KR200210591Y1 - 브라운 가스를 이용한 보일러 - Google Patents

Abstract

본 고안은 보일러 장치에 관한 것으로서, 브라운 가스의 연소열을 열원으로 사용하는 브라운 가스를 이용한 보일러에 관한 것이다

이를 위한 본 고안 브라운 가스를 이용한 보일러는 물을 전기 분해하여 브라운가스를 발생시키는 브라운가스 발생기와, 브라운가스 발생기에서 발생되는 브라운가스를 공급받아 연소시키는 보일러에 있어서, 보일러의 내부에 마련되는 가열수조와, 가열수조에 담긴 물의 표면에서 소정 간격 이격되고, 브라운가스 발생기에서 공급된 브라운가스를 연소시켜 가열수조에 담긴 물의 표면을 접하여 직접 가열시키는 연소노즐을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 대체에너지로 무한한 가치가 있는 브라운가스의 완전무공해특성, 완전연소특성, 임프로젼특성, 열핵반응특성 등의 독특한 특성을 이용하여 보일러에 사용함으로, 공해를 줄일 수 있고, 폭발의 위험성이 없어 사용자에게 더욱 편리함과, 안전함을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

브라운 가스를 이용한 보일러{Boiler using Brown gas}

본 고안은 브라운 가스를 이용한 보일러 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 열원으로서 브라운 가스의 연소열을 열원으로 사용하는 보일러 장치에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 보일러는 연료를 연소시켜 물을 가열함으로써 소정의 압력과 온도를 가진 물 또는 증기를 발생시키고, 이를 필요한 곳으로 공급하도록 마련된 장치이다.

도 1은 보일러의 기본 구조를 도시하고 있는 것으로서, 연소실내에서 연료를 연소하고, 이로부터 얻어진 열에너지를 이용하여 본체내의 물을 가열하여 증기를 얻고, 이를 과열시켜 얻어진 과열증기로 터빈 등을 구동한다.

이때, 보일러의 열원으로서는 통상 석탄, 석유, 천연가스 등의 화석연료를 사용된다.

여기서, 화석연료를 태우기 위한 통상의 연소실에는 많은 양의 연소용 공기를 공급하여야하고, 이와 같이 연소실에 공급된 연소용 공기만큼 연소시에 발생되는 연기를 굴뚝을 통해서 외부로 배출된다.

이때, 사용되지 않고 굴뚝으로 배출되어 손실되는 에너지는 일반적으로 전체 공급 에너지의 약 60%를 상회하고, 또한 화석연료는 연소생성물로서 이산화탄소를 발생시키며, 그을음, 회분, 기타 불순물이 부산물로 생성되어 공해를 유발한다.

인류는 이렇게 손실되는 에너지를 회수하여 사용하기 위한 노력을 부단히 하여 왔으나, 공기를 불어넣는 이상, 더 좋은 방법은 없는 것이다.

즉, 화석 연료를 태우기 위하여 공기를 불어넣어야 하는 연소 방법은 연소 효율을 높이는 방법에 있어 기술적인 한계에 도달하여 더 이상 발전이 없다. 대체 에너지로 물을 연료화하는 기술에 있어서도 물을 전기 분해하면 수소 연료가 나온다고만 알고 있었고 그 연료를 상용화하지 못하고 있다.

따라서, 물의 전기분해로 얻어진 수소가스 등 대체 에너지원에 대한 연구가 활발히 진행중이며, 브라운 가스도 이러한 대체 에너지원의 하나로 고려되고 있다.

다시 말하면, 누구나 전기 분해를 할 수는 있었지만 물을 전기분해하여 히터, 보일러, 가열로, 소각로 등의 연료를 쓰지 못하고 있다.

170년의 전기분해 역사에도 불구하고 물을 연료로 쓰지 못하는 이유는 물을 전기분해하여 나오는 연료, 즉 브라운가스의 특성을 전혀 모르고 있기 때문이다. 브라운가스는 완전무공해특성, 완전연소특성, 임프로젼특성, 열핵반응특성 등의 독특한 특성을 가지고 있을 뿐만 아니라 프로판가스처럼 폭발 위험이 없는 청정에너지로써, 대체 에너지로써의 가치는 무한하다.

그러나, 이를 보일러의 열원으로 사용하기 위해서는, 브라운 가스의 톡특한 성질을 적절히 활용할 수 있는 구조 설계가 필요하다.

