KR20040049748A - 브라운가스 연소용 발열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브라운가스 연소용 발열장치에 관한 것으로, 원판형 블럭의 중심부에 큰 공간부가 형성되도록 하여 원통형의 벽체를 구성하고 벽체 내부에는 화기통로가 형성되도록 내화물질을 압축 성형하여 만든 상부발열블럭과 원판형 블럭에 일정 모양의 다수개의 공간부를 형성하여 외벽과 지지대 및 중추부가 형성되도록 내화물질을 압축 성형하여 만든 하부발열블럭을 각각 만들어 받침블럭 위에 하부발열블럭과 상부발열블럭을 다단으로 쌓아올려 전체적으로 하나의 발열체를 구성하고, 브라운가스 버너에서 착화된 화염이 중추부를 직접 가열하며 상부로 흐트러지는 불길이 화염통로를 따라 올라가면서 점차 발열체 전체가 벌겋게 가열되어 내부공간에 함축되는 열에 의해 고온을 유지하여 결과적으로 막대한 열을 발산하도록 함으로써 브라운가스의 발열효과를 크게 향상시킨 것이다.

Description

브라운가스 연소용 발열장치 {Heat Generating Device for Brown Gas Combustion}

본 발명은 브라운가스 연소기술에 있어서 핵심요소인 발열장치에 관한 것으로서 발열장치 내부에 공간부를 형성하여 원통형의 벽체를 구성하고 벽체에 다수개의 수직관통공을 형성하여 화염통로를 만들고 브라운가스의 화염이 화염통로를 따라 올라갈 수 있도록 구성한 브라운가스 연소용 발열장치에 관한 것이다.

브라운가스란, 물의 전기분해방식에 의해 생성되는 수소2 대 산소1로 혼합된 혼합가스를 말한다. 브라운가스는 브라운가스만의 특성이 있어, 토오치에 불을 붙이면 불꽃이 퍼지지 않고 길게 형성되면서 핀포인트 화염을 이룬다. 따라서 측열이 없으므로 손을 갖다 대어도 뜨겁지 않으나 핀포인트에는 텅스텐을 기화시켜버릴 정도로 막대한 에너지를 발휘한다.

예를 들면 브라운가스만이 벽돌과 철을 용접할 수 있다. 이렇게 막대한 에너지를 가지고 있는 브라운가스를 이용하는 방법으로 브라운가스만의 연소방법을 필요로 하고 그 중에서도 발열장치의 구성이 무엇보다 중요하다.

브라운가스의 연소방법에 대해서는 본 출원자가 선출원하여 등록유지 결정된 실용신안등록 제0173736호, 이중특허출원번호 제0037758호의 "초효율 브라운가스 연소장치"(이하 인용특허라 칭한다)에 브라운가스 연소방법에 대하여 상세하게 설명하고 있다.

상기와 같이 브라운가스 연소장치의 발열부 구성에 따라 연소효율이 크게 좌우되므로 발열부의 구조를 개선발전 시킬 필요가 있어 본 발명은 브라운가스의 발열효과를 증대시키고 연소효율을 향상시키기 위한 목적으로 실험과 실증에 의해 발열부의 구조를 획기적으로 개선발전 시킨 것이다.

여기서 상기 인용특허의 "발명의 구성과 작용"에서 발열부에 대한 설명을 인용하면 다음과 같다.

『상기 기대(10) 위에 설치되는 발열부(20)는 고온에 견딜 수 있는 알루미나(Al₂O₃)를 주성분으로 하는 내화물(내화도 SK 38 이상)로 이루어진 것으로서, 상기 발열부(20)는 적어도 3개의 받침대(21)와, 상기 받침대(21)상에 재치되며 상기 연소버너(60)의 노즐부(60a)에서 분출되는 브라운가스의 연소시에 발생되는 연소불꽃(77)을 모으면서 상부로 안내하도록 관통공(32)의 내측 중간부에 댐퍼부(32a)가 형성된 하부블럭(30)과, 상기 하부블럭(30)의 상부에 배설되어 연소실(33)을 형성하며, 상기 연소버너(60)에서 분출되는 불꽃(77)에 의해 직접 가열되는 원추부(46)가 형성됨과 동시에, 상기 원추부(46)에서 확산된 불꽃(77)이 연소 후 생성하는 고온의 수증기를 상부로 안내하도록 원주 내측에 형성된 다수 개의 관통공(47)을 가진 상부블럭(40)으로 구성되어 있다.』

상기 인용특허 상의 발열부(20)는 한 개의 덩어리로 된 상부블럭(40)에 다수개의 관통공을 형성한 것으로 몸체가 육중하여 예열시간이 많이 걸려 비효율적이고, 또한 축적된 열을 외부로 발산하는 면적이 상대적으로 적어 보일러의 발열장치로 사용하였을 경우 효과적이지 못한 점이 단점으로 지적되고 있다.

