KR102237643B1 - 기체 반응을 관찰할 수 있는 교육용 실험기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기체 반응을 관찰할 수 있는 교육용 실험기구에 관한 것으로, 그 목적은 기체 반응에 의해 생성물이 생성되어지는 현상을 관찰자의 시각에 의한 직접적 관찰이 가능하도록 하여, 기체반응의 원리를 이해하고 교육효과를 극대화할 수 있는 기체 반응을 관찰할 수 있는 교육용 시험기구를 제공하는 것이다.
본 발명은 투명한 유리 또는 플라스틱재로 이루어지고, 내부에 양단이 개방된 반응공간을 구비하는 반응관; 반응관의 일측단이 기밀결합되어지고 기체주입관이 구비된 제1지지대; 제1지지대에 연결설치되고 반응관내에 위치하도록 제1지지대에 연결설치된 점화코일에 점화를 조장하는 점화부; 반응관의 타측단이 중앙홀내로 삽입되어 고정수단에 의해 고정되어지는 제2지지대; 제2지지대로부터 소정거리 이격되어 배치되는 제3지지대; 제2지지대와 제3지지대 사이에 위치하도록 배치되는 이탈방지대; 이탈방지대와 제3지지대 시이에 위치하도록 설치되는 완충스프링; 반응관의 반응공간내로 이중날개형 피스톤 패킹이 삽입되어지고, 피스톤 로드가 제2지지대, 이탈방지대, 완충스프링 및 제3지지대를 관통하도록 설치되는 피스톤부; 제1지지대에 일측단이 고정설치되고, 제2지지대 및 이탈방지대를 관통하여 타측단이 제3지지대에 고정지지되는 가이드 고정봉;을 포함한다.

Description

기체 반응을 관찰할 수 있는 교육용 실험기구{Educational devices for scientific experiments}

본 발명은 기체 반응을 관찰할 수 있는 교육용 실험기구에 관한 것으로, 산소와 수소의 반응에 의해 물의 생성과 같은 기체반응 및, 내부 압력의 변화에 의한 수증기(구름) 발생현상을 관찰자의 육안으로 직접관찰할 수 있는 기체 반응을 관찰할 수 있는 교육용 실험기구에 관한 것이다.

학교 과학 교육의 총괄 목표는 기본 개념의 이해는 물론이고 이를 과학적으로 탐구하는 능력의 배양, 실생활에 적용하여 문제를 과학적으로 해결하려는 태도를 기르고, 과학이 기술의 발달과 사회의 발달에 미치는 영향을 바르게 이해하는데 있으며, 이를 위해 학교에서는 다양한 개념과 이론에 대한 학습 및 이들의 이해를 돕기 위한 다양한 실습 또는 과학적 실험이 함께 이루어지고 잇다.

일반적으로 기체반응의 법칙은 화학 반응에서 반응 물질과 생성 물질이 기체일 때, 같은 온도와 같은 압력하에서는 이들 기체 사이에 간단한 정수비가 성립한다는 법칙으로 중/고등학교의 과학 시간에 다루어지고 있으며, 이러한 기체반응의 법칙은 수소기체와 산소기체의 반응에 의해 물이 생성되어지는 물 합성반응을 통해 교육되어지고 있다.

그러나, 상기 물 합성반응과 같은 기체반응은 아주 짧은 시간내에 이루어지고, 반응공간에 대한 압력변화가 발생될 뿐 아니라, 기체의 누출이 발생되지 않도록 압력변화시에도 기밀이 유지되어야 하므로, 학교내에 갖추어진 실험기구에 의해서는 정확한 실험이 이루어지기 어려울 뿐 아니라, 반응시 발생되어지는 압력팽창으로 인한 위험성으로 인하여 실험이 이루어질 수 없는 문제점이 있었다.

공개실용신안공보 공개번호 20-2010-0006210(2010.06.18) 등록특허공보 등록번호 10-1478787(2014.12.26)

본 발명의 목적은 기체 반응에 의해 생성물이 생성되어지는 현상을 관찰자의 시각에 의한 직접적 관찰이 가능하여, 기체반응의 원리를 이해하고 교육효과를 극대화할 수 있는 기체 반응을 관찰할 수 있는 교육용 시험기구를 제공하는 것이다

본 발명의 또다른 목적은 반응관 내부의 압력변화에 따른 수증기 발생을 직접적으로 관찰하여 단열팽창 및 구름발생을 원리를 쉽게 이해할 수 있는 기체 반응을 관찰할 수 있는 교육용 시험기구를 제공하는 것이다.

