KR100791047B1 - 비연소 촉매사용 수소 보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소가 표면에 닿을 경우 화학적 촉매반응으로 열을 발생시키는 발열촉매를 이용하여 난방이 가능하도록 하는 비연소 촉매사용 수소보일러에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 열교환기에서 열교환이 이루어진 난방용수를 난방에 사용함에 있어서, 상기 열교환기의 하부에 수소와 화학적 촉매 반응을 일으켜 열을 발생시키는 발열촉매를 구비하고, 상기 발열촉매의 하부에 발열촉매로 수소를 분사 공급하는 노즐을 구비하며, 상기 노즐에는 물을 전기 분해시킨 수소가 공급되게 전기분해로를 구비함으로써 이루어지는 것으로, 전기분해로는 보일러의 설정온도에 의하여 전압 또는 주파수의 가변으로 발생 수소의 량을 조절하는 한편 상기 전기분해로에서 분해된 수소는 역화방지기와 전자밸브를 통하여 노즐로 공급되게 되며, 노즐에서 분사된 수소는 발열촉매에 접촉되며 촉매반응에 의해 열을 발생시켜 열교환기에 채워진 난방용수를 가열시키게 된다.

비연소, 촉매, 보일러, 수소, 전기분해

Description

비연소 촉매사용 수소 보일러{Non-combustion catalytic use hydrogen boiler}

도 1은 본 발명의 실시예 구성도

도 2는 본 발명의 온수 열교환기 내부도

도 3은 본 발명의 열교환장치 내부도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 : 순환펌프 30 : 3웨이 밸브

40 : 온수열교환기 50 : 난방장치

100 : 열교환장치 120 : 발열촉매

130 : 노즐 140,141 : 팬

150 : 전기분해로

본 발명은 수소가 표면에 닿을 경우 화학적 촉매반응으로 열을 발생시키는 발열촉매를 이용하여 비연소 방식으로 난방이 가능하도록 하는 비연소 촉매사용 수소보일러에 관한 것이다.

난방용수를 가열시키기 위한 난방용 보일러는 석유나 가스 등의 화석연료를 연소시켜 에너지를 얻거나, 최근 수소와 산소를 혼합한 브라운 가스를 연소시켜 에너지를 얻고 있으나, 화석연료를 사용하는 경우 완전연소가 이루어지지 않아 CO 및 NOx 등을 발생시켜 지구환경을 오염시키는 원인이 되고 있으며, 브라운 가스를 사용하는 경우 고열이 발생하여 높은 에너지를 얻을 수는 있으나, 브라운가스의 연소시 연소실을 구성하는 금속을 녹일 정도의 고열이 발생하게 되어 난방용 보일러로 사용하기가 힘이 들고, 또한 브라운 가스를 사용하는 보일러의 경우 탄화수소를 연료탱크에 저장하게 되어 저장의 어려움과 함께 연소 정도를 세밀하게 조절할 수 없는 불편이 있는 것이었다.

특히 기존의 보일러는 연료를 연소시켜 에너지를 얻고 있으나, 연료를 연소시키기 위해서는 전기적인 점화장치를 필요로 하는 한편 공기 중의 산소를 소모하게 되어 공기의 순환이 이루어지지 않는 실내에서는 질식사의 우려도 있는 것이었다.

본 발명은 수소를 이용하여 난방 용수를 가열시키도록 하되 수소를 연소시키지 않고 수소와 화학적 촉매 반응을 일으켜 난방용수를 가열시키도록 함으로써, 연료를 연소시키지 않아 연료를 연소시킬 때 발생하는 문제를 해결할 수 있는 것이다.

그리고 전기분해로 연속적인 수소를 공급할 수 있도록 하는 한편 전기분해장치의 전압 또는 주파수를 조절하여 수소 발생량을 조절함으로써 발열촉매의 발열온 도를 조절하여 결국 보일러의 온도를 조절할 수 있는 것이다.

특히 본 발명은 수소와 접촉할 경우 연소시키지 않더라도 고열을 확산하여 발생하는 비연소 발열 촉매를 사용하여 난방용수의 가열이 가능하도록 하는 것이다.

