KR101809526B1

KR101809526B1 - 에멀션 연료 제조장치

Info

Publication number: KR101809526B1
Application number: KR1020150178833A
Authority: KR
Inventors: 이영길; 장호섭; 문찬식; 이명렬
Original assignee: 무진기공주식회사
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2018-01-18
Also published as: CN106914161B; KR20170071011A; CN106914161A

Abstract

본 발명은 에멀션 연료 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제1원료인 중유와 제2원료인 물이 저장된 각 원료저장탱크로부터 균일한 양의 원료를 공급하도록 각 원료공급라인에 설치되는 정량펌프와, 상기 각 정량펌프의 출력 측 각 원료공급라인에 설치되어 공급되는 원료의 양을 조절하는 유량계와, 상기 각 원료공급라인에 구비된 각 유량계를 거쳐 공급되는 원료가 각 원료 공급라인의 내부 압력에 따라 개폐되면서 각 원료공급라인의 내부 압력을 균일하게 유지시켜 주는 릴리프밸브와, 상기 릴리프밸브를 통과하여 공급된 원료를 설정된 기준량만큼 믹서기로 공급되도록 하면서 설정조건에 부합되지 않은 경우 공급된 원료를 각 원료저장탱크로 다시 리턴시키고 기준에 적합할 경우 믹서기로 공급하도록 각 원료공급라인의 말단에 구비되는 전자제어밸브와, 상기 각 전자제어밸브를 통해 개별적으로 유입된 제1 및 제2원료를 내부로 통과시키면서 회전 마찰력을 통해 각 원료에 충격, 전단, 캐비테이션 현상을 일으켜 미세 마이크론 상태로 미분화되어 상호 균일하게 혼합되도록 하는 믹서기;를 포함하여 구성된다.

Description

에멀션 연료 제조장치{Apparatus of emulsion production for fuel}

본 발명은 에멀션 연료 제조장치에 관한 것으로, 특히 각종 산업시설이나 농업시설 가스터빈, 난방장치용 보일러 및 대형 선박 등의 연료로 사용되는 벙커-C유에 물을 일정 비율로 혼합, 강제 교반을 통해 에멀션 연료를 제조하여 연소시 발생되는 오염물질 배출을 낮추고 완전연소를 촉진하여 열 효율성을 높일 수 있도록 하는 에멀션 연료를 제조하기 위한 제조장치에 관한 것이다.

에멀션은 액체의 작은 방울이 그것을 녹이지 않는 다른 용액 중에 분사된 상태(계)를 말하는 것으로, 그 일례로 우유, 크림, 마요네즈, 석유 유제 등이 있다.

일반적으로 두 종류가 용해되어 합쳐지지 않은 액체, 즉 기름과 물을 흔들어혼합시키면 에멀션을 생성하게 되는데, 이것은 일반적으로 불안정한 상태이며 정치(精置)를 하면 곧 2개의 액상으로 분리된다. 안정된 진한 에멀션을 만들기 위해서는 제3의 물질을 첨가할 필요가 있는데 이를 유화제라고 한다.

물과 기름으로 이루어진 에멀션에는 기름방울이 수중에 분산된 O/W 에멀션(oil in water emulsion, 수중유형 에멀션)과, 물방울이 기름 중에 분산된 W/O(water in oil emulsion, 유중수형 에멀션) 에멀션 두 가지 형이 있다.

종래의 에멀션 연료는 산업용 시설의 보일러, 가스터빈, 가정용 난방장치, 농업용 온실 보일러, 대형 선박등에 주로 이용되었다.

이와 같은 에멀션 연료는 석유연료의 소모량을 감소시키고, 석유 연료의 연소시 배출되는 질소산화물의 배출량을 감소시키며 연료의 연소효율을 높일 수 있다는 장점으로 인해 그 사용이 꾸준히 이어지고 있다.

이러한 연료의 에멀션화는 석유연료에 물과 소량의 계면활성제를 혼합시킴으로써 에멀션 연료를 제조하게 되며, 이러한 에멀션 연료를 제조하기 위해 종래에도 다양한 제조장치가 제안되었다.

또한, 종래에 이용된 에멀션 연료는 물의 혼합비율이 10% 이내인 것이 주로 이용되었으며, 연료용 에멀션을 제조하는 장치로는 교반기, 진공유화기, 균질기, 콜로이드 밀 등이 이용되면서 연료로 사용되는 오일과 물에 기계적인 충격, 전단, 캐비테이션 및 마찰력을 이용하여 입자의 크기를 줄임으로써 일정한 상태의 현탁액이 유지될 수 있도록 함으로써 2개의 상으로 되돌아 갈려는 의존성을 줄일 수 있도록 하였다.

