KR101774057B1 - 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템 및 발전방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물의 전기분해를 통해 생성된 수소(H2)와 산소(O2)가 2 : 1 비율로 혼합된 산소수소혼합가스(일명 브라운가스)를 브라운가스 저장탱크로부터 연소장치 내로 공급하여 1차 연소를 진행하고, 상기 브라운가스에 의한 1차 연소 후 2차연소실 내부의 온도가 물의 열분해가 가능한 일정 온도 이상으로 유지되는 경우, 급수탱크의 물을 연소장치 내로 공급하여 물이 열분해에 의해 수소와 산소로 분리된 후 2차연소실에서 연소되도록 하며, 물의 열분해에 의한 2차연소로 연소장치 내부 온도가 상승하게 되면 브라운가스의 공급을 차단한 상태에서 공급되는 물의 양을 조절하여 물의 열분해가 가능한 일정온도 범위로 연소장치 내부의 온도를 조절하며, 물의 열분해에 따른 2차연소에도 불구하고 난방 및 열발전으로 인해 에너지가 과다하게 소모되는 경우에는 차단된 브라운가스 공급을 자동으로 재개하여 연소실 내의 온도를 물의 열분해가 가능한 일정온도로 재유지시키도록 하며, 열발전장치를 이용하여 상기 연소장치의 열을 전기로 변환하여 물의 전기분해를 위한 전원으로 재활용함과 동시에 잉여전원을 건물의 공급전원으로 대체하는 것을 특징으로 하는 물의 전기분해 및 열분해가 결합된 열병합 발전시스템 및 발전방법에 관한 것이다.
본 발명의 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템은, 물을 전기분해하여 브라운가스를 생성하기 위한 브라운가스 생성장치(10)와; 상기 브라운가스 생성장치(10)에 의해 생성된 산소와 수소의 비율이 2:1로 혼합된 브라운가스를 저장하기 위한 브라운가스 저장탱크(20)와; 상기 브라운가스 저장탱크(20)로부터 공급되는 브라운가스를 가스공급관을 통해 공급받아 점화하기 위한 점화기(30)와; 상기 점화기(30)에 의해 공급된 브라운가스를 1차적으로 연소시켜 발열체를 가열하거나 열분해 수관(97)을 통해 공급된 물을 2차적으로 열분해한 후 자동 연소시켜 발열체를 가열하기 위한 연소장치(40)와; 상기 브라운가스 생성장치(10)에 전원을 공급하기 위한 축전장치(50)와; 상기 축전장치(50)에 충전되는 전원을 발생시킬 수 있도록 하기 위해 상기 연소실(30) 내부의 고온의 열을 이용하여 전기로 변환시키는 열발전장치(60)와; 상기 열발전장치(60)로부터 생성된 전기를 상전원과 동일한 규격의 AC전원으로 변환시키는 AC전원 변환기(70)와; 상기 브라운가스 생성장치(10)와 연소장치(40)에 물을 공급하기 위한 급수탱크(80); 및 상기 급수탱크(80)로부터 물을 공급받아 고온에 의해 물이 열분해될 수 있도록하는 열분해 수관(97)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템 및 발전방법 {A Cogeneration system and method using combination of electrolysis and thermal decomposition}
본 발명은 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템 및 발전방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 물의 전기분해를 통해 생성된 수소(H2)와 산소(O2)가 2 : 1 비율로 혼합된 산소수소혼합가스(일명 브라운가스)를 브라운가스 저장탱크로부터 연소장치 내로 공급하여 1차 연소를 진행하고, 상기 브라운가스에 의한 1차 연소 후 2차연소실 내부의 온도가 물의 열분해가 가능한 일정 온도 이상으로 유지되는 경우, 급수탱크의 물을 연소장치 내로 공급하여 물이 열분해에 의해 수소와 산소로 분리된 후 2차연소실에서 연소되도록 하며, 물의 열분해에 의한 2차연소로 연소장치 내부 온도가 상승하게 되면 브라운가스의 공급을 차단한 상태에서 공급되는 물의 양을 조절하여 물의 열분해가 가능한 일정온도 범위로 연소장치 내부의 온도를 조절하며, 물의 열분해에 따른 2차연소에도 불구하고 난방 및 열발전으로 인해 에너지가 과다하게 소모되는 경우에는 차단된 브라운가스 공급을 자동으로 재개하여 연소실 내의 온도를 물의 열분해가 가능한 일정온도로 재유지시키도록 하며, 열발전장치를 이용하여 상기 연소장치의 열을 전기로 변환하여 물의 전기분해를 위한 전원으로 재활용함과 동시에 잉여전원을 건물의 공급전원으로 대체하는 것을 특징으로 하는 물의 전기분해 및 열분해가 결합된 열병합 발전시스템 및 발전방법에 관한 것이다.
화석연료의 과다 사용으로 자원고갈 및 환경공해가 세계적인 문제로 떠오르고 있고 원자력발전의 사고 위험성이 가중되고 있는 현재, 기존의 에너지를 대신할 미래 대체에너지로 수소가 각광을 받고 있다. 상기 수소가스를 이용하기 위한 다양한 방법들 중의 하나로 물의 전기분해 장치를 이용하는 경우, 물을 전기분해한 후 산소를 버리고 오직 수소만을 채취하여 저장 및 운반하고 있다. 그러나, 수소는 매우 불안정한 기체로서 폭발의 위험이 상존하기 때문에 -184℃ 이하로 액화하여 압축저장해야 하며, 연소시에는 연소용 공기의 공급이 필수적인데, 이 경우 공기 중에 포함된 질소 등 산소 이외의 성분으로 인해 열손실이 과다하게 되는 문제점이 있다. 수소가 기존의 에너지를 대체할 에너지로 각광을 받고 있음에도 불구하고, 상기와 같은 이유로 인해 수소를 이용한 연료전지, 자동차용 또는 주거용의 발전 및 차량구동을 위한 발전장치 등의 분야에서 수 십년에 걸친 연구가 진행되고 있지만 아직까지 가시적인 성과가 나타나지 않고 있는 형편이다.
브라운가스는 호주의 율브라운 박사에 의해 발견되었는데, 1971년 물의 전기분해를 통해 생성된 산소와 수소의 혼합가스가 연소될 때 안전하게 연소한다는 것을 밝힌 것으로서, 물의 전기분해에 의해 생성되는 수소와 산소의 혼합가스를 브라운가스라 명명하게 되었다. 브라운가스는 물(H2O)을 구성하는 수소(H2)와 산소(O2)가 화학당량비 2 : 1의 비율로 혼합된 상태의 혼합가스로서, 산소와 분리 수집해야 하는 수소의 생성과정에 비해 생성 및 관리가 용이할 뿐만 아니라 점화시 수소가스가 자체 산소에 의해 완전연소되는 특징을 가지고 있으며, 일반 공기를 이용하여 수소가스를 연소할 때 나타나는 폭발현상(Explosion)이 나타나지 아니하며, 또한 상기 브라운가스는 산소 이외에 질소나 탄소를 연소하지 않기 때문에 열효율이 높고 이산화탄소 등의 공해배출이 없어 연소장치를 밀폐형으로 구성하는 것이 가능하다.
