KR20000058493A - Ｉｇｂｔ인버터 제어 고주파에 의한 발전 및 수소가스를이용한 난방.온수보일러시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 IGBT인버터 제어방식 고주파에 의한 수소가스 연료화 장치 및 그 장치를 이용한 난방.온수.보일러 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 IGBT인버터 제어방식 고주파에 의한 전원공급장치로, 고순도의 수소와 산소 혼합가스를 대량으로 발생하는 방법 및 장치에 있어서, 그 장치를 이용한 수소가스 보일러 시스템에 관한 것으로. 특히 고속제어 싸이리스터 전원장치에 6상 반파 정류의 싸이리스터 제어 시스템은 출력 파형의 교류분 RIPPLE 주기는 1/60*6= 2.8ms인 반면에 10KHZ - 15 KHZ IGBT인버터 전원의 경우 1/15000KHZ = 0.067us가 된다. 따라서 싸이리스터형에서는 2.8ms 마다 출력을 제어하던 것이 IGBT인버터에서는 67us 마다.조절이 가능하게되어 약 42배 속도로 제어가 됨으로 상용주파수의 변압기를 사용하지 않기 때문에 원리적으로 무부하 손실이 없으며, 고주파 변압기 권선도 상용주파수 변압기 권선보다 작아 에너지 절약의 효율성이 높아 수소보일러에 발전변환장치를 장착한 것이다. 물 전기분해시 전해질을 첨가 혼합하여 전해조에 직류 전류를 통과시켜 전기분해하게 되는데 전해질로는 수산화나트륨, 알루미늄 분말, 활성탄소,수산화칼륨, 등을 사용하며 상기와 같이 발생된 수소, 산소의 혼합가스를 보일러 연료로 공급하여 연소되도록 하는 것으로, 원통 상위에 점화구를 장착하여 상(上)에서 하(下)로 수소가스의 고열을 난방수에 직접 화력을 분사함으로서 난방용으로 공급, 난방수의 고효율을 활용한 온수공급파이프를 장착함으로써 온수용으로도 사용할 수 있는 고순도의 혼합가스 발생장치를 이용한 에너지 열변환 수소보일러 시스템에 관한 것이다.

Description

ＩＧＢＴ인버터 제어 고주파에 의한 발전 및 수소가스를 이용한 난방.온수보일러시스템.{H2 Gas-Power generation system by IGBTINVERTER control high frequency and heating hot water supplying-boiler system by utilizing H2 gas}

본 발명은 물을 전기분해하여 고순도의 수소70%와 산소30%의 혼합 가스를 제조하여 가연성 복합연료로 연소되도록한 수소보일러 난방온수화 장치에 관한것으로, 보다 상세하게는 IGBT인버터 반파정류를 수소가스 발전셀에 병합하여 연료로 사용할수 있는 난방 및 온수화 시스템에 관한 것이다.

구조적으로, 본 발명의 수소보일러 버너는 상(上)에서 하(下)로 연소되도록 하여 연소시 수소가스의 압력조절을 위하여 점화단계가 약(弱), 중(中), 강(剛)으로 점진적 화력의 크기가 조절되어 보일러 원통의 팽창계수와 재질의 변화를 미연에 해소토록 하였으며, 자발전공급시스템으로, 안정성을 최우선 고려하였다. 또한 연소시 과열차단 감지 센서를 장착하여 화력 조절과 불꽃을 물속으로 직선 하향분사함으로서, 압을 감소토록 하였다. 별도의 장치와 집열기없이 고효율의 열량을 이용하여 보일러 내 파이프 라인을 장착함으로해서 난방과 온수를 동시에 공급되도록 한 것을 특징으로하는 수소,산소 혼합가스를 이용한 난방.온수화 발전시스템이다.

