KR102803535B1

KR102803535B1 - 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템

Info

Publication number: KR102803535B1
Application number: KR1020240050101A
Authority: KR
Inventors: 황영준
Original assignee: 황영준
Priority date: 2024-04-15
Filing date: 2024-04-15
Publication date: 2025-06-10
Anticipated expiration: 2044-04-15

Abstract

본 발명은 화석연료를 이용하여 생산한 전기가 아니라 태양광 발전 전기를 이용하여 물을 전기분해하여 얻은 수전해가스를 주연료로 이용하여 환경오염물질의 발생없이 내연엔진을 운전하여 발전할 수 있도록 구현한 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템에 관한 것으로, 물을 전기 분해하여 수소와 산소로 이루어진 수전해가스를 생성하는 수전해 가스 발생기; 상기 수전해 가스 발생기에서 생성된 수소가 역화(逆火)하여 폭발하는 것을 방지하는 역화방지 장치; 및 상기 수전해 가스 발생기에서 분해 생성된 수소와 산소의 수전해가스와 촉매생성기체연료로 이루어지는 혼합가스의 연소를 이용하여 전기에너지를 생산하는 발전기;를 포함한다.

Description

수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템{Turbine prime mover convergence power generation system that mixes water electrolysis mixed gas and catalyst generated gas fuel}

본 발명은 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화석연료를 이용하여 생산한 전기가 아니라 태양광 발전 전기를 이용하여 물을 전기분해하여 얻은 수전해가스를 주연료로 이용하여 환경오염물질의 발생없이 내연엔진을 운전하여 발전할 수 있도록 구현한 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 수전해가스(워터가스)는 가스발생기에서 자동 생산되는 무공해 연료를 말하며, 물(H₂O)의 구성비 그대로 수소와 산소가 2:1의 비율로 혼합된 상태의 가스를 말한다.

고도의 전기분해 기술에 의한 물의 해리작용으로 생성되는 수전해가스는 자체 산소에 의해 완전연소되는 이상적인 기체로서 임플로젼 현상에 의해 수전해가스만의 독특한 연소특성을 나타내므로 종전의 수소가스와는 다르다.

최근에는 환경규제 강화로 인해 화석연료의 연소에 의해 발생하는 온실가스와 질소산화물(NOx)의 감소가 중요한 이슈가 되고 있다. 즉, 클린 디젤 연소방식이 내연기관의 새로운 화두로 떠오르고 있으며, 청정 연료인 수전해가스가 새롭게 조명받고 있다.

관련 선행기술로는 한국 등록특허공보 제10-1246901호 등이 있다.

상기 선행기술은 산소가스와 수소가스를 미리 액화시켜 저장하고 필요시에 이들을 각각 가열하여 증기로 변환시키고 재혼합하여 워터가스로 재생산한다. 재생산된 워터가스는 엔진의 연소실에 공급함으로써 작은 용량의 워터가스 발생기를 이용하면서도 엔진의 연소실에 워터가스를 안정적으로 공급할 수 있다. 워터가스의 저장시 액화산소와 액화수소로 분리 저장함으로써 폭발의 위험성이 방지될 수 있다.

그러나 상기 선행기술은 무공해 연료인 수전해가스를 화염안정제만으로 사용하는 한계가 있다. 상기 선행기술은 화석연료를 주원료로 수전해가스를 첨가 혼소하여 엔진을 구동시킴으로써 기존의 공연비보다 큰 초희박 연소를 가능하게 함으로써 연료절감 및 배기가스 오염물질을 감소시키고 있다.