국내등록특허공보 제10-0367223호 (등록일자: 2002.12.23.) 는 브라운가스를 이용한 보일러에 관한 것으로서, 가스보일러의 연료로 브라운가스를 사용하는 것을 특징으로 하고 있다. 상기 기술에 의하면 브라운가스를 보일러에 계속적으로 공급하여 발열체를 가열하고 이를 통해 나온 열을 이용하여 난방 및 급탕에 이용하고 있다. 브라운가스는 물의 전기분해를 통해 얻어지는 것으로서, 상기 기술에 의하면 보일러 구동을 위해 브라운가스를 계속적으로 공급해야 하기 때문에, 물의 전기분해 방식에 의한 브라운가스를 생산하기 위해 상용전기를 지속적으로 사용해야 하는 문제가 있다. 또한 상기 기술은 상시 이용해야 하는 상용전기의 사용료를 낮추기 위해 심야전기를 이용하기 위한 축열탱크를 별도로 더 구비하고 있는데, 상기와 같이 축열탱크를 별도로 더 구비해야 하기 때문에 보일러의 제조공정이 복잡하게 되고, 제조원가가 상승하는 문제점이 있다.
국내등록특허공보 제10-0630793호 (등록일자: 2006.09.26.) 의 경우에도 브라운가스를 이용하기 위해서는 지속적으로 브라운가스를 생산해 내야 하며 이를 위해 상용전원의 에너지를 이용해야 하는 문제점이 있다. 또한 상기 기술의 경우 브라운가스 생성에 소모된 전기 총량의 에너지에 비해 생산된 브라운가스를 연소하여 얻는 에너지의 총량이 이론적으로 적기 때문에 에너지 효율이 제한적이고, 브라운가스 생성에 소모된 전기를 기존의 화석연료 또는 원자력 발전에 의한 상용 전기로 공급하는 경우 청정 대체에너지로서 한계가 있다는 문제가 있다. 또한 스팀 사용량에 따라 브라운가스 버너의 착화 및 소화를 반복하고 있으나, 상기와 같이 버너의 사용시간 감소 정도만으로는 만족할 만한 에너지 소비 감소를 기대할 수 없는 것으로서, 에너지 회수 또는 창출없이 단순히 에너지 소비만을 감소시키고자 하는 한 한계를 가질 수밖에 없다.
KR 10-0367223 B1 2002.12.23. KR 10-0630793 B1 2006.09.26.
본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명에 의하면 브라운가스 생성장치를 구동시키기 위한 전원으로 연소실에서 발생한 고온의 열을 이용하여 전기로 변환하는 열발전장치에 의해 발생되는 기전력을 이용하며, 상기 열발전장치로부터 발생되는 잉여전력을 건물 내로 공급하여 상용전원의 사용을 대체하도록 하며, 연소실 내부의 온도가 물의 열분해가 가능한 일정온도 이상으로 유지되는 경우 브라운가스의 생성 및 공급을 차단한 채 열분해를 위한 물만 공급되도록 함으로써 초기 설비비를 제외한 추가 비용에 대한 부담을 최소화하며, 물의 열분해에 따른 2차연소에도 불구하고 난방 및 열발전으로 인해 에너지가 과다하게 소모되어 2차연소실의 온도가 일정온도 이하로 내려가는 경우 차단된 브라운가스 공급을 자동으로 재개하여 부족한 에너지를 보충 공급함으로써 연소실 내의 온도를 물의 열분해가 가능한 일정온도로 재유지시키도록 하며, 온실가스의 배출이 없는 친환경 청정에너지를 제공하기 위한 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템 및 발전방법에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템은, 물을 전기분해하여 브라운가스를 생성하기 위한 브라운가스 생성장치(10)와; 상기 브라운가스 생성장치(10)에 의해 생성된 산소와 수소의 비율이 2:1로 혼합된 브라운가스를 저장하기 위한 브라운가스 저장탱크(20)와; 상기 브라운가스 저장탱크(20)로부터 공급되는 브라운가스를 가스공급관을 통해 공급받아 점화하기 위한 점화기(30)와; 상기 점화기(30)에 의해 공급된 브라운가스를 1차적으로 연소시켜 발열체를 가열하거나 열분해 수관(97)을 통해 공급된 물을 2차적으로 열분해한 후 자동 연소시켜 발열체를 가열하기 위한 연소장치(40)와; 상기 브라운가스 생성장치(10)에 전원을 공급하기 위한 축전장치(50)와; 상기 축전장치(50)에 충전되는 전원을 발생시킬 수 있도록 하기 위해 상기 연소장치(40) 내부의 고온의 열을 이용하여 전기로 변환시키는 열발전장치(60)와; 상기 열발전장치(60)로부터 생성된 전기를 상전원과 동일한 규격의 AC전원으로 변환시키는 AC전원 변환기(70)와; 상기 브라운가스 생성장치(10)와 연소장치(40)에 물을 공급하기 위한 급수탱크(80); 및 상기 급수탱크(80)로부터 물을 공급받아 고온에 의해 물이 열분해될 수 있도록하는 열분해 수관(97)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템의 연소장치(40)는 하부에 브라운가스를 연소하기 위한 1차 연소실(92)이 구비되고, 상부에 열분해수관(97)이 인입되며 상기 열분해수관(97)으로부터 공급되는 수증기를 고온에 의해 열분해 직후 연소시키는 2차 연소실(93)이 구비되며, 상기 1차 연소실(92) 또는 2차 연소실(93)에서 연소되며 생성된 고온의 열에 의해 가열되는 발열체(91)가 중앙부에 구비되는 발열부(90); 상기 발열부(90)를 감싸며 상기 발열부(90)로부터 일정 공간 이격된 연소장치내벽(41)과 상기 연소장치내벽(41)의 안쪽에 형성된 원적외선방사체(43); 상기 발열부(90)와 상기 연소장치내벽(41) 사이에서 가스를 순환시키면서 연쇄적으로 연소하도록 하기 위한 순환연소실(46); 상기 순환연소실(46)의 하부의 기류배출구(47)를 통해 배출된 열이 상층부로 이동하도록 하기 위한 기류소통로(45); 상기 기류소통로(45) 상부에서 공기를 연소장치(40)의 외부로 배출하기 위해 상기 연소장치(40) 외벽을 관통하여 형성된 배기관(47); 및 상기 원적외선방사체(43)를 감싸며 열을 흡수하는 난방급수관(44)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템의 발열체(91)는 상기 1차 연소실(92)에서 연소된 브라운가스가 2차 연소실(93)로 이동되도록 하기 위한 제1열통로(94a); 상기 제1열통로(94a)에 일정간격으로 이격되어 형성되며 고온의 가스가 체류할 수 있도록 하기 위한 1차집열공간(94b); 상기 1차집열공간(94b)에서 상기 발열체(91) 외부의 순환연소실(46)로 고온의 가스가 이동할 수 있도록 하기 위한 가스방출구; 상기 2차 연소실(93)에서 수증기의 열분해 연소 후 생성된 고온의 가스가 이동되도록 하기 위한 제2열통로(95a); 상기 제2열통로(95b)에 일정간격으로 이격되어 형성되며 고온의 가스가 체류할 수 있도록 하기 위한 2차집열공간(95b); 및 상기 2차집열공간(95b)에서 상기 발열체(91) 외부의 순환연소실(46)로 고온의 가스가 이동할 수 있도록 하기 위한 연소열방출구(96)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템의 