본 발명은 투명한 유리 또는 플라스틱재로 이루어지고, 내부에 양단이 개방된 반응공간을 구비하는 반응관; 반응관의 일측단이 기밀결합되어지고 기체주입관이 구비된 제1지지대; 제1지지대에 연결설치되고 반응관내에 위치하도록 제1지지대에 연결설치된 점화코일에 점화를 조장하는 점화부; 반응관의 타측단이 중앙홀내로 삽입되어 고정수단에 의해 고정되어지는 제2지지대; 제2지지대로부터 소정거리 이격되어 배치되는 제3지지대; 제2지지대와 제3지지대 사이에 위치하도록 배치되는 이탈방지대; 이탈방지대와 제3지지대 시이에 위치하도록 설치되는 완충스프링; 반응관의 반응공간내로 이중날개형 피스톤 패킹이 삽입되어지고, 피스톤 로드가 제2지지대, 이탈방지대, 완충스프링 및 제3지지대를 관통하도록 설치되는 피스톤부; 제1지지대에 일측단이 고정설치되고, 제2지지대 및 이탈방지대를 관통하여 타측단이 제3지지대에 고정지지되는 가이드 고정봉;을 포함한다.

본 발명은 기체의 반응 및 압력/부피변화에 따른 상태의 변화를 관찰자가 시각적으로 관찰할 수 있어, 관련 학습에 대한 이해도가 향상되는 효과가 있다.

본 발명은 피스톤부에 의해 반응관내로 정확한 기체의 부피양이 공급되어지므로, 기체의 압력과 부피에 대한 과학적인 실험이 용이하게 이루어질 수 있으며, 이를 통해 자연법칙에 대한 명확한 이해력을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 수소와 산소의 반응에 의해 물이 생성되어지는 반응뿐 아니라, 다양한 기체의 반응에 활용되어질 수 있어, 기체반응의 법칙, 기체 상호간의 반응 및, 이를 통한 생성물의 변화에 대한 교육효과를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 구조가 간단하도록 되어 있어, 누구나 실험이 가능할 뿐 아니라, 다수의 반복실험이 가능한 효과가 있다.

본 발명은 이중날개형 패킹패드에 의해 반응관내부가 기밀 및 수밀이 유지되어지도록 밀폐되어 있어, 실험의 정확한 수행이 이루어질 수 있는 등 많은 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도
도 2 는 본 발명에 따른 내부구성을 보인 예시도
도 3 은 본 발명에 따른 제1지지대의 결합관계를 보인 예시도
도 4 는 본 발명에 다른 제2,3지지대 및 제1,2가이드봉의 결합관계를 보인 예시도
도 5 는 본 발명에 따른 제1지지대의 구성을 보인 예시도
도 6 은 본 발명에 따른 제1,3지지대와 제1,2가이드봉의 결합관계를 보인 예시도
도 7 은 본 발명에 따른 피스톤부의 구성을 보인 예시도
도 8 은 본 발명에 따른 피스톤부의 작동상태를 보인 예시도

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도를, 도 2 는 본 발명에 따른 내부구성을 보인 예시도를, 도 3 은 본 발명에 따른 제1지지대의 결합관계를 보인 예시도를, 도 4 는 본 발명에 다른 제2,3지지대 및 제1,2가이드봉의 결합관계를 보인 예시도를, 도 5 는 본 발명에 따른 제1지지대의 구성을 보인 예시도를, 도 6 은 본 발명에 따른 제1,3지지대와 제1,2가이드봉의 결합관계를 보인 예시도를, 도 7 은 본 발명에 따른 피스톤부의 구성을 보인 예시도를, 도 8 은 본 발명에 따른 피스톤부의 작동상태를 보인 예시도를 도시한 것으로,

본 발명에 따른 교육용 실험기구(100)는, 투명한 유리 또는 플라스틱재로 이루어지고, 내부에 양단이 개방된 반응공간(81)을 구비하는 반응관(80); 반응관(80)의 일측단이 기밀결합되어지고 기체주입관이 구비된 제1지지대(10); 제1지지대(20)에 연결설치되고 반응관내에 위치하도록 제1지지대에 연결설치된 점화코일에 점화를 조장하는 점화부(90); 반응관의 타측단이 중앙홀내로 삽입되어 고정수단에 의해 고정되어지는 제2지지대(20); 제2지지대로부터 소정거리 이격되어 배치되는 제3지지대(30); 제2지지대와 제3지지대 사이에 위치하도록 배치되는 이탈방지대(40); 이탈방지대와 제3지지대 시이에 위치하도록 설치되는 완충스프링(50); 반응관의 반응공간내로 이중날개형 피스톤 패킹이 삽입되어지고, 피스톤 로드가 제2지지대, 이탈방지대, 완충스프링 및 제3지지대를 관통하도록 설치되는 피스톤부(60); 제1지지대에 일측단이 고정설치되고, 제2지지대 및 이탈방지대를 관통하여 타측단이 제3지지대에 고정지지되는 가이드 고정봉(70);을 포함하여,

점화스위치의 작동에 의해 반응관내로 주입된 기체의 흡열반응에 의해 반응관내에 생성된 생성물의 관찰 및, 반응관내 피스톤 패킹의 이동에 의한 압력변화에 따른 구름발생에 대한 관찰이 시각적으로 이루어지도록 되어 있다.

