KR100402413B1 - 연료 유화 혼합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유체혼합기에 인입되는 연료의 압력P1이 유체혼합기 하단의 미세조정나사에 의하여 제 1 챔버속 압력P2로 조정되어 제 1 챔버내의 공동현상(CAVITATION)이 생성되고, 제 1 챔버로 유입되는 압력을 정교하게 제어하여 이로부터 발생되는 강력한 힘을 이용하여 불규칙한 화석연료를 분쇄, 초미립화하고, 물 공급밸브로부터 혼합될 물 입자의 크기를 조절하면서 가열된 물이 제 1 챔버 내의 공동현상(CAVITATION) 속으로 들어가 1차 균질화하여 유화 혼합되며, 제 1챔버를 통과한 혼합 균질화된 연료가 유화연료 이송배관을 통하여 펌프로부터 제 2 챔버로 이송되어 2차 재 균질 혼합되어 배출배관을 통하여 연소기관으로 이송된 연료는 버너에 의해 50 - 100 μ크기의 초미립자로 분무되어 마침내 완전연소에 이르게 되는 것을 특징으로 한다.

Description

연료 유화 혼합장치{Fuel Emulsion Mixing Device}

본 발명은 미립상의 안정된 에멀젼 연료를 연속적으로 대량제조를 가능케 한 연료 유화 혼합장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압력에 의한 공동현상(Cavitation : 空洞現像)을 이용하여 연료의 완전연소를 실현한 전혀 새로운 방식의 연료 유화 혼합장치를 제공하여, 전체적으로 균일한 연료특유의 효과를 충분하게 발휘하게 하고, 각종 보일러 및 내연기관의 작동에 적시적응 될 수 있는 에멀젼 연료공급체제를 갖추어 공업적 실시에 최적의 작동을 기하게 함으로서 날로 엄격해지는 대기오염방지규제에 대응하고, 나아가 고유가 시대에 연료절감도 기대할 수 있는 경제면에서도 유익한 연료 유화 혼합장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연소유 유화장치는, 등유 및 벙커-C유의 연소유에 유황성분이 포함되어 있어, 연소시에 발생하는 매연을 방지하고, 열량을 높이도록 하기 위하여 물 및 유화제를 첨가하고, 혼합장치를 이용하여 교반 및 혼합시킬 수 있도록 한 것으로서, 이러한 종래의 유화장치는 연소유를 유화시키는 첨가제를 교반하는 교반장치와 압출 혼합시키는 압출장치로서 행함에 따라 연소유와 첨가제의 혼합이 제대로 이루어지지 못하여 연소유의 열량이 저하되고, 연소시 매연이 발생하여 공해를 유발시키는 문제가 있었다.

연료유에 물을 분산시킨 에멀젼 연료는 연소시 질소산화물(이하 NOx 라함)의 발생량이 적으며, 또한 특유의 수분이 미크로 폭발력에 의한 연료의 미립화로 연소효율이 높아져 완전 연소됨이 인정되어 공업상 이용에 있어 허다한 발명이 개발되어 온지 이미 오래다.

물과 기름과의 유화장치로 종래부터 고속 교반기, 호모지나이저 및 초음파유화등 각양의 처리기술로 균일한 분산유화를 기도하고 있으며, 모두 나름대로의 장점이 있고, 미립화상의 안정된 유화연료를 제조함에 힘쓰고 있는 바, 이중 비교적 널리 보급되고 있는 초음파장치는 그 처리능력이 소량으로 다량처리를 하려면 입자가 커져 물의 잠열작용에 의한 화염온도의 저하현상이 일어나 복수이상의 장비를 필요 이상으로 갖추게 하는 등 단점이 있었으며, 이외에 보다 우량한 에멀젼 연료를 제조하려는 시도(試圖)에 여러 무화(霧化)원리를 적용하는 등 개발에 오랜 세월이 지났으나 아직도 연구의 대상이 되어오고 있다.