본 고안은 상기의 브라운가스를 사용하기에 적합한 구조의 보일러장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 통상적인 보일러의 구조를 설명하기 위한 개략도.

도 2는 본 고안에 따른 브라운가스를 이용한 보일러의 내부구조를 나타내는 부분단면도.

도 3은 본 고안에 따른 브라운가스를 이용한 보일러의 시스템을 나타낸 개략도

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 보일러 본체 10 : 제 1수조부

14 : 배수관 20 : 제 2수조부

22 : 급수관 24 : 온도 센서

30 : 헤드커버 31 : 연소버너부

35 : 스크류부 40 : 브라운가스 발생기

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안 브라운가스를 이용한 보일러는, 물을 전기 분해하여 브라운가스를 발생시키는 브라운가스 발생기와, 상기 브라운가스 발생기에서 발생되는 브라운가스를 공급받아 연소시키는 보일러에 있어서, 상기 보일러의 내부에 마련되는 가열수조와, 상기 가열수조에 담긴 물의 표면에서 소정 간격 이격되고, 상기 브라운가스 발생기에서 공급된 상기 브라운가스를 연소시켜 상기 가열수조에 담긴 물의 표면을 직접 가열시키는 연소노즐을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열수조에는 상기 연소노즐에 의해 가열된 물의 상부온도와, 가열되지 않은 물의 하부온도를 균일하게 하기 위하여 상기 가열수조의 내부 소정위치에 회전부재가 마련되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회전부재는 상기 가열수조에서 가열된 물의 온도를 측정하여 상기 회전부재의 작동을 제어하는 온도감지부가 마련되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 보일러에는 상기 가열수조에서 가열된 물을 송수하기 위하여 물을 임시 저장하는 송수수조가 상기 가열수조의 외측에 마련되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

본 고안을 설명함에 앞서 본 고안에 사용되는 브라운가스의 특성과, 브라운 가스 발생기에 대하여 설명한다.

여기서, 브라운 가스는 물의 전기분해에 의해 얻어지는 기체로서, 수소와 산소의 함량비가 정확히 2:1인 혼합기체이다. 통상 물을 전기 분해하면 음극에서는 수소가 얻어지고 양극에서는 산소가 얻어지는데, 이들 가스를 분리채집하지 않고 한꺼번에 포집한 것이 브라운 가스이다.

먼저, 브라운가스의 특성에는 1)완전무공해 특성 : 브라운가스는 물에서 생성되어 연소 후 수증기 상태로 환원하므로 공해물질을 유발하지 않는다.

2) 완전연소 특성 : 브라운가스는 화학 당량비 수소 2대 산소 1의 혼합비율로 혼합된 혼합가스이므로 완전연소에 필요한 알맞은 산소를 자체 함유하고 있다.

3) 임플로젼(IMPLOSION)특성: 브라운가스발생기는 1리터의 물로 약 1860리터의 브라운가스를 생산한다. 반대로 1860리터의 브라운가스를 밀폐된 압력 용기내에서 스파크에 의해 연소시켜보면 다시 물 1리터가 생성되고 나머지 체적은 진공상태가 된다, 이것은 폭발(爆發:explosion)과는 전혀 다른 개념인 내파(內波:implosion)이라고 설명된다. 브라운가스를 연소시킬 때의 불꽃은 임플로젼이 연속되고 있는 과정이라 할 수 있으며, 따라서 불꽃이 파열되지 않고 직진하면서 핀포인트 화염을 이루는 형상을 보이며 불꽃의 길이는 400mm에 이르기도 한다.

4) 열핵반응 특성 : 브라운가스는 물을 분자상태가 아닌 원자상(原子狀)의 수소와 산소로 해리시켜 그것을 수소와 산소로 분리하지 않고 혼합된 상태로 유지한 가스이다. 또한, 브라운가스를 연소시킬 때의 불꽃은 원자와 분자상태의 수소와 산소가 반응하는 독특한 성격을 가지고 있다. 수소원자와 산소원자는 가열대상 물질의 원자핵 속으로 침투된다. 그러므로 수소와 산소에 의해 열핵반응하여 가열되는 물질은 공기중에서 가스가 홀로 연소할 때의 불꽃보다 훨씬 뜨거운 불꽃에 의해 가열된다. 브라운가스는 700℃로 알루미늄을 잘 녹일 수 있는가 하면 텅스텐의 경우는 6000℃의 열을 내면서 대상물질을 기화시켜 버린다. 가열 대상물질에 따라 상이한 열핵반응 특성을 가지고 있는 브라운가스는 벽돌과 철을 그대로 용융시켜서 용접할 수 있다.

