KR20010070790A - 브라운가스를 이용한 보일러 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 브라운가스를 열원으로 사용하는 브라운가스를 이용한 보일러에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 브라운가스를 발생시키는 브라운가스발생기와 브라운가스발생기로부터 공급받은 브라운가스를 분출시키는 브라운가스공급장치, 브라운가스공급장치로부터 공급받은 브라운가스의 연소화염과 반응하여 발열되는 발열부와 발열부에서 발생된 반응열이 전달되는 제1전열부 및 제2전열부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 초고온의 열을 발생시키는 보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물을 분해하여 발생시킨 가스인 브라운가스의 연소 특징을 이용하여 고온의 열을 발생시키는 보일러에 관한 것이다.
종래의 보일러는 화석연료를 연소시켜 물을 가열함으로써 고온고압의 증기를 발생시키고 이를 필요한 곳으로 공급하여 동력을 제공하고 있다. 이러한 화석연료를 연소시키기 위해서는 다량의 공기가 공급되어야 하고, 이와 같이 연소실에 공급된 공기만큼 연소시에 발생되는 배기가스를 외부로 배출시켜야 한다. 이때 배기가스를 통해 손실되는 에너지는 일반적으로 전체 공급 에너지의 약 60%를 상회한다.
따라서 이렇게 손실되는 에너지를 회수하여 사용하기 위해 여러 가지 기술을 도입하였으나 화석연료를 사용하여 연소 효율을 높이는 데는 기술적 한계가 있음을 알게되었다. 또한 상기 연료의 연소 후에는 이산화탄소, 회분 등의 공해물질이 발생되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 여러 가지 대체에너지를 개발하기 위한 연구가 진행되어왔으며, 이에 따른 새로운 에너지원 중의 하나가 브라운가스이다.
브라운가스는 물을 전기 분해하여 나오는 기체로서 연소 후 수증기 상태로 환원되므로 공해물질이 생성되지 않는 완전 무공해 연료이다.
또한 수소와 산소가 화학당량비 2:1의 비율로 혼합된 기체이므로 완전연소에 적절한 산소를 자체 함유하여 완전 연소되는 특성이 있으며, 브라운가스 연소시에는 화석연료 연소시에 나타나는 폭발(explosion) 현상이 나타나지 않고, 불꽃이 내부로 모여들면서 초점을 형성하고 주변에 진공을 형성시키는 임플로젼(implosion)현상이 나타난다.
또한 브라운가스의 산소원자와 수소원자는 가열대상 물질(이하 '발열체'라 함)의 원자핵 속으로 침투되어 반응하는 열 핵반응을 하게되므로 발열체는 공기 중에서 가스가 홀로 연소할 때의 불꽃보다 훨씬 뜨거운 불꽃에 의해 가열된다. 이때 브라운가스는 700℃로 알루미늄을 녹일 수도 있고 텅스텐의 경우에는 6000℃의 열을 내면서 발열체를 기화시키는 바, 발열체에 따라 상이한 열 핵반응 특성을 나타낸다.
상기 열 핵반응 특성을 보다 상술하면, 물을 전기 분해하여 발생되는 브라운가스의 가스자체 연소화염의 온도는 섭씨 150℃이나 연소화염이 발열체에 접촉하면 접촉하는 순간에 발열체의 원자핵 속에서 발열체의 용융점 온도로 핵반응을 일으켜 고온의 열을 발생시킬 수 있게 되는 것이다.(Yull Brown, Extraordinary Science,1993,Jul./Aug./sep.,pp 19-28; Yull Brown Us 4,014,777; Yull Brown Us 4,081,656)
상기와 같은 브라운가스의 특성 때문에 브라운가스를 이용한 보일러 등의 개발을 위한 연구가 진행되었으나 단지 브라운가스를 화석연료 대신 사용하기만 하여 브라운가스의 열 핵반응 특성 등 상술한 브라운가스의 특성을 충분히 이용하지 못하고 있다.
또한 브라운가스의 순환 연소에 의한 에너지 창출장치 등을 개발하고자 하는 시도가 있었으나, 브라운가스와 발열체의 열 핵반응에 의한 반응열을 충분히 활용할 수 있는 구조가 아니며, 브라운가스와 발열체의 반응열 중 일부는 폐열로서 소모되는 문제점이 있다.