즉, 오일과 물의 입자 크기가 작을수록 유화 액체를 지속할려는 성질이 더 장기간 유지되고, 연소시 오일입자를 주변 산소와 더 많이 접촉할 수 있도록 하여 연소효율을 향상시킬 수 있도록 하였다.

이와 같이, 연료로서 여러 가지 장점을 구유한 에멀션 연료는 통상 각각 별도로 저장된 저장조에서 공급된 오일과 물을 하나의 혼화조에서 일정 비율로 혼합시킨 후 별도의 교반조, 즉 복수개의 교반조에서 일정 속도로 교반기를 회전시킴으로써 1차 교반, 2차 교반과정을 거치면서 에멀션 연료를 제조하도록 구성되었다.

또한, 이러한 종래의 에멀션 연료 제조장치는 제조된 에멀션 연료의 유화상태가 장기간 유지될 수 있도록 사전에 계면활성제와 같은 첨가제를 오일이나 물에 첨가하여 교반 전에 혼합하는 방식을 이용함으로써 에멀션 연료의 제조설비가 커지고 단계가 많아지며 에멀션 연료 제조시간이 장시간 소요되는 단점을 가지고 있었다.

- 특허공개 특1998-86346호(공개일:1998.12.05, 발명의 명칭: 에멀션 연료제조방법과 장치, 에멀션연료 연소장치 및 에멀션연료 제조 공급장치) - 특허공개 특2000-66974호(공개일: 2000.11.15, 발명의 명칭: 벙커 C유를 이용한 에멀션 연료의 제조장치 및 그 방법 - 특허등록 제10-618166호(등록일; 2006.08.23, 발명의 명칭: 유화제 비혼합형 에멀션 장치) - 특허공개 10-2010-78820호(공개일: 2010.07.08, 발명의 명칭: 부분유화 시스템을 구비한 유중 수적형 에멀션 연료의 제조 및 공급장치)

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 에멀션 제조장치의 구조 및 구성을 간단히 하여 그 설치가 용이하면서 유지, 관리가 편리하고 에멀션 연료의 제조시간을 단축하여 대량의 에멀션 연료를 생산할 수 있도록 하는 에멀션 연료 제조장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 에멀션 연료 제조장치는 제1원료인 중유와 제2원료인 물이 저장된 각 원료저장탱크로부터 균일한 양의 원료를 공급하도록 각 원료공급라인에 설치되는 정량펌프와, 상기 각 정량펌프의 출력 측 각 원료공급라인에 설치되어 공급되는 원료의 양을 조절하는 유량계와, 상기 각 원료공급라인에 구비된 각 유량계를 거쳐 공급되는 원료가 각 원료 공급라인의 내부 압력에 따라 개폐되면서 각 원료공급라인의 내부 압력을 균일하게 유지시켜 주는 릴리프밸브와, 상기 릴리프밸브를 통과하여 공급된 원료를 설정된 기준량만큼 믹서기로 공급되도록 하면서 설정조건에 부합되지 않은 경우 공급된 원료를 각 원료저장탱크로 다시 리턴시키고 기준에 적합할 경우 믹서기로 공급하도록 각 원료공급라인의 말단에 구비되는 전자제어밸브와, 상기 각 전자제어밸브를 통해 개별적으로 유입된 제1 및 제2원료를 내부로 통과시키면서 회전 마찰력을 통해 각 원료에 충격, 전단, 캐비테이션 현상을 일으켜 미세 마이크론 상태로 미분화되어 상호 균일하게 혼합되도록 하는 믹서기;를 포함하여 구성된다.

특히, 상기 믹서기에는 별도의 유화제 저장탱크에 저장된 유화제가 유화제 공급라인을 통해 상기 제1원료 및 제2원료가 믹서기로 유입될 때 동시에 유입되도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 믹서기는, 일정 높이의 고정프레임 일측에 고정 설치되는 구동모터; 상기 구동모터의 회전축에 연결되어 회전축의 회전력을 통해 회전이 이루어지도록 일정 길이 설치되는 구동축; 상기 구동축을 고정 지지하도록 상기 구동축의 중심부 외주연을 일정길이 감싸면서 고정프레임의 상부에 고정 설치되되, 그 내부에 중공부의 냉각수 소통로가 형성되어 외부에서 유입된 냉각수가 그 내부를 통과한 후에 배출되면서 상기 구동축의 회전시 발생되는 열을 냉각시키도록 구성되는 1차 지지부; 상기 1차 지지부의 외측으로 구동축의 말단에 연결되어 구동축의 회전시 회전되면서 그 내부로 유입된 에멀션 원료를 유화시키는 유화부; 상기 유화부의 외측으로 연결되어 서로 다른 원료가 유입되도록 한 개 이상의 원료유입구가 형성되고, 복수개의 원료유입구에서 유입된 각 원료가 혼합되면서 상기 유화부로 유입되도록 내부에 중공형의 원료유입로가 형성된 원료유입부;를 포함한 구성으로 이루어진다.