상기 반응관(80)은 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이, 소정두께를 구비하는 투명 유리관 또는 투명 합성수지관으로 이루어져 있으며, 제1지지대(10)에 일측단이 결합되어 밀폐되어지고, 제2지지대(20)내로 타측단이 삽입되어 고정지지되어지도록 되어 있다.

또한, 상기 반응관(80)은 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 제1지지대(10)에 결합되는 일측단(82)에 나사산(수나사산)이 형성되어 있어, 제1지지대(10)와 나사결합되어지도록 구성되어 있다.

또한, 상기 반응관(80)은 도 2 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 타측단(83)이 제2지지대의 일측면(21)과 일치되어지도록 제2지지대(20)를 관통하여 끼움설치된 후, 제2지지대를 관통하여 설치되는 볼트스크류 등의 고정수단(85)에 의해 그 위치가 고정되어지게 된다.

즉, 상기 반응관(80)은 제1,2지지커버(10,20)에 의해 양단이 고정지지되되, 내부의 반응공간(81)은 제1지지대(10)에 의해 일측이 밀폐되어지고, 제3지지대(30) 방향으로 개방되어지도록 설치된다.

또한, 상기 반응관(80)에는 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 불투명한 색상을 구비하는 관찰필름(86)이 반응관(80)의 외면에 부착되어지도록 설치될 수 있다.

상기 관찰필름(86)은 투명재질로 이루어진 반응관내 반응결과를 실험자가 좀 더 용이하게 관찰하도록 하기 위한 것으로, 관찰자의 반대편에 위치하도록 반응관의 일측에 설치된다. 상기 관찰필름(86)은 그 재질 및 색상이 한정되어지는 것은 아니나, 구름 발생의 관찰이 용이하도록 검은색을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 제1지지대(10)는 반응관(80)을 지지함과 동시에, 기체의 주입이 이루어지도록 하기 위한 것으로, 도 2, 도 3, 도 5 및 도 6 에 도시된 바와 같이, 제1지지본체(11)와, 제1지지본체(11)의 일측면에 형성되어 반응관의 일측단이 결합되어지는 중앙결합홈(12)과, 상기 중앙결합홈(12)과 연통되어지도록 제1지지본체(11)를 관통형성되어 점화코일(91)이 삽입장착되어지는 코일장착홀(13)과, 상기 중앙결합홈(12)과 연통되어지도록 제1지지본체(11)를 관통하여 형성된 기체주입유로(14)를 포함한다.

상기 중앙결합홈(12)은 나사산을 구비한 반응관의 일측단(82)이 결합되어지도록 내면에 암나사산이 형성되어 있다.

또한, 상기 중앙결합홈(12)내에는 반응관(80)과의 결합시, 기밀/수밀을 유지되도록 패킹재(15)가 더 설치될 수 있다.

상기 코일장착홀(13)은 점화부의 점화코일(91)이 삽입설치되어지는 것으로, 중앙결합홈(12)의 중앙에 점화코일(91)이 위치할 수 있도록 제1지지본체(11)를 관통하여 중앙결합홈(12)에 연통되어지도록 형성되어 있다.

상기 기체주입유로(14)는 주입구(14a)가 제1지지본체(11)의 상측에 위치하고 공급구(14b)가 중앙결합홈(12)과 연통되어지도록 제1지지본체(11)를 관통하여 형성되어 있다. 즉, 상기 기체주입유로(14)는 주입구(14a)와 공급구(14b)가 소정의 각도를 구비하도록 'Ｌ'자형상 또는 라운드 형상을 구비하며 제1지지본체(11)를 관통하여 형성되어 있다.

또한, 상기 기체주입유로(14)의 주입구(14a)에는 기체의 주입 및 차단이 용이하게 이루어지도록 개폐밸브(17)가 더 설치되어 있으며, 상기 개폐밸브(17)는 2가지 이상의 기체주입이 용이하게 이루어지도록 2방 밸브 또는 3방 밸브가 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 개폐밸브(17)에는 기체가 포집된 주사기와의 연결이 용이하게 이루어지도록 연결관(luer connector)가 더 설치될 수 있다.

