KR101187188B1 - 탄화규소관과 마이크로웨이브를 사용한 연소장치 및 그것을 갖는 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄화규소관과 마이크로웨이브를 사용한 연소장치 및 그것을 갖는 발전장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 연소장치는, 합성수지 폐기물을 고형화하여 제조한 고체연료가 유입되면 녹으면서 가스화가 이루어지도록 열을 가하는 고체연료가스화수단; 고체연료가스화수단에서 발생된 가스가 유입되도록 되어 있고, 마이크로웨이브레 의해 가열되도록 되어 있어 고체연료가스화수단에서 공급되는 가스가 완전연소를 위한 온도로 가열되도록 하는 탄화규소관을 갖는 가스재가열수단; 가스재가열수단을 경유한 가스의 연소가 이루어지는 연소공간을 형성하는 연소공간형성체; 고체연료가스화수단에서 발생된 가스가 가스재가열수단을 경유하여 연소공간으로 공급되도록 하는 가스공급장치;를 포함하여 구성된다.
와 같은 연소장치를 갖는 발전장치는, 연소에 의해 발생되는 열이 물을 가열하여 스팀을 생산하고, 생산된 스팀이 스팀터빈으로 공급되어 스팀터빈을 구동시킴으로써 발전이 이루어지도록 되어 있는 구조일 수 있다.
본 발명의 장치는, 합성수지 폐기물을 고형화하여 제조한 고체연료를 완전연소시켜 고온의 열을 얻어 발전터빈의 구동 등에 이용할 수 있을 뿐만 아니라 오염물질이 대기중으로 배출되는 것이 방지된다.

Description

탄화규소관과 마이크로웨이브를 사용한 연소장치 및 그것을 갖는 발전장치{BURNER AND GENERATING PLANT HAVING THE SAME}
본 발명은 합성수지 폐기물을 고형화하여 제조한 고체연료를 연소시키키는 연소장치에 관한 것이다.
가정이나 각종 산업분야에서 각종 연료를 연소시키는 장치가 안출되어 있는 실정이다.
산업용의 경우로 설명하면, 한국 특허출원 제10-2007-0044391호에서와 같이 플라스틱 등의 합성수지 폐기물을 고형화하여 제조한 고체연료(RPF 또는 RDF)를 연소시켜 열을 얻는 연소장치가 안출되어 있다.
또, 물과 기름을 혼합하여 연소시킴으로써 열을 얻는 장치도 안출되어 있다.
또, 수소를 연소시켜 열을 얻는 장치도 안출되어 있다.
그런데 종래의 플라스틱 등의 합성수지 폐기물을 고형화하여 제조한 고체연료(RPF 또는 RDF)를 연소시키는 연소장치는 완전연소가 이루어지지 못해 환경호르몬 등 각종 오염물질이 공기 중으로 배출되어 배기오염을 유발하는 문제점과 장치의 크기가 매우 크다는 문제점이 있었다.
또, 수소를 연소시키는 연소장치의 경우 그 안정성이 문제가 되고 있었다.
또, 종래 연료를 연소시켜 열을 얻는 장치의 경우 에너지 효율성이 기대에 미치지 못하는 문제점이 있어 지속적인 연구, 개발이 진행되고 있는 실정이다.
한국 특허출원 제10-2007-0044391호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 합성수지 폐기물을 고형화하여 제조한 고체연료(RPF 또는 RDF)를 완전연소시켜 고온의 열을 얻어 발전터빈의 구동 등에 이용할 수 있을 뿐만 아니라 오염물질이 대기중으로 배출되는 것이 방지되는 연소장치를 제공하려는데 목적이 있다.
본 발명에서는 합성수지 폐기물을 고형화하여 제조한 고체연료가 가열상태의 가스화용기로 공급되어 녹으면서 가스화가 이루어지고, 발생된 가스는 마이크로웨이브에 의해 가열되고 있는 탄화규소관을 경유하면서 고온으로 가열되어 완전연소를 위한 준비상태가 된 후 발화하여 완전연소가 이루어지도록 한다.
이를 통해 합성수지 폐기물을 고형화하여 제조한 고체연료를 완전연소시켜 고온의 열을 얻어 발전터빈의 구동 등에 이용할 수 있을 뿐만 아니라 오염물질이 대기중으로 배출되는 것이 방지되도록 한다.
