KR101463972B1 - 유화연료 제조장치 및 이를 사용한 연소시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유화연료 제조장치 및 이를 사용한 연소시스템에 관한 것으로, 이는 원료인 연료와 물 및 첨가제를 각각 공급받아 일정 온도로 상승시키고 설정된 비율에 따라 원료를 혼합탱크에 투입하여 혼합유를 생성하는 정량공급부; 혼합유를 라인믹서에 통과시키면서 유화시켜 1차 유화유를 생성하는 1차 유화부; 및 1차 유화유를 호모믹서에 의해 유화시켜 2차 유화유를 생성하는 2차 유화부를 포함하여서, 장시간 방치하여도 유수분리가 일어나지 않는 고품질의 유화연료를 제조할 수 있으며, 유화연료의 제조에서 연소까지 이루어지는 일련의 과정이 연속적으로 진행되어 시스템의 운용상 편의성과 효율성을 이룰 수 있는 효과가 있다.

Description

유화연료 제조장치 및 이를 사용한 연소시스템{APPARATUS FOR MANUFACTURING EMULSIFIED FUEL AND BURNING SYSTEM USING SAME}

본 발명은 전체적으로 유화연료를 제조하여 연소하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료에 물과 첨가제를 혼합하고 믹서를 통해 연료를 유화시켜 얻은 유화연료를 연소장치에 사용하게 됨으로써, 원유의 사용량을 줄여 에너지 효율을 높이고 오염물질의 발생을 감소시킬 수 있는 유화연료 제조장치 및 이를 사용한 연소시스템에 관한 것이다.

세계적으로 석유의 고갈 때문에 원유가의 인상 압력이 가해지고 있으며, 이에 따라 원유의 이용효율성을 극대화하려는 노력이 다양하게 이루어지고 있다.

특히, 대형 보일러나 대형 선박엔진에서는 벙커C유 등의 중유를 사용하고 있는데, 이는 먼지나 유해가스를 배출하는 문제점을 내포하고 있다. 따라서, 중유의 효율성을 높이고 먼지나 유해가스 등을 줄이려는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 그 대표적인 방안으로 유화연료를 만들어 사용하는 것이다.

유화(Emulsification)라 함은 어떤 액체 중에 그것과 혼화하지 않는 다른 액체가 미립자 상태로 균일하게 분산되는 것을 말하며, 여기서는 연료에 물과 첨가제 등을 여러 가지 방법으로 혼합하여 유화시키는 것을 말한다. 여기서, 첨가제는 유화를 촉진시키는 물질로서, 이러한 첨가제는 유해물질과 악취 등을 발생시키거나 배관 등을 부식시키지 않아야 한다.

유화연료에서, 연료에 대한 물의 첨가율은 30% 이하로 되는데, 그 비율은 연료의 종류, 연소장치의 특성 등에 따라 결정될 수 있으며, 유수혼합비는 연소조건에 따라 일정하게 유지되면 된다.

한편, 유화연료의 제조와 관련된 제안이 있었다. 예컨대, 대한민국 특허 제 1038261호의 "연료 유화 시스템 및 그 방법"에서는 첨가제를 사용하지 않고 연료와 물만을 사용하여 유화연료를 생성하는 시스템이 개시되어 있다. 이 시스템에 의하면 연료와 물이 고도로 응집된 유화상태를 유지하면서 수적(水滴)의 크기가 연소가능한 크기로 형성될 수 있다. 그러나 제조 및 저장된 유화연료는 물방울을 함유하고 있기 때문에, 시간이 지날수록 물방울 간 응축이 생겨 유수분리가 일어나게 되는데, 이에 따라 유화연료는 효율이 떨어지고 연소시 많은 대기오염을 유발하게 된다.

또한, 제안된 시스템에서는 다단의 초음파 믹서 및 고속회전 믹서를 사용하고 있어서, 제조 비용을 상승시킬 뿐만 아니라 신뢰성도 떨어진다. 특히, 고속회전 믹서에서는 3000∼4000rpm으로 3∼5분 동안 고속으로 회전시키게 되는데, 이러한 경우에 생성되는 유화연료의 양은 매우 적어, 통상의 산업용 보일러 등에서는 현실적으로 사용하기가 불가능하다.

대한민국 특허 제1168327호의 "유화연료 제조 공급 교반기"에는 전자 밸브를 통해 교반기로 연료와 물 및 첨가제를 공급하고, 교반기에서는 모터에 의해 교반날을 고속으로 회전시키면서 물 분자를 이온화시켜 연료와 결합하게 함으로써 유화연료를 제조하는 기술이 나타나 있다. 하지만, 이러한 교반기에서는 원료들의 공급과 유화연료의 제조 및 배출이 동시에 이루어지기 때문에, 유화가 덜된 연료가 바로 배출될 수 있는 단점이 있다.

더구나, 교반기의 내부에만 히터를 내장하고 있어, 외부의 탱크에서 투입된 원료들을 유화에 적절한 온도까지 상승시키기 위해서는 상당한 시간이 소요된다고 하는 문제점도 있다.

