KR100653386B1 - 수소 연료를 이용한 고효율 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 수소 연료를 이용한 고효율 보일러는 온수, 난방수, 증기 중의 어느 하나 이상을 발생하는 보일러에 있어서, 물을 내장한 본체, 상기 본체 내의 물속에 배치되는 연소통, 상기 본체의 외부에서 삽입됨과 더불어 상기 연소통의 내부와 통하여 수소와 산소를 분사하는 가스분사기, 상기 본체의 외부에서 삽입됨과 더불어 상기 연소통의 내부와 통하여 상기 가스분사기의 선단부에 전기불꽃을 방사하는 착화기, 상기 연소통과 연결됨과 더불어 선단부가 아래쪽으로 굽어서 상기 본체 내의 물에 잠겨서 수증기를 폭기시키는 다수의 폭기관, 상기 연소통의 단부에 연결되는 선단부가 상기 본체 내의 물의 수면 위로 돌출되는 압력보상파이프, 상기 압력보상파이프의 상단부에 설치되어 본체 내의 물의 수면 위쪽의 압력이 연소통 내의 압력보다 높을 때에 개방되는 체크밸브로 이루어진다.

따라서 본 발명은 수소가 연소된 상태인 수증기가 대기로 유출되지 않고 본체 내부에서 모두 소모되기 때문에, 열교환에 필요한 구성요소를 매우 간단하게 구성할 수 있고, 본체의 외벽의 단열을 강화하면 100%에 매우 근접한 효율이 되어 보일러의 효율을 극대화할 수 있는 등의 효과를 발휘한다.

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Description

수소 연료를 이용한 고효율 보일러{HYDROGEN BOILER}

도 1은 본 발명에 의한 수소 연료를 이용한 고효율 보일러의 일 예를 나타내는 단면도,

도 2는 본 발명에 의한 수소 연료를 이용한 고효율 보일러의 다른 예를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 본체 2 : 연소통

3 : 가스분사기 4 : 착화기

5 : 폭기관 6 : 압력보상파이프

7 : 체크밸브

본 발명은 수소 연료를 이용한 고효율 보일러 즉 수소 보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수소를 연소한 열량 전부를 보일러의 내부에서 소모시킴으로써 효율을 극대화할 수 있도록 하는 수소 연료를 이용한 고효율 보일러에 관한 것이다.

일반적으로 보일러는 전기보일러, 가스보일러, 석유보일러 등으로 대별되는 바, 상기 전기보일러는 전기히터를 열원으로 한 구조이고, 가스보일러와 석유보일러는 가스와 석유를 각각 열원으로 한 구조이다.

또한 보일러는 냉수를 가열하여 온수, 난방수, 증기로 가변시키는 바, 난방수는 배관을 따라 순환하면서 실내를 가열하게 되고, 상기 온수는 사용자의 식기세척수나 목욕수 등에 사용되며, 상기 증기는 배관을 따라 실내를 가열하거나 세탁소 등에서 증기를 그대로 사용하거나 산업 현장에서 살균, 소독 등에 사용된다.

여기서 전기보일러를 제외한 종래의 보일러는 버너와 열교환기로 이루어진 가열장치를 구비하고 있는 바, 일 예로 버너의 출구측에 다수의 열교환기가 연결되어 열교환기 내의 물을 가열하게 되고, 상기 버너에서 연소된 가스가 연통을 통하여 외부로 배출되는 구조로 이루어진다.

즉 종래에는 연료를 연소실 내부에서 연소시킨 뒤에 연통을 통하여 외부로 배출되기 때문에, 열교환기를 구조적으로 개선하거나 폐열을 재사용하는 구조를 부가적으로 구성하여 연소열을 최대한 이용하여 보일러의 효율을 증대하게 된다.

그러나 이러한 종래의 보일러는 연료의 연소열이 폐열 형태로 연통을 통하여 외부로 배출되기 때문에, 폐열의 배출에 따른 보일러 효율의 감소를 막을 수가 없었다는 단점이 있다.

물론 폐열을 최대한으로 이용한 구조로 보일러 효율을 증대할 수 있으나 이러한 구조는 보일러 자체의 구조적 복잡성으로 인하여 보일러의 생산 단가를 상승시키는 요인이 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 간단한 구조로써 수소를 연소한 열량 전부를 보일러의 내부에서 소모시킴으로써 효율을 극대화할 수 있는 수소 연료를 이용한 고효율 보일러를 제공하는 데 있다.

