KR20120108815A

KR20120108815A - 수소를 사용하는 발열장치 및 발열방법

Info

Publication number: KR20120108815A
Application number: KR1020110027153A
Authority: KR
Inventors: 박형호
Original assignee: 박형호
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-10-05

Abstract

본 발명은 수소를 사용하는 발열장치에 관한 것이다.
본 발명의 발열장치는 공급되는 수소가 경유할 수 있는 다수 개의 공극이 형성되어 있으며, 상기 공극에 위치되는 수소와 접촉되는 백금이나 파라듐을 갖는 반응기; 및 수소를 상기 반응기로 공급하되 수소가 반응기의 공극을 경유하도록 공급하는 수소공급수단;을 포함하여 구성되며, 백금이나 파라듐, 수소, 산소가 반응기의 공극에서 화학반응을 하면서 발열되도록 하는 것이어서 친환경적인 수소를 사용하면서도 폭발의 위험성이 없는 특징이 있다.

Description

수소를 사용하는 발열장치 및 발열방법{HEATER AND HEATING METHOD USING HYDROGEN}

본 발명은 수소를 에너지로 사용하여 열을 발생시키는 장치에 관한 것이다.

다양한 형태의 발열장치가 안출되어 있으며, 발열을 위한 에너지원으로서 수소를 사용하는 기술도 안출되어 있다.

수소를 사용하여 열을 발생시키는 장치는 수소를 연소시켜 화염을 발생시키고, 화염에 의해 열이 발생되도록 하는 구조가 대부분이다.

수소는 통상의 화석연료와 달리 환경오염의 위험성이 매우 낮다는 장점이 있지만 농축된 상태에서 발화될 경우 폭발의 위험성이 매우 높아 취급이 어렵다는 단점이 있다.

특히, 폭발력이 매우 강력하기 때문에 폭발의 위험성을 낮추기 위한 다양한 기술이 제시되어 있다.

그러나 여전히 수소 폭발의 위험성이 매우 높은 상태이어서 안전성을 더욱 높이기 위한 기술의 연구가 지속되고 있는 실정이다.

수소를 사용하여 열을 발생시키는 종래 기술의 또 다른 문제점은 발열 온도의 조절이 매우 어려워 그 사용 용도가 제한적이라는 것이었다.

즉, 사용환경에 맞게 열을 발생시킬 필요성이 있는데 수소에 의해 발생되는 열의 온도를 제어하는 것에 상당한 어려움이 있어 가정용으로 사용할 수 없는 등 사용 분야가 상당히 제한적이었던 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 발열을 위한 에너지로서 친환경적인 수소를 사용하면서도 폭발의 위험성이 없는 발열장치를 제공하려는데 목적이 있다.

또, 발열온도의 조절이 용이하여 다양한 분야에 사용할 수 있도록 하려는 목적도 있다.

본 발명에서는 다수 개의 공극이 형성되어 있는 반응기의 공극에 백금(30)이나 파라듐이 위치되어 있도록 하고, 반응기의 공극으로 수소를 공급하여 백금이나 파라듐, 수소, 산소가 반응기의 공극에서 화학반응을 하면서 열이 발생되도록 함으로써 친환경적인 수소를 사용하면서도 폭발의 위험성이 없는 발열장치가 되도록 한다.

또, 반응기로 향하는 수소의 공급량을 조절함으로써 발열온도를 용이하게 조절할 수 있도록 한다.

이러한 본 발명의 발열장치는, 공급되는 수소가 경유하여 빠져나갈 수 있도록 다수 개의 공극이 형성되어 있으며, 상기 공극에 위치되는 수소와 접촉되는 백금이나 파라듐을 갖는 반응기; 및

수소를 반응기로 공급하되 수소가 반응기의 공극을 경유하도록 공급하는 수소공급수단;을 포함하여 구성된다.

본 발명의 발열장치는, 다수 개의 공극이 형성되어 있는 반응기의 상기 공극에 백금이나 파라듐이 위치되어 있고, 반응기의 공극으로 수소를 공급할 수 있도록 되어 있어 백금이나 파라듐, 수소, 산소가 반응기의 공극에서 화학반응을 하면서 열이 발생되도록 하는 구조로 되어 있다.

따라서 친환경적인 수소를 사용하면서도 폭발의 위험성이 없는 특징이 있다.

본 발명에 있어서, 반응기로 향하는 수소의 공급량을 조절할 수 있도록 구현된 경우 발열온도를 비교적 정확하게 조절할 수 있고, 발열온도의 조절은 용이한 특징이 있다.