이와 더불어, 상기 1차 지지부와 유화부 사이에는 회전하는 구동축을 감싸면서 고정프레임에 구동축을 견고하게 지지하도록 구성되되, 그 내부가 빈 중공형의 냉각수 소통로가 형성되어 외부에서 일측으로 냉각수가 유입된 후에 타측으로 배출되면서 상기 구동축 및 유화부에서 발생되는 열을 식혀주도록 구성되는 2차 지지부가 더 구비된 구성으로 이루어진다.

또한, 상기 유화부는, 밀폐된 하우징 내부에서 구동축의 말단에 결합되어 구동축과 함께 회전이 이루어지는 원판형의 회전체와, 상기 회전체와 일정거리 이격되면서 회전체와 대면되게 설치되고, 그 중심부를 통해 외측에서 내측으로 원료가 유입되도록 중심부에 관통부가 형성되어 상기 원료유입부의 원료 유입로와 소통되도록 원료유입부 선단에 결합되어 밀폐된 하우징 내부에 설치되는 고정체와, 상기 회전체의 회전으로 회전체와 고정체 사이의 틈새로 유입된 원료가 에멀션화되어 회전체의 원심력에 의해 회전체의 태두리 방향으로 분산된 후에 밀폐된 하우징의 일측에 형성된 연료 출구를 통해 믹서기에서 배출되도록 구성된다.

또한, 상기 유화부의 고정체와 결합된 상기 원료유입부의 말단에는 상기 회전체와 일정 간격 유지하고 있는 고정체를 외측방향으로 당기거나 내측방향으로 밀어넣어 회전체와의 간격을 조절할 수 있도록 하는 유격조정부가 더 설치된 구성으로 이루어져 에멀션 연료 제조시 유화부의 간격 조절을 통해 고품질의 에멀션 연료의 생산이 가능하도록 한다.

특히, 상기 유화부의 회전체와 고정체의 각 내면 또는 어느 일측 내면에는 회전체의 회전시 유입된 원료와 접촉되는 마찰력을 향상시키도록 요철형 마찰확대부가 형성되어 원료의 신속한 미분화를 통해 에멀션화가 용이하게 이루어질 수 있는 구조로 이루어진다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 에멀션 연료 제조장치는 비교적 에멀션 제조공정이 간단하고, 하나의 제조장치를 통해 교반과 함께 에멀션 연료를 생산할 수 있어 생산시간을 최대한 단축시킬 수 있어 생산성 향상에 유리하다.

특히, 전체 장치의 구성이 간단하여 그 설치가 용이하고, 공간 이용효율을 높일 수 있도록 한다.

또한, 제조된 에멀션 연료의 성상(性狀)에 따라 유화부의 간격을 조절하여 고품질의 에멀션 연료의 생산이 가능하도록 할 뿐만 아니라 최적의 혼합비를 갖는 에멀션 연료의 생산이 가능하도록 하여 에멀션 연료의 사용 용도에 적합한 최적의 연료 생산이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 에멀션 연료 제조장치의 전체적인 구성블럭도,
도 2는 본 발명에 따른 에멀션 연료 제조장치의 정면도,
도 3은 도 2에 도시된 에멀션 연료 제조장치의 개략단면도,
도 4 내지 도 6은 믹서기로 원료가 유입되는 과정 및 에멀션 연료가 배출되는 상태에 대한 모식도이다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참고하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 에멀션 연료 제조장치(100)를 이용하여 에멀션 연료를 제조하는 전체 공정을 간단한 블록 다이어그램으로 도시하고 있으며, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 에멀션 연료 제조장치(100, 이하 ‘믹서기’라 약칭함)의 단품 상태에 대한 전체적 구성을 도시한 측면도와 일부 구성의 수직 절단단면을 도시하고 있다.

그리고, 도 4 내지 도 6은 믹서기에 에멀션 원료가 유입되는 과정 및 투입된 원료가 에멀션화되어 배출되는 유체 흐름 상태를 원료유입부(150)와 유화부(140)의 단면도로 각각 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 에멀션 연료 제조장치인믹서기(100)를 이용하여 에멀션 연료를 제조하기 위해서는 에멀션 연료의 원료로 사용되는 중유(이하, ‘제1원료’라 함)와 물(이하, ‘제2원료’라 함)이 각각 믹서기(100)로 공급되도록 구성된다.

