KR20040081570A - 대용량 브라운가스 발생 및 연소장치의 역화방지 시스템 - Google Patents

대용량 브라운가스 발생 및 연소장치의 역화방지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대용량의 브라운가스를 발생, 연소하는 장치에 있어서 저압 점화시나 소화시, 정전이나 기계 이상 시에 발생하는 역화를 확실하게 차단하여 가스발생장치에서의 응폭을 방지하여 인원, 장비, 설비를 보호하고 안전한 작업환경을 제공하는 대용량 브라운 가스 발생 및 연소장치의 역화방지 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 상기 버너(20)의 상류에 설치된 것으로서 초미세의 홀이 형성되어 있는 소염소자를 포함하는 플래시 백 필터(30), 상기 플래시 백 필터(30)의 상류에 설치된 것으로서 비상시 가스의 흐름을 차단하는 차단밸브(40), 상기 차단밸브(40)의 상류에 설치된 것으로서 가스의 압력을 일정하게 유지시키기 위한 자동유량조절밸브(50), 상기 플래시 백 필터(30)와 차단밸브(40)사이의 공급관에 연결된 드레인 관(60), 상기 드레인 관(60)상에 설치된 배출밸브(61), 버너(20)의 소화시 공기를 버너(20)의 토출구 쪽으로 공급하기 위하여 에어 콤퓨레셔(71)와 버너(20)사이에 연결되어 있는 공기공급관(72)상에 설치되어 있는 소화밸브(70), 상기 플래시 백 필터(30)에 장착된 것으로서 버너(20)로부터 역류하는 화염의 빛을 감지하여 감지신호를 제어부(90)에 보내는 플래시 백 센서(80), 그리고 상기 플래시 백 센서(80)로부터 감지신호를 받은 경우 상기 차단밸브(40) 및 자동유량조절밸브(50)에 제어신호를 출력하여 이들 밸브를 폐쇄하고, 상기 배출밸브(61) 및 소화밸브(70)에 제어신호를 출력하여 이들 밸브들을 개방하는 제어부(90)로 구성되어 있다.

Description

대용량 브라운가스 발생 및 연소장치의 역화방지 시스템{ANTI-FLASH BACK SYSTEM FOR LARGE CAPACITY'S BROWN GAS GENERATION AND BURNING APPARATUS}
본 발명은 브라운가스 발생 및 연소장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대용량의 브라운가스를 발생, 연소하는 장치에 있어서 저압 점화시나 소화시, 정전이나 기계이상 시에는 발생하는 역화를 확실하게 차단하여 가스발생장치에서의 응폭(implosion)을 방지함으로써 인원, 장비, 설비를 보호하고 안전한 작업환경을 제공하는 대용량 브라운 가스 발생 및 연소장치의 역화방지 시스템에 관한 것이다.
브라운 가스는 물을 전기분해하여 얻어지는 기체로서 수소와 산소의 함량비가 2:1인 혼합기체이다. 통상 물을 전기분해하면 음극에서는 수소가 얻어지고 양극에서는 산소가 얻어지는데, 이들 가스를 분리채집하지 않고 한꺼번에 포집한 것이 브라운가스이다. 브라운가스는 일반적인 기체와는 달리 연소시 응폭(implosion)현상을 유발하는 독특한 성질을 갖는다. 즉 연소시 폭발현상을 나타내지 않으며 오히려 불꽃이 내부로 모여들면서 초점을 형성하고 주변을 진공화한다. 그 결과, 브라운가스를 연소시키면 융점이 가장 높다는 텅스텐도 승화시킬 수 있을 정도의 초고온을 얻을 수 있다. 또한 외부로 방출되지 않아 복사열로 인한 에너지 손실이 없으므로 우수한 에너지 효율을 가지며, 그 자체에 산소를 포함하고 있으므로 연소시 별도의 산소공급이 불필요하다. 또한 연소생성물로서 물만을 생성하므로 공해오염문제가 없다. 브라운가스는 보일러, 용융로, 소각로 등에 사용된다.
이와 같은 브라운가스는 그 연소속도가 200m/s ∼ 3,600m/s 에 이르므로 화염의 전파속도는 LPG 연료나 아세틸렌 등의 일반적인 용접가스의 화염전파속도보다11배 이상 빠르다. 따라서 1.8 바아(bar)이하의 저압 점화시나 소화시, 정전이나 기계 이상시에 역화가 발생하게 된다. 화염의 역류는 가스발생장치에서 강렬한 응폭을 일으켜 작업자를 사상시키고, 장비 및 설비를 파괴하므로 이와 같은 안전사고를 방지하고 안전한 작업환경을 제공하기 위하여 반드시 방지되어야 한다.
