KR100379739B1

KR100379739B1 - 브라운가스 연소장치

Info

Publication number: KR100379739B1
Application number: KR10-2000-0037758A
Authority: KR
Inventors: 김상남
Original assignee: 김상남
Priority date: 2000-07-03
Filing date: 2000-07-03
Publication date: 2003-04-11
Also published as: KR20010029879A

Abstract

본 발명은 기대상에 설치되는 발열부와, 내부에 수증기의 순환 연소실을 형성하도록 상기 발열부를 둘러싸며 상부에 수증기 배출공이 형성되며 상·하부가 개방되어 있는 원적외선 방사체로 구성된 외벽과, 브라운가스 발생기에서 배출되는 브라운가스를 배관 및 밸브를 통해 받아서 연소시키는 연소버너와, 상기 외벽의 상부 개구부를 덮는 뚜껑을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 브라운가스를 발열부에 직화시켜서 발열부 내부온도를 1,000℃ 이상으로 가열하고, 발열부에서 방사되는 복사열에 의해 원적외선 방사체로 구성된 외벽을 가열하여 원적외선을 내·외부로 방사할 수 있으며, 또한 연소실 내부로 공급된 브라운가스가 연소된 후 수증기화 되면서 고온의 물분자가 되고, 순환 연소실로 이동된 자기 발열 현상에 의해 온도가 초고온으로 사용되면서 H와 O로 이온화되고 재결합하는 연소 사이클을 반복하여 막대한 양의 열을 발생할 뿐만 아니라, 연소용 공기를 공급할 필요가 없고, 연소후에 생성되는 부산물이 발생되지 않아 굴뚝이 필요 없는 브라운가스 연소장치이다.

Description

브라운가스 연소장치{BROWN GAS COMBUSTION DEVICE}

본 발명은 브라운가스 발생기에서 생산되는 청정연료인 브라운가스를 연소기킬 때 생성되는 수증기를 순환 연소시키면서 에너지를 발행하는 브라운가스 연소장치에 관한 것이다.

종래로 부터 일반적으로 사용되고 있는 화석연료를 태우기 위한 통상의 연소실에는 많은 량의 연소용 공기를 공급하여야 하고, 이와 같이 연소실에 공급된 연소용 공기만큼 연소시에 발생되는 연기를 굴뚝을 통해서 외부로 배출시켜야 한다. 이때 사용되지 않고 굴뚝으로 배출되어 손실되는 에너지는 일반적으로 전체 공급에너지의 약 60%를 상회한다.

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 불어 넣어야 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.

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 ① 완전무공해특성 ② 완전연소특성 ③ 임프로젼특성 ④ 열핵반응특성 등의 독특한 특성을 가지고 있을 뿐만 아니라 프로판가스처럼 폭발 위험이 없는 청정에너지로써, 대체 에너지로써의 가치는 무한하다.

따라서, 본 발명은 상기 여러 가지 사정을 감안해서 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 브라운가스를 연소시켜서 발열부를 1,000℃ 이상으로 가열하고, 발열부에서 방사되는 간접열에 의해 원적외선 방사체로 이루어진 외벽을 가열하여 원적외선 방사체에서 원적외선을 내·외부로 방사하게 하는 브라운가스 연소장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 브라운가스가 연소된 후 수증기화되면서 고온의 물분자가 되고, 물분자가 발열부와 원적외선 방사체에서 방사되는 적외선 및 원적외선을 흡수하여 자기발열현상에 의해 온도가 초고온으로 상승되면서 H와 O로 이온화되고 재결합하는 사이클을 반복하여 수증기의 연속적인 재연소에 의해 막대한 량의 열을 발생하는 브라운가스 연소장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 연소후에 생성되는 부산물(연기, 그을음, 검댕이, 악취)이 발생되지 않는 브라운가스 연소장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 굴뚝이 필요 없으며 연소용 공기를 공급할 필요 없는 브라운가스 연소장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 브라운가스의 특성이 적용되는 브라운가스를 연소시키는 연소장치에 있어서, 기대상에 설치되는 발열부와, 내부에 순환연소실을 형성하도록 상기 발열부를 둘러싸며 상부에 수증기 배출공이 형성되며 상·하부가 개방되어 있는 원적외선 방사체로 구성된 외벽과 브라운가스 발생기에서 배출되는 브라운가스를 배관 및 밸브를 통해 받아서 연소시키는 연소버너와 상기 외벽의 상부 개구부를 덮는 뚜껑을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 브라운가스 연소장치를 일부 절결한 개략적인 사시도,

