KR101262792B1

KR101262792B1 - 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치

Info

Publication number: KR101262792B1
Application number: KR1020110065322A
Authority: KR
Inventors: 김미화; 이강선
Original assignee: 김미화
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2013-05-09
Also published as: KR20130003774A

Abstract

본 발명은 분자단 입자의 파쇄율을 높임으로써 서로 다른 비중의 디젤유와, 물 및 첨가제를 혼합하여 에멀션시켜도 장시간 교차결합(cross linking) 상태를 유지함으로써 유리상태(free state)로 되돌아가는 시간을 늘릴 수 있는 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 에멀션시 물 입자를 미세하게 파쇄하였기 때문에 연소시 매우 빠른 물 입자의 기화를 통해 미세 폭발(Micro Explosion)이 일어나면서 이를 에너지원으로 전환하여 사용할 수 있도록 하는 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 디젤유, 물 및 첨가제와 같이 서로 다른 3종류의 원료를 각각 적정 비율로 공급받을 수 있고, 그 공급된 원료들이 서로 고르게 혼합되도록 함으로써 연료의 연소 특성을 향상시킬 수 있는 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치에 관한 것이다.

Description

이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치{Ion smashing type emulsion apparatus for diesel oil}

본 발명은 분자단 입자의 파쇄율을 높임으로써 서로 다른 비중의 디젤유와, 물 및 첨가제를 혼합하여 에멀션시켜도 장시간 교차결합(cross linking) 상태를 유지함으로써 유리상태(free state)로 되돌아가는 시간을 늘릴 수 있는 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 에멀션시 물 입자를 미세하게 파쇄하였기 때문에 연소시 매우 빠른 물 입자의 기화를 통해 미세 폭발(Micro Explosion)이 일어나면서 이를 에너지원으로 전환하여 사용할 수 있도록 하는 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 디젤유, 물 및 첨가제와 같이 서로 다른 3종류의 원료를 각각 적정 비율로 공급받을 수 있고, 그 공급된 원료들이 서로 고르게 혼합되도록 함으로써 연료의 연소 특성을 향상시킬 수 있는 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 에멀션(emulsion)이란 액체 중에 이 액체와 혼합되지 않는 다른 액체가 미립화 상태로 균일하게 분산되어 있는 것으로, 특히 유중 수적형(water-in-oil type: W/O형)은 기름 속에 물이 작은 입자로 분산된 에멀션 형태를 의미하고, 특히 에멀션 연료는 연료로서 연소 가능한 에멀션 상태의 연료를 의미한다.

이러한 에멀션 연료는 중유나 경유 등과 같은 디젤유에 물과 계면활성제(첨가제 혹은 유화제)를 혼합한 것으로, 1차 미립화된 연료 유적(oil drop) 내에 자리 잡고 있는 수적(water drop)이 연소실의 고온 환경에서 급격하게 기화하는 현상 즉 미세폭발(micro explosion)로 인해 2차 미립화 되면서 연소용 공기와 연료의 접촉 면적이 극대화되고 완전 연소화되기 때문에 연료의 연소성을 대폭 개선시킨다.

또한, 에멀션 연료는 연소성이 나쁜 저급 연료의 연소효율을 높이고 미연소분으로 인한 연소실 및 전열면의 스케일 침적을 줄여 초기 전열효율을 유지하고, 연소성이 향상됨으로써 연소용 과잉공기를 줄일 수 있어서 열효율이 상승되며, 연소시 발생하는 배기가스 중 대기오염의 주범이 되는 분진, 매연, 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO) 등의 농도도 최소화 할 수 있다.

그러나, 이상과 같은 에멀션 연료는 디젤유와 물의 비중이 같지 않기 때문에 상기 디젤유와 물 이외에 첨가제(유화제)까지 넣어 혼합 및 교차결합(cross linking)시킨 경우라도, 일정 시간이 경과하면 유리상태(free state)로 되돌아가 비중이 큰 물은 하층에 비중이 작은 디젤유는 상층에 배치되도록 분리되어, 연료로 사용하기에 부적합하게 된다는 문제점이 있었다.

즉, 디젤유와 물은 서로 섞이지 않으려는 불안정한 분산계로서, 에멀션 연료의 효과가 최적으로 발휘되도록 하기 위해 미세하게 분산된 상태의 균일한 에멀션 연료유를 제조하는 것도 어렵지만, 공급시까지 에멀션 상태를 지속적으로 유지하는 것은 더욱 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 이상과 같은 에멀젼 연료에는 다량의 물이 첨가되어 있기 때문에, 연소시 그에 포함된 물이 기화되면서 연소열의 일부를 기화열로서 소모하게 되므로 전체적으로는 발열량이 줄어들어서, 이를 연료원으로 하는 각종 기계 혹은 설비에 사용시 불리한 점이 있었다.