5) 적외선에 의한 자기 발열현상 : 적외선이 물에 흡수되는 흡수율을 보면 근적외선 파장대 3㎛에서 가장 높은 흡수율을 가지고 있으며, 또한 원적외선 6 ~11㎛에서 높은 흡수율을 가진다. 물분자는 3㎛의 파장대의 적외선과 부딪히면 거의 100% 적외선을 흡수한다. 이때 물분자는 여기(勵起)되어 분자들이 충돌이 심하여지면서 높아진 에너지를 열로써 방사한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 브라운가스를 이용한 보일러를 상세히 설명한다.

본 고안을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 고안에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 고안에 따른 브라운가스를 이용한 보일러의 개략도이고, 도 3은 본 고안에 따른 브라운가스를 이용한 보일러의 내부구조를 나타내는 부분단면 사시도이다.

도시한 바와 같이 본 고안에 따른 브라운가스를 이용한 보일러는 물을 전기분해 하여 수소와 산소가 2:1의 비율로 섞여 있는 브라운가스를 생성하는 브라운가스 발생기와, 브라운가스 발생기에서 발생된 브라운가스를 연소시켜 소정 온도의 물 및 스팀을 발생시키는 보일러가 마련된다.

상술한 보일러는 외형을 형성하고, 가열된 물을 외부로 송수하기 전에 저장하는 제 1수조부(10)와, 제 1수조부(10)의 내부에 마련되어 공급되는 물을 저장하여 가열시키기 위한 제 2수조부(20)와, 제 1수조부(10)의 상부에 결합되어 밀폐공간을 형성하는 헤드커버부(30)가 마련된다.

여기서, 보일러(1)의 외형을 형성하는 제 1수조부(10)에는 고온, 고압에 대하여 제 1수조부(10)의 형상을 유지시키기 위한 다수의 L형 가이드(12)가 제 1수조부(10)의 외부에 결합되어 마련되며, 제 1수조부(10)의 하부 일측에는 가열된 물 또는 증기가 배출된기 위한 배수관(14)이 마련된다.

그리고, 제 2수조부(20)는, 제 1수조부(10)의 내측에 제 1수조부(10)의 내부 밑면 및 둘레에서 소정 간격 이격되어 제 1수조부(10)에 고정되어 마련되고, 제 2수조부(20)의 하부 일측에는 물이 공급되는 급수관(22)이 마련된다. 또한 제 2수조부(20)에는 제 2수조부(20)에 담긴 물의 온도를 측정하기 위한 온도센서(24)가 마련된다.

그리고, 제 1수조부(10)와 결합하여 보일러 본체(1)를 형성하는 헤드커버부(30)에는 제 2수조부(20)에 담긴 물에 화염이 직접 접촉하여 제 2수조부(20)에 저장된 물을 직접 가열하는 연소버너부(31)가 마련되며, 연소버너부(31)에 의해 먼저 가열된 제 2수조부(31)의 상부물과, 미처 가열되지 않은 제 2수조부(20)의 하부에 저장된 물을 혼합시키는 스크류부(35)가 마련된다.

여기서, 연소버너부(31)는 보일러 본체(1)의 외부에 마련된 브라운가스 발생기(40)에서 공급되는 브라운가스(42)를 보일러(1)의 헤드커버(30)를 관통하여 보일러(1)의 내부로 이송시키는 가스 공급관(32)과, 공급관(32)의 말단에 마련되어 다수의 연소노즐(34)을 구비하는 분기헤더(33)와, 분기헤더(33)의 마련되어 제 2수조부(20)에 저장된 물의 상부 표면을 직접 가열하는 연소노즐(34)이 마련된다.

그리고, 스크류부(35)는 헤드커버(30)의 중앙부에 마련되는 구동모터(36)와, 구동 모터의 회전축(38)에서 제 2수조부(20)의 내부로 연장되어 설치된 스크류(37)가 마련된다.

이에 따라, 본 고안에 따른 브라운가스를 이용한 보일러의 작용을 실시예를 통하여 상세히 설명한다.