이를 실현하기 위하여, 본 발명은 온수, 난방수, 증기 중의 어느 하나 이상을 발생하는 보일러에 있어서, 물을 내장한 본체, 상기 본체 내의 물속에 배치되는 연소통, 상기 본체의 외부에서 삽입됨과 더불어 상기 연소통의 내부와 통하여 수소와 산소를 분사하는 가스분사기, 상기 본체의 외부에서 삽입됨과 더불어 상기 연소통의 내부와 통하여 상기 가스분사기의 선단부에 전기불꽃을 방사하는 착화기, 상기 연소통과 연결됨과 더불어 선단부가 아래쪽으로 굽어서 상기 본체 내의 물에 잠겨서 수증기를 폭기시키는 다수의 폭기관, 상기 연소통의 단부에 연결되는 선단부가 상기 본체 내의 물의 수면 위로 돌출되는 압력보상파이프, 상기 압력보상파이프의 상단부에 설치되어 본체 내의 물의 수면 위쪽의 압력이 연소통 내의 압력보다 높을 때에 개방되는 체크밸브로 이루어지는 수소 연료를 이용한 고효율 보일러를 제공한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1과 도 2는 본 발명에 의한 수소 연료를 이용한 고효율 보일러를 나타내 는 도면으로서, 본 발명의 보일러는 수소를 연료로 함과 더불어 수소의 연소열 또는 고온수증기를 그대로 이용하는 구조로 이루어지며, 종래의 증기보일러와 온수보일러와 마찬가지로 온수, 난방수, 증기 중의 어느 하나 이상을 발생하게 된다.

즉 본 발명의 보일러는 물을 내장한 본체(1) 내에 연소통(2)이 배치되고, 상기 연소통(2)에서 수소를 연소하기 위한 가스분사기(3)와 착화기(4)가 밀봉 결합되며, 상기 연소통(2) 내부와 연통하는 다수의 폭기관(5)과 압력보상파이프(6)가 상기 연소통(2)에 연결되고, 상기 압력보상파이프(6)의 상단부에 체크밸브(7)를 결합하는 구조로 이루어진다.

여기서 상기 연소통(2)은 상기 본체(1)의 내부에 있는 물속에 잠겨서 배치되어 일차적으로 물을 가열하게 된다.

상기 가스분사기(3)는 상기 본체(1)의 외부에서 삽입됨과 더불어 상기 연소통(2)의 내부와 통하여 수소와 산소를 분사하게 된다.

물론 가스분사기(3)에는 가스분사속도가 낮아져서 역화되는 것을 방지하기 위하여 체크밸브를 내장하고 있음은 자명하며, 수소와 산소는 투입되기 전에 결합될 수 있을 뿐만 아니라 가스분사기(3) 내부에서 혼합될 수도 있는 것이다.

한편 상기 착화기(4)는 상기 가스분사기(3)와 마찬가지로 상기 본체(1)의 외부에서 삽입됨과 더불어 상기 연소통(2)의 내부와 통하여 상기 가스분사기(3)의 선단부에 전기불꽃을 방사하게 된다.

상기 폭기관(5)은 상기 연소통(2)과 연결됨과 더불어 선단부가 아래쪽으로 굽어서 상기 본체(1) 내의 물에 잠겨서 수증기를 폭기하게 되는 바, 도면과 같이 상측으로 돌출되어 본체(1) 내의 수면 위쪽으로 상승한 뒤에 선단부가 아래쪽으로 절곡 형성되는 것이 바람직하다.

물론 상기 폭기관(5)과 연소통(2)의 구조를 다양하게 구성할 수 있는 바, 폭기되는 수증기를 더욱 원활하게 폭기하기 위한 구조로 변경할 수 있음은 자명한 사실이다.

상기 압력보상파이프(6)는 상기 연소통(2)의 단부에 연결되는 선단부가 상기 본체(1) 내의 물의 수면 위로 돌출된다.

상기 체크밸브(7)는 상기 압력보상파이프(6)의 상단부에 설치되어 본체(1) 내의 물의 수면 위쪽의 압력이 연소통(2) 내의 압력보다 높을 때에 개방되고, 연소통(2) 내의 압력이 본체(1) 내의 수면 위쪽의 압력보다 클 때에는 폐쇄되는 바, 이는 연소통(2) 내부로 수소와 산소의 공급이 중단되어 고온 고압의 수증기의 공급이 중단되어 연소통(2) 내부의 압력이 저하될 때에 본체(1) 내의 수면 위쪽 압력과 연소통(2) 내부의 압력 차이의 발생을 제거하여 본체(1) 내의 물이 폭기관(5)을 통하여 연소통(2) 내부로 유입되는 것을 방지하게 된다.

다른 한편 본 발명에서는 수증기를 이용하는 보일러에 적용되는 것이 바람직한 바, 이는 도 2에 도시한 바와 같이 상기 본체(1)의 상부면에 증기출구부(1a)를 형성하고, 상기 증기출구부(1a) 내부에 물을 분사, 분무하는 물분사기(8)를 설치하고, 상기 물분사기(8)와 본체(1)의 하측을 연결하는 파이프(9) 상에 펌프(10)를 설치하여 본체(1) 내의 물을 증기출구부(1a)로 분사, 분무하는 것을 포함한다.