또한, 디젤유, 물 및 첨가제와 같이 서로 다른 3종류의 원료는 그 비중, 평활성(levelling property), 점도 및 동결 융해성 등이 모두 다르기 때문에, 각각 적정 비율로 공급받는 것 자체가 어려움은 물론, 공급된 원료를 혼합하기 위해 일반적인 혼합방법을 사용하면 혼합 상태가 고르지 않아서 연료의 연소 특성이 나빠진다는 문제점이 있었다.

이에, 한국등록특허 제281230호 '경유 또는 중유를 이용한 유화유 연료의 제조방법 및 장치' 및 한국공개특허 제2010-78820호 '부분유화 시스템을 구비한 유중 수적형 에멀션 연료의 제조 및 공급장치' 등과 같이 상술한 문제점들을 해결하기 위한 많은 노력들이 있었으나 여전히 상술한 문제점이 발생하고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 분자단 입자의 파쇄율을 높임으로써 서로 다른 비중의 디젤유와, 물 및 첨가제를 혼합하여 에멀션시켜도 유리상태로 되돌아가는 시간을 늘릴 수 있어서 장시간 보관을 가능하게 하는 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 에멀션시 물 입자를 미세하게 파쇄하였기 때문에 연소시 매우 빠른 물 입자의 기화를 통해 미세 폭발이 일어나도록 함으로써 이를 각종 기계 설비의 에너지원으로 전환하여 사용할 수 있도록 하는 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 디젤유, 물 및 첨가제와 같이 서로 다른 3종류의 원료를 각각 적정 비율로 공급받을 수 있고, 그 공급된 원료들이 서로 고르게 혼합되도록 함으로써 연료의 연소 특성을 향상시킬 수 있는 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치를 제공하고자 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치는, 디젤유와, 물 및 첨가제를 각각 설정된 비율로 공급받는 공급기와; 상기 공급기로부터 공급된 디젤유와 물 및 첨가제를 서로 혼합하는 혼합기와; 상기 혼합기에서 혼합된 혼합 액체를 폭이 좁은 통로를 따라 고압으로 통과시켜 파쇄하는 다중 극 밀(multipole mill)과; 상기 다중 극 밀의 입력단 또는 출력단 측에 설치되되, 상기 혼합 액체가 고압으로 방출되도록 압력을 가하는 고압 펌프와; 상기 다중 극 밀에 의해 파쇄된 혼합 액체를 일시 저장하여 상기 혼합 액체의 분자단을 집결시키는 저장장치와; 상기 저장장치에 일시 저장된 혼합 액체를 공급받아 고압으로 배출하는 에멀션 정제장치; 및 상기 에멀션 정체 장치로부터 고압 분사된 혼합 액체를 분사노즐에 통과시켜 분무하고, 상기 분무된 혼합 액체를 공급받아 침전시킴으로써 에멀션 연료로서 제공하는 침전장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 공급기는 상기 디젤유와, 물 및 첨가제를 각각 공급하는 유량 펌프와; 상기 디젤유와, 물 및 첨가제의 공급량을 각각 조절하는 밸브; 및 상기 디젤유와, 물 및 첨가제를 각각 통과시키되, 판 형상으로 이루어져 있으며, 복수개의 관통공이 형성되어 있는 유량제한 공판;을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 혼합기는 일단은 상기 공급기와 연결되어 디젤유와, 물 및 첨가제를 공급받고, 타단에는 상기 혼합 액체가 배출되는 혼합액 출수관이 구비되어 있는 혼합 탱크와; 상기 혼합 탱크 내부 중심에 회전 가능하도록 설치된 혼합용 주축과; 상기 혼합용 주축의 외주면에 일정 간격마다 고정되어 있는 회전 스크류와; 상기 혼합용 주축의 일단과 연결되어 상기 혼합용 주축을 회전시키는 혼합용 모터와; 상기 혼합 탱크의 내측벽에 일정 간격마다 고정되며, 일부분은 상기 회전 스크류 사이에 삽입되도록 각각 배치된 고정 스크류;를 포함하여, 상기 혼합용 모터에 의해 회전 스크류가 회전되면, 상기 혼합 액체가 