-
8/11/2019 Us 4014777
1/11
E l S t e s Patent [ 1 , ] [ 1 1 ] 4 , 0 1 4 , 7 7 7
Brown [ 4 5 ] Mar.
2 9 ,
1977
[54] WELDING
3,045,665 7/1962 Movat
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204/129
X
1 7 6 1
I n v e n t o r :
Y u
B r o w n ,
1 8 2
A u b u r n
R o a d ,
3 3 2 3 1 2 3 3
3 1 1 3 2 2
1 5 3 2 2 3 3 2 1 2 1 : 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 5 5 3 3
5 2
Auburn; New South
Wales,
3 , 3 1 0 , 4 8 3
3 / 1 9 6 7
Rhodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 4 / 1 2 9
x
A u s t r a l i a
[ 2 2 ]
F i l e d : J u l y
1 9 ,
1974
P r i m a r y
ExaminerArthur C . P r e s c o t t
[ 2 ] ]
A P P L
N o ; 4 8 9 , 9 2 1
g l t t o m e y A g g n t , 0 r
g g m 2 i l ,
G r o s s ,
S i m p s o n ,
V a n
t
[ 3 0 ]
F o r e i g n
A p p l i c a t i o n P r i o r i t y Data
a n
e n t e a man lam
l m p s o n
J u l y 2 0 , 1973
A u s t r a l i a
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4159/73
[57] ABSTRACT
1 3 5 . 2 3 ,
1 1 7 7 4 3 2 3 2 3 2 1 2 2
: 1 1 : . . . . . .
. 1 1 1 1
. . . . . . . 5 1 :
1 3 1 1 / 3 2 . i n v e m i q n r e l a t e s
t o
w e l d i n g , b r a z i n g o r t h e l i k e
u t 1 l 1 z 1 n g a
m i x t u r e
o f
h y d r o g e n
a n d o x y g e n g e n e r a t e d
[ 5 2 ]
US. l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
204/270; 429/21; i n S u b s t a n t i a l l y s t o i c h i o m
e t r i c p r o p o r t i o n s
i n an
e l e c _
2 0 4 / 2 9 ;
2 0 4 / 2 2 8 ; 2 0 4 / 2 2 9 ;
2 0 4 / 2 6 8 ;
t r o l y t i c
c e l l
b y e l e c t r o l y t i c d i s s o c i a t i o n o f w a t e
r , t h e
2 2 0 4 / 2 6 9 ;
2 0 4 / 2 7 2 ;
4 3 1 / 3 5 4 m i x t u r e s o g e n e r a t e d b e i n g p a
s s e d f r o m
t h e
g e n e r a t o r
[ 5 1 ]
I n t .
C l .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
CZSB
l / 0 2 ;
C25 3
1 / 0 4
t h r o u g h
a
?ashback
a r r e s t o r
and
thence
tqa
burner
[ 5 8 ] F i e l d o f
S e a r c h . . . . . . . .
. .
2 0 4 /
1 2 9 ,
2 7 0 ,
2 7 8 , 2 2 8 , where t h e g a s e s a r e i g n i t e c L T h
e / i n v e n t i o n
a l s o r e l a t e s
2 0 4 / 2 3 0 , 2 3 7 ,
2 6 9 , 2 2 9 ,
2 7 2 ,
2 7 1 ;
1 3 6 / 8 6 R ; t o a t o m i c w e l d i n g i n w h i c h t h
e a b o v e m e n t i o n e d m i x
5 5 / 3 1 0 0 ; 2 9 / 4 9 8 5 ; 2 1 9 / 1 3 7 ; 4 3 1 / 3 5 4 ;
t u r e i s p a s s e d t h r o u g h a n a r e
c a u s i n g d i s s o c i a t i o n
o f
206/] b o t h
t h e
h y d r o g e n
a n d o x y g e n i n t o a t o m i c
h y d r o g e n
[ 5 6 ]
R e f e r e n c e s C i t e d
and
oxygen which
on
r e c o m b i n a t i o n g e n e r a t e
a n
i n
UNITED
STATES PATENTS t - e n s e l y h o t ?ame
685,274
1 0 / 1 9 0 1
Haas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
. .
204/268
1 , 6 0 0 , 4 7 8 9 / 1 9 2 6
Lawaczeck
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
2 0 4 / 2 7 2 X 6 C l a i m s , 7 Drawing F i g u r e s
-
8/11/2019 Us 4014777
2/11
-
8/11/2019 Us 4014777
3/11
US. Patent M a r . 2 9 , 1 9 7 7
S h e e t
2
o f 4 4 , 0 1 4 , 7 7 7
F l 6 . 4 .
-
8/11/2019 Us 4014777
4/11
US. Patent
M a r . 2 9 , 1 9 7 7 S h e e t
3 o f 4 4 , 0 1 4 , 7 7 7
F I G , 5 . 5 1
TO __
02
__ r , _ _ _
GENERATOR
5 5 2
T O
ARC
GENERATOR
-
8/11/2019 Us 4014777
5/11
U.S.
Patent
M a r . 2 9 , 1 9 7 7 S h e e t 4
o f 4
4 , 0 1 4 , 7 7 7
-
8/11/2019 Us 4014777
6/11
4 , 0 1 4 , 7 7 7
1
WELDING
T h i s i n v e n t i o n r e l a t e s
t o
w e l d i n g , b r a z i n g a n d
t h e
l i k e ,
u t i l i z i n g
h y d r o g e n a n d o x y g e n , a n d e x t e n d s t o
s u c h
a p p l i c a t i o n s
a s
o x y - w e l d i n g , o x y - c u t t i n g ,
a t o m i c
w e l d i n g ,
a n d
w e l d i n g
o r
c u t t i n g
i n
c o m b i n a t i o n
w i t h
e l e c t r i c a r c
t e c h n i q u e s .
The
i n v e n t i o n a l s o p r o v i d e s f o r
t h e g e n e r a t i o n o f
h y d r o g e n
a n d
o x y g e n
f o r t h e
a b o v e
m e n t i o n e d a p p l i c a t i o n s
i n
c o m b i n a t i o n
t h e r ew i t h o r
separately.
A
m o s t
i m p o r t a n t
a p p l i c a t i o n o f t h e i n v e n t i o n
i s
a t o m i c w e l d i n g u t i l i z i n g
t h e p r o p e r t i e s o f a t o m i c o x y
g e n
i n
c o m b i n a t i o n
w i t h
a t o m i c h y d r o g e n ( f o r
w e l d i n g )
o r a t o m i c o x y g e n s e p a r a t e l y ( f o r c u t t
i n g ) .
T h i s
p a r t i c u
l a r a p p l i c a t i o n o f t h e i n v e n t i o n i s b a
s e d , among o t h e r
t h i n g s , on t h e a p p r e c i a t i o n t h a t c o n s i
d e r a b l e e n e r g y i s
a s s o c i a t e d
w i t h t h e d i s s o c i a t i o n o f m o l e c u l a r
oxygen
i n t o a t o m i c o x y g e n b y
p a s s i n g
t h i s g a s
t h r o u g h
a n a r c ,
a n d t h a t t h i s
p r o p e r t y
c a n b e u s e f u l l y
employed
t o
g e n e r a t e
t e m p e r a t u r e s
e v e n
h i g h e r
t h a n t h o s e p r e v i
o u s l y
a t t a i n a b l e w i t h , f o r e x a m p l e , a n
a t o m i c
h y d r o g e n
?ame. The
s i g n i ? c a n c e
of t h e e n e r g y
which
can
be
o b t a i n e d i n
t h i s
way c a n be
a p p r e c i a t e d
from t h e
f o l
l o w i n g
r e a c t i o n s t h a t
t a k e p l a c e , a n d
t h e
h e a t e n e r g i e s
a s s o c i a t e d
t h e r e w i t h , when hydrogen and oxygen a r e
b o t h
p a s s e d
t h r o u g h
a n
e l e c t r i c
a r c .
T h u s :
l - l 2 H H a b s o r b i n g 1 0 1 , 0 0 0 c a l . p e r gram
mole
0 :
0
0
b s o r b i n l l 7
000
a ] .
1
ram mole
t o E l 2 1 8 , 0 0 0
c a l .
p e r gram m o l e
On recombination of these atoms
t h i s
energy
i s
r e
l e a s e d
a s
h e a t
t h r o u g h a number o f complex c h e m i c a l
r e a c t i o n s a n d
r e s u l t s
i n a n e x t r e m e l y h i g h ?ame tem
p e r a t u r e .
P r e v i o u s l y i t
w o u l d n o t h a v e b e e n c o n s i d e r e d
p o s s i b l e
t o
p r a c t i c a l l y
p a s s oxygen o r a m i x t u r e of
oxy
g e n
and
hydrogen t o g e t h e r t h r o u g h a n
a r e due
t o t h e
h i g h l y
e x p l o s i v e
o r in?ammable n a t u r e o f s u c h g a s e s .
However
i n a c c o r d a n c e
w i t h
t h e c o n c e p t s
o f
t h e p r e
s e n t
i n v e n t i o n
t h i s i s i n d e e d b o t h p o s s i b l e
a n d
p r a c t i c a l
a n d , a s mentioned
a b o v e ,
e n a b l e s t h e r e a l i z a t i o n
o f
much i g h e r
w e l d i n g o r
c u t t i n g t e m p e r a t u r e s
t h a n
h i t h
e r t o
o b t a i n a b l e
b y known p r a c t i c a l
m e a n s .
One o f
t h e
o b j e c t s o f t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n i s
t o p r o
v i d e a m e t h o d - a n d
a p p a r a t u s w h e r e b y
h y d r o g e n a n d
o x y g e n c a n b e
g e n e r a t e d
q u i c k l y
a n d
c o n v e n i e n t l y
f o r
immediate u s e f o r w e l d i n g , e t c . ,
w i t h o u t
many o f t h e
d i s a d v a n t a g e s a s s o c i a t e d w i t h c o n v e
n t i o n a l g a s
w e l d i n g
p r a c t i c e .
F o r
e x a m p l e , t h e
p r a c t i c e o f e m p l o y i n g c y l i n
d e r s ( o r b o t t l es ) o f
a s ,
u s u a l l y o x y g e n a n d a c e t y l e n e
c a n
h a v e s i g n i ? c a n t d i s a d v a n t a g e s ,
p a r t i c u l a r l y f o r
u s e r s w o r k i n g r e m o t e from a s u p p l y d e p o
t
and f o r
whom
t h e r e m i g h t b e a n a p p r e c i a b l e
d e l a y
b e t w e e n t h e
p l a c i n g
o f an o r d e r f o r a
d e l i v e r y
of
a s
t h e t h e
a c t u a l
d e l i v e r y .
