KR100436842B1 - 오일-물 균질화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오일-물 균질화 장치에 관한 것으로서,

2 개 이상의 서로 맞물린 기어를 포함하며 주유구 및 주수구가 형성된 기어실과; 이들 기어의 종동축과, 이 축 상에 상호 엇갈리게 장착된 다수의 절단칼들을 포함하며 토출구가 형성된 스크류실을 포함하는 구성으로서,

오일-물 혼합액을 오일 보일러에 주입함에 있어 오일 방울들을 극히 미세화, 즉 미립자 상태로 만들어 줌으로써 그 균질화 정도를 크게 향상시킬 수 있는 오일-물 균질화 장치이다.

Description

오일-물 균질화 장치 {Oil-water homogenizator}

본 발명은 오일-물(Oil-water) 균질화 장치, 더욱 상세하게는 오일 보일러(Burner)에 오일 물 혼합액을 주입함에 있어 오일 입자를 미립자화함으로써 이들 오일 및 물을 균질화하는 장치에 관한 것이다.

산업용 오일 보일러에는 일반적으로 중유 또는 경유 등이 널리 사용되는 바, 이들 종류의 오일은 그 특성상 불완전 연소가 불가피하여 매연 등으로 인한 환경 문제를 종종 불러일으키고 있다.

상기 불완전 연소로 인한 NOx, CO 기타 유해 물질을 정화 내지 순화시키기 위하여, 보일러로부터 나오는 연기는 반드시 별도의 집진 장치를 거치도록 하고 있으나, 고가인 데 비하여 그 효율은 그다지 만족스럽지 못한 문제가 있었다.

이러한 문제 때문에, 보일러로 주입되는 중유, 경유 등의 오일에다 소량의 물을 혼합, 균질화하는 장치가 제안된 바 있다.

즉, 보일러로 주입되는 통상의 오일 방울 체적이 과대하여 이를 충분히 연소시킬 수 없음에 따라 상기 불완전 연소가 발생하는 것으로 판단, 상기 오일-물 균질화 작업을 통해 오일을 미세화함으로써, 상기 오일로 하여금 완전 연소되도록 한 것이다.

구체적으로는, 상당 두께를 갖는 기어 형상의 판체가 서로 맞물려 회전하는 사이 공간으로 오일-물 혼합액을 통과시킴으로써, 이들 오일과 물의 균질화가 이루어지도록 한 것이다.

그러나, 상기 종래의 오일-물 균질화 장치에 있어서는, 오일-물 혼합액이 상기 판체들 사이의 틈새를 통과하는 데 그치므로, 판체들의 회전시에 발생하는 와류로 인한 단순 혼합 이외에는 특별한 효과가 없었다.

그 결과, 상기와 같은 종래 구조의 오일-물 균질화 장치는 그다지 사용되지 않고 있는 실정이다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은, 오일-물 혼합액을 오일 보일러에 주입함에 있어 오일 방울들을 극히 미세화, 즉 미립자 상태로 만들어 줌으로써 그 균질화 정도를 크게 향상시킬 수 있는 오일-물 균질화 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 오일 보일러 관련 설비의 계통도,

도 2는, 종래의 오일-물 균질화 장치가 채택된 경우의 오일 보일러 관련 설비의 계통도,

도 3은 종래의 오일-물 균질화 장치를 나타내는 내부 사시도,

도 4는 본 발명 실시예의 오일-물 균질화 장치를 나타내는 일부 절개 정면도.