종래 에너지의 절대적 필요성에 따라 대체에너지를 이용한 난방및 온수용 보일러의 보급이 확산되고 있다. 화석연료의 한계성 및 환경오염의 심각성에 대한 인식고조에 따라 태양광발전 시스템의 보급으로 전력용 태양전지나 자체 생산이 적극적으로 추진되고 있으나 환경상의 제약으로 인한 파국을 벗어나지 못하고 있는 실정으로 초당적 미래의 청정에너지원 수소는 연소시 극소량의 질소가 생성되는 것을 제외하고는 공해물질이 배출되지 않으며, 직접 연소를 위한 연료로 사용이 간편하고 자연 순환되기 때문에 수소보일러에 적용함으로서 미래에너지로서의 제약을 받지 않으면서 자연친화적 무공해로 무궁무진한 수소에너지에 대한 관심을 두고 물을 전기분해하여 얻은 수소가스를 연료로한 수소자동차의 개발이 활발히 진행 중에 있으며, 향후 기대가 큰 에너지원이지만 저장탱크의 폭팔위험의 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 수소보일러기기에 전기 및 수소가스 발전장치를 장착하여 연료를 공급할 수 있도록 하는 것으로, 별도의 집열기 없이 보일러의 연료를 경제성 및 고효율로 연료를 생산할 수 있는 대체에너지 연료로 직접 연소를 위한 연료로 사용이 간편하고 자연순환되기 때문에 수소보일러에 적용함으로서 미래에너지로서의 제약을 받지 않으면서 자연친화적 무공해로 무궁무진한 수소에너지를 난방 및 온수화 연료로 제공하기 위한 것이다. 물을 전기분해 하여 고순도의 수소70% 산소30% 혼합가스를 제조하여 가연성 복합연료로 연소되도록한 수소보일러 난방온수화 장치에 관한것으로, IGBT인버터 제어시스템으로 소형,경량화 할 수 있다. 고속제어 싸이리스터 전원장치에 6상 반파 정류의 싸이리스터 제어 시스템은 출력 파형의 교류분RIPPLE 주기는 1/60*6=2.8ms인 반면에 10KHZ- 15 KHZ IGBT인버터 전원의 경우 1/15000KHZ = 0.067us가 된다. 따라서 싸이리스 터형에서는 2.8ms 마다 출력을 제어하던 것이 IGBT인버터에서는 67us 마다.조절이 가능하게되어 약 42배 속도로 제어가 됨으로 상용주파수의 변압기를 사용하지 않기 때문에 원리적으로 무부하 손실이 없으며, 고주파 변압기 권선도 상용주파수 변압기 권선보다 작아 에너지 절약의 효율성이 높아 수소보일러의 발전변환장치를 장착한 것이다. 물 전기분해시에는 전해질을 첨가 혼합하여 직류 전류를 통과시켜 고순도의 수소가스를 얻는데 있어 양극성을 띄는 쪽은 스테인레스에 다른극봉은 인바, 인코넬, 질코늄.니켈. 등을 사용하여 산소 및 전류 자장에 의한 산화로 부식을 예방토록 하여 수소보일러의 경제성과 고효율의 새로운 대체에너지로서 상용화 에너지 열변환 기술로전자.전기.화학.물리구성.기계.병합 시스템으로 수소에너지 연료로 사용하고 다시 반복하여 순환 환원 되기 때문에 자연 친화적인 에너지 원으로 환경친화적인 연료를 개발하였다.

도 1은 본 발명에 따른 IGBT인버터 제어 고주파전원장치 수소보일러 전체 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 고주파전원장치의 수소 및 산소 혼합가스 발생의 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 혼합가스 연료라인을 통한 수소보일러 연소과정의 도시.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 수소,산소 혼합가스보일러 2: 산소공급관 3: 수소가스 전원공급장치

4: 수소가스 점화장치 5: 온수용 파이프라인 6: 드레인 7: 온수공급 체크밸브

8: 온수출수관 9: 팽창변 10: 에어변 11: 보충수 탱크 12: 보충용 펌프 13:수위체크전자밸브 14: 과열차단감지 센서 15: 수위조절감지 센서 16: 온수파이프고정 브라겟트 17: 상용전원 18: 정류기 19: 콘덴서 20: 1GBTIGBT인버터 21: 변압기 22: 직류 리엑터 23: 전해조 24: 안전판 25: 분리기 26: 플럭스탱크 27: 압력 스위치 28: 레규레이터 29: 역화방지기 30: 수소 및 산소 혼합가스공급 콘트롤 판넬

본 발명은 IGBT인버터 제어방식 고주파 원리로 발전된 전원을 제공하여 물을 전기분해함으로서, 고순도의 수소70%와 산소30% 혼합 가스를 제조하여 가연성 복합연료로 연소되도록한 난방온수화 장치에 관한것으로, 보다 상세하게는 IGBT인버터 반파정류를 수소가스발전셀에 병합하여 연료로 사용할 수 있는 난방 및 온수화 시스템에 관한 것이다.