도 2는 도 1에서 화살표 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도,

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 브라운가스 연소장치를 일부 절결한 개략적인 사시도,

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 발열부를 구성하는 상부블럭과 하부블럭을 개략적으로 도시한 사시도,

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 브라운가스 연소장치를 일부 절결한 개략적인 사시도,

도 6은 도 5에서 화살표 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 취한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10:기대 12:중공부 14:관통공 20:발열부

21:받침대 30:하부블럭 32:관통공 32a:댐퍼부

33:연소실 34:절결홈 40:상부블럭 41:원형돌기부

42:환형상의 원형오목홈 43:환형상의 플랜지

44:절결부 46:원추부 47:관통공 50:외벽

52:배출공 54:개구부 55:순환연소실 60:연소버너

60a:노즐부 70:뚜껑 77:불꽃

90:배관 100:밸브

이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 브라운가스 연소장치에 대하여 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 브라운가스 연소장치를 일부 절결한 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1에서 화살표 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 브라운가스 연소장치를 일부 절결한 개략적인 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 발열부를 구성하는 상부블럭과 하부블럭을 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 브라운가스 연소장치는 기대(10)상에 설치되는 발열부(20)와, 내부에 순환연소실(55)을 형성하도록 상기 발열부(20)를 둘러싸며 상부에 수증기 배출공(52)이 형성되며 상·하부가 개방되어 있는 원적외선 방사체로 구성된 외벽(50)과, 도시하지 않은 브라운가스 발생기에서 배출되는 브라운가스를 배관(90) 및 밸브(100)를 통해 받아서 연소시키는 연소버너(60)와, 상기 외벽(50)의 상부 개구부(54)를 덮는 뚜껑(70)을 구비하고 있다.

상기 기대(10)는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 발열부(20), 외벽(50) 및 뚜껑(70)의 무게에 견딜 수 있도록 일정 두께의 강도를 갖는 철재로 제작한 것으로써, 내부에 중공부(12)가 형성되어 있는 원통형, 직방형체 또는 다각형 기둥형상으로 이루어지며, 그 상부면에는 상기 연소버너(60)의 노즐부(60a)를 관통해서 고정할 수 있도록 관통공(14)이 형성되어 있고, 일측벽부에는 상기 연소버너(60) 및 노즐부(60a)를 유지·보수할 수 있도록 도어(도시하지 않음)가 개폐 가능하게 설치되어 있다.

상기 기대(10) 위에 설치되는 발열부(20)는 고온에 견딜 수 있는알루미나(Al₂O₃)를 주성분으로 하는 내화물(내화도 SK 38 이상)로 이루어진 것으로서, 상기 발열부(20)는 적어도 3개의 받침대(21)와, 상기 받침대(21)상에 재치되며 상기 연소버너(60)의 노즐부(60a)에서 분출되는 브라운가스의 연소시에 발생되는 연소불꽃(77)을 모으면서 상부로 안내하도록 관통공(32)의 내측 중간부에 댐퍼부(32a)가 형성된 하부블럭(30)과, 상기 하부블럭(30)의 상부에 배설되어 연소실(33)을 형성하며, 상기 연소버너(60)에서 분출되는 불꽃(77)에 의해 직접 가열되는 원추부(46)가 형성됨과 동시에, 상기 원추부(46)에서 확산된 불꽃(77)이 연소 후 생성하는 고온의 수증기를 상부로 안내하도록 원주 내측에 형성된 다수 개의 관통공(47)을 가진 상부블럭(40)으로 구성되어 있다.

상기 하부블럭(30)은 그 상부 가장자리에 불꽃(77)에 의해 형성된 연소기체의 일부가 순환연소실(55)로 빠져나갈 수 있도록 일정간격을 두고 다수개의 절결홈(34)이 형성되어 있다.

상기 상부블럭(40)은 상기 하부블럭(30)의 중심부를 관통하는 관통공(32)을 지나 온 불꽃(77)을 확산해서 안내하는 원추부(46)와, 길이방향을 따라 같은 반지름의 지점에 서로 같은 간격을 두고 형성된 관통공(47)의 내측에 상부로 돌출해서 형성된 원형돌기부(41)와 상기 원형돌기부(41)의 외측에 오목하게 형성된 환형상의 원형오목홈(42)과, 상기 원형오목홈(42)의 둘레에 돌출해서 형성된 환형상의 플랜지(43)와, 상기 관통공(47)을 통해서 상기 원형오목홈(42) 내로 안내된 불꽃을 상기 환형상의 플랜지(43)의 외부로 방사하도록 상기 환형상의 플랜지(43)에 형성된 다수개의 절결부(44)로 구성되어 있다.

