KR20170064785A - 수소 연소 시스템의 수소 연소 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 수소가스를 열화시키기 위한 수소가스 연소용 버너에 관한 것이다.
이는 특히, 소정의 용적을 갖는 노즐의 내측에 상승기류를 형성하도록 가스공급관이 연결되고, 상기 노즐의 상부면에는 확대되는 두께를 갖는 열전달면이 일체로 형성되며, 상기 열전달면을 대칭 분할하도록 분사공이 형성되는 구성으로 이루어진다.
이에 따라서, 열화시 노즐의 과열을 방지하면서 열전달이 용이하게 이루어 지도록 하고, 압력강하가 없이 분사되도록 하여 역화없이 안전하게 연소되도록 하는 것이다.

Description

수소 연소 시스템의 수소 연소 장치{AN HYDROGEN COMBUSTION DEVICE FOR HYDROGEN COMBUSTION SYSTEM}

본 발명은 수소가스의 연소시 노즐의 과열을 방지하면서 열전달이 용이하게 이루어 지도록 하는 수소가스 연소용 버너에 관한 것이다.

이는 특히, 소정의 용적을 갖는 노즐의 내측에서 상승기류를 형성하도록 가스공급관이 연결되고, 상기 노즐의 상부면에는 확대되는 두께를 갖는 열전달면이 일체로 형성되며, 상기 열전달면을 대칭 분할하도록 분사공이 형성되는 구성으로 역화를 방지하면서 안전하게 연소되도록 하는 것을 특징으로 한다.

일반적으로, 수소는 무한정인 물을 원료로 하여 제조할 수 있으며 사용후에는 다시 물로 재순환이 이루어지고, 가스나 액체 상태로 쉽게 수송할 수 있으며 고압가스, 액체수소, Metal hydride(금속수소화물 또는 수소흡장합금)등의 다양한 형태로 저장된다

그리고, 상기와 같은 수소는, 산업용의 기초 소재로부터 일반 원료, 수소자동차, 수소비행기, 연료전지 등 현재의 에너지 시스템에서 사용되는 거의 모든 분야에 이용될 수 있는 것이다.

더하여, 상기 수소는 가스 상태로 주거용, 난방용, 발전용으로 쓸 수 있으며 가스연료를 대신하여 그대로 사용 할 수 있다.

다만, 발열량은 부피기준으로 천연가스의 1/3 수준이나 버너 구조의 개조로 쉽게 이용가능하다.

이와같은 기술과 관련된 종래의 수성 혼합가스 연소용 버너가 대한민국등록실용신안공보 제249582호에 개시되어 있으며 그 구성은 도1에 도시한 바와같이, 나사산(121)이 형성되는 노즐플레이트(120)에 나사부(132)를 구비하면서 저부에 걸림턱(133)이 구비되는 연소노즐(130)이 결합되고, 상기 연소노즐(130)은 관형몸체(131)로 이루어져 그 상단부에 접촉부(134)가 구비되며, 상기 연소노즐(130)의 내측에 접촉부(135)로 지지되는 노즐파이프(110)가 내장되고, 상기 노즐파이프(110)의 둘레에 분사구(102)가 형성되는 구성으로 이루어진다.

그러나, 상기와 같은 연소용 버너는, 압력강화가 발생되어 수소자체의 열화특성을 살릴 수 없게되고, 노즐전체가 과열되어 내구성이 저하되며, 조립구조가 복잡하게 됨은 물론 부품수가 증가하게 되고, 와류에 의해 분사구에 연료가 유입되어 순간적인 폭발이 일어나 안전사고가 발생되며, 압력조절이 힘들게 되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 노즐의 냉각이 신속하게 이루어져 과열을 방지함으로써 내구성을 향상시키도록 하고, 별도의 조립구조없이 최소의 부품에 제조가 가능하도록 하며, 연료에 의한 순간적인 폭발현상을 방지하여 이에 따른 안전사고 발생을 방지하도록 하며, 압력조절이 용이하게 이루어 지도록 하고, 열화시 노즐의 과열을 방지하면서 열전달이 용이하게 이루어 지도록 하는 수소가스 연소용 버너를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스 연소용 버너는 상,하측에 연결되는 커버(13)(15)에 의해 통상의 몸체(11) 내측에 소정의 공간(S)을 형성하며, 상기 몸체(11)의 일측에는 하향 경사지는 가스공급관(17)이 연결되고, 상기 커버(13)는 동합금으로 이루어 지면서 소정간격 이격되어 다수의 분사공(19)이 일체로 형성되며, 상기 몸체(11)의 수직방향 중앙부에 유동홀(A)이 관통되는 구성으로 이루어진다.