이러한 본 발명은 열교환기에서 열교환이 이루어진 난방용수를 난방에 사용함에 있어서, 상기 열교환기의 하부에 수소와 화학적 촉매 반응을 일으켜 열을 발생시키는 발열촉매를 구비하고, 상기 발열촉매의 하부에 발열촉매로 수소를 분사 공급하는 노즐을 구비하며, 상기 노즐에는 물을 전기 분해시킨 수소가 공급되게 전기분해장치를 구비함으로써 이루어지는 것으로, 전기분해는 전압 또는 주파수를 가변하여 발생 수소의 량을 조절하여 보일러의 온도를 조절하는 한편 상기 전기분해로에서 분해된 수소는 역화방지기와 전자밸브를 통하여 노즐로 공급되게 되며, 노즐에서 분사된 수소는 발열촉매에 접촉되며 촉매반응에 의해 열을 발생시켜 열교환기에 채워진 난방용수를 가열시키게 된다.

본 발명은 수소를 연료로 사용하되 연소를 시키지 않고 수소와 화학적 촉매 반응을 일으켜 열을 발생하는 발열촉매를 이용하여 열을 발생시키도록 한 후 발열촉매에서 발생된 열을 열교환기에서 난방용수와 열교환이 이루어지게 하여 난방이 이루어지게 하는 한편 전기분해로에서 물을 전기분해하여 연속적인 수소의 생산이 가능하도록 하는 동시에 전압 또는 주파수 조절로 수소의 생산량을 조절할 수 있도록 하고, 전기분해로에서 생산된 수소를 노즐에서 발열촉매로 분사시켜 발열촉매에 서 열을 발생시키도록 하는 것이다.

본 발명에서 수소와 촉매 반응하여 열을 발생시키는 발열촉매는 이미 공지된 기술을 적용한 제품을 사용하게 된다.

이러한 본 발명은 전기분해로에서 물을 전기 분해시켜 생성시킨 수소는 역화방지기와 전자밸브를 통하여 노즐로 공급되어 발열촉매로 분사되게 함으로써 발열촉매에서 화학적 촉매 반응을 일으켜 열을 발생시키고, 발생된 열은 열교환기에서 난방용수와 열교환이 이루어져 난방에 이용될 수 있도록 하는 것으로, 노즐에서 연료인 수소를 연소시키지 않고 비연소 방식으로 발열촉매로 분사시키는 과정에 의해 발열촉매에서 열을 발생시키게 되어 열교환기를 활용하여 보일러로 사용하게 되는 것이다.

본 발명을 첨부된 실시예 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 수소를 공급받아 비연소 방식으로 열을 발생시켜 난방용수를 가열시키는 열교환장치(100)를 구비하고, 상기 열교환장치(100)에는 연료인 수소를 공급받아 확산되게 분사시키는 노즐(130)을 구비하되 상기 노즐(130)의 상부에는 수소와 화학적 촉매 반응을 일으켜 열을 발생시키는 발열촉매(120)를 구비하며, 상기 발열촉매(120)의 상부에는 내부를 흐르는 난방용수를 발열촉매(120)에서 발생되는 열과 열교환시켜 가열하는 열교환기(110)를 구비하게 된다.

상기 열교환장치(100)에 내장되는 노즐(130)은 전기분해로(150)에서 공급되는 수소를 확산하는 형태로 발열촉매(120)에 분사시키게 되는 것으로, 발열촉매(120)에 접촉 면적이 많아지도록 분사시키며, 상기 노즐(130)에는 전기분해 로(150)에서 물을 전기 분해시켜 발생시킨 수소가 가스관(151)을 통하여 공급될 수 있도록 하되 상기 전기분해로(150)에서 생성된 수소는 가스의 흐름과 역방향으로 불꽃이 역류하지 않게 차단하는 역화방지기(131)를 통한 후 수소 공급을 제어하는 전자밸브(132)를 통하여 공급되게 한다.

전기분해로(150)는 물과 전기를 공급받아 물을 전기로 전기분해시킴으로서 수소를 발생시키게 되는 것으로, 전압 또는 주파수를 조절하면 발생되는 수소의 량을 조절할 수 있게 되고, 이는 발열촉매(120)에 공급되는 수소의 양이 적어져 발열량이 적어지는 것을 의미하게 되므로, 결국 전기분해로(150)의 전압 또는 주파수를 조절하여 보일러의 온도를 조절할 수 있게 된다.

즉 난방수 또는 온수의 온도를 설정해놓고 온도차가 클 경우는 수소 발생량을 많이 나오게 전기분해로(150)의 전압 및 주파수를 높여 주고, 설정온도에 근접했을 경우에는 전압이나 주파수를 낮추어 수소량이 적게 나오게 하여 과열을 방지하고 전기의 소모를 줄여 에너지 절감의 효과와 물의 온도를 일정하게 하는 비례제어가 가능하도록 한다

그리고 설정온도에 도달하면 전기분해를 정지시키고 전기분해로(150)에 있는 잔류 수소가 소모될 때까지 밸브를 열어 수소가 남아있지 않게 함으로써, 수소를 저장 하는데 따른 위험성을 없애어 폭발 위험성을 없애게 된다.