또한 종래의 브라운가스를 이용한 보일러에서는 요구되는 반응열을 조절하기 위한 수단이 제공되지 않는다는 문제점이 있다.
또한 브라운가스와 발열체의 고온 반응으로 인해 발열체가 손상된 경우 보일러 전체를 사용하지 못하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점에 착안하여 제안된 것으로, 본 발명의목적은 물을 전기분해 하여 발생된 브라운가스를 에너지원으로 사용하므로 환경 오염을 유발시키지 않는 보일러를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 브라운가스와 발열체와 열 핵반응으로 고온의 열이 발생시키는 고효율의 보일러를 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운가스를 이용한 보일러의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 발열부의 구성도
도 3a는 본 발명에 따른 발열체의 수직단면도
도 3b는 본 발명에 따른 발열체 외피부와 결합되기 이전의 발열본체의 제1분체와 제2분체와 그 상하부의 수평단면도
도 4a는 본 발명에 따른 발열체하우징 상단부의 부분확대도
도 4b는 본 발명에 따른 발열체하우징 하단부의 부분확대도
도 5는 본 발명에 따른 제2차전열부의 평면도
도 6a는 본 발명에 따른 관군이 제1전열부에 배치된 상태에서의 수직단면도
도 6b는 본 발명에 따른 관군이 제1전열부에 배치된 상태에서의 수평단면도
도 7a는 본 발명의 브라운가스공급 거리조절장치의 구성도
도 7b는 도 7a의 A-A'의 투시평면도
도 7c는 도 7a의 B-B'의 단면도
도 7d는 도 7a의 C-C'의 확대단면도
도 8은 본 발명에 따른 압력조절장치의 구성도
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 브라운가스를 이용한 보일러의 구성도
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 보일러 20: 작동유체
100: 브라운가스발생기 200: 브라운가스공급장치
300: 발열부 310: 발열체
320: 외피부 330: 발열본체
340: 제1분체 350: 제2분체
360: 통공 400: 제1차전열부
500: 제2차전열부 600: 거리조절장치
700: 압력조절장치
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 물을 전기 분해하여 발생된 브라운가스를 연료로 사용하는 보일러에 있어서, 브라운가스를 발생시키는 브라운가스발생기와, 상기 브라운가스발생기로부터 공급받은 브라운가스를 분출하기 위한 다수의 분사노즐과 상기 분사가스를 점화시키기 위한 점화장치를 구비하는 브라운가스공급장치와, 상기 점화장치에 의해 점화된 브라운가스의 연소화염과 반응하여 반응산물을 생성하며 반응열을 발생시키는 발열부와, 상기 발열부로부터 배출된 상기 반응산물을 수용하는 제1차전열부와, 상기 제1차전열부 내에 배치되며 상기 반응산물로부터 잔열을 흡수하여 예열되는 작동유체를 수용하는 관군 및 상기 관군과 연결되고, 상기 발열부를 내장하여 상기 발열부로부터 발생된 반응열을 흡수하는 작동유체를 수용하는 제2차전열부로 구성되어 있다.
여기서 상기 발열부는, 발열본체와 상기 발열본체를 수용하는 외피부로 구성되며 브라운가스의 연소화염과 반응하는 적어도 하나 이상의 발열체와, 상기 발열체를 수용하며 상기 발열체로부터 발생되는 열을 흡수하여 작동유체에 전달하는 하나 이상의 발열체하우징으로 구성되어 있다.
또한 상기 발열체는 그 하부직경이 상부직경보다 크게 형성되고, 그 하단에돌출 형성된 걸림턱을 가지고, 상기 발열체하우징은 그 하부직경이 상부직경보다 크게 형성되며, 그 하단에 상기 걸림턱과 결합되기 위한 걸림홈을 구비하도록 구성되어 있으며, 상기 발열본체의 내부에는, 브라운가스의 정체시간을 연장하여 반응온도를 높이기 위한 적어도 하나 이상의 통공이 형성되어 있다.
또한 상기 발열본체는, 상기 발열체 외피부의 상부로 삽입되며 그 내부에 다수의 제1통공이 형성된 제1분체와, 상기 발열체 외피부의 상부로 삽입된 제1분체와 사이에 제1공간을 형성하며, 상기 제1공간과 연통된 다수의 제2통공들이 형성되고 그 하단에 상기 제2통공들과 연통된 제2공간이 형성된 제2분체로 구성되고 있다.