상기 커버(13)는, 몸체(11)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 커버(13)는, 분사공(19)에 연결되어 표면에는 함몰되는 노출면(19')이 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 커버(13)는, 연소시 열발산이 용이하도록 분사공(19)의 양측에 실질적으로 대칭되도록 소정의 두께를 갖는 열전달층(16)이 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 몸체(11)는, 공간(S)에 투입되는 수소에 소정의 방향성을 제공하는 가이드돌기(14)가 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 몸체(11)는, 분사공(19)과 연결되는 저면은 가스의 진입을 위한 호형상의 진입부(14')가 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 몸체(11)는, 상기 가스공급관(17)에 순차로 연결되는 제1,2연결관(17')(17")을 통하여 가스를 공급토록 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2연결관(17")은, 방사상으로 분기되면서 그 중앙부에 가스공급관(17)과 연결되는 제1연결관(17')의 직경보다 확대되는 호형상의 반사부(12)가 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 버너에 의하면, 노즐의 냉각이 신속하게 이루어져 과열을 방지함으로써 내구성을 향상시키고, 별도의 조립구조없이 최소의 부품에 제조가 가능하며, 연료에 의한 순간적인 폭발현상을 방지하여 이에따른 안전사고 발생을 방지하고, 압력조절을 용이하게 이루어지며, 열화시 노즐의 과열을 방지하면서 열전달이 용이하게 되는 효과가 있는 것이다.

도1은 종래의 수성 혼합가스 연소용 버너를 도시한 단면도 이다.
도2는 본 발명에 따른 연소용 버너를 도시한 사시도 이다.
도3a,b는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소용 버너를 도시한 사시도 및 단면도 이다.
도4a,b,c는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소용 버너를 도시한 사시도 및 단면도 이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 하여, 소정의 용적을 갖는 노즐에 상승기류를 형성하도록 가스공급관이 연결되고, 상기 노즐의 상부면에는 확대되는 두께를 갖는 열전달면이 일체로 형성되며, 상기 열전달면을 대칭 분할하도록 분사공이 형성되는 구성으로 이루어진 수소가스 연소용 버너를 제공한다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 연소용 버너를 도시한 사시도이며, 도3a,b는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소용 버너를 도시한 사시도 및 단면도로서 이에 의한 본 발명의 버너(1)는, 통상의 몸체(11) 상,하측에 커버(13)(15)가 각각 결합되어 그 내측에 소정의 공간(S)을 형성하게 된다.

그리고, 상기 몸체(11)의 일측에는 하향 경사지는 가스공급관(17)이 더 연결된다.

더하여, 상기 커버(13)는, 몸체(11)와 일체로 형성되어도 좋다.

또한, 상기 커버(13)는 연소시 열발산이 용이하도록 소정의 두께를 갖는 열전달층(16)이 일체로 형성된다.

계속하여, 상기 열전달층(16)에는 수소방출용 분사공(19)이 일체로 관통형성됩며, 상기 분사공(19)에 연결되어 노출면(19')이 일체로 형성된다.

한편, 상기 몸체(11)의 내경측에는 공기가 통과하는 유동홀(A)이 일체로 형성되고, 상기 공간(S)에는 투입되는 수소에 소정의 방향성을 제공하는 가이드돌기(14)가 일체로 형성된다.

더하여, 상기 분사공(19)과 연결되는 저면은 가스의 진입을 위한 호형상의 진입부(14')가 일체로 형성된다.

도4a,b는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소용 버너를 도시한 사시도 및 단면도로서 이에 따른 본 발명의 버너(10)는, 상기 가스공급관(17)에 순차로 연결되는 제1,2연결관(17')(17")을 통하여 가스를 공급토록 몸체(11)가 연결되고, 상기 몸체(11)에 상기의 분사공(19)이 설치된다.

그리고, 상기 제2연결관(17")은 방사상으로 분기되면서 그 중앙부에 제1연결관(17')의 직경보다 확대되는 호형상의 반사부(12)가 일체로 형성되는 구성으로 이루어진다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도2 내지 도4에서 도시한 바와같이, 일측에 경사지게 연결되는 가스공급관(17)을 통하여 몸체(11)에 수소가스를 공급하면 상기 몸체(11)에 경사지게 연결되는 가스공급관(17) 및 수소가스 자체의 특성에 의해 몸체(11)의 내측에 형성되는 공간(S)에서 강력한 상승류를 형성하게 된다.

이때, 상기 몸체(11)의 내경측에는 유동홀(A)이 형성되어 수소의 연소시 필요로 하는 산소가 분사공(19)의 내,외경측에서 공급토록 되고, 상기 산소는 연소시 발생되는 자연대류에 의해 그 공급이 원활하게 된다.