즉 상기 물분사기(8)는 수소와 산소가 결합 연소되면 고온, 고압의 수증기가 발생되는 바, 본체(1) 내의 물속에서 미처 액화되지 않은 수증기가 증기출구부(1a)로 유출될 때 절대 습도가 낮아지고 수증기의 온도가 매우 높을 수 있으므로 이를 조정하기 위하여 이차적으로 수증기 내에 수분을 공급함과 더불어 이를 냉각하는 것이다.

아무튼 본 발명에서는 종래와 상이하게 연소 가스를 외부로 유출하는 연통이 불필요하게 되고, 온수열교환기(11)를 본체(1) 내의 물속에 내장하여 외부에서 유입되는 냉수를 가열하여 온수 또는 난방수를 이용할 수 있고, 상기 본체(1) 내의 물의 수위를 감지하여 보충수를 공급하는 구성, 본체(1) 내의 물의 온도 또는 압력을 감지하여 수소와 산소의 공급을 차단하는 구성, 그 밖의 제어장치 등이 종래와 같이 설치됨은 자명한 사실이다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 수소 연료를 이용한 고효율 보일러는 다음과 같이 작용한다.

착화기에 전기를 공급하여 가스분사기(3)의 선단부에 전기불꽃을 발생시킨 뒤, 수소와 산소를 가스분사기(3)로 분사하면 수소와 산소가 연소통(2) 내부에 연소하여 고온, 고압의 수증기가 발생되어 연소통(2) 내의 압력이 상승하면서 체크밸브(7)가 닫히게 된다.

이 때 상기 연소통(2)이 가열되면서 일차적으로 본체(1) 내의 물을 가열하게 된다.

그리고 상기 연소통(2) 내의 압력이 상승하면서 고온, 고압의 수증기가 폭기관(5)을 통하여 분출되어 본체(1) 내의 물을 폭기하게 되며, 이에 따라 고온, 고압 의 수증기가 이차적으로 물을 가열하면서 액화된다.

여기서 고온의 수증기가 물과 직접적으로 열교환하기 때문에, 대부분의 폭기 수증기는 폭기되는 과정에서 액화되며, 본체(1) 내의 물은 폭기되는 수증기로 인하여 신속하게 교반되어 전체적으로 일정한 온도로 신속하게 가열된다.

본체(1) 내에서 신속하게 가열된 물은 기화되어 본체(1) 내부에서 고온의 물과 고압의 수증기 상태로 내장되는 바, 온수열교환기를 통하여 온수 또는 난방수로 이용되고 고온, 고압의 수증기를 그대로 이용할 수 있는 것이다.

한편 본체(1) 내부의 물의 온도 또는 압력이 기준치 이상이 되면 수소와 산소의 공급을 중단하게 되면 연소통(2) 내부의 온도가 떨어지면서 이곳의 압력이 저하된다.

이 때 체크밸브(7)가 개방되면서 본체(1) 내의 수면 위쪽 압력과 연소통(2) 내부의 압력이 동일하게 되어 폭기관(5)을 통하여 물이 역류되지 않게 되어 연소통(2) 내부에 일부의 수증기 또는 액화된 물 만이 발생되어 수소와 산소를 다시 연소할 수 있는 상태가 되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 수소가 연소된 상태인 수증기가 대기로 유출되지 않고 본체 내부에서 모두 소모되기 때문에, 열교환에 필요한 구성요소를 매우 간단하게 구성할 수 있고, 본체의 외벽의 단열을 강화하면 100%에 매우 근접한 효율이 되어 보일러의 효율을 극대화할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 온수, 난방수, 증기 중의 어느 하나 이상을 발생하는 보일러에 있어서,

   물을 내장한 본체,

   상기 본체 내의 물속에 배치되는 연소통,

   상기 본체의 외부에서 삽입됨과 더불어 상기 연소통의 내부와 통하여 수소와 산소를 분사하는 가스분사기,

   상기 본체의 외부에서 삽입됨과 더불어 상기 연소통의 내부와 통하여 상기 가스분사기의 선단부에 전기불꽃을 방사하는 착화기,

   상기 연소통과 연결됨과 더불어 선단부가 아래쪽으로 굽어서 상기 본체 내의 물에 잠겨서 수증기를 폭기시키는 다수의 폭기관,

   상기 연소통의 단부에 연결되는 선단부가 상기 본체 내의 물의 수면 위로 돌출되는 압력보상파이프,

   상기 압력보상파이프의 상단부에 설치되어 본체 내의 물의 수면 위쪽의 압력이 연소통 내의 압력보다 높을 때에 개방되는 체크밸브로 이루어지는 수소 연료를 이용한 고효율 보일러.
2. 제1항에 있어서,

   상기 본체의 상부면에 증기출구부를 형성하고, 상기 증기출구부 내부에 물을 분사, 분무하는 물분사기를 설치하고, 상기 물분사기와 본체의 하측을 연결하는 파 이프 상에 펌프를 설치하여 본체 내의 물을 증기출구부에 분사, 분무하는 것을 포함하여 이루어지는 수소 연료를 이용한 고효율 보일러.

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