상기와 같이 구성된 제1지지대(10)는, 중앙결합홈(12)을 중심으로 양측에 대칭되어지도록 제1가이드 홀(16)이 제1지지본체(11)를 관통하여 형성되어 있으며, 제1가이드 홀(16)을 통해 가이드 고정봉(70)과 결합된다.

이때, 상기 제1가이드 홀(16)은 제1관통홀(16a)과 제2관통홀(16b) 사이에 단차지지면(16c)이 구비된 2단 홀 구조로 이루어져 있으며, 제1관통홀(16a)의 직경(내경)은 제2관통홀(16b)의 직경(내경)보다 더 작도록 형성되어 있다.

또한, 상기 제1지지대(10)는, 도 1 에 도시된 바와 같이, 중앙결합홈(12)이 형성되지 않은 제1지지본체의 타측면 즉, 코일장착홀(13)이 형성된 또다른 일측면에 고정지지대(18)가 더 설치될 수 있다.

상기 고정지지대(18)는 코일장착홀(13)이 밀폐되어지도록 제1지지본체를 가로질러 고정설치되는 메인지지대(18a)와, 상기 메인지지대(18a)의 양단에 회전가능하도록 설치되는 보조지지대(18b)를 포함한다.

이와 같이 제1지지대(10)에 고정지지대(18)가 더 설치될 경우, 본 발명은 실험대의 상판에 고정지지대(18)을 발판으로 하여 반응관이 수직으로 위치하도록 기립시켜 실험을 진행할 수도 있다.

상기 점화부(90)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 반응관(80)내에 위치하도록 제1지지대(10)에 설치되는 점화코일(91)과, 상기 점화코일(91)과 연결선(92)에 의해 연결되어 반응관 외부에 위치하도록 설치되는 점화스위치(93)를 포함한다. 이때, 상기 점화코일(91)은 제1지지본체의 코일장착홀(13)내에 기밀 및 위치가 고정되어지도록 실링/패킹처리되어 고정설치되어 있다. 상기 점화코일(91)의 장착은 공지의 기술에 의해 이루어지므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 제2지지대(20)는 도 1, 도 2 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 제2지지본체(21)와, 제2지지본체(21)를 관통하도록 형성되어 반응관의 타측단(83)이 삽입되어지는 중앙관통홀(22)과, 중앙관통홀(22)과 수직연통되어지도록 제2지지본체(21)를 관통하여 형성된 볼트고정홀(23)을 포함한다.

상기 중앙관통홀(22)은 반응관(80)이 끼움결합되어지는 것으로, 중앙관통홀(22)의 내경은 반응관 타측단(83)의 외경에 대응되어지도록 형성되어, 중앙관통홀(22)의 내면에 반응관 타측단(83)의 외면이 밀착끼움되어지도록 형성되어 있다. 즉, 상기 중앙관통홀(22)은 반응관의 타측단(83)이 억지끼움 또는 밀착끼움되어지도록 소정의 조립공차범위내에서 형성되어 있다.

또한, 상기 중앙관통홀(22)내에는 반응관의 타측단(83)과의 사이에 틈새가 발생되어지지 않도록 하나 이상의 실링재(도시없음)가 더 설치되어질 수 있다.

상기와 같이 구성된 제2지지대(20)는 중앙관통홀(22)을 중심으로 양측에 대칭되어지도록 제2가이드 홀(24)이 제2지지본체(21)를 관통하여 형성되어 있으며, 상기 제2지지대(20)는 제2가이드 홀(24)을 통해 가이드 고정봉(70)과 연결설치된다.

상기 제3지지대(30)는 기체반응에 의한 압력팽창시, 완충스프링을 지지하여 피스톤부의 외부 이탈을 방지하기 위한 것으로, 도 1, 도 2, 도 4 및 도 6 에 도시된 바와 같이, 제3지지본체(31)와, 제3지지본체(31)의 일측면에 소정깊이를 구비하며 형성되어 완충스프링의 일측이 삽입되어 지지되는 스프링 홀(32)과, 스프링 홀(32)과 연통되어 제3지지대를 관통하여 형성된 로드홀(33)을 포함한다.

즉, 상기 스프링 홀(32)과 로드홀(33)은 동일중심선을 구비하고 서로 연통되도록 제3지지본체(31)를 관통하여 형성되어 있으며, 로드홀(33)은 스프링 홀(32)보다 작은 직경을 구비하도록 형성되어 있다.

