KR101541824B1

KR101541824B1 - 유화연료 제조장치

Info

Publication number: KR101541824B1
Application number: KR1020130123404A
Authority: KR
Inventors: 손봉순; 박종원
Original assignee: 손봉순
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2015-08-04
Also published as: KR20150044251A

Abstract

본 발명은 유화연료 제조장치에 관한 것으로, 본 발명은 유화제를 첨가하지 않고 15 중량% ~ 30 중량%의 물과 혼합하여 유화연료를 생산하는 데 필요한 70 중량% ~ 85 중량%의 오일을 기 설정된 온도까지 가열하여 공급할 수 있도록 오일배관(110)을 통해서 오일을 순환 및 공급하는 오일공급부(100)와, 상기 오일공급부(100)와 별도로 15 중량% ~ 30 중량%의 물을 기 설정된 온도까지 가열하여 공급할 수 있도록 수배관(210)을 통해서 물을 순환 및 공급하는 물공급부(200)와, 상기 오일배관(110)와 수배관(210)으로부터 70 중량% ~ 85 중량%의 오일과 15 중량%~ 30 중량%의 물을 밀분쇄기(310)로 각각 공급받아 밀분쇄기(310)를 통해서 오일과 물을 분쇄 및 혼합하여 1~5 마이크론(㎛)크기의 혼합유로 배출하는 믹서부(300)와, 상기 믹서부(300)에서 배출되는 혼합유 내의 물과 오일을 다시한번 분쇄함과 아울러 물을 오일로 코팅하도록 믹서부(300)에 연결된 혼합유배관(330) 상에서 혼합유에 초음파를 조사할 수 있게 다수의 초음파조사기(410)를 갖춘 초음파발생부(400)와, 상기 오일공급부(100), 물공급부(200), 믹서부(300), 초음파발생부(400)의 구동 조건을 입력 및 제어하는 컨트롤박스부(500)를 포함하는 유화연료 제조장치를 제공한다.

Description

유화연료 제조장치{Manufacturing apparatus of emulsion fuel oil}

본 발명은 유화연료 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유화제를 사용하지 않고, 70 중량% ~ 85 중량%의 오일과 15 중량% ~ 30 중량%의 물을 고속 회전하는 밀분쇄기를 통해 1~5 마이크론(㎛)크기로 분쇄 혼합하여 혼합유를 생성한 다음, 혼합유에 초음파를 조사하여 물입자의 표면을 오일(즉, 연료)로 감싸줌으로써, 유수 분리를 방지할 수 있는 양질의 유화연료(혹은 혼합유)를 제조할 수 있는 유화연료 제조장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 원유를 가공하여 얻어지는 경유, 중유(예컨대, Bunker-A, Bunker-B, Bunker-C 등), 등유와 같은 연료를 많이 사용하는 산업분야에서는 화석 에너지의 사용량을 줄이기 위한 방안으로, 연료와 물 및 유화제를 혼합하여 물과 연료를 고도로 응집된 유화 상태로 유지하면서 연소시키는 다양한 연료 유화 기술이 개발되어 있다.

상기와 같이 연료와 물 및 유화제를 적절히 혼합하여 만든 유화 연료를 상기한 바와 같은 산업분야에 사용하면 화석 에너지의 사용량을 줄이면서 원가 절감 효과를 기대할 수 있다.

그러나, 상기와 같이 연료와 물 및 유화제를 적절히 혼합하여 만든 유화 연료는 연료와 물의 혼합비에 대하여 적당량의 유화제가 사용되지 않으면, 유화 연료의 수적(水滴)의 크기가 연소 불가능한 크기 혹은 불완전 연소되는 크기로 형성되어 연료와 물이 고도로 응집된 유화 상태를 유지하지 못하므로 연소가 불가능하거나 혹은 불완전 연소되는 문제점이 있이며, 이에 따라서 연료와 물의 혼합비에 대하여 최적의 유화제를 설정하기 위한 연구를 필요로 한다.

여기서, 상기 유화연료(Emulsion fuel oil)는 액체연료(기름)에 이와 혼화되지 않는 물이 미립자 상태로 균일하게 분산되어 있는 유중수(W/O, water in oil)형으로 유화된 것이다. 여기서, 상기 유화란 어떤 액체 속에 이것과 혼화되지 않는 다른 액체가 미립자 상태로 균일하게 분산되는 것을 말한다.

상기 액체연료에 대한 물의 첨가비율은 액체연료의 종류(석유, 경유, 등유, 중유, 휘발유)에 따라 결정되고, 물의 첨가량에 비례하여 유화연료의 연소효율이 높게 된다.

이러한 유화연료는 연소시 분산 함유된 물의 순간적인 증발 및 팽창에 의해 중유 등의 연료가 미립화되어 완전 연소를 촉진하므로 분진, 일산화탄소 등의 발생이 줄고, 낮은 공기비 및 낮은 연소가스온도로 질소 산화물의 생성이 억제되는 것으로 알려져 있다.

상기 유화 연료를 제조하는 과정에서 가장 중요한 것은 중유 등과 같은 연료가 물과 유수 분리되지 않도록 혼합시키는 것인데, 지금까지 제안되고 있는 대부분의 기술은 연료와 물 및 유화제를 함께 고속으로 회전시켜 혼합하면서 혼합의 균일도를 증진시키기 위하여 초음파 에너지를 부가적으로 이용하는 방식이 주를 이루고 있다.

이러한 기술 방식의 예로서, 일본 특개평 제1999-171914호(1999.6.29. 공개), 미국등록특허 제6589301호(2003.7.8. 등록), 대한민국 공개실용 제2008-1143호(2008.5.19. 공개), 대한민국 공개특허 제2009-37698호(2009.4.16. 공개) 등이 있다.

이 중에서 대한민국 공개실용신안 제2008-1143호는 원추형의 교반조 내에 구비되는 임펠러의 와류 현상과 초음파 진동에 의한 혼합물 활성을 통해 교반 성능을 향상시킬 수 있는 기술을 제안하고 있다.

이를 좀 더 구체적으로 살펴보면, 먼저, 교반기를 원추형으로 구성하고 교반기 내주면에 나선형의 회동 제어편을 구비함으로써, 임펠러의 회전시 자연적인 와류 현상을 발생시켜 연료 및 물의 혼합물을 안정적으로 혼합시키고, 이와 동시에 교반기 내주면 일측에 다수의 초음파 진동기를 장착시켜 혼합물에 초음파 진동 에너지를 전달함으로써 혼합물이 더욱 작은 크기로 균일하게 혼합될 수 있도록 함에 그 기술적 특징을 가지고 있다.

그러나, 이 기술은 기본적인 연료와 물의 혼합 과정을 임펠러의 회전력에 의존하고 있기 때문에 모터의 출력에 따라 유화의 정도가 결정되는 한계를 가지게 된다.

더욱이, 임펠러의 회전력이 일정 수준 이상이 되지 않으면 초음파 진동기에 의한 부차적인 진동에너지 전달도 그 효과가 미미할 수밖에 없어 당초 기대하는 만큼의 유화도를 달성할 수 없게 됨은 자명하다.

상기한 다른 기술들 역시 기본적인 기술적 특징이 유사하기 때문에 대한민국 공개실용신안 제2008-1143호가 지니는 근본적인 문제점을 대부분 고스란히 안고 있는 실정이다.

특히, 종래 기술에 따라 제조된 대부분의 유화연료의 경우, 유수분리를 억제하고 보다 안정적인 유화를 실시하기 위해서 계면활성제의 하나인 유화제를 사용하고 있다.

그러나, 종래에 사용되던 혼합방법은 유화제, 연료 및 물을 한 혼합기 내에서 동시에 혼합하기 때문에 이러한 방법으로 제조된 유화연료는 안정성이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 종래에 사용되던 유화제는 주로 음이온계면활성제 및 양이온계면활성제가 사용되었는데, 설페이트로 대표되는 음이온계면활성제는 대기오염 물질인 황원자를 포함하고 있어 산업용 유화연료에 사용되는 유화제로는 적절치 못하다.