연소장치의 외벽(42)은 열전도율 저하를 위해 다공질의 단열재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템의 급수탱크(80)로부터 열분해 수관(97)으로 물이 공급되는 급수관에는, 상기 연소장치(40) 내부의 온도에 따라 열분해를 위한 물의 공급여부를 제어하기 위한 제2솔레노이드밸브(82)가 더 구비되며, 또한 상기 열분해 수관(97)으로의 물의 공급량을 조절하기 위한 제2수량조절밸브(81)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템의 급수탱크(80)로부터 브라운가스 생성장치(10)로 물이 공급되는 급수관에는, 상기 연소장치(40) 내부의 온도에 따라 상기 연소장치(40) 내부의 온도를 유지시키기 위해 물의 공급여부를 제어하기 위한 제3솔레노이드밸브(84)가 더 구비되며, 또한 브라운가스 저장탱크(20) 내에 저장된 브라운가스 양에 따라 상기 브라운가스 생성장치(10)로의 물의 공급량을 조절하기 위한 제3수량조절밸브(83)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템의 열발전장치(60)는 연소장치(40) 내부의 고온과 외부의 저온 간의 온도차를 이용하여 전기로 변환하는 열전소자를 이용한 발전장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템의 열발전장치(60)는 연소장치(40) 내부의 고온의 열을 이용하여 물을 가열하는 발전용 급수관과, 가열된 물을 이용하여 터어빈을 구동하는 발전장치를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템의 연소장치(40)는 상기 2차 연소실(93)의 온도를 감지하기 위한 온도센서를 구비한 온도감지부; 제1가스량 조절밸브(21)를 제어하여 1차 연소실(92)에 공급되는 브라운 가스량을 조절하기 위한 브라운가스량 제어부; 제2수량조절밸브(81)를 제어하여 2차연소실(93)에 공급되는 물의 양을 제어하기 위한 열분해수량제어부; 열분해가 가능한 온도를 설정하기 위한 열분해온도설정부; 및 상기 온도감지부의 입력신호와 상기 열분해온도설정부의 설정온도를 분석하여 2차 연소실(93)의 물의 열분해에 의한 에너지가 부족한 것으로 판단되는 경우, 1차 연소실(92)의 브라운가스를 추가로 자동 공급하도록 혼합연소 제어함으로써, 2차 연소실내의 온도가 물의 열분해가 가능한 온도이상으로 유지되도록 제어신호를 발생시키기 위한 중앙처리기를 포함하는 전자식 연료공급자동제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전방법은, 브라운가스 생성장치(10)를 통해 급수탱크로부터 공급되는 물을 전기분해하여 수소와 산소의 화학당량비가 2:1로 혼합된 브라운가스를 생성하기 위한 브라운가스 생성단계(S10)와; 상기 브라운가스 생성단계(S10)를 통해 생성된 산소와 수소의 비율이 2:1로 혼합된 브라운가스를 저장탱크(20)에 저장하기 위한 브라운가스 저장단계(S20)와; 상기 브라운가스 저장탱크(20)로부터 브라운가스를 가스공급관을 통해 1차 연소실(92)로 공급 후 점화기(30)로 점화하는 점화단계(S30)와; 상기 점화단계(S30) 후 상기 1차연소실(92)에 공급되는 브라운가스를 연소시켜 발열체를 가열하는 1차연소단계(S40)와; 상기 1차연소단계(S40)이후 2차 연소실(93) 내부 온도가 물의 열분해가 가능한 일정온도이상으로 유지되는 경우, 급수탱크(80)의 물이 연소장치(40) 내로 공급되어 열분해에 의해 수소와 산소로 분리된 직후 자동 연소되며 발열체를 가열하도록 하는 2차연소단계(S50)와; 상기 2차연소단계(S50) 진행 중 열분해 수관(97)을 통해 공급되는 물의 양을 점차 증가시키되 브라운가스의 공급량은 점차 감소시키며 이후 브라운가스를 완전 차단한 상태에서 물의 열분해만으로 연소하거나, 난방 또는 AC전원발전 등으로 인해 물의 열분해에 의한 에너지 공급이 부족할 경우 자동으로 브라운가스를 추가 공급하여 물의 열분해가 지속적으로 가능하도록 하기 위한 혼합연소단계(S60)와; 상기 연소단계(S40, S50, S60)에서 생성된 연소장치(40) 내부의 열을 통해 난방급수관(44)을 흐르는 물을 가열하는 난방급수가열단계(S70)와; 상기 연소단계(S40, S50, S60)에서 생성된 연소장치(40) 내부의 열을 이용하여 전기를 생성하기 위한 열발전단계(S80)와; 상기 열발전단계(S80)를통해 생성된 전기를 이용하여 브라운가스 생성장치에 전원을 공급하기 이해 축전장치(50)를 충전하는 축전단계(S90)와; 상기 열발전단계(S80)로부터 생성된 전기를 상전원과 동일한 규격의 AC전원으로 변환시키기 위한 AC전원 변환단계(S100)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전방법의 1차연소단계(S40)는 브라운가스 저장탱크(20)로부터 공급된 브라운가스를 1차 연소실(92)에서 연소하는 브라운가스연소단계(S41)와; 상기 브라운가스연소단계(S41) 후 발열체 내부에 형성된 제1열통로(94a) 입구로 열이 흡입되도록 하는 제1열통로흡입단계(S42)와; 상기 제1열통로흡입단계(S42) 후 제1열통로(94a)에 일정간격으로 이격되어 형성된 1차집열공간(94b)에 고온의 가스를 체류시키는 제1집열공간집열단계(S43)와; 상기 제1집열공간집열단계(S43)를 통해 체류하는 고온의 가스가 발열체를 가열하는 1차발열체가열단계(S44)와; 상기 제1집열공간집열단계(S43)를 통해 체류하던 고온의 가스가 다시 제1열통로를 따라 상부로 이동하는 제1열통로이동단계(S45)와; 상기 제1집열공간집열단계(S43)를 통해 체류하던 고온의 가스가 발열체 내부에 수평방향으로 형성된 가스방출구를 통해 발열체 외부 순환연소실로 방출하는 제1가스방출단계(S46)와; 및 상기 제1집열공간집열단계(S43), 1차발열체가열단계(S44), 제1열통이동단계(S45) 및 제1가스방출단계(S46) 이후 고온의 가스가 상기 2차 연소실(93)로 분사되는 2차연소실분사단계(S46)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전방법의 2차연소단계(S50)는 열분해 수관(97)을 통해 공급되는 수증기가 2차 연소실(93)에서 고온에 의해 열분해되는 열분해단계(S51)와; 상기 열분해단계(S51)를 통해 분해되어 생성된 수소분자, 산소분자, 수소원자, 산소원자 및 OH 기체가 재연소되는 열분해연소단계(S52)와; 상기 열분해연소단계(S52) 후 2차 연소실(93)의 고온의 가스가 발열체(91) 내부에 형성된 제2열통로(95a) 입구로 흡입되도록 하는 제2열통로흡입단계(S53)와; 상기 