여기서 상기 제1공간, 제1통공, 제2공간, 및 제2통공 각각은 브라운기스의 연소화염과 상기 발열체의 반응시간과 반응표면적을 증대시키기 위해 하부직경이 상부직경보다 크게 형성되며, 상기 발열체는 용융점이 높고 열전도도가 큰 텅스텐, 크롬, 및 몰리브덴 금속 중 하나 이상과, 원적외선 방출량이 큰 게르마늄, 맥반석, 옥, 규산, 황토, 백운모, SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, 및 Cr2O3광물 중 하나 이상을 포함하여 형성된다.
또한 상기 보일러는 상기 브라운가스발생기로부터 공급받은 브라운가스를 상기 발열부에 공급하기 위한 브라운가스공급축의 외측에 길이방향을 따라 설치된 랙과 그 하부에 바퀴들이 장착되며, 상기 브라운가스공급축이 미끄럼 가능하게 끼워지는 삽입공이 형성된 베이스 프레임과, 상기 발열부의 온도를 감지하며 감지된 온도와 기입력된 초기온도를 기초로 작동신호를 발생시키는 감지부와, 상기 베이스프레임에 고정 설치되며, 상기 감지부에 전기적으로 연결되어 구동되는 구동장치 및 상기 구동장치의 일측에 장착되어 상기 랙과 치합하여 구동되는 피니언으로 구성되어, 상기 브라운가스공급장치와 상기 발열부사이의 거리 조정하기 위한 거리조절장치를 더 포함하고 있다.
또한 상기 보일러는, 상기 제1차전열부와 연통된 가스배출관의 일측에설치된 축과, 상기 축에 그 일단이 회동 가능하게 설치되며 상기 가스배출관을 개폐하기 위한 압력조절판과, 그 일단이 상기 압력조절판과 일정한 각도로 고정 결합되며 상기 축을 중심으로 회동 가능하게 설치된 커넥팅로드 및 상기 커넥팅로드의 타단에 연결되며 상기 압력조절판에 가해진 압력에 따라 작동되는 압력조절실린더로 구성되어 상기 보일러의 압력을 조절하기 위한 압력조절장치를 더 포함하고 있다.
또한 상기 관군은 관 사이의 간격을 일정하게 배열 조립할 수 있도록 간격판과 간격봉을 구비하고 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.
이하에서는 본 발명에 따른 브라운가스를 이용한 보일러의 전체 구성 및 각 구성 부분에 대해 상술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운가스를 이용한 보일러의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 브라운가스를 연료로 사용하는 보일러는, 브라운가스발생기(100), 다수의 분사노즐(240), 점화장치(미도시)를 구비하는 브라운가스공급장치(200), 발열부(300), 제1차전열부(400), 제2차전열부(500), 거리조절장치(600) 및 압력조절장치(700)로 구성된다.
작동유체로는 물 또는 고온의 열매체가 사용될 수 있다.
상기 브라운가스발생기(100)는 물을 전기 분해하여 생성된 수소와 산소로 이루어진 브라운가스를 생성하는 장치로서, 그 일측에 브라운가스발생량을 조절하기 위한 자동제어판넬(110)을 구비하고있다.
상기 브라운가스공급장치(200)는 브라운가스발생기(100)에서 생성된 브라운가스를 발열체(310)에 제공하는 장치로서, 브라운가스가 이동하는 브라운가스이동파이프(210)와 브라운가스공급축(220), 상기 브라운가스공급축(220)에서 나온 브라운가스를 수용하는 노즐몸체(230), 및 노즐몸체(230) 상측에 브라운가스를 분출하기 위한 다수의 분사노즐(240)들과 브라운가스를 점화시키기 위한 점화장치(미도시)로 구성되어 있다.
상기 발열부(300)는 상기 점화장치에 의해 점화되어 상기 분사노즐을 통해 분사된 브라운가스의 연소화염과 열핵반응하여 반응열을 발생시키는 부분이다.
도 2는 본 발명에 따른 발열부의 구성도이고, 도 3a는 본 발명에 따른 발열체의 수직단면도이며, 도 3b는 본 발명에 따른 발열체 외피부와 결합되기 이전의 발열본체의 제1분체와 제2분체와 그 상하부의 수평단면도이다.
