KR101172941B1 - 물을 고온, 고압으로 개질하여 수소를 생산하는 기계장치 - Google Patents
물을 고온, 고압으로 개질하여 수소를 생산하는 기계장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 지구상 화석연료의 고갈과 환경오염에 대한 무방비 상태에서, 청정에너지이며 화석연료의 대체에너지 수소를, 물(H2 O)을 이용하여 고온 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃, 고압 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar 조건으로 개질, 수소와 산소로 이온분리시켜 수소에너지화 하는 기계장치를 제작하는 것으로, 상세하게는, 물(H2 O)이 1/3 내지 2/3 부피정도 담수되어 있는 수증기발생용압력용기를 연소실에서 얻어 가열실에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지로 가열, 수증기발생용압력용기 내 상부공간에 수증기가 발생 저장되도록 하며, 수증기발생용압력용기 내 상부에 저장되어 있는 수증기는 수증기발생용 압력용기 내 개질조건인 온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar에서 습윤포화증기로 개질 되는바 수증기발생용압력용기 내 압력이 45bar가 되도록 가열실에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지에 의해 수증기발생용압력용기가 연속 가열되도록 하며, 수증기발생용압력용기 내 압력이 45bar가 되면 35bar가 될 때까지 밸브를 개방하여 습윤포화증기가 수증기이송관을 통해 개질실로 이송되도록 한다. 개질실로 이송된 습윤포화증기는 개질실 내 개질조건인 온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar에서 과열증기로 개질되는바 개질실 내 압력이 45bar가 되도록 가열실에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지에 의해 개질실이 연속 가열되도록 하며, 개질실 내 압력이 45bar가 되면 35bar가 될 때까지 밸브를 개방하여 개질실 내 과열증기가 개질관으로 이송되도록 한다. 개질관으로 이송된 과열증기는 개질관 내 개질조건인 온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar에서 개질되어 수소와 산소로 이온분리 되는바 개질관 내 압력이 45bar가 되도록 가열실에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지에 의해 개질관이 연속 가열되도록 하며, 개질관 내 압력이 45bar가 되면 35bar가 될 때까지 밸브를 개방하여 이온화 분리된 수소와 산소가 멤브레인 여과망이 장치된 수소저장탱크로 이송 저장되게 하는 것이다.
수소에너지 생산기계장치, 수소에너지 열분해 개질장치, 수소에너지 개질장치
Description
본 발명은 물(H2 O)을 고온 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 고압 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar만을 필요조건으로 하여 별도 촉매제 없이 수증기로, 수증기를 습윤포화증기로, 습윤포화증기를 과열증기로, 과열증기를 수소와 산소로 이온 분리하여 수소가스를 생산하는 기계를 제작하는 것이다.
수소를 생산하는 현존 기술에 대하여,
현존하는 기술은
* 저온전기분해 수소개발
* 고온수증기전기분해 수소개발
* 알칼리전기분해 수소개발
* 석탄가스화전기분해 수소개발
* 천연가스증기개질 수소개발 등이 있으며,
본 발명은 천연가스증기개질 수소개발 기술이 배경이 되었다.
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이에 본 발명은, 수소를 생산하는 현존 기술이 전해질 및 전극판, 또는 화석연료 그리고 촉매 등을 사용함으로서 생산원가가 높아지고, 2차 환경오염이 발생하며, 대량생산이 어려워 대중화시키지 못하고 있다는 현재의 과제를 해결하고자 함이다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 수소를 생산하는 기계를 수증기발생용압력용기, 수증기이송관, 가열실, 개질실, 개질관을 주요장치부로 구성하며, 연소실에서 얻어 가열실에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃ 열에너지로 수증기발생용압력용기, 수증기이송관, 개질실, 개질관을 가열하여 수증기발생용압력용기, 수증기이송관, 개질실, 개질관 내부를 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar 압력조건으로 만들어 물(H2 O)을 개질시켜 수소와 산소로 이온 분리하여 수소를 생산하는 기계를 제작하는 것이다.
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본 발명은
1) 수소생산을 하는 현존 기술들에서 사용되는 전해질 및 전극판, 화석연료 그리고 촉매 등을 사용하지 않음으로서 초기투자비와 운전비용이 절감된다. 또한 운전방법이 간단하다.
2) 2차 환경오염이 발생하지 않는 고효율성 청정에너지 수소가스를 대량 생산함으로서 사회 간접비 절감 및 저가 에너지를 대중화 할 수 있다.
3) 고온의 연소열이 필요한 발전소, 제철소, 소각장 등 다른 분야로의 파급효과가 매우 크다.
4) 자체공정에서 필요로 하는 열원을 생산되는 수소에너지를 사용함으로서 운전비용이 절감된다.
따라서 청정에너지이며 저가에너지를 생산하여 소비자에게 대량 공급할 수 있는 발명품으로서 만인의 삶의 질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면과 함께 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성과 실시 예를 다음과 같이 설명하기로 한다.
