KR200403561Y1 - 수소가스 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 청정 연료인 수소가스의 연소시 발생되는 역화를 방지하고, 수소가스의 특성인 임플로젼 현상에 의해서, 화염의 핀 포인트현상으로 불꽃이 집중되는 것을 방지하고, 빠른 연소속도에 의해 발생되는 역화에 의해 화염이 꺼져 버리는 것을 방지하며, 촉매제를 통과할 때 발생되는 부산물은 본 고안의 장치에 의한 2차 연소로 환경오염물질의 배출을 감소시키고 연소 효율일 향상시킨 수소가스 연소장치에 관한 것이다

Description

수소가스 연소장치{Hydrogen gas burner}

본 고안은 청정 연료인 수소가스를 연소시키기 위한 연소장치에 대한 것으로써, 특히 수소가스의 연소시 발생되는 역화를 방지하고, 수소가스의 특성인 임플로젼(Implosion)현상으로 인한 불꽃의 집중현상을 막아 연소 효율일 향상시킨 수소가스 연소장치에 관한 것이다.

상기 수소가스는 물의 전기분해 방식에 의해 생산되는 수소와 산소가 2:1의 혼합비로 혼합되는 혼합가스로서, 공해가 발생하지 않고, 완전 연소로 이상적인 청정연료이기는 하나 수소가스가 가지고 있는 고유한 특성인 임플로젼(Implosion)현상과 열핵반응으로 인해 수소가스를 연소시킬 수 있는 장치가 없었으며, 열효율이 극히 낮은 것으로 인식되어 수소가스를 연료로 사용하지 못한 것이 현 실정이다.

앞에서 언급한 수소가스의 임플로젼 현상으로 인하여 직선의 불꽃이 어느 한곳에만 집중 가열하여 녹이는 작업과 절단 작업에서는 고효율을 나타내지만 상대적으로 넓은 불꽃을 필요로 하여 고른 복사열을 요구하고, 모든 가열대상 물질은 열핵반응으로 인하여 순식간에 녹아버림으로 인해 지속적인 에너지 공급을 위해 가열할 수 있는 대상이 없었다.

그러나 열핵반응이 발생하지 않도록 할 수 있는 촉매제(C₆H₁₄)가 개발되어 고효율의 에너지를 실생활에 사용할 수 있게 되었으나, 수소가스의 특징인 한곳으로 모이는 불꽃의 특성으로 수소가스의 사용에 곤란하였다.

또한, 수소가스는 연소속도가 매우 빠른 기체이어서 플레쉬백(Flash-Back) 또는 백파이어(Back-Fire)현상이 일어날 가능성이 많고, 이러한 현상은 수봉식 역화방지장치에 의해 차단할 수 있지만, 역화가 일어날 때마다 연소장치의 화염이 꺼져버리므로 근본적인 역화문제는 해결하지 못하고 이로 인해 수소가스의 사용에 문제가 있었다.

따라서, 본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 수소가스의 연소 시킬 때, 수소가스의 임플로젼 현상에 의해 화염이 한 점에 집중되는 것을 방지하는 수소가스 연소장치를 제공하고, 빠른 연소속도에 의해 발생되는 역화에 의해 화염이 꺼져 버리는 것을 방지하고 촉매제를 통과할 때 발생되는 부산물의 2차 연소로 환경오염물질의 배출을 감소시키는 수소가스 연소장치를 제공한다.

본 고안은 수소가스를 이용한 연소장치에 있어서, 수소가스가 공급되는 수소가스 공급관(1)과, 상기 수소가스 공급관(1)에서 발생되는 가스를 점화하는 점화장치(11)와, 수소가스의 화염이 발생되는 1차 화염방출관(7)과, 상기 1차 화염방출관(7)에서 방사되는 화염을 확산시키는 화염 디퓨져(5)와, 상부에 화염배출구(13)을 가지는 수납부(12)로 구성된다.

