KR100762106B1 - 바이오디젤 생산용 교반장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 바이오 디젤을 제조하기 위한 원료인 식용유나 메탄올의 교반 시간을 크게 단축시켜 교반 효율 향상에 의해 바이오디젤의 생산성을 향상시키며, 안정적 지지 구조를 갖는 바이오 디젤 생산용 교반장치를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 바이오 디젤의 생산을 위하여 교반될 식용유와 메탄올이 투입되는 하우징과, 상기 하우징 내의 용액을 회전에 의해 교반하는 프로펠러 교반기와, 상기 하우징내의 용액을 상하로 순환시키도록 형성되는 배관과, 상기 배관의 도중에 마련되어 용액을 믹싱하는 라인 믹서기 및 용액을 순환시키기 위한 펌프를 포함하여 구성되는 바이오 디젤 생산용 교반장치에 있어서, 상기 하우징은 사각 통체로 형성된 것을 특징으로 한다.

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Description

바이오디젤 생산용 교반장치{Bio diesel production agitation system}

도 1은 본 발명에 의한 바이오 디젤 생산용 교반장치를 나타낸 정면도

도 2는 동상 교반장치의 하우징의 평면도

도 3은 본 발명에 의한 라인 믹서기의 구조를 나타낸 도면

도 4는 종래기술

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 하우징 2,3 : 배관

4 : 프로펠러교반기 5 : 펌프

6 : 배관 7 : 라인믹서기

8 : 구멍 9 : 원판

10 : 내벽면 11 : 코너부위

본 발명은 식물성 대체 에너지인 바이오디젤을 제조하는데 사용하는 바이오디젤 생산용 교반장치에 관한 것이다.

최근 고유가와 화석에너지 고갈에 따른 대안과, 심각한 지구 온난화 및 환경 오염 유발 등으로 인해 석유 자원을 대체 할 수 있는 대체 에너지 개발의 중요성이 증대하고 있다.

석유나 석탄을 대체할 수 있는 에너지로는 풍력과 조력을 이용한 에너지 또는 태양열 발전이나 수력 발전 및 원자력 에너지 등이 있으나, 수력 발전의 경우 댐 건설에 따른 대규모 수몰과 주민들의 이주 문제 및 또다른 환경 문제를 유발하며, 원자력 발전의 경우 운전 비용이 가장 저렴하고 대규모 발전이 가능하나 방사선 폐기물의 처리 및 보관 문제와 안전성 측면에서 주민들의 동의를 받기 어려워 보급 확대에 제동이 걸리고 있으며, 풍력이나 조력 및 태양열을 이용하여 얻는 에너지는 무공해 천연 에너지이기는 하나 그로부터 얻을 수 있는 에너지의 크기가 작고 자연 현상의 변화에 따라 에너지 수급이 불안정하다는 문제가 있다.

한편, 석유 자원의 상당 부분은 수송 분야에서 사용되어지고 있는데, 자동차 엔진의 동력원으로서 경제성 측면 및 고출력을 얻을 수 있다는 점에서 현재 석유를 전면적으로 대체할 만한 다른 에너지원 및 새로운 에너지를 사용하는 동력 수단의 보편적 보급은 아직까지 요원한 실정이며, 매장량이 유한한 석유 자원의 고갈을 최대한 늦추면서 그때까지 새로운 에너지원을 확보할 수 있으냐는 인류의 미래와도 밀접한 관련성을 가지고 있다.

이때문에 최근 식물성 기름을 이용하여 디젤엔진에 사용하는 경유를 대체할 수 있는 소위 바이오 디젤 이라는 에너지에 대한 관심이 증대되고 있는바, 현재의 고유가 하에서 그의 경제성이 어느 정도 확보된 것으로 보고 있다.

바이오디젤은 식물성 기름을 주원료로 한 것으로, 그 속에는 연료 성분으로 서는 부적합한 글리세린과 비누 성분이 많이 포함되어 있어 미정제된 상태하에서는 엔진의 연료로서 사용하기가 곤란하므로 에스테르화 반응을 통하여 불순물을 제거한 소위 고순도의 바이오 디젤을 얻으므로써 경유를 대체하여 디젤 엔진의 연료로서 사용할 수 있게 된 에너지원으로서, 주 원료인 식물성 기름으로서는 대두, 현미, 옥수수, 해바라기, 유채, 쌀겨, 팜유 등 100% 식물에서 추출된 식용유가 사용되며, 이들 식물들은 반복해서 재배되어지는 것이어서 지하에서 채굴되는 석유 자원과 달리 고갈의 우려가 없으며, 또 폐식용유나 동물성 지방등도 재생하여 첨가 활용 할 수 있는데, 석유 추출물인 경유와 바이오 디젤의 물성이 비슷하여 경유에 혼합하여 디젤 엔진의 연료로 사용하므로써 석유 자원의 고갈시기를 늦출 수 있는 장점이 있어 현재 바이오 디젤에 대한 중요성이 크게 부각되고 있다.