상기와 같이 구성된 제3지지대(30)는, 스프링 홀(32)과 로드홀(33)을 중심으로 양측에 대칭되어지도록 제3가이드홀(34)이 관통형성되어 있으며, 상기 제3가이드홀(34)을 통해 제3지지대(30)는 가이드 고정봉(70)과 결합된다.

이때, 상기 제3가이드 홀(34)은 제3관통홀(34a)과 제4관통홀(34b) 사이에 단차면(34c)이 구비된 2단 홀 구조로 이루어져 있으며, 제3관통홀(34a)의 직경은 제4관통홀(34b)의 직경보다 더 크도록 형성되어 있다.

상기 이탈방지대(40)는 기체반응에 의해 반응관(80)내 압력이 급격하게 팽창될 시, 반응관(80)으로부터 피스톤부(60)의 피스톤 패킹(61)이 분리이탈되어지는 현상을 방지함과 동시에, 피스토 로드(62)의 이동범위를 제한하여 압력팽창에 따른 위험성을 방지하기 위한 것으로, 가이드 고정봉(70)을 따라 이동이 가능하도록 제2지지대(20)와 제3지지대(30) 사이에 설치되어 있다.

상기 이탈방지대(40)는 도 1, 도 2 및, 도 4 에 도시된 바와 같이, 패널본체(41)와, 패널본체(41)의 중앙에 형성되어 피스톤 로드(62)가 삽입관통되어지는 로드관통홀(42)과, 상기 로드관통홀(42)을 중심으로 양측에 대칭되어 위치하도록 설치되어 가이드 고정봉(70)이 삽입관통되어지는 가이드홀(43)을 포함한다.

상기 완충스프링(50)은 피스톤 로드의 피스톤헤드(63)에 의해 이탈방지대에 전달된 충격력을 흡수하여 완충/저감시키는 기능을 구비하는 것으로, 도 1, 도 2 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 이탈방지대(40)에 일측이 접촉지지되고, 타측이 제3지지대 즉, 제3지지대의 스프링 홀(32)내로 삽입되어 지지되도록 설치되어 있다.

이때, 상기 완충스프링(50)과 이탈방지대(40) 사이에는 이탈방지대의 충격력이 완충스프링(50)에 균일하게 전달되어지도록 제2완충패드(45)가 더 설치될 수 있다.

상기 피스톤부(60)는, 도 1, 도 2, 도 7 및 도 8 에 도시된 바와 같이, 반응관의 반응공간(81)내로 기밀/수밀이 유지되도록 삽입설치되는 이중날개형 피스톤 패킹(61)과, 이중날개형 피스톤 패킹(61)이 결합된 피스톤 로드(62)와, 이탈방지대(40) 및 제3지지대(30)를 관통한 피스톤 로드(62)의 끝단에 설치되는 손잡이(65)를 포함한다.

상기 이중날개형 피스톤 패킹(61)은, 기체반응으로 인해 반응공간(81)내의 압력이 팽창 및 수축하게 될 경우, 반응공간(81)내로 에어의 유입을 차단(기밀유지)하기 위한 것으로, 도 7 및 도 8 에 도시된 바와 같이, 피스톤 로드(62)에 볼트체결되어지는 패킹본체(61a)와, 패킹본체(61a)의 일측면에서 돌출형성되어 반응관의 내면(81a)에 기밀/수밀이 유지되어지도록 밀착접촉되는 제1날개패킹(61b)과, 패킹본체의 타측면에서 돌출형성되어 반응관의 내면(81a)에 기밀/수밀이 유지되어지도록 밀착접촉되는 제2날개패킹(61c)을 포함하도록 되어 있다.

이때, 상기 패킹본체(61a)는, 피스톤 패킹(61)의 이동시, 제1날개패킹(61b)과 제2날개패킹(61c)이 상호 접촉되어지지 않도록 즉, 제1,2날개패킹(61b,61c) 사이에 소정의 기밀공간(61d)이 이루어지도록 소정길이를 구비하며 형성되어 있으며, 피스톤 로드(62)에 볼트체결되어지기 위한 볼트홀(61e)이 중앙을 관통하며 형성되어 있다.

즉, 상기 이중날개형 피스톤 패킹(62)은 제1날개패킹(61b)과 제2날개패킹(61c)이 기밀공간(61d)을 중심으로 상호 대칭되어지도록 패킹본체(61a)의 양끝단에 돌출형성된 'Ｕ'자형상을 구비하며 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 이중날개형 피스톤 패킹(62)은 반응관내에서 기체반응이 발생될 시, 제1,2날개패킹(61b,61c)의 이중접촉에 의해 피스톤 패킹(62)에서 제1지지대(10)까지의 반응공간 내부에 대하여 안정적인 기밀/수밀이 유지되도록 하는 기능을 구비한다.

