KR100839523B1

KR100839523B1 - Hydrogen gas boiler

Info

Publication number: KR100839523B1
Application number: KR1020060131101A
Authority: KR
Inventors: 이기원; 전표현
Original assignee: 주식회사 유니버셜에너지
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-06-19

Abstract

A boiler powered by hydrogen gas is provided to use hydrogen as economical and efficient energy source to replace fossil fuel and to improve stability and efficiency of a hydrogen generator using off-peak electricity. A boiler powered by hydrogen gas includes a power controller(10), a gas generator(20) which electrolyzes water into hydrogen and oxygen by using power applied from the power controller, a tank(31) which stores hydrogen gas and a supply line(45) having a flow regulator valve(351), a tank(32) which stores oxygen gas and a supply line(46) having a flow regulator valve(352), a combustion chamber(40) of a boiler having a burner(41) for burning hydrogen gas and oxygen gas.

Description

Hydrogen Gas Boiler {HYDROGEN GAS BOILER}

도 1은 본 발명에 따른 수소가스를 연료로 하는 난방용 보일러의 개략도1 is a schematic diagram of a heating boiler using hydrogen gas as a fuel according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 전원공급제어부의 구성을 보이는 블록도2 is a block diagram showing a configuration of a power supply control unit according to the present invention;

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 가스발생기의 음극 및 양극실의 구성을 보이는 내부 구성도3a and 3b is an internal configuration showing the configuration of the cathode and anode chambers of the gas generator according to the present invention

도 4는 본 발명에 따른 가스발생기의 외부 구성을 보이는 정면(a), 배면(b), 측면(c) 구성도4 is a front (a), rear (b), side (c) configuration diagram showing the external configuration of the gas generator according to the present invention

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

(10) : 전원공급제어부 (11) : 전원공급원(10): power supply control unit (11): power supply source

(12) : 제어부 (13) : 릴레이12: control unit 13 relay

(14) : 타이머 (15) : 가스압력계14: timer 15 gas pressure gauge

(20) : 가스발생기 (30) : 저장탱크(20): gas generator (30): storage tank

(40) : 보일러실 (A) : 음극실(40): boiler room (A): cathode chamber

(B) : 양극실 (10A)(10B) : 재생투입부(B): Anode chamber 10A (10B): Regeneration input section

(20A)(20B) : 전해용 셀 (30A)(30B) : 기액분리부(20A) (20B): electrolytic cell (30A) (30B): gas-liquid separator

(200) : 단일프레임 (250) : 전면판(200): single frame 250: front panel

(260) : 후면판 (251)(261) : 순환용 배관(260): rear panel (251) (261): circulation pipe

(360) : 연소공기 흡입수단360: combustion air suction means

본 발명은 심야전력을 이용한 수소발생기 및 이로부터 발생된 수소를 연료원으로 하는 난방시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대체에너지로서의 경제성과 효율성이 인정되고 있는 수소가스의 발생을 위한 전력소비의 절감을 위해 심야전기를 이용하고, 나아가 안정성 및 그 효율성을 향상시킨 수소발생기를 이용한 수소가스용 난방보일러에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen generator using a midnight electric power and a heating system using hydrogen generated therefrom as a fuel source, and more particularly, to reduce power consumption for generating hydrogen gas, which is recognized as economical and efficient as alternative energy. The present invention relates to a heating boiler for hydrogen gas using a midnight electric power and further improving the stability and efficiency thereof.

알려진 바와 같이, 실내의 온도를 적정하게 난방하기 위한 수단으로 연료의 연소 시에 얻어지는 열에 의해 난방수를 가열하여 실내공기를 가온하는 방식의 가스보일러, 기름보일러, 혹은 전기에너지를 통해 히터를 가열하여 난방수를 가열하는 방식의 전기보일러가 알려져 있다.As is known, the heater is heated by a gas boiler, an oil boiler, or electric energy in a manner of heating the heating air by heating the heating water by heat obtained at the time of combustion of the fuel as a means for properly heating the indoor temperature. BACKGROUND ART An electric boiler of heating heating water is known.

그 중, 가스보일러와 오일보일러는 연료로서의 가스 또는 오일을 가열하여 외부적으로 설정된 온도의 열을 발생하게 되면 그 열에 의해 실내의 난방을 위해 설치된 난방배관을 순환하는 난방수를 열교환 방식으로 가열함으로써 실내의 난방이 행해지게 된다. 또한, 전기보일러는 그 내부에 설치된 히터를 구동시켜 실내의 난방을 위해 설치된 난방배관을 순환하는 난방수의 온도를 외부적으로 설정된 온도로 가열함으로써 실내의 난방을 행하게 된다.Among them, when the gas boiler and the oil boiler heat gas or oil as fuel to generate heat of an externally set temperature, the gas boiler and oil boiler heat the heating water circulating through the heating pipe installed for the indoor heating by the heat by heat exchange. The heating of the room is performed. In addition, the electric boiler heats the room by driving the heater installed therein to heat the temperature of the heating water circulating through the heating pipe installed for heating the room to an externally set temperature.

통상적으로, 그러한 가스보일러, 오일보일러 또는 전기보일러는 특히 주간과 야간의 온도차가 비교적 심한 동절기에 사용되는 경우에 실내공기와의 온도차를 감소적으로 보상하기 위해 지속적인 구동이 수행됨에 따라 그 구동시간이 길어지게 되어 연료 또는 전기적인 에너지의 소비가 증가되어질 수밖에 없고, 그 때문에 실내의 난방을 위한 난방비의 증가로 말미암아 경제적인 부담이 초래되는 실정이다.Typically, such gas boilers, oil boilers, or electric boilers have a constant driving time as continuous operation is performed to reduce the temperature difference with indoor air, especially when used in winter when the temperature difference between day and night is relatively high. As it becomes longer, the consumption of fuel or electrical energy is inevitably increased, and thus, an economic burden is caused by an increase in heating costs for heating the room.