본래 LPG나 LNG등의 경유 대체연료의 경우 디젤 엔진을 오토 사이클인 스파크 점화 방식으로 개조해주어야 하는 이유로 상당한 추가 비용이 소요되나, 바이오 디젤은 경유와 물성이 극히 유사하고 옥탄가가 높아 디젤 엔진의 압축 착화에 의한 연소가 가능하여 기존 엔진의 개조 없이 연료로서 사용이 가능하며, 독성이 없고 인체에 무해하며 경유보다 발화점이 높아 저장 및 수송등에 있어 안전성이 높고 취급이 용이한 여러가지 장점들이 있으나 바이오 디젤의 원료인 식용유의 가격이 크게 비싸 경제성의 문제가 있어 활성화에 어려움을 겪어오다 최근 각국에서 안정적인 에너지 확보수단으로 바이오 디젤의 중요성이 인식되기 시작하면서 국가 차원에서 보조금을 지급하는 등으로 인해 그의 개발 기술이 활발히 연구되고 있다.

이러한 바이오 디젤은 식물성 오일(식용유)에 약 12%의 메탄올(또는 메탄올 과 가성소다를 혼합한 메독사이드)을 혼합하여 고르게 교반한 후 분리 공정과 순도를 높이기 위한 정제공정을 거치게 되면 바이오디젤과 비누성분을 포함한 글리세린을 얻게 되며, 최종적으로 글리세린과 비누 성분과 잔류 메탄올 및 물등의 불순물을 분리제거하면 순수한 바이오디젤을 얻게 된다.

그런데 식용유나 메탄올은 통상 중량비로 50:50 이나 60:40 정도의 비율로 혼합하여 고르게 교반시켜야 하는데 종래 바이오 디젤 제조용 교반 장치는 도 4에 도시하는 것과 같이 원통형 하우징(21)을 마련하여 식용유와 메탄올을 투입하고, 프로펠러 교반기(22)를 회전시켜 교반하며, 이 교반되는 교반액은 다시 펌프(23)를 가동하여 배관(24)의 도중에 마련된 라인 믹서기(25)를 거쳐 원통형 하우징(21)에 순환시켜 반복하여 교반하게 되는 것인데, 라인믹서기(21)는 배관(24)을 통해 흐르는 액체를 계속 2 갈래, 4갈래, 8갈래...로 흐름을 나누어주는 것을 통해 더욱 교반 효율을 높이게 된다.

그러나 종래의 교반장치(26)의 하우징(21)으로는 그동안 관행적으로 원통체를 사용해 오고 있었던 관계로, 교반을 위해 프로펠러교반기(22)가 회전하게 되면 교반액(식용유+메탄올)도 따라 돌아 원형으로 선회하게 되는데, 프로펠러 회전 방향으로 액체가 원통면의 안내를 따라 매끄러운 흐름으로 따라도는 현상이 발생하게 되므로써 교반이 더디게 진행되고, 식용유의 배합 비율이 높은 경우 더욱 더 교반 시간이 많이 소용되어, 교반에 필요한 전기에너지의 소모를 증대시키고, 생산성을 높이기가 어려운 실정이었다.

또 원통 하우징(21)은 그 자체로서 또는 지지다리를 사용하여 설치하게 될 때 지지상대가 불안정하여 측방향에서 작용하는 힘이나 하우징 상부측에의 작용 하중에 의해 쉽게 넘어갈 우려가 있었다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 바이오 디젤을 제조하기 위한 원료인 식용유나 메탄올의 교반 시간을 크게 단축시켜 교반 효율 향상에 의해 바이오디젤의 생산성을 향상시키며, 안정적 지지 구조를 갖는 바이오 디젤 생산용 교반장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 바이오 디젤을 생산하기 위하여 교반될 식용유와 메탄올이 투입되는 하우징과, 상기 하우징 내의 용액을 회전에 의해 교반하는 프로펠러 교반기와, 상기 하우징내의 용액을 상하로 순환시키도록 형성되는 배관과, 상기 배관의 도중에 마련되어 용액을 믹싱하는 라인 믹서기 및 용액을 순환시키기 위한 펌프를 포함하여 구성되는 바이오 디젤 생산용 교반장치에 있어서, 상기 하우징은 사각 통체로 형성된 것을 특징으로 한다.

이와같이 4각 통체로 하우징을 형성하면 하우징의 중앙에 수직으로 설치되는 프로펠러교반기를 기준으로 4개의 삼각형 코너부가 존재하게 되는데, 프로펠러 교반기가 회전할 때 따라도는 용액이 벽면에 부딪혀 삼각형 코너 부위에서 강한 와류를 형성하게 되기 때문에 교반 효율이 크게 높아지게 된다.