따라서, 현재의 수준으로는 결과적으로 연소효율의 저하나 매연 발생 등 대기오염방지효과에 차질을 면하기 어려운 실정은, 본래의 우수성에도 불구하고 에멀젼연료 연소에 있어 실용되기 어려운 커다란 과제로 남아있는 것이다. 또 물/기름(W/O)의 에멀젼 연료연소가 공업적 실용면에 있어 그 유화 수적(水滴)의 크기가 연소현상에 중요한 요인인 것이 알려지게 되므로 수적의 초미립화라는 관점으로 개발된 발명은 무의미하게 된 사실도 있는 등 이러한 원리적인 면 등이 점차 드러나 이 방면에서는 아직도 해결되어야 할 문제점이 남아있는 것으로 알고 있다.

종래의 교반 기술들은 비중이 서로 다른 2가지 종류 이상의 액체를 물리적으로 혼합시키는 것으로서, 위 작용에서 비중이 서로 다른 액체는 임펠라 회전속도의 증감에 따라 기하 급수적으로 원심력의 차이를 나타낸다. 이는 미세한 혼합물 조성에 오류를 발생시키는 요인이 되며, 또한 종래의 에멀션 제조 교반 장치가 대부분 회분식 또는 간헐식(BATCH TYPE)교반기에 의한 유화 연료유(에멀션연료) 제조방법으로 산업현장에서 대량으로 제조 사용하는데는 대형 저장탱크 제작, 제조의 단절로 생산시간의 비효율성, 한정된 생산성, 방대한 장소, 설치의 과대한 비용 등의 비현실성 등 여러 가지 문제점이 있었으며, 대량 생산시의 생산성 결여 및 장기보관시 일정한 품질유지에 어려움 등 상품성, 시장성 등의 결여 등으로 산업현장에서의 실용화되기에는 문제점이 있었다.

경유(디젤유)를 이용해서 제조된 유화유 연료는, 고도로 발전하는 자동차 및 선박 내연기관에 사용되어 온 경유의 배기 가스 중 공해요인인 일산화탄소(CO) 등을 극소화시킬 수 있고, 에너지를 절감시킬 수 있으며, 중유를 이용해서 제조된 유화유연료는, 산업시설 및 공공시설 등 에너지 다소비업종의 보일러와 선박 등에 사용되는 중유(벙커-A, B, C 유, LSWR(저 유황 왁스유))를 유화시켜 연소시 완전연소 시킴으로써, 배기가스를 줄이고 에너지를 절감시키는 효과가 있다.

산업의 발달과 경제규모의 확대로 에너지 사용이 증대되고 있으며, 이로 인한 대기환경상태가 악화 일로에 있으며, 환경오염을 방지하기 위해 대기오염 배출기준치가 대폭 강화되는 등 각종 환경규제가 심화되고 있다.

또한, 정유사에서는 정제과정에서 필수적으로 남게 되는 40% 이상의 벙커-C유의 경우, 과잉, 잉여 및 비축분을 부득이 외국에 저가로 수출해야 하는 등의 벙커-C유가 갖는 문제점 또는 취약점 등을 해결하는 방법 등을 모색하게 되었다.

중유(Bunker-A, B, C, LSWR) 중, 우리 나라 전체 산업분야에서 수요되는 벙커-C유는 엄청난 규모로 주로 화력발전소, 해운(선박)업, 철강업(제철, 제련), 섬유업, 제지업(펄프, 목재), 유리, 화학분야 등에서 사용되고 있으며, 경유(디젤유)의 경우는, 보통 휘발유보다 값이 저렴하기 때문에 대중 교통수단인 버스 및 수송 차량 등에서 대량 사용되고 있으며, 기타 건설장비 및 기타 장비 등에서도 대량으로 사용되고 있다.