[발명의 구성]
[발명의 요약]
본 발명은 지구상 화석연료의 고갈과 환경오염에 대한 무방비 상태에서, 청정에너지이며 화석연료의 대체에너지 수소를, 물(H2 O)을 이용하여 고온 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃, 고압 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar 조건으로 개질, 수소와 산소로 이온 분리시켜 수소에너지화 하는 기계장치를 제작하는 것으로, 물(H2 O)이 1/3 내지 2/3 부피정도 담수되어 있는 수증기발생용압력용기(1)를 연소실(2)에서 얻어 가열실(4)에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지로 가열, 수증기발생용압력용기(1) 내 상부공간에 수증기가 발생 저장되도록 하며, 수증기발생용압력용기(1) 내 상부에 저장되어 있는 수증기는 또한 가열실(4) 내 열에너지(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)에 의해 형성된 수증기발생용압력용기(1) 내 개질조건인 온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar에서 습윤포화증기로 개질 되는바 수증기발생용압력용기(1) 내 압력이 45bar가 되도록 가열실(4)에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지에 의해 수증기발생용압력용기(1)가 연속 가열되도록 하며, 수증기발생용압력용기(1) 내 압력이 45bar가 되면 35bar가 될 때까지 밸브(25)를 개방하여 습윤포화증기가 수증기이송관(6)을 통해 개질실(9)로 이송되도록 한다. 개질실(9)로 이송된 습윤포화증기는 가열실(4) 내 열에너지(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)에 의해 형성된 개질실(9) 내 개질조건인 온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar에서 과열증기로 개질되는바 개질실(9) 내 압력이 45bar가 되도록 가열실(4)에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지에 의해 개질실(9)이 연속 가열되도록 하며, 개질실(9) 내 압력이 45bar가 되면 35bar가 될 때까지 밸브(25)를 개방하여 개질실(9) 내 과열증기가 개질관(10)으로 이송되도록 한다. 개질관(10)으로 이송된 과열증기는 가열실(4) 내 열에너지(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)에 의해 형성된 개질관(10) 내 개질조건인 온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar에서 개질되어 수소와 산소로 이온 분리 되는바 개질관(10) 내 압력이 45bar가 되도록 가열실(4)에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지에 의해 개질관(10)이 연속 가열되도록 하며, 개질관(10) 내 압력이 45bar가 되면 35bar가 될 때까지 밸브(25)를 개방하여 이온화 분리된 수소와 산소가 멤브레인 여과망이 장치된 수소저장탱크(12)로 이송 저장되게 하는 것이다.
이하, 본 발명의 구체적인 내용을 하기에 상세히 설명한다.
[발명의 구성]
[발명의 요약]
본 발명은 지구상 화석연료의 고갈과 환경오염에 대한 무방비 상태에서, 청정에너지이며 화석연료의 대체에너지 수소를, 물(H2 O)을 이용하여 고온 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃, 고압 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar 조건으로 개질, 수소와 산소로 이온 분리시켜 수소에너지화 하는 기계장치를 제작하는 것으로, 물(H2 O)이 1/3 내지 2/3 부피정도 담수되어 있는 수증기발생용압력용기(1)를 연소실(2)에서 얻어 가열실(4)에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지로 가열, 수증기발생용압력용기(1) 내 상부공간에 수증기가 발생 저장되도록 하며, 수증기발생용압력용기(1) 내 상부에 저장되어 있는 수증기는 또한 가열실(4) 내 열에너지(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)에 의해 형성된 수증기발생용압력용기(1) 내 개질조건인 온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar에서 습윤포화증기로 개질 되는바 수증기발생용압력용기(1) 내 압력이 45bar가 되도록 가열실(4)에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지에 의해 수증기발생용압력용기(1)가 연속 가열되도록 하며, 수증기발생용압력용기(1) 내 압력이 45bar가 되면 35bar가 될 때까지 밸브(25)를 개방하여 습윤포화증기가 수증기이송관(6)을 통해 개질실(9)로 이송되도록 한다. 개질실(9)로 이송된 습윤포화증기는 가열실(4) 내 열에너지(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)에 의해 형성된 개질실(9) 내 개질조건인 온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar에서 과열증기로 개질되는바 개질실(9) 내 압력이 45bar가 되도록 가열실(4)에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지에 의해 개질실(9)이 연속 가열되도록 하며, 개질실(9) 내 압력이 45bar가 되면 35bar가 될 때까지 밸브(25)를 개방하여 개질실(9) 내 과열증기가 개질관(10)으로 이송되도록 한다. 개질관(10)으로 이송된 과열증기는 가열실(4) 내 열에너지(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)에 의해 형성된 개질관(10) 내 개질조건인 온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar에서 개질되어 수소와 산소로 이온 분리 되는바 개질관(10) 내 압력이 45bar가 되도록 가열실(4)에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지에 의해 개질관(10)이 연속 가열되도록 하며, 개질관(10) 내 압력이 45bar가 되면 35bar가 될 때까지 밸브(25)를 개방하여 이온화 분리된 수소와 산소가 멤브레인 여과망이 장치된 수소저장탱크(12)로 이송 저장되게 하는 것이다.
