KR101554001B1 - 이종 액체 연료의 혼합 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이종 액체 연료의 혼합 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 액체로 이루어지는 주연료를 믹서로 공급하고, 주연료와 비중과 점도가 상이한 액체로 이루어진 보조 연료를 믹서 내부에 고압으로 분사한 후 믹서의 좁아진 통로를 통해 가속된 후 다시 확장된 공간에 교반기에 의해 골고루 혼합되어 연소 장치로 공급되도록 함으로써 주연료에 미량의 보조 연료를 혼합하여 연소 장치의 효율을 일정하게 유지할 수 있고, 균질하게 이종의 액체 연료를 얻을 수 있도록 하는 이종 액체 연료의 혼합 장치에 관한 것이다.

Description

이종 액체 연료의 혼합 장치{APPARATUS FOR MIXING DISSIMILAR LIQUID FUEL}

본 발명은 이종 액체 연료의 혼합 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 액체로 이루어지는 주연료를 믹서로 공급하고, 주연료와 비중과 점도가 상이한 액체로 이루어진 보조 연료를 믹서 내부에 고압으로 분사한 후 믹서의 좁아진 통로를 통해 가속된 후 다시 확장된 공간에 교반기에 의해 골고루 혼합되어 연소 장치로 공급되도록 함으로써 주연료에 미량의 보조 연료를 혼합하여 연소 장치의 효율을 일정하게 유지할 수 있고, 균질하게 이종의 액체 연료를 얻을 수 있도록 하는 이종 액체 연료의 혼합 장치에 관한 것이다.

최근 들어 이산화탄소 배출 문제와 신재생 에너지 의무할당제와 같은 정책적인 이슈에 관련하여 기존의 중유 연소 보일러에 신재생 에너지 연료를 섞어서 쓰려는 시도와 연구가 늘어나고 있다.

신재생 에너지 연료를 중유 보일러에 적용하는 가장 단순한 방법으로는 연소성에 문제가 없는 범위 내에서 기존의 중유 연료 탱크에 이들 연료를 섞어 사용하는 것이나, 이들 연료들은 대부분 중유 등의 연료와 비교하여 비중, 점도 등에서 큰 차이를 보여 혼합이 어렵고, 바이오매스의 열분해 등을 통해 얻어진 신재생 에너지 연료는 강산성을 띠고 있어 연료의 핸들링이 쉽지 않고, 신재생 에너지 연료는 발열량이 낮고, 수분 함량도 많아 안정적인 혼합 연소 조건 확보를 위해서 여러 기술적인 난관을 극복해야 한다.

그리하여, 국내 공개특허 10-2000-0013813호(연료용 이종액체 혼합기)와 같이 서로 다른 이종의 액체 연료를 혼합하는 연료 혼합기가 개발되어 출원되었다.

또한, LNG 운반선의 경우 국내 공개특허 10-2013-100456호(저압 이종연료 엔진용 LNG 연료공급 시스템)와 같이 저장탱크에서 기화되는 LNG를 엔진으로 공급하여 엔진을 동작시키는 기술이 개발되어 출원되었다.

그러나, 상기 연료용 이종액체 혼합기는 단순히 이종액체를 가속기에서 혼합하는 정도의 구성이기 때문에 이종 연료 액체가 균질하게 혼합되지 못하는 문제점이 있다.

또한, 상기 저압 이종연료 엔진용 LNG 연료공급 시스템은 엔진에 동시에 이종 연료를 공급하는 것이 아니기 때문에 효율을 일정하게 유지할 수 없는 문제점이 있다.

국내 공개특허 10-20130-100456호 국내 공개특허 10-2000-0013813호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액체로 이루어지는 주연료를 믹서로 공급하고, 주연료와 비중과 점도가 상이한 액체로 이루어진 보조 연료를 믹서 내부에 고압으로 분사한 후 믹서의 좁아진 통로를 통해 가속된 후 다시 확장된 공간에 교반기에 의해 골고루 혼합되어 연소 장치로 공급되도록 함으로써 주연료에 미량의 보조 연료를 혼합하여 연소 장치의 효율을 일정하게 유지할 수 있고, 균질하게 이종의 액체 연료를 얻을 수 있도록 하는 이종 액체 연료의 혼합 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

액체인 주연료가 저장되는 주연료 저장 탱크와; 주연료와 비중, 점도가 상이한 액체인 보조 연료가 저장되는 보조 연료 저장 탱크와; 상기 보조 연료 저장 탱크에 저장된 보조 연료를 가압시켜 공급하는 가압 모터와; 상기 가압 모터에서 가압되어 공급되는 보조 연료를 분사시키는 가압 분사 노즐; 및 상기 주연료 저장 탱크로부터 공급되는 주연료가 유입되고, 상기 가압 분사 노즐에 의해 분사되는 보조 연료를 혼합시켜 연소 장치로 공급하는 믹서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 믹서는 그 단면 형상이 원통형으로 형성되되, 상단이 곡선을 가지며 좁아지는 형태로 형성되는 1차 믹서와; 상기 1차 믹서와 대칭되는 형태인 그 단면 형상이 원통형으로 형성되되, 하단이 곡선을 가지며 좁아지는 형태로 형성되어 상기 1차 믹서와 그 중심선이 일치하도록 연결되는 2차 믹서; 및 상기 2차 믹서 내부에 설치되어 내부의 이종 액체 연료를 혼합시키는 교반기로 이루어진다.