이러한 본 발명의 연소장치는, 합성수지 폐기물을 고형화하여 제조한 고체연료가 유입되면 녹으면서 가스화가 이루어지도록 열을 가하는 고체연료가스화수단을 갖는다.
또, 고체연료가스화수단에서 발생된 가스가 유입되도록 되어 있고, 마이크로웨이브레 의해 가열되도록 되어 있어 고체연료가스화수단에서 공급되는 가스가 완전연소를 위한 온도로 가열되도록 하는 탄화규소관을 갖는 가스재가열수단을 갖는다.
또, 가스재가열수단을 경유한 가스의 연소가 이루어지는 연소공간을 형성하는 연소공간형성체를 갖는다.
또, 고체연료가스화수단에서 발생된 가스가 가스재가열수단을 경유하여 연소공간으로 공급되도록 하는 가스공급장치를 갖는다.
상기와 같은 연소장치를 갖는 발전장치는, 연소에 의해 발생되는 열이 물을 가열하여 스팀을 생산하고, 생산된 스팀이 스팀터빈으로 공급되어 스팀터빈을 구동시킴으로써 발전이 이루어지도록 되어 있는 구조일 수 있다.
본 발명의 연소장치는, 합성수지 폐기물을 고형화하여 제조한 고체연료가 가열상태의 가스화용기로 공급되어 녹으면서 가스화가 이루어지고, 발생된 가스는 마이크로웨이브에 의해 가열되고 있는 탄화규소관을 경유하면서 고온으로 가열되어 완전연소를 위한 준비상태가 된 후 발화하여 완전연소가 이루어지도록 하는 것이므로 합성수지 폐기물을 고형화하여 제조한 고체연료를 완전연소시켜 고온의 열을 얻어 발전터빈의 구동 등에 이용할 수 있을 뿐만 아니라 오염물질이 대기중으로 배출되는 것이 방지되는 특징이 있다.
본 발명에 있어서, 수소를 연소공간으로 공급하는 수소공급수단이 더 구비된 경우 발열온도를 더욱 높일 수 있는 특징이 있다.
본 발명에 있어서, 스팀을 상기 탄화규소관으로 공급하는 스팀공급수단이 더 구비된 경우 공급되는 스팀이 탄화규소관에서 수소와 산소로 분해되므로 발열온도를 더욱 높일 수 있을 뿐만 아니라 에너지 효율성을 향상시킬 수 있는 특징이 있다.
상기와 같은 본 발명의 연소장치를 사용하는 발전장치는 에너지효율성이 매우 우수한 특징이 있다.
도 1은 탄화규소관과 마이크로웨이브를 사용한 연소장치가 스팀터빈으로 공급되도록 발전이 이루어지도록 된 구조에서 연소공간형성체가 단면으로 도시된 개략도
도 2는 도 1에 도시된 구조에서 연소공간형성체가 단면으로 도시되지 않은 개략도
도 3은 본 발명의 구성요소인 고체연료가스화수단의 단면 개략도
도 4는 본 발명의 구성요소인 수소사용발열장치의 단면 개략도
도 5는 백금이 코팅된 세라믹에 의해 반응기의 공극이 형성되는 구조를 도시한 개략도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 플라스틱 등의 합성수지 폐기물을 고형화하여 제조한 고체연료를 연소시키는 연소장치에 관한 것이다.
그런데 본 발명은 합성수지 폐기물을 고형화하여 제조한 고체연료를 완전연소시켜 오염물질이 대기 중으로 배출되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 고온의 열을 얻어 발전터빈의 구동 등에 이용할 수 있는 연소장치를 제공하려는 목적을 갖는다.
이를 위한 본 발명의 연소장치는, 합성수지 폐기물을 고형화하여 제조한 고체연료가 유입되면 고체연료가 녹으면서 가스화가 이루어지도록 열을 가하는 고체연료가스화수단(100)을 갖는다.
또, 고체연료가스화수단(100)에서 발생된 가스가 유입되도록 되어 있고, 마이크로웨이브에 의해 가열되도록 되어 있어 고체연료가스화수단(100)에서 공급되는 가스가 완전연소를 위한 온도(완전연소를 위한 준비상태의 온도)로 가열되도록 하는 탄화규소관(210)을 갖는 가스재가열수단(200)을 갖는다.