이하, 본 발명의 구체적인 내용을 하기에 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 물을 고온,고압으로 개질하여 수소를 생산하는 기계장치의 전체 공정 구성도
도 2는 본 발명에 따른 물을 고온,고압으로 개질하여 수소를 생산하는 기계장치의 연소실 및 가열실의 정면도, 평면도
도 3은 본 발명에 따른 물을 고온,고압으로 개질하여 수소를 생산하는 기계장치의 수증기발생용압력용기 및 수증기이송관의 정면도, 평면도
도 4는 본 발명에 따른 물을 고온,고압으로 개질하여 수소를 생산하는 기계장치의 개질실 및 개질관, 수증기이송관의 정면도, 평면도, 밑면도
도 5는 본 발명에 따른 물을 고온,고압으로 개질하여 수소를 생산하는 기계장치의 수증기이송관의 정면도, 평면도, 밑면도
도 6은 본 발명에 따른 물을 고온,고압으로 개질하여 수소를 생산하는 기계장치의 개질실의 정면도, 평면도, 밑면도
도 7은 본 발명에 따른 물을 고온,고압으로 개질하여 수소를 생산하는 기계장치의 개질관의 정면도, 평면도, 밑면도를 도시한 것으로,
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상세한 구성은,
본 발명은 도 1, 2와 같이 화염을 분사하는 버너(13)가 창치되며, 화염에서 발생한 열에너지를 저장하는 연소실(2)과,
연소실(2) 내에 저장되어 있는 열에너지를 가열실(4)로 이송하는 이송통로 역할을 하고, 가열실(4)에 장치되어 있는 수증기발생용압력용기(1), 수증기이송관(6), 개질실(9), 개질관(10)이 화염에 직화되는 것을 차단하도록 이격거리 역할을 하는 열에너지이송로(3),
연소실(2)에 저장되어 있는 열에너지를 열에너지이송로(3)를 통하여 이송받아 저장하며, 수증기발생용압력용기(1), 수증기이송관(6), 개질실(9), 개질관(10)이 장치되어 있는 가열실(4),
가열실(4) 상단 끝단부에 장치되어 있으며 물을 담수하여 수증기를 발생시켜 수증기를 습윤포화증기로 개질시키는 수증기발생용압력용기(1),
수증기발생용압력용기(1) 내에서 개질된 습윤포화증기를 개질실(9)로 이송하는 수증기이송관(6),
수증기발생용압력용기(1) 내에서 개질되어 수증기이송관(6)을 통해 이송받은 습윤포화증기를 과열증기로 개질하는 개질실(9),
개질실(9)에서 개질, 저장되어 있는 과열증기를 이송받아 수소와 산소로 이온 분리시켜 가스화 하는 개질관(10),
수증기발생용압력용기(1), 수증기이송관(6), 개질실(9), 개질관(10) 내부가 개질조건(온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar)이 되도록 조절, 각 단계에서 개질공정이 원활히 이루어지도록 하며, 이온 분리된 수소와 산소가 수소저장탱크(12)로 이송되도록 역할을 하는 밸브(25),
그리고 이온화된 수소와 산소를 분리 저장할 수 있는 멤브레인이 장치된 수소저장탱크(12)로 구성한다.
연소실(2) 내에 저장되어 있는 열에너지를 가열실(4)로 이송하는 이송통로 역할을 하고, 가열실(4)에 장치되어 있는 수증기발생용압력용기(1), 수증기이송관(6), 개질실(9), 개질관(10)이 화염에 직화되는 것을 차단하도록 이격거리 역할을 하는 열에너지이송로(3),
연소실(2)에 저장되어 있는 열에너지를 열에너지이송로(3)를 통하여 이송받아 저장하며, 수증기발생용압력용기(1), 수증기이송관(6), 개질실(9), 개질관(10)이 장치되어 있는 가열실(4),
가열실(4) 상단 끝단부에 장치되어 있으며 물을 담수하여 수증기를 발생시켜 수증기를 습윤포화증기로 개질시키는 수증기발생용압력용기(1),
수증기발생용압력용기(1) 내에서 개질된 습윤포화증기를 개질실(9)로 이송하는 수증기이송관(6),
수증기발생용압력용기(1) 내에서 개질되어 수증기이송관(6)을 통해 이송받은 습윤포화증기를 과열증기로 개질하는 개질실(9),
개질실(9)에서 개질, 저장되어 있는 과열증기를 이송받아 수소와 산소로 이온 분리시켜 가스화 하는 개질관(10),
수증기발생용압력용기(1), 수증기이송관(6), 개질실(9), 개질관(10) 내부가 개질조건(온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar)이 되도록 조절, 각 단계에서 개질공정이 원활히 이루어지도록 하며, 이온 분리된 수소와 산소가 수소저장탱크(12)로 이송되도록 역할을 하는 밸브(25),
그리고 이온화된 수소와 산소를 분리 저장할 수 있는 멤브레인이 장치된 수소저장탱크(12)로 구성한다.
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상기 연소실(2)은 도 1과 같이 연소실(2) 입구에 버너(13)를 구성하며, 버너(13)에서 분사된 화염과 화염에서 발생한 열(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)을 저장하는 역할을 하며, 화염과 고열(700 내지 ,1200℃ 정확하게는 850℃)에 견될 수 있는 내화벽돌 또는 케스터블로 내벽을 제작하고, 외벽은 냉각역할을 할 수 있게 주철주물로 2중벽 내통형상 수관식으로 제작한다.