그러한 점을 고려하여, 실내의 난방에 관한 구동효율의 증대와 난방비용의 절감을 위한 형태의 난방장치에 대한 연구 및 개발이 지속적으로 이루어진 결과로서 현재에는 심야시간대의 전력을 이용하는 심야전력 보일러가 상품화되어 널리 보급되는 추세이다. 특히, 그 심야전력 보일러는 전기적인 에너지의 소비가 경감되는 심야시간대에 상대적으로 낮은 요금으로 공급되는 심야전력을 이용하여 저수조(貯水槽; 또는 축열조)내에 저장된 난방수를 가열해주고, 그 가열된 난방수를 익일의 심야시간대가 도래될 때까지 난방배관을 통해 순환시킴으로써 목적으로 하는 실내의 난방을 실행하거나 그 저수조로부터 온수를 사용할 수 있도록 설계되어야 한다.In view of this, as a result of continuous research and development on the type of heating device for increasing the driving efficiency and reducing the heating cost for the heating of the room, the late-night electric power boiler which uses the electric power of the late night time is now commercialized. It is becoming a widespread trend. In particular, the late-night electric power boiler heats the heating water stored in the water storage tank using the late-night electric power, which is supplied at a relatively low rate in the late-night time zone where electrical energy consumption is reduced, and the heated heating The water must be designed to circulate through the heating pipes until the next night's late night hours, to enable heating of the intended room or to use hot water from the reservoir.

아울러, 화석연료의 한계성 및 환경오염의 심각성에 대한 인식고조에 따라 태양광발전시스템의 보급으로 전력용 태양전지 혹은 자체 생산이 적극적으로 추진되고 있으나 환경상의 제약으로 인한 파국을 벗어나지 못하고 있는 실정으로 미래의 청정에너지원으로의 수소는, 연소 시 극소량의 질소가 생성되는 것을 제외하고 는 공해물질이 전혀 배출되지 않으며, 직접 연소를 위한 연료로 사용이 간편하고 자연 순환되기 때문에 수소보일러의 적용함으로서 미래에너지로서의 제약을 받지 않으면서 자연친화적 무공해로서 무궁무진한 가능성을 가지고 있다. 최근 큰 관심이 집중되고 있는 수소자동차와 함께 수소에너지를 이용한 난방시스템에 있어서도 물(전해액)을 전기분해하여 수소와 산소를 생성하여 이를 보일러의 수·산소 가스 연소용 버너를 통해 연소시키는 개발이 활발히 이루어지고 있다.In addition, due to the growing awareness of the limitations of fossil fuels and the seriousness of environmental pollution, solar cell power generation or self-production is being actively promoted due to the spread of photovoltaic power generation systems. Hydrogen as a clean energy source does not emit any pollutants except a very small amount of nitrogen is produced during combustion, and is easy to use as a fuel for direct combustion and is naturally circulated. Without being constrained as a natural environment-friendly pollution, there are endless possibilities. In the heating system using hydrogen energy, along with the hydrogen car, which has attracted a lot of attention recently, the development of electrolyzing water (electrolyte) to generate hydrogen and oxygen and burning it through the burner for boiler combustion of water and oxygen gas It is done.

하지만, 이러한 전기분해에 의해 얻어지는 수소가스를 연소시키기 위한 종래의 가스발생 구조는 일반적으로, 물을 전기분해 시킬 때 공급되는 에너지에 비해 얻어지는 수소가스의 양이 많지 않아 비효율적이 됨은 물론, 전기분해를 위해 전극판에 공급하는 전기의 소모가 많아져 원론적으로는 에너지의 절감을 해결했다고 판단하기가 곤란한 것이었다.However, the conventional gas generating structure for burning the hydrogen gas obtained by electrolysis is generally inefficient because the amount of hydrogen gas obtained is not large compared to the energy supplied when water is electrolyzed, It was difficult to judge that the energy saving was solved in principle, as the consumption of electricity supplied to the electrode plate was increased.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 대체에너지로서의 경제성과 효율성이 인정되고 있는 수소가스의 발생을 위한 전력소비의 절감을 위해 심야전기를 이용하고, 나아가 안정성 및 그 효율성을 향상시킨 수소발생기를 이용한 수소가스용 난방보일러에 관한 것이다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, the object is to use the late-night electricity for the reduction of power consumption for the generation of hydrogen gas is recognized as economical and efficient as alternative energy, and furthermore stability and its The present invention relates to a heating boiler for hydrogen gas using an improved hydrogen generator.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 본 발명은 전원공급제어부; 상기 전원공급제어부로부터 인가된 전원으로부터 내부에 채워진 전해액을 전기분해하여 수소와 산소가스를 발생시키는 가스발생기; 발생된 수소 및 산소가스를 저장하며, 각각의 배출라인에 유량조절밸브를 구비하는 수소 및 산소저장탱크; 상기 저장탱크들로부터 소정의 비율로 각각 유입되는 수·산소 가스를 연소시키는 버너를 포함하는 보일러실; 로 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the object as described above and to eliminate the drawbacks of the prior art; A gas generator for generating hydrogen and oxygen gas by electrolyzing the electrolyte filled therein from the power applied from the power supply control unit; Hydrogen and oxygen storage tank for storing the generated hydrogen and oxygen gas, and having a flow control valve in each discharge line; A boiler room including a burner for burning water and oxygen gas respectively introduced at a predetermined ratio from the storage tanks; Characterized in that consisting of.