제2열통로흡입단계(S53)을 통해 제2열통로(95a)에 일정간격으로 이격되어 형성된 2차 집열공간(95b)에 고온의 가스가 체류하는 제2집열공간집열단계(S54)와; 상기 제2집열공간집열단계(S54) 후 체류된 고온의 가스가 발열체(91)를 가열하는 2차발열체가열단계(S55)와; 상기 제2집열공간집열단계(S54)를 통해 모인 고온의 가스가 다시 제2열통로를 따라 상부로 이동하는 제2열통로이동단계(S56)와; 상기 제2집열공간집열단계(S54) 후 체류된 고온의 가스가 발열체(91) 내부에 수평방향으로 형성된 연소열방출구(96)를 통해 발열체 외부 순환연소실로 방출하는 제2가스방출단계(S57)와; 및 상기 제2집열공간집열단계(S54), 2차발열체가열단계(S55), 제2열통이동단계(S56) 및 제2가스방출단계(S57) 이후 고온의 가스가 순환연소실로 방출되는 열방출단계(S58)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전방법의 혼합연소단계(S60)는 물의 열분해가 일어나는 2차 연소실(93)의 내부 온도를 감지하는 2차 연소실온도감지단계(S61)와; 브라운가스 공급량을 조절하는 제1가스량 조절밸브(21)의 상태정보를 감지하는 브라운가스량감지단계(S62)와; 물의 열분해를 위해 열분해 수관(97)을 통해 공급되는 수량을 조절하는 제2수량 조절밸브(81)의 상태정보를 감지하는 열분해수량감지단계(S63)와; 상기 열분해수량감지단계(S63) 후 상기 2차연소실온도감지단계(S61)를 통해 입력된 2차 연소실(93)의 내부 온도와 설정된 물의 열분해 온도를 비교 검사하는 열분해가능성검사단계(S64)와; 상기 열분해가능성검사단계(S64)에서 2차 연소실(93)의 감지된 온도가 열분해가 가능한 설정온도보다 일정 범위 이상 벗어나는지 비교하는 2차연소실온도비교단계(S65)와; 상기 2차연소실온도비교단계(S65)의 결과 2차연소실(93)의 감지된 온도가 설정된 온도보다 낮은 경우, 열분해를 위한 물의 공급량을 증가시키면서 2차연소실(93) 내부의 온도가 설정된 열분해 가능 온도 이상으로 올라가는지 검사하는 열분해수량증가단계(S66)와; 상기 열분해수량증가단계(S66)를 통해 물의 공급량 증가에도 내부 온도가 상승하지 않는 경우, 제1가스량 조절밸브(21)를 제어하여 브라운가스를 추가로 공급하기 위한 브라운가스추가공급단계(S67)와; 상기 2차연소실온도비교단계(S65)의 결과 2차연소실(93)의 감지 온도가 높을때, 열분해만으로 연소시 물의 공급량을 감소시키며 2차 연소실(93) 내부의 온도가 설정된 열분해 가능 적정 온도까지 하강하는지 검사하는 열분해수량감소단계(S68)와; 상기 2차연소실온도비교단계(S65)의 결과 2차연소실(93)의 감지 온도가 높을 때, 브라운가스 공급과 열분해를 혼합하여 사용하고 있는 경우 브라운가스 공급량을 감소시키면서 제2연소실 내부의 온도가 상기 설정된 열분해 가능 적정 온도까지 내려가는지 검사하는 브라운가스감소단계(S69)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상용전원이 아닌 열발전장치에 의해 생성된 전력을 이용하여 브라운가스 생성장치를 구동하기 때문에 축열탱크와 같은 추가설비가 필요 없 뿐만 아니라, 축전장치에 충전 후 남은 잉여전력을 건물 내의 전원으로 대체 사용할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면, 연소실 내부의 온도가 일정온도 이상으로 유지되는 경우 물만을 이용하여 에너지 창출이 가능하기 때문에 탄소배출이 없게 되어 청정에너지의 공급이 가능하게 된다.
또한 본 발명에 의하면, 열전도율의 저하를 위해 연소실 외벽을 다공질의 단열구조로 구성함에 따라 에너지의 낭비를 최소화할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템의 구성을 나타내기 위한 도면.
도2는 본 발명에 따른 발열부의 상세한 구성을 나타내는 도면.
도3은 본 발명에 따른 난방급수관의 모습을 나타내는 도면.
도4는 브라운가스의 내폭과 일반적인 폭발에 따른 연소실 내의 압력의 변화를 나타내는 그래프.
도5는 온도에 따른 물의 열분해 특성을 나타내는 그래프.
도6는 적외선 파장에 따른 수증기의 흡수율을 나타내는 그래프.
도7은 본 발명에 따른 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전방법을 나타내는 흐름도.
도8은 본 발명에 따른 1차연소단계를 나타내는 흐름도.
도9는 본 발명에 따른 2차연소단계를 나타내는 흐름도.
도10은 본 발명에 따른 혼합연소단계를 나타내는 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 열병합 발전시스템의 구성을 나타내기 위한 도면이다. 본 발명에 의하면, 브라운가스 생성장치(10)로부터 생성된 브라운가스가 브라운가스 저장탱크(20)에 저장되게 되는데, 초기에 제1솔레노이드밸브(22)을 개방하여 상기 브라운가스 저장탱크(20)에 저장된 브라운가스를 연소장치(40)로 공급하게 되면 상기 연소장치(40) 하부에 형성된 점화기(30)가 점화되면서 공급되는 브라운가스를 연소하게 된다.
본 발명은 브라운가스 생성장치(10)를 상용전원이 아닌 축전장치(50)에 충전된 전원을 이용하여 구동하는 것에 특징이 있으며, 또한 본 발명은 상기 축전장치(50)가 연소장치(40) 내부의 고온의 열을 이용한 열발전장치(60)에 의해 발생된 기전력에 의해 충전되는 것을 특징으로 하고 있으며, 열발전장치(60)의 한 실시 예로 연소장치(40)의 내부 및 외부의 온도차에 따라 전기로 변환시켜주는 열전소자를 들 수 있다. 본 발명에 의하면 상기 열발전장치(60)에 의해 축전장치(50)에 충전되고 남은 잉여전력은 AC전원 변환기를 통해 AC전원으로 변환되어 건물 내에 공급되게 된다.
본 발명은 1차적으로는 브라운가스 생성장치(10)로부터 생성된 브라운가스를 연소장치(40)에 형성된 1차 연소실(92) 내에서 점화하여 연소한 후, 발열부를 거쳐 2차 연소실(93) 내의 온도를 물의 열분해가 가능한 일정온도 이상으로 높인 후, 2차적으로는 열분해수관(97)을 통해 2차 연소실(93) 내로 물을 공급함으로써 물의 열분해에 따라 물이 연소하고, 브라운가스의 공급을 차단한 상태에서 연소장치(40) 내부의 온도를 일정한 온도 이상으로 유지하는 것을 특징으로 하고 있으며, 만약 물의 열분해, 난방 또는 전기공급 등을 위한 에너지가 과도하여 열분해만으로는 2차연소실(93) 내부의 온도를 물의 열분해가 가능한 일정온도 이상으로 유지하기 어려울 경우에는 추가로 브라운가스 생성장치(10)를 재가동하여 브라운가스를 생성하여 부족한 만큼 추가로 보충하도록 함으로써 물의 열분해와 전기분해를 결합하여 운영하는 것을 특징으로 하고 있다.