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상기 열에너지이송로(3)는 도 1과 같이 연소실(2)에 저장되어 있는 열에너지를 가열실(4)로 이송하는 통로역할과 버너(13)에서 분사된 화염이 가열실(4) 내에 장치되어 있는 수증기발생용압력용기(1), 수증기이송관(6), 개질실(9), 개질관(10)에 직접 직화되는 것을 방지하는 이격거리를 만들어 주는 역할을 하며, 화염과 고열(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)에 견될 수 있는 내화벽돌 또는 케스터블로 내벽을 제작하고, 외벽은 냉각역할을 할 수 있게 주철주물로 2중벽 내통형상 수관식으로 제작하며, 일측끝단면에는 연소실(2)을, 타측끝단면에는 가열실(4)을 연결하는 구조로 제작한다.
상기 가열실(4)은 도 1, 2와 같이 연소실(2)에 저장되어 있는 열에너지 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃를 열에너지이송로(3)를 통하여 이송받아 저장하며, 수증기발생용압력용기(1), 수증기이송관(6), 개질실(9), 개질관(10)이 장치되어 있는 밀폐공간으로 저장된 열에너지에 의해 장치된 수증기발생용압력용기(1), 수증기이송관(6), 개질실(9), 개질관(10)이 가열되어 개질조건(고온 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃, 고압 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar)을 만족할 수 있도록 역할을 한다.
가열실은 고온(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)에 견될 수 있는 내화벽돌 또는 케스터블로 내벽을 제작하며, 외벽은 냉각역할을 할 수 있게 주철주물로 2중벽 내통형상 수관식으로 제작하고, 연소실(2)로부터 공급되어지는 열에너지 풍량 만큼 열량이 소진된 폐열을 배출하도록 가열실(4)에 열에너지가 유입되는 방향을 기준하여 270˚되는 가열실(4)면에, 하단면으로부터 1/3되는 높이에 배출구(24)를 장치한다.
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상기 수증기발생용압력용기(1)는 도 1, 3과 같이 가열실(4) 상단 끝단부에 장치하며, 물을 1/3 내지 2/3부피로 담수하여 가열실(4)에 저장되어 있는 열에너지 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃에 의해 수증기를 발생시켜 수증기발생용압력용기(1) 내수면 위 공간부에 저장하며, 또한 수증기를 저장하고 있는 수증기발생용압력용기(1)를 가열실(4)에 저장되어 있는 열에너지 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃에 의해 연속 가열되게 하여 형성된 수증기발생용압력용기(1) 내 개질조건(고온 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃, 고압 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar)으로 저장되어 있는 수증기를 습윤포화증기로 개질시키는 역할을 한다.
수증기발생용압력용기(1)는 고온(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃), 고압(20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar)에 견딜 수 있는 텅스텐 주물로 윗면과 아래면으로 형성된 호빵형상(여러형상으로 제작할 수 있으나 본 발명에서는 호빵형상을 실례로 하여 제작한다)의 밀폐형 압력용기로 제작 내,외면을 SiO2 세라믹 코팅으로 소성하여 제작한다. 수증기발생용압력용기(1)에 담수되는 물은 초기에는 일반용수를 사용하고, 정상운전이 되면 열교환기(11)에서 열교환된 가온수(水)를 고압펌프(20)에 의해 미온수투입관(16)을 통하여 공급받아 사용한다.
상기 수증기이송관(6)은 도 1, 5와 같이 수증기발생용압력용기(1) 내에서 개질된 습윤포화증기를 개질실(9)로 이송하는 역할을 하며, 초기부를 수증기흡입구(7)로, 끝단부를 수증기토출구(8)로 명명하여 수증기흡입구(7)는 수증기발생용압력용기(1) 밑면을 관통, 수증기발생용압력용기(1) 내 담수면(5) 위 수증기 저장공간에 위치토록 구성하여 습윤포화증기가 유입되도록 하고, 수증기토출구(8)는 개질실(9) 상단면을 관통, 개질실(9) 내 하단부에 위치토록 구성하여 수증기흡입구(7)로부터 유입되어 이송된 습윤포화증기가 개질실(9)에 토출되도록 역할을 한다.
수증기이송관(6)은 텅스텐 주물로 튜브(관)형상으로 제작하며 내,외면을 SiO2 세라믹 코팅으로 소성하여 제작한다.
수증기이송관(6)은 텅스텐 주물로 튜브(관)형상으로 제작하며 내,외면을 SiO2 세라믹 코팅으로 소성하여 제작한다.
상기 개질실(9)은 도 1, 6과 같이 가열실(4) 내에 장치하여 수증기발생용압력용기(1) 내에서 개질되어 수증기이송관(6)을 통해 이송받은 습윤포화증기를 가열실(4) 내 열에너지(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)에 의해 형성된 개질실(9) 내 개질조건(고온 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃, 고압 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar)으로 과열증기로 개질하는 역할을 하며, 또한 개질된 과열증기를 개질관(10)으로 이송하는 역할을 한다.
개질실(9)은 개질조건인 고온(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃), 고압(20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar)상태가 유지되어야 하므로, 내구성을 위하여 텅스텐 주물로 동체는 가로보다 세로가 긴 원기둥형상이며, 상단면은 반타원체 경판으로, 하단면은 아래로 콘 형상이 되게 막음질하여 제작, 내,외면을 SiO2 세라믹 코팅으로 소성하여 제작한다.
개질실(9) 상단면에는 수증기이송관(6)이 관통하여 위치하고, 개질관(10)이 시작하는 개질관시작부(10a)가 위치해 있으며, 하단면에는 습윤포화증기가 응축되는 현상이 나타날 수 있어 응축수 방출이 가능하도록 스팀트랩이 장치된 응축수배출관(14)이 장치되어 있다.