도 5는 본 발명 실시예의 오일-물 균질화 장치를 나타내는 일부 절개 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 오일-물 균질화 장치 21 : 기어실

22 : 스크류실 25a, 35b, 25c : 종동 기어

26a, 26b, 26c : 종동축 27a, 27b 27c : 절단칼 몸체

c : 절단칼 d : 임펠러

28 : 주유구 29 : 주수구

30 : 토출구 32 : 씰 하우징

34 : 구동 기어 35 : 구동축

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오일-물 균질화 장치는, 2 개 이상의 서로 맞물린 기어를 포함하며 주유구 및 주수구가 형성된 기어실과; 이들 기어의 종동축과, 이 축 상에 상호 엇갈리게 장착된 다수의 절단칼들을 포함하며 토출구가 형성된 스크류실을 포함하여 구성된 특징이 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 절단칼 중 기어실에 제일 근접한 것을 스크류 (Screw), 즉 단순 평면이 아닌 나선형으로 함으로써, 상기 스크류실 내에 강력한 와류를 형성시킴과 아울러 내부 압력을 크게 증대시킬 수 있도록 되어 있다.

이하, 본 발명 실시예의 오일-물 균질화 장치를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 오일 보일러 관련 설비의 계통도로서, 앞서 언급한 집진 장치(5)가 보일러(4)에 연결 설치됨으로써, 불완전 연소로 인한 먼지 기타 유해 물질들을 정화 내지 순화시키게 됨을 알 수 있다.

상기 집진 장치(5)는, 상당히 고가임에도 불구하고, 그다지 높은 정화 효율을 나타내지 못함 역시 앞서 언급한 바 있다.

한편, 히터(2)는 서비스 탱크(1)로부터의 오일을 보일러(4)로 공급하기에 앞서 적정 온도로 가열해 주는 역할을 한다.

이는, 산업용 보일러에서 연료유로 쓰이는 중유 등은 점도가 매우 높은 관계로, 이들을 적당히 가열하여 그 점도를 낮춰주지 않으면 흐름 자체에 상당한 문제가 따르기 때문이다.

또한, 분연 펌프(3)는 보일러(4)로 유입되는 오일의 압력을 일정하게 유지시켜 주는 역할을 하며, 통상 보일러 자체에 내장되어 있다.

도 2는 종래의 오일-물 균질화 장치가 채택된 경우의 오일 보일러 관련 설비의 계통도로서, 히터(2)와 분연 펌프(3) 사이에 상기 오일-물 균질화 장치(7)가 배치됨을 나타낸다.

즉, 히터(2)로부터의 오일을 바로 분연 펌프(3)로 보내지 않고, 오일에다 적정량의 물을 혼합한 다음, 이들을 균질 혼합액, 즉 에멀젼(Emulsion) 상태로 만들어 분연 펌프(3), 나아가 보일러(4)로 공급하게 된다.

그러나, 상기 종래의 오일-물 균질화 장치에 있어서는, 오일-물 혼합액 내오일 입자가 충분히 미세화되지 않음에 따라, 불완전 연소가 불가피하여 이를 해결하기 위한 고가의 집진 장치(5)를 완전히 배제할 수는 없었다.

도 3은 앞서 언급한 종래의 오일-물 균질화 장치로서, 균질화 장치(10)는 전체적으로 다수의 구획으로 나누어지며, 각각의 구획 내에서는 두 개씩의 기어 판(11)이 서로 반대 방향으로 회전하도록 되어 있다.

이들 기어 판(11)이 회전하는 사이를 오일-물 혼합액이 통과하지만, 앞서 언급한 바와 같이, 오일-물의 균질화 효과는 그다지 만족스럽지 못하다.

왜냐 하면, 상기 종래 구조에 있어서는, 기어 판(11)이라고 하는 회전체의 회전에 따른 단순 와류로써는 오일 입자를 미세화하는 등의 효과는 기대할 수 없기 때문이다.