또한, 상기 전원공급제어부는, 심야전기를 이용한 것을 특징으로 한다.In addition, the power supply control unit is characterized in that using a midnight electricity.

또한, 상기 전원공급제어부는, 지정된 시간대에서만 가스발생기로 전원을 공급하도록 하는 타이머가 더 포함됨을 특징으로 한다.The power supply controller may further include a timer for supplying power to the gas generator only at a designated time period.

또한, 상기 가스발생기는, 음극실과 양극실을 갖는 전해용 셀들의 적층 조립을 통해 형성되는 전해조로서; 상기 음극실은, 외부 전해액 보충탱크와 연결되되, 내측에 형성된 주입구를 통해, 양극실로부터 전해된 액을 유입하여 상측의 전해용 셀로 공급시키는 음극용 재생투입부와; 상기 유입된 전해액을 전해시키는 음극 전해용 셀과; 상기 음극 전해용 셀의 상측에 배치되어, 그 상부에 형성된 토출구를 통해 전해된 산소가스를 토출시키며, 가열상태로 전해된 액을 식혀 그 하부에 형성된 배출구를 통해 배출시키는 열교환 기능을 포함하는 음극용 기액분리부; 로 이루어지며, 상기 양극실은, 외부 전해액 보충탱크와 연결되되, 내측에 형성된 주입구를 통해, 음극실로부터 전해된 액을 유입하여 상측의 전해용 셀로 공급시키는 양극용 재생투입부와; 상기 유입된 전해액을 전해시키는 양극 전해용 셀과; 상기 양극 전해용 셀의 상측에 배치되어, 상부에 형성된 토출구를 통해 전해된 수소가스를 토 출시키며, 가열상태로 전해된 액을 식혀 그 하부에 형성된 배출구를 통해 배출시키는 열교환 기능을 포함하는 양극용 기액분리부; 를 포함하여 이루어져, 상기 음극실 또는 양극실들 중, 선택된 하나의 극실에서 전해된 액이 식혀진 후, 다른 극실의 재생투입부측으로 유입되도록 함을 특징으로 한다.In addition, the gas generator, an electrolytic cell formed through the laminated assembly of the electrolytic cells having a cathode chamber and an anode chamber; The negative electrode chamber is connected to the external electrolyte replenishment tank, and through the injection hole formed in the inner side, the regeneration input unit for the negative electrode to inject the electrolyte from the positive electrode chamber to supply to the upper cell for electrolysis; A cathode electrolytic cell for electrolyzing the introduced electrolyte; It is disposed on the upper side of the cathode electrolytic cell, for discharging the oxygen gas delivered through the discharge port formed in the upper portion, and for the cathode including a heat exchange function to cool the liquid delivered in a heated state through the discharge hole formed in the lower portion Gas-liquid separator; The anode chamber is connected to the external electrolyte replenishment tank, and through the injection hole formed inside, the anode regeneration input unit for supplying the electrolyte delivered from the cathode chamber to the upper cell for electrolysis; A cathode electrolytic cell for electrolyzing the introduced electrolyte; It is disposed on the upper side of the anode electrolytic cell, for discharging hydrogen gas delivered through the discharge port formed in the upper, for a cathode including a heat exchange function to cool the liquid delivered in a heated state discharged through the discharge hole formed in the lower portion Gas-liquid separator; It comprises a, characterized in that the electrolyte is cooled in the selected one of the cathode chamber or anode chamber, and then flows to the regeneration input side of the other chamber.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 수소가스를 연료로 하는 난방용 보일러의 개략도를 보이는 것으로, 본 발명은 전원공급제어부(10)로부터 인가되는 전원으로부터 전해액(물)을 전기분해하여 수소와 산소가스를 발생시키는 가스발생기(20)와; 발생된 수소 및 산소가스를 저장하는 각각의 저장탱크(30)들과; 이 저장탱크(30)들로부터 소정 비율로 각각 공급되는 수·산소 가스를 연소시키는 수·산소 가스 연소용 버너(41)를 포함하는 보일러실(40)로 이루어진다.1 is a schematic view of a heating boiler using hydrogen gas as a fuel according to the present invention. The present invention generates hydrogen and oxygen gas by electrolyzing an electrolyte solution (water) from a power source applied from a power supply control unit 10. A gas generator 20; Respective storage tanks 30 for storing the generated hydrogen and oxygen gas; It consists of the boiler room 40 which contains the water and oxygen gas combustion burner 41 which combusts the water and oxygen gas supplied from these storage tanks 30 in a predetermined ratio, respectively.

본 발명에 따른 전원공급제어부(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(12)는 전원공급원(11)으로부터 인가되는 전원을 정해진 시간대에 한하여 릴레이(13)를 구동시키는 타이머(14)를 구비토록 하여, 상기 가스발생기(20)에 인가되는 전력을 심야시간대로 한정하도록 한다. 아울러, 제어부(12)는 가스발생기(20)의 출력단에 구비된 가스압력계(15)와 연결되어, 생성되는 가스의 압력차에 따라 가스발생기(20)에 부담되는 반응부하에 적절히 대응하는 적정전압을 인가하도록 한다.As shown in FIG. 2, the power supply control unit 10 according to the present invention includes a timer 14 for driving the relay 13 only for a predetermined time period for the power applied from the power supply source 11. To be provided, to limit the power applied to the gas generator 20 in the late night time. In addition, the control unit 12 is connected to the gas pressure gauge 15 provided at the output terminal of the gas generator 20, appropriate voltage corresponding to the reaction load on the gas generator 20 according to the pressure difference of the gas generated To be authorized.