상기 환형상의 플랜지(43)에 형성된 다수개의 절결부(44)는 상부블럭(40)의 원점을 지나며, 상기 관통공(47)의 중심점을 지나는 라인을 중심으로 일정폭 대칭되게 절결되어 있는 것이 가장 바람직하고, 상기 하부블럭(30), 상부블럭(40) 및 받침대(21)는 고온에 견딜 수 있는 내화물(SK 38 이상)로 제조하는 것이 가장 바람직하다.

상기 하부블럭(30)과 상부블럭(40)을 조합하면 자연스럽게 브라운가스 연소실(33)이 형성되는데, 상기 연소실(33)은 1,400℃이상의 고온을 유지할 수 있도록 발명하였다.

상기 원적외선 방사체로 구성된 외벽(50)은 원적외선을 다량 방사하는 물질이 포함된 세라믹스이면 어느 것이나 사용할 수 있는 것은 물론이며, 자연산 맥반석(원석)을 블록형태로 가공하여 사용하는 것이 바람직하다.

다음에, 이와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 브라운가스 연소장치의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

본 발명에서 브라운가스라 함은 본 발명자가 선출원하여 등록받은 한국 실용신안등록 제117445호, 의장등록 제193034호, 의장등록 제193035호, 의장등록 제184266호, 의장등록 제191184호 및 일본국 실용신안등록 제3037633호에서 개시한 산수가스 발생기(본 발명에서 브라운가스 발생기)의 전해구조에서 발생되는 산수가스를 의미한다.

도시하지 않은 브라운가스 발생기에서 발생된 브라운가스를 배관(90) 및 밸브(100)를 통해 연소버너(60)에 공급하면, 상기 연소버너(60)의 선단부에 설치되어있는 노즐부(60a)를 통해서 연소실(33)내로 분출된다.

이때, 상기 노즐부(60a)에서 분출되는 브라운가스에 착화시키면, 불꽃(77)이 발생되면서 발열부(20)를 구성하는 상부블럭(40)을 가열시킴과 동시에 원통형상의 상기 상부블럭(40)에 형성된 관통공(47)을 통과하면서 상부로 올라간다.

그런데, 브라운가스의 화염은 핀포인트를 이루면서 직진하므로, 상기 하부블럭(30)을 직접 가열하지 않고 상기 하부블럭(30)의 중앙에 형성된 관통공(32)의 댐퍼부(32a)를 지나면서 가속되어 빠르게 연소실(33)로 올라간다.

상기 하부블럭(30)의 댐퍼부(32a)를 통과한 불꽃(77)은 상부블럭(40)의 하부에 돌출해서 형성된 원추부(46)에 의해 확산되면서 상부블럭(40)을 달구게 되고 연소기체(수증기)는 다수개의 관통공(47)을 통해 상부로 올라감과 동시에, 일부는 하부블럭(30)의 상부 가장자리에 형성된 다수개의 절결홈(34)을 통해서 연소실(33)로 나간다.

이에 따라 상기 상부블럭(40)의 관통공(47)을 통과하면서 열 전달이 일어나서 발열부(20) 전체를 벌겋게 달구게 하고, 여기에서 발산되는 열로 외벽(50)을 가열하게 된다.

상기 외벽(50)으로 둘러싸여 있는 순환연소실(55)은 외부로 열이 빠져나가는 양보다 축적되는 열이 많으므로 적은 연료로 순환연소실(55)의 온도를 고온으로 유지시킬 수 있다.

또한 순환연소실(55) 내부에 착설된 발열부(20)를 브라운가스의 불꽃(77)에 의해 직화시킴으로써 브라운가스만의 임플로젼과 열핵반응 특성에 의해 발열부(20)는 점점 벌겋게 달구어지면서 발열부(20) 전체가 1,000℃ 이상의 고온상태가 되어 열을 방사한다.

상기 순환연소실(55)의 외벽(50)은 맥반석 등의 원적외선 방사체로 구축하여 수증기가 배출되는 수증기 배출공(52) 이외에는 밀폐되도록 구성하였으므로, 가열된 원적외선 방사체로부터 외부로 방사되는 원적외선은 난방 등의 목적으로 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 산업용 건조실에도 적용할 수 있다.