여기에서 또한, 상기 1차 믹서 및 2차 믹서는 상단과 하단의 관경비가 1/1.5~1/2.5이다.

여기에서 또, 상기 가압 분사 노즐은 상기 1차 믹서 내부로 보조 연료를 분사하도록 상기 믹서의 1차 믹서의 측면에 2개 이상이 설치되되, 유선이 미중첩되도록 서로 다른 높이를 가지며 설치된다.

여기에서 또, 상기 가압 분사 노즐은 상기 믹서의 1차 믹서 내에서 3㎜ 미만으로 돌출된다.

여기에서 또, 상기 가압 분사 노즐은 유선이 미중첩되도록 그 각도가 서로 엇갈리게 배치된다.

여기에서 또, 상기 주 연료 탱크의 주연료는 휘발유, 중유, 경유중 선택된 어느 하나이다.

여기에서 또, 상기 보조 연료 탱크의 보조 연료는 신재생 에너지이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 이종 액체 연료의 혼합 장치에 따르면, 액체로 이루어지는 주연료를 믹서로 공급하고, 주연료와 비중과 점도가 상이한 액체로 이루어진 보조 연료를 믹서 내부에 고압으로 분사한 후 믹서의 좁아진 통로를 통해 가속된 후 다시 확장된 공간에 교반기에 의해 골고루 혼합되어 연소 장치로 공급되도록 함으로써 주연료에 미량의 보조 연료를 혼합하여 연소 장치의 효율을 일정하게 유지할 수 있고, 균질하게 이종의 액체 연료를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이종 액체 연료의 혼합 장치의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이종 액체 연료의 혼합 장치중 믹서의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 정단면도이다.
도 4는 도 2의 A-A 부분 평단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 이종 액체 연료의 혼합 장치중 믹서에서 이종 액체 연료가 혼합되는 모습을 예시한 설명도이다.

이하, 본 발명에 따른 이종 액체 연료의 혼합 장치의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 이종 액체 연료의 혼합 장치의 구성을 나타낸 계통도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이종 액체 연료의 혼합 장치중 믹서의 구성을 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2의 정단면도이고, 도 4는 도 2의 A-A 부분 평단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 이종 액체 연료의 혼합 장치(1)는, 주연료 저장 탱크(10)와, 보조 연료 저장 탱크(20)와, 가압 모터(30)와, 가압 분사 노즐(40)과, 믹서(50)를 포함하여 구성된다.

먼저, 주연료 저장 탱크(10)는 액체인 주연료가 저장된다. 여기에서, 주연료는 휘발유, 중유, 경유중 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.

그리고, 보조 연료 저장 탱크(20)는 주연료와 비중, 점도가 상이한 액체인 보조 연료가 저장된다. 여기에서, 보조 연료는 신재생 에너지가 적용되는 것이 바람직한데, 신재생 에너지로는 폐기물과 바이오매스 등에서 유래한 신재생 액상 연료일 경우가 많으며, 대체로 이들은 중유와 같은 화석연료보다 발열량 등에서 더 낮은 등급을 보이는 경우가 대부분이다.

또한, 가압 모터(30)는 보조 연료 저장 탱크(20)에 저장된 보조 연료를 가압시켜 공급한다. 이때, 가압 모터(30)는 보조 연료를 주연료의 압력 이상으로 가압하는 데, 주연료의 압력은 5~7㎏f/㎠이다.

또, 가압 분사 노즐(40)은 하기에서 설명할 믹서(50)의 1차 믹서(51)에 설치되어 가압 모터(30)에서 가압되어 공급되는 보조 연료를 분사시킨다. 여기에서, 가압 분사 노즐(40)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 1차 믹서(51) 내부로 보조 연료를 분사하도록 1차 믹서(51)의 측면에 2개 이상이 설치되되, 유선이 미중첩되도록 서로 다른 높이를 가지며 설치된다. 여기에서 또한, 가압 분사 노즐(40)은 도 4에 도시된 바와 같이 유선이 미중첩되도록 그 각도가 서로 엇갈리게 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 가압 분사 노즐(40)은 믹서(50)의 1차 믹서(51) 내에서 3㎜ 미만으로 돌출시키는 데, 돌출 높이가 높을 경우 발생하는 데드 존(Dead zone)의 발생을 막기 위해서이다.