더욱이, 양이온계면활성제의 경우도 마찬가지로 대기오염 물질인 질소원자를 포함하고 있어, 역시 산업용 유화연료로 사용되는 유화제로는 적절치 못한 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제0632753호(2006.10.11. 공고, 명칭: 유화연료의 제조방법 및 실행장치) 대한민국 공개실용신안공보 제2008-1143호(2008.5.19. 공개, 명칭: 유화 연료유 제조용 교반기) 대한민국 공개특허공보 제2009-37698호(2009.4.16. 공개, 명칭: 유화연료의 제조시스템 및 제조방법) 대한민국 등록특허공보 제1038261호(2011.5.31. 공고, 명칭: 연료 유화 시스템 및 그 방법) 대한민국 등록특허공보 제1085090호(2011.11.18. 공고, 명칭: 유화 연료 제조장치 및 이를 이용한 유화 연료 제조시스템)

이에 본 발명은 기존의 유화연료가 유화제를 사용함에 따른 문제점을 가지고 있고, 유화연료 사용 중에 유수분리가 쉽게 일어난다는 문제점이 있어 이를 개선하고자 유화제를 사용하지 않고 높은 점화온도에서도 유수분리가 잘 일어나지 않는 양질의 유화연료를 제조할 수 있는 유화연료 제조장치를 연구 개발한 것이다.

즉, 본 발명의 목적은 유화제를 사용하지 않고, 70 중량% ~ 85 중량%의 오일과 15 중량% ~ 30 중량%의 물을 고속 회전하는 밀분쇄기를 통해 1~5 마이크론(㎛)크기로 분쇄 혼합하여 혼합유를 생성한 다음, 혼합유에 초음파를 조사하여 물입자의 표면을 오일(즉, 연료)로 감싸줌으로써, 유화연료 사용 중 높은 점화온도에서도유수 분리를 방지할 수 있는 양질의 유화연료(혹은 혼합유)를 제조할 수 있는 유화연료 제조장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유화제를 첨가하지 않고 유화연료를 생산하는 데 필요한 70 중량% ~ 85 중량%의 오일을 기 설정된 온도까지 가열하여 공급할 수 있도록 오일의 흐름을 순환 제어할 수 있는 오일배관을 갖추어 오일을 순환 및 공급하는 오일공급부와, 상기 오일공급부와 별도로 유화연료를 생산하는 데 필요한 15 중량% ~ 30 중량%의 물을 기 설정된 온도까지 가열하여 공급할 수 있도록 물의 흐름을 순환 제어할 수 있는 수배관을 갖추어 물을 순환 및 공급하는 물공급부와, 상기 오일배관과 수배관으로부터 70 중량% ~ 85 중량%의 오일과 15 중량%~ 30 중량%의 물을 각각 공급받아 고속 회전을 통해서 오일과 물을 분쇄 및 혼합하여 1~5 마이크론(㎛)크기의 혼합유로 생성하는 유화과정을 수행하는 밀분쇄기를 갖추고, 이 밀분쇄기에 연결된 혼합유배관으로 혼합유를 배출하는 믹서부와, 상기 믹서부에서 배출되는 혼합유 내의 물과 오일을 다시한번 분쇄함과 아울러 분쇄된 물을 오일로 감싸 코팅하도록 믹서부에 연결된 혼합유배관 상에서 혼합유에 초음파를 조사할 수 있게 다수의 초음파조사기를 갖춘 초음파발생부와, 상기 오일공급부, 물공급부, 믹서부, 초음파발생부의 구동 조건을 입력 및 표시함은 물론, 동작 상태를 제어하는 컨트롤박스부를 포함하는 유화연료 제조장치를 제공하는 데 그 특징을 갖는다.

여기서, 본 발명에 따르면, 상기 오일공급부는, 일단이 오일탱크에 연결되어 오일을 공급하기 위한 오일인입배관, 이 오일인입배관(111)의 타단에서 양쪽으로 분기되어 그 중 일측이 오일탱크쪽으로 연결되어 오일을 순환시킬 수 있는 오일순환배관 및 오일인입배관에서 타측으로 분기되어 오일을 믹서부로 공급하는 오일혼합배관으로 구성된 오일배관과, 상기 오일인입배관으로 오일을 가열하여 공급 및 순환시킬 수 있도록 히팅장치가 구비된 오일탱크와, 상기 오일배관으로 오일을 공급 및 순환시킬 수 있는 구동력을 제공하는 오일펌프와, 상기 오일인입배관 상에서 오일을 필터링함과 아울러 가열하는 히팅 및 필터박스와, 상기 오일배관 상에서 오일이 들러붙지 않게 가열하는 오일히팅기와, 상기 오일순환배관 상에서 오일의 순환 상태를 제어하는 오일순환제어기와, 상기 오일혼합배관 상에서 믹서부로 공급되는 오일의 공급량을 제어하는 유량제어기와, 상기 오일인입배관 상의 오일 온도를 감지하는 온도센서를 갖추는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 물공급부는, 일단이 물저장탱크에 연결되어 물을 공급하기 위한 물인입배관, 이 물인입배관의 타단에서 양쪽으로 분기되어 그 중 일측이 물저장탱크쪽으로 연결되어 물을 순환시킬 수 있는 물순환배관 및 물인입배관에서 타측으로 분기되어 물을 믹서부로 공급하는 물혼합배관으로 구성된 수배관과, 상기 물인입배관으로 물을 가열하여 공급 및 순환시킬 수 있도록 히팅장치가 구비된 물저장탱크와, 상기 수배관으로 물을 공급 및 순환시킬 수 있는 구동력을 제공하는 워터펌프와, 상기 물순환배관 상에서 물의 순환 상태를 제어하는 물순환제어기와, 상기 물혼합배관 상에서 믹서부로 공급되는 물의 공급량을 제어하는 수량제어기와, 상기 물인입배관 상의 물 온도를 감지하는 온도센서를 갖추는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 따르면, 상기 믹서부는 일측면으로 회동축이 관통되게 연결됨과 아울러 이 회동축을 중심으로 서로 대향되게 오일배관과 수배관이 연결되는 믹서하우징, 이 믹서하우징의 일측 개방면을 개폐하는 커버, 믹서하우징 내에 고정된 상태로 수용되어 다수의 분쇄돌기가 동심원 및 방사형 구조로 판상면에 분할 정렬된 형태로 형성된 고정분쇄판, 이 고정분쇄판에 대향되게 배치됨과 아울러 믹서하우징의 중심을 관통하는 회동축의 일단에 연결되어 회동되면서 고정분쇄판의 분쇄돌기와 함께 오일과 물을 분쇄 및 혼합하는 다수의 분쇄돌기가 판상면에 동심원 및 방사형 구조로 판상면에 분할 정렬된 형태로 형성된 회전분쇄판을 포함하는 밀분쇄기와, 상기 밀분쇄기의 회동축 타단에 동력전달수단을 매개로 연결되어 회동축을 구동하기 위한 구동력을 제공하는 믹서회전모터와, 상기 밀분쇄기 내에서 회동축의 고속회전에 따라 회전분쇄판과 고정분쇄판의 맷돌 작용으로 물과 오일이 분쇄 및 혼합되는 유화과정을 거쳐 생산된 혼합유를 배출할 수 있도록 믹서하우징의 일측면에 연결된 혼합유배관으로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 초음파발생부는 혼합유배관상에 일정간격을 두고 다수개 배치되어 초음파를 조사할 수 있는 초음파진동자를 갖춘 초음파조사기와, 상기 다수의 초음파조사기의 초음파진동자로 인가되는 전기에너지를 조절하여 초음파를 발생시킬 수 있는 동력원을 제공하는 초음파제어기를 포함하고, 상기 혼합유배관 상의 초음파조사기의 설치 갯수는 유화연료로 제조되는 오일의 종류에 따라 다르게 설치하여 초음파의 발진용량을 달리하는 것이 바람직하다.