한편, 전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

한국등록특허 제10-1246901호 (2013.03.25. 공고)

본 발명의 일측면은 화석연료를 이용하여 생산한 전기가 아니라 태양광 발전 전기를 이용하여 물을 전기분해하여 얻은 수전해가스를 주연료로 이용하여 환경오염물질의 발생없이 내연엔진을 운전하여 발전할 수 있도록 구현한 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템을 제공한다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템은, 물을 전기 분해하여 수소와 산소로 이루어진 수전해가스를 생성하는 수전해 가스 발생기; 상기 수전해 가스 발생기에서 생성된 수소가 역화(逆火)하여 폭발하는 것을 방지하는 역화방지 장치; 및 상기 수전해 가스 발생기에서 분해 생성된 수소와 산소의 수전해가스와 촉매생성기체연료로 이루어지는 혼합가스의 연소를 이용하여 전기에너지를 생산하는 발전기;를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템은, 상기 발전기에 의한 혼합가스의 연소 과정에서 발생되는 배출가스를 촉매물질을 이용하는 선택적 촉매 환원법(SCR)을 이용하여 저감을 위해 설치되는 배출가스 저감 장치;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 촉매물질은, 제올라이트, 암모니아, 이산화티타늄, 소석회, 사붕산나트룸, 수산화알루미늄, 수산화바륨, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 염화백금, 오산화바나듐, 산화세륨, 란탄넘, 산화석, 트리포티인산나트륨, 헥사메타인산나트륨, 및 암모니아수 중 어느 하나를 선택하여 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템은, 상기 발전기에서 생산된 전기를 저장한 후 한전으로 송출하는 ess 저장 장치;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템은, 상기 가스 발생기, 상기 역화방지 장치 및 상기 발전기가 설치되기 위한 밀폐된 내부 공간을 형성하는 클린룸;을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템은, 상기 클린룸의 내측을 따라 적어도 하나 이상 설치되며, 상기 클린룸의 내부 공간에서 화재 발생이 감지되면 상기 클린룸의 내부 공간으로 화재 진압을 위한 소화액을 분사시켜 주는 화재 진압 장치;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 화재 진압 장치는, 길이 방향으로 연장 형성되어 상기 클린룸의 내주면을 따라 설치되는 연장 프레임; 소화액 공급 탱크로부터 공급되는 소화액의 이동을 위해 상기 연장 프레임의 내측을 따라 연장 형성되는 소화액 전달 통로; 및 상기 클린룸의 내부 공간과 대향하는 상기 연장 프레임의 내향면을 따라 일정한 간격으로 이격되어 다수 개가 설치되며, 상기 클린룸의 내부 공간에서 화재 발생이 감지되면 상기 소화액 전달 통로로부터 전달되는 소화액을 상기 클린룸의 내부 공간으로 분사시켜 주는 분사 모듈;을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 분사 모듈은, 상기 소화액 전달 통로로부터 전달되는 소화액을 수용하기 위해 상기 연장 프레임의 내측에 형성되는 소화액 챔버; 상기 연장 프레임의 내향면으로 개구부를 형성하면서 상기 소화액 챔버의 전방에 형성되는 구체 안착홈; 상기 구체 안착홈의 형상에 대응하는 원형 구체 형태로 형성되어 상기 소화액 챔버를 밀폐시키면서 상기 구체 안착홈에 회전 가능하도록 연결 설치되는 회전 구체; 상기 구체 안착홈으로부터 노출되는 상기 회전 구체의 전단에 설치되며, 상기 회전 구체를 통과해 상기 소화액 챔버로부터 전달되는 소화액을 상기 클린룸의 내부 공간으로 분사시켜 주는 개폐형 노즐; 및 상기 소화액 챔버의 내측에 설치되며, 상기 회전 구체의 후단이 구동축에 축결합에 의해 설치되어 상기 회전 구체를 정방향 또는 역방향으로 회전 구동시켜 주는 구체 회전 모터;를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 개폐형 노즐은, 상기 구체 안착홈으로부터 노출되는 상기 회전 구체의 전단으로 개구부를 형성하면서 상기 회전 구체의 내측을 따라 연장 형성되는 블록 안착홈; 상기 소화액 챔버와 대향하는 상기 회전 구체의 후단으로부터 상기 블록 안착홈까지 연통 형성되어 상기 소화액 챔버에 수용되는 소화액을 상기 블록 안착홈의 내측으로 전달하는 제1 전달 통로; 상기 블록 안착홈의 내측으로 밀착되어 삽입 안착되어 상기 제1 전달 통로의 배출구를 밀폐시키며, 상기 소화액 챔버에 수용되는 소화액의 수압이 증가되어 상기 제1 전달 통로를 통해 소화액이 상기 블록 안착홈으로 유입됨에 따라 상기 블록 안착홈을 따라 전진 이동되어 전단의 경사면이 상기 블록 안착홈으로부터 노출되는 노즐 블록; 상기 노즐 블록의 후단으로부터 상기 노즐 블록의 전단 경사면까지 연통 형성되어 상기 블록 안착홈으로 유입되는 소화액을 상기 노즐 블록의 전단 경사면까지 전달하는 제2 전달 통로; 상기 노즐 블록의 전단 경사면에 설치되어 상기 제2 전달 통로를 따라 전달되는 소화액을 상기 노즐 블록의 전단 경사면과 직각되도록 분사시켜 주는 분사 노즐; 상기 노즐 블록의 둘레를 따라 돌출 형성되어 상기 블록 안착홈의 내경보다 큰 내경으로 상기 블록 안착홈의 중단에 형성되는 날개 안착홈의 후단에 배치되어 상기 노즐 블록을 지지하는 블록 지지 날개; 및 내측을 따라 상기 노즐 블록이 배치되면서 상기 날개 안착홈의 전단에 설치되어 상기 블록 지지 날개의 전단을 지지하는 날개 지지 스프링;을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 분사 모듈은, 상기 구체 안착홈을 따라 일정한 간격으로 다수 개가 이격 설치되어 상기 구체 안착홈에 안착되어 있는 상기 회전 구체를 지지하는 구체 지지부;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 구체 지지부는, 상기 구체 안착홈으로 개구부를 형성하면서 상기 연장 프레임의 내측에 형성되는 지지 블록 안착홈; 상기 지지 블록 안착홈의 개구부에 배치되는 지지 블록; 상기 지지 블록의 전단으로 노출되면서 회전 가능하도록 설치되어 상기 회전 구체를 지지하는 지지 구체; 및 상기 지지 블록 안착홈의 내측에 설치되어 상기 지지 블록 안착홈에 안착되는 상기 지지 블록의 후단을 지지하는 블록 지지 스프링;을 포함할 수 있다.