이에 본 발명은, 유수분리가 일어나지 않는 고품질의 유화연료를 다량으로 연속 제조할 수 있는 유화연료 제조장치를 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 사용 후 장시간 사용을 중지하게 되거나 오랜 시간 동안 사용한 경우에, 배관, 펌프 및 믹서 내부에 연료의 찌꺼기나 슬러지 등의 유착으로 인한 경로의 막힘 또는 유화연료의 품질 저하를 방지하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 유화연료 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 연소장치에서 고효율의 연소와 더불어 환경 오염을 방지하기 위한 실시간 최적화가 가능하고, 시스템의 운용상 편의성과 효율성을 이룰 수 있는 유화연료의 연소시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 양상은, 원료인 연료와 물 및 첨가제를 각각의 배관을 통해 설정된 비율에 따라 공급하고, 상기 원료의 공급 및 차단을 제어하는 원료밸브, 공급되는 상기 각각의 원료를 설정된 온도로 상승시키는 가열기, 상기 설정된 비율에 따라 상기 각각의 원료를 펌핑하는 정량펌프, 및 상기 각 정량펌프로부터 펌핑된 원료를 혼합하고 저장하는 혼합탱크를 포함하여, 혼합유를 생성하는 정량공급부; 상기 혼합탱크로부터 상기 혼합유를 펌핑하는 고압펌프, 및 외통과 나선형의 날개가 형성된 스크류 피더를 구비하면서 상기 고압펌프로부터 펌핑된 상기 혼합유를 유화시키는 라인믹서를 포함하여, 1차 유화유를 생성하는 1차 유화부; 모터에 연결되고 복수의 회전날을 구비한 내부회전축 및 상기 내부회전축과 상기 회전날을 수용하고 유입관과 배출관이 형성된 하우징을 포함하면서 상기 라인믹서로부터 유입된 상기 1차 유화유를 더 유화시켜 2차 유화유를 생성하는 호모믹서와, 히터를 내장하고 상기 2차 유화유를 저장하는 저장탱크를 포함하는 2차 유화부; 및 상기 연료가 유입되어 유화연료가 생산되는 경로를 통해 용제를 주입하고 통과시키면서 청소를 수행하는 청소시스템을 포함하는 유화연료 제조장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 한 양상에서는, 원료인 연료와 물 및 첨가제를 각각의 배관을 통해 설정된 비율에 따라 공급하고, 상기 원료의 공급 및 차단을 제어하는 원료밸브, 공급되는 상기 각각의 원료를 설정된 온도로 상승시키는 가열기, 상기 설정된 비율에 따라 상기 각각의 원료를 펌핑하는 정량펌프, 및 상기 각 정량펌프로부터 펌핑된 원료를 혼합하고 저장하는 혼합탱크를 포함하여, 혼합유를 생성하는 정량공급부; 상기 혼합탱크로부터 상기 혼합유를 펌핑하는 고압펌프, 및 외통과 나선형의 날개가 형성된 스크류 피더를 구비하면서 상기 고압펌프로부터 펌핑된 상기 혼합유를 유화시키는 라인믹서를 포함하여, 1차 유화유를 생성하는 1차 유화부; 모터에 연결되고 복수의 회전날을 구비한 내부회전축 및 상기 내부회전축과 상기 회전날을 수용하고 유입관과 배출관이 형성된 하우징을 포함하면서 상기 라인믹서로부터 유입된 상기 1차 유화유를 더 유화시켜 2차 유화유를 생성하는 호모믹서와, 히터를 내장하고 상기 2차 유화유를 저장하는 저장탱크를 포함하는 2차 유화부; 및 상기 정량공급부, 상기 1차 유화부 및 상기 2차 유화부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 외부로부터 전원을 공급받아 상기 전원을 변환하여 분배해주는 전원분배장치; 상기 정량공급부, 상기 1차 유화부 및 상기 2차 유화부의 각 센서로부터 해당 정보를 입력받는 입력장치; 상기 정량공급부, 상기 1차 유화부 및 상기 2차 유화부로 명령신호를 출력하는 출력장치; 상기 출력장치와 연결되어 상기 정량공급부, 상기 1차 유화부 및 상기 2차 유화부로 상기 전원을 공급하는 전원공급장치; 상기 정량공급부, 상기 1차 유화부 및 상기 2차 유화부로의 조작 및 운전상태를 표시하는 표시장치; 상기 전원분배장치, 상기 입력장치, 상기 출력장치, 및 상기 표시장치에 연결되어 정보의 입출력 및 내장된 알고리즘에 따라 연산하는 제어장치를 포함하는 유화연료 제조장치를 제공한다.

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본 발명의 다른 양상은, 전술한 유화연료 제조장치와; 상기 유화연료 제조장치에 연결되어 생산된 유화연료를 공급받아 연소하는 연소부를 포함하는 연소시스템을 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 양상에서, 상기 연소부는, 연소장치, 상기 연소장치에 공급되는 상기 유화연료의 유량을 감지하는 유량계, 및 상기 연소장치에서 발생하는 오염물질의 양과 상기 연소장치의 열효율을 측정하는 가스분석장치를 포함하며, 상기 유화연료 제조장치는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 가스분석장치로부터 상기 오염물질의 양과 상기 열효율에 대한 정보를 입력받아 초기에 설정된 원료의 혼합비율을 변경시키는 연소시스템을 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 각 원료를 정량공급부에 의해 실시간 자동으로 투입하고 특성이 다른 2개의 믹서를 통해 2단계 유화가 이루어지게 함으로써, 장시간 방치하여도 유수분리가 일어나지 않는 고품질의 유화연료를 제조할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 장치 내 구성요소의 내부를 청소하는 기능을 추가로 구비하여, 연료 경로의 막힘 또는 유화연료의 품질 저하를 방지하고 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

