위치(12) 및 산소가스 단속용 제1 솔레노이드 밸브(S1); 스위치(12) 및 산소가스 단속용 제1 솔레노이드 밸브(S1)와, 제1 솔레노이드 밸브(S1) 양단에 병열로 접속되는 지연 타이머(T)와, 지연 타이머(T) 양단에 직렬로 접속되는 지연타이머(T)의 a접점(Ta) 및 릴레이(Ry)와, 릴레이(Ry) 양단에 직렬로 접속되는 릴레이(Ry)의 a접점(Rya) 및 연료가스 단속용 제2 솔레노이드 밸브(S2)로 구성된다.

상기 지연 타이머(T)에 의한 지연시간은 0.2 ~ 1초가 바람직하며, 상기 지연시간이 0.2초 미만인 경우 역화(逆火)가 발생될 수 있으므로 바람직하지 못하며, 또한 지연시간이 1초를 초과하는 경우 역화(逆火)를 확실히 방지할 수는 있지만 산소가스와 연료가스의 혼합시간 및 토출시간이 필요 이상으로 지연되어 용접시간과 효율을 떨어뜨리므로 바람직하지 않다.

도 3, 또 4는 용접토치(3)가 거치되는 거치대(4)의 사시도로, 용접 작업대(13), 또는 작업대(13) 주변의 프레임에 용접이나 볼트/너트 등의 체결부재에 의해 고정되는 받침대(14)와, 받침대(14) 상부면에 수직으로 고정되는 소정 높이의 지지봉(15)과, 지지봉(15) 상단부에 고정되고 용접토치(3), 이를테면 용접토치(3)의 인젝터(8) 부분을 걸어 거치할 수 있도록 U형 또는 V형으로 형성되는 거치부(16) 및 거치봉(17)과, 거치부(16) 일측 또는 지지봉(15) 상부 일측에 설치되는 b접점의 스위치(12)와, b접점의 스위치(12)의 상부에 설치되고 용접토치(3)의 거치 여부에 따라 상승 동작 또는 하강 동작하면서 스위치(12)의 b접점을 온(On)/오프(Off)시키는 작동부재(18)와, 제어수단(2)에 접속되는 b접점 스위치(12)의 연결선(19)으로 구성된다.

상기 연결선(19)은 지지봉(15)의 내부를 통하여 받침대(14) 측면으로 인출되게 구성함으로써 용접 열(熱)에 직접 노출되지 않도록 보호된다.

상기 거치부(16)의 상단부는 전방으로 절곡된 절곡부(20)가 형성되어 용접토치(3)의 인젝터(8) 및 화구(9)를 쉽게 삽입시키거나 분리시킬 수 있도록 구성된다.

본 발명에서 용접토치(3)의 화구(9) 부분의 외경은 인젝터(8)의 외경보다 크게 구성되므로 거치대(4)에 거치시키는 경우 거치봉(17)에 걸림되어 거치된다.

상기 작동부재(18)는 스위치(12) 내부에 설치된 스프링(도시안됨)에 의해 탄지되며, 도 3과 같이 용접토치(3)가 거치대(4)에 거치되면 용접토치(3)의 무게에 의해 작동부재(18)가 하강 동작하면서 b접점의 스위치(12)가 오프(Off)되며, 반대로 도 4와 같이 용접토치(3)의 사용에 의해 거치되지 않는 경우 용접토치(3)의 무게가 제거되면서 스위치(12) 내부에 설치된 스프링(도시안됨)의 탄발작용에 의해 작동부재(18)가 상승하면서 b접점의 스위치(12)가 온(on)되면서 제1, 2 솔레노이드밸브(S1)(S2)가 동시에 개방되면서 가스유로가 개방되고 화구(9)에는 불꽃이 점화된다.

본 발명에서 용접토치(3)를 언제든지 점화시킬 수 있도록 화구(9) 부근에 위치하는 점화관(11)으로는 적정 압력의 LPG 가스가 분출되면서 점화용 불꽃이 점화되어 있는 상태가 유지되며, 밸브(V2)에 의해 LPG 가스의 분출량과 점화 불꽃의 세기가 설정되며, 점화 불꽃을 꺼고자 하는 경우, 작업자에게 가까이 연결 및 설치된 볼밸브(V1)로 LPG 가스가 분출되지 않도록 차단하거나 또는 LPG가스탱크(LPG)의 밸브(V2)로 LPG 가스가 분출되지 않도록 차단할 수 있다.