상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 화석연료를 이용하여 생산한 전기가 아니라 태양광 발전 전기를 이용하여 물을 전기분해하여 얻은 수전해가스를 연료로 연소하여 발전함으로써 저렴하게 전기를 생산할 수 있고, 엔진에서 공기의 흡기없이 연소하여 발전할 수 있으며, 유해물질인 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 등의 생성을 억제하며 연소와 발전함으로써 친환경 발전장치를 구현할 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 4 내지 도 6는 도 3의 화재 진압 장치를 보여주는 도면들이다.
도 7은 본 발명에 따른 구체 지지부를 보여주는 도면이다.
도 8은 도 4의 노즐 블록을 보여주는 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템(10)은, 수전해 가스 발생기(100), 역화방지 장치(200) 및 발전기(300)를 포함한다.

여기서, 촉매생성기체연료는, 에탄올류와 유기화합물을 혼합하여 이를 일정 온도로 가열하여 기체화 시켜 에너지를 얻는 연료로서, 화석연료에 비해 이산화탄소, 일산화탄소 등 탄소 배출량이 적어 친환경연료로 환경오염이 매우 적다는 특징을 가지고 있다.

수전해 가스 발생기(100)는, 전해조를 설치하여 발전용 수전해 가스(수소+산소 혼합 가스)를 만드는 장치로서, 화석연료를 이용하여 생산한 전기가 아니라 태양광 발전 전기를 이용하여 물을 전기 분해하여 수소와 산소로 이루어진 수전해가스를 생성한다.

일 실시예에서, 수전해 가스 발생기(100)는, H20를 H2+1/2O2의 수소+산소의 혼합가스로 생성할 수 있다.

역화방지 장치(200)는, 수전해 가스 발생기(100)에서 생성된 수소가 역화(逆火)하여 폭발하는 것을 방지한다.