종래의 역화방지 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 브라운가스를 생성하는 가스발생장치(10)와 브라운가스를 연소시키는 버너(20)사이에 설비되어 있는 주공급관(1)상에 설치된 밸브(V1), 상기 밸브(V1)를 우회하도록 설치된 보조공급관(2), 상기 보조공급관(2)상에 설치된 화염조절제탱크(3), 그리고 상기 화염조절제탱크(3)의 상류측에 설치된 밸브(V2)로 구성되어 있다. 화염조절제는 핵산, 알콜류, 에틸렌 등이 사용된다.
상기 역화방지 시스템은 점화시나 소화시에는 밸브(V1)를 차단하고 밸브(V2)를 개방하여 가스발생장치(10)에서 발생한 브라운가스가 화염조절제탱크(3)를 통과하여 버너(20)로 가도록 하여 브라운가스와 화염조절제를 혼합시킴으로써 역화를 방지하고 있다. 그러나 이 방식은 유기용제가 연소되어 공해물질로 배출되므로 브라운가스의 장점인 무공해연소가 되지 않고 오히려 공해물질을 배출하며, 브라운 가스는 수중에서도 연소가 가능하므로 역화를 확실하게 방지할 수 없는 문제가 있었다. 더구나 브라운가스가 대용량인 경우에는 상기와 같은 문제는 더욱 심각하게 된다.
또한 종래에 브라운가스를 공급하는 공급관상에 체크밸브를 사용하여 역화를 방지하는 방식도 사용하고 있으나, 이는 브라운가스가 진공에서도 연소가 가능함으로 인하여 체크밸브의 역방향차단기능을 보장되지 않으므로 역화를 확실하게 방지할 수 없었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 1.8 바아 이하의 저압 점화시나 소화시, 정전이나 기계이상 시에 역화를 확실하게 차단하여 가스발생장치에서의 강력한 응폭을 방지함으로써 작업자의 사상을 방지하고 장비 및 설비를 보호하고 안전한 작업환경을 제공하는 대용량 브라운 가스 발생 및 연소장치의 역화방지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 효과적으로 달성하기 위한 본 발명의 대용량 브라운 가스 발생 및 연소장치의 역화방지 시스템은, 가스발생장치에서 발생된 브라운가스가 버너로 공급되어 버너의 토출구에서 연소되도록 되어 있는 브라운가스 발생 및 연소장치에 있어서, 상기 버너의 상류에 설치된 것으로서 초미세의 홀이 형성되어 있는 소염소자를 포함하는 플래시 백 필터(flash back filter), 상기 플래시 백 필터의 상류에 설치된 것으로서 비상시 가스의 흐름을 차단하는 차단밸브, 상기 차단밸브의 상류에 설치된 것으로서 가스의 압력을 일정하게 유지시키기 위한 자동유량조절밸브, 상기 플래시 백 필터와 차단밸브사이의 공급관에 연결된 드레인 관(drain pipe), 상기 드레인 관상에 설치된 배출밸브, 버너의 소화시 공기를 버너에 공급하기 위하여 에어 콤퓨레셔와 버너사이에 연결되어 있는 공기공급관상에 설치되어 있는 소화밸브, 상기 플래시 백 필터에 장착된 것으로서 버너로부터 역류하는 화염의 빛을 감지하여 감지신호를 제어부에 보내는 플래시 백 센서(flash back sensor),그리고 상기 플래시 백 센서로부터 감지신호를 받은 경우 상기 차단밸브 및 자동유량조절밸브에 제어신호를 출력하여 이들 밸브들을 폐쇄하고 상기 배출밸브 및 소화밸브에 제어신호를 출력하여 이들 밸브들을 개방하는 제어부로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 브라운가스 발생 및 연소장치의 역화방지 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 대용량 브라운가스 발생 및 연소장치의 역화방지 시스템의 구성도이다.