물의 전기분해에 의해 수소(H2)와 산소(O2)로 2 : 1 분리되어 혼합된 브라운가스는 570℃ 이상이 되면 자동점화되는 특성을 갖는 기체로서, 점화에 필요한 최소에너지는 20 uJ이며 용적의 4 ~ 95% 농도의 수소가 존재하는 경우 연소가 가능하게 된다. 상기 브라운가스는 연소 이후에는 다시 수증기로 변환되면서 에너지를 방출하게 되는데, 브라운가스 연소시 방출하는 에너지는 수소가스 1mol 당 241.8kJ이 된다. 일반 공기로 수소를 연소하게 되는 경우에는 공기 중의 질소 등에 의해 약 60%의 열손실이 일어나게 되며 최고온도는 2,100℃까지 상승하는 것으로 알려져 있음에 비해, 브라운가스를 연소하는 경우에는 최고 2,800℃까지 상승하는 것으로 알려져 있다.
도4를 참조하면 브라운가스가 연소하는 경우 수소와 산소가 결합하여 다시 수증기로 변환되며 체적이 약 1/1860으로 축소되어 순간적으로 진공이 형성되는 내폭(Implosion) 현상이 발생하게 되는데 (그래프 중 a 참조), 이는 일반 공기에 의한 수소 연소시에 나타나는 폭발현상 (그래프 중 b 참조)과는 달리 브라운가스에만 나타나는 독특한 현상이다. 상기와 같은 내폭현상으로 인해 브라운가스 연소에 의한 직접 가열보다는 상기 브라운가스 연소에 의해 발열체를 1차로 가열한 후, 상기 가열체로부터 나오는 복사열을 이용하여 연소실 내부의 온도를 높이는 방법을 일반적으로 채택하게 된다. 본 발명의 경우에는 연소장치(40) 내부의 점화기 직상부에 1차연소실(92)과 발열체(91)를 위치시킨 후 상기 발열체(91)를 가열한 다음 2차로 발열체(91) 직상부에 형성된 2차연소실(93)에서 열분해수관(97)을 통해 공급되는 수증기를 열분해하여 연소시킨 후 다시 발열체(91)를 추가로 가열하는 방법을 이용하게 된다.
본 발명은 1차적으로는 브라운가스를 연소시켜 연소장치(40)에 형성된 2차연소실(93)의 내부온도를 일정온도 이상으로 유지시킨 후, 2차적으로 물의 열분해를 이용하여 물을 고온에서 연소시키는 방법을 이용함을 특징으로 하고 있다. 열분해는 외부에서 열을 가하여 분자를 활성화시켰을 때 약한 결합이 끊어져서 새로운 물질을 만드는 반응을 말하는 것으로서, 일반적으로 화합물이 흡열반응에 의해 내부에너지(Enthalopy) 보다 무질서도(Entropy)가 증가하게 될 때 열분해가 잘 일어나게 된다.
도5는 온도에 따른 물의 열분해 특성을 나타내는 그래프로서, 순수한 물의 경우 1,800℃ 이상에서 상당한 양의 열분해가 발생하는 것으로 알려져 있다. 다만, 온도가 낮아질 경우에는 분해된 수소와 산소가 빠르게 재결합하며, 2,500°Ｋ 및 0.68MPa에서 1Kg의 물을 분해하게 된다. 상기 도5를 참조하면 물의 열분해는 1,800℃ ~ 3,000℃에서 활발하게 일어나는 것을 알 수 있는데, 1,800℃에서는 약 3%, 2,800℃에서는 약 50%의 열분해가 나타나게 된다.
본 발명에 의하면 연소장치(40) 내부의 발열부(90)의 하부에 브라운가스의 연소를 위한 점화기(30)가 구비되어 있고, 직상부에 브라운가스가 1차적으로 연소되는 1차연소실(92)과 브라운가스의 연소에 의해 가열되는 발열체(91)가 구비되어 있으며, 상기 발열체(91) 직상부에는 공급된 물이 통과되면서 연소장치(40)의 온도에 의해 가열되어 수증기로 변환되도록 하기 위한 열분해 수관(97)과 상기 열분해 수관(97)을 통해 공급된 수증기가 열분해되어 다시 2차로 연소되는 2차연소실(93)이 구비되어 있다.
본 발명에 의하면, 발열체(91) 내부에 상기 1차연소실(92)에서 공급된 브라운가스가 1차적으로 연소한 후 2차연소실(93)로 이동하는 제1열통로(94a)가 형성되고, 또한 상기 발열체(91) 내부에는 제1열통로(94a)에 일정간격으로 이격되어 이동 중인 열이 체류하고 발열체(91)를 고온으로 가열하기 위한 다수의 1차집열공간(94b)이 형성되어 있으며, 또한 상기 발열체(91) 내부에는 2차연소실(93)에서 열분해 수관(97)을 통해 공급된 수증기가 열분해 후 2차적으로 연소하고 연소열방출구(96)로 이동하는 제2열통로(95a)가 형성되어 있으며, 또한 상기 발열체(91) 내부에는 제2열통로(95a)에 일정간격으로 이격되어 이동 중인 열이 체류하고 발열체를 고온으로 가열하기 위한 다수의 2차집열공간(95b)이 형성되어 있다.
브라운가스의 점화에 의해 발열체(91)가 가열되어 복사열을 방사하면서 내부온도가 물의 열분해가 이루어지기 위한 1,800℃ 이상의 설정한 온도까지 상승하게 되면, 제2솔레노이드밸브(82)를 열어 급수탱크(80)로부터 연소장치(40) 내의 열분해 수관(97)으로 물이 공급되도록 한다. 상기와 같이 공급된 물은 발열부(90)의 발열체(91) 상부에 위치한 열분해 수관(97)으로 진입하여 이동하면서 연소장치(40) 내부의 온도에 의해 수온이 점차로 상승하면서 수증기로 변환된 후 상기 2차연소실(93)로 분사되고 고온에 의해 수증기가 열분해되어 수소분자(H2)와 산소분자(O2), 수소원자(H), 산소원자(O) 및 OH 등으로 분해된 후 곧바로 재연소되는 과정을 연쇄적으로 반복하게 된다.
이러한 과정을 통해 연소장치(40) 내부의 온도가 물의 열분해가 유지되는 1,800℃ 이상의 일정온도로 유지되게 되면, 제1솔레노이드밸브(22)를 닫아 연소장치(40) 내로 공급되는 브라운가스를 차단하고, 제2수량조절밸브(81)를 조절하여 공급되는 물의 양을 조절함으로써 물의 열분해에 의한 2차 연소과정만으로 열분해가 가능한 적정온도를 유지하는 것이 가능하게 된다. 본 발명에 의하면, 물의 열분해만으로 적정온도 유지가 어렵게 될 경우, 제1솔레노이드밸브(22)의 자동제어에 의해 브라운가스를 추가로 공급함으로써, 2차연소실(93) 내부의 온도가 물의 열분해에 필요한 일정온도 이상으로 유지되도록 한다.