또한, 상기 몸체(11)의 상부에 연결되는 커버(13)는 별도로 형성되어 나사결합이나 용접등에 의해 연결되어도 좋으며, 금형에 의해 일체로 형성하여도 된다.

그리고, 상기 몸체(11)의 내경측에 형성되는 가이드돌기(14)는 상승류를 형성하는 나선상으로 설치되어 공급되는 수소가스를 손실없이 분사공(19)측으로 신속하게 전달하도록 한다.

더하여, 상기 커버(13)가 일체로 형성되는 몸체(11)는 연소시 수소가스의 연소열에 의해 과열되는데 이때 상기 커버(13)에는 소정두께이면서 분사공(19)을 중심으로 대칭되는 면적을 갖는 열전달층(16)이 일체로 형성되어 연소시 발생되는 열을 용이하게 분산시키도록 한다.

계속하여, 상기 열전달층(16)에는 수소방출용 분사공(19)과 연결되는 노출면(19')이 일체로 형성되므로서 외부공기와의 접촉면을 증가시킴으로써 열전달층의 냉각을 신속하게 한다.

더하여, 상기 공간(S)의 최상부 즉 분사공(19)과 연결되는 저면에는 호형상의 진입부(14')가 형성되어 분사공(19)에의 가스진입이 원활하게 되어 공급되는 수소가스에 의한 흐름방해 현상을 방지하게 된다.

그리고, 상기 몸체(11)는 가스공급관(17)에 복수의 제1,2연결관(17')(17")을 통하여 공급되며, 이때 하나의 제1연결관(17')는 그 수직방향에 방사상으로 분기되면서 소정의 경사각을 갖도록 연결되는 복수의 제2연결관(17")을 통하여 몸체의 공간(S)에 수소가스를 신속하게 공급하게 된다.

이때, 상기 제2연결관(17")에는 제1연결관(17')의 직경보다 확대되는 호형상의 반사부(12)가 일체로 형성되어 상승되는 가스가 수평방향으로 용이하게 방향전환되어 공급된다.

또한, 상기 커버(13)의 재질은 Cu(63~65중량%)+Zn(35~37중량%)의 동합금으로서 이루어져 0.3MPa로 분사되어 평균불꽃 온도가 850℃를 유지하는 본 발명의 노즐에서 화구온도를 안전규정인 300℃ 이하로 유지시키게 된다.

더하여, 상기 버너(10)를 이루는 커버와 몸체 가스공급관등 전체를 상기합금으로 형성하여도 좋다.

한편, 도4c에서와 같이, 상기 몸체(11)는 상부를 향하여 그 직경이 점차로 확대되거나 축소되는 통형상으로 이루어져 가스의 공급시 연소면적을 조정할 수 있게 되는 것이다.

10 버너 11 몸체
12 반사부 14 가이드돌기
6 열전달부 17 가스공급관
19 분사공

Claims (8)

1. 결되고,
   상기 커버(13)는 동합금으로 이루어 지면서 소정간격 이격되어 다수의 분사공(19)이 일체로 형성되며,
   상기 몸체(11)의 수직방향 중앙부에 유동홀(A)이 관통되는 구성으로 이루어 진 수소가스 연소용 버너
2. 제1항에 있어서, 상기 커버(13)는, 몸체(11)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 수소가스 연소용 버너
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 커버(13)는, 분사공(19)에 연결되어 표면에는 함몰되는 노출면(19')이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 수소가스 연소용 버너
4. 제3항에 있어서, 상기 커버(13)는, 연소시 열발산이 용이하도록 분사공(19)의 양측에 실질적으로 대칭되도록 소정의 두께를 갖는 열전달층(16)이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 수소가스 연소용 버너
5. 제1항에 있어서, 상기 몸체(11)는, 공간(S)에 투입되는 수소에 소정의 방향성을 제공하는 가이드돌기(14)가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 수소가스 연소용 버너
6. 제5항에 있어서, 상기 몸체(11)는, 분사공(19)과 연결되는 저면은 가스의 진입을 위한 호형상의 진입부(14')가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 수소가스 연소용 버너
7. 제1항에 있어서, 상기 몸체(11)는, 상기 가스공급관(17)에 순차로 연결되는 제1,2연결관(17')(17")을 통하여 가스를 공급토록 설치되는 것을 특징으로 하는 수소가스 연소용 버너
8. 제7항에 있어서, 상기 제2연결관(17")은, 방사상으로 분기되면서 그 중앙부에 가스공급관(17)과 연결되는 제1연결관(17')의 직경보다 확대되는 호형상의 반사부(12)가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 수소가스 연소용 버너

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