KR100497873B1 - 브라운가스 자동공급시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기름이 아닌 물을 연료화하여 산업용 보일러, 로 등에 24시간 안정적으로 공급할 수 있는 브라운가스 자동공급시스템에 관한 것으로서, 상수도로부터 물을 공급하는 보충수 자동공급장치와 브라운가스를 대량생산하는 횡렬식 전해조를 포함한 브라운가스발생기 본체와 냉동기방식에 의해 일정범위의 상온에서 운전하는 전해액 자동냉각기와 브라운가스 역화방지제어장치 및 역화방지액과 자동공급장치 등으로 구성된 것이다.

본 발명은 전 시스템을 완전자동화하여 무인운전시스템으로 구성한 것이며 특히 브라운가스를 대량으로 연속발생시킬 때 문제점으로 지적되는 전해액 온도상승문제를 해결하여 냉동기방식에 의해 상온상태로 자동운전함으로서 전해효율을 크게 향상시키고 완전자동화를 이룩한 것이다.

Description

브라운가스 자동공급시스템 { Brown Gas Auto Supply System }

본 발명은 기름이 아닌 물을 연료화하여 산업용 보일러, 로 등에 24시간 안정적으로 공급할 수 있는 브라운가스 자동공급시스템에 관한 것으로서, 브라운가스를 대량생산하는 횡렬식 전해조로 구성된 본체와 냉동기 방식에 의한 상온운전 자동냉각장치와 보충수 자동공급장치, 그리고 브라운가스 공급라인에 역화방지제어장치 및 역화방지액 자동공급장치 등으로 구성된 것이다.

여기서 물연료란 물의 전기분해방식에 의해 생산되는 브라운가스 즉, 수소와 산소가 화학당량비 2:1의 혼합비로 혼합된 혼합가스를 말한다.

전기분해기술의 역사는 파라데이가 1833년 전기분해이론을 정립한 이래 170여년이 흘렀으나 그동안 누구도 물을 산업용 연료로 사용하지 못했다. 물을 연료화하여 산업용 보일러, 로 등에 24시간 안정적으로 공급하기 위해서는 다음 조건이 필요하기 때문이다.

첫째, 브라운가스를 대량으로 생산할 수 있는 새로운 전해조의 창안과 개발이 필요하고, 둘째, 대량생산에 따른 발열문제를 해결하기 위하여 효과적으로 냉각시킬 수 있는 효율적인 냉각장치의 구성과, 셋째, 가스생산에 따라 비례하여 소요되는 물을 보충하기 위한 보충수 자동공급장치가 필요하고, 넷째, 브라운가스를 안정적으로 공급하기 위한 역화방지제어장치와 역화방지액 자동공급장치 등이 필수적으로 필요하다.

따라서 본 발명은 이러한 필수조건을 전부 충족하는 물연료 자동공급설비를 제안하여 인류천년의 꿈, 물연료 상용화의 길을 활짝 열기 위한 것이다.

물을 연료화하기 위해서는 새로운 전해조가 필요하였으므로 본 발명자는 브라운가스를 대량으로 발생할 수 잇는 횡렬식 전해조를 창안하여 특허 제275504호, 일본특허 제3130014호 "횡렬식 전해조를 포함한 브라운가스 대량발생장치"를 발명하였다. 상기 횡렬식 전해조는 전극판의 배열을 종전의 방식과 달리 횡렬로 배치하고 이것을 2분의 1피치만큼 어긋나게 종렬로 중첩시켜 작은 크기의 전극판을 대단위 수량으로 구성함으로써 전해효율을 크게 향상시킨 것이다. 상기 인용특허의 전체적인 구성은 도1에서 보는 바와 같이 횡렬식으로 조합한 전해유니트를 내설한 전해장치를 하부에 구성하고 전해유니트에서 발생한 브라운가스가 상승하면서 냉각팬에 의해 냉각될 수 있도록 상부에 전해액 자연순환냉각장치 및 가스포집탱크 그리고 급수탱크로 구성된 것이다.