계속해서 상기 가스발생기(20)는 음극실과 양극실을 갖는 전해셀의 조립을 통해 형성되는 전해조인 것으로, 상기 전원공급제어부(10)를 통해 특정시간대(심야시간대)에 공급되는 전원을 통해 전해액을 전기분해하여 수소가스와 산소가스를 생성하게 된다. 아울러 가스발생기(20)의 출력단에는 생성되는 수소가스와 산소가스의 압력을 측정하는 가스압력계(15)를 구비한다. 이하 본 발명에 따른 가스발생기(20)의 상세설명은 후술하여 상세히 설명하도록 한다.Subsequently, the gas generator 20 is an electrolytic cell formed by assembling an electrolytic cell having a cathode chamber and an anode chamber. The gas generator 20 supplies electrolyte through a power supplied to the specific time zone (night time zone) through the power supply control unit 10. Electrolysis produces hydrogen gas and oxygen gas. In addition, at the output end of the gas generator 20 is provided with a gas pressure gauge 15 for measuring the pressure of the generated hydrogen gas and oxygen gas. Hereinafter, the detailed description of the gas generator 20 according to the present invention will be described in detail later.

한편 상기 가스발생기(20)를 통해 생성된 수소 및 산소가스는 각각의 이동라인(35)(36)을 통해 수소 및 산소가스저장탱크(31)(32)에 저장(충전)하게 되는데, 상기 이동라인(35)(36)에는 생성된 수소 및 산소가스의 정화기(18)(19)를 부가 설치하도록 하며, 수소정화기(18)의 경우 생성된 수소가스 내에 잔존하는 수증기를 걸려내도록 내도록 하는 물트랩 및 수소가스 내 잔존하는 산소오염물을 제거하도록 하며, 산소정화기(19)의 경우, 산소가스 내 포함된 오염물을 제거하여 후방의 저장탱크에 순수 산소가스를 저장하게 된다.Meanwhile, hydrogen and oxygen gas generated through the gas generator 20 are stored (charged) in the hydrogen and oxygen gas storage tanks 31 and 32 through the respective moving lines 35 and 36. Lines 35 and 36 are additionally equipped with purifiers 18 and 19 for the generated hydrogen and oxygen gas, and in the case of the hydrogen purifier 18, a water trap for catching water vapor remaining in the generated hydrogen gas. And to remove the oxygen contaminants remaining in the hydrogen gas, in the case of oxygen purifier 19, by removing the contaminants contained in the oxygen gas is to store the pure oxygen gas in the rear storage tank.

계속해서 상기 가스발생기(20)로부터 생성된 수소 및 산소가스는 각각의 저장탱크(31)(32)를 통해 저장하게 되며, 각각의 저장탱크(31)(32)에는 가스의 충전상태를 확인할 수 있는 압력계 등의 표시부(미도시)를 구비하도록 한다.Subsequently, hydrogen and oxygen gas generated from the gas generator 20 are stored through each of the storage tanks 31 and 32, and each of the storage tanks 31 and 32 can check the state of filling of the gas. A display unit (not shown), such as a pressure gauge, is provided.

아울러, 상기 통상의 수소저장탱크(31)는 그 내측에는 수소가스를 흡수하여 금속수소화물을 생성하게 되는 수소저장합금이 충전된다.In addition, the conventional hydrogen storage tank 31 is filled with a hydrogen storage alloy that absorbs hydrogen gas to generate metal hydride.

계속해서 상기 보일러실(40)에 구비된 연소용 버너(41)는 상기 수소 및 산소 저장탱크(31)(32)로부터 각각 배출라인(45)(46)을 따라 유입되는 수소가스와 산소가스를 그 내부에 형성되는 수소 및 산소가스용 이동홀을 통해 이동시키며 분사와 동시 수소가스와 산소가스를 연소하게 되는 것으로, 통상 이러한 수·산소 연소용 버너(41)는, 연소 시 열발산이 용이하게 열전달층이 구비되고, 이 열전달층에는 수소가스용 분사공과 산소가스용 이동홀 및 외부 연소공기 흡입수단(360)에 의해 이동라인(361)으로 공급되는 연소공기용 이동홀을 그 내부에 일체로 형성하게 된다. 아울러 수소가스가 갖는 특성에 의해 이동홀을 따라 산소가스가 공급되고, 연소 중 자연대류에 의해 그 공급이 원활히 이루어진다. 이하 수·산소가스 연소용 버너(41)의 상세 구성에 관한 관련 설명은 생략하기로 한다.Subsequently, the combustion burner 41 provided in the boiler room 40 receives hydrogen gas and oxygen gas introduced from the hydrogen and oxygen storage tanks 31 and 32 along the discharge lines 45 and 46, respectively. The hydrogen and oxygen gas are burned at the same time as they are moved through the moving holes for hydrogen and oxygen gas formed therein, and the hydrogen and oxygen combustion burners 41 easily heat dissipate during combustion. A heat transfer layer is provided, and integrally therein is a movement hole for combustion air supplied to the movement line 361 by the injection hole for hydrogen gas, the movement hole for oxygen gas, and the external combustion air suction means 360. To form. In addition, oxygen gas is supplied along the moving hole by the characteristics of hydrogen gas, and the supply thereof is smoothly performed by natural convection during combustion. The related description regarding the detailed structure of the burner 41 for water and oxygen gas combustion is abbreviate | omitted below.