특히, 본 발명에 따르면, 상기 오일배관과 수배관을 통해 각각 믹서부로 공급되는 오일과 물의 온도는, 오일이 벙커-C유인 경우에는 벙커-C유의 온도 65℃~80℃ 일 때 물의 온도는 55℃~65℃를 유지하고, 오일이 벙커-A유인 경우에는 벙커-A유의 온도 55℃~65℃ 일 때 물의 온도는 50℃~55℃를 유지하며, 오일이 경유인 경우에는 경유의 온도 30℃~40℃ 일 때 물의 온도는 30℃~40℃를 유지하여 각각 공급하는 것

본 발명에 따르면, 유화제를 사용하지 않고 적정온도로 가열된 오일과 물의 혼합으로만 양질의 유화연료를 제조할 수 있는 유화연료 제조장치를 제공함으로써, 유화연료 사용 중 유화제를 사용하지 않음에 따른 대기오염물질(예를 들어, 먼지(Dust) 70%~98%, Nox 31~75%, Sox 20~65%, Co 95% 이상을 감소시킬 수 있다.)을 크게 저감시킬 수 있는 장점을 갖는다.

특히, 본 발명에 따르면, 3000rpm으로 고속 회전하는 밀분쇄기 내에 오일과 물을 매우 미세하게 콜로이드(1/1,000,000 수준) 상태로 순식간에 분쇄 및 혼합시켜 오일과 물이 고도로 응집된 유화 상태를 유지하면서 수적(水滴)의 크기가 완전 연소 가능한 1㎛ ~ 5㎛ 크기로 형성된 혼합유로 생성하고, 이 혼합유에 초음파를 조사하여 초음파 조사에 기인하는 캐비테이션(cavitation) 현상에 의해 오일과 물이 다시한번 미세하게 분쇄 및 혼합되는 유화과정을 거치면서 오일이 물을 감싸서 코팅하는 현상이 발생함으로써, 120℃ 이상에서 유수분리가 일어나지 않는 보다 안정적인 양질의 유화연료를 생산할 수 있음은 물론, 이렇게 생산된 유화연료는 버너 점화 온도인 120℃ 이상에서 사용 가능하기 때문에 모든 버너에서 연료로 사용할 수 있다는 장점을 갖는다.

또한, 본 발명의 유화연료 제조장치로 제조된 유화연료는 유화연료 효율 테스트를 통해서 5%~6%의 연료 절감효과가 있음을 확인할 수 있었다.

도 1은 본 발명에 따른 유화연료 제조장치의 개략적인 구성도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 유화연료 제조장치에서 초음파발생부가 생략된 상태의 개략적인 배치관계를 보여주는 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 유화연료 제조장치에 초음파발생부를 설치한 후면에서 바라본 실물 사진 도면.
도 5는 본 발명에 따른 유화연료 제조장치에서 초음파발생부를 설치하지 않은 상태에서 후면에서 바라본 실물 사진 도면.
도 6은 본 발명에 따른 유화연료 제조장치를 정면에서 바라본 실물 사진 도면.
도 7은 본 발명에 따른 유화연료 제조장치를 일측면에서 바라본 실물 사진 도면.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 유화연료 제조장치의 오일공급부를 보다 자세히 보여주기 위해 전 후방 쪽에서 각각 바라본 실물 사진 도면.
도 10은 본 발명에 따른 유화연료 제조장치의 물공급부 중 수배관을 보다 자세히 보여주기 위해 일측면에서 바라본 실물 사진 도면.
도 11은 본 발명에 따른 유화연료 제조장치의 컨트롤박스부를 보여주는 실물 사진 도면.
도 12는 본 발명에 따른 유화연료 제조장치의 믹서부 중 밀분쇄기에 연결된 오일혼합배관 및 물혼합배관 상태를 보여주는 실물 사진 도면.
도 13은 본 발명에 따른 유화연료 제조장치의 믹서부 중 밀분쇄기의 외관 구성을 보여주는 사시도.
도 14는 본 발명에 따른 유화연료 제조장치의 믹서부 중 밀분쇄기의 구성 상태를 보여주는 분해 사시도.
도 15는 본 발명에 따른 유화연료 제조장치의 믹서부 중 밀분쇄기의 구성 상태를 보여주는 단면도.
도 16은 본 발명에 따라 벙커-C유 85 중량%에 물 15 중량%를 유화시켜 유화연료를 생산한 상태에서 400배 확대하여 관찰한 사진 도면.
도 17은 본 발명에 따라 벙커-C유 80 중량%에 물 20 중량%를 유화시켜 유화연료를 생산한 상태에서 400배 확대하여 관찰한 사진 도면.
도 18은 본 발명에 따라 벙커-C유 70 중량%에 물 30 중량%를 유화시켜 유화연료를 생산한 상태에서 400배 확대하여 관찰한 사진 도면.
도 19는 본 발명에 따른 유화연료 제조장치로 제조된 유화연료의 배출가스 측정 데이터값.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 유화연료 제조장치는, 유화제를 첨가하지 않고, 70 중량% ~ 85 중량%의 오일과 15 중량% ~ 30 중량%의 물을 1~5 마이크론(㎛)크기로 분쇄 혼합한 다음, 초음파를 조사하여 물입자의 표면을 오일(즉, 연료)로 감싸줌으로써, 유수 분리를 방지할 수 있는 양질의 유화연료(혹은 혼합유)를 제조할 수 있는 장치이다.

즉, 본 발명에 따른 유화연료 제조장치는, 크게 오일공급부(100), 물공급부(200), 믹서부(300), 초음파발생부(400), 컨트롤박스부(500)를 포함하는 구성을 갖는다.

여기서, 도 2 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 오일공급부(100)는 유화연료를 생산하기 위한 오일(Oil)을 저장 공급하는 부위로써, 오일의 온도를 적정한 수준으로 끌어올려 물과 혼합될 수 있도록 오일을 공급하는 과정에서 오일을 가열하면서 순환 공급시킬 수 있는 배관 구성을 갖춤에 따라 적정 수준의 온도에서 물과 혼합하여 양질의 유화연료를 제조할 수 있게 하고 있다.

이때, 상기 오일은 경유, 중유, 등유는 물론, 폐엔진오일, 역청유와 같은 유화연료로 제조될 수 있는 모든 연료를 총칭하는 것이나, 본 발명에서는 주로 벙커-C유를 예를 들어 설명하기로 한다.

상기 오일공급부(100)는, 오일을 순환시키기 위한 오일배관(110)과, 오일을 저장 공급하는 오일탱크(120)와, 오일을 순환시키기 위한 오일펌프(130)와, 오일을 필터링함과 아울러 가열하는 히팅 및 필터박스(140)와, 오일의 순환 과정에서 가열하기 위한 오일히팅기(150)와, 오일의 순환 상태를 제어하는 오일순환제어기(160)와, 오일의 공급량을 제어하는 유량제어기(170)와, 오일의 온도를 감지하는 온도센서(180)를 갖추고 있다.

상기 오일배관(110)은 일단이 오일탱크(120)에 연결되어 오일을 공급하기 위한 오일인입배관(111)과, 상기 오일인입배관(111)의 타단에서 양쪽으로 분기되어 그 중 일측이 오일탱크(120)쪽으로 연결되어 오일을 순환시킬 수 있는 오일순환배관(112) 및 오일인입배관(111)에서 타측으로 분기되어 오일을 믹서부(300)로 공급하는 오일혼합배관(113)으로 구성되어 있다.

상기 오일은 오일인입배관(111)과 오일순환배관(112)을 통해 적정온도에 도달할 때까지 반복적으로 순환하게 되고, 오일이 물과 혼합될 수 있는 적정온도에 도달하면, 오일혼합배관(113)이 개방되어 믹서부(300)로 공급되게 된다.

물론, 상기 오일의 온도는 오일인입배관(111)상에 설치된 온도센서(180)에서 감지하게 됨은 당연하다.

그리고, 상기 오일혼합배관(113)을 통해 믹서부(300)로 공급되는 오일의 유량은 오일혼합배관(113)상에 설치된 유량제어기(170)를 통해서 설정된 유량으로 제어되어 공급되게 된다.

본 발명의 경우에는 유화연료의70 중량% ~ 85 중량%에 해당하는 오일량을 공급하게 된다.

상기 오일탱크(120)는 경유, 중유, 등유와 같은 연료를 저장함과 아울러, 오일순환배관(112)을 통해 순환하는 오일을 임시 저장하여 공급하는 탱크이다.