더구나, 본 발명에 의하면, 제어부에서 자동으로 제어할 수 있고, 특히 내장된 각종 센서의 정보를 이용하여 제어부에서 연소장치의 효율을 극대화하고 환경 오염을 최소화하도록 원료의 비율을 실시간으로 변경할 수 있도록 함과 더불어, 유화연료의 제조에서 연소까지 이루어지는 일련의 과정이 연속적으로 진행되어 시스템의 운용상 편의성과 효율성을 이룰 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유화연료 제조장치 및 연소시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 시스템의 제어부를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 유화연료 제조장치에 청소시스템이 포함된 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 연료인 중유와, 본 발명에 따른 유화연료 제조장치를 통해 얻은 1차 유화유 및 2차 유화유를 나타낸 전자현미경 사진들이다.
도 5는 본 발명에 따른 연소시스템 중 일부 구성요소를 다중으로 설치한 예들의 구성도이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 유화연료 제조장치 및 연소시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 시스템의 제어부를 개략적으로 나타낸 블록도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유화연료 제조장치 및 연소시스템은 크게 정량공급부(1), 1차 유화부(2), 2차 유화부(3), 연소부(4), 및 제어부(5)로 구분할 수 있다. 여기서, 유화연료 제조장치는 정량공급부(1), 1차 유화부(2), 2차 유화부(3), 및 제어부(5)로 구성된다.

정량공급부(1)에서는 3가지 원료인 연료와 물 및 첨가제를 각각 외부로부터 공급을 받아 유화를 위한 적절한 온도로 상승시키고, 설정된 비율에 따라 각각의 원료를 투입하여 혼합탱크(15)에 임시로 저장하게 된다.

정량공급부(1)는 배관(10)을 통한 외부로부터의 원료 공급을 제어하는 원료밸브(11), 각각의 원료를 설정된 온도로 상승시키는 가열기(12), 설정된 비율에 따라 각각의 원료를 공급하도록 하는 정량펌프(13), 및 각 정량펌프(13)로부터 공급된 원료를 혼합하여 저장하는 혼합탱크(15)를 포함한다.

먼저, 외부로부터 공급되는 각 원료는 연료와 물, 그리고 첨가제이다. 연료는 예컨대 벙커C유 등과 같은 중유가 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 각 원료는 외부의 공급원(미도시)으로부터 연결된 배관(10)을 통해 유입되게 된다.

원료밸브(11)는 배관(10) 상에 설치되고, 후술하는 제어부(5)의 전기적 신호에 따라 원료의 공급 및 차단이 제어된다. 예를 들어, 원료의 공급이 필요할 때에 원료밸브(11)는 개방되고 공급이 중지되어야 할 때에는 원료밸브(11)가 폐쇄된다.

가열기(12)는 공급되는 원료를 설정된 온도까지 상승시킨다. 이 가열기(12)는 히터와 온도센서를 내장할 수 있다. 여기서, 히터는 열선 또는 열교환기 형태의 것이 채용될 수 있다. 각 원료는 가열기(12)의 출력단에 이를 때 설정된 온도까지, 예컨대 90 ~ 95℃로 상승하게 된다. 비교적 혼합 비율이 낮은 첨가제 쪽의 가열기는 경우에 따라 생략될 수 있다.

각 가열기(12)로부터 나온 고온의 원료는 정량펌프(13)를 통하여 설정된 비율만큼 혼합탱크(15)에 정량공급되게 된다. 공급되는 원료의 양은 정량펌프(13)의 출력단에 연결된 유량계(14)의 정보를 바탕으로 하여 설정된 비율에 맞춰 정량펌프(13)가 그 속도를 조절하게 됨으로써 제어된다.

각 고온의 원료는 혼합탱크(15)에 모이게 되며, 3가지 원료가 혼합탱크(15)에서 적절하게 혼합될 수 있도록 순차적으로 유입되는 것이 좋다. 혼합탱크(15)는 내부에 혼합팬(16)과 레벨센서(17)가 설치되어 있다. 혼합탱크(15)의 내부에 있는 혼합팬(16)이 모터에 의해 고속으로 회전하여 원료들이 혼합된 혼합유(A)의 층 분리를 방지하게 된다.

레벨센서(17)는 혼합탱크(15) 내 혼합유(A)의 양을 적절하게 유지한다. 예를 들어, 혼합탱크(15)로부터의 배출이 이루어지면 혼합탱크(15) 내 혼합유(A)의 레벨이 떨어지게 되고, 후술하는 바와 같이 제어부(5)에서는 레벨센서(17)에 의해 혼합유(A)의 레벨을 감지하여 상류의 정량펌프(13)가 구동하도록 제어하며, 이렇게 원료들의 양이 보충되게 함으로써 혼합탱크(15)의 내부에는 혼합유(A)의 양이 항상 일정하게 유지되는 것이다.

1차 유화부(2)는 혼합탱크(15) 내 고온의 혼합유(A)를 고압으로 라인믹서(23)에 통과시키면서 1차 유화를 하는 부분으로, 혼합탱크(15)로부터 혼합유(A)를 라인믹서(23)로 펌핑하는 고압펌프(21), 펌핑되는 혼합유(A)의 압력을 측정하는 압력계(22), 그리고 외통과 나선형의 날개가 형성된 스크류 피더(Screw Feeder)를 구비한 라인믹서(23)를 포함한다.

혼합탱크(15)에 임시 저장된 고온의 혼합유(A)는 혼합탱크(15)의 배출라인으로부터 고압펌프(21)를 통과하면서 고압으로 라인믹서(23)에 펌핑되고, 이 고온 고압의 혼합유(A)가 라인믹서(23)의 내부에서 1차로 유화가 이루어지게 된다. 이러한 1차 유화로 인해, 2차 유화시 소요되는 시간을 절감할 수 있는 장점이 있다.