다만, 이때 상기 수소가스저장탱크(31)와 산소가스저장탱크(32)로부터 연결된 각각의 배출라인(45)(46)에는 유량조절밸브(351)(352)를 설치하여, 연소용 버너(41)로 유입되는 수소가스와 산소가스의 가스유량을 조절할 수 있도록 한다. 바람직하게는 수소가스와 산소가스는 연소 시, 1㎥ 의 수소가스에 대해 0.65㎥에 해당하는 산소를 필요로 하게 되는데, 이러한 수소연소 시 필요로 하는 산소량의 총 부피 퍼센트(％)에 대해 77％ 에 해당하는 산소는 상기 산소저장탱크(32)로부터 공급받도록 하며, 나머지 23％ 에 해당하는 산소는 상기 외부 연소공기 흡입수단(360)에 의해 공급되는 연소공기로부터 공급받도록 한다. 이처럼 상기 연소용 버너(41)로 공급되는 외부 연소공기량을 연소에 필요한 산소량의 총 부피 퍼센트(％)에 대해 23％ 를 넘지 않도록 함으로서, 통상 산소 외, 공기 내에 존재하는 질소에 의해 상기 수·산소 연소용 버너(41)의 열절단층에서 발생된 연소열의 회수율 이 방해되는 요소를 줄이고, Nox 발생 저감, 및 열효율을 향상시키게 된다.However, at this time, each of the discharge lines 45 and 46 connected from the hydrogen gas storage tank 31 and the oxygen gas storage tank 32 is provided with flow control valves 351 and 352 to burn the burner 41. To control the gas flow rate of hydrogen gas and oxygen gas. Preferably, hydrogen gas and oxygen gas require oxygen equivalent to 0.65 m 3 for 1 m 3 of hydrogen gas during combustion, and 77% of the total volume percentage (%) of oxygen required for such hydrogen combustion. Corresponding oxygen is supplied from the oxygen storage tank 32, and the remaining 23% oxygen is supplied from the combustion air supplied by the external combustion air suction means 360. In this way, the amount of external combustion air supplied to the combustion burner 41 does not exceed 23% with respect to the total volume percentage (%) of the amount of oxygen required for combustion, so that the water and oxygen are not formed by nitrogen existing in the air other than oxygen. It is possible to reduce the factors that hinder the recovery rate of the combustion heat generated in the thermal cutting layer of the burner 41 for combustion, to reduce the generation of Nox, and to improve the thermal efficiency.

도 1에 도시된 인출번호 '353'은, '산소배출라인'으로 수소가스 연소에 사용되는 산소가스의 유입을 제외한 여분의 산소가스를 배출하게 된다.The withdrawal number '353' shown in FIG. 1 is an 'oxygen discharge line' to discharge extra oxygen gas except for an inflow of oxygen gas used for hydrogen gas combustion.

이러한 수·산소 연소용 버너(41)는 실내 혹은 실외에 구비된 보일러 조작패널(미도시)과 연결되어 온수, 급탕, 난방 등 필요에 따라 연속 혹은 간헐적인 구동패턴을 보이게 된다. 이러한 보일러실의 열교환 및 순환은 기존의 화학연료를 이용한 보일러와 동일한 것으로 관련 상세설명은 생략한다.The burner 41 for combustion of water and oxygen is connected to a boiler operation panel (not shown) provided indoors or outdoors to show a continuous or intermittent driving pattern as needed, such as hot water, hot water supply, and heating. The heat exchange and circulation of the boiler room is the same as the conventional boiler using chemical fuel, and the detailed description thereof will be omitted.

한편, 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 가스발생기의 전해조 내 음극실과 양극실의 구성을 보이는 것이며, 도 4는 가스발생기의 외부구성을 보이기 위한 전면(a), 배면(b), 측면(c) 구성을 보이는 것으로, 본 발명의 실시예에 의한 가스발생기(20)는, 전극판/음극실/분리막/양극실의 순차적 조립을 통해 이루어지는 전해용 셀들의 조립을 통해 형성되는 전해조에 있어서, 상기 음극실(A)은, 외부 전해액 보충탱크(21)와 연결되되, 내측에 형성된 주입구(101A)를 통해, 양극실(B)로부터 전해된 액을 유입하여 상측의 전해용 셀로 공급시키는 음극용 재생투입부(10A)와; 상기 유입된 전해액을 전해시키는 음극 전해용 셀(20A)과; 상기 음극 전해용 셀(20A)의 상측에 배치되어, 그 상부에 형성된 토출구(301A)를 통해 전해된 수소가스를 토출시키며, 가열상태로 전해된 액을 식혀 그 하부에 형성된 배출구(302A)를 통해 배출시키는 열교환 기능을 포함하는 음극용 기액분리부(30A)를 포함하여 이루 어진다.On the other hand, Figures 3a and 3b shows the configuration of the cathode chamber and the anode chamber in the electrolytic cell of the gas generator according to the present invention, Figure 4 is a front (a), back (b), side ( c) showing the configuration, the gas generator 20 according to the embodiment of the present invention, in the electrolytic cell formed through the assembly of the electrolytic cells made through the sequential assembly of the electrode plate / cathode chamber / separator / anode chamber, The cathode chamber (A) is connected to the external electrolyte replenishment tank (21), and through the injection hole 101A formed inside, the cathode for injecting the electrolyte from the anode chamber (B) to supply to the upper cell for electrolysis A regeneration input section 10A; A cathode electrolytic cell 20A for electrolyzing the introduced electrolyte solution; It is disposed above the cathode electrolytic cell 20A, and discharges the hydrogen gas delivered through the discharge port 301A formed in the upper portion thereof, and cools the electrolyzed liquid in a heated state through the discharge port 302A formed at the bottom thereof. It comprises a gas-liquid separator 30A for the negative electrode having a heat exchange function to discharge.