본 발명에 있어서, 반응기에 위치되어 있고 800℃에서 형태가 유지되는 물체의 표면에 백금이나 파라듐이 코팅되어 있는 것일 경우 800℃의 고온에서도 고장 없이 발열이 원활하게 이루어지는 특징이 있다.

본 발명에 있어서, 수소공급수단은 공급되는 수소가 경유하는 라인 상에 설치되고 물이 채워질 수 있도록 된 수조를 가지며, 수조에 채워진 물에 수소가 폭기되도록 하는 수소폭기관을 갖고, 수조에 채워진 물의 상부에 모이는 수소를 반응기로 공급하는 반응기공급배관을 갖는 구조인 경우 폭발의 위험성이 더욱 낮출 수 있는 특징이 있다.

도 1은 본 발명의 수소를 사용하는 발열장치의 개략도
도 2는 본 발명의 구성요소인 혼합판을 설명하기 위해 도 1의 A - A' 단면을 도시한 개략도
도 3은 백금이 코팅된 세라믹에 의해 반응기의 공극이 형성되는 구조를 도시한 개략도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 환경 친화적인 수소를 에너지로 사용하여 열을 발생시키는 발열장치에 관한 것이다.

그런데 본 발명은 수소를 사용하면서도 폭발의 위험성이 없는 발열장치를 제공하려는 목적을 갖는다.

또, 발열온도의 조절이 용이하여 다양한 분야에 사용할 수 있도록 하려는 목적도 갖는다.

이를 위하여 본 발명에서는 다수 개의 공극(11)이 형성되어 있는 반응기(10)의 공극(11)으로 수소가 유입되고, 유입된 수소가 공극(11)에 위치된 백금(30)이나 파라듐과 접촉되어 반응기(10)에서 백금(30)이나 파라듐, 수소, 산소가 화학반응을 하면서 열이 발생되도록 하는 구조를 안출하였다.

즉, 본 발명의 발열장치는, 공급되는 수소가 경유하여 빠져나갈 수 있도록 다수 개의 공극(11)이 형성되어 있으며, 상기 공극(11)에 위치되는 수소와 접촉되는 백금(30)이나 파라듐을 갖는 반응기(10)를 갖는다.

또, 수소를 상기 반응기(10)로 공급하되 수소가 반응기(10)의 공극(11)을 경유하도록 공급하는 수소공급수단(20)을 갖는다.

상기와 같은 구조는 반응기(10)의 공극(11)으로 보내지는 수소의 공급량을 낮추면 발열온도가 낮아지고, 수소의 공급량을 높이면 발열온도가 상승되는 구조이다.

물론, 반응기(10)의 공극(11)에는 일정량의 산소가 위치되어 있으나 수소와의 반응이 일어나면 공극(11)에 위치된 산소량이 적어지므로 반응기(10)의 공극(11)에 수소와 함께 산소도 공급할 필요성이 있으며, 산소의 공급량을 조절함으로써 발열온도를 조절할 수도 있다.

즉, 별도의 산소공급수단을 구비하고, 이러한 산소공급수단을 통한 산소의 공급을 제어하여 발열온도를 조절할 수도 있는 것이다.(이러한 경우는 미반응 수소가스가 대기중으로 방출되는 단점이 있다.)

상기와 같은 본 발명의 구조는 화염을 발생시키는 것이 아니어서 폭발의 위험성이 없으며, 반응기(10)의 공극(11)으로 공급되는 수소나 산소의 공급량을 조절함으로써 발열온도를 비교적 정확하게 조절 가능하고, 온도의 조절은 용이하다.

전술한 구조에서 수소, 산소, 백금(30) 또는 파라듐이 화학반응 하면 열이 발생되고, 화학반응에 의해 생긴 물은 열에 의해 수증기가 되어 외부로 배출된다.

이와 같이 배출되는 수증기를 필요한 장소로 공급하기 위해 배관을 더 구비할 수도 있다.

반응기(10)의 공극(11)은 망사 형태의 메쉬망에 의해 형성된 것일 수 있으며, 이러한 메쉬망은 복수 개가 겹쳐져 있거나 근접되어 있는 것일 수 있다.

또, 반응기(10)의 공극은 구슬과 같이 구의 형태를 갖는 백금이나 파라듐이 반응기(10)를 형성하는 케이스의 공간에 채워져 형성된 형태 등으로 구현할 수도 있다.(즉, 구형의 백금과 백금 사이의 공간 또는 구형의 파라듐과 파라듐 사이의 공간이 공극이 되도록 하는 것이다.)