고압펌프(21)의 모터는 항상 일정한 압력으로 라인믹서(23)에 혼합유가 공급되도록 정속으로 구동을 하게 되어 생성되는 1차 유화유(B)는 일정량이 되도록 동작하게 된다. 고압펌프(21)가 적절한 압력으로 펌핑하도록 하기 위해 압력계(22)가 설치되어, 압력계(22)의 출력된 정보를 바탕으로 고압펌프(21)의 모터는 그 속도를 가변할 수 있게 된다.

1차 유화부(2)에 적용된 라인믹서(23)는 좁은 형태의 관으로 형성된 외통과, 이 외통 내에 수용되어 회전하면서 나선형의 날개가 형성된 스크류 피더를 구비한다. 라인믹서(23)의 일측을 통해 그 내부로 흘러들어간 혼합유(A)는 고온 고압의 상태에서 회전하면서 유화가 이루어져 1차 유화유(B)를 생성하게 된다.

2차 유화부(3)는 1차 유화부(2)에서 유화된 1차 유화유(B)를 한번 더 유화하고 최종으로 생성된 2차 유화유(C)를 저장하는 부분으로서, 모터(32)에 연결된 내부회전축(34) 상에 복수의 회전날(33)을 가진 호모믹서(31)와, 각종 센서(37, 38) 및 히터(39)를 내장하고 2차 유화유(C)를 저장하는 저장탱크(36)로 구성된다.

라인믹서(23)로부터 배출되는 1차 유화유(B)는 호모믹서(31)의 하부에 있는 유입관으로 공급되고 호모믹서(31)의 내부를 통과하여 상부에 있는 배출관을 통과할 때까지 소정의 시간을 거치면서 고속으로 회전하는 회전날(33)에 의해 2차 유화가 이루어진 후 2차 유화유(C)로 되어 저장탱크(36)에 저장되게 된다.

호모믹서(31)는 호모지나이저(Homogenizer)로도 불리우는 균질화기로서 서로 용해하지 않는 2개의 액상을 강력하게 휘저어 균질액으로 만들게 된다. 본 발명에서는 1차 유화부(2)에서 유화된 1차 유화유(B)를 한번 더 유화하여 고품질의 2차 유화유(C)를 생산하는 수단으로 채용된다. 호모믹서(31)는 고속회전용 모터(32), 이 모터(32)에 연결되고 복수의 회전날(33)을 구비한 내부회전축(34), 및 이 내부회전축(34)과 회전날(33)을 수용하고 유입관과 배출관이 형성된 하우징(35)을 포함한다.

이러한 호모믹서(31)는 모터(32)의 고속회전에 따라 회전날(33)이 고속으로 회전하게 되면서 내부로 유입된 1차 유화유(B)를 고속으로 회전시키면서 유화하도록 되어 있다. 고품질 유화를 위하여, 라인믹서(23)로부터 나온 1차 유화유(B)는 적절한 압력과 정량으로 고온 상태에서 호모믹서(31)의 유입관으로 공급된다. 여기서, 1차 유화유(B)는 라인믹서(23)의 타측에 있는 출구압력에 의해, 실질적으로는 고압펌프(21)의 압력하에 호모믹서(31)의 하우징(35) 내부에서 하부로부터 상부까지 이동되게 된다.

보다 구체적으로, 호모믹서(31)의 하우징(35) 내에 유입된 1차 유화유(B)는 회전날(33)에 의한 회전운동과 더불어, 하우징(34)의 하부로부터 상부까지 서서히 차오르면서 순차적으로 밀어올려 호모믹서(31)의 내부에서 일정 시간 동안 머무르게 된다. 체류하는 동안 대략 4000 ~ 5000rpm으로 회전하는 회전날(33)과 함께 첨가제의 도움을 받아 1차 유화유(B)의 물과 연료는 분쇄되고 미립자화되어 100%의 유화가 이루어지게 됨으로써, 고품질의 2차 유화유(C)를 생성하게 되는 것이다.

2차로 유화가 이루어진 2차 유화유(C)는 호모믹서(31)의 상부에 있는 배출관으로부터 유출되어 저장탱크(36)에 저장되게 된다. 저장탱크(36)에는 온도센서(37)와 레벨센서(38), 그리고 히터(39)가 내장하고 있어, 항상 적절한 온도와 레벨로 2차 유화유(C)가 유지될 수 있게 하여 연소장치가 원활히 작동할 수 있게 한다.

여기서, 히터(39)는 특정한 형태로 한정되지 않지만, 간접적으로 열을 공급할 수 있는 복사 또는 전도를 이용한 간접가열식 히터를 사용하는 것이 좋다. 이러한 히터에 의해 저장탱크(36) 내 2차 유화유(C)는 적어도 90℃의 온도로 유지될 수 있다. 저장탱크(36)의 일측에는 배출밸브(40)가 설치되어 있다.

연소부(4)에서는 저장탱크(36)에 저장되는 2차 유화유(C), 즉 유화연료를 연소하여 소비하게 된다. 이러한 연소부(4)에는 유화연료를 연소시키는 통상의 보일러 또는 내연기관이 연소장치로 채용될 수 있기 때문에, 본 명세서에서는 연소부(4)에 포함된 연소장치의 구성 및 작동에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다만, 본 발명의 연소부(4)에는, 연소장치(71)에 공급되는 유화연료의 유량을 감지하는 유량계(42)와, 연소장치(71)에서 발생하는 각종 오염물질의 양과 연소장치(71)의 열효율을 측정하는 가스분석장치(44)를 더 포함한다.

배출밸브(40)의 개방에 따라 저장탱크(36)로부터 연소장치(41)로 공급되는 유화연료는 유량계(42)를 통과하여 그 공급되는 유량이 측정된다.