환경부에서는 청정지역 고시 등을 통해 대기오염을 줄이기 위해 보일러 사용 산업체에 L.N.G. 또는 경유사용을 권장하여, 벙커-C유의 사용을 억제 제한하고 있으나, 산업체들은 환경규제 기준을 맞추기 위해 매출과는 상관없는 전기 집진기, 백필터 등 환경시설 설치에 대규모 자금을 투자하거나, 또는 벙커B-C유보다 1.4배-2배 비싼 L.N.G. 또는 경유를 보일러 연료로 사용해야 하는 등 경제적인 측면에서 많은 부담을 사용자가 안아야 하고, 또한 그 시설 교체에 따른 비용증대로 생산성이 악화되고, 그로 인한 기업의 경제활동이 위축되고 있다.

따라서, 본 발명 기술로 제조된 벙커B-C유를 이용한 유화 유연료(에멀션연료)를 L.N.G.나 경유 대체용으로 국가기간산업(화력발전소, 해운업, 철강업(제철소) 등)이나 일반기업체(섬유, 제지업(펄프, 목재), 목재, 유리, 화학업 등에서 사용할 경우 에너지 비용을 대폭 절감시킬 수 있고, 또한 기존의 경유(DISEL유)사용 산업체들인 운송업체(버스, 트럭 및 승용차)나, 기타장비(건설 및 수송)사용업체에서 활용할 경우, 이용업체들의 비용절감 및 오염물질 배출절감으로 대기오염 개선에 크게 기여할 수 있다.

본 발명은, 유체혼합기에 인입되는 연료의 압력P1이 유체혼합기 하단의 미세조정나사에 의하여 제 1 챔버속 압력P2로 조정되어 제 1 챔버내의 공동현상(CAVITATION)이 생성되고, 제 1 챔버의 압력을 정교하게 제어하여 이로부터 발생되는 강력한 힘을 이용하여 불규칙한 화석연료를 분쇄, 초미립화하고 물 공급밸브로 부터 혼합될 물 입자의 크기를 조절하면서 가열된 물이 제 1 챔버 내의 공동현상(CAVITATION) 속으로 들어가 1차 균질화하여 유화 혼합되며, 제 1 챔버를 통과한 혼합 균질화된 연료가 유화연료 이송배관을 통하여 펌프로부터 제 2 챔버로 이송되어 2차 재 균질 혼합되어 배출배관을 통하여 연소기관으로 이송된 연료는 버너에 의해 50 - 100 μ크기의 초미립자로 분무되어 마침내 완전연소에 이르게 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 종래의 기술에서 나타나는 문제점을 근본적으로 해결하기 위하여 개발된 장치로서, 간단하게 챔버 전단의 밸브의 조작만으로 압력 차에 의한 구동 부위가 없이 공동현상(CAVITATION)을 생성하여 연료를 유화 혼합하는 장치이므로 배관의 구경의 크기에 따라 소용량에서 대용량의 연소장치에 이르기까지 연료의 공급이 가능하며, 종래의 기술방식에 비해 초기 투자비가 매우 저렴하며 회수기간이 짧고 설치 면적이 적은 잇점이 있으며 물과 기름은 오랫동안 분리되지 않으므로 보조탱크에 저장 여러 대의 보일러에 공급할 수 있다.

또한, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)을 더 줄이기 위해서 밸브 하단의 급수밸브 좌우에 석회수 주입밸브와, 암모니아수 주입밸브를 설치하여 환경오염의 주원인인 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)을 최소화할 수 있으며, 물과 기름의 혼합 량에서 물의 양을 증가하여 에너지 절감의 효과를 동시에 이루는 점에 그 목적이 있다.

일반적으로, 물과 기름의 상반되는 물성을 갖는 물질에 물리적인 힘을 가해 유화상태가 적어도 완전하게 이루어져야 연소효과를 높일 수 있게 되어 있다. 또한, 유중에 수적(水滴)이 2~5㎛ 의 크기가 적당하고, 수적이 너무 작으면(수적<1~2㎛), 증발능력이 유적(油滴)을 파열시키는데 충분한 크기에 미달된다는 설이 있듯이 적절한 크기의 수적으로 형성시켜야 하는 것이 전제로 된다.