한편, 믹서(50)는 주연료 저장 탱크(10)로부터 공급되는 주연료가 유입되고, 가압 분사 노즐(40)에 의해 분사되는 보조 연료를 혼합시켜 연소 장치(B)로 공급한다. 여기에서, 믹서(50)는 그 단면 형상이 원통형으로 형성되되, 상단이 곡선을 가지며 좁아지는 형태로 형성되는 1차 믹서(51)와, 1차 믹서(51)와 대칭되는 형태인 그 단면 형상이 원통형으로 형성되되, 하단이 곡선을 가지며 좁아지는 형태로 형성되어 1차 믹서(51)와 그 중심선이 일치하도록 연결되는 2차 믹서(53) 및 2차 믹서(53) 내부에 설치되어 내부의 이종 액체 연료를 혼합시키는 교반기(55)로 이루어진다. 여기에서 또한, 1차 믹서(51)에서는 주연료 대비 보조 연료를 1~30% 부피비로 혼합하는 것이 바람직하고, 1차 믹서(51)의 상단과 하단의 관경비는 1/1.5~1/2.5를 갖는 것이 바람직하다.

이때, 1차 믹서(51)의 하단과, 2차 믹서(53) 상단에는 연료 공급 배관(P) 또는 연소 장치(B)와 연결되도록 커플러, 플렌지(미도시)와 같은 결합 수단이 구비될 수도 있다. 여기에서, 주연료를 공급하는 연료 공급 배관(P)은 보조연료를 공급하는 연료 공급 배관(P)의 지름보다 더 큰 지름을 갖는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 이종 액체 연료의 혼합 장치의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 믹서(50)의 1차 믹서(51)에는 주연료 저장 탱크(10)의 주연료가 액체 상태로 연료 공급 배관(P)을 통해 공급된다.

이와 동시에 보조 연료 저장 탱크(20)에 저장된 보조 연료가 연료 공급 배관(P)을 통해 가압 모터(30)로 공급된 다음 가압된 후 가압 분사 노즐(40)을 통해 믹서(50)의 1차 믹서(51)에 내부에 분사된다.

그러면, 믹서(50)의 1차 믹서(51)에서는 주연료와 보조 연료가 혼합되면서 2차 믹서(53)로 이송되면서 배르누이 법칙에 따라 혼합된 이종 액체 연료의 속도와 압력이 가속된다.

그리고, 2차 믹서(53)에서 교반기(55)에 의해 더욱 균질하게 혼합된 후 연소 장치(B)로 공급된다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 주연료 저장 탱크 20 : 보조 연료 저장 탱크
30 : 가압 모터 40 : 가압 분사 노즐
50 : 믹서 51 : 1차 믹서
53 : 2차 믹서 55 : 교반기
B : 연소 장치

Claims (8)

1. 액체인 주연료가 저장되는 주연료 저장 탱크와;
   주연료와 비중, 점도가 상이한 액체인 보조 연료가 저장되는 보조 연료 저장 탱크와;
   상기 보조 연료 저장 탱크에 저장된 보조 연료를 가압시켜 공급하는 가압 모터와;
   상기 가압 모터에서 가압되어 공급되는 보조 연료를 분사시키는 가압 분사 노즐; 및
   상기 주연료 저장 탱크로부터 공급되는 주연료가 유입되고, 상기 가압 분사 노즐에 의해 분사되는 보조 연료를 혼합시켜 연소 장치로 공급하도록 그 단면 형상이 원통형으로 형성되되, 상단이 곡선을 가지며 좁아지는 형태로 형성되되, 상단과 하단의 관경비가 1/1.5~1/2.5인 1차 믹서와, 상기 1차 믹서와 대칭되는 형태인 그 단면 형상이 원통형으로 형성되되, 하단이 곡선을 가지며 좁아지는 형태로 형성되고, 상단과 하단의 관경비가 1/1.5~1/2.5이며, 상기 1차 믹서와 그 중심선이 일치하도록 연결되는 2차 믹서 및 상기 2차 믹서 내부에 설치되어 내부의 이종 액체 연료를 혼합시키는 교반기로 이루어지며, 상기 1차 믹서의 하단과, 2차 믹서 상단에는 연료 공급 배관 또는 연소 장치와 연결되도록 결합 수단이 구비되되, 상기 연료 공급 배관중 주연료를 공급하는 연료 공급 배관은 보조연료를 공급하는 연료 공급 배관의 지름보다 더 큰 지름을 가지도록 형성된 믹서를 포함하며,
   상기 가압 분사 노즐은,
   상기 1차 믹서 내부로 보조 연료를 분사하도록 상기 믹서의 1차 믹서의 측면에 2개 이상이 설치되되, 유선이 미중첩되도록 서로 다른 높이를 가지며 설치되고, 데드 존(Dead zone)의 발생을 막기위해서 상기 믹서의 1차 믹서 내에서 3㎜ 미만으로 돌출되며, 유선이 미중첩되도록 그 각도가 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는 이종 액체 연료의 혼합 장치.
2. 삭제
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5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 주 연료 탱크의 주연료는,
   휘발유, 중유, 경유중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이종 액체 연료의 혼합 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 보조 연료 탱크의 보조 연료는,
   신재생 에너지인 것을 특징으로 하는 이종 액체 연료의 혼합 장치.

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