전해조(Electrolyser)용 역화방지기, 수소-산소 혼합가스 안전장치

flashback_arrestor_f53n_hho_kor.pdf

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1줄 요약. 수전해 시스템에서 발생하는 수소-산소 혼합가스의 역화(Flashback) 위험으로부터 설비를 보호하는 전문 안전장치 WITT F53N/HHO 역화방지기의 구조, 작동원리 및 설치기준을 실무 중심으로 해설합니다.

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안녕하세요 WITTGUY 입니다

최근 수소에너지 산업의 성장과 함께 전해조(Electrolyzer)를 이용한 수소 생산이 증가하면서, 수소-산소 혼합가스(HHO Gas)의 안전관리가 더욱 중요해지고 있습니다. 특히 마이크로 용접·납땜 장치(MLS-units)에서 발생할 수 있는 역화(Flashback) 사고는 폭발로 이어질 수 있어 반드시 적절한 안전장치가 필요합니다. 본 글에서는 전해조용 역화방지기의 필요성, 작동원리, 선정기준 및 설치 시 주의사항을 실무자 관점에서 상세히 다루고자 합니다.

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목차

1. 전해조용 역화방지기 개요
2. WITT F53N/HHO 역화방지기 주요 특징
3. 역화방지기 작동원리 및 안전메커니즘
4. 기술사양 및 성능특성

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1. 전해조용 역화방지기 개요

1.1 역화(Flashback)란

역화는 가스 배관 내부로 화염이 역류하여 전파되는 현상으로, 수소-산소 혼합가스와 같이 연소속도가 빠른 가스에서 특히 위험합니다. 전해조 시스템에서는 다음과 같은 상황에서 역화가 발생할 수 있습니다.

역화 발생 주요 원인

• 토치(Torch) 말단에서 점화된 화염의 역류
• 배관 내 압력 불균형으로 인한 화염 전파
• 가스 흐름 중단 시 화염의 배관 내 침투
• 배관 내 화학양론적 혼합비율 형성

1.2 전해조용 역화방지기의 필요성

수전해 공정에서 생성되는 수소-산소 혼합가스는 화학양론적 조성(H₂:O₂ = 2:1)으로 생성되어 폭발 위험성이 매우 높습니다. DIN 32508 규격 5.8.2 및 5.8.3항에 따르면 마이크로 용접·납땜 장치에는 반드시 역화방지기 설치가 요구됩니다.

구분	일반 가스	HHO 혼합가스
연소속도	상대적 낮음	매우 빠름
폭발범위	제한적	광범위
역화 위험성	보통	매우 높음
안전장치 요구사항	선택적	필수

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2. WITT F53N/HHO 역화방지기 주요 특징

2.1 제품 개요

WITT F53N/HHO는 전해조 시스템에 특화된 컴팩트형 역화방지기로, 수소-산소 혼합가스의 위험한 역화로부터 설비를 보호하도록 설계되었습니다.

핵심 설계 특징

• 소형 컴팩트 설계로 배관 라인 직접 설치 가능
• 스테인리스강 소결금속(Sintered Metal) 화염차단소자 적용
• 온도감응 차단밸브(Temperature Sensitive Cut-off Valve) 이중 보호
• 전방향 설치 가능한 유연한 구조
• ISO 9001 인증 제조사 생산 및 100% 전수검사

2.2 이중 안전 메커니즘

안전장치	기능	작동조건
화염차단소자(FA)	화학양론적 조성 HHO 가스의 역화 즉시 소화	역화 발생 시
온도감응 차단밸브(TV)	지속적 역화 시 가스 공급 자동 차단	내부 온도 상승 시

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3. 역화방지기 작동원리 및 안전메커니즘

3.1 화염차단소자(Flame Arrestor) 작동원리

화염차단소자는 넓은 표면적의 스테인리스강 소결구조로 이루어져 있으며, 다음과 같은 원리로 화염을 차단합니다.

 

화염 소화 메커니즘

1. 역화 화염이 소결금속 미세공극을 통과하려 할 때
2. 금속 표면으로 열이 급속 전달(냉각효과)
3. 화염온도가 발화점 이하로 저하
4. 화염 전파 차단 및 소화

3.2 온도감응 차단밸브 보호 기능

화염차단소자만으로 소화되지 않는 지속적 역화(Sustained Flashback) 발생 시, 내부 온도 상승을 감지하여 가스 공급을 자동 차단합니다.

 

작동 시퀀스

• 지속적 역화로 내부 온도 상승
• 온도감응소자 작동
• 차단밸브 자동 폐쇄
• 위험 온도 도달 전 가스 공급 차단

3.3 구조 및 구성요소

[가스 입구] → [입구 피팅] → [O-링 밀봉] 
→ [화염차단소자(FA)] → [온도감응 차단밸브(TV)] 
→ [출구 피팅] → [가스 출구]

 

주요 구성부품

• 하우징(Housing): 황동(Brass) 재질
• 화염차단소자: 스테인리스강(Stainless Steel)
• 밀봉재(Seal): 엘라스토머(Elastomer)
• 온도감응 차단밸브: 자동복귀 불가형

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4. 기술사양 및 성능특성

4.1 주요 사양

항목	사양	비고
모델명	F53N/HHO	Order No. 145-276
최대 사용온도	50°C	상온 전해조 적용
최대 작동압력	0.5 bar	저압 시스템용
연결방식	G 1/4" 암나사	배관 직결형
적용가스	수소-산소 혼합가스	화학양론적 조성
하우징 재질	황동(Brass)	내식성
화염차단소자 재질	스테인리스강(SUS)	내열·내식성
인증	ISO 9001	품질경영시스템

4.2 유량 특성

F53N/HHO는 공기 기준(20°C) 유량 특성 곡선을 제공하며, 실제 HHO 가스 적용 시에는 가스 밀도 및 점도를 고려한 보정이 필요합니다.