이를 첨부한 실시예의 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 본 발명에 따른 IGBT인버터 제어방식 고주파전원장치 수소보일러 전체를 도시한 것으로, 수소보일러(1) 내부에 수소가스 70% 산소 30%의 혼합가스를 발전시켜 열에너지로 변환 공급하는 수소가스전원 공급장치(3)를 장착하였다. 도 2는 본 발명에 따른 고주파전원장치에서 수소 및 산소 수소가스 발전장치를 도시한 것으로서, 상용전원(17)으로 교류를 직류로 변환해주는 정류기(18)에서 역률을 개선시키기 위하여 콘덴서(19)를 장착 주파수와 전압을 변환시켜 주는 IGBT인버터(20)와 변압기(21)로 교류를 직류로 변화해줌으로해서 직류 리엑터로(22) 직류회로에 유도저항을 주어 발생된 IGBT인버터 전원으로 물에 전해질을 침가 혼합하여 전해조(23)에 채운 상태에서 직류 전류를 공급하여 물을 전기분해시켜 산소와 수소의 혼합가스를 생성시키고 전해조에는 안전판(24)(Relief valve)을 설치하여 압력이 이상치가 되면 가스가 방출되도록 조절하며, 분리기(25)로 수산화칼륨, 수증기 등의 불순물을 분리하여 수소 및 산소의 고순도 혼합가스만 취하도록 하고, 플럭스 탱크(26)(FLUX TANK)로 배출압력을 일정하게 유지시켜 주며가스사용중 역류현상이 일어날 경우 불꽃을 차단하기 위하여 일측에 가스압력조절용 압력게이지가 달린 레규레이터를 설치, 압력을 조절 차단되도록 하여 생성된 IGBT인버터 전원을 공급, 가스를 발생시키도록 하였다. 상기 상용전원 IGBT인버터 제어시스템은 구동회로가 복잡하지만 입력 전압이 높고, 출력 전압이 클때 유리하므로 소형 경량화로 산소 및 수소의 혼합가스보일러에 장착할 수 있도록하였다. 도 3은 본 발명에 따른 혼합가스 연료라인을 통한 수소보일러 연소과정을 도시한 것으로, 산소와 수소의 혼합가스 공급라인(3)에서 고순도의 산소와 수소 혼합가스를 공급받아 보일러내에서 팽창압을 조절하는 점화장치를 부착하여 점진적으로 불꽃의 세기를 조절 상(上)에서 하향분사 연소되도록 함으로서, 안정성(화염)을 고려하였으며, 열 팽창으로 인한 과열차단 감지센서(14)와 수위조절 감지센서(15)로 압과 수위를 상.하 자동 조절토록 하였으며, 과열을 방지하기 위하여 보일러 보충탱크(11) 및 시그널에 의해 전자변이 수위조절 감지 센서(15)를 장착, 보충용 펌프(12)및 수위체크 전자밸브(13) 부착으로 순환식 시스템으로 동작되도록 콘트롤 되었으며, 설정온도가 되면 난방수의 열팽창으로 오버된 물은 팽창탱크(11)에 저장되어 난방수가 부족할 경우 열팽창 원리로 보충되도록 하였다. 또한 고온의 열로 인한 압은 팽창변(9)및 에어변(10)에서 배출되거나 오버라인으로 보일러내 상부층에 트랩형식으로 구성된 관을 계속적으로 형성하여 보일러내 물속에서 열교환형식으로 구성하여 보일러내 전체를 회전 반대편 상부측에서 외부로 노출시킨다. 이로 인해 수소가스에서 발생한 열이 매개체인 물을 가열할때 복사된 열에너지를 외부로 방출하지 않고 상기와 같이 구성하여 매개체인 온수용 파이프라인(5)을 장착하여 난방수를 가열하는데 도움이 되도록 하는 폐열을 이용하고 모든 콘트롤을 전자동화한 고효율 에너지변환 시스템이다 .