일반적으로 수소를 함부로 사용할 수 없는 것은 폭발성 때문인데, 수전해 가스에는 수소와 산소의 비율이 2 : 1정도이며, 사용 중 불을 끌 때 수소가 역화(초당 19m로 역화)하여 폭발할 수 있는 위험성이 있다.

역화방지 장치(200)는, 이런 위험성을 방지하고 안전하게 사용할 수 있도록 하는 것이 역화 방지 장치이다.

발전기(300)는, 발전기(내연기관+발전기)와 수전해가스 전용 분사키트로 구성되며, 수전해 가스 발생기(100)에서 분해 생성된 수소와 산소의 수전해가스와 촉매생성기체연료로 이루어지는 혼합가스의 연소를 이용하여 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 전기에너지를 생산한다.

일 실시예에서, 발전기(300)는, 1) 높은 발전 효율을 가지고, 2) 무한한 에너지원(물)을 가질 수 있고, 3) 기후의 영향을 받지도 않으며, 태양광 발전 대비 공간에 따른 제약이 적고, 4) 수소 활용과 저장에 대한 위험을 감소시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템(10)은, 배출가스 저감 장치(700)를 더 포함할 수 있다.

배출가스 저감 장치(700)는, 발전기(300)에 의한 혼합가스의 연소 과정에서 발생되는 배출가스(CO2, CO, NOx 등)를 촉매물질을 이용하는 선택적 촉매 환원법(SCR)을 이용하여 저감을 위해 설치될 수 있다.

일 실시예에서, 배출가스 저감 장치(700)는, 발전기(300)에 의한 혼합가스의 연소 과정에서 발생되는 배출가스를 냉각시키기 위한 쿨링 시스템(710), 배기가스 후처리장치(Diesel Particulate Filter)(720), 요소수 탱크(730), 및 요소수 탱크(730)로부터 공급되는 요소수와 촉매물질을 이용하여 배기가스 후처리장치(Diesel Particulate Filter)(720)에서 필터링된 배출가스를 환원시켜 제거하는 환원 장치(740)를 포함할 수 있다.

여기서, 선택적 환원촉매 환원법(SCR, Selective Catalytic Redluction)이라 함은, 고온 연소반응 중 필수적으로 발생하는 Thermal NOx를 질소와 물로 전환하는 방법으로, 촉매의 도움을 받기 때문에 암모니아(환원제)는 촉매의 도움을 받아 탈질 반응을 하게 되는데, 이때 첨가되는 암모니아는 Air 와 혼입 되어 5%가량의 혼합 가스로 투입되거나 암모니아수, 요소수 형태로 첨가됩된다.

적용 예로는, 폐가스 소각시설의 배기 굴뚝, 유틸리티 보일러, 산업용 보일러, 유/무기물질 제조공정 반응로 및 기타 공정, 자동차 배기가스 배출구 등 적용되고 있다.

그리고, 환원 반은 아래 반응식과 같으며, 배출 가스가 촉매 챔버를 통과할 때 암모니아 또는 그 외 환원제와 함께 반응한다.

2 NO + 2 NH3 + 1/2 O2 -> 2 N2, + 3 H20

NO2 + 2 NH3 + 1/2 O2 -> 3/2 N2, + 3 H20

NO + NO2 + 2 NH3 -> 2 N2 + 3 H20

NOx의 암모니아와 일반적인 환원 반응식(Basic Reactions)은 다음과 같다.

4 NO + 4 NH3 + O2 -> 4 N2 + 6 H2O

6 NO2 + 8 NH3 -> 7 N2 + 12 H2O

그리고, NOx의 암모니아와 일반적이지 않은 환원 반응식(Undesired Parallel Reactions)은 다음과 같다.

