KR100829844B1 - 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유화된 물과 기름이 분리되는 것을 방지하면서 연소과정에서 연소효율은 증대시키고 질소 산화물 등의 대기 오염물질의 발생은 줄일 수 있는 유화 연료 제조시스템에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명에서는 중유를 공급하는 중유탱크와; 물을 공급하는 물탱크와; 유화제를 공급하는 유화제탱크와; 상기 중유탱크, 물탱크, 유화제탱크로부터 중유와 물 및 유화제를 공급받아 혼합하여 유화연료로 변환시키는 1차혼합기와; 상기 1차혼합기로부터 공급된 유화연료를 미립자형태를 갖도록 재 혼합시키는 2차혼합기와; 상기 2차혼합기로부터 공급된 유화연료가 저장되는 유화연료저장탱크를 포함하여 이루어진 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템을 제공한다.

따라서 본 발명은 유화연료의 보관 및 저장성이 획기적으로 향상시키고, 연소효율을 크게 향상시키며, 무기질 성분의 유화제로 인하여 연소 촉진 및 대기오염 물질의 발생을 크게 줄이는 유용한 효과가 있다.

중유, 유화제, 물, 혼합.

Description

온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템{Preparing system of emulsified fuel for decreasing greenhouse gases}

도 1은 본 발명에 따른 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템을 개략적으로 나타낸 블록도,

도 2는 본 발명에 따른 1차혼합기의 구조를 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 1차혼합기 중 나선형날개 부분을 나타낸 단면도,

도 4a,4b는 본 발명에 따른 2차혼합기의 구조를 나타낸 일측면도와 그 분리도,

도 4c는 본 발명에 따른 2차혼합기의 구동컷터를 나타낸 정면도,

도 5a,5b는 본 발명에 따른 유화연료 입자를 나타낸 확대도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 중유탱크 200 : 물탱크

300 : 유화제탱크 400 : 1차혼합기

410,420,430 : 제1,2,3하우징

440 : 나선형날개 450 : 물 주입구

451 : 노즐 460 : 유화제 주입구

461 : 노즐 500 : 2차혼합기

510 : 모터 520 : 하우징

530 : 구동컷터 531,532,533 : 제1,2,3회전컷터

535 : 믹싱홈 536 : 미세홈

540 : 커버 600 : 유화연료저장탱크

본 발명은 벙커C유와 같은 중유 연료와 물을 혼합하는 유화연료의 제조시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유화된 중유와 물이 분리되는 것을 방지하면서 연소과정에서 연소효율은 증대시키고 질소 산화물 등의 대기 오염물질의 발생은 줄일 수 있는 유화 연료 제조시스템에 관한 것이다.

일반적으로 중유는 원유로부터 LPG, 가솔린, 등유, 경유 등을 증류하고 남은 기름으로서, 주로 디젤기관이나 보일러 가열용, 화력발전용으로 사용되는 석유를 말하며, 그 품질은 비중(0.9~0.95)이나 점도 등에 따라 A중유, B중유, C중유의 세 종류로 나뉜다.

이러한 중유는 등유나 경유에 비하여 가격이 저렴하고 석탄에 비하여 발열량이 2배나 높은 장점이 있으나, 그 성질상 증발이 어렵기 때문에 쉽게 연소되지 않는 단점이 있고, 또한 연소과정에서 침전물이 발생되어 펌프나 노즐, 분무구멍 등 을 막히게 한다. 특히 중유는 연소과정에서 질소산화물, 황산화물, 이산화탄소, 먼지, 스모그 등 다량의 대기오염물질을 발생시키는 단점이 있다.

이에 따라 중유의 단점을 해결하기 위하여 중유에 물을 혼합하거나, 중유에 별도의 화학 유화제를 첨가한 Oil-Water 유화제 연료가 개발되어 사용되고 있다. 이러한 Oil-Water 유화제 연료는 연소과정에서 중유와 물의 비등점 차이를 이용한 것으로, 중유와 물의 비등점 차이로 인해 물 입자가 미립자로 폭발하고, 물 입자의 폭발로 인해 기름 입자가 미세화 되어 폭발하므로 연소를 촉진시키게 되며, 이로 인하여 연소효율의 증대와 질소산화물의 발생을 줄이게 된다.