회전 스크류와 고정 스크류 사이에 형성된 유동로를 따라 지그재그 방향으로 통과하면서 혼합된 후 상기 혼합액 출수관을 통해 배출되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 다중 극 밀은 일단은 상기 혼합기의 출력측과 연결되어 상기 혼합 액체를 공급받고, 타단에는 상기 혼합 액체가 배출되는 밀 출수관이 구비되어 있는 밀 탱크와; 상기 밀 탱크 내부 중심에 회전 가능하도록 설치된 밀용 주축과; 상기 밀용 주축의 외주면에 일정 간격마다 고정된 판 형상으로 이루어져 있으며, 상기 밀 탱크의 내측벽과의 이격 거리가 상기 혼합 액체의 파쇄 크기에 대응하도록 설치된 회전 래핑(lapping)과; 상기 밀용 주축의 일단과 연결되어 상기 밀용 주축을 회전시키는 밀용 모터와; 상기 밀 탱크의 내측벽에 일정 간격마다 고정된 판 형상으로 이루어져 있으며, 상기 회전 스크류 사이에 각각 배치되되, 상기 밀용 주축과의 이격 거리가 상기 혼합 액체의 파쇄 크기에 대응하도록 설치된 고정 래핑과; 상기 밀용 주축과 함께 회전하도록 상기 밀용 주축에 고정되어 있으며, 상기 공급된 혼합 액체를 일측 방향으로 유동시키는 인수 휠; 및 상기 인수 휠에 의해 유동된 혼합 액체를 통과시키도록 복수개의 유동공이 관통형성되어 있는 다공판;을 포함하여, 상기 밀용 모터에 의해 인수 휠이 회전되면, 상기 혼합 액체가 상기 회전 래핑과 고정 래핑 사이에 형성된 유동로 및 다공판을 순차적으로 통과한 후 상기 밀 출수관을 통해 배출되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 에멀션 정제장치는 정제 펌프와; 상기 정제 펌프를 고속으로 가동시키는 정제 모터와; 상기 정제 펌프의 입력측에 연결되어 상기 저장장치로부터 혼합 액체를 공급받는 정제 입수관; 및 상기 정제 펌프의 출력측에 연결되어 상기 혼합 액체를 상기 침전장치로 배출하는 정제 배출관;을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 침전장치는 침전 탱크 및 상기 침전 탱크 내부에 설치된 상기 분사노즐을 포함하며, 상기 분사노즐은 상기 에멀션 정제장치로부터 고압으로 분사된 혼합 액체를 파쇄하여 상기 침전 탱크 내부로 분무하는 디젤유를 에멀션시켜 연료를 만드는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따른 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치에 의하면, 디젤유를 에멀션시켜도 유리상태로 되돌아가는 시간을 늘릴 수 있어서 장시간 보관을 가능하게 한다. 또한, 본 발명은 에멀션시 물 입자를 미세하게 파쇄하였기 때문에 연소시 매우 빠른 물 입자의 기화를 통해 미세 폭발이 일어나도록 함으로써 이를 각종 기계 설비의 에너지원으로 전환하여 사용할 수 있게 한다. 또한, 본 발명은 디젤유, 물 및 첨가제와 같이 서로 다른 3종류의 원료들이 서로 고르게 혼합되도록 함으로써 연료의 연소 특성을 향상시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치를 나타낸 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치의 혼합기를 나타낸 정단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치의 다중 극 밀을 나타낸 정단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치의 에멀션 정제장치를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치의 침전장치를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치의 분사노즐을 나타낸 도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치에 대해 설명한다.