상기 오일탱크(120)에는 오일을 가열할 수 있는 히팅장치(121)가 구비되어 있다.

이때, 중유를 사용하는 기업의 오일탱크(120)에는 히팅장치가 구비되는 것이 일반적이다.

즉, 양질의 유화연료를 생산하기 위해서는 서로 혼합되는 오일과 물의 온도가 적정한 수준을 유지한 상태에서 혼합되는 것이 바람직하다.

예를 들어, 벙커-C유는 65℃~80℃ 수준에서 물의 온도는 55℃~65℃를 유지하는 것이 바람직하고, 벙커-A유는 55℃~65℃ 수준에서 물의 온도는 50℃~55℃를 유지하는 것이 바람직하며, 경유는 30℃~40℃ 수준에서 물의 온도는 30℃~40℃를 유지하는 것이 적당한 것으로 파악되고 있다.

상기 오일펌프(130)는 오일인입배관(111)상에 배치되어 오일탱크(120)로부터 오일순환배관(112)으로 오일을 순환시키거나 믹서부(300)로 오일을 공급할 수 있는 동력을 제공하는 펌프로써, 통상적으로 연료 공급 등에 사용되는 모터 펌프를 사용하게 된다.

물론, 상기 오일펌프(130)의 용량은 공급되는 오일 유량 및 제조하고자 하는 유화연료량 등과 같은 제반 조건을 고려하여 선택적으로 사용되게 됨은 당연하다.

상기 히팅 및 필터박스(140)는 개폐 가능한 통 구조로 형성되고, 그 내부에 도시되지 않은 메쉬망 타입의 필터와 히터가 내장됨으로써, 오일탱크(120)와 오일펌프(130) 사이의 오일인입배관(111) 상에서 오일탱크(120)로부터 공급되는 오일에 포함된 불순물을 필터링함과 동시에, 1차적으로 오일을 가열하여 배관 순환과정에서 오일이 냉각되어 들어붙지 않도록 하는 역할을 수행한다.

상기 오일히팅기(150)는 오일인입배관(111)상에 배치되어 오일탱크(120)로부터 인입되는 오일을 가열하는 역할을 하게 된다. 본 발명의 경우, 오일펌프(130)의 설치부위와 그 상단부위에 각각 복수의 오일히팅기(150)가 배치되어 인입 공급되는 오일을 가열하도록 되어 있다.

본 발명에 따르면, 오일탱크(120)로부터 공급되는 오일의 종류에 따라 전술한 수준의 오일 온도로 공급하기 위하여 오일을 가열 공급하게 되는바, 오일이 오일배관(110)을 따라 순환하는 도중에 냉각되면 점성이 높은 오일이 배관 내부에 들러붙을 우려가 높기 때문에 오일히팅기(150)로 가열하여 원활한 순환이 이루어지도록 하고 있는 것이다.

그리고, 상기와 같이 오일히팅기(150)로 가열하여 냉각없이 오일이 순환함에도 불구하고 온도센서(180)를 통해 감지된 오일 온도가 설정된 수준에 도달하지 못한 경우에는 반복적으로 오일을 순환시키면서 오일을 가열하도록 구성하고 있는 것이다.

특히, 상기 오일히팅기(150)는 오일인입배관(111)상에 일정간격을 두고 복수개 배치된 상태이고, 이 상태에서 오일히팅기(150)가 설치된 오일인입배관(111)의 통로를 오일이 지나는 시점에서 짧은 시간동안 가열되는 관계로, 양질의 유화연료를 생산하기 위해 요구되는 적정의 오일온도까지 순간적으로 급상승시킬 수 있는 것은 아니고, 단지 오일이 순환 중에 냉각되어 배관 상에 들러붙지 않도록 보조하는 역할을 하는 것이다.

물론, 상기 요구되는 오일온도까지 상승시키기 위해서는 오일의 순환 반복을 통해서 꾸준히 오일탱크(120) 내에서 오일을 가열할 필요성이 있고, 이를 위해 본 발명에서는 오일을 반복적으로 가열 순환시킬 수 있는 오일배관(110)을 마련하고 있는 것에 그 구성적 특징을 가지고 있는 것이다.

이와 같은 오일의 반복적인 가열 순환은 컨트롤박스부(500)를 통해 입력 제어되는 유화연료 생산에 필요한 각종 제어조건 및 오일의 순환 상태를 제어하는 오일순환제어기(160), 오일의 공급량을 제어하는 유량제어기(170), 오일의 온도를 감지하는 온도센서(180)에 의해서 종합적으로 감지 제어됨은 당연하다.

본 발명에 따른 오일배관(110) 상에는 오일의 공급량(즉, 유량)을 측정하여 사용자가 눈으로 직접 확인할 수 있는 유량계(190)가 설치되어 있다.

한편, 상기 물공급부(200)는 유화연료를 생산하기 위한 물을 저장 공급하는 부위로써, 물의 온도를 적정한 수준으로 끌어올려 오일과 혼합될 수 있도록 물을 공급하는 과정에서 물을 가열하면서 순환 공급시킬 수 있는 배관 구성을 갖춤에 따라 적정 수준의 물 온도에서 믹서부(300)를 통해 오일과 혼합하여 양질의 유화연료를 제조할 수 있게 하고 있다.

도 2, 도 5 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 물공급부(200)는, 물을 공급 및 순환시키기 위한 수배관(210)과, 물을 저장 공급하는 물저장탱크(220)와, 물을 순환시키기 위한 워터펌프(230)와, 수배관(210) 상에 배치되어 물의 순환 상태를 제어하는 물순환제어기(240)와, 수배관(210) 상에 배치되어 물의 공급량을 제어하는 수량제어기(250)와, 수배관(210) 상에 배치되어 물의 온도를 감지하는 온도센서(260)를 갖추고 있다.

상기 수배관(210)은, 오일배관(110)과 마찬가지로, 일단이 물저장탱크(220)에 연결되어 물을 공급하기 위한 물인입배관(211)과, 상기 물인입배관(211)의 타단에서 양쪽으로 분기되어 그 중 일측이 물저장탱크(220)쪽으로 연결되어 물을 순환시킬 수 있는 물순환배관(212) 및 물인입배관(211)에서 타측으로 분기되어 물을 믹서부(300)로 공급하는 물혼합배관(213)으로 구성되어 있다.

상기 물은 물인입배관(211)과 물순환배관(212)을 통해 적정온도에 도달할 때까지 반복적으로 순환하게 되고, 물이 오일과 혼합될 수 있는 적정온도에 도달하면, 물혼합배관(213)이 개방되어 믹서부(300)로 공급되게 된다.

물론, 상기 물의 온도는 물인입배관(211)상에 설치된 온도센서(260)에서 감지하게 됨은 당연하다.

그리고, 상기 물혼합배관(213)을 통해 믹서부(300)로 공급되는 물의 수량은 물혼합배관(213)상에 설치된 수량제어기(250)를 통해서 기 설정된 수량(혼합유의 15 중량% ~ 30 중량% 수준)으로 제어되어 공급되게 된다.

본 발명의 경우에는 유화연료의 15 중량% ~ 30 중량%에 해당하는 수량을 공급하도록 설계되어 있다.

이때, 본 발명에 따른 수배관(210) 상에는 물의 공급량(즉, 유량)을 측정하여 사용자가 눈으로 직접 확인할 수 있는 수량계(270)가 설치되어 있다.

상기 물저장탱크(220)는 물을 저장함과 아울러, 물순환배관(212)을 통해 순환하는 물을 임시 저장하여 공급하는 탱크이다. 상기 물저장탱크(220)에는 물을 가열할 수 있는 히팅장치(221)가 구비되어 있다.

전술한 바와 같이, 유화연료로 사용되는 오일의 종류에 따라 혼합되는 물의 온도를 각기 달리하여 공급하고 있는바, 예를 들어, 벙커-C유일 때는 물의 온도는 55℃~65℃의 물을 혼합하고, 벙커-A유일 때는 50℃~55℃의 물을 혼합하며, 경유일 때는 30℃~40℃의 물을 혼합하고 있다.