SO2 + 1/2 O2 -> SO3

NH3 + SO3 + H2O -> NH4HSO4

일 실시예에서, 촉매물질은, 제올라이트(AL2O3 XSiO2, YH2O), 암모니아(NH4), 이산화티타늄(TiO2), 소석회(Ca(OH)2), 사붕산나트룸(Na2B4O7

10H2O), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화바륨(Ba(OH))2, 수산화마그네슘(Mg(Oh)2), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 염화백금(H2PtCl4, H2PtCl6

6H2O), 오산화바나듐(V2O5), 산화세륨(CEO2), 란탄넘(LA2O3), 산화석(SNO2), 트리포티인산나트륨(NA5P3o10), 헥사메타인산나트륨((NAPO3)6), 및 암모니아수(NH3OH) 중 어느 하나를 선택하여 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 촉매물질은, 때에 따라 5~6, 7~8, 10~13 등 다양하게 적용하여 사용될 수 있으며, 최저 10% ~ 최대 80% 까지 배출가스 종류, 양에 따라 매우 다양하게 적용할 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템(10)은, ess 저장 장치를 더 포함할 수 있다.

ess 저장 장치는, 상기 발전기에서 생산된 전기를 저장한 후 한전으로 송출한다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템(10)은, 화석연료를 이용하여 생산한 전기가 아니라 태양광 발전 전기를 이용하여 물을 전기분해하여 얻은 수전해가스를 연료로 연소하여 발전함으로써 저렴하게 전기를 생산할 수 있고, 엔진에서 공기의 흡기없이 연소하여 발전할 수 있으며, 유해물질인 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 등의 생성을 억제하며 연소와 발전함으로써 친환경 발전장치를 구현할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템(20)은, 수전해 가스 발생기(100), 역화방지 장치(200), 발전기(300) 및 클린룸(400)을 포함한다.

여기서, 수전해 가스 발생기(100), 역화방지 장치(200) 및 발전기(300)는, 도 1의 구성요소와 동일하므로 그 설명을 생략하기로 한다.

클린룸(400)은, 가스 발생기, 역화방지 장치(200) 및 발전기가 설치되기 위한 밀폐된 내부 공간을 형성한다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템(30)은, 수전해 가스 발생기(100), 역화방지 장치(200), 발전기(300), 클린룸(400) 및 화재 진압 장치(500)를 포함한다.

여기서, 수전해 가스 발생기(100), 역화방지 장치(200), 발전기(300) 및 클린룸(400)은, 도 1 또는 도 2의 구성요소와 동일한 바, 설명의 중복을 피하기 위해 그 설명을 생략하기로 한다.

화재 진압 장치(500)는, 클린룸(400)의 내측을 따라 적어도 하나 이상 설치되며, 클린룸(400)의 내부 공간에서 화재 발생이 감지되면 클린룸(400)의 내부 공간으로 화재 진압을 위한 소화액(P)을 분사시켜 준다.

여기서, 소화액(P)이라 함은, 본 발명에 따른 화재 발생 시 화재를 진압할 수 있는 물질이면 그 명칭에 구애됨이 없이 모두 적용이 가능할 것이다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템(30)은, 수소 또는 산소 가스 등에 의한 화재 발전 과정 등에서 발생될 수 있는 화재 등이 발생되는 경우 신속하게 클린룸(400)의 내부 공간으로 소화액(P)을 신속하게 균일하게 분사시켜 줌으로써 화재를 신속하게 진압할 수 있다.

도 4 내지 도 6는 도 3의 화재 진압 장치를 보여주는 도면들이다.

도 4 및 도 6을 참조하면, 화재 진압 장치(500)는, 연장 프레임(510), 소화액 전달 통로(520) 및 다수 개의 분사 모듈(600)을 포함한다.

연장 프레임(510)은, 길이 방향으로 연장 형성되어 클린룸(400)의 내주면을 따라 설치되며, 소화액 전달 통로(520) 및 다수 개의 분사 모듈(600) 등의 구성들이 설치된다.

소화액 전달 통로(520)는, 소화액 공급 탱크(설명의 편의상 도면에는 도시하지 않음)로부터 공급되는 소화액의 이동을 위해 연장 프레임(510)의 내측을 따라 연장 형성된다.

분사 모듈(600)은, 클린룸(400)의 내부 공간과 대향하는 연장 프레임(510)의 내향면을 따라 일정한 간격으로 이격되어 다수 개가 설치되며, 클린룸(400)의 내부 공간에서 화재 발생이 감지되면 소화액 전달 통로(520)로부터 전달되는 소화액을 클린룸(400)의 내부 공간으로 분사시켜 준다.