연소장치(41)가 유화연료를 연소하면 먼지나 유해가스가 발생하게 되는데, 가스분석장치(44)에서는 오염물질의 양을 측정하여 오염 정도를 감지할 수 있으며 연소장치(41)의 열효율을 측정할 수 있다.

이 가스분석장치(44)는 후술하는 제어부(5)로 그 측정값을 전송하게 되며, 실시간으로 유화연료의 성능을 최적화하여 연소의 효율을 높임과 동시에 유화연료의 연소시 발생하는 매연, 먼지 등의 오염물질 발생을 최소화하는 데에 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 연소시스템의 연소부(4)에서는 가스분석장치(44) 대신에, 적어도 하나의 농도계, 한 쌍의 온도계, 적어도 하나의 압력계 등을 구비할 수도 있다.

제어부(5)는 본 발명에 따른 유화연료 제조장치 및 연소시스템의 전반적인 제어를 담당한다.

제어부(5)는, 외부로부터 전원을 공급받아 각 구성요소에서 사용하는 전원을 변환하여 분배해주는 전원분배장치(52), 각종 센서로부터 해당 정보를 입력받는 입력장치(53), 해당 구성요소로 명령신호를 출력하는 출력장치(54), 이 출력장치(54)와 연결되어 모터나 히터 등으로 전원을 공급하는 전원공급장치(55), 각 구성요소의 조작 및 운전상태를 표시하는 표시장치(56), 외부 기기와의 통신을 위한 통신장치(57), 및 상기한 전원분배장치(52), 입력장치(53), 출력장치(54), 표시장치(56), 통신장치(57)에 연결되어 각종 정보의 입출력 및 내장된 알고리즘에 따라 연산하는, 예컨대 마이크로프로세서와 같은 제어장치(51)를 포함하고 있다.

전원분배장치(52)는 복수의 차단장치로 구성되어 있다. 제어부(5)의 외부로부터 AC전원이 공급되면 AC전원을 DC전원으로 변환하여 제어부(5) 내의 DC전원을 사용하는 장치들에 전원을 분배한다.

전원공급장치(55)에서는 여러 종류의 전자개폐기 등이 내장되어 있어, 출력장치(54)의 신호에 따라 모터나 히터 등과 같은 각 구성요소에 전원을 공급하고 제어하는 역할을 한다.

입력장치(53)는, 가열기(12) 내의 온도센서, 유량계(14 또는 42), 레벨센서(17, 38), 압력계(22), 온도센서(37), 가스분석장치(44; 연소부(4)에 연결되는 경우에), 또는 모터와 히터 내의 센서 등으로부터 전기신호를 받아 제어장치(51)에서 처리할 수 있는 디지털 정보로 변환하여 전달해 주는 역할을 한다.

출력장치(54)는 제어장치(51)의 명령에 따라 원료밸브(11), 가열기(12) 내의 히터, 정량펌프(13), 혼합팬(16)의 모터, 고압펌프(21)의 모터, 호모믹서(31)의 모터(32), 히터(39), 연소장치(41; 연소부(4)에 연결되는 경우에)의 작동 등을 위한 신호를 출력하거나, 전원공급장치(55)에 신호를 인가하여 전원공급을 제어함으로써, 각 구성요소의 동작을 제어하게 된다.

표시장치(56)는 조작반, 스위치 등의 입력수단, 스피커, 부저, 램프, 모니터 등의 출력수단, 또는 터치스크린 등과 같은 입출력수단을 포함할 수 있다. 이러한 표시장치(56)는 제어장치(51)에 연결되어 외부에서 본 발명에 따른 유화연료 제조장치 또는 연소시스템의 운용자가 조작, 동작상태의 확인, 경보나 알람의 확인 등이 가능하게 한다.

통신장치(57)는 정보의 장거리 송신을 위한 수단으로서, 제어장치(51)에 연결되는 유선 또는 무선의 통신모듈로 구성될 수 있다. 이러한 통신장치(57)에 의해 제어부(5)와 원격의 모니터링 시스템 또는 제어시스템 사이의 통신이 이루어지게 된다.

제어장치(51)는, 예컨대 마이크로프로세서, PLC(Programmable Logic Controller) 등으로 구성되어, 제어부(5) 내부의 입출력 제어 및 연산 그리고 통신 제어를 수행하게 된다. 이러한 제어장치(51)는 입력된 센서들의 해당 정보를 바탕으로 미리 설정된 알고리즘에 따라 연산하고 각 구성요소를 위한 적절한 명령을 출력하여, 전체 시스템을 제어하게 되는 것이다.

또한, 제어장치(51)는 본 발명에 따른 연소시스템의 최적화를 위한 기능도 추가로 구비할 수 있는바, 유화연료의 품질을 최적화하여 연소 효율의 증대 및 오염물질의 최소화를 위한 제어도 가능하게 된다.

예를 들어, 제어장치(51)에서는 원료의 유량계(13)와 유화연료의 유량계(42), 그리고 가스분석장치(44)로부터 정보를 입력받아 연소부(4)의 연소장치(41)에서 발생하는 오염물질의 배출량과 열효율을 측정한다. 이어서, 초기에 설정된 원료의 혼합비율을 가변시켜, 유화연료 제조장치에 구비된 각 정량펌프(13)의 가동율을 조정함으로써, 연소시스템의 작동 상황에 따라 오염물질의 양을 줄이고 열효율을 극대화할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 유화연료 제조장치는, 장기간 사용을 하거나 장시간 동안 작동이 중지된 경우에 연료의 이동경로를 따라 연료, 혼합유, 유화유들의 잔존물이 각 구성요소나 배관의 내부에 쌓이게 되어 차후에 유화연료의 생산이 불가능하거나 생산된 유화연료의 품질이 저하될 우려가 있다.