개질실(9) 상단면에는 수증기이송관(6)이 관통하여 위치하고, 개질관(10)이 시작하는 개질관시작부(10a)가 위치해 있으며, 하단면에는 습윤포화증기가 응축되는 현상이 나타날 수 있어 응축수 방출이 가능하도록 스팀트랩이 장치된 응축수배출관(14)이 장치되어 있다.
상기 개질관(10)은 시작부를 개질관시작부(10a)로 끝단부를 개질관끝단부(10b)로 명명하여 개질관시작부(10a)를 개질실(9) 상단면에 위치시켜 개질실(9)에 저장되어 있는 과열증기를 흡입하도록 하고, 개질관(10)은 가열실(4) 내에 장치되어 있는 개질실(9) 외면 둘레를 감싸 안은 듯 개질실(9) 외면과 사이공간을 두며 개질관끝단부(10b)가 아래로 향하는 코일(스프링)형상이 되게 제작, 개질관시작부(10a)로 흡입된 과열증기가 가열실(4) 내 열에너지(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)에 의해 형성된 개질관(10) 내 개질조건(고온 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃, 고압 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar)으로 수소와 산소로 이온 분리하도록 역할을 하며, 개질관끝단부(10b)는 이온 분리된 수소와 산소가 밸브(25)조작을 통하여 수소저장탱크에 저장될 수 있도록 토출시키는 역할을 한다.
개질관(10)은 내구성을 위하여 텅스텐 주물로 튜브(관)로 코일형상이 되게 제작, 내,외면을 SiO2 세라믹 코팅으로 소성하여 제작하고, 개질관끝단부(10b) 근접부분에는 냉각용 열교환기(11)와 수증기발생용압력용기(1), 수증기이송관(6), 개질실(9), 개질관(10) 내부가 개질조건(온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar)이 만족되도록 조절, 각 단계에서 개질이 원활하게 이루워 지도록 하며, 최종적으로 이온 분리된 수소와 산소가 수소저장탱크(12)로 이송되게 조절하는 밸브(25)가 장치되고, 개질관끝단부(10b)는 수소저장탱크(12) 하단부와 연결되어 멤브레인을 중심으로 하단부에는 산소가, 상단부에는 수소가 저장되도록 하여 수소에너지를 얻도록 한다.
개질관(10) 길이는 0.2 내지 150m 정확하게는 12 내지 24m 로 한다.
상기 밸브(25)는 도 1과 같이 개질관끝단부(10b) 근처부분에 열교환기(11) 다음(後), 수소저장탱크 전(前) 위치에 장치하여 수증기발생용압력용기(1), 수증기이송관(6), 개질실(9), 개질관(10) 내부가 개질조건(온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar)이 되도록 조절, 단계별로 개질과정이 이루워 지도록 하며, 이온 분리된 수소와 산소가 수소저장탱크(12)로 이송되어 저장될 수 있도록 조절하는 역할을 한다.
상기 수소저장탱크(12)는 도 1과 같이 개질관끝단부(10b)와 연결, 장치되어 밸브(25) 조작에 의하여 이송되는 이온화 된 수소와 산소가 수소저장탱크(12) 하단부로 유입, 멤브레인을 중심으로 하단부에는 산소가, 상단부에는 수소가 저장되도록 역할을 한다.
멤브레인은 수소저장탱크(12) 중간 위치에 장치하여 수소원자는 통과되며, 산소원자는 통과되지 못하게 하는 여과용 멤브레인이다.
상세한 실시 예는,
실시 예1
물(H2 O)이 1/3 내지 2/3 부피정도 담수되어 있는 수증기발생용압력용기(1)를 연소실(2)에서 얻어 가열실(4)에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지로 가열, 수증기발생용압력용기(1) 내 상부공간에 수증기가 발생 저장되도록 하며, 수증기발생용압력용기(1) 내 상부에 저장되어 있는 수증기는 또한 가열실(4) 내 열에너지(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)에 의해 형성된 수증기발생용압력용기(1) 내 개질조건인 온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar에서 습윤포화증기로 개질 되는바 수증기발생용압력용기(1) 내 압력이 45bar가 되도록 가열실(4)에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지에 의해 수증기발생용압력용기(1)가 연속 가열되도록 하며, 수증기발생용압력용기(1) 내 압력이 45bar가 되면 35bar가 될 때까지 밸브(25)를 개방하여 습윤포화증기가 수증기이송관(6)을 통해 개질실(9)로 이송되도록 한다
실시 예2
개질실(9)로 이송된 습윤포화증기는 가열실(4) 내 열에너지(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)에 의해 형성된 개질실(9) 내 개질조건인 온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar에서 과열증기로 개질되는바 개질실(9) 내 압력이 45bar가 되도록 가열실(4)에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지에 의해 개질실(9)이 연속 가열되도록 하며, 개질실(9) 내 압력이 45bar가 되면 35bar가 될 때까지 밸브(25)를 개방하여 개질실(9) 내 과열증기가 개질관(10)으로 이송되도록 한다.