또, 가스재가열수단(200)을 경유한 가스의 연소가 이루어지는 연소공간(310)을 형성하는 연소공간형성체(300)를 갖는다.
또, 고체연료가스화수단(100)에서 발생된 가스가 가스재가열수단(200)을 경유하여 연소공간(310)으로 공급되도록 하는 가스공급장치(400)를 갖는다.
고체연료가스화수단(100)에서는 유입되는 고체연료에 300℃～400℃의 열을 가하면 가스화 효율이 매우 우수하다.
이러한 고체연료가스화수단(100)은 각종 발열체나 연소공간(310)에서 발생되는 열을 통해 가열되는 형태로 구현될 수 있으며, 연료의 유동이 원활하도록 유입된 연료가 유동되는 부분은 배관의 형태가 되도록 구현할 수 있다.
또, 고체연료의 유입 반대방향 하부에 탄화물배출구(110)가 형성되어 있어 가스화되고 남은 재 등의 탄화물이 배출되고, 상부에는 발생된 가스가 연소공간(310)으로 유동되도록 빠져나가는 가스배출구(120)를 갖는 형태로 구현할 수 있다.
가스재가열수단(200)은 탄화규소관(210)에 마이크로웨이브를 가하여 탄화규소관(210)이 가열되고 이와 같이 가열된 탄화규소관(210) 내부를 가스가 경유하면서 고온(통상 1000℃ 이상, 바람직하게는 1400℃ 정도)으로 가열되도록 하기 위한 것이다.
탄화규소관(210)에 마이크로웨이브를 가하면 탄소규소관을 매우 높은 온도로 가열할 수 있고, 안전한 특징이 있다.
탄화규소관(210)의 끝단부에 연소공간(310)이 위치된 경우 연소에 의한 열이 탄화규소관(210)을 더욱 가열시킬 수 있다.
연소공간형성체(300)에는 착화를 위한 점화플러그가 위치된 형태일 수 있다.
고체연료가스화수단(100)에서 발생된 가스를 연소공간(310)으로 공급하는 가스공급장치(400)는 공지의 다양한 형태로 구현할 수 있다.
그러나 본 발명에서와 같이 가스를 통한 고온의 연소가 이루어지도록 하는 구조에는 컴프레셔(410) 등에 의해 발생된 압축공기를 연소공간(310)으로 보내어 압축공기와 함께 고온의 가스가 연소공간(310)으로 공급되도록 하는 것이 역류 및 폭발을 방지할 수 있어 바람직하다.
본 발명에 있어서, 수소를 연소공간(310)으로 공급하는 수소공급수단(500)이 더 구비된 경우 발열온도를 더욱 높일 수 있다.
이러한 수소공급수단(500)은 수소저장탱크에 저장된 수소를 공급하도록 된 형태의 것일 수도 있고, 수소를 생성하여 공급하도록 수소발생장치(510)를 갖는 형태로 구현될 수도 있다.
본 발명에 있어서, 스팀을 탄화규소관(210)으로 공급하는 스팀공급수단(600)이 더 구비된 경우 공급되는 스팀이 탄화규소관(210)에서 수소와 산소로 분해되므로 발열온도를 더욱 높일 수 있다.
뿐만 아니라 스팀을 열에너지원으로 사용하는 것이므로 에너지 효율성을 향상시킬 수 있다.
이러한 스팀은 연소공간(310)에서 발생되는 열에 의해 물이 가열되어 만들어진 것일 수 있다.
고체연료가스화수단(100)에서 발생된 가스와 수소나 스팀이 고르게 혼합된 상태로 탄화규소관(210)을 경유하도록 하는 것이 바람직하다.
이를 위하여, 가스공급장치(400)는 컴프레셔(410)를 갖는 형태로 구현하고, 컴프레셔(410)에서 만들어진 압축공기가 수소를 탄화규소관(210)으로 이동시키면서 스팀, 수소, 고체연료가스화수단(100)에서 발생된 가스가 혼합되도록 구현할 수 있다.
이러한 구조는 화염이 탄화규소관(210) 방향으로 역류되는 것도 방지할 수 있는 구조이기 때문에 가스의 역류에 의한 폭발을 방지하는 효과도 있다.
한편, 본 발명의 장치에 있어서, 연소공간(310)에서 발생된 가스가 배기되는 배기구에 설치되어 배기가스에 포함되어 있을 수 있는 오염물질을 다시 한 번 제거하는 수단을 구비할 수 있다.