그러나 전해액이 자연순환 되도록 하고 냉각방식을 공냉식으로 하였으므로 대용량화하기 위한 전해장치의 냉각장치로는 만족할 수 없는 것이다. 이런 경우 수냉식 냉각방법을 채택할 수 있으나 수냉식은 열교환기와 냉각수 쿨링타워가 필요하므로 시설이 복잡해지고 부피가 커지는 단점이 있어 본 시스템에는 도입하기 곤란한 것이다.

따라서 본 발명은 공냉식도 수냉식도 아닌 냉동방식을 채택함으로써 전해액 온도를 상온에서 일정하게 유지하여 24시간 운전하여도 문제가 없도록 한 것이다.

본 발명의 브라운가스 자동공급설비에서 다음으로 중요한 것은 역화방지제어장치이다. 만약 역화가 일어나면 버너의 불이 꺼져버리기 때문에 연속운전을 할 수 없다.

브라운가스를 이용하기 위해서는 역화방지장치가 중요하기 때문에 본 발명자는 특허 제377912호 "브라운가스 역화방지장치"를 발명하여 브라운가스를 안전하게 마음놓고 쓰도록 하였다.

상기 인용특허의 브라운가스 역화방지장치는 역화를 근본적으로 일어나지 않게 하기 위하여 역화방지액으로 헥산(Hexane)을 사용하고 있다. 그러나 헥산을 보충하고 저장하기 위한 플레임 모디파이어 탱크를 2개 마련하여 No.1 탱크의 역화방지용액이 소진되면 No.2 탱크의 용액을 쓰는 방식으로 수동으로 하고 있으므로 본 발명의 대용량에는 불편한 것이다. 따라서 본 발명은 가압식 역화방지용액 자동공급장치와 자동제어장치를 구성한 것이다.

다음으로 본 발명의 물연료 자동공급시스템은 대량의 브라운가스를 공급하는 만큼 그에 따라 물을 자주 보충하여야 하므로 전해조 수위를 상한과 하한을 설정하여 일정수위에서 물이 자동공급 되도록 구성한 것이다.

따라서 본 발명의 전체적인 구성은 보충수 자동공급장치와 횡렬식 전해조를 포함한 브라운가스발생장치인 본체와 전해조를 냉각시키기 위한 냉동기 방식의 전해액 냉각장치와 본체로부터 버너에 브라운가스를 안정적으로 공급하기 위한 역화방지제어장치 등으로 되어 있다.

좀더 구체적으로, 상기 보충수 자동공급장치는 상수도에 연결된 정수기를 통과한 수돗물을 받아두는 보충수 서비스탱크와 서비스탱크의 물을 가압펌프에 의해 가압탱크에 압축저장하는 가압장치와 가압탱크의 출구에 설치되며 또한 전해조 수위에 따라 작동하는 솔레노이드 밸브의 개폐에 따라 물을 자동으로 전해조에 공급할 수 있도록 구성된 것이다.

또한, 상기 브라운가스발생장치의 본체는 전극판 배열방식을 횡렬식으로 구성한 횡렬식 전해조 부분과 교류전원을 직류로 전환하는 정류장치 등으로 구성하여 브라운가스를 대량으로 발생시키는 장치이다.

또한, 상기 전해액 냉각장치는 콤프렛셔와 콘덴서와 익스팬션 밸브(Expansion valve)와 열교환기(Heat Exchanger)로 구성된 냉동기의 하나로서 온도가 높아진 전해액은 전해액 순환펌프에 의해 상기 열교환기를 통과하면서 냉각되어 언제나 일정한 범위의 온도로 자동콘트롤 되는 것이다.

또한, 상기 역화방지제어장치는 만약의 경우 브라운가스버너로부터 역진해오는 화염을 최종차단하기 위한 후레쉬백 아레스터와 화염의 속도를 지연시킴으로써 근본적으로 역화가 일어나지 않게 하기 위한 후레임 모디파이어로 구성된 것으로 후레임 모디파이어에 역화방지액을 자동공급하기 위한 서비스탱크와 가압펌프 및 가압탱크를 구비하고 있는 것이다.