따라서 본 발명은 발열부의 발열면적을 크게 하기 위하여 외경을 크게 만드는 것과 동시에 내측에 공간을 형성하여 전체적으로 원통형의 벽체를 구성한 후 벽체 내에 수직관통공을 다수개 형성하여 화기통로를 만들어줌으로써 브라운가스에 의해 발열부가 쉽게 가열됨과 동시에 효과적으로 발열할 수 있게 하기 위한 것이다.

이와 같은 목적에 따라 브라운가스 버너의 화염에 의해 직접 가열되는 부분, 즉 상기 인용특허에 있어서 원추부(40)에 해당하는 부분은 브라운가스 불길이 상부발열블럭의 벽체에 형성된 수직관통공을 따라 올라갈 수 있도록 별도의 하부발열블럭을 새롭게 구성하지 않으면 안 된다.

따라서 본 발명은 상기 여러 가지 사정을 고려하여 이루어진 것으로 본 발명의 목적은 브라운가스 연소기술에 있어서 핵심요소인 발열체가 효과적으로 가열될 수 있도록 구성하고 또한 가열된 후 효과적으로 발열하도록 구성하여 브라운가스 보일러 등의 연소장치에 널리 쓰일 수 있는 새로운 발열장치를 제안하기 위한 것이다.

브라운가스는 브라운가스만의 특성이 있어 벽돌과 철을 그대로 용접할 수 있다. 이렇게 벽돌과 철을 동시에 용접할 수 있는 불은 브라운가스 밖에 없는 것이다. 그러므로 브라운가스만의 고열에 견딜 수 있는 발열체의 소재 선정이 무엇보다 중요함을 알 수 있다.

본 발명의 경우, 이론에 의해서라기보다는 실험과 경험에 의해서만이 문제를 해결할 수 있기 때문에 수많은 실험과 실증에 의해서 발열장치를 구성하고 또한 충분한 내구성을 갖춘 발열체 소재를 찾을 수 있었다.

브라운가스 발열체 소재로는 탄화규소를 주성분으로 하는 세라믹을 압축성형하여 사용하고 그 성분구성은 중량비 SiC: 90.3%, SiO₂: 8.9%, Fe₂O₃: 0.2% 로 구성하는 것이 좋다.

상기 탄화규소(SiC)질의 내화물은 열평창계수가 적고, 열전도율이 높기 때문에 발열부 소재로 적합하고, 또한 열충격에 강하고, 화학적으로 안정하기 때문에 브라운가스 발열체의 소재로 적합한 것이다.

특히 탄화규소는 CO₂, CO, H₂O, H₂, O₂, HCl, SO₃, NH 등의 가스와 Al. Cu. Pb, Zn 등의 용융금속 및 HCl, H₂SO₄, HNO₃등의 산에 대한 내식성이 강하기 때문에 화학적으로 안정하여 내구성을 필요로 하는 브라운가스(2H₂+ O₂)의 발열부 소재로 아주 적합하다.

그러나 탄화규소(SiC)질의 내화물은 가공성이 좋지 않기 때문에 이 점을 고려하여 성형물의 형태를 구성하지 않으면 안 된다. 특히 금형제작은 이 점을 고려하여 제작하지 않으면 안 된다.

따라서 본 발명의 발열체는 한 덩어리로 크게 만들지 않고 다단으로 쌓는 방식으로 소형화하여 상기 문제점을 해결하였다.