그리고 상기한 라인 믹서기는 중심부에 작은 구멍을 가진 원판을 간격을 두고 복수개 설치한 것을 특징으로 한다.

이와같은 구성에 의하면 원판의 작은 구멍을 통과한 용액이 다음 방에서 원판에 부딪혀 강한 와류를 형성하게 되므로서 극히 간단한 원판 구조로 종래 라인 믹서기보다 믹싱 효율을 크게 높일 수 있다.

이하에 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 바이오 디젤 생산용 교반 장치를 나타낸 정면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 바이오 디젤 생산용 교반장치의 하우징을 나타낸 평면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 라인 믹서기의 구조를 나타낸 도면이다.

도면에 있어 부호 1은 식용유와 메탄올을 교반하는 하우징으로, 부호 2와 부호 3은 각기 식용유와 메탄올을 하우징(1)에 공급하는 공급배관이다.

상기 하우징(1)은 그의 평면 형상에서 보여지는 것과 같이 종래 원통체와 달리 4각 통체로 형성되었다는 점에서 본 발명의 가장 큰 특징이 있으며, 상기 사각통체인 하우징(1)의 중앙에는 프로펠러교반기(4)가 설치되어 있으며, 하우징(1)내의 용액을 상하로 반복하여 순환시키기 위해 펌프(5)가 배관(6)의 도중에 설치되어 있으며, 또 배관(6)에는 라인믹서기(7)가 설치되며, 이 라인믹서기(7)는 중앙에 작은 구멍(8)이 뚫려 있는 원판(9)들이 일정 간격을 두고 복수개가 연속하여 설치되는 구조로 되어 있다.

이와같은 구성의 본 발명은 바이오 디젤을 생산하기 위해 공급배관(2)(3)을 통해 식용유와 10~13% 메탄올을 중량비로, 예를 들면 50:50 비율로 하우징(1)에 공급하고 프로펠러 교반기(4)를 회전시켜 교반시킨다.

프로펠러 교반기(4)가 회전하게 되면 하우징(1)내의 용액이 함께 회전하게 되는데, 이때 내벽면(10)에 용액이 충돌하게 되고, 이 충돌된 용액이 삼각형 코너부(11)에서 회전방향과 반대 방향으로 맴돌이를 일으켜 용액에 심한 와류를 일으키게 되어 교반 효율이 극대화된다.

교반이 진행되는 동안 펌프(5)가 가동하여 하우징(1)내의 용액을 배관(6)을 통해 순환시켜 다시 하우징(1)의 상부에 투입하게 되는데, 도중에 배관(6)에 설치된 라인믹서기(7)의 원판(9) 구멍(8)을 용액이 통과하게 되며, 다음 방에서 원판(9)에 용액이 충돌을 일으켜 와류를 형성한 후 다시 중앙부의 구멍(8)을 통해 다음 단계로 용액이 넘어가고, 계속 그와 같은 와류 현상이 원판(9)들에 의해 반복되면서 믹싱이 효율적으로 이루어지며, 라인믹서기(7)를 통해 믹싱된 용액은 다시 하우징(1)에 투입되어 프로펠러교반기(4)에 의해 회전 교반될 때 사각통체인 하우징(1)의 삼각형 코너(11) 부위에서 심한 와류를 형성하면서 교반되어지게 된다.

이상과 같은 본 발명은 용액의 교반이 이루어지는 하우징을 지금껏 관행적으로 사용하여오던 원통형에서 사각 통체로 변경하므로써 프로펠러 교반기를 따라 함께 회전하는 용액이 하우징의 각진 벽면에 부딪혀 삼각형 코너부에서 역회전 하는 와류를 형성하여 기존의 흐름 방향과 충돌하여 교반 효율을 극대화시키며, 하우징내의 용액은 배관을 통해 순환하여 투입되는 도중에 작은 구멍을 가진 복수개의 원판들을 차례로 통과하는 과정에서 원판들에 부딪혀 와류를 형성하여 믹싱 효율을 높이게 되므로써 교반시간을 크게 단축시켜 단위시간당 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 바이오 디젤의 생산을 위하여 교반될 식용유와 메탄올이 투입되는 하우징과, 상기 하우징 내의 용액을 회전에 의해 교반하는 프로펠러 교반기와, 상기 하우징내의 용액을 상하로 순환시키도록 형성되는 배관과, 상기 배관의 도중에 마련되어 용액을 믹싱하는 라인 믹서기 및 용액을 순환시키기 위한 펌프를 포함하여 구성되는 바이오 디젤 생산용 교반장치에 있어서, 상기 하우징은 사각 통체로 형성된 것을 특징으로 하는 바이오 디젤 생산용 교반장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 라인 믹서기는 중심부에 작은 구멍을 가진 원판을 간격을 두고 복수개 설치한 것을 특징으로 하는 바이오 디젤 생산용 교반장치.

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