본 발명에 의한 연소장치(40)에는 발열부(90)를 일정공간 이격되어 감싸는 원적외선 방사체(43)가 더 구비되게 되는데, 상기 원적외선 방사체(43)는 연소장치 내벽(41)의 안쪽에 형성되게 된다. 상기 원적외선 방사체(43)는 고온에서 원적외선을 방출하게 되는데, 상기와 같이 방출된 원적외선을 물분자가 흡수하게 되면 자기 발열현상이 활발해지면서 높은 에너지를 열로써 방사하게 된다. 도6은 적외선 파장에 따른 수증기의 흡수율을 나타내는 그래프로서, 상기 도6을 참조하면 물은 중적외선 파장대인 3μm에서 최대의 흡수율을 나타내게 되며, 6 ~ 11μm에서도 높은 흡수율을 나타내게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 원적외선 방사체(43)의 경우 맥반석 등으로 형성함으로써 고온의 물분자가 원적외선 흡수를 통해 열분해가 보다 활발하게 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 물의 열분해를 이용하여 연소장치(40)에 형성된 2차연소실(93)의 내부온도를 물의 열분해가 가능한 일정온도 이상으로 유지되도록 함으로써, 이를 통해 건물 내의 난방을 도모하거나, 잉여전력을 건물의 AC전원으로 이용하는 것을 특징으로 하고 있다. 본 발명에 따르면, 건물의 난방을 위해 상기 원적외선 방사체(43)가 안쪽에 형성된 연소장치 내벽(41)의 외부를 감싸며 난방급수관(44)을 더 구비하게 되는데, 상기 원적외선 방사체(43)는 내부의 온도를 고온으로 유지시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 상기 원적외선 방사체(43)를 둘러싸고 있는 상기 난방급수관(44)의 수온을 상승시키는 역할도 수행하게 된다. 상기와 같이 구성된 난방급수관(44)을 통해 난방 또는 급탕을 위한 온수가 건물 내에 공급되도록 하는 것이 가능하게 된다.
본 발명은 브라운가스 생성장치(10)의 구동을 위해 상용전원 대신 축전장치(50)에 충전된 전기를 이용하는 것을 특징으로 하고 있다. 상기 축전장치(50)에 충전되는 전기는 열발전장치(60)에 의해 발생되는 것으로서, 본 발명에 따르면, 연소장치(40) 내부의 고온과 외부의 온도차를 이용한 열발전소자에 의한 발생기전력을 이용하여 상기 축전장치(50)를 충전하여 이용하는 것이 바람직한 실시예로 포함된다. 또한 상기 열발전장치(60)는 상기 연소장치(40) 내부의 고온의 열을 이용하여 터어빈을 구동하여 대용량의 전기를 발전하는 것이 다른 실시예로 포함된다.
열전현상(Thermoelectric effect)은 열과 전기사이의 에너지 변환을 의미하는 것으로서 변환소자의 양단에 온도차이가 있을 경우 소자 내부의 캐리어가 이동함으로써 기전력이 발생하는 현상이다. 1821년 독일의 T.J. 제베크가 발견한 제베크효과(Sebeck Effect)에 의하면 두 종류의 금속을 고리 모양으로 연결하고, 한쪽 접점을 고온으로 하고 다른쪽 접점을 저온으로 할 경우 회로에 전류가 생기는 열전현상이 나타나게 되는데, 이에 의해 발생된 전류를 열전류라 하였고 금속선 간에 생기는 기전력을 열기전력이라 하였다. 상기와 같이 발생된 열전류의 크기는 짝을 이룬 금속의 종류 및 두 점점의 온도차에 따라 다르게 되며, 이 외에도 금속선의 전기저항도 발생되는 열전류의 크기에 영향을 미치게 된다. 구리와 콘스탄탄으로 형성된 회로를 예로 들면, 두 접점의 온도차를 100℃로 할 경우 약 4.24mV의 기전력이 유기되는 것으로 알려져 있으며, 전류는 고온부의 접점을 통해 열전류가 높은 콘스탄탄으로부터 열전류가 낮은 구리쪽으로 흐르게 된다.
본 발명은 상기와 같은 열전현상을 이용한 열전 소자에 의한 발전을 열발전장치(60)의 바람직한 일 실시 예로 이용하기 위한 것으로서, 본 발명에 의하면 열발전장치(60)의 한 예로서 열전발전소자를 이용하여 생성된 전기 중 일부는 축전장치(50)로 공급하여 브라운가스 생성장치(10)를 구동하기 위한 전원으로 이용하고, 잉여 전기는 AC전원 변환기(70)를 통해 기존의 상용전원을 대체하여 건물 내로 전기를 공급하기 위한 전원으로 이용할 수 있게 된다. 도1을 참조하면, 본 발명의 경우 상기 열발전장치(60)는 연소실 내부온도 감지선(61)으로부터 고온을 감지하게 되고, 연소실 외부온도 감지선(62)으로부터 저온을 감지하게 됨으로써 상기 감지선에 의한 온도차에 의해 상기 열발전장치(60)가 전기를 발생시켜 축전장치(50)의 충전 및 건물 내로의 AC전원의 공급원 역할을 담당하게 된다.