또한, 상기 양극실(B)은, 외부 전해액 보충탱크(21)와 연결되되, 내측에 형성된 주입구(101B)를 통해, 음극실로부터 전해된 액을 유입하여 상측의 전해용 셀로 공급시키는 양극용 재생투입부(10B)와; 상기 유입된 전해액을 전해시키는 양극 전해용 셀(20B)과; 상기 양극 전해용 셀(20B)의 상측에 배치되어, 상부에 형성된 토출구(301B)를 통해 전해된 산소가스를 토출시키며, 가열상태로 전해된 액을 식혀 그 하부에 형성된 배출구(302B)를 통해 배출시키는 열교환 기능을 포함하는 양극용 기액분리부(30B)를 포함하여 이루어진다.In addition, the anode chamber (B) is connected to the external electrolyte replenishment tank (21), through the injection hole 101B formed in the inner side, the regeneration of the anode for introducing the electrolyte from the cathode chamber to supply to the upper cell for electrolysis An input section 10B; A cathode electrolytic cell 20B for electrolyzing the introduced electrolyte solution; It is disposed above the anode electrolytic cell 20B, and discharges the oxygen gas delivered through the discharge port 301B formed in the upper portion, and cools the discharged liquid in a heated state and discharges it through the discharge port 302B formed at the bottom thereof. It comprises a gas-liquid separator 30B for the positive electrode having a heat exchange function.

이때 상기 극실(A)(B)에 구비된 기액분리부(30A)(30B)의 배출구(302A)(302B)는, 다른 극성에 해당하는 재생투입부에 형성된 주입구(101B)(101A)와 연결하는 각각의 순환용 배관(251)(261)을 통해 극실(A)(B)의 기액분리부(30A)(30B)내에 구비된 열교환 기능을 통해 식혀진 전해액이 이웃하는 반대극성을 띄는 극실의 재생투입부(30B)(30A)측으로 유입되도록 하는 자연 순환식 가스발생기를 보이고 있다.At this time, the outlets 302A and 302B of the gas-liquid separators 30A and 30B provided in the polar chambers A and B are connected to the injection holes 101B and 101A formed in the regeneration input section corresponding to different polarities. Electrolytic solution cooled through the heat exchange function provided in the gas-liquid separator 30A, 30B of the polar chamber A (B) through each circulation pipe 251, 261 of the It shows a natural circulation gas generator to be introduced to the regeneration input unit (30B) (30A) side.

아울러, 도시된 바와 같이, 바람직하게는, 극실(A)(B)별 재생투입부(10A)(10B)로부터 전해액이 유입되는 전해용 셀(20A)(20B)측 입구(201A)(201B)와, 전해용 셀(20A)(20B)로부터 전해된 액이 기액분리부(30A)(30B)측으로 향하는 출구(202A)(202B)는 대각방향의 대칭을 이루도록 하여, 전해용 셀(20A)(20B)로 유입된 전해액이 충분히 전해과정을 거치며 기액분리부(30A)(30B)로 이동되도록 한다.In addition, as shown, preferably, the inlet 201A (201B) on the side of the electrolytic cell 20A (20B) into which the electrolyte solution flows from the regeneration injection unit (10A) (10B) for each pole room (A) (B). The outlets 202A and 202B, in which the liquid electrolyzed from the electrolytic cells 20A and 20B, are directed toward the gas-liquid separator 30A and 30B, have a diagonal symmetry, so that the electrolytic cells 20A ( The electrolyte introduced into 20B is sufficiently passed through the electrolytic process and moved to the gas-liquid separator 30A and 30B.

또한, 바람직하게는, 상기 전해용 셀(20A)(20B)에서 전해과정을 통해 가열상 태로 상부측 기액분리부(30A)(30B)로 향하는 전해액의 출구(202A)(202B)와, 기액분리기(30A)(30B)내의 열교환 기능을 통해 식혀진 전해액을 배출시키기 위해 형성된 배출구(302A)(302B)의 사이에는 격리판(401)을 부가 설치한다. 이러한 격리판(401)을 통해 기액분리부(30A)(30B)내로 유입된 가열상태의 전해액과 열교환 기능에 의해 식혀진 전해액이 쉽게 섞여지는 현상을 방지하게 된다.In addition, the outlets 202A and 202B of the electrolyte solution toward the upper gas-liquid separators 30A and 30B in a heated state through the electrolytic process in the electrolytic cells 20A and 20B, and a gas-liquid separator. The separator 401 is additionally installed between the discharge ports 302A and 302B formed to discharge the cooled electrolyte through the heat exchange function in the 30A and 30B. The separator 401 prevents a phenomenon in which the heated electrolyte introduced into the gas-liquid separator 30A and 30B and the cooled electrolyte by the heat exchange function are easily mixed.