본 발명의 목적은 브라운가스를 대량생산하여 24시간 안정적으로 공급할 수 있는 브라운가스 자동공급시스템을 제안하기 위한 것이므로 무엇보다도 전해조의 발열문제를 해결하여야 한다. 왜냐하면 전해조의 온도가 올라가며 구조상의 내구성을 나쁘게 하고 또한 수증기가 발생하여 가스의 질을 떨어뜨리기 때문이다.

지금까지는 전해조 냉각방식으로 송풍에 의한 공냉식을 주로 채택하여 전해액의 온도를 50∼60℃로 유지하는 것이 보통이었다. 그러나 여름에는 과열되기 십상이어서 문제점으로 지적되고 있다. 그러므로 공냉식은 2000ℓ/h급 이하의 중소형 브라운가스발생기에 적합하고 4000ℓ/h급 이상이 되면 적용하기 곤란한 것이다.

따라서 본 발명은 냉매를 이용하는 냉동기 방식에 의해 전해액 온도를 18∼22℃의 상온에서 자동 콘트롤하여 발열문제를 완벽하게 해결하고 양질의 브라운가스를 안정적으로 공급하기 위한 것이다.

다음으로 해결하여야 할 문제는 역화방지에 관한 것이다. 연료기체의 공기혼합상태에서 최대연소속도를 보면 수소 291 cm/s, 아세틸렌 154 cm/s, 헥산 39 cm/s, 메탄올 55 cm/s 이고 수소와 순수산소의 혼합기체의 경우는 1400 cm/s이며, 아세틸렌과 산소혼합기체는 1,140 cm/s이다. 따라서 수소산소의 혼합기체인 브라운가스는 연소속도가 매우 빠르기 때문에 역화 또는 후렛쉬백이 순간적으로 자주 일어날 수 밖에 없는 기체로서 이러한 역화문제는 완벽하게 해결하지 않으면 안 된다.

따라서 본 발명자는 상기 인용특허 "브라운가스 역화방지장치"와 같이 브라운가스를 탄화수소용액(Hexane, Methanol 등)을 통과시켜 소량의 탄화수소가 브라운가스에 혼입되게 함으로써 화염의 속도를 지연시켜 근본적으로 역화가 일어나지 않게 하여 왔다. 여기서 역화방지용액으로 사용하는 헥산, 메탄올 등을 자동충진하기 위해서는 외부로부터 공급받아 저장하는 서비스탱크와 후레임 모디파이어에 자동충진하기 위한 가압펌프와 가압탱크의 구성이 필요하다.

따라서 본 발명의 브라운가스 후로우는 전해조에서 발생하여 후렛쉬백 아레스터를 거쳐 탄화수소용액이 충진된 후레임 모디파이어를 통과하면서 소량의 탄화수소를 증기형태로 혼입하여 버너에 이르게 되는 것이다.

이 때 버너에서 소모하는 브라운가스량이 전해조에서 생산하는 양보다 적게되면 전해조 내부압력이 상승하게 된다. 지정된 상한압력에 도달하면 전해조 상부에 설치된 압력스위치가 작동하여 전해조 전원을 차단하므로 가스발생을 중단하고 지정된 하한압력에 도달하면 가스를 발생하도록 하여 상한압력과 하한압력 사이에서 자동콘트롤 되도록 구성한 것이다.

따라서 본 발명의 브라운가스 자동공급시스템은 전해조 내부의 상한압력과 하한압력 사이에서 자동운전되면서 소모되는 물은 보충수자동공급장치에 의해 자동으로 공급되며 역화방지용액도 수위에 따라 자동공급되는 시스템으로 구성하여 전체적으로 24시간 자동연속운전 할 수 있도록 구성한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 브라운가스 자동공급시스템에 대하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 인용특허의 전체구성도이고, 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 브라운가스 자동공급시스템을 보여주는 전체시스템도이며 도3, 도4, 도5는 도2에 있어서 보충수 자동공급장치, 브라운가스발생기 본체 및 자동냉각기, 그리고 역화방지제어장치 및 역화방지액 자동공급장치를 각각 보여주는 상세시스템도이다.