본 발명에 따른 믹서기를 이용하기 위해 구성되는 에멀션 연료 제조공정에 필요한 전체적인 시스템 구성을 먼저 설명하면, 상술한 바와 같이 에멀션 연료의 원료로 사용되는 제1원료와 제2원료가 각각 저장되는 원료저장탱크(30,10)와, 상기 각 원료저장탱크(30,10)에서 상기 믹서기(100)로 원료를 공급하도록 설치되는 각각의 원료공급라인(36,16)이 구비된다.

상기 각각의 원료저장탱크(30,10)에서 상기 믹서기(100)로 일정량 및 일정압력으로 공급할 수 있도록 제1원료 및 제2원료의 원료공급라인(36,16)에는 정량펌프(12,32)와 유량계(13,33)가 각각 설치되고, 상기 유량계를 통과한 원료가 비정상적인 사유로 압력이 상승할 경우 내부 압력을 낮춰 설정된 압력으로 균일하게 공급되도록 단속하는 릴리프밸브(14,34)와, 각 원료공급라인에서 공급되는 원료를 믹서기로 공급하거나 차단하는 삼방향 전자제어밸브(15,35)가 더 설치된 구성으로 이루어진다.

상기 각 원료공급라인(16,36)의 말단에 구비되는 삼방향 전자제어밸브(15,35)에는 각각 3개의 유출구(15a,15b,15c,35a,35b,35c)가 형성되어, 각 원료저장탱크(10,30)에서 공급되는 원료의 성질(온도 등)과 유량이 에멀션 연료 생산에 부적합할 경우, 믹서기(50)로 연결된 출구(15b,35b)를 밀폐하여 유입구(15a,35a)로 유입된 각 원료가 원료저장탱크(10,30)로 연결된 출구(15c,35c)를 통해 각 원료저장탱크(10,30)로 리턴되어 에멀션연료 생산에 적합한 원료조건이 갖추어진 경우에만 믹서기(50)로 향하는 출구(15b,35b)가 개방되어 고품질의 에멀션연료가 공급되도록 제어하는 역할을 한다.

그리고, 제1원료의 원료저장탱크(30) 출구 측과, 제2원료(10)의 원료저장탱크(10)의 출구 측에는 각 원료공급라인(16,36)으로 공급되는 원료의 양을 수동으로 제어할 수 있도록 하는 수동밸브(11b,31b)가 추가로 더 설치된 구성으로 이루어져 각 원료저장탱크(10,30)에서 원료공급라인(16,36)으로 공급되는 원료의 공급을 수동제어할 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 제1원료(중유)와 제2원료(물)가 각각 저장된 원료저장탱크(30,10)로 유입되는 원료유입라인에도 별도의 수동밸브(11a,31a)가 구비되어 에멀션 연료를 제조하기 위해 각 원료저장탱크(30,10)에 저장되는 원료의 양이 중유와 물의 혼합비율에 따라 수시로 변경될 수 있어서 에멀션 연료의 사용용도에 따른 적정 혼합비율에 맞춰 매 제조시마다 적정량의 원료가 각각의 원료저장탱크(30,10)에 저장된 후에 에멀션 연료의 제조에 이용될 수 있도록 구성된다.

한편, 상술한 제1원료 및 제2원료 이외에도 제1원료 및 제2원료가 유입되는 믹서기(100)로 별도의 유화제가 추가로 공급될 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 유화제는 별도의 유화제 저장탱크(40)에서 원료공급라인(42)을 통해 믹서기(100)로 공급되도록 구성되며, 그 원료공급라인(42)의 말단에는 별도의 삼방향 전자제어밸브(43)가 구비되어 믹서기(100)로 투입되기 전에 적정 온도조건이 맞는지 여부에 따라 반복적인 리사이클동작을 거친 후에 적정 온도가 유지되는 경우에만 믹서기(100)로 투입될 수 있도록 구성된다.

상기 유화제 저장탱크(40)에서 믹서기(100)로 공급되는 유화제의 공급비율은 제1원료 80% 혼합비율 기준 2% 정도가 공급되어 에멀션 연료가 제조될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 각 원료저장탱크(10,30,40)에서 공급되는 원료가 유입되어 에멀션 연료를 제조하도록 상기 믹서기(100)는 일정한 속도로 회전하면서 원료가 유입됨과 동시에 회전하는 유화부를 거쳐 곧바로 에멀션 연료가 제조될 수 있도록 구성된다.

이와 같이, 상기 믹서기(100)로 공급되는 원료와, 각 원료의 공급라인에 구비된 다양한 장치는 별도의 설정된 프로그램에 의해 제어하는 제어조작부(60)를 통해 일괄적으로 제어될 수 있도록 구성된다.