또한, 상기 이중날개형 피스톤 패킹(62)은 피스톤 로드(62)에 면접촉된 상태에서 나사등의 고정구(67)에 의해 일체로 체결되어지게 되며, 상기 나사(67)는 피스톤 로드내에 구비된 나사산 또는 별도설치된 너트(도시없음) 등에 체결되어질 수 있다.

또한, 상기 이중날개형 피스톤 패킹(62)은 피스톤 로드(62)의 끝단에 나사체결에 의해 직접적으로 연결고정되거나, 와셔(66)을 매개로하여 나사체결되어질 수 있다.

상기 피스톤 로드(62)는 이중날개형 피스톤패킹(61)이 고정설치되는 피스톤헤드(63)와, 상기 피스톤헤드(63)에 연결설치되고 이탈방지대(40), 완충스프링(50) 및 제3지지대(30)를 관통하여 손잡이(63)가 연결설치되는 피스톤 봉(64)을 포함한다.

상기 피스톤 헤드(63)는 피스톤 패킹(62)이 면접촉되어 지지되는 접촉대(63a)와, 상기 접촉대(63a)와 일체로 형성되어 피스톤 봉(64)이 결합되어지는 헤드본체(63b)를 포함한다.

상기 피스톤 봉(64)은 원형봉 또는 원형 파이프 형상으로 이루어져 있으며, 일측단이 피스톤 헤드(63)에 결합되어지고, 타측단이 손잡이(65)에 결합되어진다.

또한, 상기 피스톤 봉(64)에는 제2지지대(20)와 이탈방지대(40) 사이에 위치하도록 제1완충패드(44)가 더 연결설치되어질 수 있으며, 상기 제1완충패드(44)는 기체반응에 의한 압력팽창에 의해 피스톤 부(60)가 이동되어, 피스톤 헤드(63)가 이탈방지대(40)를 가격하게 될 경우, 이탈방지대(40)에 전달되어지는 충격량을 분산 및 흡수하여 완충시킴으로써, 이탈방지대(40)의 파손 또는 손상을 방지하게 된다.

상기 가이드 고정봉(70)은 제1,2,3지지대(10,20,30)을 연결하여 지지하고, 이탈방지대(40)의 이동을 가이드하기 위한 것으로, 도 6 에 도시된 바와 같이, 중앙고정봉(73)과, 중앙고정봉의 양끝단에 단차를 구비하며 일체로 형성된 제1,2결합고정봉(71,72)과, 상기 제1,2결합고정봉(71,72)의 끝단에 나사산을 구비하며 형성된 제1,2나사봉(74,75)을 포함하며, 상기 제1,2결합고정봉(71,72)은 중앙고정봉(73)보다 작은 직경을 구비하도록 형성되어 있다.

즉, 상기 가이드 고정봉(70)은 중앙고정봉(73)과 제1,2결합고정봉(71,72) 사이에 단차면인 제1,2걸림면(76,77)이 구비되도록 되어 있어, 가이드 고정봉(70)이 제1,3지지커버의 제1,3가이드홀(16,34)내로 각각 삽입될 시, 중앙고정봉(73)은 제1가이드홀의 제2관통홀(16b)과 제3가이드홀의 제3관통홀(34a)내로 삽입되고, 제1걸림면(76)은 단차지지면(16c)에, 제2걸림면(77)은 단차면(34c)에 각각 접촉지지되며, 제1결합고정봉(71)은 제1가이드홀의 제1관통홀(16a)내로, 제2결합고정봉(72)은 제3가이드홀의 제4관통홀(34b)내로 각각 삽입되며, 제1,2나사봉(74,75)은 제1,3가이드홀(16,34)을 관통하여 외부로 노출되어지게 되고, 외부로 노출된 제1,2나사봉(74,75)에 너트(78,79)가 체결되어지게 된다.

또한, 상기 가이드 고정봉(70)의 중앙고정봉(73)에는 도 4 에 도시된 바와 같이, 제2지지대와 이탈방지대 사이에 위치되어지도록 지지패드(46)이 더 설치될 수 있으며, 상기 지지패드(46)는 기체반응에 따른 급격한 부피팽창 및 수축시, 이탈방지패드(40)가 제2지지대(20)에 충돌되어 파손되어지는 것을 방지하는 기능을 구비한다.

또한, 본 발명은 반응관(80)의 일측에 위치하도록 제1지지대(10)와 제2지지대(20) 사이에 눈금표시판(87)이 더 설치되어질 수 있다.