이러한 우려를 해소하기 위해 본 발명에 따른 유화연료 제조장치에는, 연료 라인을 포함한 연료의 이동경로를 따라 그 내부를 청소할 수 있는 구성과 기능이 추가로 마련되어 있어, 유화연료 제조장치를 최적의 상태로 운용할 수 있도록 하고 있다.

도 3은 도 1에 도시된 유화연료 제조장치에 청소시스템이 포함된 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유화연료 제조장치는, 예컨대 중유와 같은 연료가 유입되어 유화연료가 생산되는 경로를 통해 경유, 등유 등과 같은 용제를 주입하여 배관, 펌프, 믹서 등을 통과하게 하면서 청소가 이행되도록 하고 있다.

이러한 청소를 위한 청소시스템(6)은, 도 1에 도시된 구성에서, 청소를 위한 용제(D)를 공급하기 위해 용제(D)가 저장된 용제탱크(61), 용제(D)의 공급 및 차단을 제어할 수 있는 밸브들(62, 63, 64), 및 내부를 청소한 폐유(E)를 저장하는 폐유탱크(65)를 포함하고 있다.

또한, 용제탱크(61)와 폐유탱크(65)에는 유량을 확인할 수 있는 레벨센서(66)가 추가로 내장될 수 있다. 예를 들어, 용제탱크(61)의 용제가 부족하거나 폐유가 폐유탱크(65)의 적정 레벨 이상으로 채워졌을 때 경보 발생 또는 작동 정지를 이행할 수 있도록 하는 것이 좋다.

운전자의 조작이나 시스템의 상태에 따라 청소 명령이 내려지게 되면, 유화연료의 생산을 중지하고 모든 구성요소들은 정지되게 된다. 청소시스템(6)을 구동하기 위해서는 먼저 용제(D)를 주입하고 폐유(E)를 배출하기 위한 경로가 설정되어야 한다.

이를 위해, 원료밸브(11)와, 호모믹서(31)의 하류에 추가로 설치된 차단밸브(64)가 닫히게 되고 용제입력밸브(62)와 폐유출력밸브(63)가 열리게 된다. 이렇게 경로 설정이 완료되면 용제의 공급과 청소가 시작되게 되는데, 가열기(12)에서부터 호모믹서(31)까지의 경로 중에 있는 각 구성요소가 작동하게 된다. 이에 따라, 용제탱크(61)로부터 용제(D)가 유입되어 소정의 시간 동안 구성요소들 및 배관을 따라 흐르게 되면, 이 경로를 따라 남아 있는 연료, 혼합유 및 유화유들의 찌꺼기들이 깨끗하게 청소되고, 구성요소들 및 배관을 통과한 폐유(E)가 폐유탱크(65)에 저장되게 된다.

청소가 완료되면, 청소시스템(6)은 중지되고 유화연료의 생산 또는 시스템의 정지 모드로 돌아가게 된다. 이를 위해, 원료밸브(11)와 차단밸브(64)는 열리고 용제입력밸브(62)와 폐유출력밸브(63)가 닫히게 된다.

여기서, 용제(D)는 연료를 용해시킬 수 있으면서 폭발성이 없는 물질이라면 전술된 경유나 등유 등에 한정되지 않고 다른 임의의 용제가 사용되어도 무방하다. 또, 연료 라인에만 청소시스템(6)이 연결되는 것으로 도해되고 설명되었지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4는 연료인 중유와, 본 발명에 따른 유화연료 제조장치를 통해 얻은 1차 유화유 및 2차 유화유를 나타낸 전자현미경 사진들이다. 도 4에서는, 연료가 라인믹서와 호모믹서를 통과하면서 실제로 어떻게 변화되는지 명확히 볼 수 있다.

연료로서 예컨대 중유를 채택하면, 이 연료는 물이나 첨가제가 포함되지 않은 원료의 상태 그대로이다(도 4의 (a) 참조).

다음으로, 혼합유(A)를 라인믹서(23)에 통과시킨 1차 유화유(B)는 유화가 어느 정도로 이루어졌으나 아직 완전히 유화되지 않은 물 분자 등이 결정을 이룬 채로 군데군데 모여 있음을 볼 수 있다(도 4의 (b) 참조).

1차 유화유를 호모믹서(31)에 통과시킨 최종 유화유인 2차 유화유(C)는 100% 유화가 이루어져 물과 연료가 분쇄되고 아주 작은 미립자 형태로 잘게 부서져 있음을 알 수 있다(도 4의 (c) 참조).

이하에서는 본 발명에 따른 유화연료 제조장치를 포함한 연소시스템의 운용예를 설명한다.

외부의 조작에 의해 연소시스템의 작동이 결정되면 제어부(5)의 제어장치(51)는 먼저 유화연료의 저장탱크(36)의 상황을 파악한다. 이 저장탱크(36) 내 유화연료의 온도와 레벨이 적정하면 배출밸브(40)를 개방하고 연소부(4)를 작동시킨다.

하지만, 저장탱크(36) 내 유화연료의 온도가 적절하지 않으면 히터(39)를 가동시켜 온도가 상승되게 하고, 유화연료의 양이 적으면 유화연료의 생산을 시작하게 된다.