도 2, 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 상기 발열부(300)는 발열체(310)와 발열체하우징(390)으로 구성되어 있다.
상기 발열체(310)는 브라운가스 연소화염과 직접 반응하는 발열본체(330)와상기 발열본체(330)를 수용하는 외피부(320)로 구성되어 있으며 그 하부 직경이 상부 직경보다 크게 형성되고 그 하단에 돌출된 걸림턱(394)가 형성되어 있다.
또한, 상기 발열본체(330)는 외피부(320)의 상부로 삽입되는 제1분체(340)와 외피부(320)의 하부로 삽입되는 제2분체(350)로 구성된다.
제1분체(340)의 내부에는 다수의 제1통공(342)이 형성되어있고, 제1분체(340)와 제2분체(350) 사이에 제1공간(344)이 형성되며, 제2분체(350)의 내부에는 다수의 제2통공(352)이 형성되고, 그 하단에 제2공간(354)이 형성된다.
상기와 같은 구조는 브라운가스 연소화염과 발열체(310)의 접촉시간 및 접촉면적을 증가시키며, 반응경과에 따른 연속적인 열 핵반응으로 인한 발열량의 증가에 효과적이다.
즉, 브라운가스의 연소화염이 발열체(310)의 제2공간(354)을 통과하여 제2통공(352)을 통과하면서 반응하고 이때 발생되는 반응열은 상향하면서 측면 발열체하우징(390)에 열을 전달하여 증기를 발생시킨다.
상기 반응열은 계속 상향하면서 고온화 되고 반응열을 집적(集積)시키는 제1공간(344)에서는 정체의 시간을 연장하는 역할과 함께 발열체하우징(390)에 전도열량을 증대시켜 증기 발생을 가속시켜 나간다. 고온화된 반응열은 상향하여 제1통공(342)을 통과하면서 세 번째 반응하여 더욱 고온화 되고 발열체하우징(390) 상부에서 증기를 과열시켜 과열증기를 생성시킨다.
상기 발열체(310)와 그 내부의 통공(360)들은 하부의 직경이 상부보다 크며, 모두 원형의 형상으로 형성되어 브라운가스의 연소화염이 발열체(310)와 반응할 수있는 시간과 표면적을 증대된다.
상기 발열체(310)와 그 내부의 구성요소인 제1분체(340), 제2분체(350)가 원형으로 형성되어, 상기 발열체(310)의 대량생산이 용이하다.
상기 발열체(310)는 용융점이 높고 열전도도가 큰 텅스텐, 크롬, 및 몰리브덴 금속 중 하나 이상과, 원적외선 방출량이 큰 게르마늄, 맥반석, 옥, 규산, 황토, 백운모, SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, 및 Cr2O3광물 중 하나 이상을 포함하여 혼합하여 제조하는데, 그 제조 과정은 다음과 같다.
즉, 첫째, 금속과 광물질을 분말화하여 혼합한다.
둘째, 상기 분말화된 혼합물을 물과 반죽하여 발열체(310) 외피부(320)를 형성하는 형틀에 넣어 형상화 한 후 꺼낸다.
셋째, 상기 발열체(310) 외피부(320)에 삽입될 발열본체(330)의 제1분체(340) 및 제2분체(350)를 또 다른 형틀에 넣어 형상화 한 후 꺼낸다.
넷째, 상기 발열본체(330)의 제1분체(340)와 제2분체(350)를 상기 발열체(310)의 외피부(320)에 삽입한 후 건조한다.
다섯째, 상기 발열체(310) 외피부(320)에 발열본체(330)가 삽입된 발열체(310)를 고온에서 열처리하여 경화시킨다.
상기 발열체하우징(390)은 그 하부 직경이 상부 직경보다 크게 형성되며, 그 하단에 상기 걸림턱(394)과 결합되기 위한 걸림홈(392)이 형성되어 있다.
발열체하우징(390)은 스테인리스 스틸계, 티타늄계, Cr-Mo계, Inconel계 등의 내열성이 강하고 열전도도가 큰 금속으로 제조된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 발열체하우징(390) 상단부와 하단부의 부분확대도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 발열체하우징(390)의 상단부와 하단부에 벨로우즈(396)를 형성하고 있다.
상기 벨로우즈(396)는 발열체하우징(390)의 열팽창에 따른 응력을 완화시킨다.