그리고, 상기 믹서기(100)로 공급되어 두 원료가 원활하게 혼화되면서 신속하게 에멀션 상태로 전환될 수 있도록 제1원료 및 제2원료가 저장되는 각 원료저장탱크(30,10)에는 저장된 원료의 온도를 50~55℃가 유지되도록 하는 히팅수단(도시안됨)이 설치되는 것이 바람직하며, 상기 히팅수단으로는 각 원료저장탱크 외주면에 보온 히팅열선이 설치되거나, 각 원료저장탱크 내부에 수중히터가 설치되어 항상 설정된 온도가 유지될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 정량펌프(12,32)에는 별도로 인버터(도시 안됨)를 설치하여 그 회전수에 따라 공급되는 유량을 용이하게 조절할 수 있도록 구성되어 에멀션 연료의 제조비율에 따라 제1원료:제2원료의 비율이 85:15, 80:20, 75:25를 갖는 에멀션 연료의 제조가 가능하도록 한다.

한편, 이하에서는 도 2 내지 도 3을 참조하면서 본 발명에 따른 믹서기(100)의 전체적인 구성 및 그 특징부에 대해 자세하게 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 믹서기(100)는 에멀션 원료가 유입되어 회전력에 의한 마찰력으로 전단 및 캐비테이션화 작용이 일어나면서마이크론 상태로 미분화되면서 서로 다른 두 원료가 상호 혼합된 에멀션 연료가 제조될 수 있도록 회전력을 발생하는 메인모터(101)가 구비된다.

또한, 상기 메인모터(101)는 일정 높이의 고정프레임(170) 상면 일측에 고정설치되며, 메인모터(101)에서 발생된 회전력은 일측 중심부에서 외측방향으로 일정 길이 돌출된 회전축(103)을 통해 에멀션 연료의 제조가 이루어지는 유화부(140)의 회전을 위한 구동축(110)으로 소정의 연결수단(105)을 통해 상호 연결된 구조로 이루어진다.

도시된 바와 같이, 상기 구동축(110)은 상기 회전축(103)에 수평하게 일정길이 설치되어 고정프레임(170)의 타측 상방에 구비된 유화부(140)에 동력을 전달할 수 있도록 구성되는 것으로, 일정 길이를 갖는 상기 구동축(110)의 중간부에는 상기 구동축(110)의 외주연을 일정길이 감싸는 원통형 구조로 이루어지면서 고정프레임(170)의 상부에 구동축(110)을 안정되게 고정하면서 원활한 회전이 가능하도록 지지하는 1차 지지부(120)에 의해 고정된다.

특히, 상기 1차 지지부(120)는 구동축(110)의 회전시 구동축(110)에서 발생하는 열을 식혀줄 수 있도록 구동축(110)을 감싸는 내부에 소정의 냉각수 소통로(121)가 구비되고, 상기 1차 지지부(120)의 양쪽 외측방향으로 내측 냉각수 소통로(121)에 냉각수를 공급하고 공급된 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 유입구(122)와 냉각수 배출구(123)가 각각 마련된 구조로 이루어진다.

그리고, 상기 구동축(110)의 말단에 연결된 유화부(140)의 회전시 구동축의 말단을 견고하게 지지하면서 유화부(140)에서 발생되는 고열을 식혀주도록 상기 1차 지지부(120)와 유화부(140) 사이의 구동축 외주연에는 2차 지지부(130)가 추가로 더 구성된 구조로 이루어진다.

특히, 상기 2차 지지부(130)는 상기 1차 지지부(120)와 마찬가지로 고속으로 회전하는 구동축 (110)에서 발생되는 열 뿐만 아니라 구동축(110)의 말단에 결합되어 투입된 원료를 회전 마찰력에 의해 에멀션화시키는 과정에서 발생되는 고열을 식혀줄 수 있도록 그 내부로 냉각수가 저장 및 통과되는 냉각수 소통로(131)가 형성되고, 상기 냉각수 소통로(131)에 냉각수 유입 및 배출을 위해 상기 냉각수 소통로(131)와 관통되어 2차 지지부(130)의 외측 양쪽으로 돌출된 냉각수 유입구(132)와 냉각수 유출구(133)가 각각 마련된 구조로 이루어진다.

상기 유화부(140)는 도시된 바와 같이, 상기 구동축(110)에 연결되어 회전이 이루어지는 회전체(142)와, 상기 회전체(142)에 대면되도록 회전체(142)의 반대쪽에 설치되어 상기 회전체(142)에 미세한 간격이 유지되도록 이격 설치되는 고정체(144)로 구성된다.