도2 내지 도5에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 브라운가스 자동공급시스템은 브라운가스발생기 본체(20)와 상기 본체에 부설한 냉동기방식 자동냉각기(30) 및 보충수 자동공급장치(10)으로 구성되어 있고, 또한 브라운가스를 버너(70)에 안정적으로 공급할 수 있도록 역화방지제어장치(40) 및 역화방지액 자동공급장치(60) 등으로 구성된 것이다.

도3에 도시한 바와 같이 상기 보충수 자동공급장치(10)는 상수도관(11)에 연결한 정수기(12)와 정수된 물을 받아두는 서비스탱크(14)와 서비스탱크(14)의 물을 브라운가스발생기 본체(20)에 공급하기 위한 가압펌프(15)와 가압탱크(16) 등으로 구성된 것이다.

상기 서비스탱크(14)의 수위는 후로트밸브(13)에 의해 자동으로 조절되며 가압펌프(15)와 솔레노이드밸브(18)는 가압탱크(16) 상부에 설치된 압력스위치(17)의 상한과 하한의 설정치에 따라 자동으로 "ON","OFF" 되어 작동되어 가압탱크(16)는 언제나 일정압력 이상의 압력을 유지한다.

도4에 도시한 바와 같이 상기 브라운가스발생장치 본체(20)는 전극판유니트(21)을 내설한 전해조케이스(22)와 이에 연결되어 전해액 수위를 감지하는 수위센서(23)와 전해액 보조탱크(24)와 그리고 정류장치(25) 등으로 구성된 것이다.

본 브라운가스발생기의 보충수는 상기 전해액수위센서(23)의 지시에 따라 보충수자동공급장치(10)의 가압탱크(16)에서 자동으로 공급되는 것으로 전해액 수위가 하한치에 이르면 솔레노이드밸브(19)가 열리면서 가압탱크에 충진된 물의 압력에 의해 자동으로 전해액보조탱크(24)로 공급되며, 전해액 수위가 상한치에 이르면 솔레노이드 밸브(19)가 닫히면서 공급을 중단한다.

전해조케이스(22)에 들어있는 전해액은 보조탱크(24)를 거쳐 자동냉각기(30) 내부에 설치된 열교환기(31)를 통과하면서 냉각되어 다시 전해액순환펌프(26)에 의해 전해조케이스(22) 내부로 공급된다.

본 시스템의 전해액 자동냉각기(30)는 열교환기(31)와 콤프렛셔(32), 콘덴서(33), 익스펜션밸브(34) 등으로 구성된 것으로 냉매가 순환하는 냉동기 사이클에 의해 전해액을 고성능으로 냉각할 수 있고 자동 "ON","OFF" 방식에 의해 온도를 제어하여 전해액 온도를 18℃∼22℃로 유지하도록 한다.

전극판유니트(21)에서 대량으로 발생하는 브라운가스는 전해조케이스(22) 상부에서 포집된 후 가스관로를 따라 역화방지제어장치(40)으로 공급된다.

도5에 도시한 바와 같이 역화방지제어장치(40)는 후렛쉬백 아레스터(41)와 후레임 모디파이어(42) 그리고 역화방지제어판넬(50) 등으로 구성되어 있고 후레임 모디파이어(42)는 역화방지액자동공급장치(60)에 의해 역화방지액을 소모된 만큼 자동으로 공급받는다.

역화방지액 자동공급장치(60)는 서비스탱크(61)와 가압펌프(62)와 가압탱크(63) 등으로 구성된 것으로 가압탱크(63) 상부에 설치된 압력스위치(64)의 상한과 하한의 설정치 내에서 자동으로 "ON","OFF" 되어 작동하는 가압펌프(52)와 솔레노이드밸브(65)의 개폐에 따라 자동으로 충진되어 일정압력을 항상 유지한다.