이러한 수단은 에너지 효율성이 우수한 형태로 구현하는 것이 좋은데 이를 위하여 본 발명에서는 수소사용발열장치(700)를 제시한다.
수소를 사용하는 구조에서는 무엇보다 폭발의 위험성이 없도록 하는 것이 중요하다.
물론, 발열온도의 조절이 용이하여 다양한 분야에 사용할 수 있으면 더욱 바람직하다.
본 출원의 발명자는 다수 개의 공극(711)이 형성되어 있는 반응기(710)의 공극(711)으로 수소가 유입되고, 유입된 수소가 공극(711)에 위치된 백금(730)이나 파라듐과 접촉되어 반응기(710)에서 백금(730)이나 파라듐, 수소, 산소가 화학반응을 하면서 열이 발생되도록 하는 수소사용발열장치(700)의 구조를 안출하였다.
즉, 본 발명의 수소사용발열장치(700)는, 공급되는 수소가 경유하여 빠져나갈 수 있도록 다수 개의 공극(711)이 형성되어 있으며, 상기 공극(711)에 위치되는 수소와 접촉되는 백금(730)이나 파라듐을 갖는 반응기(710)를 포함하여 구성된다.
상기와 같은 구조는 반응기(710)의 공극(711)으로 보내지는 수소의 공급량(연소공간(310)에서 연소되지 못하고 배출되는 양)을 낮추면 발열온도가 낮아지고, 수소의 공급량을 높이면 발열온도가 상승되는 구조이다.(연소공간(310)으로 공급되는 수소의 양을 조절함으로써 배기구로 공급되는 수소의 양을 조절 가능하다.)
물론, 반응기(710)의 공극(711)에는 일정량의 산소가 위치되어 있으나 수소와의 반응이 일어나면 공극(711)에 위치된 산소량이 적어지므로 반응기(710)의 공극(711)에 수소와 함께 산소도 공급할 필요성이 있으며, 산소의 공급량을 조절함으로써 발열온도를 조절할 수도 있다.
즉, 별도의 산소공급수단을 구비하고, 이러한 산소공급수단을 통한 산소의 공급을 제어하여 발열온도를 조절할 수도 있는 것이다.(이러한 경우는 미반응 수소가스가 대기중으로 방출되는 단점이 있다.)
상기와 같은 본 발명의 구조는 화염을 발생시키는 것이 아니어서 폭발의 위험성이 없다.
전술한 구조에서 수소, 산소, 백금(730) 또는 파라듐이 화학반응 하면 열이 발생되고, 화학반응에 의해 생긴 물은 열에 의해 수증기가 되어 외부로 배출된다.
이와 같이 배출되는 수증기를 필요한 장소로 공급하기 위해 배관을 더 구비할 수도 있다.
반응기(710)의 공극(711)은 망사 형태의 메쉬망에 의해 형성된 것일 수 있으며, 이러한 메쉬망은 복수 개가 겹쳐져 있거나 근접되어 있는 것일 수 있다.
또, 반응기(710)의 공극은 구슬과 같이 구의 형태를 갖는 백금이나 파라듐이 반응기(710)를 형성하는 케이스의 공간에 채워져 형성된 형태 등으로 구현할 수도 있다.(즉, 구형의 백금과 백금 사이의 공간 또는 구형의 파라듐과 파라듐 사이의 공간이 공극이 되도록 하는 것이다.)
상기 백금(730)이나 파라듐은 반응기(710)의 공극(711)에 다양한 형태로 위치되어 있도록 할 수 있으나 800℃ 정도의 고온에서 형태가 유지되는 세라믹(712)이나 스테인레스(SUS-310) 등의 물체 표면에 코팅되어 있어 공극(711)에 위치되어 있도록 하는 것이 수소 및 산소와의 접촉률이 높고, 제조원가를 낮출 수 있으며, 고온에서도 고장 없이 원활한 구동이 가능하여 바람직하다.
공급되는 수소 및 산소가 반응기(710)의 공극(711)으로 원활하게 들어가도록 하는 것이 중요하다.
본 발명의 연소장치는 발전장치 등의 산업용으로 매우 적합하다.