For such s e r s , i n
o r d e r t o e n s u r e
an adequate
s u p p l y
o f g a s when
a
p a r t i c u l a r j o b
demands i t , i t
i s
o f t e n n e c e s s a r y t o o r d e r f r e s h su p p l i e
s
i n
a d v a n c e , even
b e f o r e
t h e
s u p p l y on hand i s f u l l y
u s e d ,
o r e l s e r i s k
r u n n i n g
o u t
o f g a s b e f o r e a j o b i s c o m p l e t e d . S i n c
e
b o t t l e s
of
gas a r e g e n e r a l l y d e l i v e r e d
on
a s t r i c t l y ex
change b a s i s
i n
t h a t
a
used
b o t t l e
must
be returned
i n
exchange
f o r
a
r e ? l l e d
b o t t l e
he p r a c t i c e
can
mean a
signi?cant
waste, as
f a r
as the user
i s
con
c e r n e d ,
i f
b o t t l e s
c o n t a i n i n g u s e f u l
amounts o f
u n u s e d
g a s
h a v e
t o
b e
r e t u r n e d t o t h e s u p p l i e r .
5
20
3 0
35
45
50
55
60
65
2
The
p r a c t i c e
o f u s i n g b o t t l e d g a s
a l s o
h a s
a s s o c i a t e d
w i t h i t a l a r g e number o f o t h e r p r o b l e m s
s u c h a s
t h e
p o s s i b i l i t y
o f
g a s l e a k i n g f r o m b o t t l e s , p o s s i b i l i t
y o f
i n d u s t r i a l
d i s p u t e s w h i c h
c a n
r e s u l t i n s e v e r e d e l a y s i n
d e l i v e r y
a n d i n s u p p l y s h o r t a g e s ,
l i a b i l i t i e s ,
h i g h
p u r
c h a s e
and s t o r a g e c o s t s , f r e i g h t c h a r g e s , and
s o
o n .
To
l l u s t r a t e
s o me
of
t h e
c o n d i t i o n s
which
t h e
con
sumer o f b o t t l e d
g a s
must
p u t up w i t h ,
l i s t e d below
s
a
summary
o f t h e
c o n d i t i o n s
o f
s a l e
which a p p l y
t o
t h e
s a l e
a n d d i s t r i b u t i o n o f
b o t t l e d
g a s .
a .
The c y l i n d e r r e m a i n s t h e s o l e p r o p e r t y
o f t h e s u p
p l i e r , w h i c h
r e t a i n s
t h e
r i g h t t o e x e r c i s e a t
a n y t i m e
i t s
p r o p r i e t o r y p o w e r s i n i t s d i s c r e t i o n
.
b . A l l c y l i n d e r s and c o n t e n t s a r e
forwarded a t
t h e
expense
and r i s k of t h e c u s t o m e r s .
c . I t i s t h e
r e s p o n s i b i l i t y
o f t h e
c u s t o m e r s
t o p r o v i d e
a d e q u a t e
l a b o u r f o r
t h e
l o a d i n g
a n d
u n l o a d i n g
o f
a l l
c y l i n d e r s
a t
the p r e m i s e s .
,
d . C y l i n d e r s
a r e t o be
r e t u r n e d
t o
t h e
s u p p l i e r a s soon
a s
e m p t y ,
c a r r i a g e
a n d
f r e i g h t c h a r g e s
p a i d .
e .
A
y l i n d e r
i s
n o t
r e t u r n e d
u n t i l
r e c e i v e d
by
t h e
s u p p l i e r a t i t s works o r warehouse o r by
t s t r u c k
and
a
r e c e i p t
on t h e
s u p p l i e r s
form g i v e n f o r t h e s a m e . No
document
u r p o r t i n g
t o
b e a
r e c e i p t
f o r a n y s u c h c y l i n
d e r s h a l l
b e
v a l i d
u n l e s s
i t i s t h e s u p p l i e r s p r i n t e d f o r m
o f
r e c e i p t .
f .
Cylinders
are
not
t r a n s f e r a b l e and
m us t not
be used
f o r any purpose o t h e r
t h a n
a s
c o n t a i n e r s
f o r
t h e
g a s
s o l d by t h e s u p p l i e r and must n o t be d e l i v e r
e d
o r
s e n t
f o r r e c h a r g i n g t o a n y
p l a c e o t h e r
t h a n t h e s u p p l i e r s
g a s
s t a t i o n .
g . The
customer
a g r e e s not t o r e s e l l t o
any
person or
C o r p o r a t i o n , t h e g a s
c o n t e n t s
o f t h e
c y l i n d e r s
o f
a n y
p a r t t h e r e o f .
h .
Customers
a r e
h e l d
r e s p o n s i b l e
f o r
a l l
l o s s
o r
da m
a g e t o c y l i n d e r s from w h a t e v e r
c a u s e
a r i s i n g from t h e
t i m e o f d e l i v e r y u n t i l r e t u r n e d t o t h e
s u p p l i e r s . ( C u s
tomers a r e a d v i s e d t o
c o v e r t h e
c y l i n d e r s by i n s u r
a n c e ) .
i .
Where a customer h a s n o t r e t u r n e d a c y l i n d e r i
n
good o r d e r and c o n d i t i o n
w i t h i n
s i x months
from
t h e
d a t e
o f d e l i v e r y , t h e
s u p p l i e r m a y ,
a t i t s
o p t i o n ,
c h a r g e
t h e customer i t h
an
amount n o t
e x c e e d i n g
t h e
agreed
v a l u e o f t h e
c y l i n d e r
a n d t h e d e m u r r a g e d u e i n r e s p e c t
t h e r e o f ,
and s u c h amount s p a y a b l e by
t h e
customer a s
l i q u i d a t e d d a m a g e s f o r t h e d e t e n ti o
n
o f
t h e c y l i n d e r .
N o t w i t h s t a n d i n g
t h e
payment o f s u c h
amount
i n r e
s p e c t
o f a n y
c y l i n d e r ,
i t r e m a i n s t h e
p r o p e r t y o f
t h e
s u p p l i e r s
and
t h e
r i g h t
o f
t h e s u p p l i e r s t o
r e c o v e r
p o s
s e s s i o n
t h e r e o f
i s
n o t a f f e c t e d
i n any
w a y .
j .
No l l o w a n c e i s made on any r e s i d u a l
g a s
r e t u r n e d
i n t h e c y l i n d e r s .
k . _ A n d many
t h e r c o n d i t i o n s v a r y i n g
i n
t h e d i f f e r e n t
c o u n t r i e s
i n
t h e w o r l d .
A n o t h e r
d i s a d v a n t a g e , w h i c h i s
a s s o c i a t e d
w i t h
o x y
h y d r o g e n w e l d i n g a r i s e s d u e t o t h e m a r
k e d a b i l i t y o f
h y d r o g e n t o
b e
a b s o r b e d b y m o s t m e t a l s . Thus
when
w e l d i n g
s t e e l ,
f o r
e x a m p l e ,
g r e a t
c a r e
must b e
t a k e n
t o
e n s u r e
t h a t
e x c e s s hydrogen s n o t p r e s e n t
o t h e r w i s e i t
w i l l
be
absorbed i n t h e m e t a l t o c a u s e
l o s s
o f s t r e n g t h
and
b r i t t l e n e s s . On
h e
o t h e r h a n d ,
an
e x c e s s of oxygen
would c a u s e b u r n i n g o f t h e
m e t a l
and s h o u l d t h u s
e q u a l l y
be
a v o i d e d .
I t i s
most
i m p o r t a n t
t h e r e f o r e t h a t
w i t h o x y - h y d r o g e n w e l d i n g t h e m i x t u r
e a t t h e b u r n e r
b e a d j u s t e d t o produce a n e u t r a l
?ame,
t h a t i s , one i n
which t h e r e i s n e i t h e r e x c e s s hydrogen
nor
e x c e s s oxy
g e n . I n p r a c t i c e
i t
i s most
d i f ? c u l t
t o m a i n t a i n ( a n d
v i r t u a l l y
i m p o s s i b l e
t o j u d g e
b y
?ame
c o l o u r )
a
n e u t r a l
-
8/11/2019 Us 4014777
7/11
a r e a of
t h e
e l e c t r o d e s .
4 , 0 1 4 , 7 7 7
3
? a m e ,
a n d f o r
t h a t r e a s o n o x y - h y d r o g e n w e l d i n g i s n
o t
w i d e l y
u s e d d e s p i t e
t h e
i n h e r e n t a d v a n t a g e s o f
l o w
c o s t
and h i g h
h e a t v a l u e
o f f e r e d b y h y d r o g e n
a s a
f u e l .
These
and
other disadvantages can be overcome t o a
s i g n i ? c a n t e x t e n t
b y
t h e
p r e s e n t
i n v e n t i o n
w h e r e b y
hydrogen
a n d
oxygen
f u e l
a r e
generated
s i m u l t a
n e o u s l y
b y e l e c t r o l y s i s i n a n
e l e c t r o l y t i c c e l l
a n d
a l
lowed
t o
f r e e l y
m i x
therein
t o
f or m
a
stoichiometric
mixture t h a t w i l l
burn
with
a
n e u t r a l ?ame. The
u e l
g a s
c a n b e
g e n e r a t e d w h e r e
a n d w h e n e v e r r e q u i r e d
t h e r e b y
e l i m i n a t i n g
t h e n e e d f o r s t o r a g e o f b o t t l e s o f
g a s and r e l i a n c e on r e g u l a r d e l i v e r i e
s
o f
g a s which
often
cannot
be guaranteed.
The method o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n
r e q u i r e s
no
d i a p h r a g m s
o r t h e l i k e
t o
s e p a r a t e t h e
h y d r o g e n
and
o x y g e n l i b e r a t e d
b y t h e
e l e c t r o l y s i s
p r o c e s s a n d
t h e r e b y en a b l e s c o n s i d e r a b l e a d v a n t a
g e s t o b e r e a l i z e d
o v e r
c o n v e n t i o n a l
e l e c t r o l y t i c
p r o d u c t i o n o f
t h e s e
g a s e s .
S u c h
d i a p h r a g m s
h a v e n o r m a l l y b e e n r e g a r d e d
a s
e s s e n t i a l
f o r
c o n v e n t i o n a l
e l e c t r o l y t i c
g e n e r a t o r s
i n
o r d e r
t o s e p a r a t e t h e two g a s e s t h a t would o t h e r
w i s e
f o r m a h i g h l y
e x p l o s i v e m i x t u r e ;
h o w e v e r ,
i t h a s
b e e n
f o u n d ,
i n
a c c o r d a n c e
w i t h
t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n , t h a t
t h e two g a s e s
c a n be s a f e l y ,
and s e f u l l y ,
produced
and
u t i l i z e d a s a m i x t u r e f o r
f u e l
p u r p o s e s p r o v i d e d t h a t
s u i t a b l e
s a f e t y p r e c a u t i o n s ,
s u c h
a s t h e employment
o f
a ?ash- back a r r e s t o r , a r e t a k e n . Such s a f e t
y precau
t i o n s
may i n c l u d e , f o r
e x a m p l e ,
t h e
employment o f a
d e v i c e
which removes e l e c t r o l y t e vapour from t h e g a s
and a t ' t h e sam e time a c t s
a s
a ?ash-back a r r e s t o r .