본 발명의 사용 상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기와 같이 용접토치(3)를 언제든지 점화시킬 수 있도록 화구(9) 부근에 위치하는 점화관(11)으로 적정 압력의 LPG 가스를 분출시켜 점화불꽃(10)을 준비한 상태에서, 도 4와 같이 작업자가 거치대(4)의 용접토치(3)를 들어올리면 스위치(12)의 작동부재(18)가 상승하면서 b접점이 온(On)되고, 제어수단(2)의 전원(E)이 제1 솔레노이드밸브(S1)와 지연 타이머(T)로 각각 공급되어 이들이 동작하게 되며, 제1 솔레노이드밸브(S1)의 동작에 의해 가스 유로가 개방되면서 산소가스탱크(OT)의 산소가스가 용접토치(3)로 공급되며, 지연 타이머(T)에 의해 제1 솔레노이드밸브(S1)가 동작된 후 0.2 ~ 1초 후에 지연 타이머(T)의 a접점(Ta)이 온(On)되면서 릴레이(Ry)가 동작하고 릴레이(Ry)의 a접점(Rya)이 온(On)되면서 비로소 제2 솔레노이드밸브(S2)가 동작하여 가스 유로가 개방되면서 연료가스탱크(AT)의 연료가스가 용접토치(3)로 공급되므로 가스의 역류와 역화가 방지되며, 용접토치(3)의 혼합실(7)에서 산소가스와 연료가스가 서로 혼합된 용접가스는 인젝터(8)를 지나 화구(9)로 분출되며, 화구(9) 주변의 점화불꽃(10)에 의해 용접가스가 점화되므로 용접할 부위를 용접하거나 절단하게 된다.

본 발명은 제1 솔레노이드 밸브(S1)의 동작에 의해 산소가스가 먼저 공급 분출되고, 지연 타이머(T)에 의해 약 0.2 ~ 1초 지연 후에 제2 솔레노이드밸브(S2)가 동작하면서 연료가스가 공급 분출되므로 가스의 역류 및 역화(逆火)가 방지되며, 또한 가스탱크 폭발 등의 안전사고가 미연에 방지되므로 안전성이 크게 향상되며, 용접 작업자는 안심하고 용접작업에 전념할 수 있게 되며, 산소가스가 연료가스보다 먼저 공급되므로 연료가스가 30% 이상 크게 절감되므로 용접 비용을 절감할 수 있다.

또한 가스의 역류 및 역화가 방지되고, 점화불꽃(10)에 의해 용접토치(3)가 바로 점화되므로, 라이터 등을 이용하여 일일이 용접토치(3)를 전화시킬 필요가 없으므로 작업성이 우수하며, 생산성은 30% 이상 크게 향상된다.

한편, 용접이나 절단이 잠시 중단되거나 완료되어 작업자가 용접토치(3)를 거치대(4)의 거치부(16)에 거치시키면 용접토치(3)의 무게에 의해 스위치(12)의 작동부재(18)가 하강하면서 b접점이 오프(Off)되면서 제어수단(2)의 전원(E) 공급이 중단(차단)되므로 제1 솔레노이드밸브(S1)와 지연 타이머(T)와 릴레이(Ry)와 제2 솔레노이드밸브(S2)의 동작이 중단(정지)되고 가스 유로가 폐쇄되면서 산소가스 및 연료가스의 공급이 중단되므로 화구(9)의 불꽃이 꺼지게 된다.

본 발명은 용접토치(3)를 거치대(4)에 거치시키면 스위치(12)의 온(On) 동작으로 용접가스가 자동으로 차단되고, 용접토치(3)를 사용하기 위하여 거치대(4)로부터 들어올리면 스위치(12)의 오프(Off) 동작에 의해 용접가스가 자동으로 공급되므로 사용이 간편하며, 점화가스공급부에 의해 상시 제공되는 점화불꽃(10)으로 자동 점화가 달성된다.

본 발명은 가스의 역류와 역화의 방지에 의해 작업성이 우수하고 사용이 안전하며, 연료가스가 30% 이상 절약되고, 생산성은 30% 이상 향상된다.

본 발명은 역류 및 역화 방지에 의해 가스 탱크의 폭발 등의 안전사고를 미연에 방지할 수 있어서 안전성이 크게 향상될 뿐 아니라, 용접 작업자는 안심하고 용접작업에 전념할 수 있다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

(1)--가스용접장치 (2)--제어수단
(3)--용접토치 (4)--거치대
(5)--산소가스 조절밸브 (6)--연료가스 조절밸브
(7)--혼합실 (8)--인젝터
(9)--화구 (10)--점화불꽃
(11)--점화관 (12)--스위치
(13)--작업대 (14)--받침대
(15)--지지봉 (16)--거치부
(17)--거치봉 (18)--작동부재
(19)--연결선 (20)--절곡부
(AT)--연료가스탱크 (D1)(D2)--디지털 압력스위치
(K)--붕사 혼합기 (LPG)--점화가스탱크
(OT)--산소가스탱크 (R1)(R2)(R3)--압력조정기
(Ry)--릴레이 (Rya)--릴레이(Ry)의 a접점
(S1)(S2)--솔레노이드밸브 (U)--분배기
(V1)(V2)(V3)(V4)(V5)(V6)--밸브 (T)--지연 타이머
(Ta)--지연타이머(T)의 a접점