본 발명에 따른 연소장치(40)는 열전도를 방지하기 위해 연소장치외벽(42)을 단열구조로 형성함이 바람직하다. 본 발명에 의하면 열전도를 최소화하기 위해 연소장치의 외벽(42)을 다공질(多孔質)로 형성하여 기공(氣孔) 속의 공기의 단열성을 이용하여 연소장치(40) 내부의 고온과 외부 저온과의 열교환을 차단하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 의하면 브라운가스 저장탱크(20)는 1차적으로 연소장치(40)의 내부온도를 상승시키기 위해 필요한 정도의 양만 저장될 수 있을 정도의 크기면 족하다. 따라서, 본 발명에 의한 브라운가스 저장탱크(20)는 브라운가스만을 연소하여 구동하는 종래의 브라운가스 저장탱크의 부피보다는 작게 유지하도록 하는 것이 바람직하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로서 이해되어야 하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
10: 브라운가스 생성장치 20: 브라운가스 저장탱크
21: 제1가스량 조절밸브 22: 제1솔레노이드밸브
30: 점화기 40: 연소장치
41: 연소장치내벽 42: 연소장치외벽
43: 원적외선방사체 44: 난방급수관
45: 기류소통로 46: 순환연소실
47: 기류배출구 48: 배기관
50: 축전장치 60: 열발전장치
61: 연소실 내부온도 감지선 62: 연소실 외부온도 감지선
70: AC전원 변환기 80: 급수탱크
81: 제2수량조절밸브 82: 제2솔레노이드밸브
83: 제3수량조절밸브 84: 제3솔레노이드밸브
90: 발열부 91: 발열체
92: 1차 연소실 93: 2차 연소실
94a: 제1열통로 94b: 1차집열공간
95a: 제2열통로 95b: 2차집열공간
96: 연소열방출구 97: 열분해수관

Claims (13)

  1. 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템에 있어서,
    물을 전기분해하여 브라운가스를 생성하기 위한 브라운가스 생성장치(10)와;
    상기 브라운가스 생성장치(10)에 의해 생성된 산소와 수소의 비율이 2:1로 혼합된 브라운가스를 저장하기 위한 브라운가스 저장탱크(20)와;
    상기 브라운가스 저장탱크(20)로부터 공급되는 브라운가스를 가스공급관을 통해 공급받아 점화하기 위한 점화기(30)와;
    상기 점화기(30)에 의해 공급된 브라운가스를 1차적으로 연소시켜 발열체를 가열하거나 열분해 수관(97)을 통해 공급된 물을 2차적으로 열분해한 후 자동 연소시켜 발열체를 가열하기 위한 연소장치(40)와;
    상기 브라운가스 생성장치(10)에 전원을 공급하기 위한 축전장치(50)와;
    상기 축전장치(50)에 충전되는 전원을 발생시킬 수 있도록 하기 위해 상기 연소장치(40) 내부의 고온의 열을 이용하여 전기로 변환시키는 열발전장치(60)와;
    상기 열발전장치(60)로부터 생성된 전기를 상전원과 동일한 규격의 AC전원으로 변환시키는 AC전원 변환기(70)와;
    상기 브라운가스 생성장치(10)와 연소장치(40)에 물을 공급하기 위한 급수탱크(80); 및
    상기 급수탱크(80)로부터 물을 공급받아 고온에 의해 물이 열분해될 수 있도록하는 열분해 수관(97);
    을 포함하며,
    상기 연소장치(40)는
    하부에 브라운가스를 연소하기 위한 1차 연소실(92)이 구비되고, 상부에 열분해수관(97)이 인입되며 상기 열분해수관(97)으로부터 공급되는 수증기를 고온에 의해 열분해 직후 연소시키는 2차 연소실(93)이 구비되며, 상기 1차 연소실(92) 또는 2차 연소실(93)에서 연소되며 생성된 고온의 열에 의해 가열되는 발열체(91)가 중앙부에 구비되는 발열부(90);
    상기 발열부(90)를 감싸며 상기 발열부(90)로부터 일정 공간 이격된 연소장치내벽(41)과 상기 연소장치내벽(41)의 안쪽에 형성된 원적외선방사체(43);
    상기 발열부(90)와 상기 연소장치내벽(41) 사이에서 가스를 순환시키면서 연쇄적으로 연소하도록 하기 위한 순환연소실(46);
    상기 순환연소실(46)의 하부의 기류배출구(47)를 통해 배출된 열이 상층부로 이동하도록 하기 위한 기류소통로(45);
    상기 기류소통로(45) 상부에서 공기를 연소장치(40)의 외부로 배출하기 위해 상기 연소장치(40) 외벽을 관통하여 형성된 배기관(47); 및
    상기 원적외선방사체(43)를 감싸며 열을 흡수하는 난방급수관(44)으로 이루어지며,
    상기 발열체(91)는
    상기 1차 연소실(92)에서 연소된 브라운가스가 2차 연소실(93)로 이동되도록 하기 위한 제1열통로(94a);
    상기 제1열통로(94a)에 일정간격으로 이격되어 형성되며 고온의 가스가 체류할 수 있도록 하기 위한 1차집열공간(94b);
    상기 1차집열공간(94b)에서 상기 발열체(91) 외부의 순환연소실(46)로 고온의 가스가 이동할 수 있도록 하기 위한 가스방출구;
    상기 2차 연소실(93)에서 수증기의 열분해 연소 후 생성된 고온의 가스가 이동되도록 하기 위한 제2열통로(95a);
    상기 제2열통로(95a)에 일정간격으로 이격되어 형성되며 고온의 가스가 체류할 수 있도록 하기 위한 2차집열공간(95b); 및
    상기 2차집열공간(95b)에서 상기 발열체(91) 외부의 순환연소실(46)로 고온의 가스가 이동할 수 있도록 하기 위한 연소열방출구(96)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 물 전기분해와 열분해가 결합된 열병합발전시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연소장치의 외벽(42)은 열전도율 저하를 위해 다공질의 단열재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 급수탱크(80)로부터 열분해 수관(97)으로 물이 공급되는 급수관에는, 상기 연소장치(40) 내부의 온도에 따라 열분해를 위한 물의 공급여부를 제어하기 위한 제2솔레노이드밸브(82)가 더 구비되며, 또한 상기 열분해 수관(97)으로의 물의 공급량을 조절하기 위한 제2수량조절밸브(81)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 급수탱크(80)로부터 브라운가스 생성장치(10)로 물이 공급되는 급수관에는, 상기 연소장치(40) 내부의 온도에 따라 상기 연소장치(40) 내부의 온도를 유지시키기 위해 물의 공급여부를 제어하기 위한 제3솔레노이드밸브(84)가 더 구비되며, 또한 브라운가스 저장탱크(20) 내에 저장된 브라운가스 양에 따라 상기 브라운가스 생성장치(10)로의 물의 공급량을 조절하기 위한 제3수량조절밸브(83)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열발전장치(60)는 연소장치(40) 내부의 고온과 외부의 저온 간의 온도차를 이용하여 전기로 변환하는 열전소자를 이용한 발전장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합발전시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열발전장치(60)는 연소장치(40) 내부의 고온의 열을 이용하여 물을 가열하는 발전용 급수관과, 가열된 물을 이용하여 터어빈을 구동하는 발전장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합발전 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연소장치(40)는 상기 2차 연소실(93)의 온도를 감지하기 위한 온도센서를 구비한 온도감지부;
    제1가스량 조절밸브(21)를 제어하여 1차 연소실(92)에 공급되는 브라운 가스량을 조절하기 위한 브라운가스량 제어부;
    제2수량조절밸브(81)를 제어하여 2차연소실(93)에 공급되는 물의 양을 제어하기 위한 열분해수량제어부;
    열분해가 가능한 온도를 설정하기 위한 열분해온도설정부; 및
    상기 온도감지부의 입력신호와 상기 열분해온도설정부의 설정온도를 분석하여 2차 연소실(93)의 물의 열분해에 의한 에너지가 부족한 것으로 판단되는 경우, 1차 연소실(92)의 브라운가스를 추가로 자동 공급하도록 혼합연소 제어함으로써, 2차 연소실내의 온도가 물의 열분해가 가능한 온도이상으로 유지되도록 제어신호를 발생시키기 위한 중앙처리기를 포함하는 전자식 연료공급자동제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합발전시스템.