일 실시예에서, 분사 모듈(600)은, 소화액 챔버(610), 구체 안착홈(620), 회전 구체(630), 개폐형 노즐(640) 및 구체 회전 모터(650)를 포함할 수 있다.

소화액 챔버(610)는, 소화액 전달 통로(520)로부터 전달되는 소화액을 수용하기 위해 연장 프레임(510)의 내측에 형성된다.

구체 안착홈(620)은, 연장 프레임(510)의 내향면으로 개구부를 형성하면서 소화액 챔버(610)의 전방에 형성된다.

회전 구체(630)는, 구체 안착홈(620)의 형상에 대응하는 원형 구체 형태로 형성되어 소화액 챔버(610)를 밀폐시키면서 구체 안착홈(620)에 회전 가능하도록 연결 설치된다.

일 실시예에서, 각각의 회전 구체(630)는, 도 6에 도시된 바와 같이 개폐형 노즐(640)의 전단이 다양한 방향으로 향함으로써 소화액의 균일한 분사가 이루어질 수 있도록 회전축이 서로 일치하지 아니하도록 구체 회전 모터(650)에 축결합될 수 있다.

개폐형 노즐(640)은, 구체 안착홈(620)으로부터 노출되는 회전 구체(630)의 전단에 설치되며, 회전 구체(630)를 통과해 소화액 챔버(610)로부터 전달되는 소화액을 클린룸(400)의 내부 공간으로 분사시켜 준다.

일 실시예에서, 개폐형 노즐(640)은, 블록 안착홈(641), 제1 전달 통로(642), 노즐 블록(643), 제2 전달 통로(644), 분사 노즐(645), 블록 지지 날개(646) 및 날개 지지 스프링(647)을 포함할 수 있다.

블록 안착홈(641)은, 구체 안착홈(620)으로부터 노출되는 회전 구체(630)의 전단으로 개구부를 형성하면서 회전 구체(630)의 내측을 따라 연장 형성된다.

제1 전달 통로(642)는, 소화액 챔버(610)와 대향하는 회전 구체(630)의 후단으로부터 블록 안착홈(641)까지 연통 형성되어 소화액 챔버(610)에 수용되는 소화액을 블록 안착홈(641)의 내측으로 전달한다.

노즐 블록(643)은, 블록 안착홈(641)의 내측으로 밀착되어 삽입 안착되어 제1 전달 통로(642)의 배출구를 밀폐시키며, 도 5에 도시된 바와 같이 소화액 챔버(610)에 수용되는 소화액의 수압이 증가되어 제1 전달 통로(642)를 통해 소화액이 블록 안착홈(641)으로 유입됨에 따라 블록 안착홈(641)을 따라 전진 이동되어 전단의 경사면이 블록 안착홈(641)으로부터 노출된다.

제2 전달 통로(644)는, 노즐 블록(643)의 후단으로부터 노즐 블록(643)의 전단 경사면까지 연통 형성되어 블록 안착홈(641)으로 유입되는 소화액을 노즐 블록(643)의 전단 경사면까지 전달한다.

분사 노즐(645)은, 노즐 블록(643)의 전단 경사면에 설치되어 제2 전달 통로(644)를 따라 전달되는 소화액을 노즐 블록(643)의 전단 경사면과 직각되도록 분사시켜 준다.

블록 지지 날개(646)는, 노즐 블록(643)의 둘레를 따라 돌출 형성되어 블록 안착홈(641)의 내경보다 큰 내경으로 블록 안착홈(641)의 중단에 형성되는 날개 안착홈의 후단에 배치되어 노즐 블록(643)을 지지한다.

날개 지지 스프링(647)은, 내측을 따라 노즐 블록(643)이 배치되면서 날개 안착홈의 전단에 설치되어 블록 지지 날개(646)의 전단을 지지한다.