본 발명에 있어서, 백금(30)이나 파라듐은 반응기(10)의 공극(11)에 다양한 형태로 위치되어 있도록 할 수 있으나 800℃ 정도의 고온에서 형태가 유지되는 세라믹(12)이나 스테인레스(SUS-310) 등의 물체 표면에 코팅되어 있어 공극(11)에 위치되어 있도록 하는 것이 수소 및 산소와의 접촉률이 높고, 제조원가를 낮출 수 있으며, 고온에서도 고장 없이 원활한 구동이 가능하여 바람직하다.

본 발명에 있어서, 연소 가능한 가스를 반응기(10)로 공급하여 반응기(10) 내에서 연소되도록 하는 연소가스공급수단을 더 구비할 수도 있다.

이러한 경우 반응기(10) 내에서는 화염이 발생된다.

이러한 구조는 폐합성수지 등을 연소시킬 때 발생되는 가스와 같이 오염물질을 포함하고 있는 가스의 완전연소를 유발하는 구조에 바람직하다.

본 발명에 있어서, 수소공급수단(20)을 통해 공급되는 수소는 수소저장탱크(도시하지 않음)로부터 배관을 통해 공급되어 지는 구조일 수 있다.

이러한 경우 반응기(10)에서 발생되는 고온이 수소저장탱크에 전달되는 것을 방지할 필요성이 있다.

특히, 반응기(10)에 연소 가능한 가스를 공급하여 반응기(10)에서 연소되도록 구현하는 경우에는 더욱 그러하다.

이를 위하여 수소공급수단(20)을 도 1과 같은 형태로 구현할 수 있다.

즉, 공급되는 수소가 경유하는 라인 상에 설치되고 물이 채워질 수 있도록 된 수조(21)를 갖도록 하는 것이다.

또, 수조(21)에 채워진 물에 수소가 폭기되도록 하는 수소폭기관(22)을 갖도록 하는 것이다.

또, 수조(21)에 채워진 물의 상부에 모이는 수소를 반응기(10)로 공급하는 반응기공급배관(23)을 갖도록 하는 것이다.

이러한 구조는 반응기(10)로 공급되던 수소나 반응기(10)에 연소 가능한 가스를 공급할 경우 발생되는 화염(반응기(10) 내에서 발생된 화염)이 역류되어 수소저장탱크 방향으로 향하는 것을 방지할 수 있다.

공급되던 수소가 역류되는 것을 방지하는 체크밸브(24)를 반응기공급배관(23)에 설치함으로써 수소의 역류를 더욱 확실하게 차단할 수도 있다.

본 발명에 있어서, 공급되는 수소 및 산소가 반응기(10)의 공극(11)으로 원활하게 들어가도록 하는 것이 바람직하다.

이를 위하여 반응기(10)의 전방에 위치된 수소를 반응기(10) 방향으로 이동시켜 송풍시 유입되는 산소와 함께 수소가 반응기(10)의 공극(11)으로 들어가도록 하는 송풍팬(50)을 더 구비할 수 있다.

첨부된 도면은 공급되는 수소가 반응기(10)의 전방에서 토출되고, 토출되는 수소의 뒤쪽에 위치된 송풍팬(50)에 의한 바람으로 산소와 함께 수소가 반응기(10) 방향으로 이동하도록 된 형태이다.

이러한 송풍팬(50)은 산소와 수소가 혼합되도록 하는 작용도 한다.

그러나 단순히 송풍팬(50)을 통해 수소와 산소를 함께 이동시키는 것 만으로는 수소와 산소의 혼합에 한계가 있다.

따라서 첨부된 도면에서와 같이 반응기(10)와 송풍팬(50) 사이에 위치되어 있고, 다수 개의 홀(61)이 천공되어 있어 산소와 수소가 혼합되도록 하는 혼합판(60)을 더 구비하여 공급되는 수소와 산소가 더욱 원활하게 혼합되도록 하는 것이 좋다.

즉, 공급되는 수소와 산소가 혼합판(60)에 부딪혀 뒤섞이고, 뒤섞인 수소와 산소의 일부는 혼합판(60)에 천공된 홀(61)을 경유하여 반응기(10) 방향으로 향하도록 하는 것이다.

공급되는 수소와 산소가 더욱 원활화게 혼합되도록 하기 위해서 공급되는 수소와 산소가 와류를 형성하면서 뒤섞이도록 할 수도 있다.