상기 눈금표시판(87)은 기체의 주입량 및 압력의 변화를 시각적으로 관찰하도록 하기 위한 것으로, 길이단위(㎜, ㎝ 등), 반응관내 체적을 고려한 부피단위(㎣, ㎤, ㎖, ㏄ 등등)가 표기되어질 수 있으며, 이와 같은 눈금표시판은 제1지지대 및 제2지지대에 양단이 볼트체결되어 고정될 수 있다.

이하, 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

기체반응에 대한 관찰

피스톤 패킹이 제1지지대에 밀착되어지도록 손잡이에 의해 피스톤부를 이동시킨 다음, 제1지지대의 주입구에 수소기체가 포집된 주사기를 연결설치킨 후, 개폐밸브를 개방시키고, 손잡이에 의해 피스톤 패킹을 제2지지대 방향으로 이동시키면, 주사기내의 수소기체가 반응관내로 이동된다.

이와 같이, 수소기체의 이동이 완료되어지면, 개폐밸브에 의해 기체주입유롤르 차단한 후, 제1지지대의 주입구에 산소기체가 포집된 또다른 주사기를 연결시키고, 개폐밸브를 개방시킨 다음 손잡이에 의해 피스톤 패킹을 제2지지대 방향으로 더 이동시키면, 주사기내의 산소기체가 반응관내로 이동된다.

이때, 상기 반응기내로 공급되어지는 수소기체 및 산소기체의 양은 눈금표시판에 의한 피스톤 패킹의 이동량에 의해 조절되어지며, 수소기체와 산소기체는 기체반응의 법칙에 따라 2 : 1 의 비율이 유지되도록 공급된다.

상기와 같이, 수소기체 및 산소기체가 반응관내로 공급되어진 상태에서, 점화스위치에 의해 반응관내에 열을 공급하게 될 경우, 반응관내에서는 수소기체와 산소기체의 반응에 의해 반응관 내면에 물방울이 맺히게 되어, 관찰자에 의한 시각적 관찰이 가능하게 된다.

구름 생성에 대한 관찰

위의 기체반응에 의해 반응관내에 물방울이 맺혀 있는 상태 또는, 반응관 내면에 물이 맺히도록 조절한 상태에서 피스톤 패킹을 제2지지대 방향으로 이동되어지도록 손잡이이에 의해 피스톤부를 이동시키게 되면, 압력변화(단열팽창)에 의해 반응관내에 수증기(구름)가 발생되어, 관찰자에 의한 시각적 관찰이 가능하게 된다. 이때, 구름생성은 관찰필름이 부착된 상태에서 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 피스톱부의 반복적인 왕복운동에 의해 수증기(구름)의 생성 및 소멸에 대한 관찰이 가능하게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

(10) : 제1지지대 (11) : 제1지지본체
(12) : 중앙결합홈 (13) : 코일장착홀
(14) : 기체주입유로 (14a) : 주입구
(14b) : 공급구 (15) : 패킹재
(16) : 제1가이드 홀 (16a) : 제1관통홀
(16b) : 제2관통홀 (16c) : 단차지지면
(17) : 개폐밸브 (18) : 고정지지대
(20) : 제2지지대 (21) : 제2지지본체
(22) : 중앙관통홀 (23) : 볼트고정홀
(24) : 제2가이드 홀 (30) : 제3지지대
(31) : 제3지지본체 (32) : 스프링 홀
(33) : 로드홀 (34) : 제3가이드 홀
(34a) : 제3관통홀 (34b) : 제4관통홀
(34c) : 단차면 (40) : 이탈방지대
(41) : 패널본체 (42) : 로드관통홀
(43) : 가이드홀 (44) : 제1완충패드
(45) : 제2완충패드 (50) : 완충스프링
(60) : 피스톤부 (61) : 피스톤 패킹
(61a) : 패킹본체 (61b) : 제1날개패킹
(61c) : 제2날개패킹 (61d) : 기밀공간
(61e) : 볼트홀 (62) : 피스톤 로드
(63) : 피스톤 헤드 (63a) : 접촉대
(63b) : 헤드본체 (64) : 피스톤 봉
(65) : 손잡이 (66) : 와셔
(67) : 고정구 (70) : 가이드 고정봉
(71) : 제1결합고정봉 (72) : 제2결합고정봉
(73) : 중앙고정봉 (74) : 제1나사봉
(75) : 제2나사봉 (76) : 제1걸림면
(77) : 제2걸림면 (80) : 반응관
(81) : 반응공간 (81a) : 내면
(82) : 일측단 (83) : 타측단
(85) : 고정수단 (86) : 관찰필름
(87) : 눈금표시판 (90) : 점화부
(91) : 점화코일 (92) : 연결선
(100) : 교육용 실험기구