또한, 본 발명에 의해 극실(A)(B)의 기액분리부(30A)(30B)에 설치되는 열교환 기능은, 전해조의 전·후면을 관통하여, 음극 및 양극용 기액분리부(30A)(30B)의 전해된 액에 침수된 상태를 취하며, 그 내부에 열전달매체가 충전되는 열전달용 파이프(40A)(40B)인 것으로, 이러한 열전달용 파이프(40A)(40B)는 전해조의 극실(A)(B)의 기액분리부(30A)(30B)를 관통하여 설치된 채, 외부에 위치한 공급원(미도시)에 의해 연속적으로 순환되는 용수를 열전달매체로 한다. 또한, 상기 기액분리부(30A)(30B)의 내측을 관통하는 열전달용 파이프(40A)(40B)의 외주연에 방열핀(40A')(40B')을 부가 설치하도록 하여, 전해액의 열전달 효율을 향상시킬 수 있을 것이다. 또한, 기액분리부(30A)(30B)를 관통하여 침수된 상태를 취하는 열교환 파이프(40A)(40B)의 재질은, 열전달이 용이한 어떠한 금속이든 무관하나, 산과 알칼리에 강한 스테인리스 재질을 권장한다.Further, according to the present invention, the heat exchange function provided in the gas-liquid separator 30A, 30B of the polar chambers A, B passes through the front and rear surfaces of the electrolytic cell, and the gas-liquid separator 30A for the negative electrode and the positive electrode ( 30B) is a heat transfer pipe 40A, 40B, which is submerged in an electrolytic solution, and the heat transfer medium is filled therein, and the heat transfer pipe 40A, 40B is an electrode chamber A of an electrolytic cell. The water continually circulated by a source (not shown) located outside is installed as a heat transfer medium while being installed to penetrate through the gas-liquid separator 30A and 30B of (B). In addition, heat dissipation fins 40A 'and 40B' are installed on the outer periphery of the heat transfer pipes 40A and 40B that penetrate the inside of the gas-liquid separator 30A and 30B, thereby improving heat transfer efficiency of the electrolyte solution. You will be able to improve. In addition, the material of the heat exchanger pipes 40A and 40B, which is submerged through the gas-liquid separator 30A and 30B, may be any metal that is easy to transfer heat, but a stainless steel that is resistant to acids and alkalis is recommended. .

아울러, 상기와 같은 구조의 가스발생기(20)의 음극실(A) 및 양극실(B)은, 하나의 단일프레임(200)에 의해 이루어지는 것으로, 이러한 단일프레임(200)들의 적층 조립을 통해 음극실(A)과 양극실(B)이 격번되게 배치되며, 이러한 조립된 단일프레임(200)들과, 그 전·후면에 각각 밀착되어 외판을 이루는 전·후면 판(250)(260)들의 상호 밀착되는 사방 둘레를 따라 복수의 고정홀(100a)들을 형성하여, 이를 관통하는 고정수단(230)을 통해 고정 체결된다.In addition, the cathode chamber (A) and the anode chamber (B) of the gas generator 20 having the structure as described above is made of one single frame 200, the cathode through the laminated assembly of such single frame 200 The chamber A and the anode chamber B are alternately arranged, and the assembled single frames 200 and the front and rear plates 250 and 260 which are in close contact with each of the front and rear surfaces thereof form an outer plate. A plurality of fixing holes 100a are formed along the four circumferentially contacted surfaces, and are fixedly fastened through the fixing means 230 penetrating through the fixing holes 100a.

상기 전·후면판(250)(260)은, 음극실(A) 및 양극실(B)을 갖는 단일프레임(200)에 대응하여, 가스를 외부로 토출하는 토출구(211A)(221B)와, 전해액을 순환시키기 위한 배출구(212A)(222B), 및 다시 식혀진 전해액을 재생투입부를 향해 순환시키기 위한 주입구(213A)(223B)를 형성하게 된다. 즉, 도시된 바와 같이, 전면판(250)의 토출구(211A)를 통해서는 음극용 기액분리부(30A)에서 분리된 수소가스를 이동라인(35)을 향해 토출시키며, 후면판(220)의 토출구(221B)를 통해서는 양극용 기액분리부(30B)에서 분리된 산소가스를 이동라인(36)을 향해 토출시키게 된다.The front and rear plates 250 and 260 correspond to a single frame 200 having a cathode chamber A and an anode chamber B, and discharge ports 211A and 221B for discharging gas to the outside; Outlets 212A and 222B for circulating the electrolyte solution, and inlets 213A and 223B for circulating the cooled coolant toward the regeneration input unit are formed. That is, as shown, through the discharge port 211A of the front plate 250 discharges the hydrogen gas separated from the cathode gas-liquid separator 30A toward the moving line 35, the rear plate 220 Through the discharge port 221B, the oxygen gas separated from the positive gas liquid separator 30B is discharged toward the moving line 36.

상기와 같은 구조의 전원공급제어부(10), 가스발생기(20), 저장탱크(30) 및 수·산소 연소용 버너(41)를 포함한 보일러실(40)로 이루어진 난방장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the heating device consisting of the boiler chamber 40 including the power supply control unit 10, the gas generator 20, the storage tank 30 and the burner 41 for the combustion of water and oxygen having the above structure. Same as

본 발명에 따른 전원공급제어부(10)는 공급원으로부터 심야시간대(22시~08시)에 들어오는 전원을 이용하여 가스발생기(20)에 구비되는 전극판을 향해 전원을 공급하도록 하며, 이와 동시 내부에 채워진 전해액을 전기분해하여 음극실(A)에서는 수소가스를 생성하여 이동라인(35)을 따라 이동되어 수소정화기(18)를 거쳐 순수 수소가스가 저장탱크(31)에 저장(충전)되며, 양극실(B)에서는 산소가스를 생성하여 이동라인(36)을 따라 이동되어 산소정화기(19)를 거쳐 순수 산소가스가 저장 탱크(32)에 저장(충전)된다.The power supply control unit 10 according to the present invention is to supply the power toward the electrode plate provided in the gas generator 20 by using the power coming in the late night time (22 o'clock to 8 o'clock) from the source, and at the same time therein Electrolyzed electrolyte is electrolyzed to produce hydrogen gas in the cathode chamber (A), which is moved along the moving line (35), and the pure hydrogen gas is stored (charged) in the storage tank (31) through the hydrogen purifier (18). In the chamber B, oxygen gas is generated and moved along the moving line 36, and pure oxygen gas is stored (filled) in the storage tank 32 via the oxygen purifier 19.