도 1은 본 발명에 연료 유화 혼합장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 오리피스의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 오리피스를 이루는 밸브와 유체혼합기의 결합관계를 도시한 상세도이다.

*도면의 주요 부호에 대한 설명1 : 유량계 2 : 공급밸브3 : 히터 4 : 첵밸브

5 : 조절밸브 6 : 서보모터

7 : 제 1 유체혼합기 8 : 제 1 챔버9 : 펌프 10 : 서보모터11 : 보조밸브 12 : 제 2 유체혼합기

13 : 제 2 챔버 14 : 기름유량계15 : 유입밸브 16 : 배출밸브17 : 오리피스 18 : 격판19 : 석회수공급관 20 : 암모니아수공급관21,22 : 플랜지관 23 : 연결나사24,24' : 측판 26 : 미세조정나사27,28 : 오리피스판 27a,28a : 통공29 : 밸브나사 30,30' : 상판31 : 물공급배관

상기한 바와 같이 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 보일러 및 내연기관용 연료 유화 혼합장치는 다음과 같이 구성되어 있다.

유량계(1)를 통과한 물은 물 공급밸브(2)를 통하여 그 유량이 조절되며, 히터(3)를 통과하여 물의 온도를 적정한 온도로 가열하여 물공급배관(31)을 경유하여 유체혼합기(7)로 공급한다.

또한, 유입밸브(15)를 통과한 기름은 기름 유량계(14)를 통과하며, 서보모터(6)에 의해 조절되는 조절밸브(5)는 서보모터의 회전에 따라 밸브나사(29)를 회전시켜 격판(18)을 상하로 이동시킨다.이러한 조절밸브(5)는 격판(18)의 미세조정을 위한 미세조정나사(26)를 조정하기 위하여 밸브의 전후가 개방된 형태를 취하도록 양 측판(24,24')과 상,하판(30,30')으로만 결합된 형태로 이루어진다.따라서, 상기와 같이 조절된 격판(18)에 의해서 유체는, 유체혼합기(7)로 공급되어 물과 섞인 상태로 제 1 챔버로 유입되게 된다.상기한 유체혼합기(7)는 다음과 같이 구성되어 있다.즉, 제 1 서보모터(6)에 의해 조절밸브(5)의 조절양을 적절하게 조정함으로써 밸브 격판(18)의 위치를 조절하여 유체혼합기내에 구성된 오리피스(17)의 구경을 적절히 조절하여서, 제 1 챔버로 유입되는 물과 기름의 혼합물의 압력 및 속도를 변화 시킴으로서, 제 1 챔버내에서 공동현상(CAVITATION)이 생성되게 하여 물과 기름의 혼합물을 더욱 혼합시키는 것이 가능하게 되며, 오리피스(17)의 미세한 제어를 위하여 핀으로 조절되는 미세조정나사(26)를 회전 조절함으로써 오리피스를 통과하는 유량의 정확한 제어가 가능하게 된다.또한, 조절밸브와 결합되어 있는 유체혼합기의 구성은, 통로를 형성하는 전, 후의 플랜지관(21,22)이 연결나사(23)를 이용하여 밀착되어 통로를 구성하고, 전,후 플랜지관 사이에는 암모니아수 공급관(20) 및 석회수 공급관(19)이 플랜지관의 하부에 설치된다.여기서, 제 1 유체혼합기(7)와 조절밸브(5) 및 제 2 유체혼합기(12)와 보조밸브(11)는 동일한 구성으로 이루어진 바, 이의 구성을 아래에서 통합하여 설명한다.이를 좀 더 상세히 설명하면, 플랜지관(21,22)의 통로 즉, 관로상에 일정간격으로 이격된 복수개의 오리피스판(27)(28)이 설치되고, 이 오리피스판의 중앙부에는 오리피스(17) 유로의 단면을 결정짓는 사각형, 팔각형, 타원형, 세모형 등의 다각형상 중에서 어느 하나의 단면형상을 취하는 통공(27a)(28a)이 천공된다.또한, 양 오리피스판(27)(28) 사이의 상부에는 조절밸브(5) 및 보조밸브(11)의 밸브나사(29) 내지는 미세조정나사(26)에 의해서 상,하로 승강조정되는 격판(18)이 끼워져 구비되고, 이 격판(18)과 이격된 양 오리피스판(27)(28) 사이의 하부에는 물공급배관(31)과, 석회수 및 암모니아수 공급관(19)(20)이 오리피스관(27)(28)의 통공(27a)(28a)을 지나지 않으면서 유체혼합기(7)(12)의 관로상에 연통되도록 끼워져 구비된다.따라서, 오리피스판(27)(28)과 격판(18)으로 이루어진 오리피스(17)는 플랜지관(21,22)의 관로를 흐르는 유량을 제어하게 된다.