또한 1차 화염방출관(7)을 통과한 화염의 연소효율을 높이기 위하여 상기 수납부(12)의 하부에 공기 흡입구(3)을 타공하고, 1차 화염방출관에 상기 흡입구(3)에서 흡입된 공기가 유입될 수 있도록 공기 분출구(4a)가 구비된 역화방지판(4)이 부착된다.

그리고, 1차 화염방출관(7)을 통과한 화염의 연소효율을 높이기 위하여 상기 수납부(12)의 하부에 공기 흡입구(3)을 타공하고, 1차 화염방출관(7)에 상기 흡입구(3)에서 흡입된 공기가 유입될 수 있도록 공기 분출구(4a)가 부착되고, 상기 역화 방지판(4)의 상부에 화염이 통과할 수 있도록 화염분출공(10a)이 타공된 타공판(10)으로 구성되는 수소가스 연소장치이다.

이하, 본 고안의 수소가스 연소장치(B)의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 일실시예를 나타내는 일부절결 사시도로서, 종래의 수소가스 발생기에서 생산되는 수소가스는 원형외벽을 가지고 상부가 개방되어 화염배출구(13)를 가지는 수납부(12)와, 상기 수납부(12) 하부에 설치된 수소가스 공급관(1)이 설치된다.

상기 수소가스 공급관(1)은 수소가스 연소장치(B)에 수소가스를 공급한다.

상기 수소가스 공급관(1)에서 분사되는 가스는 수소가스 공급관(1)의 측벽에 부착된 점화장치(11)에 의해 화염(F)이 발생된다.

상기 점화장치(11)에 의해 형성된 화염(F)은 1차 화염방출관(7)을 따라 상부로 방사된다.

상기 화염방출관(7)은 화염(F)이 상부로 방사될 수 있도록 소정의 직경을 유지하고 상부가 개방된 구조를 가진다.

상기 1차 화염방출관(7)에서 방사되는 화염(F)은 수소가스의 임플로젼 현상에 의해 한 곳에 집중 되는데 본 고안상의 수소가스 연소장치는 이를 방지하기 위해 형성된 화염(F)을 확산시키는 화염 디퓨져(5)가 1차 화염방출관(7)의 상부에 형성된다.

상기 디퓨져(5)는 상부의 지름이 하부의 지름보다 큰 원기둥으로, 그 상부에는 디퓨져(5)를 수납부(12)에 고정하기 위해 디퓨져(5)의 상측를 고정부(5a)로 결합하여 수납부(12)에 고정을 시킨 후, 수납부(12)의 상부에는 화염분출구(6)가 거치된다.

상기 화염분출구(6)는 화염분출공(6a)이 형성되어서 화염(F)이 응집되지 않고 방사된다.

도 2는 본 고안의 또 다른 실시예를 나타내는 수소가스 연소장치를 일부 절결한 사시도로서, 1차 화염방출관(7)을 통과한 화염(F)의 연소효율을 높이기 위하여 상기 수납부(12)의 하부에 공기 흡입구(3)를 타공한다.

상기와 같이 형성된 공기 흡입구(3)는 수소가스의 연소시 부족한 산소의 공급을 원활히 하고, 1차 화염방출관(7)의 상방으로 뻗은 길이부와 공기 흡입구가 형성된 수납부(12)의 하측 내부에는 공기실(3a)이 형성된다.

상기 공기실(3a)는 수소가스의 연소시 수납부(12) 내부의 산소만으로 부족한 가스를 충분히 공급시켜 희박연소나 불완전연소가 이루어지지 않아 오염의 발생을 방지하고, 수소가스의 충분한 연소가 이룰 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 1차 화염방출관(7)을 통과한 화염은 빠른 수소가스의 연소특성에 의해 수소가스 공급관을 따라 역화되는 것을 방지하기 위해 공기흡입구(4a)가 타공된 역화 방지판(4)이 부착한다.