이렇게 수소가스 저장탱크(31)에 저장된 수소가스는 익일 난방, 급수를 요구하는 사용자가 실내 혹은 보일러실(40)에 구비된 조작패널의 조작에 의해 점화되는 연소용 버너(41)를 향해 연료원으로서 공급되는 것이다.The hydrogen gas stored in the hydrogen gas storage tank 31 is a fuel source toward the combustion burner 41 that is ignited by an operation panel provided in the room or the boiler room 40 by a user who requests heating and water the next day. It is supplied as.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.

상술한 바와 같이 본 발명은 통상 대체에너지로서의 수소가스를 생성하기 위한 수소발생기의 작동에 필요로 하는 전기의 소모를 최소화하여, 일반 가정, 공장 등에서의 구축 시 그 사용 에너지의 절감을 향상시킬 수 있도록 하며, 특히 상용화되고 있는 심야전기보일러와 비교하여 본 발명에 따른 수소발생기에 의해 소모되는 전력이 1/3 로 절감되는 효과를 가져오게 되었다.As described above, the present invention generally minimizes the consumption of electricity required for the operation of the hydrogen generator to generate hydrogen gas as an alternative energy, so that it is possible to improve the reduction of the energy used during construction in a general home or factory. In particular, compared to the late-night electric boiler is commercialized, the power consumed by the hydrogen generator according to the present invention has the effect of reducing to 1/3.

수소가스발생기에 부가되는 보충수탱크, 전해조, 여과조, 분리기 등의 부가 장치를 일체형 소형화하여, 가정에서의 그 설치 및 안정성을 향상시킬 수 있도록 하였다.Additional devices such as a supplementary water tank, an electrolytic tank, a filtration tank, and a separator added to the hydrogen gas generator are miniaturized in one body, thereby improving the installation and stability in the home.

아울러, 경제성 있는 대체에너지로서의 수소가스의 산업 상 활용에 크게 기여할 수 있는 기대되는 발명이다.In addition, it is an expected invention that can greatly contribute to the industrial use of hydrogen gas as an economical alternative energy.

Claims

delete

A power supply control unit; A gas generator for generating hydrogen and oxygen gas by electrolyzing the electrolyte filled therein from the power applied from the power supply control unit; Hydrogen and oxygen storage tank for storing the generated hydrogen and oxygen gas, and having a flow control valve in each discharge line; And a burner configured to burn water and oxygen gas respectively introduced at a predetermined ratio from the storage tanks.

The gas generator is an electrolytic cell formed by laminating assembly of electrolytic cells having a cathode chamber and an anode chamber,

The negative electrode chamber is connected to the external electrolyte replenishment tank, and through the injection hole formed in the inner side, the regeneration input unit for the negative electrode to inject the electrolyte from the positive electrode chamber to supply to the upper cell for electrolysis; A cathode electrolytic cell for electrolyzing the introduced electrolyte; It is disposed on the upper side of the cathode electrolytic cell, for discharging the oxygen gas delivered through the discharge port formed in the upper portion, and for the cathode including a heat exchange function to cool the liquid delivered in a heated state through the discharge hole formed in the lower portion Gas-liquid separator; It consists of

The anode chamber is connected to the external electrolyte replenishment tank, the anode regeneration input unit for supplying the electrolyte from the cathode chamber through the injection hole formed in the inner side to supply to the electrolytic cell on the upper side; A cathode electrolytic cell for electrolyzing the introduced electrolyte; It is disposed on the upper side of the anode electrolytic cell, the hydrogen gas discharged through the discharge port formed in the upper, the positive electrode gas liquid including a heat exchange function that cools the liquid delivered in a heated state and discharges through the discharge hole formed in the lower portion Separator; Comprising a hydrogen gas boiler, characterized in that the cathode or the anode chamber, the electrolyte is cooled in the selected one of the polar chamber is cooled, and then introduced to the regeneration input side of the other polar chamber.

The method of claim 4, wherein

The heat exchange function provided in the gas-liquid separator of the cathode chamber and the anode chamber is provided with a heat transfer pipe passing through the front and rear surfaces of the electrolytic cell, so that the heat transfer medium filled therein by an external source is circulated. Hydrogen gas boiler.

The method of claim 4, wherein

The cathode chamber and the anode chamber are formed through the front and rear of a single frame having a separator therein,

The plurality of unit frames are provided in close contact with each other, and the plurality of fixing holes formed along the four sides of the front and rear plates in close contact with the front and rear surfaces of the unit frames, respectively. The hydrogen gas boiler is characterized in that the regeneration input unit / electrolyte cell / gas-liquid separator for the negative electrode, and the regeneration input unit / electrolyte cell / gas-liquid separator for the positive electrode is arranged alternately by the assembled number of unit frames.

The method of claim 6,

The front and rear plates have a circulation pipe for circulating the electrolyte by connecting the outlet of the anode gas-liquid separator and the inlet for regeneration of the cathode, and the outlet of the cathode-liquid separator and the inlet for regeneration of the anode. A hydrogen gas boiler, characterized in that spaced apart from the electrolytic cell.