따라서, 상기 수배관(210)을 통해 물을 공급할 때, 물저장탱크(220)내에서 히팅장치(221)로 물을 가열한 다음, 공급하게 된다.

물론, 상기 히팅장치(221)로 가열되어 물인입배관(211)으로 인입된 물의 온도는 물인입배관(211) 상에 구비된 온도센서(260)를 통해서 온도를 감지하게 되는바, 상기 온도센서(260)에서 감지된 물의 온도가 요구되는 온도까지 도달하지 않은 경우, 물은 물순환배관(212)을 통해 다시 물저장탱크(220)쪽으로 순환하면서 가열되게 된다.

이렇게 요구되는 물 온도까지 상승시키기 위해서는 물의 순환 반복을 통해서 꾸준히 물저장탱크(220) 내에서 물을 가열할 필요성이 있고, 이를 위해 본 발명에서는, 오일배관(110)과 별도로, 물을 반복적으로 가열 순환시킬 수 있는 수배관(210)을 마련하고 있는 것에 그 구성적 특징을 가지고 있다.

상기와 같이 물의 반복적인 가열 순환은 컨트롤박스부(500)를 통해 입력 제어되는 유화연료 생산에 필요한 각종 제어조건 및 물의 순환 상태를 제어하는 물순환제어기(240), 물의 온도를 감지하는 온도센서(260)에 의해서 종합적으로 감지 제어됨은 당연하고, 물이 기 설정된 온도까지 가열되어 믹서부(300)로 오일과 혼합되기 위해 공급될 때, 물혼합배관(213) 상에 배치된 물의 공급량을 제어하는 수량제어기(250)에서 적정 수량(혼합유의 15 중량% ~ 30 중량% 수준)으로 공급 제어하게 되는 것이다.

상기 워터펌프(230)는 물인입배관(211)상에 배치되어 물저장탱크(220)로부터 물순환배관(212)으로 물을 순환시키거나 믹서부(300)로 물을 공급할 수 있는 동력을 제공하는 펌프로써, 통상적으로 사용되는 워터펌프를 사용하게 된다.

물론, 상기 워터펌프(230)의 용량은 공급되는 수량 및 제조하고자 하는 유화연료량 등과 같은 제반 조건을 고려하여 선택적으로 사용되게 됨은 당연하다.

도 12 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 믹서부(300)는 70 중량% ~ 85 중량%의 오일과 15 중량% ~ 30 중량%의 물을 공급받아 고속 회전 과정을 거쳐 콜로이드 형태로 물과 오일을 분쇄하여 혼합함으로써, 유화과정을 통해 1~5 마이크론(㎛)크기의 혼합유를 생산하는 부위이다.

상기 믹서부(300)는 오일혼합배관(113)과 물혼합배관(213)이 연결되어 오일과 물을 공급받아 분쇄 및 혼합하는 밀분쇄기(310)와, 이 밀분쇄기(310)의 작동에 필요한 구동력을 제공하기 위한 믹서회전모터(320)와, 밀분쇄기(310)에서 생산된 혼합유를 배출하는 혼합유배관(330)과, 밀분쇄기(310)와 믹서회전모터(320) 사이의 동력 전달을 구현하는 동력전달수단(340)을 포함하고 있다.

여기서, 상기 밀분쇄기(310)는 고속 회전을 통해 물과 오일을 분쇄 및 혼합하는 유화과정을 거쳐 혼합유를 생산하는 장치 부위로써, 밀분쇄기(310)는 일측면으로 회동축(315)이 관통되게 연결됨과 아울러 이 회동축(315)을 중심으로 서로 대향되게 오일배관(110)의 오일혼합배관(113)과 수배관(210)의 물혼합배관(213)이 연결되는 믹서하우징(313)과, 이 믹서하우징(313)의 일측 개방면을 개폐하는 커버(314)와, 상기 믹서하우징(313) 내에 고정된 상태로 수용되어 다수의 분쇄돌기(311a)가 형성된 고정분쇄판(311)과, 이 고정분쇄판(311)에 대향되게 배치됨과 아울러 믹서하우징(313)의 중심을 관통하는 회동축(315)의 일단에 연결되어 회동되면서 고정분쇄판(311)의 분쇄돌기(311a)와 함께 오일과 물을 분쇄 및 혼합하는 다수의 분쇄돌기(312a)가 판상면에 형성된 회전분쇄판(312)을 포함하는 구성을 갖고 있다.

상기 믹서회전모터(320)는 3000rpm의 회전속도로 회동축(315)을 회동시킬 수 있는 용량을 가지고 있다.

그리고, 상기 믹서회전모터(320)는 동력전달수단(340)을 통해서 회동축(315)의 일단에 연결됨으로써, 이 믹서회전모터(320)의 동력이 동력전달수단(340)에 의해 회동축(315)으로 전달되게 된다.

상기 동력전달수단(340)은 믹서회전모터(320)의 구동축과 회동축(315) 사이를 상호 연결하는 벨트 구동 방식을 적용하는 것이 바람직하며, 벨트 구동 방식외에도 고속으로 회전하는 동력을 전달할 수 있는 동력 전달 방식이라면 선택적으로 채용 가능함은 당연하다.

상기 믹서하우징(313)은 원통형 구조를 가지고 있으며, 일측 개방면에 커버(314)가 개폐 가능하게 볼트 결합되어 있다.

그리고, 상기 믹서하우징(313)의 중앙 부위에 회동축(315)이 관통되게 연결 배치되고, 상기 회동축(315)이 관통되는 믹서하우징(313)의 판상면에는 회동축(315)을 중심으로 양측면에 오일혼합배관(113)이 연결되는 오일혼합공(316)과 물혼합배관(213)이 연결되는 물혼합공(317)이 각각 형성되어 있다.

또한, 상기 믹서하우징(313)의 원통형 외주면 상에는 믹서하우징(313) 내에서 유화과정을 거쳐 생성된 혼합유를 배출할 수 있는 혼합유배출공(318)이 형성되어 있고, 이 혼합유배출공(318)에는 혼합유배관(330)이 연결되어 있다.

상기 회동축(315)은 외통체(315a)를 통해 감싸진 구조를 가지며, 상기 외통체(315a)는 믹서하우징(313) 상에 3개의 고정브라켓트(315b)에 의해 삼발이 형태로 지지 고정되어 있다.

그리고, 상기 회동축(315)은 외통체(315a) 내에서 도시되지 않은 다수의 베어링에 의해 원활하게 고속 회전이 가능하도록 지지 되는바, 상기 다수의 베어링은 외통체(315a) 일단에 마련된 베어링박스(315c) 내에 배치되게 된다.

또한, 상기 고정분쇄판(311)은 믹서하우징(313) 내에 수용되어 볼트에 의해 고정 결합되어 있는바, 상기 고정분쇄판(311)의 판상면에는 다수의 분쇄돌기(311a)가 동심원 및 방사형 구조로 판상면에 분할 정렬된 형태로 형성되어 있다.

이때, 상기 고정분쇄판(311)의 중앙 부위에는 믹서하우징(313)의 오일혼합공(316)과 물혼합공(317)을 통해 유입된 오일과 물이 유입되는 혼합통로(319)가 형성되어 있고, 이 혼합통로(319)를 통해 회동축(315)의 일단이 관통되게 배치되게 된다.

상기 회전분쇄판(312)은 고정분쇄판(311)의 전면에 대향되게 맞물리는 구조로 믹서하우징(313) 내에 배치되고, 상기 혼합통로(319)를 관통하고 있는 회동축(315)의 일단에 연결되어 너트(혹은 볼트) 결합됨에 따라 회동축(315)에 의해 고속 회전 가능하게 조립된다.

이때, 상기 회전분쇄판(312)의 판상면에는 고정분쇄판(311)에 형성된 다수의 분쇄돌기(311a)와 대향되는 동일한 구조를 갖는 다수의 분쇄돌기(312a)가 형성되어 있다.

따라서, 상기 고정분쇄판(311)에 형성된 다수의 분쇄돌기(311a)는 고정분쇄판(311)이 믹서하우징(313) 내에 고정된 상태에서 회동축(315)에 의해 고속 회전하는 회전분쇄판(312)의 분쇄돌기(312a)와 함께 맷돌처럼 상호 맞물려 고속의 맷돌 기능을 통해 순간적으로 물과 오일을 매우 미세하게 분쇄 및 혼합하여 유화과정을 수행하는 역할을 하게 된다.