도1은 본 발명의 브라운가스 연소용 발열장치를 일부 절개하여 보여주는 조립사시도

도2는 도1의 횡단면도

도3은 도1에서의 발열장치를 구성하는 각 객체를 구체적으로 도시한 도면

도4는 본 발명의 일구성요소인 하부발열블럭을 개략적으로 보여주는 사시도

도5는 도4에서 화살표 AA-AA 방향의 단면도

도6은 본 발명의 일구성요소인 상부발열블럭을 대략적으로 보여주는 사시도

도7은 도6에서 화살표 BB-BB 방향의 단면도

<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 받침대 20: 하부발열블럭

21: 외벽 22: 지지대

23: 중추부 24: 관통공

30: 상부발열블럭 31: 벽체

32: 화기통로 33: 글루브

34: 절개홈 40: 하부상판

50: 상부상판

이하, 본 발명의 제1실시 예에 따른 브라운가스 연소용 발열장치에 대하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 도1은 본 발명의 발열장치를 일부 절개한 조립사시도이고, 도2는 도1의 횡단면도이며, 도3은 도1에서의 발열장치를 구성하는 개체를 구체적으로 도시한 도면이고, 도4는 하부발열블럭의 사시도, 도5는 도4의 단면도, 도6은 상부발열블럭의 사시도, 도7은 도6의 단면도이다.

도1 및 도7에 도시한 바와 같이 본 발명 제1실시 예에 따른 브라운가스 연소용 발열장치는 기대(A)상에 설치되는 받침블럭(10)과 받침블럭(10) 위에 하부발열블럭(20)이 설치되고 하부발열블럭(20) 상부에 하부상판(40)이 설치되고 상기 하부발열블럭(20) 위에는 같은 크기의 외형을 가지는 상부발열블럭(30)이 설치되고 또한 그 위에는 상부상판(50)이 각각 조합 설치된 것이다.

상기 하부발열블럭(20)은 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 두꺼운 원판형의 블럭에 일정한 모양으로 다수개의 공간부(S)를 형성하여 외벽(21)과 지지대(22) 및 중추부(23) 등이 구성되도록 하고 탄화규소(SiC)질의 내화물을 압축 성형하여 만든 것이다.

상기 중추부(23)에는 중심에 관통공(24)가 형성되어 있고 중추부(23)와 지지대(22)는 외벽(21)과t 만큼 아래로 내려온 상태로 연결되어 일체를 이룬다.

브라운가스 버너(B)에서 착화된 브라운가스 화염은 상기 중추부(23)을 직접 가열하면서 상부로 흐트러지는 불길은 상부발열블럭(30)의 화기통로(32)로 올라간다.

상기 상부발열블럭(30)은 하부발열블럭(20)과 외경이 똑같은 크기의 블럭으로 도6 및 도7에 도시한 바와 같이 두꺼운 원판형 블럭의 중심부에 큰 공간부(P)를 형성하여 원통형 벽체(31)을 형성하고 벽체(31) 내부에 일정간격으로 다수개의 관통공을 형성하여 화기통로(32)를 구성한 것으로 탄화규소(SiC)질의 내화물을 압축 성형하여 만든 것이다.

상기 벽체(31)의 외곽에는 수직방향으로 화기통로(32)와 같은 개수의 글루브(33)를 형성하여 발열면적을 넓히고, 벽체(31)의 내측에는 화기통로(32)와 공간부(P)가 서로 화기가 유통되도록 절개홈(34)이 형성되도록 한다.

그 밖에 하부상판(40)을 만들어 하부발열블럭(20)의 상부에 덮고, 또한 상부상판(50)을 만들어 상부발열블럭(30)의 상부에 덮는다. 이때 상부발열블럭(30)의 내부 공간부(P)는 발열블럭이 가열되면서 열이 축적되므로 고온를 유지하게 되어 발열효과를 높이게 된다.

상기 받침블럭(10)은 받침대 역할만 하므로 별도로 제작하지 않고 상부발열블럭(30)을 그대로 사용하여도 무방하다.

본 발명에 의한 발열장치의 전체적인 구성은 기대(A) 위에 버너공을 중심으로 먼저 받침블럭(10)을 일정개수만큼 올려놓고 계속해서 받침블럭(10)의 상단에 하부발열블럭(20)을 일정개수 올려놓고 하부상판(40)을 덮는다. 다음으로 상기 하부발열블럭(20)의 상단에 상부발열블럭(30)을 일정개수 쌓아올린 다음 상부상판(50)을 덮어 마무리한다. 따라서 발열장치는 받침블럭(10)과 하부발열블럭(20), 하부상판(40), 상부발열블럭(30) 및 상부상판(50)이 일체를 이루며 전체적인 구성을 이루게 된다.