유화연료의 생산을 위해서는, 유화연료 제조장치에 구비된 각 원료의 원료밸브(11)를 개방하고 가열기(12)를 동작시키며 각 정량펌프(13)를 가동하여 설정된 비율에 따라 각 원료를 혼합탱크(15)에 정량공급한다.

혼합탱크(15) 내에 원료들이 혼합된 혼합유(A)를 적절한 레벨까지 채우고 교반하게 되며, 이때에 고압펌프(21)가 작동하여 혼합유(A)를 라인믹서(23)로 공급하여 1차 유화를 하고, 고속회전용 모터(32)가 작동 중인 호모믹서(31)로 1차 유화유(B)를 유입시켜 2차 유화를 한다.

생성된 2차 유화유(C)는 전술한 저장탱크(36)에 저장되는데, 이 최종 유화유 즉 유화연료는 연소장치(41)의 원활한 연소를 위하여 항상 적절한 레벨까지 저장탱크(36)에 채워지게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 연소시스템 중 일부 구성요소를 다중으로 설치한 예들의 구성도이다.

본 발명에 따른 연소시스템의 실제 운용에 있어 유화연료의 최대 생산량에 한계가 있으므로, 연소시스템의 사용조건에 따른 적절한 설치 및 운용이 필요하게 된다. 예를 들어, 유화연료의 소비량이 적은 복수의 연소부를 갖거나, 단일 연소부에서 유화연료의 소비량이 생산량보다 많을 경우가 이에 해당될 수 있다.

도 5의 (a)에 도시된 다중 시스템은 유화연료 제조장치에서의 유화연료 생산량보다 적은 소비량을 가진 연소부를 복수로 가동할 경우이고, 도 5의 (b)에 도시된 다중 시스템은 연소부의 유화연료 소비량이 유화연료 제조장치의 생산량보다 많을 경우이다.

도 5의 (a)에 도시된 다중 시스템의 구성 및 작동을 살펴보면, 하나의 유화연료 제조장치(100)와 복수의 연소부(4a, 4b, 4c)가 연결된 시스템으로서, 유화연료 제조장치(100)의 배출라인이 복수의 연소부(4a, 4b, 4c)에 각각 연결된다.

유화연료 제조장치(100)의 제어부(5; 도 2 참조)가 통신장치(57)를 매개로 하여 원격 제어용 프로그램이 내장된 원격의 제어시스템(200)에 연결된다. 각 연소부(4a, 4b, 4c)가 직접 원격의 제어시스템(200)에 통신가능하게 연결될 수 있다.

원격의 제어시스템(200)에서는 운영자의 조작에 따라 유화연료 제조장치(100) 및 연소부들(4a, 4b, 4c)을 구동하게 되는데, 각 연소부(4a, 4b, 4c)의 연소장치에서 유화연료를 소비함에 따라 항상 적절한 양의 유화연료가 공급되도록 유화연료 제조장치(100)를 작동시켜 유화연료를 생산하게 한다. 이러한 원격의 제어시스템(200)은 유화연료 제조장치(100)뿐만 아니라 연소부들의 상태를 모니터링할 수 있는 기능을 내장하여 운영상 편의를 가질 수 있다.

도 5의 (b)에 도시된 다중 시스템의 구성 및 작동을 살펴보면, 복수의 유화연료 제조장치(100a, 100b, 100c)와 하나의 연소부(4)가 연결된 시스템으로서, 복수의 유화연료 제조장치(100a, 100b, 100c)의 각 배출라인이 단일한 연소부(4)와 연결된다.

전술한 바와 같이, 유화연료 제조장치(100a, 100b, 100c)의 각 제어부(5; 도 2 참조)가 통신장치(57)를 매개로 하여 원격 제어용 프로그램이 내장된 원격의 제어시스템(200)에 연결된다. 또, 연소부(4)가 직접 원격의 제어시스템(200)에 통신가능하게 연결될 수 있다.

원격의 제어시스템(200)에서는 운영자의 조작에 따라 유화연료 제조장치들(100a, 100b, 100c) 및 연소부(4)를 구동하게 되는데, 이 연소부(4)의 연소장치에서 유화연료를 소비함에 따라 항상 적절한 양의 유화연료가 공급되도록 유화연료 제조장치들(100a, 100b, 100c)을 작동시켜 유화연료를 생산하게 한다. 이러한 원격의 제어시스템(200)은 유화연료 제조장치들(100a, 100b, 100c) 및 연소부(4)의 상태를 모니터링할 수 있는 기능을 내장하여 운영상 편의를 가질 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 정량공급부 2: 1차 유화부
3: 2차 유화부 4: 연소부
5: 제어부 6: 청소시스템
13: 정량펌프 23: 라인믹서
31: 호모믹서 41: 연소장치
51: 제어장치 61: 용제탱크
100: 유화연료 제조장치 200: 원격의 제어시스템

Claims (15)