즉, 상기 고정분쇄판(311)의 분쇄돌기(311a)와 회전분쇄판(312)의 분쇄돌기(312a)는 서로 대향되게 배치되어 도 14에 도시된 바와 같이 각각의 판상면에 동심원 및 방사형 구조를 가지면서 분할 정렬된 형태로 미세하게 돌출 형성됨으로써, 고정분쇄판(311)이 고정된 상태에서 회전분쇄판(312)이 3000rpm으로 회전하는 회동축(315)에 의해 고속 회전하게 됨에 따라 맷돌 기능과 같이 고정분쇄판(311)과 회전분쇄판(312) 사이로 유입되는 물과 오일을 1/1,000,000 수준의 콜로이드 상태로 순식간에 분쇄 및 혼합하여 유화과정을 수행하는 역할을 하게 되는 것이다.

상기 혼합유배관(330)상에는 혼합유의 온도를 측정하는 온도계(331)와, 혼합유의 압력을 측정하는 압력계(332) 및 혼합유의 온도를 감지하는 온도센서(333)가 순차적으로 배치 구성되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 초음파발생부(400)는 혼합유배관(330) 내부에 흐르는 혼합유에 초음파를 조사하여 미세하게 분쇄된 물을 오일로 코팅한 상태의 유화연료를 제조할 수 있도록 함으로써, 유수 분리를 최대한 억제할 수 있도록 하는 역할을 한다.

상기 초음파발생부(400)는 크게 초음파조사기(410)와 초음파제어기(420)로 구분되는바, 상기 초음파조사기(410)는 혼합유배관(330)상에 일정간격을 두고 다수개 배치되어 초음파를 조사하는 기능을 수행하게 된다.

즉, 상기 초음파조사기(410)는 도시되지 않은 다수의 초음파진동자를 갖추고 있으며, 본 발명의 경우에 초음파진동자는 20㎑의 초음파를 생성하여 조사할 수 있도록 되어 있다.

상기 초음파제어기(420)는 다수의 초음파조사기(410)의 초음파진동자(도시안됨)로 인가되는 전기에너지를 조절하여 다수의 초음파조사기(410)가 각각 발생하는 초음파의 주파수를 제어할 뿐만 아니라 초음파를 발생시킬 수 있는 동력원을 제공한다.

본 발명에 따르면, 유화연료로 제조되는 오일의 종류에 따라 초음파조사기(410)의 설치 갯수를 달리하여 초음파의 발진용량을 달리하는 것이 바람직한 것으로 파악되고 있다.

예를 들어, 벙커-C유를 유화연료로 제조하기 위해서는 초음파 발진용량을 800W~1.2KW로 작동시키는 것이 바람직하고, 특히 장기간 보관하면서 사용할 때는 초음파 발진용량을 1.5KW로 작동시키는 것이 바람직하다. 그리고, 벙커-A유를 유화연료로 제조하기 위해서는 초음파 발진용량을 2KW~2.5KW로 작동시키는 것이 바람직하고, 경유를 유화연료로 제조하기 위해서는 초음파 발진용량을 3.0KW로 작동시키는 것이 바람직하다.

이렇게 초음파발생부(400)를 통해 혼합유배관(330) 상에 흐르는 혼합유에 다수의 초음파조사기(410)로 20㎑ 초음파를 조사하여 초음파 조사에 기인하는 캐비테이션(cavitation) 현상에 의해 다시한번 유화과정을 거치면서 분쇄된 물을 오일로 감싸 코팅된 구조로 유화되도록 함으로써, 최종적으로 혼합유가 유화연료로 완성되게 된다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 컨트롤박스부(500)는 유화연료 제조장치의 작동에 필요한 전원을 공급함은 물론, 각종 제어조건을 입력 및 표시할 수 있는 부위로써, 각종 제어조건을 표시할 수 있는 표시창(510)과, 전원공급 및 각종 제어조건을 조작할 수 있는 다수의 조작버튼(520)을 갖추고 있다.

상기 표시창(510)은 터치스크린 방식을 채택하여 필요한 정보를 터치스크린 방식으로 확인 및 입력할 수 있도록 되어 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 유화연료 제조장치는 다음과 같이 작동한다.

먼저, 본 발명의 오일공급부(100)를 통해 오일이 공급되는 과정을 살펴보면, 상기 오일탱크(120)에 저장된 유화연료로 제조하기 위한 경유, 중유, 등유와 같은 오일을 히팅장치(121)로 가열하여 오일펌프(130)의 구동력을 받아 오일인입배관(111)으로 공급하게 되면, 오일인입배관(111) 상의 히팅 및 필터박스(140)에서 오일 내의 불순물을 필터링한 다음, 오일인입배관(111)으로 지속적으로 내보내게 된다.

이때, 상기 히팅 및 필터박스(140) 내의 히팅기와 오일인입배관(111) 상의 오일히팅기(150)에서 지속적으로 오일에 열을 가해 줌으로써, 오일이 오일인입배관(111)을 통해 흐르는 동안 온도가 떨어지지 않도록 하여 점성이 높은 오일이 오일인입배관(111)에 들러붙지 않고 원활하게 흐르도록 보조하게 된다.

그리고, 상기 오일인입배관(111) 상의 온도센서(180)에서 오일의 온도를 감지하여 기 설정된 온도(예를 들어, 오일이 벙커-C유인 경우에는 65℃~80℃ 범위에서 온도 설정한다.)에 도달했는지 여부를 감지하여 오일의 온도가 기 설정온도에 도달하지 않은 경우에는 오일순환제어기(160)가 작동하여 오일순환배관(112)을 개방함으로써, 오일이 오일탱크(120)쪽으로 다시 순환하도록 하고, 이렇게 오일탱크(120)로 유입된 오일은 히팅장치(121)로 다시한번 가열되어 오일인입배관(111)으로 공급하게 된다. 이처럼, 상기의 과정은 반복된다.

이와 같이 오일배관(110) 상에서 오일의 순환 과정이 반복되면서 오일의 온도가 기 설정된 온도에 도달하게 되면, 오일혼합배관(113)이 개방되어 믹서부(300)로 오일을 공급되게 된다.

이때, 상기 오일혼합배관(113)을 통해 믹서부로 공급되는 오일은 유량제어기(170)를 통해 유화연료의 70 중량% ~ 85 중량% 범위에서 공급량이 제어되어 공급되게 된다.

한편, 상기와 같이 오일공급부(100)를 통해 유화연료 제조에 필요한 오일이 공급되는 동안, 본 발명의 물공급부(200)를 통해서도 동시에 유화연료 제조에 필요한 물이 공급되게 된다.

상기 물저장탱크(220)에 저장된 유화연료로 제조하기 위한 물을 히팅장치(221)로 가열하여 워터펌프(230)의 구동력을 받아 물인입배관(211)으로 공급하게 되면, 상기 물인입배관(211) 상의 온도센서(260)에서 물의 온도를 감지하여 기 설정된 온도(예를 들어, 오일공급부(100)의 오일이 벙커-C유인 경우, 물의 온도는 55℃~65℃ 범위에서 온도 설정한다.)에 도달했는지 여부를 감지하여 물의 온도가 기 설정온도에 도달하지 않은 경우에는 물순환제어기(240)가 작동하여 물순환배관(212)을 개방함으로써, 물이 물저장탱크(220)쪽으로 다시 순환하도록 하고, 이렇게 물저장탱크(220)로 유입된 오일은 히팅장치(221)로 다시한번 가열되어 물인입배관(211)으로 공급하게 된다. 이처럼, 상기의 과정은 반복된다.

이와 같이 수배관(210) 상에서 물의 순환 과정이 반복되면서 물의 온도가 기 설정된 온도에 도달하게 되면, 물혼합배관(213)이 개방되어 믹서부(300)로 물을 공급되게 된다.

이때, 상기 물혼합배관(213)을 통해 믹서부(300)로 공급되는 물은 수량제어기(250)를 통해 유화연료의 15 중량% ~ 30 중량% 범위에서 공급량이 제어되어 공급되게 된다.