이렇게 발열장치를 구성하고 브라운가스 버너(B)에 착화하면 브라운가스 화염은 하부발열블럭(20)의 중추부(23)을 직접 가열하고 여기서 흐트러져 올라오는 불길이 상부발열블럭(30)의 벽체(31)에 형성된 다수개의 화기통로(32)을 통과하면서 발열장치 전체를 가열하고 상부발열블럭(30)의 중심부에 크게 형성된 공간부(P)에는 열이 축적되므로 고온을 유지하여 결과적으로 브라운가스 연소효율을 높이게 된다.

실제로, 브라운가스 버너에 착화하여 중추부(23)을 가열하기 시작하면 우선 중추부(23)가 벌겋게 가열되면서 지지대(22)와 외벽(21) 역시 가열되어 하부발열부(20) 전체가 벌겋게 가열되고 곧 이어서 상부발열블럭(30)이 가열되면서 점점 상단으로 벌겋게 가열되어 올라간다.

상부발열블럭(30)은 브라운가스의 사용량에 따라 더 많이 쌓을 수 있고 많이 쌓을 수록 발열면적이 많으므로 발열량도 많아지게 된다. 이렇게 하여 가열시간이 조금 지나면 전체가 하나의 발열체가 되어 벌겋게 되고 붉은 빛에서 노란 빛으로 변하게 되는데 이것은 발열체가 1000℃ 이상의 고열을 내뿜고 있음을 보여주는 것이다.

본 출원자가 선출원하여 등록유지결정된 실용신안 등록번호 제0245576호 이중특허출원번호 제057094호, "브라운가스 보일러"에서 보여주듯이 브라운가스 연소용 발열장치에 보일러 수관을 코일형태로 돌려 감으면 브라운가스 보일러가 되는 것을 알 수 있다.

이 때 본 발명의 발열장치를 사용하면 발열블럭의 외경이 크므로 코일수관의 둘레길이도 크게 할 수 있어 결과적으로 수관의 전열면적을 크게 할 수 있으므로 보일러의 효율을 크게 향상시켜 준다.

이와 같이 본 발명에 의한 브라운가스 연소용 발열장치는 보일러에 유용하게 사용될 뿐만 아니라 브라운가스를 사용하는 모든 보일러, 히터, 가열로, 바베큐 기계 등에 사용할 수 있다.

따라서 본 발명은 "물"을 연료로 사용하는 기술 즉, 브라운가스 연소기술에 있어서 핵심기술인 발열장치를 획기적으로 개선발전 시킴으로서 연소효율을 크게 향상시킨 아주 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 브라운가스 연소장치에 있어서, 기대 상에 일정 개수의 받침블럭(10)을 설치하고 받침블럭(10) 위에 일정 개수의 하부발열블럭(20)과 상부발열블럭(30)을 다단으로 쌓아 적층하고 하부발열블럭(20) 상단에 하부상판(40)을 덮고 상부발열블럭 상단에 상부상판(50)을 덮어 전체적으로 받침블럭(10)과 하부발열블럭(20), 상부상판(40), 상부발열블럭(30) 및 상부상판(50)이 일체를 이루도록 구성한 것을 특징으로 하는 브라운가스 연소용 발열장치.
2. 제1항에 있어서, 상부발열블럭(30)은 두꺼운 원판형 블럭의 중심부에 큰 공간부(P)를 형성하여 원통형 벽체(31)을 형성하고 벽체(31) 내부에 일정간격으로 다수개의 관통공을 형성하여 화기통로(32)를 구성한 것으로 탄화규소(SiC)질의 내화물을 압축 성형하여 만든 것을 특징으로 하는 브라운가스 연소용 발열장치.
3. 제1항에 있어서, 하부발열블럭(20)은 상부발열블럭(30)과 외경을 똑같이 하고 원판형의 블럭에 일정한 모양으로 다수개의 공간부(S)를 형성하여 외벽(21)과 지지대(22) 및 중추부(23)등을 구성한 것으로 탄화규소(SiC)질의 내화물을 압축 성형하여 만든 것을 특징으로 하는 브라운가스 연소용 발열장치.