또한, 상기 유화부(140)는 에멀션 원료인 제1원료(중유)와 제2원료(물) 및 유화제가 유입되어 혼합 및 유화공정이 수행되는 곳으로, 에멀션 연료의 제조를 위해 도 3의 일부 확대도에 도시된 바와 같이 상기 회전체(142)와 고정체(144) 사이에 아주 미세한 거리로 이격된 틈새(T)가 형성되어 그 틈새(T)로 제1원료와 제2원료 및 유화제가 유입되어 고속 회전하는 회전체(142)에 의한 회전 마찰력으로 각 원료의 입자가 미세하게 분리 또는 분쇄되면서 마이크론 상태로 미분화되면서 서로 다른 입자간에 긴밀하게 결합된 후에 회전체(142)의 원심력에 의해 회전체(142)와 고정체(144) 사이의 틈새(T)로 빠져나와 회전체(142)와 고정체(144)를 감싸는 원통체의 하우징(141)에 형성된 연료 배출구(148)로 배출되어 에멀션 연료 저장탱크로 이송된다.

특히, 상기 유화부(140)를 구성하는 상기 회전체(142)와 고정체(144)의 내측면에는 그 사이의 틈새(T)로 유입된 원료가 에멀션화되는 과정이 더욱 신속하게 일어나면서 균일한 혼합비를 구성하도록 하는 마찰확대부(145a,145b)가 형성된다.

상기 마찰확대부(145a,145b)의 바람직한 형상으로 나선형 요철부로 이루어져 회전체(142)의 회전시 나선형 요철부를 따라 회전되면서 마찰확대부(145a,145b)와의 마찰 및 충격력에 의해 각 원료의 입자가 더욱 미세하게 분리 및 분쇄되어 유화되는 두 원료의 입자 사이에 친화력을 더욱 향상시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라 고품질의 에멀션 연료를 생산할 수 있도록 한다.

그리고, 상기 유화부(140)로 제1원료와 제2원료가 유입되도록 상기 고정체(144)의 중심부에는 일정 크기의 관통공(147)이 형성되고, 상기 고정체(144)의 외측으로는 내부에 소정의 원료유입로(151)가 형성되어 상기 관통공(147)과 연통되게 결합되는 원료유입부(150)가 설치된다.

상기 원료유입부(150)는 유화부(140)의 고정체(144)에 결합되는 내부하우징(154)과, 상기 내부하우징(154)을 감싸는 구조로 이루어지면서 내측 원료유입로(151)로 원료 유입이 가능하도록 내부하우징(154)의 일측 외주연에서 외측방향으로 일정 길이의 제1원료유입구(152)가 관통 형성된 외부하우징(156)이 결합된 구성으로 이루어진다.

그리고, 상기 원료유입부(150)의 내측 원료유입로(151)로 에멀션 연료의 제조시 첨가되는 유화제를 투입하기 위한 유화제 유입구(155)가 상기 내부하우징(154)과 외부하우징(156)을 연통해서 설치되고(도 5 참조), 상기 내부하우징(154)의 내벽에는 내측 원료유입로(151)와 수평방향으로 제2원료 유입로(157)가 형성되어 외부하우징(156)에 연결된 제2원료유입구(153)를 통해 제2원료가 유화부(14)로 직접 유입될 수 있는 구조로 이루어진다(도 5 참조).

상기 원료유입부(150)에 형성된 제1원료 유입구(152)와 제2원료 유입구(153) 및 유화제 유입구(155)는 에멀션 연료를 제조하기 위해 투입되는 원료의 양을 감안하여 그 유입구의 직경 크기가 제1원료 유입구(152)＞ 제2원료 유입구(153)＞ 유화제 유입구(155) 순서로 구성되는 것이 바람직하고, 상기 유화제 유입구(155)는 원료유입로(151)로 관통 설치되어 제1원료와 함께 혼합된 상태로 유화부(140)로 유입되도록 구성되고, 상기 제2원료 유입구(153)는 상기 원료유입로(151)를 거치지 않고 곧바로 유화부(140)로 유입되는 구조를 갖도록 구성된다.

그리고, 상기 원료유입부(150)의 외측으로는 상기 회전체(142)과 고정ㅊ체144)으로 구성된 유화부(140)의 틈새(T) 간격을 조절하기 위한 유격조정부(160)가 결합된다.

상기 유격조정부(160)는 내측면이 개구되면서 그 개구부가 상기 원료유입부측에 결합되고 내부가 빈 중공부(163)를 갖으면서 외측면이 밀폐된 고정부재(161)와, 구동축과 수평방향으로 상기 고정부재(161)의 중심부를 관통하여 설치되면서 그 내측단이 상기 원료유입부(150)의 외측단에 밀착되고 외측단이 상기 고정부재(161)의 외측으로 일정길이 돌출되게 설치되는 유격조정볼트(162)와, 상기 중공부(163)에 위치하는 유격조정볼트(162)의 외주연에 나사 결합된 이중너트(164)와, 상기 고정부재(161) 외측으로 돌출된 유격조정볼트(162)의 선단부에 결합되는 고정너트(165)로 구성된다.