발열체하우징(390)과 발열체(310)의 결합관계에 대해 상술한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 발열체(310)는 발열체하우징(390) 하부에서 상부로 삽입된다. 상기 삽입된 발열체(310)를 좌측 또는 우측으로 약 15도로 회전시켜 상기 발열체(310)의 걸림턱(394)이 발열체하우징(390)의 걸림홈(392)에 들어가게 한다. 상기 발열체(310)가 발열체하우징(390)에 완전히 삽입되면, 발열체고정핀(398)을 발열체(310) 하부에 형성된 발열체고정홈(356)에 끼워 고정시킨다.
상기와 같은 구조는 발열체(310)가 발열체하우징(390)으로부터 착탈 가능하도록 한다. 따라서 발열체(310)를 장시간 사용하여 발열체(310)의 형상이 변하거나 손상되었을 때, 상기 발열체(310)만을 교환할 수 있게 된다.
상기 제1차전열부(400)는 브라운가스의 연소화염과 발열체(310)의 반응산물(30)의 잔열로 작동유체를 예열시키는 부분이다.
도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 관군(420)이 제1차전열부(400)에 배치된 상태에서의 수직단면도 및 수평단면도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 제1차전열부(400)는 코일관(410)이 다수 집합된 관군(420)과, 작동유체가 인입되는 제1차전열부인입구(430), 상기 제1차전열부인입구(430)에 인입된 공급수(40)를 분배하기 위한 분배기(450), 상기 공급수(40)가 관군(420)을 통과한 후 모이는 집합기(460), 상기 집합된 공급수(40)를 제2차전열부(500)에 유출시키는 제1차전열부배출구(440)와 상기 관군(420) 사이의 간격을 조절하기 위한 간격봉(470)과 간격판(480)으로 구성된다.
상기 코일관(410)은 전열 표면적을 넓히기 위해서 나선형으로 형성되며, 상기 나선형 코일관(410)은 열전도도가 높은 내열성 소재인 스테인리스 스틸관이나 티타늄관을 사용함이 바람직하고 상기 간격판(480)과 간격봉(470)은 스테인리스 스틸을 사용함이 바람직하다.
상기 제2차전열부(500)는 브라운가스의 연소화염과 발열체(310)의 반응열로부터 작동유체를 전열 시키는 장치이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 상기 제2차전열부(500)는 그 내부에 발열부(300)를 수용하는 제2차전열부케이싱(510), 발열부(300)에서 발생된 열이 전도되는 작동유체, 상기 작동유체 중 과열된 증기를 배출하는 증기배출관(540)으로 구성된다.
상기 제2차전열부케이싱(510)은 스테인레스 스틸계, 티타늄계, Cr-Mo계, Inconel계 등의 내열성이 강하고 열전도도가 큰 금속으로 제조되는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 브라운가스를 이용한 보일러(10)는 브라운가스공급장치(200)에서 공급된 브라운가스가 발열체(310)에 분사될 때, 상기 발열체(310)와 브라운가스공급장치(200)의 거리를 조절하는 거리조절장치(600)를 더 포함하고 있다.
도 7a는 본 발명의 거리조절장치의 구성도, 도 7b는 도 7a의 A-A'의 투시평면도, 도 7c는 도 7a의 B-B'의 단면도, 도 7d는 도 7a의 C-C'의 확대단면도이다.
도 7a, 7d 및 도1에 도시된 바와 같이, 상기 브라운가스공급 거리조절장치(600)는, 상기 브라운가스발생기(100)로부터 공급받은 브라운가스를 상기 발열부(300)에 공급하기 위한 브라운가스공급축(220)의 외측에 길이방향을 따라 설치된 랙(650), 그 하부에 바퀴(612)들이 장착되며, 상기 브라운가스공급축(220)이 미끄럼 가능하게 끼워지는 삽입공(614)이 형성된 베이스프레임(610), 상기 발열부(300)의 온도를 감지하며 감지된 온도와 기입력된 초기온도를 기초로 작동신호를 발생시키는 감지부(630), 상기 베이스프레임(610)에 고정 설치되며, 상기 감지부(630)에 전기적으로 연결되어 구동되는 구동장치(620) 및 상기 구동장치(620)의 일측에 장착되어 상기 랙(650)과 치합하여 구동되는 피니언(640)으로 구성된다.