본 발명 실시예의 오일-물 균질화 장치의 일부 절개 정면도인 도 4 및 그 사시도인 도 5에 따르면, 본 발명 실시예의 오일-물 균질화 장치(20)는, 하나의 구동 기어(34) 및 이와 맞물린 3 개의 종동 기어(25a, 25b, 25c)를 포함하며 주유구(28) 및 주수구(29)가 형성된 기어실(21)과; 이들 기어의 종동축(26a, 26b, 26c)과, 이 축 상에 상호 엇갈리게 장착된 다수의 절단칼(c) 및 그 몸체(27a, 27b, 27c)를 포함하며 토출구(30)가 형성된 스크류실(22)과; 상기 구동 기어(34)에 고정된 구동축(35)을 매개로 구동력을 제공하는 모터(도시하지 않음)를 포함하여 구성되어 있다.

상기 다수의 절단칼(c)은, 각각의 절단칼 몸체(27a, 27b, 27c)에 몇 개씩 조를 이뤄 일체로 성형된 것으로 도시되어 있으나, 이들 절단칼 및 그 본체를 반드시일체로 성형할 필요는 없다.

즉, 상기 종동축(26a, 26b, 26c)에 각각 별개의 절단칼(c)을 하나씩 차례로 삽설한 구조로 해도 무방하다.

다만, 어떤 경우이든, 종동축(26a, 26b, 26c) 상의 상기 절단칼(c)들은 서로 어긋나게 배열되어야 한다.

이들 서로 어긋나게 배열된 절단칼(c) 사이의 간격은 0.1 mm 정도로 하는 것이 바람직하다.

사이 벽(31)을 경계로 상호 인접한 상기 기어실(21)과 스크류실(22)의 양쪽 선단에는 각각의 헤드 카버(Head cover)(23, 24)를 결합함으로써, 이들 기어실 및 스크류실은 각각 별개의 완전한 챔버(Chamber)를 형성하게 된다.

상기 기어실(21), 스크류실(22) 및 헤드 카버(23, 24)는 주물재로 하는 것이 보통이나, 본 발명에 있어서는 그 재료를 특별히 한정하지는 않는다.

즉, 경우에 따라서는 알루미늄 주조 또는 다이케스팅(Die-casting)으로 제작할 수도 있다.

상기 기어(25a, 25b, 25c) 및 절단칼 몸체(27a, 27b, 27c)가 차례로 장착된 종동축(26a, 26b, 26c)의 양쪽 선단부에 베어링이 삽설됨은 물론이다. (도면 상으로는 생략)

또한, 상기 사이 벽(31)에 있어 상기 각각의 종동축(26a, 26b, 26c)이 통과하는 부위에는 축경 보다 큰 구멍(31a, 31b, 31c)이 형성되어 있어서, 이들 구멍을 통해 기어실(21) 내의 오일-물 혼합액이 상기 스크류실(22)로 유입된다.

한편, 도면 상으로는, 기어실(21) 쪽 헤드 카버(23) 바깥쪽으로 별개의 씰 하우징(32)이 나타나 있으나, 이들 헤드 카버(23) 및 씰 하우징(32)을 일체로 성형해도 무방하다.

상기 기어실(21)의 외주벽에는 외부로 통하는 주유구(28)가 형성되며, 이 주유구에는 별개의 주수구(29)가 연결되어 있다.

주수구(29)는, 도면에서와 같이 주유구(28)에 연결시키지 않고, 기어실(21)의 외주벽에다 상기 주유구(28)와 함께 그 인접부에 형성할 수도 있다.

여기서, 본 발명의 가장 바람직한 실시예로서는, 상기 다수의 절단칼(c) 중 기어실(21) 쪽에 가장 근접한 칼날(d)을 나선형, 즉 스크류(screw) 형상으로 함으로써, 상기 기어실(21)로부터 오일-물 혼합액을 빨아 올려 토출구(30)를 향해 강하게 밀어 올리는 역할을 하도록 한다.

한편, 상기 기어실(21) 쪽에 가장 근접한 칼날(d)이 고정된 종동축(26b)은 다른 종동축(26a, 26c)과 마찬가지로 스크류실(22) 중심으로부터 한 쪽으로 치우쳐져 있기 때문에, 그 형상적 특징으로 인해 임펠러(Impellor)로서의 기능을 갖게 된 상기 칼날(d)에 의해 빨려 올라온 오일-물 혼합액은 바로 토출구(30)로 향하지 않고, 헤드 카버(24)에 부딪힘과 동시에 다시 하강하게 된다.