구체적인 예로 설명하면, 본 발명의 연소장치에 의해서 발생되는 열이 물을 가열하여 스팀을 생산하고, 생산된 스팀이 스팀터빈(800)으로 공급되어 스팀터빈(80)을 구동시킴으로써 발전이 이루어지도록 구현할 수 있는 것이다.
미설명 부호 320은 물이 채워져 있어 연소공간(310)에서의 열에 의해 채워진 물이 가열되도록 되어 있는 물채움공간이고, 900은 연료저장탱크이며, 330은 스팀터빈(800)을 경유한 스팀이 재사용되기 위해 공기나 물 등과 열교환되는 열교환기이다.
100. 고체연료가스화수단
110. 탄화물배출구
120. 가스배출구
200. 가스재가열수단
210. 탄화규소관
300. 연소공간형성체
310. 연소공간
320. 물채움공간
330. 열교환기
400. 가스공급장치
410. 컴프레셔
500. 수소공급수단
510. 수소발생장치
600. 스팀공급수단
700. 수소사용발열장치
710. 반응기
711. 공극
712. 세라믹
730. 백금
800. 스팀터빈

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 합성수지 폐기물을 고형화하여 제조한 고체연료를 연소시키는 장치에 있어서,
    합성수지 폐기물을 고형화하여 제조한 고체연료가 유입되면 가스화가 이루어지도록 열을 가하는 고체연료가스화수단(100);
    상기 고체연료가스화수단(100)에서 발생된 가스가 유입되도록 되어 있고, 마이크로웨이브에 의해 가열되도록 되어 있어 고체연료가스화수단(100)에서 공급되는 가스가 완전연소를 위한 온도로 가열되도록 하는 탄화규소관(210)을 갖는 가스재가열수단(200);
    상기 가스재가열수단(200)을 경유한 가스의 연소가 이루어지는 연소공간(310)을 형성하는 연소공간형성체(300);
    상기 고체연료가스화수단(100)에서 발생된 가스가 가스재가열수단(200)을 경유하여 연소공간(310)으로 공급되도록 하는 가스공급장치(400);
    수소를 연소공간(310)으로 공급하는 수소공급수단(500); 및
    수소가 경유할 수 있는 다수 개의 공극(711)이 형성되어 있으며 상기 공극(711)에 위치되어 있는 수소와 접촉되는 백금(730)이나 파라듐을 갖는 반응기(710)를 갖고, 연소공간(310)에서 발생된 가스의 배기를 위한 배기구에 설치되어 있어 백금(730)이나 파라듐, 수소, 산소가 상기 공극에서 화학반응을 하면서 발열되도록 되어 있는 수소사용발열장치(700);를 포함하여 구성된, 탄화규소관과 마이크로웨이브를 사용한 연소장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    스팀이 상기 탄화규소관(210)으로 공급되도록 되어 있고,
    상기 가스공급장치(400)는 수소를 탄화규소관(210)으로 이동시키면서 스팀, 수소, 고체연료가스화수단(100)에서 발생된 가스가 혼합되도록 하며, 화염이 탄화규소관(210) 방향으로 역류되는 것을 방지하기 위한 압축공기를 탄화규소관(210) 방향으로 공급하는 컴프레셔를 포함하여 구성된, 탄화규소관과 마이크로웨이브를 사용한 연소장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    스팀을 상기 탄화규소관(210)으로 공급하는 스팀공급수단(600);이 더 구비된 것을 특징으로 하는, 탄화규소관과 마이크로웨이브를 사용한 연소장치.
  5. 삭제
  6. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 탄화규소관과 마이크로웨이브를 사용한 연소장치에 의해서 발생되는 열이 물을 가열하여 스팀을 생산하고, 생산된 스팀이 스팀터빈으로 공급되어 스팀터빈을 구동시킴으로써 발전이 이루어지도록 되어 있는, 탄화규소관과 마이크로웨이브를 사용한 연소장치를 갖는 발전장치.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11193918A (ja) * 1997-12-29 1999-07-21 Tokyo Gas Co Ltd 未燃分吸着酸化手段を有する燃焼装置
KR100660991B1 (ko) * 2006-05-03 2006-12-22 김재화 2단 연소식 폐기물 소각 및 열이용 장치
KR100834298B1 (ko) * 2007-05-23 2008-06-02 임정빈 소각로 자체에서 열에너지를 이용하여 수성가스를 발생하게하여 소각하는 방법.

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