먼저, 도 1을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치는 디젤유와, 물 및 첨가제를 각각 공급하는 공급기(110)와, 상기 공급된 디젤유와, 물 및 첨가제를 혼합하는 혼합기(120)와, 상기 혼합된 혼합 액체를 1차적으로 파쇄하는 다중 극 밀(multipole mill)(130)과, 상기 파쇄된 혼합 액체를 고압으로 분사시키는 고압 펌프(140)와, 상기 1차 파쇄된 혼합 액체를 일시 저장하는 저장장치(150)와, 상기 혼합 액체를 고압, 고속으로 분사하는 에멀션 정제장치(160) 및 상기 혼압 액체를 2차 파쇄하여 분무하고 이를 침전하는 침전장치(170)를 포함한다.

여기서, 상기 공급기(110)는 디젤유와, 오일 및 첨가제를 각각 서로 다른 특정 비율로 공급할 수 있도록 디젤유 공급부(110a)와, 물 공급부(110b) 및 첨가제 공급부(110c)로 이루어지며, 상기 디젤유 공급부(110a)와, 물 공급부(110b) 및 첨가제 공급부(110c)는 각각 컷 오프 밸브(111a), 유량조절 펌프(112a), 압력계(113a), 전동 밸브(114a) 및 유량제한 공판(115a)을 포함하고 있어서 에멀션 연료의 원료가 되는 디젤유와, 물 및 첨가제의 공급량을 각각 독립적으로 조절하여 혼합기(120)에 공급한다.

특히, 유량제한 공판(115a)은 전체적으로 판 형상으로 이루어져 있고, 그 면에는 직경이 대략 1mm인 구멍이 복수개(바람직하게는 30개 이상) 형성되어 있어서, 비중, 평활성, 점도, 동결 융해성 등이 서로 다른 물성 및 상태의 디젤유 등을 규정된 비례에 따라 혼합기(120)로 공급되는 것을 보장하고, 이때 직경이 작은 구멍을 통해 원료가 통과하는 과정에서 분자단이 예비적으로 파쇄되는 효과도 갖게 한다.

혼합기(120)는 이상과 같은 디젤유 공급부(110a)와, 물 공급부(110b) 및 첨가제 공급부(110c)로부터 각각 디젤유와, 물 및 첨가제를 공급받아 혼합한다. 일반적으로 디젤유와 물은 약 7:3의 중량비를 갖도록 공급되며 계면활성제 등과 같은 첨가제('유화제'라고도 함)는 그 종류에 따라 양이 결정되어 함께 첨가된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 혼합기(120)는 일 예로서 혼합 탱크(121)와, 상기 혼합 탱크(121) 내부 중심에 회전 가능하도록 설치된 혼합용 주축(122)과, 상기 혼합용 주축(122)의 외주면에 일정 간격마다 고정되어 있는 회전 스크류(123)와, 상기 혼합용 주축(122)을 회전시키는 혼합용 모터(M1)와, 혼합 탱크(121)의 내측벽에 일정 간격마다 고정되며, 일부분은 회전 스크류(123) 사이에 삽입되도록 배치된 고정 스크류(124)를 포함한다.

또한, 혼합 탱크(121)의 입력단(121a, 121b, 121c)은 공급기(110)와 연결되어 있어서 디젤유와, 물 및 첨가제를 각각 공급받도록 구성되고, 출력단에는 혼합액 출수관(121d)이 연결되어 있어서 상기 디젤유와, 물 및 첨가제가 혼합되어 이루어진 혼합 액체가 배출되게 한다.

따라서, 공급기(110)에서 혼합 탱크(121)로 디젤유와, 물 및 첨가제가 공급되고 있는 상태에서 혼합용 모터(M1)가 가동되어 혼합용 주축(122)이 회전되면, 상기 혼합용 주축(122)에 고정된 회전 스크류(123)도 함께 회전되면서 혼합 액체를 혼합액 출수관(121d) 측으로 유동시키고, 이때 혼합 액체는 회전 스크류(123)와 고정 스크류(124) 사이에 형성된 유동로를 따라 지그재그 방향으로 통과하면서 혼합됨에 따라 전체적으로 고른 혼합이 이루어지도록 한다.

다중 극 밀(130)은 혼합기(120)에서 혼합된 혼합 액체를 폭이 좁은 통로를 따라 고압으로 통과시켜 파쇄함에 따라 에멀션 연료의 상(phase) 안정성이 유지되도록 하는 것으로, 본 발명에서는 서로 다른 비중의 디젤유와, 물 및 첨가제를 혼합하여 에멀션시켜도 장시간 교차결합 상태를 유지함으로써 유리상태로 되돌아가는 시간이 늘어나도록 혼합 액체의 분자단 직경이 5um가 되도록 파쇄시키는 것을 목표로 한다.

이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 다중 극 밀(130)은 밀 탱크(131)와, 밀용 주축(132)과, 회전 래핑(lapping)(133)과, 밀용 모터(M2)와, 고정 래핑(134)과, 인수 휠(135) 및 다공판(136)을 포함하며, 밀 탱크(131)의 입력단(131a)은 혼합기(120)의 출력단인 혼합액 출수관(121d)과 연결되어 있고, 출력단에는 밀 출수관(131b)이 연결되어 있다.