구체 회전 모터(650)는, 소화액 챔버(610)의 내측에 설치되며, 회전 구체(630)의 후단이 구동축에 축결합에 의해 설치되어 회전 구체(630)를 정방향 또는 역방향으로 회전 구동시켜 준다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 분사 모듈(600)은, 도 7에 도시된 바와 같이 다수 개의 구체 지지부(660)를 더 포함할 수 있다.

구체 지지부(660)는, 구체 안착홈(620)을 따라 일정한 간격으로 다수 개가 이격 설치되어 구체 안착홈(620)에 안착되어 있는 회전 구체(630)를 지지한다.

일 실시예에서, 구체 지지부(660)는, 지지 블록 안착홈(661), 지지 블록(662), 지지 구체(663) 및 블록 지지 스프링(664)을 포함한다.

지지 블록 안착홈(661)은, 구체 안착홈(620)으로 개구부를 형성하면서 연장 프레임(510)의 내측에 형성된다.

지지 블록(662)은, 지지 블록 안착홈(661)의 개구부에 배치된다.

지지 구체(663)는, 지지 블록(662)의 전단으로 노출되면서 회전 가능하도록 설치되어 회전 구체(630)를 지지한다.

블록 지지 스프링(664)은, 지지 블록 안착홈(661)의 내측에 설치되어 지지 블록 안착홈(661)에 안착되는 지지 블록(662)의 후단을 지지한다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 화재 진압 장치(500)는, 수소 또는 산소 가스 등에 의한 화재 발전 과정 등에서 발생될 수 있는 화재 등이 발생되는 경우 신속하게 클린룸(400)의 내부 공간으로 소화액(P)을 신속하게 균일하게 분사시켜 줌으로써 화재를 신속하게 진압할 수 있다.

상술된 실시예들은 예시를 위한 것이며, 상술된 실시예들이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 상술된 실시예들이 갖는 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 명세서를 통해 보호받고자 하는 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

10, 20, 30: 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템
100: 수전해 가스 발생기
200: 역화방지 장치
300: 발전기
400: 클린룸
500: 화재 진압 장치