가압탱크(63)에 충진된 역화방지액은 후레임 모디파이어(42) 상부에 설치된 레벨센서(43)에 의해 작동하는 솔레노이드 밸브(66)의 개폐에 따라 자동으로 후레임 모디파이어(42) 내부로 공급되며 설정된 일정수위를 유지한다.

여기서 본체(20)의 콘트롤 판넬과 별도로 역화방지제어판넬(50)이 설치된 것은 본체와 거리가 떨어져 있어 역화방지장치를 별도로 제어하기 위한 것이다.

따라서 브라운가스발생장치 본체(20)에서 대량으로 발생하는 브라운가스는 가스관로를 지나 물이 채워진 후렛쉬백 아레스터(41) 속으로 침지관을 따라 들어가고 물속을 통과한 후 상부에 포집되어 다시 후레임 모디파이어(42) 속으로 침지관을 따라 들어가 역화방지액을 통과한 후 상부에 포집되어 가스관로를 따라 마지막으로 브라운가스버너(70)에 공급된다.

또한 전체적인 가스생산량은 브라운가스버너(70)에서 사용하는 가스사용량에 따라 브라운가스발생기본체(20)에 설치된 압력스위치(27)가 작동하여 전극판유니트(21)에 공급하는 전원을 "ON","OFF" 함으로써 가스발생량을 조절하게 된다.

<실시예>

본 발명자의 기업연구소에는 브라운가스 6000ℓ/h가 소요되는 맥반석가열로가 설치된 원적외선 사우나 룸이 상설되어 있다. 본 원적외선 사우나 룸은 본 발명자가 선출원하여 등록한 한국특허 제379768호, 미국특허 US6,443,725 "물의 순환연소에 의한 에너지창출장치"를 실행하여 보여주기 위하여 상설되어 있는 것으로 에너지창출장치 내부에서 물이 타고 있는 모습을 누구나 직접 눈으로 확인할 수 있고 또한 물이 타는 현상을 인터넷 홈페이지에 동영상으로 공개하고 있다.

본 발명자는 본 사우나 룸에 브라운가스발생기 모델 BS-2000(가스발생량:2000ℓ/h)를 3대를 연결하여 브라운가스소요량 6000ℓ/h를 충당하고 있었으나 상기 인용특허 "횡렬식 전해조를 포함한 브라운가스 대량발생장치"에 의한 대용량의 브라운가스발생기 모델 BK-6000 이 나온 이후로 모델을 교체하여 현재는 본 발명에 의한 "브라운가스 자동공급시스템"을 적용하여 브라운가스 6000ℓ/h를 공급하고 있다.

BK-6000모델의 사양은 가스생산량: 6000ℓ/h, 가스운전압력 1.0kg/cm², 물소모량: 3.24ℓ/h, 소모전력:22.5Kwh, 크기:W850× H1430× L1750이며 브라운가스 가열로, 히터, 보일러에 사용할 수 있는 대형브라운가스발생기이다.

따라서 본 발명의 일실시예로서 본 발명자는 BK-6000모델의 브라운가스발생기 본체(20)를 구비하고 냉동기방식에 의한 자동냉각기(30)와 자동급수장치(10)을 부설한 후 브라운가스 공급라인에 역화방지제어장치(40)와 역화방지용액 자동공급장치(60)을 설치하여 원적외선사우나룸에 설치된 브라운가스버너(70)에 6000ℓ/h 용량의 브라운가스를 매일 공급함으로써 원적외선사우나룸의 실내온도를 90℃ 이상으로 유지하고 있다.

상기와 같이 본 발명에 의한 브라운가스 자동공급시스템의 실시결과, 상수도에 연결된 물이 자동급수되고 역화방지용액도 소모된 만큼 자동공급되며 브라운가스버너조절에 의한 가스사용량에 따라 가스생산량을 자동조절하여 원적외선 사우나룸의 실내온도를 90℃ 이상으로 유지함으로써 24시간 무인운전을 위한 본 발명의 목적을 달성하였고 또한 물이 타고 있는 모습을 언제나 볼 수 있게 하였다.