  10. 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합 발전방법에 있어서,
    브라운가스 생성장치(10)를 통해 급수탱크로부터 공급되는 물을 전기분해하여 수소와 산소의 화학당량비가 2:1로 혼합된 브라운가스를 생성하기 위한 브라운가스 생성단계(S10)와;
    상기 브라운가스 생성단계(S10)를 통해 생성된 산소와 수소의 비율이 2:1로 혼합된 브라운가스를 저장탱크(20)에 저장하기 위한 브라운가스 저장단계(S20)와;
    상기 브라운가스 저장탱크(20)로부터 브라운가스를 가스공급관을 통해 1차 연소실(92)로 공급 후 점화기(30)로 점화하는 점화단계(S30)와;
    상기 점화단계(S30) 후 상기 1차연소실(92)에 공급되는 브라운가스를 연소시켜 발열체를 가열하는 1차연소단계(S40)와;
    상기 1차연소단계(S40)이후 2차 연소실(93) 내부 온도가 물의 열분해가 가능한 일정온도이상으로 유지되는 경우, 급수탱크(80)의 물이 연소장치(40) 내로 공급되어 열분해에 의해 수소와 산소로 분리된 직후 자동 연소되며 발열체를 가열하도록 하는 2차연소단계(S50)와;
    상기 2차연소단계(S50) 진행 중 열분해 수관(97)을 통해 공급되는 물의 양을 점차 증가시키되 브라운가스의 공급량은 점차 감소시키며 이후 브라운가스를 완전 차단한 상태에서 물의 열분해만으로 연소하거나, 난방 또는 AC전원발전 등으로 인해 물의 열분해에 의한 에너지 공급이 부족할 경우 자동으로 브라운가스를 추가 공급하여 물의 열분해가 지속적으로 가능하도록 하기 위한 혼합연소단계(S60)와;
    상기 연소단계(S40, S50, S60)에서 생성된 연소장치(40) 내부의 열을 통해 난방급수관(44)을 흐르는 물을 가열하는 난방급수가열단계(S70)와;
    상기 연소단계(S40, S50, S60)에서 생성된 연소장치(40) 내부의 열을 이용하여 전기를 생성하기 위한 열발전단계(S80)와;
    상기 열발전단계(S80)를통해 생성된 전기를 이용하여 브라운가스 생성장치에 전원을 공급하기 이해 축전장치(50)를 충전하는 축전단계(S90)와;
    상기 열발전단계(S80)로부터 생성된 전기를 상전원과 동일한 규격의 AC전원으로 변환시키기 위한 AC전원 변환단계(S100);
    를 포함하여 이루어지며,
    상기 1차연소단계(S40)는
    브라운가스 저장탱크(20)로부터 공급된 브라운가스를 1차 연소실(92)에서 연소하는 브라운가스연소단계(S41)와;
    상기 브라운가스연소단계(S41) 후 발열체 내부에 형성된 제1열통로(94a) 입구로 열이 흡입되도록 하는 제1열통로흡입단계(S42)와;
    상기 제1열통로흡입단계(S42) 후 제1열통로(94a)에 일정간격으로 이격되어 형성된 1차집열공간(94b)에 고온의 가스를 체류시키는 제1집열공간집열단계(S43)와;
    상기 제1집열공간집열단계(S43)를 통해 체류하는 고온의 가스가 발열체를 가열하는 1차발열체가열단계(S44)와;
    상기 제1집열공간집열단계(S43)를 통해 체류하던 고온의 가스가 다시 제1열통로를 따라 상부로 이동하는 제1열통로이동단계(S45)와;
    상기 제1집열공간집열단계(S43)를 통해 체류하던 고온의 가스가 발열체 내부에 수평방향으로 형성된 가스방출구를 통해 발열체 외부 순환연소실로 방출하는 제1가스방출단계(S46)와;
    및
    상기 제1집열공간집열단계(S43), 1차발열체가열단계(S44), 제1열통이동단계(S45) 및 제1가스방출단계(S46) 이후 고온의 가스가 상기 2차 연소실(93)로 분사되는 2차연소실분사단계(S46)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합발전 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 2차연소단계(S50)는
    열분해 수관(97)을 통해 공급되는 수증기가 2차 연소실(93)에서 고온에 의해 열분해되는 열분해단계(S51)와;
    상기 열분해단계(S51)를 통해 분해되어 생성된 수소분자, 산소분자, 수소원자, 산소원자 및 OH 기체가 재연소되는 열분해연소단계(S52)와;
    상기 열분해연소단계(S52) 후 2차 연소실(93)의 고온의 가스가 발열체(91) 내부에 형성된 제2열통로(95a) 입구로 흡입되도록 하는 제2열통로흡입단계(S53)와;
    상기 제2열통로흡입단계(S53)을 통해 제2열통로(95a)에 일정간격으로 이격되어 형성된 2차 집열공간(95b)에 고온의 가스가 체류하는 제2집열공간집열단계(S54)와;
    상기 제2집열공간집열단계(S54) 후 체류된 고온의 가스가 발열체(91)를 가열하는 2차발열체가열단계(S55)와;
    상기 제2집열공간집열단계(S54)를 통해 모인 고온의 가스가 다시 제2열통로를 따라 상부로 이동하는 제2열통로이동단계(S56)와;
    상기 제2집열공간집열단계(S54) 후 체류된 고온의 가스가 발열체(91) 내부에 수평방향으로 형성된 연소열방출구(96)를 통해 발열체 외부 순환연소실로 방출하는 제2가스방출단계(S57)와;
    및
    상기 제2집열공간집열단계(S54), 2차발열체가열단계(S55), 제2열통이동단계(S56) 및 제2가스방출단계(S57) 이후 고온의 가스가 순환연소실로 방출되는 열방출단계(S58)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합발전 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 혼합연소단계(S60)는
    물의 열분해가 일어나는 2차 연소실(93)의 내부 온도를 감지하는 2차 연소실온도감지단계(S61)와;
    브라운가스 공급량을 조절하는 제1가스량 조절밸브(21)의 상태정보를 감지하는 브라운가스량감지단계(S62)와;
    물의 열분해를 위해 열분해 수관(97)을 통해 공급되는 수량을 조절하는 제2수량 조절밸브(81)의 상태정보를 감지하는 열분해수량감지단계(S63)와;
    상기 열분해수량감지단계(S63) 후 상기 2차연소실온도감지단계(S61)를 통해 입력된 2차 연소실(93)의 내부 온도와 설정된 물의 열분해 온도를 비교 검사하는 열분해가능성검사단계(S64)와;
    상기 열분해가능성검사단계(S64)에서 2차 연소실(93)의 감지된 온도가 열분해가 가능한 설정온도보다 일정 범위 이상 벗어나는지 비교하는 2차연소실온도비교단계(S65)와;
    상기 2차연소실온도비교단계(S65)의 결과 2차연소실(93)의 감지된 온도가 설정된 온도보다 낮은 경우, 열분해를 위한 물의 공급량을 증가시키면서 2차연소실(93) 내부의 온도가 설정된 열분해 가능 온도 이상으로 올라가는지 검사하는 열분해수량증가단계(S66)와;
    상기 열분해수량증가단계(S66)를 통해 물의 공급량 증가에도 내부 온도가 상승하지 않는 경우, 제1가스량 조절밸브(21)를 제어하여 브라운가스를 추가로 공급하기 위한 브라운가스추가공급단계(S67)와;
    상기 2차연소실온도비교단계(S65)의 결과 2차연소실(93)의 감지 온도가 높을때, 열분해만으로 연소시 물의 공급량을 감소시키며 2차 연소실(93) 내부의 온도가 설정된 열분해 가능 적정 온도까지 하강하는지 검사하는 열분해수량감소단계(S68)와;
    상기 2차연소실온도비교단계(S65)의 결과 2차연소실(93)의 감지 온도가 높을 때, 브라운가스 공급과 열분해를 혼합하여 사용하고 있는 경우 브라운가스 공급량을 감소시키면서 제2연소실 내부의 온도가 상기 설정된 열분해 가능 적정 온도까지 내려가는지 검사하는 브라운가스감소단계(S69)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물의 전기분해와 열분해가 결합된 열병합발전 방법.

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