상기와 같이 형성된 오리피스판(27)(28)의 다각형상의 통공(27a)(28a)은, 챔버(8)(13)내의 공동현상(CAVITATION)의 생성을 극대화할 수 있도록 한 것이고, 상기한 오리피스판(27)(28)을 교체함으로써 다양한 형태의 통공(27a)(28a)을 갖는 오리피스(17)를 구성하여 원하는 공동현상을 얻을 수 있게 된다.즉, 이를 부연 설명하면, 관내를 흐르는 유체가 넓은 유로에서 좁은 곳으로 고속으로 유입될 때, 또는 벽면을 따라 흐를 때 벽면에 요철이 있거나 만곡부가 있으면, 유체의 흐름이 직선적이지 못하고 압력은 저압으로 떨어져, 유체의 흐름에 대한 저항상에 공동(CAVITY, 空洞)이 생기게 되고, 이 유체중에는 압력에 비례하여 용입되어 있던 공기가 물과 분리되어 기포로 나타나는데, 이를 공동현상(CAVITITION, 空洞現象)이라 일컫는다.따라서, 유체가 흐르는 유체혼합기(7)(12)내의 관로가 원형단면이기 때문에, 이 관로상에 유체혼합기(7)(12)의 내경보다 작은 직경의 통공(27a)(28a)을 갖는 오리피스판(27)(28)을 구성하여, 유체의 흐름에 대한 저항으로서 작용되도록 함으로써 공동현상을 유발시킬 수 있게 된다.그리고, 상기한 오리피스판(27)(28)의 통공(27a)(28a)을 사각형, 팔각형, 타원형, 세모형 등의 다각형상 중에서 어느 하나의 단면형상으로 형성한 것은, 유체가 지나는 유체혼합기(7)(12)의 관로상에 이의 관로와는 다른 곡률로서 만곡된 타원형상의 단면을 갖는 통공 내지는 하나 이상의 각진 모서리를 갖는 단면의 통공을 형성하여서, 원하는 공동현상을 효율적으로 발생시킬 수 있도록 한 것이다.즉, 상기한 오리피스판(27)(28)의 통공(27a)(28a)상에 각진 모서리를 많이 형성하면 할수록, 이 각진 모서리가 모두 유체의 흐름에 대한 저항으로서 작용하게 되어, 그 만큼 더 많은 곳에서 큰 압력의 공동현상을 유발시키게 된다. 따라서, 큰 압력의 공동현상이 요구될 시에는, 위에서 열거한 통공(27a)(28a)의 형상중에서는 통공을 팔각형상의 단면으로 형성함이 가장 바람직하다.

또한, 유화 혼합물의 연소시에 발생되는 황산화물(SOx)을 줄이기 위해 석회수를 첨가하기 위한 석회수 공급관(19)과, 질소산화물(NOx)을 줄이기 위해 암모니아수를 공급하기 위한 암모니아수 공급관(20)이 설치되어서, 유화 혼합물의 연소에 따른 대기오염 발생을 줄일 수 있다.