<도면 각 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 주공급관 2: 보조공급관
3: 화염조절제 탱크 10: 가스발생장치
11: 디미스터(demister) 12: 저장탱크
13: 분배기 14: 유량계
20: 버너 30: 플래시 백 필터
40: 차단밸브 50: 자동유량조절밸브
51: 압력 트랜스미터 60: 드레인관
61: 배출밸브 70: 소화밸브
71: 에어 콤퓨레셔 72: 공기공급관
80: 플래시 백 센서 90: 제어부
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 대용량 브라운가스 발생 및 연소장치의 역화방지 시스템의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 대용량 브라운 가스 발생 및 연소장치의 역화방지 시스템은, 가스발생장치(10)에서 발생된 브라운가스가 버너(20)로 공급되어 버너(20)의 토출구에서 연소되도록 되어 있는 일반적인 브라운가스 발생 및 연소장치에 적용된다. 역화방지 시스템은 상기 버너(20)의 상류에 설치된 것으로서 초미세의 홀(hole)이 형성되어 있는 소염소자를 포함하는 플래시 백 필터(flash back filter)(30), 상기 플래시 백 필터(30)의 상류에 설치된 것으로서 비상시 가스의 흐름을 차단하는 차단밸브(40), 상기 차단밸브(40)의 상류에 설치된 것으로서 가스의 압력을 일정하게 유지시키기 위한 자동유량조절밸브(50), 상기 플래시 백 필터(30)와 차단밸브(40)사이의 공급관에 연결된 드레인 관(drain pipe)(60), 상기 드레인 관(60)상에 설치된 배출밸브(61), 버너(20)의 소화시 공기를 버너(20)의 토출구 쪽으로 공급하기 위하여 에어 콤퓨레셔(71)와 버너(20)사이에 연결되어 있는공기공급관(72)상에 설치되어 있는 소화밸브(70), 상기 플래시 백 필터(30)에 장착된 것으로서 버너(20)로부터 역류하는 화염의 빛을 감지하여 감지신호를 제어부(90)에 보내는 플래시 백 센서(flash back sensor)(80), 그리고 상기 플래시 백 센서(80)로부터 감지신호를 받은 경우 상기 차단밸브(40) 및 자동유량조절밸브(50)에 제어신호를 출력하여 이들 밸브를 폐쇄하고, 상기 배출밸브(61) 및 소화밸브(70)에 제어신호를 출력하여 이들 밸브들을 개방하는 제어부(90)로 구성되어 있다.
상기 플래시 백 필터(30)에 구성되어 있는 소염소자는 스테인레스강 분말을 소결 합성하여 초미세의 홀이 형성되어 있으므로, 브라운가스는 버너(20)쪽으로 흐르지만 화염은 역류하지 못하도록 하는 기능을 한다.
상기 자동유량조절밸브(50)는 브라운가스의 유량을 조절함으로써 그 압력을 조절하는 것인데, 약 2.3 내지 2.8 바아의 압력으로 조절된다. 이를 위하여 자동유량조절밸브(50)의 하류측에 압력 트랜스미타(pressure transmitter)(51)를 설치하여 자동유량조절밸브(50)에서 토출되는 가스의 압력을 측정하여 제어부(90)로 보내고 제어부(90)에서는 그 측정신호에 따라 브라운 가스의 압력이 일정범위의 압력이 되도록 자동유량조절밸브(50)를 제어한다. 자동유량조절밸브(50)는 작동시의 속응성 즉 응답속도를 높이기 위하여 에어구동방식을 적용하였다. 자동유량조절밸브(50)는 브라운가스의 압력을 역화가 일어나지 않는 2.3 내지 2.8 바아 로 조절하므로 점화시에 역화가 일어나지 않는다.
제어부(90)는 PLC 가 내장되어 있어서 각종 밸브의 제어를 수행한다.
가스발생장치(10)에서 발생된 브라운가스에는 수분이 포함되어 있으므로 이를 디미스터(demister)(11)에서 제거하고 저장탱크(12)로 보낸다. 대용량의 브라운가스를 생성하기 위하여 도시된 바와 같이 가스발생장치(10)와 디미스터(11)는 각각 다수개가 설비되어 있다. 저장탱크(12)의 브라운가스는 분배기(13)를 통하여 각각의 버너로 분배된다. 브라운가스의 유량은 유량계(14)에 의하여 측정된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 대용량 브라운가스 발생 및 연소장치의 역화방지 시스템은 다음과 같이 작용한다.
버너(20)의 토출구로부터 화염이 역류되는 역화(逆火, flash back)현상은 가스토출압력이 1.8 바아 이하의 저압 점화시, 소화시, 정전시, 기계이상이나 배관계통의 이상시에 발생하며, 또한 여러 버너(20)들을 동시에 사용하는 등으로 인하여 가스압력이 저하되는 경우에 발생한다.