실시 예3
개질관(10)으로 이송된 과열증기는 가열실(4) 내 열에너지(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)에 의해 형성된 개질관(10) 내 개질조건인 온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar에서 개질되어 수소와 산소로 이온분리 되는바 개질관(10) 내 압력이 45bar가 되도록 가열실(4)에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지에 의해 개질관(10)이 연속 가열되도록 하며, 개질관(10) 내 압력이 45bar가 되면 35bar가 될 때까지 밸브(25)를 조작하여 이온화 분리된 수소와 산소가 멤브레인 여과망이 장치된 수소저장탱크(12) 하부로 이송, 멤브레인을 중심으로 하단부에는 산소가, 상단부에는 수소가 저장되도록 하여 수소에너지를 얻는 것이다.
실시 예4
밸브(25)조작은 수증기발생용압력용기(1), 수증기이송관(6), 개질실(9), 개질관(10) 내부가 개질조건(온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar)이 되도록 조절하며, 수증기발생용압력용기(1), 수증기이송관(6), 개질실(9), 개질관(10) 내부에서 단계별로 개질과정을 거칠 수 있도록 공정의 마지막부분 개질관끝단부(10b) 근접부분에 위치하여 역할을 한다.
개질관(10) 길이는 0.2 내지 150m 정확하게는 12 내지 24m 로 한다.
상기 밸브(25)는 도 1과 같이 개질관끝단부(10b) 근처부분에 열교환기(11) 다음(後), 수소저장탱크 전(前) 위치에 장치하여 수증기발생용압력용기(1), 수증기이송관(6), 개질실(9), 개질관(10) 내부가 개질조건(온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar)이 되도록 조절, 단계별로 개질과정이 이루워 지도록 하며, 이온 분리된 수소와 산소가 수소저장탱크(12)로 이송되어 저장될 수 있도록 조절하는 역할을 한다.
상기 수소저장탱크(12)는 도 1과 같이 개질관끝단부(10b)와 연결, 장치되어 밸브(25) 조작에 의하여 이송되는 이온화 된 수소와 산소가 수소저장탱크(12) 하단부로 유입, 멤브레인을 중심으로 하단부에는 산소가, 상단부에는 수소가 저장되도록 역할을 한다.
멤브레인은 수소저장탱크(12) 중간 위치에 장치하여 수소원자는 통과되며, 산소원자는 통과되지 못하게 하는 여과용 멤브레인이다.
상세한 실시 예는,
실시 예1
물(H2 O)이 1/3 내지 2/3 부피정도 담수되어 있는 수증기발생용압력용기(1)를 연소실(2)에서 얻어 가열실(4)에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지로 가열, 수증기발생용압력용기(1) 내 상부공간에 수증기가 발생 저장되도록 하며, 수증기발생용압력용기(1) 내 상부에 저장되어 있는 수증기는 또한 가열실(4) 내 열에너지(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)에 의해 형성된 수증기발생용압력용기(1) 내 개질조건인 온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar에서 습윤포화증기로 개질 되는바 수증기발생용압력용기(1) 내 압력이 45bar가 되도록 가열실(4)에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지에 의해 수증기발생용압력용기(1)가 연속 가열되도록 하며, 수증기발생용압력용기(1) 내 압력이 45bar가 되면 35bar가 될 때까지 밸브(25)를 개방하여 습윤포화증기가 수증기이송관(6)을 통해 개질실(9)로 이송되도록 한다
실시 예2
개질실(9)로 이송된 습윤포화증기는 가열실(4) 내 열에너지(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)에 의해 형성된 개질실(9) 내 개질조건인 온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar에서 과열증기로 개질되는바 개질실(9) 내 압력이 45bar가 되도록 가열실(4)에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지에 의해 개질실(9)이 연속 가열되도록 하며, 개질실(9) 내 압력이 45bar가 되면 35bar가 될 때까지 밸브(25)를 개방하여 개질실(9) 내 과열증기가 개질관(10)으로 이송되도록 한다.
실시 예3
개질관(10)으로 이송된 과열증기는 가열실(4) 내 열에너지(700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃)에 의해 형성된 개질관(10) 내 개질조건인 온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar에서 개질되어 수소와 산소로 이온분리 되는바 개질관(10) 내 압력이 45bar가 되도록 가열실(4)에 저장되어 있는 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃되는 열에너지에 의해 개질관(10)이 연속 가열되도록 하며, 개질관(10) 내 압력이 45bar가 되면 35bar가 될 때까지 밸브(25)를 조작하여 이온화 분리된 수소와 산소가 멤브레인 여과망이 장치된 수소저장탱크(12) 하부로 이송, 멤브레인을 중심으로 하단부에는 산소가, 상단부에는 수소가 저장되도록 하여 수소에너지를 얻는 것이다.
실시 예4
밸브(25)조작은 수증기발생용압력용기(1), 수증기이송관(6), 개질실(9), 개질관(10) 내부가 개질조건(온도 700 내지 1,200℃ 정확하게는 850℃와 압력 20 내지 100bar 정확하게는 35 내지 45bar)이 되도록 조절하며, 수증기발생용압력용기(1), 수증기이송관(6), 개질실(9), 개질관(10) 내부에서 단계별로 개질과정을 거칠 수 있도록 공정의 마지막부분 개질관끝단부(10b) 근접부분에 위치하여 역할을 한다.