제 1 챔버(8)속에서 혼합물의 유입으로 인해 발생되는 공동현상으로 인한 강력한 힘(SHEARING STRESS)을 이용하여 제 1 챔버내로 유입되는 물과 기름을 분쇄함으로써 초미립화하고, 물 입자의 크기를 조절하면서 일정한 공동현상(CAVITATION)속에서 균질하게 혼합된다.

이 과정이 1차 유화 혼합과정이고, 1차 과정을 통과한 유화 혼합된 연료는 배관을 통해 펌프(9)를 거쳐 보조밸브(11)에 의해 제어되는 2차 유체 혼합기(12)를 거쳐 제 2 챔버(13)내로 유입되면서 제 1 챔버와 같은 2차 유화 혼합과정을 통해 재차 유화 혼합이 이루어진다. 이 1,2차 과정을 거치면, 물 입자가 기름 입자를 둘러싸고 있는 상태가 된다. 이러한 2차 유체혼합기의 구성은 1차 유체혼합기의 구성과 동일하게 구성되어 이루어진다.

이렇게 혼합된 유화 혼합물은 배출밸브(16)를 통하여 외부로 배출되는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 구성에 따른 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

유량계(1)를 통과한 물은, 물 공급밸브(2)를 통하여 그 유량이 조절되며, 히터(3)를 통과하면서 가열되어 물의 온도가 적정한 온도로 유지되며, 첵밸브(4)를 경유하여 물공급배관(31)을 통해 유체혼합기(7)로 공급된다.

유체혼합기(7) 전단의 압력(P1: 12.7Kg/㎡-20Kg/㎡)을 조절밸브(5) 하단의 미세조정나사(26)를 조정하여서, 오리피스(17)를 구성하는 격판(18)을 높이를 조절하여, 제 1 챔버(8)에 전달되는 압력(P2:2.1 Kg/㎡)을 일정하게 조정함으로써, 유입밸브(15)를 통과한 기름이 기름 유량계(14)를 통과하면서 적당한 양으로 제 1 유체혼합기(7)로 공급된다.이때, 기름은 물과 섞인 상태로 유체혼합기 전단의 12.7Kg/㎡-20Kg/㎡의 압력으로 공급되어 조절밸브의 하단에 설치된 미세조정나사(26)에 의하여 제 1 챔버에 전달되는 2.1 Kg/㎡의 압력으로 유입되게 된다.또한, 상기와 같이 조절되는 격판(18)은, 제 1 서보모터(6)에 의해 조절밸브(5)를 적절하게 조정함으로써 밸브 격판(18)의 위치를 조절하여 유체혼합기내의 오리피스(17)의 구경을 적절히 조절하고, 오리피스(17)의 미세한 제어를 위하여 핀으로 회전 조절되는 미세조정나사(26)를 조절함으로써 오리피스를 통과하는 유량의 정확한 제어를 가능하게 하여, 챔버내로 유입되는 유량을 조절, 공급함으로써, 제 1 챔버(8)속에서 공동현상을 생성해 그로 인해 발생되는 12,000 ~ 15,000PSI의 강력한 힘(SHEARING STRESS)을 이용하여 유입되는 물과 기름을 제 1 챔버(8)속에서 불규칙한 화석 연료를 분쇄, 초미립화하고, 물 입자의 크기를 조절하면서 일정한 공동현상(CAVITATION)속에서 균질하게 혼합된다.

이 과정이 1차 유화 혼합과정이고, 1차 과정을 통과한 유화 혼합된 연료는 배관을 통해 펌프(9)를 거쳐 보조밸브(11)에 의해 제어되는 2차 유체 혼합기(12)를 거쳐 제 2 챔버(13)내로 유입되면서 제 1 챔버와 같은 2차 유화 혼합과정을 통해 재차 유화 혼합이 이루어진다. 이 1,2차 과정을 모두 거치면, 기름입자가 물입자를 둘러싸고 있는 상태가 된다.