 

압력손실별 표준유량(공기 기준)

• 입구압력 0.3 bar, 압력손실 0.3 bar: 약 5 Nm³/h
• 입구압력 0.6 bar, 압력손실 0.6 bar: 약 7 Nm³/h
• 입구압력 1.0 bar, 압력손실 ΔP=Pv: 약 9 Nm³/h

4.3 DIN 32508 적합성

DIN 32508은 전해조를 통해 수소-산소를 자체 생산하는 마이크로 납땜·용접 장치에 대한 독일 산업규격입니다. 이 규격의 5.8.2항과 5.8.3항은 전해조 가스 추출부에 역화방지기(Flashback Arrestor) 설치를 의무화하여, 수소-산소 혼합가스의 역화 및 역류로 인한 폭발 사고를 방지하도록 요구하고 있습니다. 국제적으로 인정받는 안전 기준으로, 전해조 시스템의 안전성을 확보하는 핵심 규격입니다.

 

본 제품은 DIN 32508 규격의 다음 요구사항을 충족합니다.

DIN 32508 해당 조항

• 5.8.2: 전해조 가스 추출부 안전장치
• 5.8.3: 마이크로 납땜·용접 장치 역화방지 요구사항

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FAQ

Q1. 전해조용 역화방지기와 일반 역화방지기의 차이는 무엇입니까?

A1. 전해조용 역화방지기는 수소-산소 혼합가스의 화학양론적 조성(2:1 비율)에서 발생하는 매우 빠른 연소속도에 대응하도록 설계되었습니다. 일반 역화방지기는 단일 가스나 공기 혼합가스를 대상으로 하지만, F53N/HHO는 HHO 가스의 높은 폭발위험성을 고려한 특수 화염차단소자와 이중 안전 메커니즘을 갖추고 있습니다.

 

Q2. 온도감응 차단밸브(TV)가 작동하면 리셋이 가능합니까?

A2. 아닙니다. 온도감응 차단밸브는 자동복귀 불가형(Non-resettable)으로 설계되어 있습니다. 한 번 작동하면 제품 전체를 교체해야 하며, 이는 안전을 위한 설계입니다. 차단밸브가 작동했다는 것은 심각한 역화 상황이 발생했음을 의미하므로, 반드시 시스템 전체를 점검하고 원인을 규명한 후 새 제품으로 교체해야 합니다.

 

Q3. 설치 방향에 제한이 있습니까?

A3. F53N/HHO는 전방향 설치가 가능합니다(수직, 수평, 역방향 등). 다만 가스 흐름 방향은 반드시 제품 표면에 표시된 화살표 방향과 일치해야 하며, 응축수가 고이지 않도록 배수를 고려한 위치 선정이 필요합니다. 접근 및 점검이 용이한 위치에 설치하는 것을 권장합니다.

 

Q4. 압력손실이 시스템 성능에 영향을 주지 않습니까?

A4. 모든 역화방지기는 화염차단소자를 통과하면서 일정한 압력손실이 발생합니다. F53N/HHO는 컴팩트한 설계에도 불구하고 충분한 유량 성능을 제공하도록 설계되었습니다. 유량 특성 곡선을 참조하여 시스템 요구 유량과 허용 압력손실을 확인한 후 적용해야 하며, 필요시 상위 모델 선정을 고려할 수 있습니다.

 

Q5. DIN 32508 규격 준수가 법적으로 강제됩니까?

A5. DIN 32508은 독일 산업규격으로, 국내 법규와 직접적인 연관은 없으나 국제적으로 인정받는 마이크로 용접·납땜 장치의 안전 기준입니다. 국내에서는 산업안전보건법, 고압가스 안전관리법 등에 따라 가스 사용 설비의 안전장치 설치가 요구되며, DIN 32508 준수 제품 사용은 안전성 입증의 근거가 될 수 있습니다. 구체적인 법적 요구사항은 관할 기관 및 전문가와 상담하시기 바랍니다.

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출처

WITT-Gasetechnik GmbH & Co KG. (n.d.). Flashback Arrestor F53N/HHO: Technical specification sheet (ST25-C01/J9). WITT-Gasetechnik.

WITT-Gasetechnik GmbH & Co KG. (n.d.). Flashback Arrestor F53N/HHO: Product information. Retrieved from https://www.wittgas.com/products/gas-safety-equipment/flashback-arrestors-flame-arrestors/for-pressure-regulators-outlet-points-inline/flashback-arrestor-f53nhho/

DIN Deutsches Institut für Normung. (n.d.). DIN 32508: Micro flame soldering and welding units - Safety requirements.

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※ 본 블로그의 모든 내용은 신뢰할 수 있는 출처에 기반하고 있으나, 실제 적용 시에는 반드시 전문가와 상의하시기 바랍니다.

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