그러나 종래의 Oil-Water 유화제 연료의 제조방법은 단순히 중유에 물을 혼합하는 방식이므로 보관 및 연소과정에서 중유와 물이 분리되는 현상이 발생되었다. 따라서 미립자 형태의 물을 이용한 고온의 효율적 연소가 곤란해지고, 이로 인하여 다량의 불순물과 침전물 및 많은 온실가스가 발생되며, 물로 인하여 배관이나 엔진을 부식시키는 심각한 문제점이 발생되었다.

또한 계면활성제와 같이 별도의 화학 유화제를 첨가한 Oil-Water 유화제 연료 제조방법의 경우에는 화학적인 계면활성제의 특성상 50~60℃ 이상에서는 물 입자를 유지할 수 없는 문제점이 발생되었다. 따라서 중유의 적정 가열온도(68~72℃)와의 온도 차이로 인하여 안정된 연소상태를 유지할 수 없고, 화학 첨가재로 인하여 연소과정에서 새로운 오염을 초래할 가능성이 매우 높은 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 중유와 물의 유화상태를 안정적이고 지속적으로 유지할 수 있도록 하는 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 유화연료의 연소과정에서 완전연소를 도모하여 연소효율을 높이고, 대기오염물질이나 불순물의 발생을 줄일 수 있는 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템은 중유를 공급하는 중유탱크와; 물을 공급하는 물탱크와; 유화제를 공급하는 유화제탱크와; 상기 중유탱크, 물탱크, 유화제탱크로부터 중유와 물 및 유화제를 공급받아 혼합하여 유화연료로 변환시키는 1차혼합기와; 상기 1차혼합기로부터 공급된 유화연료를 미립자형태를 갖도록 재 혼합시키는 2차혼합기와; 상기 2차혼합기로부터 공급된 유화연료가 저장되는 유화연료저장탱크를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템에 대한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 도시한 바와 같이 본 발명의 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템은 크게 중유탱크(100), 물탱크(200), 유화제탱크(300), 1차혼합기(400), 2 차혼합기(500), 유화연료저장탱크(600)로 이루어진다.

먼저, 중유탱크(100)는 유화연료의 제조를 위한 중유를 공급하기 위한 탱크로서, 본 발명에서는 중유의 일 예로 벙커C유를 사용하였으며, 펌프와 밸브 등을 갖는 통상의 배관을 통해 안정적이고 지속적으로 1차혼합기(400)에 공급될 수 있도록 하였다.

물탱크(200)는 중유에 혼합되는 물을 공급하는 탱크로서, 본 발명에서는 물의 공급량을 중유 100중량% 당 5~30중량%의 비율로 공급되도록 하고, 보다 바람직하게는 중유 70중량% 당 30중량%의 비율로 공급되도록 하며, 펌프와 밸브 등을 갖는 통상의 배관을 통해 1차혼합기(400)로 안정적이고 지속적으로 공급될 수 있도록 하였다.

유화제탱크(300)는 중유와 물을 유화시키는 유화제를 저장 및 공급하는 탱크로서, 본 발명에서는 유화제의 일 예로 물, 게르마늄, 유황, 탄소, 수소, 질소, 염소, 나트륨, 칼슘, 마그네슘, 바나듐, 철, 알루미늄, 니켈, 실리콘을 포함하여 이루어진 것을 사용하였다. 그리고 그 공급량은 중유와 물의 합한 100중량% 당 0.1~0.5중량% 로 공급하였으며, 중유와 물의 유화 효과를 높일 수 있도록 펌프와 밸브 등을 갖는 통상의 배관을 통해 1차혼합기(400)로 공급될 수 있도록 하였다.

1차혼합기(400)는 도 2에서 도시한 바와 같이 중유탱크(100), 물탱크(200), 유화제탱크(300)로부터 각각 공급되는 중유와 물 및 유화제를 혼합하여 유화시키는 것으로, 본 발명에서는 그 일 예로 제1,2,3하우징(410)(420)(430)이 플랜지 결합된 구조의 하우징과, 제3하우징(430)에 내장된 다수의 나선형날개(440)와, 제1,2하우 징(410)(420의 일측에 기밀하게 설치된 노즐(451)(461)을 갖는 물 주입구(450) 및 유화제 주입구(460)로 구성하였다.

여기서 1차혼합기(400)는 다른 배관과 마찬가지로 열선이 설치되어 중유의 최적 유화온도를 유지할 수 있도록 하였다.