또한, 상기 원적외선 방사체로 구성된 외벽(50)으로부터 순환연소실(55)의 내부로 방사되는 원적외선을 마주보고 있는 다른 쪽 벽을 서로 서로 가열하게 되어 고온으로 가열하는데 상승작용을 일으키며, 특히 가운데 설치된 발열부(20)는 브라운가스의 연소에 따른 직화열에 의해 가열될 뿐만 아니라, 외벽(50)에서 각각 방사되는 원적외선에 의해 여러 번 가열되는 효과를 얻는다.

이렇게 하여 발열부(20) 전체가 1,000℃ 이상으로 벌겋게 달구어져 원적외선을 계속 방사하고, 상기 외벽(50)을 구성하는 맥반석에서는 발열부(20)의 복사열에 의해 간접 가열되어 지속적으로 원적외선을 방사하므로, 상기 연소실(33) 내부의 온도는 계속 상승하여 고온 상태가 유지되고, 순환연소실(55) 상부, 즉 발열부(20)의 상부에 활활 타오르는 불기둥(80)이 생겨난다. 만약 브라운가스의 공급량을 줄이지 않으면 순환연소실(55)의 외측에 설치된 맥반석, 즉 원적외선 방사체로 구성된 외벽(50)을 녹여 버릴 수도 있다.

따라서 순환연소실(55) 외부로 열이 빠져나가는 양보다 축적되는 열이 많으므로 적은 연료 공급으로 순환연소실(55)의 온도를 고온으로 유지시킬 수 있다.

또한, 순환연소실(55) 내부에 배설된 발열부(20)를 브라운가스의 연소불꽃에 의해 직화시킴으로써 브라운가스만의 임플로젼과 열핵반응 특성에 의해 발열부(20)는 점점 벌겋게 달구어 지면서 발열부(20) 전체가 1,000℃이상의 고온상태가 되어 열을 방사한다.

상기 순환연소실(55)의 외측에 배설되는 외벽(50)은 맥반석 등의 원적외선 방사체로 구축하여 수증기가 배출되는 수증기 배출공(52) 이외에는 밀폐되도록 구성하였으므로, 가열된 외벽(50)으로부터 외부로 방사는 원적외선은 난방 등의 목적으로 이용할 수 있다.

또한, 상기 순환연소실(55) 내부로 방사되는 원적외선은 마주보고 있는 다른 쪽 벽을 서로 서로 가열하게 되어 고온으로 가열하는데 상승작용을 일으켜서 특히 가운데 설치된 발열부(20)는 브라운가스의 직화열에 의해 가열될 뿐만 아니라, 외벽(50) 및 발열부(20)에서 각각 방사되는 원적외선에 의해 여러 번 가열되는 효과를 얻는다.

이렇게 하여 발열부(20) 전체가 1,000℃ 이상으로 벌겋게 달구어져 적외선을 계속 방사하고, 상기 외벽(50)을 구성하는 맥반석에서는 발열부(20)의 간접 열에 의해 지속적으로 원적외선을 방사하므로 순환연소실(55) 내부의 온도는 계속 상승하여 고온 상태가 유지되고, 순환연소실(55) 상부, 즉 발열부(20) 상부에 활활 타오르는 불기둥(80)이 생겨난다. 상기 불기둥(80)은 브라운가스의 연소에 의한 수증기가 순환 연소되고 있음을 실제로 증명한다.

본 발명은 상기와 같이 고유한 특성을 갖는 브라운가스를 연료로 사용하여 소량의 연료로도 순환연소실(55) 내의 온도를 고온으로 유지할 수 있는 밀폐형 구조를 갖춘 순환연소실(55)에서 막대한 에너지를 창출해 내는 것이다.

다음에, 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 브라운가스 연소장치를 일부 절결한 개략적인 사시도이고, 도 6은 도 5에서 화살표 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 취한 단면도이다.

도 5 및 도 6에 도시한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 브라운가스 연소장치와 본 발명의 제 1 실시예에 따른 브라운가스 연소장치와의 차이점을 제 1 실시예의 브라운가스 연소장치에 있어서 상부블럭(40)의 상부에 상기 상부블럭(40')을 뒤집어서 원추부(46)가 상부로 향하도록 추가로 적층시킨 것으로서, 본 발명의 브라운가스 연소장치를 크게 구성한 것으로 제 1 실시예의 동작과 효과가 같으므로 중복되는 설명은 생략한다.