상기 슬라이드축(616)에 내장되어 냉각수를 공급하는 냉각수공급호스(622)와 냉각수를 배출하는 냉각수배출호스(624) 및 브라운가스이동파이프(210)는 가용성(flexible) 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 구동장치(620)는 온도변화의 내용을 펄스로 변환시켜 회전운동으로 전환시키는 모드투럴 모터(LG.M904F시리즈)를 사용할 수 있다. 즉, 상기제1차전열부(400) 상단(도1 참조)에 배치된 감지부(630)로부터 온도 변화에 따른 신호를 받아 감지된 변화 내용을 상기 모드투럴 모터로 정·역회전 운동시키고 이때 모드투럴 모터의 일측에 장착된 피니언(640)과 브라운가스공급축(220)의 일측에 장착된 랙(650)을 통해 노즐몸체(230)가 브라운가스공급축(220)을 중심으로 상하로 움직이며, 상기 상하로 움직인 이동거리만큼 브라운 가스의 연소화염과 발열체(310)간의 거리가 조절되게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 브라운가스를 이용한 보일러(10)는 가스배출관(750)의 일측에 압력조절장치(700)를 더 포함하고 있다.
상기 압력조절장치(700)는 보일러(10) 전체의 압력을 조절하기 위한 장치로서, 이하 압력조절장치(700)에 대해 살펴보면 다음과 같다.
상기 압력조절장치(700)는 제1차전열부(400)와 연통된 가스배출관(750)의 일측에 설치된 축(720), 상기 축(720)에 그 일단이 회동 가능하게 설치되며 상기 가스배출관(750)을 개폐하기 위한 압력조절판(710), 그 일단이 상기 압력조절판(710)과 일정한 각도로 고정 결합되며 상기 축(720)을 중심으로 회동 가능하게 설치된 커넥팅로드(730) 및 상기 커넥팅로드(730)의 타단에 연결되며 상기 압력조절판(710)에 가해진 압력에 따라 작동되는 압력조절실린더(740)로 구성된다.
상기 압력조절실린더(740)는 스프링 등의 탄성수단으로 대체 가능하다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 브라운가스를 이용한 보일러(10)의 구성도이다.
상기 보일러(10)는 작동유체가 고온의 열매체인 경우에 더욱 바람직하다.
즉, 작동유체가 고온의 열매체인 경우, 발열체(310)의 발열과정과 발열체하우징(390)의 전열과정은 작동유체를 물로 사용한 경우와 동일하나 제2차전열부(500)에 채워지는 유체의 양과 온도만 차이가 있다.
작동유체로 물을 사용한 경우는 과열증기를 생성시켜 사용하기 위해 기체영역(520)의 공간이 필요하나, 작동유체로 고온의 열매체를 사용하는 경우에는 사용 가능한 최고 온도 이하에서 사용되기 때문에 기체영역(520)의 공간이 필요 없다.
따라서 제2차전열부케이싱(510)은 공간 없이 열매체로 채워지고 상용 온도로 열교환되어 작동유체순환장치(94)에 의해 난방기기(90) 등에 사용한다.
기타 증기배출관(540), 급수장치, 안전장치 등 부대장치는 기존의 보일러에서 상용하는 기기 및 장치를 사용할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 브라운가스를 이용한 보일러의 작동 과정을 도면을 중심으로 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 외부에서 제1파이프(50)를 통해 공급된 공급수(40)는 저장탱크(60)로 보내지며, 상기 저장탱크(60) 내의 공급수(40) 일부는 제2파이프(70)를 통해 제1차전열부(400)로 보내지고, 일부는 제3파이프(80)를 통해 브라운가스발생기(100)로 보내진다.
상기 제2파이프(70)를 통과하는 공급수(40)는 본 발명에 따른 보일러에서 작동유체가 되고, 제3파이프(80)를 통과하는 공급수(40)는 브라운가스를 발생시키기 위한 연료원이 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 브라운가스발생기(100)에서 물을 전기 분해하여발생된 브라운가스는, 상기 브라운가스발생기(100)에서 브라운가스이동파이프(210)를 통해 브라운가스공급축(220)으로 공급되어 노즐몸체(230)로 분배된 후 브라운가스분사노즐(240)에 의해 발열체(310)로 분사된다.
이렇게 발열체(310)로 분사된 브라운가스는 제2차전열부(500) 내에 배치된 발열체(310)와 열 핵반응을 하여 열을 발생시키고 상기 열은 발열체하우징(390)을 통해 작동유체로 전달된다.