역화가 발생하면 플래시 백 필터(30)에 장착된 플래시 백 센서(80)가 화염의 빛을 감지하여 그 감지신호를 제어부(90)의 PLC(Programmable Logic Controller)에 보낸다. 제어부(90)에서는 플래시 백 센서(80)로부터 감지신호를 받은 경우 차단밸브(40) 및 자동유량조절밸브(50)에 제어신호를 출력하여 이들 밸브를 폐쇄하고, 상기 배출밸브(61) 및 소화밸브(70)에 제어신호를 출력하여 이들 밸브를 개방한다.
차단밸브(40) 및 자동유량조절밸브(50)가 차단되면 브라운가스의 공급이 이중으로 차단되어 브라운가스가 더 이상 플래시 백 필터(30)쪽으로 흐르지 않는다. 그리고 플래시 백 필터(30)의 소염소자는 화염은 통과할 수 없으므로 역류하는 화염은 플래시 백 필터(30)에서 차단된다. 또한 배출밸브(61)가 개방되므로 잔류하는브라운 가스 및 화염은 드레인관(60)을 통하여 외부로 배출된다.
한편, 제어부(90)는 소화밸브(70)를 개방하므로 에어 콤퓨레셔(71)의 에어는 버너(20)의 토출구로 분사된다. 브라운가스는 에어가 있으면 저절로 소화하는 특성을 가지고 있으므로 버너(20) 근방의 화염을 소화한다. 따라서 외부로부터의 점화요인에 의하여 버너(20)의 재점화와 역화의 재발생을 방지한다.
이와 같이 본 발명의 역화방지 시스템은 역화가 발생하였을 때 브라운가스의 공급을 이중으로 차단하고 역류하는 화염은 플래시 백 필터(30)의 소염소자에 형성된 초미세의 홀을 통과하지 못하므로 여기서 역화가 1차적으로 차단되며, 또한 미량의 화염이 플래시 백 필터(30)를 통과한 경우에도 차단밸브(40)와 플래시 백 필터(30)사이에 잔류하는 브라운가스와 화염이 드레인관(60)을 통하여 외부로 배출되므로 역화는 더 이상 일어나지 않는다. 따라서 가스를 대용량으로 발생하고 대량으로 연소시키는 경우에도 가스발생장치(10)에서의 응폭이 확실하게 방지된다.
버너(20)의 소화시에도 차단밸브(40) 및 자동유량조절밸브(50)를 폐쇄하고, 배출밸브(61) 및 소화밸브(70)를 개방하므로 역화가 발생하지 않는다.
이와 같이 구성된 본 발명의 대용량 브라운가스 발생 및 연소장치의 역화방지 시스템은 저압 점화시나 소화시, 정전이나 기계이상 시에 역화를 확실하게 차단하여 가스발생장치에서의 응폭을 방지함으로써 작업자의 사상을 예방하고 장비 및 설비를 보호하고 안전한 작업환경을 제공하는 효과를 발휘한다.
본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 따라서 그러한 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구의 범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (1)

  1. 가스발생장치(10)에서 발생된 브라운가스가 버너(20)로 공급되어 버너(20)의 토출구에서 연소되도록 되어 있는 브라운가스 발생 및 연소장치에 있어서,
    상기 버너(20)의 상류에 설치된 것으로서 초미세의 홀이 형성되어 있는 소염소자를 포함하는 플래시 백 필터(30),
    상기 플래시 백 필터(30)의 상류에 설치된 것으로서 비상시 가스의 흐름을 차단하는 차단밸브(40),
    상기 차단밸브(40)의 상류에 설치된 것으로서 가스의 압력을 일정하게 유지시키기 위한 자동유량조절밸브(50),
    상기 플래시 백 필터(30)와 차단밸브(40)사이의 공급관에 연결된 드레인 관(60),
    상기 드레인 관(60)상에 설치된 배출밸브(61),
    버너(20)의 소화시 공기를 버너(20)의 토출구 쪽으로 공급하기 위하여 에어 콤퓨레셔(71)와 버너(20)사이에 연결되어 있는 공기공급관(72)상에 설치되어 있는 소화밸브(70),
    상기 플래시 백 필터(30)에 장착된 것으로서 버너(20)로부터 역류하는 화염의 빛을 감지하여 감지신호를 제어부(90)에 보내는 플래시 백 센서(80), 그리고
    상기 플래시 백 센서(80)로부터 감지신호를 받은 경우 상기 차단밸브(40) 및 자동유량조절밸브(50)에 제어신호를 출력하여 이들 밸브를 폐쇄하고, 상기 배출밸브(61) 및 소화밸브(70)에 제어신호를 출력하여 이들 밸브들을 개방하는 제어부(90)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 대용량 브라운 가스 발생 및 연소장치의 역화방지 시스템.
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