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 화학적구성요소와, 전자 기계 전기병합시스템으로 1차 작은 에너지변환 기술로 고효율의 산소와 수소의 혼합가스를 생산하여 목적하는 어느 위치에서도 생산이 가능한 시스템으로 효율 95%이상, 사용할수 있도록 하였다. 화석에너지의 고갈로 인한 대체에너지의 어려움을 미연에 대체할 수 있다는 기술적 발명이며 효율적인 변환시스템으로, 사용후 유해성이 없으며, 자연생성물이므로 환경을 오염시키지 않는다는 점이 자연친화적이며 산소와 수소의 혼합가스로 고효율 대체에너지로서 경제성과 환원성의 고효율 에너지 변환시스템이다.

Claims (3)

1. 본 발명은 IGBT인버터 제어방식 고주파 원리로 발전된 전원을 제공하여 물을 전기분해함으로서, 고순도의 수소가스70% 산소가스30% 혼합가스를 수소보일러기기에 연료 공급을 위한 발전장치를 장착하여 전기를 공급할 수 있도록 한 것으로, 별도의 집열기 없이 경제성 및 고효율의 연료를 발전생산하여 화학적전기에너지로 변환시켜 난방 및 온수를 연속적으로 사용할 수 있는 발전장치에 있어서, 상용전원(17)으로 교류를 직류로 변환해주는 정류기 (18)에서 역률을 개선시키기 위하여 콘덴서(19)를 장착 주파수와 전압을 변환시켜 주는 IGBT인버터(20)와 변압기(21)로 교류를 직류로 변화해줌으로해서 직류 리엑터로(22) 직류회로에 유도저항을 주어 발생된 IGBT인버터 전원장치 시스템을 특징으로 한 것이다.
2. 제 1항에 있어서, 상용 60HZ 전원으로 IGBT인버터 제어시스템으로 소형,경량화 구조에 있어서, 고속제어 싸이리스터 전원장치에 6상 반파 정류의 싸이리스터 제어 시스템은 출력 파형의 교류분 RIPPLE 주기는 1/60*6=2.8ms인 반면에 10KHZ- 15KHZ IGBT인버터 전원의 경우1/15000KHZ = 0.067us가 된다. 따라서 싸이리스터형 에서는 2.8ms 마다 출력을 제어하던 것이 IGBT인버더에서는 67us 마다.조절이 가능하게되어 약 42배 속도로 제어가 됨으로 상용주파수의 변압기를 사용하지 않기 때문에 한기술로 펄스가 이루어져 원리적으로 무부하 손실이 없으며, 고주파 변압기 권선도 상용주파수 변압기 권선에 변환시켜 출력을 제어 변압기에 의해 강압 ＆ 전류 증폭된 후 정류 시켜 직류를 얻어 발전시켜 전원을 공급함으로서 직접 연료로 사용할 수 있는 전원을 연결시켜서 전기분해에 의한 혼합가스를 발생시키도록 하고, 전해조셀 금속의 극봉은 산화로 인한 부식을 예방하기 위해 금속재질로 인코넬, 질코늄, 인바, 니켈 등 전해질로는 수산화나트륨, 알루미늄분말, 활성탄소, 수산화칼륨, 등으로 물전기분해에 의한 수소 및 산소 혼합가스의 대량 발생 연료로 난방,온수를 공급할 수 있도록 하였다.
3. 구조적으로 본 발명의 수소보일러 버너는 상(上)에서 하(下)로 연소되도록 하여 연소시 수소가스의 압력조절을 위하여 점화단계가 약(弱), 중(中), 강(剛)으로 점진적 화력의 크기가 조절되어 보일러 원통의 팽창계수와 재질의 변화를 온도 조절로 미연에 해소토록 하였으며, 수소가스 자발전 공급시스템으로, 안전성을 최우선 고려하였다. 또한 연소시 과열차단 감지 센서를 장착하여 화력 조절과 불꽃을 물속으로 직선하향분사함으로서, 압을 감소토록 하였다. 별도의 장치와 집열기없이 고효율의 열량을 이용하여 보일러내 온수공급파이프 라인을 창착함으로해서 난방과 온수를 동시에 공급되도록 한 수소,산소 혼합가스 연료를 이용한 난방.온수화 발전시스템이다.