Claims

물을 전기 분해하여 수소와 산소로 이루어진 수전해가스를 생성하는 수전해 가스 발생기;
상기 수전해 가스 발생기에서 생성된 수소가 역화(逆火)하여 폭발하는 것을 방지하는 역화방지 장치;
상기 수전해 가스 발생기에서 분해 생성된 수소와 산소의 수전해가스와 촉매생성기체연료로 이루어지는 혼합가스의 연소를 이용하여 전기에너지를 생산하는 발전기;
상기 가스 발생기, 상기 역화방지 장치 및 상기 발전기가 설치되기 위한 밀폐된 내부 공간을 형성하는 클린룸; 및
상기 클린룸의 내측을 따라 적어도 하나 이상 설치되며, 상기 클린룸의 내부 공간에서 화재 발생이 감지되면 상기 클린룸의 내부 공간으로 화재 진압을 위한 소화액을 분사시켜 주는 화재 진압 장치;를 포함하며,
상기 화재 진압 장치는,
길이 방향으로 연장 형성되어 상기 클린룸의 내주면을 따라 설치되는 연장 프레임;
소화액 공급 탱크로부터 공급되는 소화액의 이동을 위해 상기 연장 프레임의 내측을 따라 연장 형성되는 소화액 전달 통로; 및
상기 클린룸의 내부 공간과 대향하는 상기 연장 프레임의 내향면을 따라 일정한 간격으로 이격되어 다수 개가 설치되며, 상기 클린룸의 내부 공간에서 화재 발생이 감지되면 상기 소화액 전달 통로로부터 전달되는 소화액을 상기 클린룸의 내부 공간으로 분사시켜 주는 분사 모듈;을 포함하며,
상기 분사 모듈은,
상기 소화액 전달 통로로부터 전달되는 소화액을 수용하기 위해 상기 연장 프레임의 내측에 형성되는 소화액 챔버;
상기 연장 프레임의 내향면으로 개구부를 형성하면서 상기 소화액 챔버의 전방에 형성되는 구체 안착홈;
상기 구체 안착홈의 형상에 대응하는 원형 구체 형태로 형성되어 상기 소화액 챔버를 밀폐시키면서 상기 구체 안착홈에 회전 가능하도록 연결 설치되는 회전 구체;
상기 구체 안착홈으로부터 노출되는 상기 회전 구체의 전단에 설치되며, 상기 회전 구체를 통과해 상기 소화액 챔버로부터 전달되는 소화액을 상기 클린룸의 내부 공간으로 분사시켜 주는 개폐형 노즐; 및
상기 소화액 챔버의 내측에 설치되며, 상기 회전 구체의 후단이 구동축에 축결합에 의해 설치되어 상기 회전 구체를 정방향 또는 역방향으로 회전 구동시켜 주는 구체 회전 모터;를 포함하며,
상기 개폐형 노즐은,
상기 구체 안착홈으로부터 노출되는 상기 회전 구체의 전단으로 개구부를 형성하면서 상기 회전 구체의 내측을 따라 연장 형성되는 블록 안착홈;
상기 소화액 챔버와 대향하는 상기 회전 구체의 후단으로부터 상기 블록 안착홈까지 연통 형성되어 상기 소화액 챔버에 수용되는 소화액을 상기 블록 안착홈의 내측으로 전달하는 제1 전달 통로;
상기 블록 안착홈의 내측으로 밀착되어 삽입 안착되어 상기 제1 전달 통로의 배출구를 밀폐시키며, 상기 소화액 챔버에 수용되는 소화액의 수압이 증가되어 상기 제1 전달 통로를 통해 소화액이 상기 블록 안착홈으로 유입됨에 따라 상기 블록 안착홈을 따라 전진 이동되어 전단의 경사면이 상기 블록 안착홈으로부터 노출되는 노즐 블록;
상기 노즐 블록의 후단으로부터 상기 노즐 블록의 전단 경사면까지 연통 형성되어 상기 블록 안착홈으로 유입되는 소화액을 상기 노즐 블록의 전단 경사면까지 전달하는 제2 전달 통로;
상기 노즐 블록의 전단 경사면에 설치되어 상기 제2 전달 통로를 따라 전달되는 소화액을 상기 노즐 블록의 전단 경사면과 직각되도록 분사시켜 주는 분사 노즐;
상기 노즐 블록의 둘레를 따라 돌출 형성되어 상기 블록 안착홈의 내경보다 큰 내경으로 상기 블록 안착홈의 중단에 형성되는 날개 안착홈의 후단에 배치되어 상기 노즐 블록을 지지하는 블록 지지 날개; 및
내측을 따라 상기 노즐 블록이 배치되면서 상기 날개 안착홈의 전단에 설치되어 상기 블록 지지 날개의 전단을 지지하는 날개 지지 스프링;을 포함하는, 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템.
제1항에 있어서,
상기 발전기에 의한 혼합가스의 연소 과정에서 발생되는 배출가스를 촉매물질을 이용하는 선택적 촉매 환원법(SCR)을 이용하여 저감을 위해 설치되는 배출가스 저감 장치;를 더 포함하며,
상기 촉매물질은,
제올라이트, 암모니아, 이산화티타늄, 소석회, 사붕산나트룸, 수산화알루미늄, 수산화바륨, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 염화백금, 오산화바나듐, 산화세륨, 란탄넘, 산화석, 트리포티인산나트륨, 헥사메타인산나트륨, 및 암모니아수 중 어느 하나를 선택하여 사용되는, 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템.
제1항에 있어서,
상기 발전기에서 생산된 전기를 저장한 후 한전으로 송출하는 ess 저장 장치;를 더 포함하는, 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템.
제1항에 있어서,
상기 분사 모듈은,
상기 구체 안착홈을 따라 일정한 간격으로 다수 개가 이격 설치되어 상기 구체 안착홈에 안착되어 있는 상기 회전 구체를 지지하는 구체 지지부;를 더 포함하는, 수전해혼합가스와 촉매생성기체연료를 혼합한 터빈 원동기 융복합 발전시스템.
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