상기 역화 방지판(4)에는 다수개의 공기흡입구(4a)가 타공되어서 수소가스의 연소시 공기실(3a)의 공기가 연소가 이루어지는 곳으로 공기가 흡입될 수 있게 하며, 일정한 간격으로 타공된 공기흡입구(4a)는 수소가스가 넓게 펴지는 것을 도와주며, 원할하게 공급해주는 산소로 수소가스의 역화를 방지한다.

상기 공기실(3a)와 공기흡입구(4a)에 의해 충분한 산소의 공급에 따른 1차 화염 발생시 수소가스의 최초 온도(약 3,900℃ ~ 4,300℃)를 강온 시켜주는 촉매제(C6H14)를 통과하는데 이때 발생되는 부산물로서 수소(H) , 메탄(CH4) , 에틸렌(C2H4) , 프로필렌(CH2) 등이 발생되며 이러한 형태의 화합물은 550 ℃ ~ 750℃에서 열분해하여 2차 연소 되므로 환경오염 배출을 현저히 감소시키는 효과가 있다.

도 3은 본 고안의 또 다른 일시예로 수소가스 연소장치(B)를 일부 절결한 사시도로서, 상기 역화 방지판(4)의 상부에 화염이 통과할 수 있도록 화염분출공(10a)이 타공된 타공판(10)을 부착한다.

상기 타공판(10)은 상기 1차 화염방출관(7)에서 올라오는 화염이 모이는 것을 방지하기 위해 타공판의 타공시 1차 화염방출관(7)의 직경에 해당되는 중심부에는 타공을 하지 않는 것이 바람직하다.

상기 타공판(10)은 역화 방지판(4)의 상면으로 부터 약 2 ~ 3cm 떨어진 곳에 설치하게 된다.

이는 타공판(10)의 설치 위치가 2cm 이하일 경우에는 1차 화염방출관(7)에서 발생된 화염(F)이 상부로 올라오지 연소가 제대로 이루어지지 못해 역화가 발생되기 쉽고, 3cm보다 커지면, 화염이 모아들면서 화염이 제대로 펴지지 못하고 하부에서 올라오는 수소가스의 분사압력이 높아져 연소 효율을 저하된다.

이렇게 부착된 타공판(10)은 앞에서 언급한 바와 같이 수소가스의 핀 포인트(Pin-Point)현상을 방지하면서 화염(F)을 골고루 분산시키면서 수납부의 상부로 화염을 퍼트리는 효과가 있다.

도 4는 상기 타공판의 다른 일실시예에 따른 사시도로서, 상기 타공판(10)보다 불꽃의 퍼짐을 향상시키기 위해 본 고안의 타공판으로 제공한다.

먼저, 1차 화염방출관(7)의 직경부분을 제외한 면적에 "+"자 형태로 화염분출공(110a)을 타공한다.

상기와 같이 타공된 2개의 타공판(110b)(110c) 사이에 원형구(110d)를 끼우면 "+"로 타공된 하나의 화염분출공(110a)에서는 원형구(110d)의 간섭에 의해여 하부에서 상부로 올라오는 1개의 불꽃이 4개의 불꽃으로 분산시킬수 있어 수납부의 상부로 화염(F)을 퍼트리는 효과가 있다.

도 5 ~ 도 8은 본 고안의 제 3 실시예에 화염의 이동을 도시한 단면도로서, 먼저 수소가스 공급관에서 수소가스가 공급되면 점화장치(11)에 의해 화염이 발생된다.

상기와 같이 발생된 화염(F)은 수소가스의 특성에 의해 상부로 곧게 방사되지만 1차 화염방출관(7)의 상부에 부착된 타공판(10)에 의해 화염(F)은 넓게 퍼지면서 연소가 이루어진다.

이때 화염은 수납부의 공기가 부족하여 산소부족공간(16)이 발생되지만 본 고안에 의해 형성된 공기 흡입구(3)와 역화 방지판의 공기흡입구(4a)를 통해 연소에 필요한 산소를 공급하여서 산소부족공간(16)의 발생을 해소시키고 동시에 올바른 연소가 이루어지지 않아 역화되는 것을 방지하여 준다.