또한, 밀용 주축(132)은 밀 탱크(131) 내부 중심에 회전 가능하도록 설치되고, 회전 래핑(133)은 밀용 주축(132)의 외주면에 일정 간격마다 고정된 판 형상으로 이루어져 있다. 이때, 회전 래핑(133)과 밀 탱크(131)의 내측벽 사이의 이격 거리는 혼합 액체의 파쇄 크기에 대응하는 5um가 되도록 한다.

또한, 밀용 모터(M2)는 밀용 주축(132)의 일단과 연결되어 밀용 주축(132)을 회전시키도록 하고, 고정 래핑(134)은 밀 탱크(131)의 내측벽에 일정 간격마다 고정된 판 형상으로 이루어져 있고, 회전 스크류(123) 사이에 각각 배치된다. 이때, 고정 래핑(134)과 밀용 주축(132) 사이의 이격 거리는 혼합 액체의 파쇄 크기에 대응하는 5um가 되도록 한다.

다만, 서로 수직한 방향으로 나란히 설치된 회전 래핑(133)과 고정 래핑(134) 사이의 간격 역시 5um가 되도록 배치(도면에서는 실제보다 간격을 넓게 표현)함에 따라, 회전 래핑(133)과 밀 탱크(131) 벽면 사이의 간극에 의해 형성된 유동통로와 고정 래핑(134)과 밀용 주축(132) 사이의 간극에 의해 형성된 유동통로를 통과한 혼합 액체가 안정적으로 유동될 수 있게 한다.

회전 래핑(133)과 고정 래핑(134)에 대한 출력측 방향에 설치된 인수 휠(135)은 혼합 액체의 유동을 발생시키는 것으로 상기 밀용 주축(132)과 함께 회전하도록 밀용 주축(132)에 고정되어 있으며, 다공판(136)은 인수 휠(135)에 의해 유동된 혼합 액체를 통과시키도록 복수개의 유동공이 관통 형성되어 있다.

따라서, 혼합 액체가 공급되고 있는 상태에서 밀용 모터(M2)가 가동되어 밀용 주축(132)이 회전되면, 그에 고정된 인수 휠(135)도 함께 회전하면서 입력된 혼합 액체를 유동시키고, 혼합 액체는 회전 래핑(133)과 밀 탱크(131)의 내측벽 사이의 간극과, 회전 래핑(133)과 고정 래핑(134) 사이의 공간 및 고정 래핑(134)과 밀용 주축(132) 사이의 간극을 따라 지그재그 방향으로 고속으로 유동되면서 파쇄 전에는 약 14um 이었던 분자단 직경이 약 5um가 되도록 파쇄한다.

고압 펌프(140)는 혼합 액체가 고압으로 방출될 수 있도록 압력을 가하는 것으로서, 도 1에서는 다중 극 밀(130)의 출력단 측에 설치되어 있는 것을 예로 들었으나, 다중 극 밀(130)의 입력단 측에 연결될 수도 있으며, 이러한 고압 펌프(140)에 의해 다중 극 밀(130)은 물론 혼합기(120) 내부를 통해 유동하는 혼합 액체에 압력을 가하여 유동을 강제함으로써 혼합 액체의 유동 속도를 높이고 그 파쇄 효과를 더욱 높일 수 있게 한다.

저장장치(150)는 다중 극 밀(130)에 의해 파쇄된 혼합 액체를 일시 저장함에 따라 혼합 액체의 분자단을 집결시키는 것으로, 이러한 저장장치(150)는 내부에 액체를 수용할 수 있는 공간을 구비하고 있다.

에멀션 정제장치(160)는 상기 저장장치(150)에 일시 저장된 혼합 액체를 공급받아 고압, 고속으로 배출시키는 것으로, 당해 에멀션 정제장치(160)에 의해 고압, 고속으로 배출된 혼합 액체가 침전장치(170)에 구비된 분사노즐(173)로 공급되면, 다중 극 밀(130)에 의해 5um까지 파쇄된 혼합 액체의 분자단 직경이 3um까지 작아지도록 더욱 미세하게 파쇄되는 효과를 갖게 한다.

이러한 에멀션 정제장치(160)는 도 4에 도시된 바와 같이 케이스(CA) 내부에 구비된 정제 펌프(미도시)와, 상기 정제 펌프를 고속으로 가동시키는 정제 모터(M3)와, 상기 정제 펌프의 입력측에 연결되어 저장장치(150)로부터 혼합 액체를 공급받는 정제 입수관(161) 및 상기 정제 펌프의 출력측에 연결되어 혼합 액체를 침전장치(170)로 배출하는 정제 배출관(162)을 포함하며, 정제 모터(M3)의 주축(즉, 회전축)(163)은 정제 펌프의 회전부(미도시)와 연결되어 있다.