따라서 1차혼합기(400)는 제1,2,3하우징(410)(420)(430)과 물 주입구(450) 및 유화제 주입구(460)를 통해 각각 공급되는 중유, 물, 유화제가 다수의 나선형날개(440)를 통과하면서 서로 혼합되어 유화작용이 이루어지게 된다. 특히 도 2, 도3에서 도시한 바와 같이 나선형날개(440)는 나선방향이 일정하지 아니하고, 각각 서로 직각으로 교차되게 설치되므로 중유와 물 및 유화제의 흐름이 뒤섞이듯 빈번하게 혼합되며, 이러한 과정을 통해 중유와 물 및 유화제의 혼합이 효율적으로 이루어지게 된다.

2차혼합기(500)는 도 4a,4b에서 도시한 바와 같이 상기한 1차혼합기(400)에 의해 1차 혼합이 이루어진 중유를 2차 혼합하여 유화연료를 보다 미립화 및 유화시키는 것으로서, 본 발명에서는 그 일예로 모터(510)와, 모터(510)에 누유를 방지하도록 기밀하게 결합한 하우징(520)과, 하우징(520) 내측에 위치되어 모터(510) 축에 결합되며 회전시 유화연료를 미립화시키도록 믹싱홈(535)을 형성한 컷터와, 상기한 하우징(520)에 결합한 커버(540)로 구성하였다.

여기서 하우징(520)은 단일 제품을 사용하는 것도 가능하나, 도4b에서 도시한 바와 같이 두개로 분할된 것을 조립하여 사용하는 것도 가능하다. 그리고 컷터는 도 4c에서 도시한 바와 같이 모터(510) 축의 구동력에 의해 회전하는 구동컷 터(530), 이러한 구동컷터(530)와 면 접촉되어 마찰력에 의해 구동되는 제1,2회전컷터(531)(532), 그리고 제2회전컷터(532)와 면 접촉되어 마찰력에 의해 회전하는 제3회전컷터(533)로 구성하는 것이 바람직하다. 또한 구동컷터(530)와 제1,2,3회전컷터(531)(532)(533)의 양면에는 미세홈(536)을 형성하여 유체저항을 증가시키므로 유화연료를 보다 미립화시키도록 하였다.

유화연료저장탱크(600)는 상기한 2차혼합기(500)에 의해 유화된 유화연료가 저장되는 탱크이다.

이와 같이 이루어진 본 발명의 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템은 1차혼합기(400)의 나선형날개(440)에 의해 중유와 물 및 유화제가 혼합되어 중유와 물을 유화시키고, 대략 3500~4000rpm의 속도로 회전하는 2차혼합기(500)의 구동컷터(530)와 제1,2,3회전컷터(531)(532)(533)에 의해 유화된 중유와 물을 미립화시키면서 가일층 유화시키므로 중유와 물의 유화 안정성을 크게 향상시키게 된다.

특히, 각각 개별적으로 회전되는 구동컷터(530)와 제1,2,3회전컷터(531)(532)(533)의 믹싱홈(535)은 2차혼합기(500) 내부로 유입된 유화연료를 마치 컷팅하듯 강하게 뒤섞는 역할을 하고, 다수의 미세홈(536)은 유화연료와 마찰작용을 발생시켜 중유와 물을 가일층 미립화시키는 작용을 하게 되므로 중유와 물의 유화작용이 가일층 신속하고 효율적으로 이루어지게 된다.

따라서 본 발명에 따라 제조된 유화연료는 도 5a에서 도시한 바와 같이 물 입자를 중유가 감싸는 캡슐 형태로 변환되므로 중유와 물의 유화상태가 안정적으로 유지되어 장기간 저장 또는 보관이 가능하다. 그리고 본 발명에 따라 제조된 유화연료는 연소 과정에서 도 5b에서 도시한 바와 같이 물 입자의 폭발로 인해 물 입자를 감싸고 있는 중유가 미립자 형태로 분할되어 폭발되므로 연소효율이 획기적으로 향상될 뿐만 아니라 연소에 따른 불순물이나 슬러지 등의 발생도 현저하게 줄어들게 된다.

뿐만 아니라, 본 발명에서 투입되는 유화제는 그 성분이 대부분 무기질로 구성되므로 기존의 화학 유화제와는 달리, 온도에 크게 관계없이 중유와 물의 유화 상태를 안정적으로 유지시키고, 유화가 이루어진 물 입자의 크기도 변화시키지 않는다. 그리고 무기질 성분의 유화제는 잔여 산소량이 0.5%인 경우에도 연소가 가능하므로 일반적인 연소과정에서 거의 완전연소가 이루어지며, 이에 따라 아래의 <표1>에서 같은 배기가스 저감효과를 얻을 수 있었다.