상기 작동유체가 물인 경우에는 상기 작동유체는 액체영역(530)과 기체영역(520)으로 분리될 것이며, 이에 따라 기체영역(520)의 증기를 증기배출관(540)을 통해 배출시켜 난방, 발전터빈 운전 등에 이용한다.
또한 상기 브라운가스의 연소화염과 발열체(310)와의 반응 후에 발열체(310)에서 배출되는 반응산물(30)은 제1차전열부(400) 내의 관군(420) 사이로 잔열을 전달하면서 이동되어 가스배출관(750)을 통해 외부로 분사된다.
한편 외부에서 공급된 공급수(40)는 제1파이프(50)를 통해 저장탱크(60)로 유입되고 상기 저장탱크(60)내의 공급수(40)는 제2파이프(70)를 통해 제1차전열부(400) 내의 분배기(450)로 공급되며 상기 분배기(450)에 공급된 공급수(40)는 나선형의 관(410)을 따라 집합기(460)로 모인다.
상기 과정에서 공급수(40)는 제2차전열부(500)의 잔열에 의해 온도가 상승되며, 상기 온도가 상승된 공급수는 제2차전열부(500)의 작동유체로 공급되어 상기 작동유체가 예열된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 보일러의 압력을 조절하기 위해서 상기 제1차전열부(400)에서 배기가스가 배출될 때, 상기 배기가스는 내부압력에 의해 압력조절판(710)을 밀어 올린다.
이에 따라 상기 압력조절판(710)에 축(720)에 의해 연결된 커넥팅로드(730)에 힘이 가해지며, 상기 커넥팅로드(730)에 가해진 힘은 상기 커넥팅로드(730)에 부착된 압력조절실린더(740)에 전달된다.
이때 압력조절판(710)에 가해진 힘(보일러 내부 압력×작용면적)과 축(720)을 중심으로 반대편에 장착되어 있는 커넥팅로드(730) 끝의 압력조절실린더(740)에 전달된 힘과의 균형을 조절하는 것으로 압력조절판(710)이 개폐될 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 브라운가스를 이용한 보일러에 의하면, 물을 전기 분해하여 발생된 브라운가스를 에너지원으로 사용하므로 환경 오염을 유발시키지 않는 보일러를 제공할 수 있다.
또한 브라운가스 연소화염과 발열체의 열 핵반응으로 고온의 열이 발생되어는 고효율의 보일러를 제공할 수 있다.
본 발명에 의한 보일러는 물과 전기를 이용하므로 종래의 화석 연료를 사용할 때 요구되었던 저장탱크 및 배관이 필요 없으므로 간편한 구조의 보일러를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 발열체의 구조는 브라운가스 연소화염과 발열체의 반응시간 및 표면적을 크게 하므로 고온의 증기를 얻을 수 있고, 보일러의 효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따른 발열체 및 발열체하우징은 발열체가 손상된 경우 보일러 전체를 수리할 필요 없이 발열체만을 용이하게 교체할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 보일러에 의하면, 상기 보일러는 그 내부에 브라운가스 연소화염과 발열체 사이의 거리를 조절할 수 있는 장치를 구비하므로, 필요에 따라 반응열을 조절할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 보일러에 의하면, 상기 보일러는 그 내부에 보일러의 압력을 조절할 수 있는 장치를 제공하므로, 보일러 구동시 항상 일정한 압력이 유지되어 안전한 보일러를 제공할 수 있다.
상기의 구체예는 본 발명에 따른 브라운가스를 이용한 보일러를 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.
Claims (11)
- 물을 전기 분해하여 발생된 브라운가스를 연료로 사용하는 보일러에 있어서,브라운가스를 발생시키는 브라운가스발생기;상기 브라운가스발생기로부터 공급받은 브라운가스를 분출하기 위한 다수의 분사노즐과 상기 분사가스를 점화시키기 위한 점화장치를 구비하는 브라운가스공급장치; 및상기 점화장치에 의해 공급된 브라운가스의 연소화염과 반응하여 반응산물을 생성하며 반응열을 발생시키는 발열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 보일러.