따라서, 정제 모터(M3)가 가동되어 정제 펌프가 펌핑(pumping)을 시작하면 정제 입수관(161)을 통해 유입된 혼합 액체가 정제 펌프의 펌핑 작용에 의해 고압, 고속으로 분사되고, 이와 같이 분사된 혼합 액체는 정제 배출관(162)을 통해 배출되어 후술할 침전장치(170)로 공급된다.

침전장치(170)는 도 5에 도시된 바와 같이 침전 탱크(171) 및 상기 침전 탱크(171) 내부에 설치된 분사노즐(173)을 포함하고 있어서, 에멀션 정제장치(160)로부터 고압 분사된 혼합 액체를 분사노즐(173)에 통과시켜 분무하면, 그 분무된 혼합 액체가 침전 탱크(171)에 침전 및 저장됨으로써 에멀션 연료로 제공되게 한다.

이를 위해, 침전 탱크(171)는 그 내부에 분사노즐(173)을 통과하면서 파쇄 및 분무된 혼합 액체를 수용하는 공간부를 갖고, 일측 단부에는 혼합 액체가 유입되는 유입관(171a)이 구비되어 있으며, 타측 단부에는 혼합 액체가 배출되는 배출관(171b)이 구비되어 있다.

그리고, 분사노즐(173)은 도 6의 (a)에 좀더 상세히 도시한 바와 같이 커버(C)에 의해 외측이 둘러싸이도록 설치되고, 혼합 액체의 유입측에는 에멀션 정제장치(160)의 정제 배출관(162)과 연통된 커넥터(172)가 설치되어 있으며, 상기 커넥터(172)에는 여과망(172b)이 설치되어 있다. 여과망(172b)은 이물질을 걸러내는 역할도 하지만 혼합 액체를 파쇄하여 분사노즐(173)에 공급하는 역할도 한다.

또한, 상기 유입관(171a)과 커넥터(172) 사이에는 이들을 서로 연결하는 사류관(射流管)이 있는데, 상기 사류관은 유입된 혼합 액체가 유속을 더욱 빠르게 한다.

분사노즐(173)은 도 6의 (b) 및 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 파쇄 노즐 헤드(173a)와 노즐 몸체(173b)로 이루어지는데, 노즐 몸체(173b)는 대략 원통 형상으로 이루어져 있고, 파쇄 노즐 헤드(173a)는 노즐 몸체(173b)의 상면에 결합되어 있으며 반 구형상으로 이루어져 있다.

이때, 노즐 몸체(173b)는 상기 커넥터(172)와 연결되는 하면 중심부에 홈이 형성되어 있고, 이 홈에는 커넥터(172)의 상면 중심부에 돌출된 회전돌기(172a)가 끼워짐에 따라, 상기 회전돌기(172a)를 회전축으로 하여 노즐 몸체(173b)가 회전하면 파쇄 노즐 헤드(173a)도 함께 회전한다.

또한, 노즐 몸체(173b)와 커버(C) 사이에 약간의 간격을 구비하여 이를 혼합 액체의 유로로 사용할 수 있도록 노즐 몸체(173b)의 외경은 커버(C)의 내경보다 약간 작게 되어 있다. 따라서, 커넥터(172)를 통해 공급된 혼합 액체가 노즐 몸체(173b)와 커버(C) 사이의 유로를 통해 파쇄 노즐 헤드(173a)까지 전달될 수 있게 한다.

이때, 파쇄 노즐 헤드(173a)의 표면에는 나선 방향을 따라 대략 그 깊이와 넓이가 0.5mm인 나선홈(S)이 복수개 형성되어 있고, 나선홈(S)은 상술한 노즐 몸체(173b)와 커버(C) 사이의 유로와 연결되어 있다.

따라서, 유로를 통해 공급된 혼합 액체가 나선홈(S)을 따라 배출되면 그 유압을 원동력으로 하여 노즐 몸체(173b)와 파쇄 노즐 헤드(173a)가 고속으로 회전함에 따라 혼합 액체의 분자단이 고도의 운동을 하면서 그 분자결정 격자가 느슨해 지고, 고속의 사류충격성(射流衝擊性)에 의해 분자단의 직경이 3um까지 작아지도록 파쇄된다.