본 유화 혼합 장치로 균질화된 연료는, 펌프에 의해 50 - 100μ크기의 연료로 연소실로 분무되어 화실(火室) 내의 화염 속에 분무되며, 분무된 혼합연료의 물 입자는 급속히 가열되고, 과열상태에 다다르며, 약 1600배 이상 팽창 후 폭발적(MICRO EXPLOSION)으로 기화되면서 물 입자 주위를 싸고 있던 기름이 팔방으로 비산되어 2차 초미립자 현상을 일으키며, 초미립자된 연료는 표면적이 증대되어 공기와의 접촉 단면적을 향상시키게 되므로 매우 양호한 연소가 이루어져 연소 속도가 빨라지고, 화염의 길이가 길어지며, 색상은 검붉은 색에서 밝고 엷은 청색으로 바뀐다.

상기와 같이 물 입자에 의한 연속 미세폭발(CONTINUOUS MICRO EXPLOSION)이 더 한층 격렬하여져 물 입자 전체가 순간적으로 폭발하여 소실(燒失)되는 현상이 단계를 거치면서 일어나 연소가 난류확산연소(TURBULENT DIFFUSION COMBUSTION)현상으로 세차게 조성화(造性化)된다.

화실 내의 난류 확산 연소는 열전달 계수를 상승시키며, 수성가스(CO₂H₂O)증가에 의한 열방사율 증대가 급격히 이루어지고, 이러한 연소 현상에 의해서 과잉 공기비(EXCESS AIR RATIO)를 현저히 감소시키고, 강력한 대류현상을 발생하여 국부적인 고온대역(HOT SPOT) 발생을 억제하면서 거의 완전 연소가 이루어진다.

또한, 유화 혼합물의 연소시에 발생되는 황산화물(SOx)을 줄이기 위해 석회수를 첨가하기 위한 석회수 공급관(19)과, 질소산화물(NOx)을 줄이기 위해 암모니아수를 공급하기 위한 암모니아수 공급관(20)을 설치하여서, 유화 혼합물의 연소에 따른 대기오염 발생을 줄일 수 있다.

강산성 유해 물질을 만드는 THERMAL NOx(기상 질소산화물)은, 연소시 불꽃 온도와 그 구조 그리고 연료의 연소 체류 시간 등에 영향을 받는다. 따라서 물과 기름을 최적의 상태로 균질 혼합하여 미세 폭발을 유발, 흡열 반응인 수성 가스화 반응의 균일한 열 전달로 국소 고온 대역(화실내 온도 편차)의 온도 평준화 및 온도저하 효과와 함께 연소 체류 시간 단축 및 완전 연소로 최적의 불꽃 구조를 이루어 질소산화물(NOx)을 줄일 수 있다.

THERMAL NOx(기상 질소산화물)과 함께 주 오염 물질인 FUEL NOx(액상 질소산화물)은, 주로 연소시의 공기비에 영향을 받는다. 따라서, 본 유화장치에 의해 최적으로 균질화된 혼합연료의 2차 연쇄 미세폭발(초미립자 가스화)로 완전연소에 근접하면서 기존의 과잉 공기비가 20 -30% 까지 감소되는 효과를 발휘하여 초기 질소산화물(NOx)의 생성을 억제할 수 있다.

화석 연료는, 불순하여 탄소나 수소 외에 다른 원소들(황, 질소 및 바나듐 등의 금속원소)이 포함되어 오염을 유발한다.

부식성 유발 및 연소실 절연면 융착물질인 V2O5(오산화 바나듐)분진 등을 연료의 완전연소와 함께 저과잉공기비 연소를 함으로써 녹는점이 낮아 쉽게 융착되던 V2O5로 산화를 억제할 수 있다.

본 유화장치에 의해 물과 함께 균질(均質)화된 기름은 오랜 기간 유수(油水)가 분리되지 않으므로 균질화된 연료를 보조연료 탱크에 저장, 여러 대의 보일러에 공급하여 사용할 수 있는 잇점도 있고, 액체의 혼합을 요하는 식품, 화학약품, 도료분야 등에도 적용할 수 있다.