상기 열교환장치(100)에 내장된 발열촉매(120)는 등록특허 10-0566966호 및 등록특허 10-0585400호에 게재되어 공지된 바와 같이 수소가 닿을 경우 화학적 촉매 작용으로 열을 발생하게 되는 것으로, 촉매와 연료의 접촉시간 및 접촉효율을 증가시키고 산화반응시 발생되는 수분을 효율적으로 기화 증발시켜 발열성을 증대시키기 위하여 연료가 산소와 비연소 촉매 화학반응에 의하여 발열되도록 하는 촉매가 코팅되며 세라믹 폼(CERAMIC FOAM), 메탈 메쉬(METAL MESH), 메탈릭 폼(METALLIC FOAM), 세라믹 하니컴(CERAMIC HONEYCOMB) 및 메탈 하니컴(METAL HONEYCOMB)로부터 선택되는 내화성 삼차원 구조물로 된 발열부를 채용한 것을 특징으로 하며, 상기 촉매는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 바나듐(V), 니켈(Ni), 텅스텐(W) 및 이들 금속의 조합물을 이용하여 코팅이 이루어지도록 한다.

본 발명의 발열촉매(120)는 촉매와 연료의 접촉시간 및 접촉효율을 증가시키기 위하여 삼차원 구조물로 이루어지고 표면에 촉매 코팅이 이루어지는 것으로, 물을 전기 분해시켜 발생된 수소가 닿을 경우 화학적 촉매 반응으로 900-1000^oC의 열을 확산 발열시키게 되며, 이러한 발열촉매(120)는 공지된 제품을 이용하므로, 이에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.

상기 발열촉매(120)에서 촉매가 수소와 반응하여 발생시킨 열은 상부에 설치된 열교환기(110)로 전달되어 난방용수를 가열시키게 되는 것으로, 열교환기(110)는 난방용수가 흐르는 파이프(111)의 외측에 방열핀(112)을 설치하여 열교환이 쉽게 이루어지도록 하며, 열교환기(110)의 파이프(111)를 흐르는 난방용수는 물 또는 열매체를 이용하여 가열이 되게 한다.

한편 열교환장치(100)에는 하부에 외부공기를 흡입하는 팬(140)이 설치되는 한편 상부에는 내부 공기를 배출시키는 팬(141)을 설치하여 열교환장치(100)에 외 부 공기의 순환이 이루어져 발열촉매(120)의 촉매 반응을 도와주며, 여기서 공기를 배출하는 팬(141)만 설치하고, 외부공기를 유입시키는 팬(140)은 설치하지 않아도 큰 지장을 주진 않는다.

상기 열교환기(110)에서 열교환이 이루어져 뜨거워진 난방수는 3웨이 밸브(30)로 유입되어 난방장치(50)로 흐르게 하거나 온수 열교환기(40)로 흐르게 하여 난방 또는 온수 공급이 이루어지게 한다.

여기서 3웨이 밸브(30)는 열교환기(110)에서 공급되는 뜨거운 난방용수를 난방장치(50) 또는 온수 열교환기(40)로 흐르도록 선택하는 것으로, 난방장치(50)로 흐르게 할 경우 난방 파이프 또는 팬 코일 등을 통한 통상의 난방이 이루어지게 되고, 온수 열교환기(40)로 흐르게 할 경우 열교환코일(41)을 흐르면서 수도파이프에서 인입되는 직수를 가열하여 온수로 배출시키도록 한다.

따라서 3웨이 밸브(30)는 평상시 난방장치(50)로 난방수가 흐르게 하고, 온수를 사용하고자 하는 경우만 난방수가 온수 열교환기(40)로 흐르게 하면 된다.

난방장치(50)에서 난방이 이루어지고 온도가 낮아진 난방용수는 순환펌프(10)를 거쳐 열교환기(110)의 파이프(111)로 유입되면서 다시 열교환이 이루어진 후 난방장치(50)로 공급되게 하는 과정을 반복하게 되고, 이때 난방용수가 부족할 경우 보충수 탱크(20)에 채워진 난방수를 채워주게 된다.

이러한 구성의 본 발명에서 열교환기(110)에서 난방용수의 열교환이 이루어진 후 순환펌프(10)에 의해 난방용수의 순환이 이루어지는 한편 보충수 탱크(20)에서 난방용수의 보충이 이루어지게 하되 3웨이 밸브(30)를 이용하여 난방용수가 난 방장치(50) 또는 온수 열교환기(40)로 흐르게 하는 것을 선택하도록 하며, 이러한 난방용수의 흐름은 일반적인 사항이다.

본 발명은 열교환장치(100)에서 수소를 이용하여 비연소 방식으로 열교환기(110)에 열을 공급하는 것으로, 노즐(130)에서 수소의 분사가 이루어지게 되면 발열촉매(120)에서 수소와 접촉하는 촉매의 화학적 반응에 의하여 열을 발생시키게 되고, 이러한 발열촉매(120)에서 수소를 접촉하여 열을 발생시키는 구체적인 방식은 선등록 특허에 기재되어 있는 바와 같으며, 본 발명은 이러한 선등록 특허를 적용한 제품을 적용하고 있어 발열촉매(120)의 구체적인 구성 및 설명은 생략하더라도 당 업계의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있다.

여기서 본 발명은 발열촉매(120)가 연소에 의하여 열을 발생시키는 방식이 아닌 비연소 방식에 의해 열을 발생시키게 되는 것으로, 연료인 수소를 연소시키지 않으면서도 열을 발생시켜 열교환기(110)에서 난방용수의 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 같이 본 발명은 발열촉매(120)에 수소를 공급하여 촉매의 화학적 반응으로 열을 발생시키게 되어 비연소에 의한 열을 발생시키게 되므로 화석연료 연소시 필연적으로 발생하게 되는 CO와 NOx 등이 발생하지 않게 된다.

한편 노즐(130)에 공급되는 수소는 수소 공급을 선택하는 역화방지기(131)를 통하고 전자밸브(132)를 통하여 공급되며, 전기분해로(150)에서 연속적으로 생성한 수소를 공급하게 된다.

본 발명에서 전기분해로(150)는 물을 전기분해하여 수소를 발생시키게 되는 것으로, 물과 전기의 공급이 연속되면 수소를 연속적으로 발생시키게 되고, 전압 또는 주파수의 세기에 따라 발생되는 수소의 량이 변하게 되며, 전기분해로(150)에서 발생된 수소의 량에 따라 발열촉매(120)에서 발생시키는 열이 차이가 나게 되므로, 난방수 또는 실내온도의 설정에 따라 전기분해로(150)의 전압 또는 주파수를 조절하여 비례제어에 의한 수소량을 조절하여 공급할 수 있게 된다.

본 발명은 수소를 연료로 사용하되 연소를 시키지 않고 발열촉매에서 수소와 화학적 촉매 반응을 일으켜 열을 발생시키도록 한 후 발열촉매에서 발생된 열을 이용하여 난방이 이루어지게 하는 것으로, 연료를 연소시키지 않고 비연소 방식으로 열을 발생시키게 되어 연료의 연소시 발생하는 CO와 NOx 등이 발생하지 않아 환경오염을 줄이는 한편 실내에서 질식의 우려를 없앨 수 있다.

그리고 본 발명은 전기분해로에서 물을 전기분해하여 연속적인 수소의 공급이 가능하도록 하여 수소의 저장이나 보관시 발생하는 문제를 해결하는 한편 전기분해로의 전압 또는 주파수를 조절하여 수소의 생산량을 조절함으로써 난방용수의 온도조절이 가능한 것이다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 일정공간을 갖게 되는 열교환 장치의 하부에 수소를 공급받아 확산되게 분사시키는 노즐을 구비하고, 상기 노즐의 상부에는 수소가 촉매와 화학적 반응으로 열을 발생하는 발열촉매를 구비하며, 상기 발열촉매에서 발생된 열은 난방용수가 흐르는 열교환기를 통하여 열교환이 이루어지게 하고,

   상기 열교환장치의 노즐에는 전기분해로에서 물을 전기분해하여 발생시킨 수소가 역화방지기와 전자밸브를 통하여 공급되게 하며,

   상기 열교환장치에는 내부로 외부공기를 공급하거나 배출하는 팬을 설치한 비연소 촉매사용 수소 보일러에 있어서,

   난방수 온도 또는 실내온도에 의하여 전기분해로의 전압 또는 주파수를 비례제어하여 전기분해 되어 발생하는 수소량을 조절하는 것을 특징으로 하는 비연소 촉매사용 수소보일러.
3. 삭제

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