이와 같이 믹서부(300)의 밀분쇄기(310) 내로 오일혼합배관(113)과 물혼합배관(213)을 통해서 각각 유입되는 70 중량% ~ 85 중량%의 오일과 15 중량% ~ 30 중량%의 물은 혼합통로(319)를 통해 고정분쇄판(311)과 회전분쇄판(312) 사이로 유입되고, 믹서하우징(313)에 고정된 고정분쇄판(311)의 분쇄돌기(311a)에 대해서 믹서회전모터(320)에 의해 3000rpm으로 고속 회전하는 회동축(315)에 연결된 회전분쇄판(312)의 분쇄돌기(312a)로 인해 매우 미세하게 콜로이드(1/1,000,000 수준) 상태로 순식간에 분쇄 및 혼합되면서 고속 회전되는 원주방향으로 빠져나가게 됨으로써, 오일과 물이 고도로 응집된 유화 상태를 유지하면서 수적(水滴)의 크기가 완전 연소 가능한 1㎛ ~ 5㎛ 크기로 형성된 혼합유로 생성되게 된다.

이렇게 생성된 혼합유는 믹서하우징(313)에 연결된 혼합유배관(330)을 통해 배출된다.

이때, 상기 초음파발생부(400)에서는 혼합유배관(330) 내부로 배출된 혼합유에 대하여 20Khz의 초음파를 다수의 초음파조사기(410)에서 일정간격을 두고 연속적으로 조사하여 혼합유의 오일과 물이 응집되게 다시 한번 유화시키고, 동시에 유화과정에서 분쇄된 물을 오일이 감싸 코팅하는 작용을 수행하게 되며, 최종적으로 유수분리를 최대한 억제시킬 수 있는 양질의 유화연료가 제조되는 것이다.

참고로, 경유, 중유, 등유와 같은 연료와 물 및 유화제를 적절히 혼합하여 만든 통상의 유화연료의 수적(水滴)의 크기가 50㎛~100㎛ 크기이면, 완전 연소 가능한 것으로 이 기술분야에서 알려져 있으며, 본 발명에 따라 경유, 중유, 등유와 같은 오일(혹은 연료)과 물을 고속회전 과정을 거쳐 혼합한 혼합유에 대하여 다수의 초음파 조사과정을 거쳐 완성된 유화연료는 수적(水滴)의 크기가 1㎛~5㎛ 크기를 갖기 때문에 도시되지 않은 유화연료 버너로 연소할 때, 상대적으로 보다 안정적으로 완전 연소시킬 수 있는 장점을 갖는 것으로 파악되고 있다.

특히, 본 발명에 따르면, 상기와 같이 혼합유배관(330) 상에 설치된 다수의 초음파조사기(410)에서 20㎑의 주파수를 갖는 초음파를 유화된 혼합유에 조사함으로써, 유화된 혼합유 내의 물과 오일을 다시한번 유화시킴은 물론, 특히 미세하게 유화된 물을 오일로 감싸서 코팅하는 과정을 실험 관찰을 통해 확인할 수 있는바, 도 16 내지 도 18에는 이러한 관찰 결과를 보여주는 사진 도면이다.

도 16 내지 도 18에 도시된 유화연료의 유화 상태를 보여주는 확대사진은 유화연료를 400배 확대한 사진으로써, 미쇄하게 분쇄된 물 주위를 시커먼 오일이 감싸고 코팅되어 있는 형태를 확인할 수 있다.

이처럼 본 발명에 따르면, 상기 혼합유배관(330) 내부를 흐르는 혼합유에 초음파를 조사할 경우에 초음파 조사에 기인하는 캐비테이션(cavitation) 현상에 의해 오일과 물이 다시한번 미세하게 분쇄 및 혼합되는 유화과정을 거치면서 오일이 물을 감싸서 코팅하는 현상이 발생함으로서, 유수분리가 보다 안정적으로 억제되는 유화연료를 생산할 수 있음을 확인할 수 있었다.

특히, 상기와 같이 본 발명에 의해 제조된 유화연료의 수적(水滴) 구조가 오일이 물을 코팅한 구조를 가지고 있는 관계로, 종래 기술에 의해 제조된 유화연료에 비해 상대적으로 유수분리가 현저하게 억제됨을 확인할 수 있었다.

예를 들어, 하기 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 유화연료의 경우, 유화연료를 사용하는 버너에서의 점화온도 120℃~130℃에서도 점화가 이루어짐을 확인할 수 있었는바, 이는 120℃~130℃의 고온에서도 물의 증발에 의한 유수분리가 일어나지 않기 때문에 점화가 가능한 것으로 판단된다. 즉, 오일이 물을 코팅한 것처럼 감싸고 있기 때문에 100℃에서 증발하는 물이 120℃~130℃에서도 증발하지 않고 점화가 이루어지는 것으로 판단된다.

◆ 본 발명에 따른 유화연료의 특징

구분	본 발명의 유화연료	종래기술의 유화연료
유화제	첨가하지 않음	첨가
유수분리	안됨(90일 이상)	안됨(90일 이상)
사용온도	130℃이상 사용 가능	90℃ 이하 공급
직접점화(120℃이상)	가능	불가
균질한 대량생산	가능	불가
유화기 수명	반영구적인 제품	기존 유화기 장기간 사용 불가
열효율	열효율이 5%~6% 향상됨	열효율이 5% 이상 떨어짐

다시 말해, 상기 표 1에서 본 발명의 유화연료와 종래 기술에 의한 기존 유화연료의 특징을 비교하고 있는 것처럼, 통상의 버너 점화 온도인 120℃ 이상에서 기존의 유화연료는 유수분리가 일어나 점화가 불가능하여 경유로 점화시킨 후에 유화연료를 90℃ 이하로 공급하여 사용하고 있는 관계로, 열효율이 5%이상 떨어지는 단점이 있었다.

이로 인해 기업체 등에서 기존의 유화연료의 사용을 꺼려하는 요인으로 작용하고 있었다.

그러나, 본 발명에 따른 유화연료는 120℃ 이상에서 유수분리가 일어나지 않으므로 모든 버너에 사용이 가능하다는 장점이 있고, 하기의 표 2에 나타난 바와 같이 유화연료 효율 테스트를 통해서 5%~6%의 연료 절감효과가 있음을 확인할 수 있었다.

특히, 기존의 유화연료의 경우, 사용온도가 90℃ 이하인 관계로, 주로 로터리 타입 버너에만 사용할 수 있을 뿐 건타입 버너 등에서는 사용할 수 없었으나, 본 발명에 따른 유화연료는 130℃ 이상도 사용 가능하기 때문에 로타리 타입 버너는 물론, 건 타입 버너와 같은 모든 버너에서 사용 가능하다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따라 제조된 유화연료의 경우, 버너에서 연소시킬 때 대기오염물질을 획기적으로 저감시킬 수 있음을 실험적으로 확인할 수 있었다.

즉, 도 19의 실험데이터 값에서 살펴볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 유화연료를 사용할 경우, 먼지(Dust) 70~98%, Nox 31~75%, Sox 20~65%, Co 95% 이상을 감소시킬 수 있는 것으로 실험적인 데이터 값을 얻었다.

도 19의 실험데이터 값은 벙커-C유 100%, 벙커-C유 80 중량% + 물 20 중량%의 유화연료, 벙커-C유 75 중량% + 물 25 중량%의 유화연료, 벙커-C유 70 중량% + 물 30 중량%의 유화연료의 배출가스량을 순차적으로 보여주는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 유화연료 제조장치는 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 그 기술적 정신이 있다.