앞에서 설명한 바와 같이 본 발명의 브라운가스 연소장치에 의하면, 브라운가스만의 특성이 적용되는 연소장치에 있어서, 기대상에 설치되는 발열부와, 내부에 연소실을 형성하도록 상기 발열부를 둘러싸며 상부에 수증기 배출공이 형성되며 상·하부가 개방되어 있는 원적외선 방사체로 구성된 외벽과, 도시하지 않은 브라운가스 발생기에서 배출되는 브라운가스를 배관 및 밸브를 통해 받아서 연소시키는 연소버너와, 상기 외벽의 상부 개구부를 덮는 뚜껑을 구비하고 있으므로, 브라운가스를 연소시켜서 발열부를 1,000℃ 이상으로 가열하고, 발열부에서 방사되는 복사열에 의해 원적외선 방사체를 가열하여 원적외선 방사체에서 원적외선을 내·외부로 방사할 수 있으며, 또한 연소실 내부로 공급된 브라운가스가 연소된 후 수증기화되면서 고온의 물분자가 되고, 물분자가 발열부와 원적외선 방사체에서 방사되는 원적외선을 흡수하여 자기 발열 현상에 의해 온도가 초고온으로 상승되면서 H와 O로 이온화되고 재결합되는 연소 사이클을 반복하여 수증기의 연속적인 재연소에 의해 막대한 량의 열을 발생할 뿐만 아니라, 브라운가스를 연소시키므로, 연소용 공기를 공급할 필요가 없고, 연소후에 생성되는 부산물(연기, 그을음, 검댕이, 악취)이 발생되지 않아 부산물을 배출시킬 굴뚝이 필요 없다는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Claims

브라운가스만의 특성이 적용되는 연소장치에 있어서,

기대(10)상에 설치되는 발열부(20)와, 내부에 순환연소실(55)을 형성하도록 상기 발열부(20)를 둘러싸며 상부에 수증기 배출공(52)이 형성되고, 상·하부가 개방되어 있는 원적외선 방사체로 구성된 외벽(50)과, 브라운가스 발생기에서 배출되는 브라운가스를 배관(90) 및 밸브(100)를 통해 받아서 연소시키는 연소버너(60)와, 상기 외벽(50)의 상부 개구부(54)를 덮는 뚜껑(70)을 구비하고, 상기 순환연소실(55)에서 고온의 물분자가 발열부(20)와 외벽(50)으로부터 방사되는 적외선을 흡수하여 자기발열현상에 의해 고열을 발생하는 것을 특징으로 하는 브라운가스 연소장치.
제1항에 있어서, 상기 발열부(20)는 고온에 견딜 수 있는 고온 세라믹스 내화물로 이루어진 것으로서, 상기 발열부(20)는 적어도 3개의 받침대(21)와, 상기 받침대(21) 상에 재치되며 상기 연소버너(60)의 노즐부(60a)에서 분출되는 브라운가스의 연소시에 발생되는 연소불꽃(77)을 모으면서 상부로 안내하도록 관통공(32)의 내측 중간부에 댐퍼부(32a)가 형성되어 있으며, 상부에는 일정간격을 두고 다수개의 절결홈(34)이 형성되어 있는 하부블럭(30)과, 상기 하부블럭(30)의 상부에 배설되어 연소실(33)을 형성하며 상기 연소버너(60)에서 분출되는 불꽃(77)을 확산시키도록 하부에 원추부(46)가 형성됨과 동시에, 상기 연소실(33)에서 생성되는 고온의 수증기를 상부로 이동시키면서 순환 연소되도록 원추 내측에 형성된 다수개의 관통공(47)을 가진 상부블럭(40)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 브라운가스 연소장치.
제1항에 있어서, 상기 상부블럭(40)은 브라운가스 연소버너(60)에서 분출하는 불꽃(77)에 의해 직화되면서 상기 불꽃(77)을 확산시켜 주는 원추부(46)와, 길이방향을 따라 같은 반지름의 지점에 서로 같은 간격을 두고 형성된 관통공(47) 내측에 상부로 돌출해서 형성된 원형돌기부(41)와, 상기 원형돌기부(41)의 외측에 오목하게 형성된 환형상의 원형오목홈(42)과, 상기 원형오목홈(42)의 둘레에 돌출해서 형성된 환형상의 플랜지(43)와, 상기 관통공(47)을 통해서 상기 원형오목홈(42) 내로 안내된 불꽃을 상기 환형상의 플랜지(43) 외부로 방사하도록 상기 환형상의 플랜지(43)에 형성된 다수개의 절결부(44)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 브라운가스 연소장치.