본 발명은, 간단하게 챔버 전단의 밸브 조작만으로 압력차에 의한 구동 부위가 없이 공동현상(CAVITATION)을 생성하여 연료를 유화 혼합하는 장치이므로, 배관 구경의 크기에 따라 소용량에서 대용량의 연소장치에 이르기까지 연료의 공급이 가능하며, 종래의 기술방식에 비해 초기 투자비가 매우 저렴하며, 회수기간이 짧고, 설치 면적이 적은 장점이 있으며, 물과 기름은 오랫동안 분리되지 않으므로 보조탱크에 저장 여러 대의 보일러에 공급할 수 있다.

또한, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)을 더 줄이기 위해서 밸브 하단의 급수밸브 좌우에 석회수와 암모니아수 주입구를 설치하도록 하여, 환경오염의 주원인인 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)을 최소화할 수 있으며, 물과 기름의 혼합 량에서 물의 양을 증가시킴으로서 에너지 절감의 효과를 동시에 이룰 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 유량계(1)와 공급밸브(2)를 순차적으로 통과하고, 히터(3)를 지나면서 가열되어 첵밸브(4)를 경유하여 물공급배관(31)을 통해 물을 공급하도록 된 물공급수단과;

   유입밸브(15)와 기름유량계(14)를 통해서 기름의 공급량을 조절하여 공급하도록 된 기름공급수단과;

   연소시에 질소산화물과 황산화물의 발생을 방지하도록 별도의 공급관(19)(20)을 통해서 석회수와 암모니아수를 공급하도록 된 석회수 및 암모니아수 공급수단과;

   물공급수단과 기름공급수단으로부터 공급되는 물과 기름이 조절밸브(5)에 의해 제어되는 제 1 유체혼합기(7)를 흐르면서 일정압력으로 압력강하됨과 아울러 석회수 및 암모니아수 공급수단으로부터 석회수와 암모니아수가 공급되어 흐르고, 이 제 1 유체혼합기(7)에 의해서 그 내부에 공동현상이 발생된 제 1 챔버(8)가 공동현상으로서 물과 기름 및 석회수, 암모니아수를 유입하여 물과 기름의 혼합물을 분쇄하여 초미립화시켜 혼합하는 제 1 혼합수단과;

   제 1 혼합수단에 의해 분쇄되어 초미립화된 혼합물이 펌프(9)에 의해서 보조밸브(11)에 의해 제어되는 제 2 유체혼합기(12)로 재차 유입되어 흐르고, 이 제 2 유체혼합기(12)에 의해서 그 내부에 공동현상이 발생된 제 2 챔버(13)가 공동현상으로서 혼합물을 유입하여 재차 분쇄 및 미립화하는 제 2 혼합수단;을 포함하여 이루어진 연료 유화 혼합장치에 있어서,

   상기 유체혼합기(7)(12)는 그 내부에 오리피스(17)가 구성되되,

   상기 오리피스(17)는, 유체혼합기(7)(12)의 관로상에 일정간격으로 이격되어 수직하게 설치된 오리피스판(27)(28)이 구비되고,

   이 오리피스판(27)(28)의 중앙부에는 오리피스(17) 유로의 단면을 결정짓는 사각형, 팔각형, 타원형, 세모형 등의 다각형상 중에서 어느 하나의 단면형상을 취하는 통공(27a)(28a)이 천공되며,

   양 오리피스판(27)(28) 사이의 상부에는 조절밸브(5) 및 보조밸브(11)의 밸브나사(29) 내지는 미세조정나사(26)에 의해서 상,하로 승강조정되는 격판(18)이 끼워져 구비되고,

   격판(18)과 이격된 양 오리피스판(27)(28) 사이의 하부에는 물공급배관(31)과, 석회수 및 암모니아수 공급관(19)(20)이 오리피스관(27)(28)의 통공(27a)(28a)을 지나지 않으면서 유체혼합기(7)(12)의 관로상에 연통되도록 끼워져 구성된 것을 특징으로 하는 연료 유화 혼합장치.
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