1. 원료인 연료와 물 및 첨가제를 각각의 배관을 통해 설정된 비율에 따라 공급하고, 상기 원료의 공급 및 차단을 제어하는 원료밸브, 공급되는 상기 각각의 원료를 설정된 온도로 상승시키는 가열기, 상기 설정된 비율에 따라 상기 각각의 원료를 펌핑하는 정량펌프, 및 상기 각 정량펌프로부터 펌핑된 원료를 혼합하고 저장하는 혼합탱크를 포함하여, 혼합유를 생성하는 정량공급부;
   상기 혼합탱크로부터 상기 혼합유를 펌핑하는 고압펌프, 및 외통과 나선형의 날개가 형성된 스크류 피더를 구비하면서 상기 고압펌프로부터 펌핑된 상기 혼합유를 유화시키는 라인믹서를 포함하여, 1차 유화유를 생성하는 1차 유화부;
   모터에 연결되고 복수의 회전날을 구비한 내부회전축 및 상기 내부회전축과 상기 회전날을 수용하고 유입관과 배출관이 형성된 하우징을 포함하면서 상기 라인믹서로부터 유입된 상기 1차 유화유를 더 유화시켜 2차 유화유를 생성하는 호모믹서와, 히터를 내장하고 상기 2차 유화유를 저장하는 저장탱크를 포함하는 2차 유화부; 및
   상기 연료가 유입되어 유화연료가 생산되는 경로를 통해 용제를 주입하고 통과시키면서 청소를 수행하는 청소시스템
   을 포함하는 유화연료 제조장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 정량펌프의 출력단에 연결된 유량계를 추가로 포함하고,
   상기 각 원료의 양은 상기 유량계의 정보를 바탕으로 하여 상기 설정된 비율에 맞춰 상기 정량펌프의 속도를 조절하게 되는 유화연료 제조장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 혼합탱크는 내부에 설치된 혼합팬을 추가로 포함하고,
   상기 혼합팬이 회전하여 상기 원료가 혼합된 혼합유의 층 분리를 방지하게 되는 유화연료 제조장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 회전날은 4000 ~ 5000rpm으로 회전하는 유화연료 제조장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 히터는 복사 또는 전도를 이용한 간접가열식 히터인 유화연료 제조장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 히터는 상기 2차 유화유를 적어도 90℃의 온도로 유지하는 유화연료 제조장치.
7. 원료인 연료와 물 및 첨가제를 각각의 배관을 통해 설정된 비율에 따라 공급하고, 상기 원료의 공급 및 차단을 제어하는 원료밸브, 공급되는 상기 각각의 원료를 설정된 온도로 상승시키는 가열기, 상기 설정된 비율에 따라 상기 각각의 원료를 펌핑하는 정량펌프, 및 상기 각 정량펌프로부터 펌핑된 원료를 혼합하고 저장하는 혼합탱크를 포함하여, 혼합유를 생성하는 정량공급부;
   상기 혼합탱크로부터 상기 혼합유를 펌핑하는 고압펌프, 및 외통과 나선형의 날개가 형성된 스크류 피더를 구비하면서 상기 고압펌프로부터 펌핑된 상기 혼합유를 유화시키는 라인믹서를 포함하여, 1차 유화유를 생성하는 1차 유화부;
   모터에 연결되고 복수의 회전날을 구비한 내부회전축 및 상기 내부회전축과 상기 회전날을 수용하고 유입관과 배출관이 형성된 하우징을 포함하면서 상기 라인믹서로부터 유입된 상기 1차 유화유를 더 유화시켜 2차 유화유를 생성하는 호모믹서와, 히터를 내장하고 상기 2차 유화유를 저장하는 저장탱크를 포함하는 2차 유화부; 및
   상기 정량공급부, 상기 1차 유화부 및 상기 2차 유화부를 제어하는 제어부
   를 포함하고,
   상기 제어부는,
   외부로부터 전원을 공급받아 상기 전원을 변환하여 분배해주는 전원분배장치;
   상기 정량공급부, 상기 1차 유화부 및 상기 2차 유화부의 각 센서로부터 해당 정보를 입력받는 입력장치;
   상기 정량공급부, 상기 1차 유화부 및 상기 2차 유화부로 명령신호를 출력하는 출력장치;
   상기 출력장치와 연결되어 상기 정량공급부, 상기 1차 유화부 및 상기 2차 유화부로 상기 전원을 공급하는 전원공급장치;
   상기 정량공급부, 상기 1차 유화부 및 상기 2차 유화부로의 조작 및 운전상태를 표시하는 표시장치; 및
   상기 전원분배장치, 상기 입력장치, 상기 출력장치, 및 상기 표시장치에 연결되어 정보의 입출력 및 내장된 알고리즘에 따라 연산하는 제어장치
   를 포함하는 유화연료 제조장치.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 청소시스템은,
   상기 용제가 저장된 용제탱크,
   상기 용제의 공급 및 차단을 제어하는 용제입력밸브,
   상기 호모믹서의 하류에 설치된 차단밸브,
   청소한 폐유를 저장하는 폐유탱크, 및
   상기 호모믹서와 상기 차단밸브 사이에 설치되어 상기 폐유의 배출을 위한 경로를 설정하는 폐유출력밸브,
   를 포함하는 유화연료 제조장치.
10. 제1항 내지 제7항, 제9항 중 어느 한 항에 따른 유화연료 제조장치와,
    상기 유화연료 제조장치에 연결되어 생산된 유화연료를 공급받아 연소하는 연소부
    를 포함하는 연소시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 연소부는,
    연소장치,
    상기 연소장치에 공급되는 상기 유화연료의 유량을 감지하는 유량계, 및
    상기 연소장치에서 발생하는 오염물질의 양과 상기 연소장치의 열효율을 측정하는 가스분석장치
    를 포함하는 연소시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 유화연료 제조장치는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 가스분석장치로부터 상기 오염물질의 양과 상기 열효율에 대한 정보를 입력받아 초기에 설정된 원료의 혼합비율을 변경시키는 연소시스템.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는 통신장치를 매개로 하여 원격의 제어시스템에 연결되는 연소시스템.
14. 제10항에 있어서,
    하나의 상기 유화연료 제조장치와 복수의 상기 연소부가 연결되는 연소시스템.
15. 제10항에 있어서,
    복수의 상기 유화연료 제조장치와 하나의 상기 연소부가 연결되는 연소시스템.
    

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