또한, 각 나선홈(S)들은 파쇄 노즐 헤드(173a)의 상단에 형성되어 있는 반원형 홈(G)에 연결되어 있고, 커버(C)는 파쇄 노즐 헤드(173a)에 구비된 반원형 홈(G)과 대응하는 부분에 분무공이 형성되어 있어서, 고속으로 회전 중인 파쇄 노즐 헤드(173a)를 통해 혼합 액체가 분출되는 과정에서 파쇄가 일어나고 분무 현상을 발생시키게 한다.

특히, 반원형 홈에는 끝이 뾰족한 첨두 돌기(P)가 설치되어 있어서 상기 고속 분사된 혼합 액체가 첨두 돌기(P)에 부딧히면서 더욱 큰 파쇄 효과를 갖게 한다.

한편, 침전장치(170)의 출력단에는 송출관도가 연결되어 있고, 상기 송출관도에는 전자 밸브(181) 및 컷 오프 밸브(182) 등이 설치되어 있어서, 디젤유 에멀션 연료를 연료 공급장치나 탱크 혹은 각종 기계 설비로 송출하며, 위에서 설명한 다양한 구성들은 중앙제어장치에 의해 자동으로 제어되거나 그 외 관리자에 의해 수동으로 제어될 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치에 의하면 디젤유와 물이 혼합기(120)에서 충분히 혼합된 후, 후속으로 다중 극 밀(130)과 분사노즐(173) 등에 의해 파쇄되면서 에멀션이 이루어지므로 고농도의 새로운 에멀션 연료가 형성된다.

특히, 고농도 작은 입자의 에멀션 연료는 그 농도가 높고 분자단의 유리 상태의 마찰계수 특성이 향상되어 층분리 시간이 연장되어 12개월이라는 긴 시간 동안 에멀션 연료를 저장할 수 있게 한다.

또한, 미세한 입자 상태의 에멀션 연료가 내연기관인 실린더 등에 공급되었을 때 당해 에멀션 연료가 매우 빠르게 연소되고, 그와 같은 연소 상태에서 파쇄를 통해 매우 작아진 물 분자를 빠르게 기화시키며 미세폭발을 일으킬 수 있게 한다.

따라서, 비록 물의 기화에 의해 연료의 연소열을 일부 빼앗기는 과정에서 발열량이 다소 저하되기는 하지만, 상기 미세폭발에 의한 힘을 실린더를 움직이는 동력으로 사용할 수 있으므로 기화열에 의한 에너지 낭비를 보상할 수 있게 한다.

또한, 매우 작은 분자단에 의해 에멀션 연료의 완전 연소가 가능하고, 물은 기화되어 없어지므로, 연료의 연소 후 발생되는 잔류물이 매우 적고, 배기가스의 배출로 인한 대기오염을 줄여 대기환경 보호에 매우 유리하다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

110: 공급기 110a: 디젤유 공급부
110b: 물 공급부 110c: 첨가제 공급부
120: 혼합기 130: 다중 극 밀(multipole mill)
140: 고압 펌프 150: 저장장치
160: 에멀션 정제장치 170: 침전장치
171: 침전탱크 172: 커넥터
172a: 사류관 173: 분사노즐