따라서, 상기 고정부재(161)의 외측에 구비된 고정너트(165)를 풀고, 고정부재(161) 내측 중공부(163)에 위치한 이중너트(164)를 풀거나 조여서 상기 유화부(140)에 연결된 원료유입부(150), 즉 내부하우징(154)을 외부하우징(156)의 외측으로 잡아당기거나 그 내측으로 밀어넣어 회전체(142)와 고정체(144) 사이의 틈새(T) 간격을 조절할 수 있도록 구성된다.

한편, 상술한 믹서기의 동작은 별도로 구비된 제어조작부(60)에 의해 이루어지는 것으로, 이러한 제어조작부(60)의 구성 및 동작에 대해서는 그 작업내용에 따라 다양한 형태로 프로그래밍된 소프트웨어를 설치하여 구성 가능한 것으로, 이러한 구성은 당업자 및 공지된 기술을 토대로 용이하게 안출 가능한 것이어서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상술한 본 발명에 따른 믹서기(100)를 이용하여 에멀션 연료가 제조하기 위한 원료의 투입과 유화후 배출되는 과정이 도 4 내지 도 6에 일부 구성의 단면도와 함께 상세하게 도시되어 있다.

즉, 도 4와 도 5는 각 원료의 유입상태를 설명하기 위해 동일한 부위를 각각 다른 방향에 바라본 수직절단 단면이고, 도 6은 조립된 믹서기에서 원료유입부를 측면에서 바라본 상태를 각각 도시하고 있다.

도 4는 유화부(140)로 제1원료(F1)의 유입상태가 도시된 것으로, 제1원료(F1)가 원료유입부(150)의 제1원료유입구(152)를 통해 제1원료유입로(151)로 유입되어 유화주(140)의 중심을 통과하면서 다른 원료와 혼합, 유화된 상태로 전환되어 유화부(140)의 외측으로 에멀션 연료로 전환되어 배출된다(E_out).

원료유입로(151)로 유입된 제1원료(F1)는 유화부(140)의 고정체(144) 중심부에 형성된 관통공(147)을 통해 유화부의 중심부로 진입하게 된다.

물론, 이때 도 5에 도시된 바와 같이, 원료유입부(150)의 타측에 구비된 유화제유입구(155)로 유화제(F3)가 공급되어 내측 제1원료유입구(152)로 유입되면서 상기 제1원료(F1)와 혼합이 이루어지게 된다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 원료유입부(150)의 타측에 구비된 제2원료유입구(153)로는 제2원료(F2)가 유입된 후에 내측 제1원료유입구(152)를 거치지 않고 곧바로 유화부(140)의 중심 내측(C1,C2)으로 진입되어 유화제와 혼합된 제1원료와 혼합된다.

이때 유화부(140)의 회전체(142)는 구동모터의 회전력을 전달받은 구동축(110)에 의해 일정 속도로 회전하고 있는 상태여서 회전체(142)의 중심부에는 일정한 구심력이 작용하게 되면서 고정체(144)의 중심부에 형성된 관통공(147)으로 원료의 유입이 자연스럽게 이루어지고, 유화부(140)의 중심으로 유입된 각 원료는 회전체와 고정체 사이의 틈새로 유입되면서 혼합됨과 동시에 회전체의 회전에 따른 회전력에 의한 마찰, 전단, 캐비테이션 현상 등으로 인해 그 입자가 아주 미세하게 미분화되면서 에멀션 상태로 전환된다.

특히, 상기 유화부(140)의 회전체(142)와 고정체(144)의 내측면에는 마찰확대부(145a,145b)가 형성되어 있어서 고정체(144)의 중심부에서 유입된 원료가 회전체(142)의 원심력에 의해 방사형으로 빠져나가면서 접촉되는 마찰력이 증대되고, 마찰력의 증대로 각 원료의 입자가 더욱 빨리 미분화되어 제1원료와 제2원료 및 유화제가 회전체(142)과 고정체(144) 사이의 틈새를 통과하면서 에멀션화가 신속하게 이루어지게 된다.

도 6은 상술한 믹서기의 원료유입부(150)에 대한 일측면 상태를 도시하여 세개의 원료가 유입되는 상태와, 에멀션 연료가 배출되는 상태를 종합적으로 보여주고 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 원료유입부(150)의 상면 중앙에 제1원료유입구(152)가 형성되고, 제1원료유입구(152)와 직각방향의 좌우 양측으로 제2원료유입구(153) 및 유화제유입구(155)가 각각 형성된다.