타공판(10)에 의해 상부로 뻗지 못하고 강제적으로 퍼진 화염은 타공판(10)에 형성된 화염분출공(10a)를 통해 상부로 이동하게 된다.

이때 화염은 다수개의 불꽃으로 분할되어서 타공판(10)으로 방사된다.

상기와 같이 타공판을 통과한 불꽃은 연속적인 수소가스의 공급을 통해 수납부(12)의 상부로 펴지고, 이때 수납부의 상부에 부착된 디퓨져(5)는 화염의 응집을 막으면서 화염을 방사시켜 종래에 발생되었던 역화와 불꽃의 응집현상을 방지하는 수소가스 연소장치를 제공한다.

본 고안은 수소가스의 연소 시킬 때, 수소가스 임플로젼 현상에 의해 화염의 핀 포인트현상으로 불꽃이 집중되는 것을 방지하고, 빠른 연소속도에 의해 발생되는 역화에 의해 화염이 꺼져 버리는 것을 방지하며, 촉매제를 통과할 때 발생되는 부산물을 본 고안의 장치에 의한 2차 연소로 환경오염물질의 배출을 감소시키는 탁월한 효과가 있다.

도 1은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 수소가스 연소장치를 일부 절결 사시도.

도 2는 본 고안의 제 2 실시예에 따른 수소가스 연소장치를 일부 절결 사시도.

도 3은 본 고안의 제 3 실시예에 따른 수소가스 연소장치를 일부 절결 사시도.

도 4은 본 고안에 사용되는 타공판의 다른 일실시예를 도시한 사시도.

도 5 ~ 도 8은 본 고안의 제 3 실시예의 작동에 따른 화염의 이동을 도시한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 수소가스 공급관 3. 공기흡입구 3a. 공기실

4. 역화방지판 4a. 공기흡입구 5. 디퓨져

5a. 고정부 6. 화염분출구 10,110. 타공판

10a,110d. 화염분출공 12. 수납부 13. 화염배출구

B. 수소가스 연소장치 F. 화염

Claims (6)

1. 수소가스를 이용한 연소장치에 있어서,

   수소가스가 공급되는 수소가스 공급관(1)과, 상기 수소가스 공급관(1)에서 발생되는 가스를 점화하는 점화장치(11)와, 수소가스의 화염이 발생되는 1차 화염방출관(7)과, 상기 1차 화염방출관(7)에서 방사되는 화염을 확산시키는 화염 디퓨져(5)는 상부에 화염배출구(13)을 가지는 수납부(12)와, 수납부(12)의 상부에 화염이 골고루 방사될 수 있도록 화염분출공(6a)이 형성된 화염분출구(6)로 구성됨을 특징으로 하는 수소가스 연소장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 화염 디퓨져(5)는 상부의 지름이 하부의 지름보다 큰 원기둥이 고정부(5a)에 의해 수납부(12)에 고정되는 것을 특징으로 하는 수소가스 연소장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 1차 화염방출관(7)을 통과한 화염의 연소효율을 높이기 위하여 상기 수납부(12)의 하부에 공기 흡입구(3)를 타공하는 것을 특징으로 하는 수소가스 연소장치.
4. 제 3항에 있어서, 1차 화염방출관(7) 상부에 공기 흡입구(4a)가 타공된 역화 방지판(4)가 부착되는 것을 특징으로 하는 수소가스 연소장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 역화 방지판(4)의 상부에 화염이 통과할 수 있도록 화염분출공(10a)이 타공된 타공판(10)이 부착되는 것을 특징으로 하는 수소가스 연소장치.
6. 제 5항에 있어서, 십자로 타공된 화염분출공(110a)이 형성되고, 상기 화염분출공(110a)사이에 원형구(110b)를 삽입된 타공판(110)을 설치하는 것을 특징으로 하는 수소가스 연소장치.