- 제 1 항에 있어서, 상기 브라운가스를 이용한 보일러는,상기 발열부로부터 배출된 상기 반응산물을 수용하는 제1차전열부;상기 제1차전열부내에 배치되며 상기 반응산물로부터 잔열을 흡수하여 예열되는 작동유체를 수용하는 관군; 및상기 관군과 연결되고, 상기 발열부를 내장하여 상기 발열부로부터 발생된 반응열을 흡수하는 작동유체를 수용하는 제2차전열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 보일러.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발열부는,발열본체와 상기 발열본체를 수용하는 외피부로 구성되며 브라운가스와 반응하는 적어도 하나 이상의 발열체와,상기 발열체를 수용하며 상기 발열체로부터 발생되는 열을 흡수하여 작동유체에 전달하는 하나 이상의 발열체하우징으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 브라운가스를 이용한 보일러.
- 제 3 항에 있어서,상기 발열체는 그 하부직경이 상부직경보다 크게 형성되고, 그 하단에 돌출 형성된 걸림턱을 가지고, 상기 발열체하우징은 그 하부직경이 상부직경보다 크게 형성되며, 그 하단에 상기 걸림턱과 결합되기 위한 걸림홈을 구비하는 것을 특징으로 하는, 브라운가스를 이용한 보일러.
- 제 3 항에 있어서, 상기 발열본체의 내부에는,브라운가스 연소화염의 정체시간을 연장하여 반응온도를 높이기 위한 적어도 하나 이상의 통공이 형성되는 것을 특징으로 하는, 브라운가스를 이용한 보일러.
- 제 3 항에 있어서, 상기 발열본체는,상기 발열체 외피부의 상부로 삽입되며 그 내부에 다수의 제1통공이 형성된 제1분체와,상기 발열체 외피부의 상부로 삽입된 제1분체와 사이에 제1공간을 형성하며,상기 제1공간과 연통된 다수의 제2통공들이 형성되고 그 하단에 상기 제2통공들과 연통된 제2공간이 형성된 제2분체로 구성되는 것을 특징으로 하는, 브라운가스를 이용한 보일러.
- 제 6 항에 있어서. 상기 제1공간, 제1통공, 제2공간 및 제2통공 각각은 브라운기스의 연소화염과 상기 발열체의 반응시간과 반응표면적을 증대시키기 위해 하부직경이 상부직경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는, 브라운가스를 이용한 보일러.
- 제 3 항에 있어서. 상기 발열체는용융점이 높고 열전도도가 큰 텅스텐, 크롬, 및 몰리브덴 금속 중 하나 이상과,원적외선 방출량이 큰 게르마늄, 맥반석, 옥, 규산, 황토, 백운모, SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, 및 Cr2O3광물 중 하나 이상을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 브라운가스를 이용한 보일러.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보일러는,상기 브라운가스발생기로부터 공급받은 브라운가스를 상기 발열부에 공급하기 위한 브라운가스공급축의 외측에 길이방향을 따라 설치된 랙;그 하부에 바퀴들이 장착되며, 상기 브라운가스공급축이 미끄럼 가능하게 끼워지는 삽입공이 형성된 베이스프레임;상기 발열부의 온도를 감지하며 작동신호를 발생시키는 감지부;상기 베이스프레임에 고정 설치되며, 상기 감지부에 전기적으로 연결되어 구동되는 구동장치; 및상기 구동장치의 일측에 장착되어 상기 랙과 치합하여 구동되는 피니언으로 구성되어, 상기 브라운가스공급장치와 상기 발열부사이의 거리를 조정하기 위한 거리조절장치를 더 포함되는 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 보일러.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보일러는,상기 제1차전열부와 연통된 가스배출관의 일측에 설치된 축;상기 축에 그 일단이 회동 가능하게 설치되며 상기 가스배출관을 개폐하기 위한 압력조절판;그 일단이 상기 압력조절판과 일정한 각도로 고정 결합되며 상기 축을 중심으로 회동 가능하게 설치된 커넥팅로드; 및상기 커넥팅로드의 타단에 연결되며 상기 압력조절판에 가해진 압력에 따라 작동되는 압력조절실린더로 구성되어 상기 보일러의 압력을 조절하기 위한 압력조절장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 보일러.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관군은 관 사이의 간격을일정하게 배열 조립할 수 있도록 간격판과 간격봉을 구비하는 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 보일러.
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Cited By (4)
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20030731 Patent event code: PE09021S01D |
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Patent event date: 20031031 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20030731 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |