KR100794759B1 - 복합 에너지 발생시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물을 이용하여 전기를 발생시키기 위한 시스템에 관한 것으로서, 브라운 가스발생기를 이용하여 물을 전기화학적으로 전기분해하여 얻어지는 브라운가스로서 브라운 가스엔진을 구동하여 전력을 생산하며, 이렇게 발생된 전기의 일부를 브라운 가스발생기의 전원으로 재활용함과 동시에, 브라운 가스엔진의 배기가스와 브라운 가스발생기에서 발생되는 열을 회수하여 고온 온수로 활용할 수 있고, 또한 브라운 가스엔진의 작동시 발생된 고온의 냉각용수를 열교환처리하여 저온의 냉각수를 생성하여 브라운 가스엔진을 냉각시키도록 함을 특징으로 한다.
따라서 본 발명은 물을 전기분해하여 얻어진 브라운 가스로서 전기를 발생하여 실생활에 필요한 난방 및 전기를 원활하게 공급할 수 있을 뿐만 아니라 환경 공해를 전혀 유발하지 않는 것이다.
브라운가스, 수소, 전기분해, 브라운가스발생기, 열회수, 발전기, 전기발생, 온수발생, 냉각수, 무공해, 열교환기

Description

복합 에너지 발생시스템{System for generating Combined Energy}
도 1은 본 발명에 따른 복합 에너지 발생시스템의 블록도;
도 2는 도 1에 도시된 에너지회수계통도의 상세한 블록도;
도 3은 본 발명에 따른 복합 에너지 발생시스템의 상세한 블록도;
도 4는 브라운 가스엔진에서 발생된 배기가스를 이용하여 물을 가열시키기 위한 열교환기의 단면도;
도 5는 도 3에 도시된 브라운 가스발생기의 확대단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 브라운 가스발생기 11: 막-전극접합체
12: 전해셀 14a: 양전극
14b: 음전극 20: 메인전원
30: 증류수 발생용 열교환기(제1열교환기) 44: 브라운 가스냉각장치
43: 브라운 가스저장탱크 51: 브라운 가스엔진
52: 발전기 60: 온수발생장치
70: 냉각수용 열교환기(제2열교환기)
80: 배기가스용 열교환기(제3열교환기)
81: 배기가스용 열교환기(제4열교환기) 90: 배기가스용 열교환기
본 발명은 물을 이용하여 전기를 발생시키기 위한 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 브라운 가스발생기를 이용하여 물을 전기화학적으로 전기분해하여 얻어지는 브라운가스로서 브라운 가스엔진을 구동하여 전력을 생산하며, 이렇게 발생된 전기의 일부를 브라운 가스발생기의 전원으로 재활용함과 동시에, 브라운 가스엔진의 배기가스와 브라운 가스발생기에서 발생 되는 열을 회수하여 고온 온수로 활용할 수 있고, 또한 브라운 가스엔진의 작동시 발생 된 고온의 냉각용수를 열교환처리하여 저온의 냉각수를 생성하여 브라운 가스엔진을 냉각시키도록 한 복합에너지 발생시스템에 관한 것이다.
패러디에 의해 전기분해기술이 개발되고, 이로 인하여 물의 전기분해생성물로서, 2:1 비율의 수소 및 산소로 이루어지는 수소-산소가 혼합된 가스가 얻어지는 것이 알려져 있다.
이 수소-산소혼합개스를 최초로 실용화한 사람의 이름을 따와 브라운 가스라 하는데, 이 브라운 가스는 물을 전기분해하여 얻어지는 기체로서 수소와 산소의 함량비가 2:1인 혼합기체이다. 즉 통상 물을 전기분해하면 음극에서는 수소가 얻어지고 양극에서는 산소가 얻어지는데, 이들 가스를 분리채집하지 않고 한꺼번에 포집한 것이 브라운 가스이다.
브라운 가스는 일반적인 기체와는 달리 연소시 응폭 현상을 유발하는 독특한 성질을 갖는다. 즉 연소시 폭발현상을 나타내지 않으며 오히려 불꽃이 내부로 모여들면서 초점을 형성하고 주변을 진공 상태로 만든다.
그 결과, 브라운 가스를 연소시키면 융점이 매우 높은 텅스텐도 승화시킬 수 있을 정도의 초고온을 얻을 수 있다. 또한, 외부로 방출되지 않아 복사열로 인한 에너지 손실이 없으므로 우수한 에너지 효율을 가지며, 그 자체에 산소를 포함하고 있으므로 연소할 때 별도의 산소공급이 불필요하며, 연소 생성물로서 물만을 생성하게 되므로 브라운 가스는 보일러, 용해로, 소각로 등의 원료로 사용되더라도 공해 오염문제가 없으며, 브라운 가스는 폭발과는 반대 개념인 임플로젼 특성을 가지고 있어 불꽃이 파열되지 않고 직진하면서 핀 포인트 화염을 형성할 수 있으므로 용접분야에 광범위하게 이용되고 있다.
결국, 이러한 브라운 가스는 보일러의 원료로서 주택, 건물 등의 난방이나 온수 발생에만 사용되고 있는 실정이다.
한편, 최근까지 개발된 대체 에너지 중에서 수소는 공해가 없고 물로부터 만들고 다시 물로 돌아가는 순환성을 가지는 이상적인 연료로서, 각국의 대학이나 자동차 제조회사에서 실용을 위한 연구를 하고 있다.
우리 주변에 흔한 물을 전기화학적 전해법으로 생성해 나온 수소와 산소로 엔진을 가동하고 발전기를 가동해 에너지를 얻고 열을 생산한다면 100% 수입에 의존하는 석유자원을 대체하고 고갈되는 에너지도 충당할 수 있으며 수출로 벌어들이는 외화를 원유수입에 쓰지 않아도 될 것으로 생각된다.
본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 브라운 가스발생기를 이용하여 물을 전기화학적으로 전기분해하여 얻어지는 브라운 가스로서 브라운 가스엔진을 구동하여 전력을 생산하며, 실생활에 필요한 난방 및 전기를 원활하게 공급할 수 있도록 하여 석유나 석탄의 대체 자원으로 사용할 수 있도록 한 복합에너지 발생시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합에너지 발생시스템은 산소 및 수소 발생용 전극들을 포함하는 브라운 가스 발생기에 메인전원을 인가하여 물을 전기분해하여 얻어진 브라운 가스를 원료로 하여 전기와 열을 발생시키기 위한 것으로서, 이는 브라운 가스를 냉각 저장하는 수단; 및 냉각 저장된 브라운 가스를 원료로 하여 전기를 발생시키는 전기발생수단; 을 포함하고, 전기발생수단에 의해 발생된 전기를 저장하고, 발생 된 전기로서 브라운가스발생기의 전원으로 공급되어 브라운 가스 발생기에서 브라운 가스가 계속적으로 생성되도록 함을 특징으로 한다.
본 발명은 브라운 가스 발생기에서 발생 되어 냉각된 브라운 가스를 원료로 하여 온수를 발생시키는 온수발생수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 전기발생수단에서 출력된 전류를 충전하여 브라운가스발생기에 안정적으로 공급될 수 있도록 메인전원과 병렬로 연결된 보조 전원을 더 포함할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 브라운 가스 냉각저장수단은, 브라운 가스 발생기에서 배출되어 도관을 통과하는 가스의 량을 자동 제어하는 솔레노이드밸브; 및 브라운 가스를 냉각하여 저장탱크에 공급하는 가스냉각기를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 전기발생수단은, 브라운 가스에 의해 작동하는 브라운 가스 엔진과; 이 브라운 가스 엔진과 연동하여 전기를 발생하는 발전기; 및 발생 된 전기를 축적하는 전기충전장치를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 브라운 가스를 상기 브라운가스 엔진 내부에 분사시키기 위한 인젝터가 추가로 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 온수발생수단은, 물을 데우는 보일러; 및 이 보일러에 의해 데워진 고온 수를 저장하기 위한 온수 저장탱크를 포함하는 것이 바람직한바, 이 보일러는 본 발명의 전기발생수단에서 발생된 자체 전력으로 가동되는 것이 바람직하지만 별도의 전력을 공급받아 작동될 수도 있음은 물론이다.
본 발명은 브라운 가스발생기의 작동시 발생 되는 고온수를 회수하여 수돗물을 증류수로 만들어 브라운 가스발생기에 유입되도록 한 증류수 발생수단을 더 포함하는 것이 바람직한바, 이 증류수 발생수단은, 브라운 가스발생기의 작동시 발생되는 고온수를 회수하여 수돗물을 증류수로 만들기 위한 제 1 열교환기, 및 증류수를 브라운 가스발생기에 필요량만큼 투입하기 위한 고압펌프를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 전기발생수단의 브라운 가스엔진의 작동시 발생된 고온의 냉각용수를 열교환처리하여 저온의 냉각수를 생성하여 브라운 가스엔진을 냉각시키도록 한 엔진냉각수단, 및 브라운 가스엔진과 연동하는 발전기의 작동시 발생하는 배기가스를 이용하여 물을 소정 온도의 온수로 가열하기 위한 온수가열수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 엔진냉각수단은, 브라운 가스엔진의 작동시 발생 되는 고온의 물을 냉각시키기 위한 제 2 열교환기, 및 냉각된 물을 보관하기 위한 냉각수 계류 통을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 온수가열수단은, 제 2 열교환기로부터 유입되는 물을 발전기의 배기가스를 이용하여 소정의 온도로 상승시켜 배출하는 제 3 열교환기, 및 제 3 열교환기에서 배출되는 온수를 발전기의 배기가스를 이용하여 고온의 온수로서 다시 데워 배출토록 한 제 4 열교환기를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 이용되는 제 4 열교환기는, 내측 벽과 외측 벽을 구비한 중공체로 형성하되, 물은 내측 벽 안쪽으로 관통하고, 배기가스는 내측 벽과 외측 벽 사이로 지나가도록 하며; 물이 유입 및 유출되는 유입구와 유출구의 내경을 작게 하고, 중간부의 내경을 크게 하고; 배기가스가 지나가는 중간부의 내측 벽 외부에는 다수의 핀들(fins)을 지그재그식으로 고정시켜 배기가스의 체류시간을 길게 함으로써 유입구를 통해 유입된 중온수가 유출구를 통과하면서 고온수로서 가열되도록 하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 복합에너지 발생시스템의 블록도가 도시되어 있는바, 본 발명은 산소 및 수소 발생용 전극들을 포함하는 브라운 가스 발생기(10)에 메인전원(20)을 인가하여 물을 전기분해하여 수소와 산소가 2:1의 비율로 혼합된 브라운 가스를 원료로 하여 전력을 발생시키고, 발생된 전력의 일부분을 브라운 가스발생기(10)에 다시 공급함으로써 브라운 가스발생기(10)로 하여금 계속적으로 브라운 가스를 발생토록 하는 것이 1차적 특징이다.
그리고 본 발명의 2차적인 특징은 이렇게 발생 된 전력의 다른 부분을 이용하여 가정 또는 건물 내의 전원으로서 공급될 수 있도록 하여 보일러와 같은 온수발생장치를 가동시키도록 하여 온수발생과 난방을 할 수 있도록 하는 것이다.
상기와 같이 물을 전기분해하여 수소와 산소가 혼합된 브라운 가스를 발생하기 위한 브라운 가스발생기(10)는 공지의 것을 사용할 수 있는바, 본 발명에서 사용 가능한 브라운 가스발생기(10)로서는 예컨대 일본 공개특허 제2002-155387호, 대한민국 특허 제0450134호 또는 미국공개특허 제2005/0006228호에 개시된 것이 사용될 수 있으며, 기타의 브라운 가스발생기가 사용될 수도 있다.
본 발명에 이용되는 브라운 가스발생기(10)는 물을 전기화학적으로 분해하기 위해 이온막을 사용하는 증류수를 생성하는 장치(30)(이후 상세히 설명할 것임)를 거쳐 증류수를 만들고, 도 3 및 도 5에서와 같이 수소이온 고분자 막으로 형성된 막-전극접합체(11)와, 전해셀(12)을 구비하였으며, 전기의 발전 용량에 따라 도 5에 도시된 브라운 가스발생기(10)의 막-전극접합체(11) 및 전해셀(12)은 병렬구조 또는 직렬구조가 여러 개 형성될 수 있음은 물론이다.
도 5를 참조하면, 브라운 가스발생기(10)는 산소가 발생하는 양전극(14a)과 수소가 발생하는 음전극(14b) 및 이를 분리하고 전도체 역할을 하는 막-전극접합체(11)을 포함한다. 증류수를 양전극(14a)측에서부터 공급하면서 전류를 양전극(14a)에 인가하면 증류수는 막-전극접합체(11)에 공급되며 다음 식에 의하여 막-전극 접합체(11)의 양전극촉매(도시하지 않았음)에 의해 산소와 양이온(수소이온, 프로톤) 및 전자로 분해된다. 양이온은 음전극(14b) 및 음극촉매(도시하지 않았음) 쪽으로 이동하며, 전자는 메인전원(20)으로 이동한다.
양극반응 : 2H20 → 02 + 4H+ + 4H- + 4e-
양극촉매에서 음극촉매 쪽으로 이동한 양이온과 메인전원(20)으로 이동한 전자와 만나 다음 식에 의해 막-전극 접합체(11)의 음전극(14b)(더욱 상세하게는 음극촉매)에서 수소가 발생한다.
음극반응 : 4H+ +4e- → 2H2
이렇게 발생 된 수소와 산소의 혼합가스(즉, 브라운 가스)는 발생기(10)의 상부측에 혼합된 상태로 머물게 되며, 배출구(13)를 통해 냉각 및 저장장치(40)(도 1 참조)로 배출된다.
도 3 및 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 브라운 가스발생기(10)에는 내부의 수소압력과 전해액(15)을 각각 조절하기 위한 센서들(16)(17)이 설치되어 있어 브라운 가스발생기(10)의 운전을 자동화할 수 있도록 하였다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명은 브라운 가스를 냉각 및 저장하는 수단(40)과, 냉각 저장된 브라운 가스를 원료로 하여 전력을 발생시켜 전력의 일부분을 저장하고, 상기 발생된 전력의 다른 부분을 브라운 가스발생기(10)의 전원으로 공급하여 브라운 가스발생기(10)에서 브라운 소소 및 산소의 혼합가스(브라운가스) 계속적으로 생성되도록 한 전기발생수단(50)을 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 브라운 가스 냉각 및 저장수단(40)은 브라운 가스발생기(10)에서 배출되어 도관(41)을 통과하는 가스의 량을 자동 제어하는 솔레노이드밸브(42)와, 브라운 가스를 냉각하여 저장탱크(43)에 냉각 공급하는 가스냉각기(44)를 포함하고, 전기발생수단(50)은 브라운 가스를 연료로 작동하는 브라운 가스엔진(51)과, 이 브라운 가스 엔진(51)과 연동하여 전력을 발생하는 발전기(52) 및 발생된 전력을 축적하는 전기충전장치(53)를 포함하며, 브라운 가스를 브라운 가스엔진(51)의 내부에 효율적으로 분사시키기 위한 인젝터(54)를 추가로 구비하였다.
도 1과 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 냉각 저장된 브라운 가스를 원료로 하여 전력을 발생시켜 전력의 일부분을 저장하고, 상기 발생 된 전력의 다른 부분을 브라운 가스발생기(10)의 전원으로 피드백되도록 함으로써 브라운 가스발생기(10)에서 브라운 가스가 계속적으로 분해 생성되도록 하는데 가장 큰 장점이 있다.
따라서, 본 발명은 브라운 가스엔진(51)의 회전력으로 발전기(52)를 회전시켜 전력을 얻고, 얻어진 전기를 다시 전기분해 메인전원(20)으로 활용할 수 있는 것으로서, 메인전원(20)의 전력감소와 같은 고장원인을 해소하기 위해서는 전기발생수단(50)의 발전기(52)에서 얻어진 전력을 충전하여 브라운 가스발생기(10)에 안정적으로 공급될 수 있도록 메인전원(20)과 병렬방식으로 연결된 보조전원(21)을 더 구비하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 브라운 가스발생기(10)에서 발생 되어 냉각된 브라운 가스를 원료로 하여 온수를 발생시키는 온수발생수단(60)을 구비하였는바, 이 온수발생수단(60)은 물을 가열하는 보일러와 같은 것이 바람직하고, 이에 의해 데워진 고온 수를 저장하기 위한 온수 저장탱크(61)를 포함한다.
본 발명은 제 1열교환기(30)에서 브라운 가스발생기(10)의 작동시 발생 되는 고온수를 회수하고 유입되는 수돗물을 상기 고온수의 온도를 이용하여 증류함으로써 증류수로 만든 후, 브라운 가스발생기(10)에 유입되도록 한 증류수 발생수단을 포함하는바, 이는 브라운 가스발생기(10)의 작동시 발생 되는 고온수를 도 3에서와 같이 도관(31a)을 통해 회수하여 외부에서 도관(31b)을 통해 유입되는 수돗물을 증류수로 만들기 위한 증류수 발생용 제 1 열교환기(30)로 구성되는 것이 바람직하며, 또한 증류수를 제 1 열교환기(30)로부터 도관(31c)을 경유하여 브라운 가스발생기(10)에 필요량만큼 투입하기 위한 고압펌프(32)를 포함한다.
다시 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명은 전기발생수단(50)의 브라운 가스엔진(51)의 작동시 발생 된 고온의 냉각용수를 열교환처리하여 저온의 냉각수를 생성하여 브라운 가스엔진(51)을 냉각시키도록 한 엔진냉각수단을 포함하는바, 이 엔진냉각수단은 브라운 가스엔진의 작동시 발생 되는 고온의 물을 냉각시키기 위한 제 2 열교환기(70)와, 냉각된 물을 정류하여 보관하였다가 방출하는 냉각수 계류통(71)을 포함한다.
또한, 본 발명은 브라운 가스엔진(51)과 연동하는 발전기(52)의 작동시 발생하는 배기가스를 이용하여 물을 소정의 온도로 가열하기 위한 온수가열수단을 구비하였다.
도 2와 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 온수가열수단은 제 2 열교환기(70)로부터 유입되는 물을 브라운 가스엔진(51)의 배기가스를 이용하여 소정의 온도로 상승시켜 배출하는 제 3 열교환기(80)와, 상기 열교환기(80)에서 배출되는 온수를 브라운 가스엔진(51)의 배기가스를 이용하여 고온의 온수로서 다시 데워 배출토록 한 제 4 열교환기(81)를 포함한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제 4 열교환기(81)는 내측 벽(81a)과 외측 벽(81b)을 구비한 중공체로 형성하되, 물(중온수)은 내측 벽(81a) 안쪽으로 관통하고, 배기가스는 내측 벽(81a)과 외측 벽(81b) 사이로 지나가도록 하며, 물이 유입 및 유출되는 유입구(81c)와 유출구(81d)의 내경을 작게 하고, 중간부의 내경을 크게 하고, 배기가스가 지나가는 중간부의 내측 벽(81a) 외부에는 다수의 핀(fin)(82)들을 고정시켜 배기가스의 체류시간을 연장하여 유입구(81c)를 통해 유입된 물(중온수)이 유출구(82d)를 통과하면서 고온수로서 가열되도록 하는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 3에서 미설명 부호 90은 배기가스를 최종적으로 배출하기 위한 열교환기를 표시한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 도 3을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
브라운 가스발생기(10)에서 분해 생성된 수소가스와 산소가스가 2:1의 비율로 혼합된 브라운가스는 배출구(13)를 통해 도관(41)을 경유하여 수소냉각장치(44)에 공급되고, 이때 수소냉각장치(44)는 브라운가스를 0℃이하로 냉각하여 수소저장탱크(43)에 제공하여 그로 하여금 냉각된 브라운 가스를 저장토록 한다.
냉각 저장되었던 브라운가스는 수소인젝터(54)를 거쳐 브라운 가스엔진(51)내부로 분사되어 브라운 가스엔진(51)이 가동한다. 엔진의 가동으로 회전력을 얻은 발전기(52)는 전력을 생산하고, 생산한 전력의 일부분은 전기충전장치(53)에 인가되어 전기제품의 전원으로서 사용되며, 전력의 다른 일부는 직류로 전환되어 메인전원(20) 또는 전력인가장치(도시하지 않았음)로 공급됨으로써 브라운 가스발생기(10)를 계속적으로 작동시켜 수소와 산소가 혼합된 브라운 가스를 분해 생성하기 위한 전원으로 공급된다.
그리고, 브라운 가스를 원료로 하는 온수발생장치(60)가 작동되어 온수 및 난방용수를 공급할 수 있게 되고, 온수는 온수저장탱크(61)에 저장될 수 있는 것이다.
한편, 브라운 가스엔진(51)에서 발생된 열은 배기가스와 엔진순환냉각수로 나누어 배출되는데 엔진냉각수용 열교환기(70)와, 엔진배기가스용 열교환기(80, 90, 81)를 거쳐 온수저장탱크(61)를 통해 열을 재생 사용할 수 있는바, 이에 대해 상세하게 설명한다.
열교환순서를 보면 우선, 수돗물 냉각수는 도관(31b)을 거쳐 증류수발생용 열교환기(30)의 유입구로 유입되고, 브라운 가스발생기(10)에서 발생 된 고온수가 증류수발생용 열교환기(30)에 유입되도록 함으로써 전해셀 열을 회수하고 난 다음, 중온수는 배기가스 열교환기(90)로 유입되어 배기가스의 마지막 열을 회수한 후, 배기가스를 외부로 배출하고, 열교환기(90)에서 배출되는 가열중수는 냉각수용 열교환기(70)로 유입된다.
한편, 브라운 가스엔진(51)에서 배출되는 고온의 엔진냉각수가 냉각수용 열교환기(70)에 유입되는데, 이때 열교환기(70)는 열을 회수하는 열교환처리를 하여 생성된 냉각수를 냉각수 계류통(71)에 보내어 냉각수가 정류되도록 한 뒤 이 냉각수는 펌프를 경유하여 가스엔진(51)의 워터쟈켓으로 공급되어 가스엔진(51)의 냉각수로 활용하게 된다.
즉, 수돗물 냉각수는 증류수발생용 열교환기(30) -> 배기가스용 열교환기(90) -> 냉각수용 열교환기(70) -> 배기가스용 열교환기(80) -> 배기가스용 열교환기(81)를 거치면서 열을 교환받아 점점 뜨거운 열수로 변화되어 온수 저장탱크(61)에 저장되고 실생활에 사용되는 것이다.
또한, 가스엔진(51)에서 배출되는 냉각수는 냉각수용 열교환기(70)로 유입되고, 열 교환된 후, 냉각수 계류통(71)으로 유입되어 정류된 다음, 펌프를 통과하여 브라운 가스엔진(51)의 워터자켓으로 유입된다. 이때 냉각수용 열교환기(70)에서 열 교환되어 생성되는 중온수는 배기가스용 열교환기(80)로 유입된 뒤 열교환하고 나서 열교환기(81)에 유입된다.
도 4에 도시된 바와 같이 열교환기(81)는 열교환기 내측 원통은 직선 원통이 아니며, 원통의 유입구(81c)와 유출구(81d)가 좁게 형성되고, 중간부가 상대적으로 넓게 형성되어 있고, 내측벽(81a)의 외주면에 다수의 핀(82)을 지그재그 방식으로 형성하여 배기가스와 내측벽의 접촉 단면적을 크게 하여 배기열의 열교환기 내 체공시간을 길게 하여 중온수를 고온수로서 가열시키도록 하였다.
이상에서와 같이 본 발명은 브라운 가스발생기를 이용하여 물을 전기화학적으로 전기분해하여 얻어지는 브라운가스로서 브라운 가스엔진을 구동하여 전력을 생산하며, 이렇게 발생된 전기의 일부를 브라운 가스발생기의 전원으로 재활용함과 동시에, 브라운 가스엔진의 배기가스와 브라운 가스발생기에서 발생되는 열을 회수하여 고온 온수로 활용할 수 있고, 또한 브라운 가스엔진의 작동시 발생된 고온의 냉각용수를 열교환처리하여 저온의 냉각수를 생성하여 브라운 가스엔진을 냉각시킬 수 있는 것이다.
비록 본 발명이 첨부된 도면을 참조하여 설명되었을지라도 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 범주 내에서 많은 변경 및 수정이 있을 수도 있다.
예컨대 도 3에 도시된 열교환기의 개수는 필요에 따라 적절하게 증가될 수도 있음은 물론이다.

Claims (22)

  1. 산소 및 수소 발생용 전극들을 포함하는 브라운 가스 발생기에 메인전원을 인가하여 물을 전기분해하여 얻어진 브라운 가스를 원료로 하여 전기와 열을 발생시키는 복합에너지 발생시스템에 있어서:
    상기 브라운 가스를 냉각 저장하는 수단;
    상기 냉각 저장된 브라운 가스를 원료로 하여 전기를 발생시키는 전기발생수단; 및
    상기 브라운 가스발생기의 작동시 발생 되는 고온수를 회수하여 수돗물을 증류수로 만들어 상기 브라운 가스발생기에 유입되도록 하는 증류수발생 수단을 포함하고,
    상기 전기발생수단에 의해 발생된 전기의 일부분을 저장하고, 상기 발생된 전기의 다른 부분을 상기 브라운 가스발생기의 전원으로 공급하여 상기 브라운 가스 발생기에서 브라운 가스가 계속적으로 생성되도록 하는 것을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 브라운 가스 발생기에서 발생 되어 냉각된 브라운 가스를 원료로 하여 온수를 발생시키는 온수발생수단을 더 포함함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전기발생수단에서 출력된 전류를 충전하여 상기 브라운 가스발생기에 안정적으로 공급될 수 있도록 메인전원과 병렬로 연결된 보조 전원을 더 포함함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 브라운 가스 냉각저장수단은,
    상기 브라운 가스 발생기에서 배출되어 도관을 통과하는 가스의 량을 자동 제어하는 솔레노이드밸브; 및
    상기 브라운 가스를 냉각하여 저장탱크에 공급하는 가스냉각기를 포함함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전기발생수단은,
    상기 브라운 가스에 의해 작동하는 브라운 가스 엔진과;
    상기 브라운 가스 엔진과 연동하여 전기를 발생하는 발전기; 및
    상기 발생 된 전기를 축적하는 전기충전장치를 포함함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 브라운 가스를 상기 브라운 가스엔진 내부에 분사시키기 위한 인젝터를 추가로 구비함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 온수발생수단은,
    물을 데우는 보일러; 및
    상기 보일러에 의해 데워진 고온 수를 저장하기 위한 온수 저장탱크를 포함함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 증류수 발생수단은,
    상기 브라운 가스발생기의 작동시 발생되는 고온수를 회수하여 수돗물을 증류수로 만들기 위한 제 1 열교환기; 및
    상기 증류수를 브라운 가스발생기에 필요량만큼 투입하기 위한 고압펌프를 포함함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  10. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 전기발생수단의 브라운 가스엔진의 작동시 발생된 고온의 냉각용수에서 열을 회수하는 열교환처리를 하여 저온의 냉각수를 생성하여 상기 브라운가스엔진을 냉각시키도록 한 엔진냉각수단, 및
    상기 브라운 가스엔진과 연동하는 발전기의 작동시 발생하는 배기가스를 이용하여 물을 소정의 온도로 가열하기 위한 온수가열수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 엔진냉각수단은,
    상기 브라운 가스엔진의 작동시 발생 되는 고온의 물을 냉각시키기 위한 제 2 열교환기, 및
    상기 냉각된 물을 보관하기 위한 냉각수 계류 통을 포함함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 온수가열수단은,
    상기 제 2 열교환기로부터 유입되는 물을 상기 발전기의 배기가스를 이용하여 소정의 온도로 상승시켜 배출하는 제 3 열교환기, 및
    상기 제 3 열교환기에서 배출되는 온수를 상기 발전기의 배기가스를 이용하여 고온의 온수로서 다시 데워 배출토록 한 제 4 열교환기를 포함함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 4 열교환기는,
    내측 벽과 외측 벽을 구비한 중공체로 형성하되, 물은 내측 벽 안쪽으로 관통하고, 배기가스는 내측 벽과 외측 벽 사이로 지나가도록 하며;
    물이 유입 및 유출되는 유입구와 유출구의 내경을 작게 하고, 중간부의 내경을 크게 하고;
    상기 배기가스가 지나가는 상기 중간부의 내측 벽 외부에는 다수의 핀들(fins)을 지그재그식으로 고정시켜 배기가스의 체류시간을 연장하여 유입구를 통해 유입된 중온수가 상기 유출구를 통과하면서 고온수로 가열되도록 함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  14. 산소 및 수소 발생용 전극들을 포함하는 브라운 가스 발생기에 메인전원을 인가하여 물을 전기분해하여 얻어진 브라운 가스를 원료로 하여 전기와 열을 발생시키는 복합에너지 발생시스템에 있어서:
    상기 브라운 가스를 냉각 저장하는 수단과;
    상기 냉각 저장된 브라운 가스를 원료로 하여 전기를 발생시켜 일부분은 저장하고, 상기 발생된 전기의 다른 부분은 상기 브라운 가스발생기의 전원으로 공급되어 상기 브라운 가스발생기에서 브라운 가스가 계속적으로 생성되도록 한 전기발생수단과;
    상기 브라운 가스발생기에서 발생 되어 냉각된 브라운 가스를 원료로 하여 온수를 발생시키는 온수발생수단과;
    상기 브라운 가스발생기의 작동시 발생 되는 고온수를 회수하여 수돗물을 증류수로 만들어 상기 브라운 가스발생기에 유입되도록 한 증류수 발생수단과;
    상기 전기발생수단의 브라운 가스엔진의 작동시 발생된 고온의 냉각용수를 열교환처리하여 저온의 냉각수를 생성하여 상기 브라운 가스엔진을 냉각시키도록 한 엔진냉각수단과;
    상기 브라운 가스엔진과 연동하는 발전기의 작동시 발생하는 배기가스를 이용하여 물을 소정의 온도로 온수로 사용토록 한 온수가열수단; 및
    상기 전기발생수단에서 출력된 전류를 충전하여 상기 브라운 가스발생기에 안정적으로 공급될 수 있도록 메인전원과 병렬로 연결된 보조전원을 포함함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 브라운 가스 냉각저장수단은,
    상기 브라운 가스발생기에서 배출되어 도관을 통과하는 가스의 량을 자동 제어하는 솔레노이드밸브; 및
    상기 브라운 가스를 냉각하여 저장탱크에 공급하는 가스냉각기를 포함함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 전기발생수단은,
    상기 브라운 가스에 의해 작동하는 브라운 가스 엔진과;
    상기 브라운 가스 엔진과 연동하여 전기를 발생하는 발전기; 및
    상기 발생 된 전기를 축적하는 전기충전장치를 포함함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 브라운 가스를 상기 브라운 가스엔진 내부에 분사시키기 위한 인젝터를 추가로 구비함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 온수발생수단은,
    물을 데우는 보일러; 및
    상기 보일러에 의해 데워진 고온 수를 저장하기 위한 온수 저장탱크를 포함함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 증류수 발생수단은,
    상기 브라운 가스발생기의 작동시 발생 되는 고온수를 회수하여 수돗물을 증류수로 만들기 위한 제 1 열교환기, 및
    상기 증류수를 브라운 가스발생기에 필요량만큼 투입하기 위한 고압펌프를 포함함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 엔진냉각수단은,
    상기 브라운 가스엔진의 작동시 발생 되는 고온의 물을 냉각시키기 위한 제 2 열교환기; 및
    상기 냉각된 물을 보관하기 위한 냉각수 계류 통을 포함함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 온수가열수단은,
    상기 제 2 열교환기로부터 유입되는 물을 상기 발전기의 배기가스를 이용하여 소정의 온도로 상승시켜 배출하는 제 3 열교환기; 및
    상기 제 3 열교환기에서 배출되는 온수를 상기 발전기의 배기가스를 이용하여 고온의 온수로서 다시 데워 배출토록 한 제 4 열교환기를 포함함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 제 4 열교환기는,
    내측 벽과 외측 벽을 구비한 중공체로 형성하되, 물은 내측 벽 안쪽으로 관통하고, 배기가스는 내측 벽과 외측 벽 사이로 지나가도록 하며;
    물이 유입 및 유출되는 유입구와 유출구의 내경을 작게 하고, 중간부의 내경을 크게 하고;
    상기 배기가스가 지나가는 상기 중간부의 내측벽 외부에는 다수의 핀들(fins)을 지그재그식으로 고정시켜 배기가스의 체류시간을 연장하여 유입구를 통해 유입된 중온수가 상기 유출구를 통과하면서 고온수로 가열되도록 함을 특징으로 하는 복합에너지 발생시스템.
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