Claims (6)

1. 투명한 유리 또는 플라스틱재로 이루어지고, 내부에 양단이 개방된 반응공간을 구비하는 반응관;
   반응관의 일측단이 기밀결합되어지고 기체주입관이 구비된 제1지지대;
   제1지지대에 연결설치되고 반응관내에 위치하도록 제1지지대에 연결설치된 점화코일에 점화를 조장하는 점화부;
   반응관의 타측단이 중앙홀내로 삽입되어 고정수단에 의해 고정되어지는 제2지지대;
   제2지지대로부터 소정거리 이격되어 배치되는 제3지지대;
   제2지지대와 제3지지대 사이에 위치하도록 배치되는 이탈방지대;
   이탈방지대와 제3지지대 시이에 위치하도록 설치되는 완충스프링;
   반응관의 반응공간내로 이중날개형 피스톤 패킹이 삽입되어지고, 피스톤 로드가 제2지지대, 이탈방지대, 완충스프링 및 제3지지대를 관통하도록 설치되는 피스톤부;
   제1지지대에 일측단이 고정설치되고, 제2지지대 및 이탈방지대를 관통하여 타측단이 제3지지대에 고정지지되는 가이드 고정봉;을 포함하되,
   상기 이중날개형 피스톤 패킹은, 피스톤 로드에 볼트체결되어지는 패킹본체와, 패킹본체의 일측면에서 돌출형성되어 반응관의 내면에 기밀/수밀이 유지되어지도록 밀착접촉되는 제1날개패킹과, 패킹본체의 타측면에서 돌출형성되어 반응관의 내면에 기밀/수밀이 유지되어지도록 밀착접촉되는 제2날개패킹을 포함하여,
   점화스위치의 작동에 의해 반응관내로 주입된 기체의 흡열반응에 의해 반응관내에 생성된 생성물의 관찰 및, 반응관내 피스톤 패킹의 이동에 의한 압력변화에 따른 구름발생에 대한 관찰이 시각적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기체 반응을 관찰할 수 있는 교육용 실험기구.
   
2. 청구항 1 에 있어서;
   반응관의 일측 외면에는 불투명한 색상을 구비하는 관찰필름이 더 부착되어지는 것을 특징으로 하는 기체 반응을 관찰할 수 있는 교육용 실험기구.
   
3. 청구항 1 에 있어서;
   제1지지대는, 제1지지본체와, 제1지지본체의 일측면에 형성되어 반응관의 일측단이 결합되어지는 중앙결합홈과, 상기 중앙결합홈과 연통되어지도록 제1지지본체를 관통형성되어 점화코일이 삽입장착되어지는 코일장착홀과, 상기 중앙결합홈과 연통되어지도록 제1지지본체를 관통하여 형성된 기체주입유로를 포함하고,
   제2지지대는, 제2지지본체와, 제2지지본체를 관통하도록 형성되어 반응관의 타측단이 삽입되어지는 중앙관통홀과, 중앙관통홀과 수직연통되어지도록 제2지지본체를 관통하여 형성된 볼트고정홀을 포함하며,
   제3지지대는, 제3지지본체와, 제3지지본체의 일측면에 소정깊이를 구비하며 형성되어 완충스프링의 일측이 삽입되어 지지되는 스프링 홀과, 스프링 홀과 연통되어 제3지지대를 관통하여 형성된 로드홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 반응을 관찰할 수 있는 교육용 실험기구.
   
4. 삭제
5. 청구항 1 에 있어서;
   피스톤 로드는, 이중날개형 피스톤패킹이 고정설치되는 피스톤헤드와, 상기 피스톤헤드에 연결설치되고 이탈방지대, 완충스프링 및 제3지지대를 관통하여 손잡이가 연결설치되는 피스톤 봉을 포함하되,
   상기 피스톤 헤드는, 피스톤 패킹이 면접촉되어 지지되는 접촉대와, 상기 접촉대와 일체로 형성되어 피스톤 봉이 결합되어지는 헤드본체를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 반응을 관찰할 수 있는 교육용 실험기구.
   
6. 청구항 1 또는 청구항 3 에 있어서;
   제1지지대는, 제1지지본체에 고정지지대가 더 설치되되,
   상기 고정지지대는, 코일장착홀이 밀폐되어지도록 제1지지본체를 가로질러 고정설치되는 메인지지대와, 상기 메인지지대의 양단에 회전가능하도록 설치되는 보조지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 반응을 관찰할 수 있는 교육용 실험기구.

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