<표 1>

항목	결과
질소산화물(NOx)	40ppm 감소
이산화탄소(CO2)	5~10% 감소
연기(Smoke)	50% 이상 감소
다이옥신	배출되지 않음

한편, 이와 같은 본 발명의 실시 예는 바람직한 일 예를 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명의 적용범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며, 동일사상의 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 중유탱크, 물탱크, 유화제탱크를 통해 중유와 물 및 유화제를 공급하고, 1,2차혼합기를 통해 중유와 물을 미립화시켜 캡슐 형태로 유화시키게 된다.

따라서 본 발명은 물 입자를 중유가 감싸는 캡슐 형태로 중유와 물을 유화시키므로 유화연료의 보관 및 저장성이 획기적으로 향상시키는 효과가 있고, 연소과정에서 중유입자를 미립화시켜 연소효율을 크게 향상시키는 매우 뛰어난 효과가 있다.

또한 본 발명은 무기질 성분의 유화제를 사용하므로 유화 연료의 연소과정에서 중유의 연소를 촉진시킬 뿐만 아니라, 연소에 따른 대기오염 물질과 온실가스의 발생을 크게 줄이는 유용한 효과가 있다.

더욱이 본 발명은 유화의 안정성과 물 성분의 증가로 인하여 기존의 유화 연료에 비하여 중유의 혼합비율이 크게 줄일 수 있으며, 이에 따라 유화 연료의 생산단가를 크게 절감할 수 있는 유용한 효과도 있다.

Claims (13)

1. 중유를 공급하는 중유탱크(100)와;

   물을 공급하는 물탱크(200)와;

   유화제를 공급하는 유화제탱크(300)와;

   상기 중유탱크(100), 물탱크(200), 유화제탱크(300)로부터 중유와 물 및 유화제를 공급받아 혼합하여 유화연료로 변환시키는 1차혼합기(400)와;

   상기 1차혼합기(400)로부터 공급된 유화연료를 미립자형태를 갖도록 혼합시키는 2차혼합기(500)와;

   상기 2차혼합기(500)로부터 공급된 유화연료가 저장되는 유화연료저장탱크(600)

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 1차혼합기(400)에 공급되는 물은 중유 100중량% 당 5~30중량%로 공급되는 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 1차혼합기(400)에 공급되는 물은 중유 70중량% 당 30중량%로 공급되는 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스 템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 1차혼합기(400)에 공급되는 유화제는 중유와 물의 합 100중량% 당 0.1~0.5중량%로 공급되는 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 유화제는 물, 게르마늄, 유황, 탄소, 수소, 질소, 염소, 나트륨, 칼슘, 마그네슘, 바나듐, 철, 알루미늄, 니켈, 실리콘을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 1차혼합기(400)는 중유가 통과하는 하우징과;

   상기 하우징에 내장한 나선형날개(440)와;

   상기 하우징에 설치한 물 주입구(450)와;

   상기 하우징에 설치한 유화제 주입구(460)

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 하우징은

   물 주입구(450)가 설치되는 제1하우징(410)과;

   유화제 주입구(460)가 설치되는 제2하우징(420)과;

   상기 나선형날개(440)가 내장되는 제3하우징(430)

   으로 이루어진 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 물 주입구(450)와 유화제 주입구(460)는 물과 유화제의 원활한 주입을 위해 노즐(451)(461)을 내장한 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 1차혼합기(400)는 열선을 설치한 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 2차혼합기(500)는 모터(510)와;

    상기 모터(510)에 결합한 하우징(520)과;

    상기 하우징(520)에 내장되어 모터(510) 축과 결합되며 중유와 물 및 유화제를 미립화하여 혼합하는 역할의 믹싱홈(535)을 형성한 다수의 컷터와;

    상기 하우징(520)에 결합한 커버(540)

    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 모터(510)와 하우징(520) 및 커버(540)는 나사 체 결방식으로 기밀하게 결합한 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 하우징(520)은 다수로 이루어지고;

    상기 컷터는 모터(510) 축을 구동력에 의해 회전하는 구동컷터(530)와 상기 구동컷터(530)와 면 접촉되어 구동되는 제1,2회전컷터(531)(532) 및 상기 제2회전컷터(532)와의 면 접촉에 의해 회전하는 제3회전컷터(533)로 이루어지며;

    상기 구동컷터(530)와 제1,2,3회전컷터(531)(532)(533)는 각각 양면에 미세홈(536)을 형성한 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 중유는 벙커C유인 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 유화연료 제조시스템.

Images