Claims

디젤유를 에멀션시켜 연료를 만드는 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치에 있어서,
디젤유와, 물 및 첨가제를 각각 설정된 비율로 공급받는 공급기(110)와;
상기 공급기(110)로부터 공급된 디젤유와 물 및 첨가제를 서로 혼합하는 혼합기(120)와;
상기 혼합기(120)에서 혼합된 혼합 액체를 폭이 좁은 통로를 따라 고압으로 통과시켜 파쇄하는 다중 극 밀(multipole mill)(130)과;
상기 다중 극 밀(130)의 입력단 또는 출력단 측에 설치되되, 상기 혼합 액체가 고압으로 방출되도록 압력을 가하는 고압 펌프(140)와;
상기 다중 극 밀(130)에 의해 파쇄된 혼합 액체를 일시 저장하여 상기 혼합 액체의 분자단을 집결시키는 저장장치(150)와;
상기 저장장치(150)에 일시 저장된 혼합 액체를 공급받아 고압으로 배출하는 에멀션 정제장치(160); 및
상기 에멀션 정체 장치로부터 고압 분사된 혼합 액체를 분사노즐(173)에 통과시켜 분무하고, 상기 분무된 혼합 액체를 공급받아 침전시킴으로써 에멀션 연료로서 제공하는 침전장치(170);를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치.
제1항에 있어서,
상기 공급기(110)는,
상기 디젤유와, 물 및 첨가제를 각각 공급하는 유량 펌프(113a)와;
상기 디젤유와, 물 및 첨가제의 공급량을 각각 조절하는 밸브(111a, 114a); 및
상기 디젤유와, 물 및 첨가제를 각각 통과시키되, 판 형상으로 이루어져 있으며, 복수개의 관통공이 형성되어 있는 유량제한 공판(115a);을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치.
제1항에 있어서,
상기 혼합기(120)는,
일단은 상기 공급기(110)와 연결되어 디젤유와, 물 및 첨가제를 공급받고, 타단에는 상기 혼합 액체가 배출되는 혼합액 출수관(121d)이 구비되어 있는 혼합 탱크(121)와;
상기 혼합 탱크(121) 내부 중심에 회전 가능하도록 설치된 혼합용 주축(122)과;
상기 혼합용 주축(122)의 외주면에 일정 간격마다 고정되어 있는 회전 스크류(123)와;
상기 혼합용 주축(122)의 일단과 연결되어 상기 혼합용 주축(122)을 회전시키는 혼합용 모터(M1)와;
상기 혼합 탱크(121)의 내측벽에 일정 간격마다 고정되며, 일부분은 상기 회전 스크류(123) 사이에 삽입되도록 각각 배치된 고정 스크류(124);를 포함하여,
상기 혼합용 모터(M1)에 의해 회전 스크류(123)가 회전되면, 상기 혼합 액체가 회전 스크류(123)와 고정 스크류(124) 사이에 형성된 유동로를 따라 지그재그 방향으로 통과하면서 혼합된 후 상기 혼합액 출수관(121d)을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치.
제1항에 있어서,
상기 다중 극 밀(130)은,
일단은 상기 혼합기(120)의 출력측과 연결되어 상기 혼합 액체를 공급받고, 타단에는 상기 혼합 액체가 배출되는 밀 출수관(131b)이 구비되어 있는 밀 탱크(131)와;
상기 밀 탱크(131) 내부 중심에 회전 가능하도록 설치된 밀용 주축(132)과;
상기 밀용 주축(132)의 외주면에 일정 간격마다 고정된 판 형상으로 이루어져 있으며, 상기 밀 탱크(131)의 내측벽과의 이격 거리가 상기 혼합 액체의 파쇄 크기에 대응하도록 설치된 회전 래핑(133)(lapping)과;
상기 밀용 주축(132)의 일단과 연결되어 상기 밀용 주축(132)을 회전시키는 밀용 모터(M2)와;
상기 밀 탱크(131)의 내측벽에 일정 간격마다 고정된 판 형상으로 이루어져 있으며, 상기 회전 스크류(123) 사이에 각각 배치되되, 상기 밀용 주축(132)과의 이격 거리가 상기 혼합 액체의 파쇄 크기에 대응하도록 설치된 고정 래핑(134)과;
상기 밀용 주축(132)과 함께 회전하도록 상기 밀용 주축(132)에 고정되어 있으며, 상기 공급된 혼합 액체를 일측 방향으로 유동시키는 인수 휠(135); 및
상기 인수 휠(135)에 의해 유동된 혼합 액체를 통과시키도록 복수개의 유동공이 관통형성되어 있는 다공판(136);을 포함하여,
상기 밀용 모터(M2)에 의해 인수 휠(135)이 회전되면, 상기 혼합 액체가 상기 회전 래핑(133)과 고정 래핑(134) 사이에 형성된 유동로 및 다공판(136)을 순차적으로 통과한 후 상기 밀 출수관(131b)을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치.
제1항에 있어서,
상기 에멀션 정제장치(160)는,
정제 펌프와;
상기 정제 펌프를 고속으로 가동시키는 정제 모터(M3)와;
상기 정제 펌프의 입력측에 연결되어 상기 저장장치(150)로부터 혼합 액체를 공급받는 정제 입수관(161); 및
상기 정제 펌프의 출력측에 연결되어 상기 혼합 액체를 상기 침전장치(170)로 배출하는 정제 배출관(162);을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치.
제1항에 있어서,
상기 침전장치(170)는,
침전 탱크(171) 및 배출측이 상기 침전 탱크(171) 내부에 설치된 상기 분사노즐(173)을 포함하며, 상기 분사노즐(173)은 상기 에멀션 정제장치(160)로부터 고압으로 분사된 혼합 액체를 파쇄하여 상기 침전 탱크(171) 내부로 분무하는 것을 특징으로 하는 이온 파쇄형 디젤유 에멀션 장치.