먼저, 브라운가스 발생기(1)로부터 공급관(32)을 통하여 브라운가스(42)가 보일러(1)의 내부에 마련된 분기헤더(33)로 공급되고, 공급된 브라운가스(42)는 분기헤더(33)의 소정부에 마련된 다수의 연소노즐(34)로 공급된다.

이때, 보일러 본체(1)를 형성하는 제 1수조부(10)의 내측에 마련된 제 2수조부(20)는 제 2수조부(20)의 하측에 마련된 급수관(22)으로부터 물을 공급받고, 제 2수조부(20)에 공급된 물이 저장된다.

이후, 제 2수조부(20)의 개구부 상층에 마련된 연소버너부(31)의 연소노즐(34)에 불꽃이 점화되고, 연소버너부(31)의 연소노즐(34)에서 발생되는 불꽃이 제 2수조부(20)의 저장된 물의 표면에 불꽃이 직접 접하여 제 2수주부(20)에 저장된 물이 가열된다.

이후, 제 2수조부(20)에 저장된 물의 상부가 일정 온도이상 가열되면 제 2수조부(20)에 마련된 온도센서(24)에서 이를 감지하여 제 2수조부(20)의 상부와 하부측의 온도가 일정온도 이상 차이가 나면 물의 온도를 균일하게 하기 위하여 보일러(1)의 헤드커버(30)에 마련된 구동모터(36)를 가동시키고, 구동모터(36)의 회전축(38)에서 연장되어 제 2수조부(20)에 저장된 물속에 마련된 스크류(37)가 연동되어 회전하고, 이에 의해 불꽃에 의해 가열된 제 2수조부(20)의 상부측 물과, 미처 가열되지 않은 제 2수조부(20)의 하부측 물을 섞어 제 2수조부(20)에 저장된 물의 온도를 안정시킨다.

이후, 제 2수조부(20) 물의 온도가 설정온도까지 안정되어 가열되면, 제 2수조부(20)에 마련된 급수관(22)을 통하여 물이 공급되고, 제 2수조부(20)에 가열된 물은 제 2수조부(20)의 개방된 상부로 유출된다.

그리고, 제 2수조부(20)의 상부로 유출된 물은 제 1수조부(10)에 저장되고, 제 1수조부(10)에 마련된 배수관(14)으로 배출된다.

이에 따라, 본 고안 브라운가스를 이용한 보일러는 브라운가스의 4대 특성을 적용 가능한 것으로 브라운가스는 탄소가 존재하지 않아 연소 후 연기, 그을음, 검댕이 등이 생성되지 않을 뿐만 아니라, 완전 연소되므로 공기 투입구와 굴뚝이 필요 없는 밀폐공간 연소가 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 고안이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 고안의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 고안을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 고안의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 고안의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안 브라운가스를 이용한 보일러는 대체에너지로 무한한 가치가 있는 브라운가스의 완전무공해특성, 완전연소특성, 임프로젼특성, 열핵반응특성 등의 독특한 특성을 이용하여 보일러에 사용함으로, 공해를 줄일 수 있고, 폭발의 위험성이 없어 사용자에게 더욱 편리함과, 안전함을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 물을 전기 분해하여 브라운가스를 발생시키는 브라운가스 발생기와, 상기 브라운가스 발생기에서 발생되는 브라운가스를 공급받아 연소시키는 보일러에 있어서,

   상기 보일러의 내부에 마련되는 가열수조와, 상기 가열수조에 담긴 물의 표면에서 소정 간격 이격되고, 상기 브라운가스 발생기에서 공급된 상기 브라운가스를 연소시켜 상기 가열수조에 담긴 물의 표면을 접하여 직접 가열시키는 연소노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 보일러.
2. 제 1항에 있어서.

   상기 가열수조에는 상기 연소노즐에 의해 가열된 물의 상부온도와, 가열되지 않은 물의 하부온도를 균일하게 하기 위하여 상기 가열수조의 내부 소정위치에 회전부재가 마련되는 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 보일러.
3. 제 2항에 있어서.

   상기 회전부재는 상기 가열수조에서 가열된 물의 온도를 측정하여 상기 회전부재의 작동을 제어하는 온도감지부가 마련되는 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 보일러.
4. 제 1항에 있어서.

   상기 보일러에는 상기 가열수조에서 가열된 물을 송수하기 위하여 물을 임시 저장하는 송수수조가 상기 가열수조의 외측에 마련되는 것을 특징으로 하는 브라운가스를 이용한 보일러.