I n
o b v i a t i n g t h e n e e d f o r d i a p h r a g m s o r t
h e l i k e t h e p r e
s e n t
i n v e n t i o n e n a b l e s t h e
e l e c t r o d e s t o
be p l a c e d
much c l o s e r t o g e t h e r a n d a v o i d s t h e h i g h
r e s i s t a n c e
a s s o c i a t e d
w i t h d i a p h r a g m s ,
which
i n
t u r n e n a b l e s
a
s i g n i ? c a n t i n c r e a s e i n t h e r a t e o f g a s
p r o d u c t i o n f o r a
g i v e n s i z e o f
a p p a r a t u s .
I n s h o r t
t h e
p r e s e n t
i n v e n t i o n
e n a b l e s
t h e m a n u f a c t u r e o f s m a l l s i z e equipment
t h a t
i s
u s e f u l f o r a l a r g e v a r i e t y o f w e l d i n
g
a n d
s i m i l a r
work
and
t h a t i s n o t p r o h i b i t i v e l y b u l k y f o r
t h e
a v e r a g e s i t u a
t i o n :
s o m e t h i n g
w h i c h i s
i m p o s s i b l e w i t h c o n v e n t i o n a l
h y d r o g e n - o x y g e n
g e n e r a t i n g
e q u i p m e n t .
I n t h e development o f a p p a r a t u s from
t h e
b a s i c con
c e p t o f
g e n e r a t i o n
o f
h y d r o g e n a n d
o x y g e n
e l e c t r o l y t i
c a l l y i n
a
p r a c t i c a l
manner
s u i t a b l e
f o r l a r g e i n d u s t r i a l
a p p l i c a t i o n s on t h e one h a n d , and s m a l l d o
m e s t i c
a p p l i
c a t i o n s
on t h e o t h e r hand, a number of
f a c t o r s
had t o
b e t a k e n i n t o a c c o u n t , a n a l y s e d
and
w e i g h e d
one
a g a i n s t t h e
o t h e r .
The
f o l l o w i n g
i s
a
l i s t
of
some
o f
t h e s e f a c t o r s t o i l l u s t r a t e what h a s
been
i n v o l v e d .
a .
Endosmotic
p r e s s u r e
t o
. b e balanced a g a i n s t t h e
h y d r o s t a t i c
p r e s s u r e o f t h e ? u i d .
b . R a t e o f ?ow
o f
e l e c t r i c c u r r e n t i n r e l a t i o n t o
t h e
c .
The
p r i o r a r t
p r o b l e m
o f r e m o v i n g
t h e g a s e s from
a n o l y t e
a n d c a t h o l y t e ,
b e f o r e
d i f f u s i o n a n d b e f o r e
t h e
e l e c t r o l y t e s
a r e i n t e r m i x e d .
d .
E f f e c t s o f
r a p i d
c h a n g e s i n
t h e
r a t e o f
?ow
o f
e l e c t r i c i t y t h r o u g h t h e
c e l l .
c . E f f e c t s o f a u x i l i a r y d e c o m p o s i t i o
n w i t h i n t h e
anode and cathode s i d e s
of
t h e c e l l .
f .
The
c h o i c e o f t h e most r e a d i l y i o n i z e d e l e c t
r o l y t e
o f a
m a x i m u m
c o n d u c t i v i t y .
g .
The
l e a s t p o s s i b l e
s p a c i n g
b e t w e e n a n o d e a n d
cathode
that
can be
employed.
h .
A
e s i g n o f e l l i n w h i c h p r e v i o u s l y
i t
was r e g a r d e d
i m p o s s i b l e
f o r
t h e H 2 ' a n d O 2 g i v e n . t o
become
m i x e d
w i t h s a f e t y , . w h i c h
d o e s
away w i t h d i a p h r a g m s o r t h e
l i k e
which would i n c r e a s e
t h e - i n t e r n a l .
r e s i s t a n c e ,
i n
4
which
b o t h
hydrogen and oxygen
can
be mixed w i t h i n
t h e c e l l ,
and
i n
which c e l l s
can
b e
connected i n
s e r i e s ,
p a r a l l e l ,
or
p a r a l l e l and s e r i e s t o
s u i t r e q u i r e m e n t s .
i . The choice of m a t e r i a l s f o r
t h e
e l e c t r o d e s .
j .
T h e q u a n t i t y
o f
a c i d s
o r a l k a l i
to b e . u s e d .
k .
The
s h a p e s
o f
c e l l s
a c c o r d i n g
t o
p u r p o s e
o f
the
c e l l s ,
a n d
t h e
a p p l i c a t i o n f o r w h i c h
t h e y a r e d e s i g n e d .
l . The p o s s i b i l i t y of improvement w i t h
permanent
o r
electro-magnetically
induced
?elds applied
t o
the e l e c
1 0
20
2 5
3 0
35
40
45
50
55
6 0
65
t r o l y t i c
c e l l s ,
t o
c a u s e c o n t r o l l e d s e p a r a t i o n
o f
a
quan
t i t y
of t h e
g a s e s
g e n e r a t e d i n
t h e c e l l s .
m . E n s u r i n g e f f e c t i v e c i r c u l a t i o n
o f
e l e c t r o l y t e
b e
tween t h e e l e c t r o d e s , w i t h a s
l i t t l e
e l e c t r i c a l r e s i s t a n c e
as possible.
n .
The o s s i b i l i t y
o f u s i n g s o d i u m
h y d r o x i d e o r p o t a s
s i u m
h y d r o x i d e w h i c h , i n c o n c e n t r a t i o n s f
r o m 1 0 u p
t o
30 , w h i c h h a s
n e g l i g i b l e
c o r r o s i o n a c t i o n on i r o n
o r n i c k e l e l e c t r o d e s , a p a r t from p r o d u c
i n g a s o l u t i o n
o f
g o o d
c o n d u c t i v i t y .
0 . The u s e o f
t h e
c o o l i n g e f f e c t
by p a s s i n g
o f h y d r o
gen and
o x y g e n g a s e s , f o r
c o o l i n g
e l e c t r o l y t e i n
t h e
c e l l , f o r c o n t r o l l i n g t h e c e l l
t e m p e r a t u r e ,
p r e f e r a b l y
between
4 0 C
t o
6 0
C ,
a t
w h i c h t e m p e r a t u r e
t h e
bonds
between hydrogen
and
oxygen
need
a
m ini mu m
of e l e c t r i c a l
e n e r g y
t o b r e a k .
p .
The
s e p a r a t i o n
o f
hydrogen and oxy gen from
a
m i x t u r e ,
u s i n g , p o s s i b l y , a p e r m a n e n t m a g n e t i
c ? e l d ,
o r
an e l e c t r o - m a g n e t i c ?eld
which
can be
c o n t r o l l e d t o
o b t a i n a
d e s i r e d l s e p a r a t i o n
between t h e hydrogen and
o x y g e n . Based on t h i s p r i n c i p l e , t h e oxygen
c o u l d
be
s u b s t a n t i a l l y
s e p a r a t e d
f r o m t h e m i x t u r e - a n d
t h e h y d r o
g e n c o u l d b e
a b s o r b e d
b y , f o r
e x a m p l e ,
s e l e c t e d met
a l s , w h i c h h a v e h i g h a b s o r p t i o n
a f ? n i t y f o r
h y d r o g e n
( f o r
e x a m p l e , p a l a d i u m
w h i c h
a b s o r b s
900
t i m e s
more
h y d r o g e n f r o m i t s v o l u m e ) .
A l s o ,
u s i n g t h e
p r i n c i p l e
o f
t h e
i n v e n t i o n ,
h y d r o g e n
and o x y g e n
c a n
be
g e n e r a t e d
i n l a r g e q u a n t i t i e s w i t h s m a l l
u n i t s
a n d t h e
o x y g e n
c o u l d ,
f o r e x a m p l e , b e s e p a r a t e d
a n d
u s e d
t o s u p p l y
h o s p i t a l s , b a b y
r o o m s , a i r c o n d i t i o n i n g
s y s t e m s , o r f o r
a n y
o t h e r a p p l i c a t i o n , when
o x y g e n
i s r e q u i r e d . Oxy
gen c a n ,
i n t h i s
w a y , be
g e n e r a t e d much
f a s t e r
and
more c o n v e n i e n tl y t h a n w i t h c o n v e n t i o n
a l e l e c t r o l y t i c
generating equipm ent.
q . The
p o s s i b i l i t y
o f
a b s o r b i n g t h e
h y d r o g e n o r o x y
g e n b y s p e c i a l l y s e l e c t e d m a t e r i a l s i
n s m a l l c o n t a i n e r s
and
where t h e
absorbed
g a s can
be
e x t r a c t e d when
d e s i r e d f o r w e l d i n g o r b r a z i n g where t
would
b e i n c o n
v e n i e n t
or
i m p o s s i b l e
t o do s o w i t h c o n v e n t i o n a l
e q u i p
ment.
r . M a k i n g t h e w e l d i n g o p e r a t o r e n t i r e
l y i n d e p e n d e n t
of any gas s u p p l i e r s .
s . The g e n e r a t i o n o f cheap g a s , up
t o
6
t o
7 t i m e s
c h e a p e r
t h a n n o r m a l
g a s s u p p l i e s .
t .
The d e s i g n o f
e q u i p m e n t
w h i c h g i v e s n o t o n l y p r o
f e s s i o n a l w e l d e r s ,
b u t ' h a n d y m e n ,
o r p e o p l e who w o u l d
l i k e
t o do w e l d i n g
a t
home i t h o x y - w e l d i n g a p p a r a t u s ,
b u t w o u l d do i t o n l y o c c a s i o n a l l y and c o u
l d n o t
u s t i f y
t h e
e x p e n s e
a s s o c i a t e d
w i t h
c o n v e n t i o n a l
g a s s u p p l i e s .
S u c h p e o p l e c a n n o t u s t i f y
p a y i n g
f o r b o t t l e s
o f g a s
f o r
a s i n g l e w e l d i n g o n l y
( h a v i n g
t o k e e p
t h e
b o t t l e s , p a y
i n g r e n t f o r
them
t o keep
them up
t o two
y e a r s ,
t o
p e r f o r m
t h e n e x t
w e l d i n g ) ;
F o r
t h i s
r e a s o n , t h e
w e l d i n g
a p p a r a t u s
made
p o s s i b l e
b y
t h e p r e s e n t i n v e n t i o n i s
i d e a l
b e c a u s e
i t ' p r o d u c e s
g a s e s f o r w e l d i n g a t
t h e
t i m e
and i n t h e q u a n t i t y t h a t i s n e e d e d .
u . H y d r o g e n - o x y g e n w e l d i n g h a s t h e a d
v a n t a g e t h a t
i t d o e s n o t p o l l u t e t h e a t m o s p h e r e a s d
o e s oxyacety
lene welding._ I
-
8/11/2019 Us 4014777
8/11
4 , 0 1 4 , 7 7 7
5
v . The
d e s i g n o f
e l e c t r o l y t i c
c e l l s which a r e s a f e t o
u s e a s w e l l a s c o n v e n i e n t , which c e l l s
m a y
i n c o r p o r a t e
t h e i r own ?ash-back a r r e s t o r s
a s
a s a f e t y precaution
o r
a n
e q u i v a l e n t m e a n s , t o p r e v e n t t h e h a z a
r d s o f
e x p l o
s i o n or ? r e .
w . The c o n t r o l o f t h e c u r r e n t which p a s s e s
through
t h e
c e l l s ,
t h e
t e m p e r a t u r e
o f t h e
c e l l ,
which i s
a f u n c
t i o n o f c u r r e n t , t h e c o n t r o l
o f
t h e s e p a r a t i o n o f t h e
g a s e s , and t h e
r e m o v a l
from t h e g a s e s
o f e l e c t r o l y t e
v a p o u r s . I n t h i s r e g a r d t h er e
h a s
b e e n d e s i g n e d a
s p e
c i a l u n i t
w i t h
p r e f e r a b l y
c o n i c a l e l e c t r o d e s , and a ? a s h
back a r r e s t o r . The ?ash a r r e s t o r
m a y
be c o n s t i t u t e d by
a
p e l l e t o f p o r o u s
m a t e r i a l , o r
a l o n g c a p i l l i a r y
p i p e
l o c a t e d between t h e g a s g e n e r a t o r and a b u r
n e r h e a d .
The ? r e
h a z a r d s a s s o c i a t e d w i t h a m i x t u r e of
hydrogen
and oxygen c a n n o t b e overemphasized and i n d e e d i t i
s
p r o b a b l y m a i n l y b e c a u s e o f
t h e
r e c o g n i z e d d a n g e r s
a s s o c i a t e d
t h e r e w i t h t h a t
e x t r e m e l e n g t h s
h a v e
been
t a k e n
t o
s e p a r a t e
t h e
two g a s e s c o m p l e t e l y u n t i l t h e y
r e a c h t h e
b u r n e r .
I n
a c c o r d a n c e
w i t h
t h e p r e s e n t
i n v e n
t i o n
i t h a s b e e n
r e a l i z e d
t h a t ,
c o n t r a r y t o l o n g s t a n d i n g
o p i n i o n s , t h e g a s e s c a n b e s a f e l y mixed t
o g e t h e r e v e n
when b e i n g
produced and
a s
a r e s u l t many d e s i r a b l e
a d v a n t a g e s
can be
r e a l i z e d .
x .
The p r o v i s i o n of
one o r m ore s a f e t y v a l v e s
ad
j u s t e d
t o c o n v e n i e n t
p r e s s u r e
f o r
r e l e a s i n g e x c e s s i v e
p r e s s u r e s i n t h e c e l l ( f o r e x a m p l e ,
g r e a t e r
t h a n 30
p s i . )
which m a y
r e s u l t ,
f o r e x a m p l e , i f a c u r r e n t con
t r o l
mechanism
f a i l s . The
s a f e t y v a l v e s c o u l d be
a t
tached
t o
an a l a r m , f o r example,
t o i n d i c a t e
a a i l u r e
i n
t h e c u r r e n t c o n t r o l mechanism
o r t h e
c u t - o f f s w i t c h e s ,
e t c .
y . P o r o u s
m a t e r i a l
may
c o n v e n i e n t l y be p l a c e d i n t h e
b u r n e r
h e a d ,
s o t h a t
b a c k ? r e t h r o u g h
t h e b u r n e r i n t o
the c e l l
cannot
occur.
I n summary,
t h e p r e s e n t i n v e n t i o n c o n t e m p l a t e s
,
a s
an
important
f e a t u r e th e r e o f ,
a
u n i v e r s a l
welding appa
r a t u s
c a p a b l e o f b ei n g u s e d t o p e r f o r m d i f f e r
e n t t y p e s
o f
w e l d i n g
o p e r a t i o n s
b a s e d
o n t h e u t i l i z a t i o n o f
h y d r o
g e n and o x y g e n ,
making
f u l l u s e o f t h e
a d v a n t a g e s
w h i c h
c a n
t h e r e b y b e r e a l i z e d ,
a n d
e q u i p m e n t w h i c h
c a n
b e made s m a l l
a n d p o r t a b l e compared i t h e x i s t i n g
a p p a r a t u s
s u c h a s
t h a t
p r e s e n t l y u s e d f o r
g a s w e l d i n g
u s i n g
b u l k y
b o t t l e d
h y d r o g e n .
To g e n e r a t e t h e
f u e l ,
i n
accordance w i t h t h e i n v e n t i o n a s m a l l
compact
e l e c t r o
l y t i c c e l l
i s
made p o s s i b l e i n which t h e o n l y raw m ate
r i a l which
h a s
t o be
r e p l e n i s h e d
from t i m e t o t i m e i s
water and which
can
be used whenever a source of
e l e c t r i c a l e n e r g y i s a v a i l a b l e t o s u p
p l y
t h e
n e c e s s a r y
amount o f hydrogen o r hydrogen and oxygen m i x t u r e
f o r p e r f o r m i n g a t o m i c w e l d i n g o r h y d r
o g e n - o x y g e n
?ame w e l d i n g . I n i t s s i m p l e s t
f o r m ,
t h e g a s g e n e r a t i n g
a p p a r a t u s
o f
t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n
c o m p r i s e s
a n
e l e c
t r o l y t i c c e l l
a d a p t e d
t o
be
connected t o an e n e r g y
s o u r c e ,
o p t i o n a l l y
t h r o u g h a
s t e p down
t r a n s f o r m e r and
r e c t i ? e r , and
h a v i n g
means f o r
c o n n e c t i o n
t o
a
b u r n e r ,
p r e f e r a b l y through a ?ash-back a r r e s t o r a s a s
a f e t y
p r e c a u t i o n .
The
a p p a r a t u s m a y be combined w i t h a t r a n s f o r m
e r
a s a
s i n g l e
compact u n i t and
f o r convenience t h e t r a n s
f o r m e r m a y b e p r o v i d e d
w i t h
s e v e r a l w i n d i n g s
t o
en
a b l e i t
t o
be
u s e d
f o r a u x i l i a r y
p u r p o s e s
such
a s
b a t t e r y
c h a r g i n g , e l e c t r o p l a t i n g ,
a r c
w e l d i n g
o r
t o p r o v i d e
an
a r e f o r a t o m i c
w e l d i n g .
I t
h a s been f o u n d t h a t a s i n g l e e l e c t r o l y t i
c c e l l o p e r
a t i n g w i t h o u t
d i a p h r a g m s a t s e v e r a l
hundred amps i l l
g e n e r a t e hydrogen and oxygen a t a
r e a s o n a b l e
r a t e f o r
s m a l l w e l d i n g a n d
b r a z i n g w o r k b u t
f o r
l a r g e r w o r k ( f o r
x .
20
25
35
40
45
50
55
60
65
6
e x a m p l e ,
t h e
w e l d i n g o f
1 0
mm s t e e l p l a t e ) t h e r e
q u i r e d
a m p e r a g e
becomes e x c e s s i v e
( t y p i c a l l y
o f t h e
o r d e r o f
9 0 0 A o r more) when c o n s i d e r i n g t h e s i z e
o f
c o n d u c t o r s a n d t r a n s f o r m e r a n d t h e p r
o b l e m
o f h e a t
g e n e r a t i o n . A c c o r d i n g l y , i n o n e a s p e
c t o f t h e i n v e n t i o n
t h e s e p r o b l e m s c a n b e
s i g n i ? c a n t l y
r e d u c e d b y a r r a n g
i n g
a
p l u r a l i t y
o f
c e l l s i n
s e r i e s
and
u s i n g
a
m uch
s m a l l e r c u r r e n t
t o
o b t a i n t h e same
e f f e c t i v e
g a s o u t p u t .
I n e f f e c t t h e c a p a c i t y o f a s e r i e s o f
c e l l s
f o r
a g i v e n
c u r r e n t i n p u t i s
t h a t o f
a
s i n g l e c e l l m u l t i p l i e d b y t h e
number
o f
c e l l s . A l t e r n a t i v e l y t h e c u r r e n t r e q
u i r e m e n t
i s
reduced by
a f a c t o r
equal
t o t h e n u r ' n b e r
of c e l l s
f o r
a g i v e n
r a t e o f
g a s p r o d u c t i o n .
Even
s o
a
l a r g e
number of s e p a r a t e c e l l s
can
be ex
c e s s i v e l y b u l k y
f o r p o r t a b l e a p p l i c a t i o n s a n d
i n a
f u r
t h e r a s p e c t
o f
t h e
i n v e n t i o n , t h e r e f o r e ,
t h e
b u l k c a n b e
g r e a t l y r e d u c e d b y a r r a n g i n g t h e c e l l
s a s
a s i n g l e u n i t
i n
which a number o f e l e c t r o d e s , e f f e c t i v e l y i
n s e r i e s ,
a r e
a r r a n g e d a d j a c e n t e a c h o t h e r i n a c o m m
o n e l e c t r o l y t i c
c h a m b e r ,
t h e
chamber
b e i n g
p r o v i d e d w i t h a
g a s
c o l
l e c t i o n
space
and an
output
f o r
connection
t o ,
f o r e x
a m p l e , g a s
b u r n e r
m e a n s . F u r t h e r m o r e , o n l y
t h e
end
e l e c t r o d e s need be connected
t o
an
e x t e r n a l
source of
e l e c t r i c a l
energy and the arrangement a s a whole
can
b e
made e x t r e m e l y e f ? c i e n t
a n d c o m p a c t .
A d d i t i o n a l l y
t h e need f o r
a t r a n s f o r m e r
f o r most a p p l i c a t i o n s can be
e l i m i n a t e d by s u c h an arrangement s o t h a t
t h e
appara
t u s can be
d e s i g n e d
t o be e l e c t r i c a l l y connected
d i
r e c t l y
t o
a main e l e c t r i c a l s u p p l y , t h r o u g h a b r i d
g e
r e c t i ? e r
i f d e s i r e d . By e l i m i n a t i n g
t h e
need
f o r a t r a n s
f o r m e r , t h e g a s g en e r a t i n g equipment a s a
whole
can be
made s u r p r i s i n g l y c o m p a c t , t o b e w e l l s u
i t e d f o r
s m a l l
domestic r e q u i r e m e n t s
a s w e l l
a s
heavy i n d u s t r i a l
r e
q u i r e m e n t s .
I n a n o t h e r
i m p o r t a n t
a s p e c t o f t h e i n v e n t i o n , t h e r e i s
p r o v i d e d a s a f e t y
d e v i c e
which
m o n i t o r s t h e p r e s s u r e
o f
h y d r o g e n a n d o x y g e n
b e i n g g e n e r a t e d
a n d r e g u l a t e s
t h e
c u r r e n t
f l o w i n g
t h r o u g h
t h e
c e l l ( s ) t o i n c r e a s e
o r
d e c r e a s e
t h e
r a t e o f g a s p r o d u c t i o n depending on
t h e
p r e s s u r e . I n one
form t h e d e v i c e comprises a chamber
c o n t a i n i n g
two e l e c t r o d e s ,
a t l e a s t
one o f
which
s c o n i
c a l , a r r a n g e d i n t h e c h a m b e r ( w h i c h n o
r m a l l y c o n t a i n s
a
c o n d u c t i v e
l i q u i d ) and t h e
e l e c t r o d e s
b e i n g c o n n e c t
a b l e
i n s e r i e s w i t h
one
o r
m ore
e l e c t r o l y t i c c e l l s used
f o r
o x y g e n - h y d r o g e n
p r o d u c t i o n .
The p r e s s u r e r e s p o n s i v e , c u r r e n t r e g u
l a t i n g
d e v i c e
can be d e s i g n e d a s
a n
i n t e g r a l p a r t of t h e e l e c t r o l y t i c
c e l l ( s ) or can
be
used
a s an attachment
connectable
e x t e r n a l l y a n d i n s e r i e s w i t h t h e g a
s
g e n e r a t i n g
c e l l ( s ) .
The d e v i c e
can a l s o be d e s i g n e d t o combine
the func
t i o n s o f
a
c u r r e n t r e g u l a t i n g d e v i c e
and
a ?ash-back
a r r e s t o r ,
t h e l a t t e r f u n c t i o n en s u r i n g t h a t a
?ame t
t h e
b u r n e r
d o e s
n o t
a c c i d e n t a l l y p a s s b a c k t h r o u g h t h e
h o s e l i n e s t o t h e h i g h l y e x p l o s i v e
m i x t u r e i n t h e g a s
g e n e r a t i n g
c e l l ( s ) .
The
d e v i c e
may i n c o r p o r a t e
a t o t a l
c u r r e n t c u t - o u t
f e a t u r e o r m a y be
used i n combination
w i t h a
c u t - o u t
d e v i c e w h i c h f u l l y
i n t e r r u p t s t h e
s u p p l y
o f e l e c t r i c a l power
s h o u l d
t h e p r e s s u r e
i n
t h e
c e l l ( s )
a c c i d e n t a l l y
exceed
a m a x i m u m a f e
v a l u e .
The u r r e n t
r e g u l a t i n g
d e v i c e
may
a l s o o p e r a t e t o r e g u l a t e t h e c u r
r e n t p a s s i n g t h r o u g h t h e
c e l l s
i n a c c o r d a n c e w i t h
t h e
temperature
t o
maintain
the
temperature
within
a
de-
s i r e d
r a n g e .
R e f e r r i n g t o t h e
d r a w i n g s ,
F I G . 1 s h o w s s c h e m a t i
c a l l y a s i n g l e
e l e c t r o l y t i c c e l l
1 0 o p e r a t i n g
t o p r o d u c e a
m i x t u r e o f
h y d r o g e n
and o x y g e n , which m i x t u r e i s
p a s s e d
through a ?ash-back a r r e s t o r l l t o a burner 1 2 .
The
e l l
10
c o n t a i n s
two
p l a t e e l e c t r o d e s
1 0 a
and
10b
-
8/11/2019 Us 4014777
9/11
4 , 0 1 4 , 7 7 7
7
immersed i n a n e l e c t r o l y t e
c o n s i s t i n g of
a s o l u t i o n o f
K O I - I i n
w a t e r
a n d
c o n n e c t a b l e t h r o u g h
t e r m i n a l s
1 3
and 1 4 r e s p e c t i v e l y t o
a
source
of
a . c .
or
d . c . e l e c t r i c
i t y . P r e f e r a b l y , d . c . i s
u s e d a s t h e
e l e c t r i c a l i m p e d a n c e
o f t h e
c e l l ,
i s much l o w e r f o r d . c . t h a n f o r a . c .
The
source of
e l e c t r i c i t y
m a y
be
a
t r a n s f o r m e r ,
t y p i c a l l y
of
3 0 0 Amps
o u t p u t r a t i n g , c o n n e c t e d t o t h e c e l
l
t h r o u g h
a b r i d g e r e c t i ? e r .
The
?ash-back a r r e s t o r 1 1 i s c o n s t i
t u t e d by
a
w a t e r b a t h i n which g a s l i b e r a t e d
i n
t h e c e l l
1 0 p a s s e s t h r o u g h a t u b e 15 i n t o t h e
water
b a t h
1 1
and
thence through a tube 16
t o
t h e burner
1 2 .
The
a r
r a n g e m e n t
i s
s u i t a b l e
f o r
s m a l l w e l d i n g
a n d
b r a z i n g
work
b u t becomes t o o b u l k y f o r v e r y l a r g e
w o r k .
F I G .
2 i l l u s t r a t e s i n
v e r t i c a l
c r o s s - s e c t i o n an
e l e c t r o
l y t i c
c e l l 20 w h i c h
r e q u i r e s
a much
l o w e r
c u r r e n t t h a n
t h e c e l l
i l l u s t r a t e d
i n F I G .
1
f o r
a
g i v e n
c u r r e n t i n p u t .
The e l l
20
c o m p r i s e s
what s
i n e f f e c t a s e r i e s o f
c e l l s
c o n s t i t u t e d
b y
a p l u r a l i t y o f p l a t e e l e c t r o d e s
i m m e r s e d
i n a s o l u t i o n
o f
KOH n w a t e r .
For convenience
t h e
e l e c t r o d e s
a r e d e s i g n a t e d
a s
20a
f o r
t h e
two
e l e c t r o d e s
a t t h e
e n d s
and
20b f o r t h e i n t e r m e d i a t e e l e c t r o d e s
.
The
e l e c t r o d e s
20a
a r e
c o n n e c t e d , v i a c o n d u c t o r s
21
t o
t e r m i n a l s 22
f o r
c o n n e c t i o n t o an e x t e r n a l s u p p l y
o f
e l e c t r i c i t y .
The
m i x t u r e
o f
h y d r o g e n
a n d o x y g e n w h i c h
i s
evolved a t t h e e l e c t r o d e s w hen
an
e l e c t r i c
c u r r e n t i s
a p p l i e d , p a s s e s
t h r o u g h
a n o u t l e t o p e n i n g 23 t o
a
?ash
back a r r e s t o r and t h e n c e t o
a
b u r n e r
( n o t
shown i n
F I G .
2 ) . The s e r i e s
o f e l e c t r o d e s
20a
and 20b a r e
s e a l
i n g l y
mounted
n a t u b e
24
o f i n s u l a t i n g
m a t e r i a l which
i s
p r o v i d e d w i t h r e s t r i c t e d
a p e r t u r e s 24a
a t
t h e
t o p
and
2 4 b
a t
t h e b o t t o m , b e t w e e n e a c h
p a i r
o f
e l e c t r o d e s .
The
a p e r t u r e s
2 4 a
p e r m i t g a s
t o
e s c a p e
i n t o
t h e s p a c e
25
above
t h e
s u r f a c e o f t h e e l e c t r o l y t e and
t h e a p e r
t u r e s
24b
p e r m i t
e l e c t r o l y t e
t o
e n t e r
f r e e l y i n t o
t h e
s p a c e s
b e t w e e n e a c h p a i r o f e l e c t r o d e s . By
v i r t u e
o f
t h i s a r r a n g e m e n t t h e e l e c t r i c a l r e s i
s t a n c e
b e t w e e n
a n y
two a d j a c e n t e l e c t r o d e s
i s
f a r l e s s
t h a n
t h a t b e t w e e n
n o n - a d j a c e n t e l e c t r o d e s s o t h a t t h e a
r r a n g e m e n t i s
e f f e c t i v e l y one
o f
a
l a r g e number o f
i n d i v i d u a l c e l l s
c o n n e c t e d i n s e r i e s . A e r y compact a r r a n g
e m e n t
i s
t h e r e f o r e o b t a i n e d b u t one which p e r m i t s
a r e l a t i v e l y
h i g h g a s p r o d u c t i o n
r a t e
f o r
a r e a s o n a b l y l o w c u r r e n t
i n p u t . For e x a m p l e ,
a
t r u c t u r e l i k e t h a t s h o w n , c o n s i s t
i n g
o f
t h e
e q u i v a l e n t
o f , f o r
e x a m p l e ,
1 2 0
c e l l s
c a n
g e n e r a t e g a s
a t a c u r r e n t i n p u t o f 15A
a t ,
f o r
e x a m p l e ,
240V) e q u a l t o
t h a t
o f
a
s i n g l e c e l l r e q u i r i n g
a
c u r r e n t
i n p u t o f a p p r o x i m a t e l y 1 8 0 0 A . T h i s
means
n p r a c t i c e
t h a t
a
r e l a t i v e l y
p o r t a b l e
a p p a r a t u s c a n b e
p r o d u c e d
which
can be connected d i r e c t l y ,
w i t h o u t a t r a n s
f o r m e r ,
t o
most d o m e s t i c
e l e c t r i c a l
s u p p l i e s and w h i c h
can
m a i n t a i n a
s u f ? c i e n t r a t e
of
g a s
production
f o r
m o s t
t y p e s o f
w e l d i n g w o r k .
An a d v a n t a g e w h i c h p a r t i c u l a r l y
d i s t i n g u i s h e s t h e
a r r a n g e m e n t s
d i s c l o s e d f r o m c o n v e n t i o n a l g a s w e l d
i n g
a p p a r a t u s
i s
t h a t
t h e hydrogen and oxyg en r e automat
i c a l l y p r o d u c e d i n s u b s t a n t i a l l y
t h e
c o r r e c t p r o p o r t i o n s
t o
g i v e
a
n e u t r a l
?ame.
No
i x i n g
v a l v e s a r e
r e q u i r e d
and e v e n
u n s k i l l e d
p e r s o n n e l c a n produce s a t i s f a c t o r y
w e l d s w i t h o u t d i f f i c u l t y . I n
f a c t
i n d i c a t i o n s a r e t h a t
many w e l d s c a n
be
produced
b e t t e r
t h a n b y
a n y
o t h e r
welding
process.
F I G .
3
i l l u s t r a t e s
a
p r e s s u r e r e s p o n s i v e
s a f e t y
d e v i c e
30
o p e r a b l y c o n n e c t e d i n s e r i e s ( e l e c t r
i c a l l y )
w i t h
a n
e l e c t r o l y t i c h y d r o g e n - o x y g e n c e l
l
3 1
f o r r e g u l a t i n g t h e
c u r r e n t p a s si n g t h e r e t h r o u g h i n a c c o r
d a n c e
w i t h
t h e
g a s p r e s s u r e b e i n g g e n e r a t e d . The
d e v i c e , o r c e l l
30
c o m p r i s e s a
chamber
3 0 ' i n
communication
w i t h a
20
25
3 0
35
45
50
55
65
r e s e r v o i r 3 2 v i a a
passage 3 3 . Two
o n i c a l
e l e c t r o d e s
8
3 4 and 35
a r e
mounted i n
s p a c e d r e l a t i o n w i t h i n t h e
chamber
and connected i n s e r i e s between a
d . c . s o u r c e
( n o t
s h o w n ) a n d t h e e l e c t r o l y t i c c e l l 3 1
.
An
e l e c t r o
l y t i c
s o l u t i o n o f
K O I - I and
w a t e r i s p r o v i d e d
w i t h i n
t h e
c h a m b e r ,
p o r t i o n o f
w h i c h e n t e r s t h e
r e s e r v o i r 3 2 .
When t h e c e l l
3 1
i s
o p e r a t i n g
t o
produce
h y d r o g e n
and
oxygen
t h e
p r e s s u r e of t h e g a s b e i n g produced a c t s on
t h e s u r f a c e o f t h e e l e c t r o l y t e
i n
t h e chamber
3 0
t o
d i s p l a c e
an amount f t h e e l e c t r o l y t e i n t o t h e
r e s e r v o i r
32
a g a i n s t
b a c k p r e s s u r e
e x e r t e d b y a i r t r a p p e d i n t h e
r e s e r v o i r , t h e a m o u n t o f e l e c t r o l y t e
d i s p l a c e d d e p e n d
i n g on t h e p r e s s u r e
o f
t h e g a s i n t h e
chamber
3 0 .
At
t h e same time t h e a r e a
of
c o n t a c t
between
t h e
e l e c
t r o d e s and t h e
e l e c t r o l y t e
i n t h e
c e l l
30 r e d u c e s i n
p r o p o r t i o n t o t h e
d r o p
i n
e l e c t r o l y t e l e v e l , c a u s i n g
t h e
e l e c t r i c a l r e s i s t a n c e
o f
t h e c e l l 3 0
t o
r i s e
and t h e cur
r e n t p a s s i n g
t h e r e t h r o u g h t o
f a l l .
S h o u l d
t h e g a s p r e s
s u r e d r o p t h e
e l e c t r o l y t e l e v e l
i n
t h e
c e l l 30 w i l l r i s e
and
t h e
c u r r e n t
p a s s i n g i n t o t h e
c e l l
31
w i l l
a l s o r i s e .
Thus t h e c e l l 30 o p e r a t e s
t o r e g u l a t e
t h e
r a t e
o f g a s
p r o d u c t i o n
i n a c c o r d a n c e w i t h
t h e p r e s s u r e
p r o d u c e d
and
p r e v e n t s
e x c e s s
g a s
p r e s s u r e t o
b u i l d
up n
t h e c e l l
3 1 .
F I G . 4 l l u s t r a t e s an a l t e r n a t i v e form o f
s a f e t y d e v i c e
which i s
o p e r a b l e t o
make o r
b r e a k
t h e
c o n n e c t i o n
b e t w e e n a n e l e c t r o l y t i c h y d r o g e n - o x
y g e n c e l l
( n o t
shown i n F I G .
4 ) and an e l e c t r i c c u r r e n t s o u r c e .
The
d e v i c e c o m p r i s e s a c y l i n d r i c a l c o n t a
i n e r 40
i n
? u i d
communication
i t h
a
l i q u i d
r e s e r v o i r
41
v i a a p a s s a g e
way
4 2 ,
and a
q u a n t i t y
o f
mercury
4 2 c o n t a i n e d i n t h e
c o n t a i n e r
and r e s e r v o i r . Two
l e c t r o d e s
43 and
44 a r e
d i s p o s e d one above t h e o t h e r i n t h e c o n t a i
n e r 40 and
a r e n o r m a l l y
immersed i n t h e mercury w i t h
a conduc
t i v e
p a t h t h e r e b y
f o r m e d
b e t w e e n
t h e m .
The
c o n t a i n e r
i s
c o n n e c t e d e l e c t r i c a l l y i n s e r i e s
w i t h
a n e l e c t r o l y t i c
c e l l
( o r c e l l s ) a n d i n g a s e o u s c o m m u n i c a t i
o n t h e r e w i t h
t h r o u g h a h o s e 4 5 .
An n c r e a s e
i n
g a s
p r e s s u r e r e s u l t i n g
f r o m
g e n e r a t i o n o f
g a s e s b y t h e e l e c t r o l y t i c c e l l ( s )
causes
t h e mercury
t o
be
d i s p l a c e d towards t h e
r e s e r
v o i r
and t h e
mercury l e v e l
i n
t h e
c o n t a i n e r 40
t o
f a l l .
W hen
t h e p r e s s u r e
e x c e e d s
a p r e d e t e r m i n e d l e v e l t h e
mercury
l e v e l
f a l l s below t h a t
o f
t h e e l e c t r o d e
43 and
e l e c t r i c a l c o n n e c t i o n
between
t h e
two e l e c t r o d e s
i s
b r o k e n . The e l e c t r i c a l c o n n e c t i o n
i s
a g a i n
r e s t o r e d
when
t h e g a s p r e s s u r e f a l l s .
A
on~in?ammable i q u i d ,
such a s s i l i c o n e
o i l
o r
f r e o n i s provided
on
top of t h e
mercury t o ensure t h a t
any
a r c
which
m a y
be
generated
b e t w e e n
t h e
e l e c t r o d e
43
and
t h e
mercury
i s
t o t a l l y
i s o l a t e d from
t h e g a s e s a b o v e t h e
l i q u i d s .
F I G . 5 s h o w s s c h e m a t i c a l l y a n a r r a n g e
m e n t whereby
a n e x c e e d i n g l y h o t ?ame c a n b e produced u s i n
g
t h e
g a s e o u s m i x t u r e g e n e r a t e d
e l e c t r o l y t i c a l l y
b y t h e a p p a
r a t u s p r e v i o u s l y de s c r i b e d . I n
t h i s
a r r a n g e m e n t
a mix
t u r e
o f
h y d r o g e n
and
o x y g e n ,
p r e f e r a b l y i n
s t o i c h i o
m e tr i c a l p r o p o r t i o n ,
i s p a s s e d
v i a a
l i n e 50
between a
p a i r o f t u n g s t e n e l e c t r o d e s 5 1 t o p r o d
u c e m o l e c u l a r
d i s s o c i a t i o n
o f
t h e hydrogen and t h e oxygen
and
a
v e r y
h o t f l a m e
5 2 .
I t can be a p p r e c i a t e d t h a t whereas i n an
a t o m i c
h y d r o g e n ?ame
a s i g n i ? c a n t t e m p e r a t u r e
r i s e
i s
o b t a i n e d
by s t r i k i n g an
a r c
i n t h e h y d r o g e n , an even
g r e a t e r t e m p e r a t u r e r i s e c a n b e r e a l i
z e d b y s t r i k i n g t h e
a r e
between
t h e
oxygen
a s w e l l
s i n c e
t h e
d i s s o c i a t i o n
energy of molecular oxygen i s of
t h e
same
o r d e r
of
m a g n i t u d e a s t h a t o f
m o l e c u l a r h y d r o g e n .
F I G .
6
i l l u s t r a t e s
a n a r r a n g e m e n t f o r t h e m a g n e t i c
s e p a r a t i o n o f oxygen from a m i x t u r e o f
oxygen
and
h y d r o g e n ,
w h e r e b y t h e
o x y g e n
c a n b e
u s e d
f o r ?ame
c u t t i n g .
The a p p a r a t u s c o n s i s t s o f a chamber 60 con
-
8/11/2019 Us 4014777
10/11
4 , 0 1 4 , 7 7 7
9
t a i n i n g
a magnet 6 1
and
i s l o c a t e d i n a c o n d u i t
6 2 .
A
m i x t u r e
o f
h y d r o g e n
a n d o x y g e n i s p a s s e d t h r o u g h t h e
c o n d u i t a n d
a r o u n d t h e m a g n e t 6 1 .
The d i a m a g n e t i c
o x y g e n i s d i v e r t e d b y t h e m a g n e t i c ? e l
d i n t o a t r a n s
v e r s e
passageway 63
t o
a c e n t r a l c o n d u i t
( n o t
shown)
l e a d i n g from
t h i s
passageway and
t h e n c e
t o a
?ame
c u t t i n g
h e a d .
T h e
p a r a m a g n e t i c
h y d r o g e n
c o n t i n u e s
a l o n g t h e c o n d u i t , p a s t t h e magnet a n d c a n
b e
a l l o w e d
t o
escape or
can be
c o l l e c t e d ,
a s
d e s i r e d .
I f
t h e magnet
i s
a n e l e c t r o m a g n e t i t c a n be
t u r n e d
o f f when h y d r o g e n
and oxygen
i s r e q u i r e d
a s
a
m i x t u r e , and
i n
t h a t
c a s e
t h e downstream s i d e
o f
t h e
c o n d u i t 62 can be
c l o s e d
o f f
t o p r e v e n t t h e l o s s
o f
g a s .
F I G . 7 i l l u s t r a t e s a
c o m p l e t e o x y - h y d r o g e n
g e n e r a t o r
a n d w e l d i n g a p p a r a t u s c o m p r i s i n g a g a
s g e n e r a t o r 7 0 , a
c u r r e n t r e g u l a t i n g c e l l 7 1 and a power
s u p p l y
7 2 .
The
c o n s t r u c t i o n o f
t h e e l e c t r o d e s 73
o f
t h e
g e n e r a t o r 70
and
7 4
o f t h e
c e l l 71 a r e
i d e n t i c a l
w i t h t h o s e
i l l u s t r a t e d
i n
F I G S . 2 a n d 3 r e s p e c t i v e l y . I n
t h i s
a r r a n g e m e n t ,
however, t h e
g a s g e n e r a t o r
70 and c e l l 71
a r e
co m
bined
a s
an
i n t e g r a t e d u n i t
and
a s
such
h a s
s o me
f e a
t u r e s n o t found i n t h e a r r a n g e m e n t s shown i
n F I G S .
2
a n d
3 .
I n p a r t i c u l a r t h e chamber 75
o f t h e g e n e r a t o r
7 0
and
t h e chamber 76
o f
t h e c u r r e n t r e g u l a t o r c e l l 71
a r e
s e p a r a t e d
b y
t w o
p a r t i t i o n s
7 7 a n d 7 8
d e ? n i n g
b e t w e e n
them a
passageway communicating between t h e
two
c h a m b e r s . The r e s p e c t i v e e l e c t r o d e s o
f
t h e
c e l l
7 1 and
a
g e n e r a t o r 7 0
a r e connected
e l e c t r i c a l l y i n s e r i e s
w i t h
t h e p o w e r
s u p p l y .
G a s p r o d u c e d b y e l e c t r o l y s i s i n t h e c h
a m b e r 7 5 r i s e s
i n t o
t h e s p a c e i n t h e
chamber
a b o v e t h e e l e c t r o d e s 7 3 ,
p a s s e s
down t h e p a s s a g e w a y
between
t h e p a r t i t i o n s 77
a n d 7 8 , b u b b l e s
t h r o u g h
t h e e l e c t r o l y t e i n _ t h e c h a m b e r
76 and
t h e n c e
p a s s e s
t h r o u g h an
u t l e t o p e n i n g 79 t o
a
b u r n e r
8 0 .
An
i r
t r a p r e s e r v o i r
8 1
i s
formed
n t e g r a l l y
w i t h t h e c e l l 7 1 a n d i s
i n
l i q u i d communication t h e r e
. w i t h t h r o u g h a n
o p e n i n g
b e t w e e n t h e b o t t o m o f t h e
r e s e r v o i r and t h e c e l l . When t h e p r e s s u r e
o f t h e
g a s
g e n e r a t e d b y t h e
g e n e r a t o r 7 0 r i s e s ,
t h i s
p r e s s u r e
c a u s e s
t h e
e l e c t r o l y t e
i n t h e
chamber
76 t o
be d i s
p l a c e d i n t o
t h e
r e s e r v o i r
81
r e s u l t i n g i n a r e d u c t i o n o f
t h e c u r r e n t b e i n g p a s s e d
t o t h e g e n e r a t o r
7 0 b y t h e
mechanism p r e v i o u s l y d e s c r i b e d i n
r e l a t i o n
t o
F I G .
3 o f
t h e d r a w i n g s .
I n
t h i s
way t h e
c e l l 7 1
e f f e c t i v e l y
moni
t o r s t h e
g a s
p r e s s u r e and
r e g u l a t e s
t h e
c u r r e n t
t o
main
t a i n
an
approximately c o n s t a n t
p r e s s u r e . To
ensure
a g a i n s t
t h e p o s s i b i l i t y
t h a t
t h e
p r e s s u r e s h o u l d a c c i d e n
t a l l y e x c e e d a p r e d e t e r m i n e d
maximu m
s a f e v a l u e ,
a
s p r i n g - l o a d e d
s a f e t y
p r e s s u r e v a l v e 8 2
i s p r o v i d e d
a t
t h e
t o p o f
t h e
r e s e r v o i r 81 t o r e l e a s e t h e e x c e s s
p r e s
sure into the atmosphere.
The b u r n e r 8 0 s p r o v i d e d w i t h a ? a s h - b a c
k
a r r e s t o r
i n
t h e fonn
o f a p o r o u s c e r a m i c
p e l l e t 83 l o c a t e d
i n
t h e
g a s ?ow p a t h b e t w e e n t h e h a n d l e p a r t
84
o f t h e b u r n e r
and t h e
b u r n e r
t i p 8 5 .
The ? a s h - b a c k
a r r e s t o r a c t s by
q u e n c h i n g a n y ?ame b l o w i n g b a c k i n t o t h
e
b u r n e r
b e f o r e t h e ?ame h a s a chance t o reach t h e hose 8
6
c o n n e c t i n g
t h e b u r n e r w i t h t h e g a s g e n e r a t o r .
The power s u p p l y i s o f t h e u n i v e r s a l t y p e
,
t h a t
i s , i t
i s
provided w i t h a t r a n s f o r m e r 8 7 connectable
t o
an a l t e r
n a t i n g c u r r e n t
e l e c t r i c a l
s u p p l y a n d p r o v i d e d w i t h a
number
o f
e l e c t r i c a l
o u t l e t s f o r v a r i o u s p u r p o s e s. One
w i n d i n g o f t h e t r a n s f o r m e r i s
connected t o
a
b r i d g e
r e c t i ? e r
w h i c h p r o v i d e s t h e d c . c u r r e n t
f o r
t h e
g a s
g e n e r a t o r . Another
w i n d i n g i s
u s e d f o r a r c w e l d i n g o r
can be used t o s u p p l y an a r c f o r atomic ox y-hyd
rogen
w e l d i n g . I t w i l l b e a p p r e c i a t e d t h a t t
h e t r a n s f o r m e r
i s
o p t i o n a l and t h a t t h e g e n e r a t o r c a n b e c
o n n e c t e d d i ,
20
25
30
35
45
55
65
1 0
r e c t l y
t o t h e m a i n s .
I n
f a c t t h e b r i d g e r e c t i ? e r i s n o t
e s s e n t i a l e i t h e r and
can
be
o m i t t e d i f d e s i r e d .
I n t h e o p e r a t i o n o f a p p a r a t u s o f t h e t y
p e d e s c r i b e d i t
i s
o f t e n r e q u i r e d
t o
c o n v e n i e n t l y c h a n g e b e t w e e n neu
t r a l
a n d
o x i d i z i n g
? a m e s ,
f o r e x a m p l e w h e n c h a n g i n g
f r o m
a w e l d i n g o p e r a t i o n t o a c u t t i n g o p e r a
t i o n a n d t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n
makes
p r o v i s i o n f o r
t h e
v a r i a t i o n
o f
t h e s e
f u n c t i o n s .
B r i e ? y , i n a c c o r d a n c e w i t h t h e p r e s e n
t
i n v e n t i o n ,
a p p a r a t u s f o r e i t h e r o x y - h y d r o g e n w e
l di n g
o r c u t t i n g may c o m p r i s e a f i r s t
e l e c t r o l y t i c
g e n e r a t o r
f o r
g e n e r a t i n g
h y d r o g e n a n d o x y g e n b y
t h e
e l e c t r o l y s i s
o f
w a t e r
i n
s u b s t a n t i a l l y
s t o i c h i o m e t r i c p r o p o r t i o n s t o
produce a n e u t r a l
?ame and
a f u r t h e r e l e c t r o l y t i c gen
e r a t o r from which
h y d r o g e n
and oxyg en a r e s ep a r a t e l y
d e l i v e r e d , w h i c h means f o r
a d d i n g
e i t h e r t h e h y d r o g e n
from t h i s f u r t h e r
c e l l , o r t h e oxygen
from
t h e
f u r t h e r
g e n e r a t o r
t o t h e g a s m i x t u r e o b t a i n e d
from
t h e
? r s t
g e n e r a t o r . T h i s
a r r a n g e m e n t
r e s u l t s
i n
a most
e f f i c i e n t
combination
of
u n c t i o n s
when a
n e u t r a l ?ame r
o t h e r
i s
r e q u i r e d .
T h e
h y d r o g e n
g a s
p r o d u c e d by
t h e f u r t h e r
g e n e r a t o r , when added
t o t h e ?ame i x t u r e , b u r n s
w i t h
a t m o s p h e r i c o x y g e n t h e r e b y p r o d u c i n
g a r e d u c i n g
?ame.
When a n o x i d i z i n g ?ame i s r e q u i r e d , t h e
a d d i
t i o n a l
h y d r o g e n
i s
c u t o ? a n d t h e
o x y g e n p r o d u c e d
b y
t h e
f u r t h e r g e n e r a t o r
i s added t o t h e ?ame m i x t u r e . I t
w i l l be a p p r e c i a t e d t h a t v a r i o u s
d e s i g n s
can b e em
p l o y e d f o r e i t h e r
g e n e r a t o r , f o r
e x a m p l e ,
t h e y may b e
c o m p l e t e l y
i n d e p e n d e n t
o r
t h e y
ma y
s h a r e
a
c o m m o n
e l e c t r o l y t e . The f u r t h e r g a s
g e n e r a t o r
c a n a l s o , i n
p r a c
t i c e ,
b e
made
somewhat
s m a l l e r t h a n t h e
o t h e r g e n e r a
t o r s i n c e
i t
does
n o t have t o
produce t h e
b u l k o f
t h e g a s
r e q u i r e d .
I t
h a s
b e e n f o u n d t h a t w e l d i n g w i t h h y d r o g e n
a n d
oxygen
i n
an
e x a c t
2
t o
l r a t i o
( a s
when
t h e g a s e s a r e
p r o d u c e d
e l e c t r o l y t i c a l l y ) r e s u l t s i n a p a r t i
c u l a r l y
c l e a n , oxide f r e e welded s u r f a c e and a s t r o n g
welded
j o i n t .
F o r t h e s a m e q u a l i t y
w e l d i n g
to b e p r o d u c e d b y
c o n v e n t i o n a l
g a s
w e l d i n g
t e c h n i q u e
s u b s t a n t i a l l y
g r e a t e r s k i l l i s
r e q u i r e d
a n d , i n
t h e
c a s e o f
c o n v e n t i o n a l
h y d r o g e n w e l d i n g , f o r
e x a m p l e ,
g o o d
w e l d e d o i n t s
a r e
o b t a i n e d
o n l y w i t h
g r e a t
d i f ? c u l t y d u e t o
t h e
e x t r e m e
d i f ? c u l t y i n o b t a i n i n g a n d
m a i n t a i n i n g a
n e u t r a l ?ame.
With t h e
method
o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n t h e r e i s
no
d i f ? c u l t y i n o b t a i n i n g
a
n e u t r a l ?ame, a n d
h e n c e
t h e
e a s e w i t h which h i g h
q u a l i t y w e l d s
can be o b t a i n e d .
F i n a l l y ,
i t
c a n
sometimes
b e c o n v e n i e n t
t o
s t o r e hy
d r o g e n a n d / o r o x y g e n , g e n er a t e d
e l e c t r o l y t i c a l l y
i n
a
s p e c i a l l y
d e s i g n e d
c o n t a i n e r ,
o r
t o
s l o w l y
a c c u m u l a t e
t h e s e g a s e s a n d t h e n , when e q u i r e d , u s i n
g t h e accumu
l a t e d s t o r e d g a s f o r e x t r a
heavy
work f o r
a
s h o r t t i m e .
I t i s q u i t e h a z a r d o u s
t o
p r e s s u r i z e a m i x t u r e o f h y d r o
g e n and oxygen
u n d e r
v e r y h i g h p r e s s u r e s , o f c o u r s e ,
b u t i t i s p o s s i b l e ,
i n
accordance w i t h one a s p e c t o f t h e
i n v e n t i o n , t o
s t o r e
a
s e f u l
amount of
a s
i n a e l a t i v e l y
s m a l l
volume
a t low p r e s s u r e s and
t h i s
can
be
done
by
u s i n g a
h i g h l y
g a s a b s o r b e n t m e t a l i n t h e s t o r a g e
con
t a i n e r .
The m e t a l
p a l l a d i u m ,
f o r
e x a m p l e ,
c a n a b s o r b
up
t o
9 0 0 t i m e s i t s own volume of
hydrogen
and can be
u s e d
w i t h a d v a n t a g e f o r
t h i s a p p l i c a t i o n . I n f a c t
u s e f u l
a m o u n t s
o f h y d r o g e n , f o r
s m a l l s c a l e
b r a z i n g work c a n
r e a d i l y
be
s t o r e d
i n
a s m a l l
hand
h e l d
c o n t a i n e r ,
con
t a i n i n g a g a s a b s o r b e n t m a t e r i a l .
I claim:
1 .
A p p a r a t u s f o r
g e n e r a t i n g
a
s u p p l y o f
h y d r o g e n
g a s
a n d o x y g e n g a s
i n
p r o p o r t i o n
t o
c o n s u m p t i o n o f
s a i d
g a s e s c o m p r i s i n g ,
-
8/11/2019 Us 4014777
11/11
4 , 0 1 4 , 7 7 7
1 1
a . a n
e l e c t r o l y t i c c e l l means f o r
e l e c t r o l y t i c g e n e r a
t i o n o f s a i d g a s e s , s a i d
c e l l
b e i n g e n c l o s e d t o
e n t r a p
s a i d
generated
g a s e s ,
b .
a
g a s o u t l e t c a r r i e d by s a i d c e l l t o a l l o
w
a
p o r t i o n
o f s a i d
g e n e r a t e d
g a s e s t o d i s c h a r g e f r o m s a i d c e l l ,
c .
a source of
l e c t r i c a l
power
connected
t o
s a i d
c e l l
by
a
s u i t a b l e
c i r c u i t ,
and
d . an e l e c t r i c a l power r e g u l a t i n g
means
f o r c o n t r o l
l i n g
t h e amount o f power
t o s a i d c e l l
i n c l u d i n g :
a ? r s t chamber having
a
s e l e c t e d c r o s s - s e c t i o n a l
a r e a
and
an
upper and
lower i n l e t ,
s a i d upper
i n l e t c o n n e c t e d w i t h s a i d g a s
o u t l e t
o f
s a i d c e l l ,
a
second chamber
having a s e l e c t e d
c r o s s - s e c t i o n a l
area a t
l e a s t
one
h a l f
l e s s than t h a t of s a i d
? r s t
chamber and a l o w e r i n l e t , s a i d
i n l e t
connected
t o s a i d l o w e r i n l e t
o f
s a i d ? r s t chamber by
a
s u i t a b l e p a s s a g e ,
a ? r s t and
second i n v e r t e d
c o n i c a l l y - s h a p e d and
c o n c e n t r i c a l l y
a l i g n e d
r e s i s t a n t e l e c t r o d e c a r r i e d
i n
a
v e r t i c a l
r e l a t i o n s h i p
i n
s a i d
? r s t
c h a m b e r ,
s a i d e l e c t r o d e s connected
i n
s a i d
c i r c u i t
between
i s a i d power source and
s a i d
c e l l , and
a q u a n t i t y o f
e l e c t r o l y t i c s o l u t i o n
c a r r i e d
i n
s a i d
c h a m b e r s t o
p a r t i a l l y ? l l s a i d
c h a m b e r s a n d
i n _
t e r f a c e
with
s a i d e l e c t r o d e s
t o
close s a i d
c i r c u i t ,
w h e r e i n
an
i n c r e a s e
i n t h e p r e s s u r e o f s a i d e n t r a p p e d
g a s e s d e p r e s s e s t h e l e v e l
o f
s a i d
e l e c t r o l y t i c
s o l u ~
t i o n i n s a i d
? r s t
chamber t o
cause an
i n c r e a s e i n
r e s i s t a n c e
o f
s a i d
e l e c t r o d e s t h er e b y r e d u c i n g
t h e
amount of
power t o s a i d c e l l .
2 . Apparatus o r g e n e r a t i n g a
s u p p l y
o f hydrogen and
o x y g e n
g a s e s c o m p r i s i n g ,
a .
a n
e l e c t r o l y t i c
c e l l means
f o r e l e c t r o l y t i c g e n e r a
t i o n
o f
s a i d
g a s e s ,
s a i d
c e l l
b e i n g
e n c l o s e d
t o
e n t r a p
s a i d generated g a s e s ,
b . a
g a s o u t l e t c a r r i e d by s a i d
c e l l
t o a l l o w
a
p o r t i o n
_ o f s a i d g e n e r a t e d
g a s e s t o
d i s c h a r g e from s a i d c e l l ,
c . a source of l e c t r i c a l power connected t o
s a i d
c e l l
b y a
s u i t a b l e
c i r c u i t ,
and
d .
a n e l e c t r i c a l
power
r e g u l a t i n g
means i n c l u d i n g ,
a ? r s t
chamber
h a v i n g a
s e l e c t e d
c r o s s - s e c t i o n a l
a r e a
and an upper
and lower i n l e t ,
s a i d upper
i n l e t c o n n e c t e d t o s a i d
o u t l e t
o f s a i d
c e l l ,
a
second
c i r c u l a r chamber h a v i n g a
p r e s e l e c t e d
c r o s s - s e c t i o n a l a r e a , s a i d
area
of s a i d second
chamber
b e i n g a t l e a s t o n e - h a l f
t h a t
o f
s a i d
? r s t
chamber, and a l o w e r i n l e t ,
s a i d
i n l e t connected
t o s a i d
l o w e r
i n l e t
o f
s a i d
? r s t
chamber
by a
passage,
.
a
q u a n t i t y
o f e l e c t r o l y t i c
s o l u t i o n c a r r i e d
i n
s a i d
chamber t o
p a r t i a l l y
? l l s a i d c h a m b e r s ,
a
q u a n t i t y
o f n o n - c o n d u c t i v e l i q u i d
h a v i n g
a
s p e
c i ? c g r a v i t y
l e s s
t h a n
s a i d
e l e c t r o l y t i c s o l u t i o n
c a r r i e d
i n s a i d ? r s t
chamber
above s a i d e l e c t r o
l y t i c s o l u t i o n , a n d
a ? r s t and s e c o n d e l e c t r o d e c a r r i e d
by
s a i d ? r s t
chamber n a v e r t i c a l r e l a t i o n s h i p
and e x t e n d i n g
i n w a r d l y
t h e r e i n t o i n t e r f a c e
w i t h s a i d
e l e c t r o l y t e
s o l u t i o n , s a i d e l e c t r o d e s c o n n e c t e d
i n s a i d c i r c u i t
between s a i d power s o u r c e and
s a i d c e l l
t o
c l o s e
said c i r c u i t ,
wherein
a
s u f f i c i e n t
i n c r e a s e
i n
p r e s s u r e
of
s a i d
en
t r a p p e d
g a s e s
d e p r e s s e s
t h e l e v e l o f s a i d n o n - c o n
1 2
d u c t i v e
l i q u i d
a n d
s a i d
e l e c t r o l y t e
t o
i n t e r f a c e
s a i d
u p p e r
e l e c t r o d e w i t h s a i d
n o n - c o n d u c t i v e
m a t e r i a l
w h e r e b y
s a i d
c i r c u i t i s o p e n e d .
3 . An a p p a r a t u s
a c c o r d i n g
t o c l a i m
2
and f u r t h e r
5
c h a r a c t e r i z e d
b y s a i d a p p a r a t u s c o m p r i s i n g ,
a
?ash-back
a r r e s t o r i n t h e form-of an e l o n g a t e d
c a p i l l a r y
h a v i n g a
? r s t e n d ' c o n n e c t e d t o s a i d
o u t l e t
of s a i d c e l l
and
a second
end
c o n n e c t e d ,
t o a g a s
consumption m e a n s .
4 .
An
a p p a r a t u s a c c o r d i n g t o c l a i m
2
and f u r t h e r
c h a r a c t e r i z e d b y
s a i d
a p p a r a t u s
c o m p r i s i n g ,
a
?ash-back a r r e s t o r
i n t h e form
of
a n e l o n g a t e d
c a p i l l a r y
h a v i n g
a ? r s t
end c o n n e c t e d
t o s a i d
c e l l
o u t l e t and a second end connected
t o
a
gas
con
sumption
means. _
5 . S y s t e m f o r
g e n e r a t i n g
a
s u p p l y
o f
h y d r o g e n
g a s
and
oxygen g a s
i n p r o p o r t i o n
t o
a consumption
o f s a i d
g a s e s a n d
p r o t e c t i n g
s a i d s y s t e m c o m p r i s i n g :
a . an e l e c t r o l y t i c
c e l l means f o r
e l e c t r o l y t i c a l l y
gen
e r a t i n g s a i d g a s e s ,
s a i d
c e l l b e i n g e n c l o s e d t o en
t r a p s a i d
generated
g a s e s ,
,
b . a s o u r c e
o f e l e c t r i c a l power connected t o s a i d c e l l
b y
a s u i t a b l e
c i r c u i t , a n d
c .
a
gas o u t l e t
means
t o
a l l o w a d i s c h a r g e of
s a i d
g a s e s and p r o t e c t s a i d c e l l from a ?ash-back
and
p r o v i d e r e g u l a t i o n o f
s a i d
g a s g e n e r a t i o n
f u r t h e r
including,
_
a
? r s t
v e r t i c a l chamber having a top i n l e t con
nected
w i t h
s a i d c e l l and a bottom o u t l e t ,
a second v e r t i c a l chamber h a v i n g a s u b s t a n t i
a l l y
g r e a t e r
c r o s s - s e c t i o n a l a r e a
t h a n
s a i d ? r s t cham
b e r , s a i d s e c o n d
chamber h a v i n g a t o p
o u t l e t
f o r
d i s c h a r g i n g s a i d
g a s
t o a g a s consumption means,
and
a ? r s t
and
s e c o n d b o t t o m
i n l e t ,
s a i d ? r s t i n l e t
connected
t o
s a i d
bottom
n l e t
o f
s a i d
? r s t
cham
ber by a
horizontal
passage,
.
a t h i r d
v e r t i c a l
chamber
having
a b o t t o m ' i n l e t con
n e c t e d
t o s a i d
s e c o n d
bottom
i n l e t
o f s a i d
s e c o n d
chamber, s a i d t h i r d chamber
h a v i n g a
c r o s s - s e c
t i o n a l
a r e a g r e a t e r
t h a n
s a i d ? r s t chamber and
l e s s t h a n
s a i d s e c o n d c h a m b e r ,
a
q u a n t i t y
o f
e l e c t r o l y t i c s o l u t i o n c a r r i e d
i n
s a i d
? r s t ,
s e c o n d a n d t h i r d chamber t o
p a r t i a l l y
? l l
said chambers, . v i
a
? r s t
and s e c o n d i n v e r t e d , c o n i c a l l y - s h a p e
d r e s i s
t a n t e l e c t r o d es c o n c e n t r i c a l l y a l i g n
e d and c a r
r i e d
b y
s a i d
s e c o n d chamber
i n a v e r t i c a l r e l a
t i o n s h i p ,
s a i d e l e c t r o d e s c o n n e c t e d i n
s a i d
c i r c u i t
t o
c l o s e
s a i d
c i r c u i t
when
i n
c o n t a c t
w i t h
s a i d
electrolyte, , v _
w h e r e i n
an
i n c r e a s e i n
p r e s s u r e i n s a i d second
cham
b e r d e p r e s s es
t h e
l e v e l o f s a i d
e l e c t r o l y t e
t o d e
20
25
3 0
35
40
45
50
c r e a s e th e g en e r a t i o n of
s a i d
g a s e s
by
i n c r e a s i n g
r e s i s t a n c e i n
s a i d
c i r c u i t b y i n c r e a s i n g e x p o s e d
p o r t i o n s
o f s a i d
r e s i s t a n t e l e c t r o d e s ,
s a i d
e l e c t r o
l y t e a c t i n g a s
a
p r o t e c t i v e b a r r i e r b e t w e e n s a i d
g a s
consumption means
and
s a i d
c e l l .
6 . An a p p a r a t u s
a c c o r d i n g t o
c l a i m 5
and
f u r t h e r
c h a r a c t e r i z e d b y
s a i d a p p a r a t u s
c o m p r i s i n g ,
a ?ash-back
a r r e s t o r
i n
t h e form
of
an
elongated
55
o u t l e t
and a second end connected
t o
a g a s
con
sumption
means.
*'
65
c a p i l l a r y having a ? r s t end connected
t o s a i d
c e l l