100 : 오일공급부 110 : 오일배관
111 : 오일인입배관 112 : 오일순환배관
113 : 오일혼합배관 120 : 오일탱크
121 : 히팅장치 130 : 오일펌프
140 : 히팅 및 필터박스 150 : 오일히팅기
160 : 오일순환제어기 170 : 유량제어기
180 : 온도센서 190 : 유량계
200 : 물공급부 210 : 수배관
211 : 물인입배관 212 : 물순환배관
213 : 물혼합배관 220 : 물저장탱크
221 : 히팅장치 230 : 워터펌프
240 : 물순환제어기 250 : 수량제어기
260 : 온도센서 270 : 수량계
300 : 믹서부 310 : 밀분쇄기
311 : 고정분쇄판 312 : 회전분쇄판
313 : 믹서하우징 314 : 커버
315 : 회동축 316 : 오일혼합공
317 : 물혼합공 318 : 혼합유배출공
319 : 혼합통로 320 : 믹서회전모터
330 : 혼합유배관 331 : 온도계
332 : 압력계 333 : 온도센서
340 : 동력전달수단 400 : 초음파발생부
410 : 초음파조사기 420 : 초음파제어기
500 : 컨트롤박스부 510 : 표시창
520 : 조작버튼

Claims

유화제를 첨가하지 않고 유화연료를 생산하는 데 필요한 70 중량% ~ 85 중량%의 오일을 기 설정된 온도까지 가열하여 공급할 수 있도록 오일의 흐름을 순환 제어할 수 있는 오일배관(110)을 갖추어 오일을 순환 및 공급하는 오일공급부(100)와,
상기 오일공급부(100)와 별도로 유화연료를 생산하는 데 필요한 15 중량% ~ 30 중량%의 물을 기 설정된 온도까지 가열하여 공급할 수 있도록 물의 흐름을 순환 제어할 수 있는 수배관(210)을 갖추어 물을 순환 및 공급하는 물공급부(200)와,
상기 오일배관(110)과 수배관(210)으로부터 70 중량% ~ 85 중량%의 오일과 15 중량%~ 30 중량%의 물을 각각 공급받아 고속 회전을 통해서 오일과 물을 분쇄 및 혼합하여 1~5 마이크론(㎛)크기의 혼합유로 생성하는 유화과정을 수행하는 밀분쇄기(310)를 갖추고, 이 밀분쇄기(310)에 연결된 혼합유배관(330)으로 혼합유를 배출하는 믹서부(300)와,
상기 믹서부(300)에서 배출되는 혼합유 내의 물과 오일을 다시한번 분쇄함과 아울러 분쇄된 물을 오일로 감싸 코팅하도록 믹서부(300)에 연결된 혼합유배관(330) 상에서 혼합유에 초음파를 조사할 수 있게 다수의 초음파조사기(410)를 갖춘 초음파발생부(400)와,
상기 오일공급부(100), 물공급부(200), 믹서부(300), 초음파발생부(400)의 구동 조건을 입력 및 표시함은 물론, 동작 상태를 제어하는 컨트롤박스부(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유화연료 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 오일공급부(100)는, 일단이 오일탱크(120)에 연결되어 오일을 공급하기 위한 오일인입배관(111), 이 오일인입배관(111)의 타단에서 양쪽으로 분기되어 그 중 일측이 오일탱크(120)쪽으로 연결되어 오일을 순환시킬 수 있는 오일순환배관(112) 및 오일인입배관(111)에서 타측으로 분기되어 오일을 믹서부(300)로 공급하는 오일혼합배관(113)으로 구성된 오일배관(110)과, 상기 오일인입배관(111)으로 오일을 가열하여 공급 및 순환시킬 수 있도록 히팅장치(121)가 구비된 오일탱크(120)와, 상기 오일배관(110)으로 오일을 공급 및 순환시킬 수 있는 구동력을 제공하는 오일펌프(130)와, 상기 오일인입배관(111) 상에서 오일을 필터링함과 아울러 가열하는 히팅 및 필터박스(140)와, 상기 오일배관(110) 상에서 오일이 들러붙지 않게 가열하는 오일히팅기(150)와, 상기 오일순환배관(112) 상에서 오일의 순환 상태를 제어하는 오일순환제어기(160)와, 상기 오일혼합배관(113) 상에서 믹서부(300)로 공급되는 오일의 공급량을 제어하는 유량제어기(170)와, 상기 오일인입배관(111) 상의 오일 온도를 감지하는 온도센서(180)를 갖춘 것을 특징으로 하는 유화연료 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 물공급부(200)는, 일단이 물저장탱크(220)에 연결되어 물을 공급하기 위한 물인입배관(211), 이 물인입배관(211)의 타단에서 양쪽으로 분기되어 그 중 일측이 물저장탱크(220)쪽으로 연결되어 물을 순환시킬 수 있는 물순환배관(212) 및 물인입배관(211)에서 타측으로 분기되어 물을 믹서부(300)로 공급하는 물혼합배관(213)으로 구성된 수배관(210)과, 상기 물인입배관(211)으로 물을 가열하여 공급 및 순환시킬 수 있도록 히팅장치(221)가 구비된 물저장탱크(220)와, 상기 수배관(210)으로 물을 공급 및 순환시킬 수 있는 구동력을 제공하는 워터펌프(230)와, 상기 물순환배관(212) 상에서 물의 순환 상태를 제어하는 물순환제어기(240)와, 상기 물혼합배관(213) 상에서 믹서부(300)로 공급되는 물의 공급량을 제어하는 수량제어기(250)와, 상기 물인입배관(211) 상의 물 온도를 감지하는 온도센서(260)를 갖춘 것을 특징으로 하는 유화연료 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 믹서부(300)는, 일측면으로 회동축(315)이 관통되게 연결됨과 아울러 이 회동축(315)을 중심으로 서로 대향되게 오일배관(110)과 수배관(210)이 연결되는 믹서하우징(313), 이 믹서하우징(313)의 일측 개방면을 개폐하는 커버(314), 믹서하우징(313) 내에 고정된 상태로 수용되어 다수의 분쇄돌기(311a)가 동심원 및 방사형 구조로 판상면에 분할 정렬된 형태로 형성된 고정분쇄판(311), 이 고정분쇄판(311)에 대향되게 배치됨과 아울러 믹서하우징(313)의 중심을 관통하는 회동축(315)의 일단에 연결되어 회동되면서 고정분쇄판(311)의 분쇄돌기(311a)와 함께 오일과 물을 분쇄 및 혼합하는 다수의 분쇄돌기(312a)가 판상면에 동심원 및 방사형 구조로 판상면에 분할 정렬된 형태로 형성된 회전분쇄판(312)을 포함하는 밀분쇄기(310)와, 상기 밀분쇄기(310)의 회동축(315) 타단에 동력전달수단(340)을 매개로 연결되어 회동축(315)을 구동하기 위한 구동력을 제공하는 믹서회전모터(320)와, 상기 밀분쇄기(310) 내에서 회동축(315)의 고속회전에 따라 회전분쇄판(312)과 고정분쇄판(311)의 맷돌 작용으로 물과 오일이 분쇄 및 혼합되는 유화과정을 거쳐 생산된 혼합유를 배출할 수 있도록 믹서하우징(313)의 일측면에 연결된 혼합유배관(330)으로 구성된 것을 특징으로 하는 유화연료 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 초음파발생부(400)는 혼합유배관(330)상에 일정간격을 두고 다수개 배치되어 초음파를 조사할 수 있는 초음파진동자를 갖춘 초음파조사기(410)와, 상기 다수의 초음파조사기(410)의 초음파진동자로 인가되는 전기에너지를 조절하여 초음파를 발생시킬 수 있는 동력원을 제공하는 초음파제어기(420)를 포함하고, 상기 혼합유배관(330) 상의 초음파조사기(410)의 설치 갯수는 유화연료로 제조되는 오일의 종류에 따라 다르게 설치하여 초음파의 발진용량을 달리하는 것을 특징으로 하는 유화연료 제조장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오일배관(110)과 수배관(210)을 통해 각각 믹서부(300)로 공급되는 오일과 물의 온도는, 오일이 벙커-C유인 경우에는 벙커-C유의 온도 65℃~80℃ 일 때 물의 온도는 55℃~65℃를 유지하고, 오일이 벙커-A유인 경우에는 벙커-A유의 온도 55℃~65℃ 일 때 물의 온도는 50℃~55℃를 유지하며, 오일이 경유인 경우에는 경유의 온도 30℃~40℃ 일 때 물의 온도는 30℃~40℃를 유지하여 각각 공급하는 것을 특징으로 하는 유화연료 제조장치.