이를 위하여 혼합판(60)에 천공된 홀(61)의 뒤쪽에서 반응기(10) 방향으로 돌출되어 있어 상기 홀(61)을 경유하는 수소와 산소가 부딪혀 회전되면서 와류가 형성되도록 하는 와류형성가이드돌기(62)가 더 구비되어 있도록 할 수도 있다.

와류가 형성되는 원리는, 공급되는 수소와 산소가 와류형성가이드돌기(62)에 부딪혀 와류가 형성될 방향으로 방향을 전환하고, 반응기의 케이스 내벽에 부딪혀 회전되면서 이동됨으로써 와류가 형성되는 원리이다.

유동되는 액체나 기체가 물체에 부딪히면서 소정의 공간 내에서 와류를 형성하는 기술은 유체역학 분야 등에서 이미 널리 공지된 것이므로 이 부분에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명의 기술적 사상은 전기에너지를 생산하는 발전기 특히, 가스터빈발전기에 적용할 수 있으며, 이러한 경우 효율성이 극대화된다.

10. 반응기 11. 공극
112. 세라믹 20. 수소공급수단
21. 수조 22. 수소폭기관
23. 반응기공급배관 24. 체크밸브
30. 백금 40. 연소가스공급수단
50. 송풍팬 60. 혼합판
61. 홀 62. 와류형성가이드돌기

Claims

수소를 사용하여 열을 발생시키는 장치에 있어서,
공급되는 수소가 경유할 수 있는 다수 개의 공극(11)이 형성되어 있으며, 상기 공극(11)에 위치되는 수소와 접촉되는 백금(30)이나 파라듐을 갖는 반응기(10); 및
수소를 상기 반응기(10)로 공급하되 수소가 반응기(10)의 공극(11)을 경유하도록 공급하는 수소공급수단(20);을 포함하여 구성됨으로써 백금(30)이나 파라듐, 수소, 산소가 상기 공극(11)에서 화학반응을 하면서 발열되도록 하는, 수소를 사용하는 발열장치.
제 1항에 있어서,
상기 백금(30)이나 파라듐은 반응기(10)에 위치되어 있고 800℃에서 형태가 유지되는 물체의 표면에 코팅되어 반응기(10)에 위치된 것임을 특징으로 하는, 수소를 사용하는 발열장치.
제 1항에 있어서,
상기 수소공급수단(20)은 공급되는 수소가 경유하는 라인 상에 설치되고 물이 채워질 수 있도록 된 수조(21);
상기 수조(21)에 채워진 물에 수소가 폭기되도록 하는 수소폭기관(22);
상기 수조(21)에 채워진 물의 상부에 모이는 수소를 반응기(10)로 공급하는 반응기공급배관(23)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는, 수소를 사용하는 발열장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응기(10)의 전방에 위치된 수소를 반응기(10) 방향으로 이동시켜 송풍시 유입되는 산소와 함께 상기 수소가 반응기(10)의 공극(11)으로 들어가도록 하는 송풍팬(50);이 더 구비된 것을 특징으로 하는, 수소를 사용하는 발열장치.
제 4항에 있어서,
상기 반응기(10)와 송풍팬(50) 사이에 위치되어 있고, 다수 개의 홀(61)이 천공되어 있어 산소와 수소가 혼합되도록 하는 혼합판(60);이 더 구비된 것을 특징으로 하는, 수소를 사용하는 발열장치.
제 4항에 있어서,
상기 혼합판(60)은 천공된 홀(61)의 뒤쪽에서 반응기(10) 방향으로 돌출되어 있어 상기 홀(61)을 경유하는 수소와 산소가 부딪혀 회전되면서 와류가 형성되도록 하는 와류형성가이드돌기(62)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는, 수소를 사용하는 발열장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응기공급배관(23)에는 공급되던 수소가 역류되는 것을 방지하는 체크밸브(24)가 더 구비된 것을 특징으로 하는, 수소를 사용하는 발열장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
연소 가능한 가스를 상기 반응기(10)로 공급하여 반응기(10) 내에서 연소되도록 하는 연소가스공급수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는, 수소를 사용하는 발열장치.
수소를 사용하여 열을 발생시키는 방법에 있어서,
다수 개의 공극(11)이 형성되어 있으며, 백금(30)이나 파라듐이 위치되어 있는 반응기(10)의 공극에 수소공급수단(20)을 통해 수소를 공급하여 백금(30)이나 파라듐, 수소, 산소가 상기 공극(11)에서 화학반응을 하면서 발열되도록 하는, 수소를 사용하는 발열방법.