요즈음은 횡렬식 전해조에 의한 100,000∼300,000ℓ/h 급의 브라운가스 대량발생장치를 얼마든지 생산할 수 있으므로 이에 본 발명의 브라운가스 자동공급시스템을 적용하여 브라운가스를 대량공급함으로써 산업용 가열로, 보일러 등의 연료로 사용할 수 있다.

특히 브라운가스는 고온을 낼 수 있으므로 브라운가스 고온열분해 용융소각로에 적용하면 모든 쓰레기를 태워 용융시켜버리므로 환경공해문제를 해결하고 소각재는 고형화하여 자원으로 활용할 수 있다.

또한 쓰레기 소각 후 나오는 폐열을 이용하여 난방 등의 목적으로 활용할 수 있으므로 청정연료공급단지를 건설하여 에너지문제를 해결할 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 브라운가스 자동공급시스템은 수도관에 연결된 물을 공급받아 연료화함으로써 명실상부한 물연료 상용화 시대를 열어 놓은 아주 유용한 발명인 것이다.

도1은 인용특허의 전체구성도.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 전체구성을 보여주는 시스템도.

도3은 도2에 있어서 보충수자동공급장치의 상세시스템도.

도4는 도2에 있어서 브라운가스발생기 본체와 냉각기에 대한 상세시스템도.

도5는 도2에 있어서 역화방지제어장치 및 역화방지액 자동공급장치에 대한 상세시스템도.

<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 보충수 자동공급장치 11: 상수도관

12: 정수기 14: 서비스 탱크

15: 가압펌프 16: 가압탱크

20: 브라운가스발생기 본체 21: 전극판 유니트

22: 전해조 케이스 24: 보조탱크

25: 정류장치 26: 전해액 순환펌프

30: 자동냉각기 31: 열교환기

32: 콤프렛셔 33: 콘덴서

40: 역화방지제어장치 41: 후렛쉬백 아레스터

42: 후레임 모디파이어 50: 제어판넬

60: 역화방지액 자동공급장치 61: 서비스 탱크

62: 가압펌프 63: 가압탱크

70: 브라운가스버너

Claims (4)

1. 전극판 유니트(21)를 내설한 전해조 케이스(22)와 전해액 수위센서(23)와 전해액 보조탱크(24), 그리고 정류장치(25)로 구성된 브라운가스발생기 본체(20)와; 상기 전해액 수위센서(23)의 지시에 따라 물을 공급하는 보충수 자동공급장치(10)와; 상기 전해조 케이스(22)에 충진되는 전해액을 냉각하기 위한 전해액 자동냉각기(30)와; 상기 전해조 케이스(22) 상부에 포집되는 브라운가스를 안정적으로 공급하기 위한 후렛쉬백 아레스터(41)와 후레임 모디파이어(42)로 구성된 역화방지제어장치(40)와; 상기 역화방지제어장치(40)에 역화방지액을 자동공급하기 위한 서비스 탱크(61)와 가압펌프(62) 및 가압탱크(63)로 구성된 역화방지액 자동공급장치(60)으로 구성된 것을 특징으로 하는 브라운가스 자동공급장치.
2. 상기 1항에 있어서, 브라운가스발생기 본체(20)에는 열교환기(31)와 콤프렛셔(32), 콘덴서(33), 익스펜션밸브(34) 등으로 구성한 냉동기방식 자동냉각기(30)을 부설하여 전해액을 순환펌프(26)에 의해 순환시키면서 일정온도의 상온에서 자동운전하도록 구성한 것을 특징으로 하는 브라운가스 자동공급시스템.
3. 상기 1항에 있어서, 보충수 자동공급장치(10)는 상수도관(11)에 연결한 정수기(12) 및 서비스탱크(14)와, 서비스탱크(14)의 물을 브라운가스발생기 본체(20)에 내설한 전해액 보조탱크(24)에 공급하기 위한 가압펌프(15) 및 가압탱크(16) 등으로 구성한 것을 특징으로 하는 브라운가스 자동공급시스템.
4. 청구항4 삭제