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도 1은 본 발명에 따른 물을 고온,고압으로 개질하여 수소를 생산하는 기계장치의 전체 공정 구성도
도 2는 본 발명에 따른 물을 고온,고압으로 개질하여 수소를 생산하는 기계장치의 연소실 및 가열실의 정면도, 평면도
도 3은 본 발명에 따른 물을 고온,고압으로 개질하여 수소를 생산하는 기계장치의 수증기발생용압력용기 및 수증기이송관의 정면도, 평면도
도 4는 본 발명에 따른 물을 고온,고압으로 개질하여 수소를 생산하는 기계장치의 개질실 및 개질관, 수증기이송관의 정면도, 평면도, 밑면도
도 5는 본 발명에 따른 물을 고온,고압으로 개질하여 수소를 생산하는 기계장치의 수증기이송관의 정면도, 평면도, 밑면도
도 6은 본 발명에 따른 물을 고온,고압으로 개질하여 수소를 생산하는 기계장치의 개질실의 정면도, 평면도, 밑면도
도 7은 본 발명에 따른 물을 고온,고압으로 개질하여 수소를 생산하는 기계장치의 개질관의 정면도, 평면도, 밑면도를 도시한 것이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *
1 : 수증기발생용압력용기 2 : 연소실 3 : 열에너지이송통로
4 : 가열실 5 : 담수면 6 : 수증기이송관
7 : 수증기흡입구 8 : 수증기토출구 9 : 개질실
10 : 개질관 10a: 개질관시작부 10b: 개질관끝단부
11 : 열교환기 12 : 수소저장탱크 13 : 버너
14 : 응축수배출구 15 : 원수투입관 16 : 미온수투입관
17 : 수위조절용담수탱크 18 : 수위조절용토출관 24 : 배출구
Claims (8)
- 화염을 분사하는 버너가 창치되며, 화염에서 발생한 열에너지를 저장하는 연소실과, 연소실 내에 저장되어 있는 열에너지를 가열실로 이송하는 이송통로 역할을 하며 가열실에 장치되어 있는 수증기발생용압력용기, 수증기이송관, 개질실, 개질관이 화염에 직화되는 것을 차단하도록 이격거리 역할을 하는 열에너지이송로,연소실에 저장되어 있는 열에너지를 열에너지이송로를 통하여 이송받아 저장하며 수증기발생용압력용기, 수증기이송관, 개질실, 개질관이 장치되어 있는 가열실,가열실 상단 끝단부에 장치되어 있으며 물을 담수하여 수증기를 발생시켜 수증기를 습윤포화증기로 개질시키는 수증기발생용압력용기,수증기발생용압력용기 내에서 개질된 습윤포화증기를 개질실로 이송하는 수증기이송관,수증기발생용압력용기 내에서 개질되어 수증기이송관을 통해 이송받은 습윤포화증기를 과열증기로 개질하는 개질실,개질실에서 개질, 저장되어 있는 과열증기를 이송받아 수소와 산소로 이온 분리시켜 가스화 하는 개질관,수증기발생용압력용기, 수증기이송관, 개질실, 개질관 내부가 개질조건(온도 700 내지 1,200℃와 압력 20 내지 100bar)이 되도록 조절하며 이온 분리된 수소와 산소가 수소저장탱크로 이송되도록 역할을 하는 밸브,그리고 이온화된 수소와 산소를 분리 저장할 수 있는 멤브레인이 장치된 수소저장탱크로 구성된 것이 특징인 물을 고온, 고압으로 개질하여 수소가스를 생산하는 기계장치.
- 제 1항에 있어서,상기 열에너지이송로는 연소실에 저장되어 있는 열에너지를 가열실로 이송하는 통로역할과 버너에서 분사된 화염이 가열실 내에 장치되어 있는 수증기발생용압력용기, 수증기이송관, 개질실, 개질관에 직접 직화되는 것을 방지하는 이격거리를 만들어 주는 역할을 하며, 화염과 고열(700 내지 1,200℃)에 견될 수 있는 내화벽돌 또는 케스터블로 내벽을 제작하며, 외벽은 냉각역할을 할 수 있게 주철주물로 2중벽 내통형상 수관식으로 제작하고, 일측끝단면에는 연소실을, 타측끝단면에는 가열실을 연결하는 구조로 제작한 것이 특징인 물을 고온, 고압으로 개질하여 수소가스를 생산하는 기계장치.
- 제 1항에 있어서,상기 가열실은 연소실에 저장되어 있는 열에너지 700 내지 1,200℃를 열에너지이송로를 통하여 이송받아 저장하며, 수증기발생용압력용기, 수증기이송관, 개질실, 개질관이 장치되어 있는 밀폐공간으로 저장된 열에너지에 의해 장치된 수증기발생용압력용기, 수증기이송관, 개질실, 개질관이 가열되어 개질조건(고온 700 내지 1,200℃, 고압 20 내지 100bar)을 만족하도록 역할을 하며, 고온(700 내지 1,200℃)에 견될 수 있는 내화벽돌 또는 케스터블로 내벽을 제작하고, 외벽은 냉각역할을 할 수 있게 주철주물로 2중벽 내통형상 수관식으로 제작하며, 연소실로부터 공급되어지는 열에너지 풍량 만큼 열량이 소진된 폐열을 배출하도록 가열실에 열에너지가 유입되는 방향을 기준하여 270˚되는 가열실면에, 하단면으로부터 1/3되는 높이에 배출구를 장치한 것이 특징인 물을 고온, 고압으로 개질하여 수소가스를 생산하는 기계장치.