이로써, 모터에 전원이 인가되어 상기 구동 기어(34) 및 종동기어(25a, 25b, 25c)가 회전함에 따라 다수의 절단칼(c)과 상기 절단칼(d)이 동시에 회전하게 되면, 상기 스크류실(22) 내에서는, 절단칼(d)의 임펠러 작용에 의한 상승 및 하강 흐름과 아울러, 다수 절단칼(c)의 상호 반대 방향 회전에 의한 매우 복잡한 형태의난류가 형성된다.

즉, 오일-물 혼합액은, 상기 절단칼(c) 사이의 미세한 틈새를 지나면서 잘게 부서지게 되는 바, 스크류실(22) 내의 압력 상승 및 복잡한 난류 형성으로 인해 오일 입자는 그 미세화가 더욱 가속화되는 양상을 띠게 된다.

상기 서로 어긋나게 배열된 절단칼(c) 사이를 통과하는 동안, 오일 입자는 전단(shearing), 폭렬(explosion), 충격(impact) 및 공동화(cavitation) 등의 메커니즘(mechanism)을 통해 점차 그 미립자화가 진행된다.

상기 메커니즘 자체는 당업계에 널리 알려진 사항인 동시에, 본 발명의 오일-물 균질화 장치를 구성하는 구성요소는 아니므로 더 이상의 설명은 생략한다.

상기 토출구(30)로부터 분출되는 오일-물 혼합액을 분석한 결과, 오일 입자는 0.2 μ 직경 정도로 미세화됨을 확인했다.

이처럼, 미립자 상태의 오일을 포함하는 오일-물 혼합액이 상기 토출구(30)를 빠져나가 보일러로 공급됨으로써, 오일이 완전 연소됨에 따라 앞서 언급한 바의 불완전 연소 문제는 발생하지 않는다.

그 결과, 본 발명의 오일-물 균질화 장치가 채용된 경우에 있어 서는 상당한 고가 설비인 종래의 집진 장치를 배제하는 큰 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 실시에에 있어서는 상기 절단칼의 형상 또는 종동축의 갯수 등을 어느 정도 특정지어 설명했으나, 당업자라면 상기 구성 요소들을 얼마든지 수정할 수도 있는 바, 본 발명의 범위는 상기 설명상의 형상 등에 구애됨이 없이 특허청구범위에 의해 결정됨을 인식해야 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 오일-물 균질화 장치에 따르면, 오일-물 혼합액을 오일 보일러에 공급함에 있어 오일 입자를 미립자화하여 그 완전 연소를 도모함으로써, 고가의 집진 장치를 배제함과 아울러, 불완전 연소로 인한 환경 문제를 근본적으로 방지할 수 있는 큰 효과가 있다.

Claims (3)

1. 하나의 구동 기어(34) 및 이와 맞물린 2 개 이상의 종동 기어(25a, 25b, 25c)를 포함하며 주유구(28) 및 주수구(29)가 형성된 기어실(21)과; 이들 기어의 종동축(26a, 26b, 26c)과, 이 축 상에 상호 엇갈리게 장착된 다수의 절단칼(c) 및 그 몸체(27a, 27b, 27c)를 포함하며 토출구(30)가 형성된 스크류실(22)과; 상기 구동 기어(34)에 고정된 구동축(35)을 매개로 구동력을 제공하는 모터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오일-물 균질화 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 절단칼 중 기어실(21) 쪽에 가장 근접한 절단칼(d)은 스크류 형상인 것을 특징으로 하는 오일-물 균질화 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 주수구(29)는 주유구(28)에 연결된 별도의 관인 것을 특징으로 하는 오일-물 균질화 장치.