- 제 1항에 있어서,상기 수증기발생용압력용기는 가열실 상단 끝단부에 장치하며, 물을 1/3 내지 2/3 부피로 담수하여 가열실에 저장되어 있는 열에너지 700 내지 1,200℃에 의해 수증기를 발생시켜 수증기발생용압력용기 내 수면 위 공간부에 저장하며, 또한 수증기를 저장하고 있는 수증기발생용압력용기를 가열실에 저장되어 있는 열에너지 700 내지 1,200℃에 의해 연속 가열되게 하여 형성된 수증기발생용압력용기 내 개질조건(고온 700 내지 1,200℃, 고압 20 내지 100bar)으로 저장되어 있는 수증기를 습윤포화증기로 개질시키는 역할을 하며, 고온(700 내지 1,200℃), 고압(20 내지 100bar)에 견딜 수 있는 텅스텐 주물로 윗면과 아래면으로 형성된 호빵형상(여러형상으로 제작할 수 있으나 본 발명에서는 호빵형상을 실례로 하여 제작한다)의 밀폐형 압력용기로 제작, 내,외면을 SiO2 세라믹 코팅으로 소성하여 제작한 것이 특징인 물을 고온, 고압으로 개질하여 수소가스를 생산하는 기계장치.
- 제 1항에 있어서,상기 수증기이송관은 수증기발생용압력용기 내에서 개질된 습윤포화증기를 개질실로 이송하는 역할을 하며, 초기부를 수증기흡입구로, 끝단부를 수증기토출구로 명명하여 수증기흡입구는 수증기발생용압력용기 밑면을 관통, 수증기발생용압력용기 내 담수면 위 수증기 저장공간에 위치토록 구성하여 습윤포화증기가 유입되도록 하고, 수증기토출구는 개질실 상단면을 관통, 개질실 내 하단부에 위치토록 구성하여 수증기흡입구로부터 유입되어 이송된 습윤포화증기가 개질실에 토출되도록 역할을 하며, 텅스텐 주물로 튜브(관)형상으로 제작, 내,외면을 SiO2 세라믹 코팅으로 소성하여 제작한 것이 특징인 물을 고온, 고압으로 개질하여 수소가스를 생산하는 기계장치.
- 제 1항에 있어서,상기 개질실은 가열실 내에 장치하여 수증기발생용압력용기 내에서 개질되어 수증기이송관을 통해 이송받은 습윤포화증기를 가열실 내 열에너지(700 내지 1,200℃)에 의해 형성된 개질실 내 개질조건(고온 700 내지 1,200℃, 고압 20 내지 100bar)으로 과열증기로 개질하는 역할과 개질된 과열증기를 개질관으로 이송하는 역할을 하며, 개질조건인 고온(700 내지 1,200℃), 고압(20 내지 100bar)에 내구성을 확보해야 하므로, 텅스텐 주물로 동체는 가로보다 세로가 긴 원기둥형상이며, 상단면은 반타원체 경판으로, 하단면은 아래로 콘 형상이 되게 막음질하여 제작, 내,외면을 SiO2 세라믹 코팅으로 소성하여 제작하고, 개질실 상단면에는 수증기이송관이 관통하여 위치하고, 개질관이 시작하는 개질관시작부가 위치해 있으며, 개질실 하단면에는 습윤포화증기가 응축되는 현상이 나타날 수 있어 응축수 방출이 가능하도록 스팀트랩이 장치된 응축수배출관이 장치된 것이 특징인 물을 고온, 고압으로 개질하여 수소가스를 생산하는 기계장치.
- 제 1항에 있어서,상기 개질관은 시작부를 개질관시작부로 끝단부를 개질관끝단부로 명명하여 개질관시작부를 개질실 상단면에 위치시켜 개질실에 저장되어 있는 과열증기를 흡입하도록 하고, 개질관은 가열실 내에 장치되어 있는 개질실 외면 둘레를 감싸 안은 듯 개질실 외면과 사이공간을 두며 개질관끝단부가 아래로 향하는 코일(스프링)형상이 되게 제작, 개질관시작부로 흡입된 과열증기가 가열실 내 열에너지(700 내지 1,200℃)에 의해 형성된 개질관 내 개질조건(고온 700 내지 1,200℃, 고압 20 내지 100bar)으로 수소와 산소로 이온 분리하도록 역할을 하며, 개질관끝단부는 이온 분리된 수소와 산소를 밸브조작을 통하여 수소저장탱크에 저장될 수 있도록 토출시키는 역할을 하며, 개질관은 내구성을 위하여 텅스텐 주물로 튜브(관)로 코일형상이 되게 제작, 내,외면을 SiO2 세라믹 코팅으로 소성하여 제작하고, 개질관끝단부 근접부분에는 냉각용 열교환기와 수증기발생용압력용기, 수증기이송관, 개질실, 개질관 내부가 개질조건(온도 700 내지 1,200℃와 압력 20 내지 100bar)이 되도록 조절, 각 단계에서 개질이 이루워 지도록 하고, 최종적으로 이온 분리된 수소와 산소가 수소저장탱크로 이송되게 조절하는 밸브가 장치되며, 개질관끝단부는 수소저장탱크 하단부와 연결되는 것이 특징인 물을 고온, 고압으로 개질하여 수소가스를 생산하는 기계장치.
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