따라서, 제1원료(F1)는 원료유입부(150)의 상방향에서 유입되고, 제2원료(F2)와 제3원료(F3)는 원료유입부(150)의 양 측면에서 유입되며, 원료유입부로 유입된 각각의 원료는 유화부로 유입되어 제1원료와 제2원료 및 유화제가 회전체와 고정체 사이의 틈새를 통과하면서 미분화가 되어 혼합되면서 에멀션 상태로 전환된 후에 좌우 양측 연료 배출구(148)를 통해 배출(E_out)되어 에멀션 연료 저장탱크로 모아지게 된다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 에멀션 연료 제조용 믹서기는 각각의 원료저장탱크에서 믹서기로 유입된 후에 회전체와 고정체판로 구성된 유화부를 거쳐 시간당 2,000ℓ의 에멀션 연료를 생산할 수 있게 되며, 믹서기로 투입되는 원료는 50~55℃가 유지되어 믹서기에서 혼합되어 유화상태로 전환되는 과정이 신속하게 이루어지게 된다.

한편, 본 발명에 따른 에멀션 연료 제조장치는 제1원료로 중유(B-A유, B-B유, B-C유)와 제2원료로 물을 투입하여 각종 산업용 보일러의 연료 및 기관의 연료를 생산하는데 이용되지만, 이외에도 투입되는 원료의 종류에 따라 다양한 분야에 적용이 가능하다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연할 것이다.

10 : 원료(물) 저장탱크 11 : 수동밸브
12 : 정량펌프 13 : 유량계
14 : 릴리프밸브 15 : 전자제어밸브
16 : 원료공급라인 17 : 원료리턴라인
30 : 원료(중유) 저장탱크 31 : 수동밸브
32 : 정량펌프 33 : 유량계
34 : 릴리프밸브 35 : 전자제어밸브
36 : 원료공급라인 37 : 원료리턴라인
40 : 유화제 저장탱크 41 : 수동밸브
42 : 유화제 공급라인 43 : 전자제어밸브
50 : 에멀션 연료 저장탱크 60 : 제어조작부
100 : 믹서기 101 : 구동모터
103 : 회전축 105 : 연결수단
110 : 구동축 120 : 1차 지지부
121 : 냉각수 소통로 122 : 냉각수 유입구
123 : 냉각수 배출구 130 : 2차 지지부
131 : 냉각수 소통로 132 : 냉각수 유입구
133 : 냉각수 배출구
140 : 유화부 141 : 하우징
142 : 회전체 144 : 고정체
145a,145b : 마찰확대부 147 : 관통공
148 : 연료배출구
150 : 원료 유입부 151 : 제1원료유입로
152 : 제1원료유입구 153 ; 제2원료유입구
154 : 내부하우징 155 : 유화제유입구
156 : 외부하우징 157 : 제2원료 유입로
160 : 유격조정부 161 : 고정부재
162 : 유격조정볼트 164 : 이중너트
165 : 고정너트 170 : 고정프레임
T : 틈새

Claims

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고정프레임(170) 일측에 고정 설치되는 구동모터(101)와, 상기 구동모터(101)의 회전축(103)에 연결되어 회전축의 회전력으로 회전이 이루어지는 구동축(110)과, 상기 구동축(110)의 중심부 외주연을 일정길이 감싸도록 고정프레임(170)의 상부에 고정 설치되어 구동축(110)을 고정지지 하면서 그 내부에 냉각수 소통로(121)가 형성되어 외부에서 유입된 냉각수의 통과로 구동축의 회전시 발생되는 열을 냉각시키도록 구성되는 1차 지지부(120)와, 상기 1차 지지부(120)의 외측 구동축(110)의 말단에 연결되어 구동축과 함께 회전되면서 그 내부로 유입된 에멀션 원료를 유화시키는 유화부(140)와, 복수의 원료유입구를 통해 유입된 각 원료가 내부에 형성된 각 원로유입구를 통해 유입되어 상기 각 유화부(140)로 유입되도록 유화부(140)의 일측에 연결 설치되는 원료유입부(150)를 포함하는 하는 구성으로 이루어져 서로 다른 원료가 마이크론 상태로 미분화되어 균일한 혼합비를 갖는 에멀션상태의 연료를 제조하는 에멀션 연료제조장치의 믹서기에 있어서,
상기 1차 지지부(120)와 유화부(140) 사이에는 회전하는 구동축(110)을 견고하게 지지하면서 외부에서 유입된 냉각수가 내부에 형성된 냉각수 소통로(121)를 통과하면서 상기 구동축(110) 및 유화부(140)에서 발생되는 열을 식혀주도록 구성되는 2차 지지부(130)가 더 구비되고,
상기 유화부(140)는,
밀폐된 하우징(141) 내부에서 구동축(103)의 말단에 결합되어 구동축과 함께 회전이 이루어지며, 그 내면 원주방향으로 복수의 나선형 마찰확대부(145a)가 구비되는 원판형의 회전체(142);
상기 원료유입부(150)의 선단에 설치되되, 그 중심부에 관통공(147)이 형성되어 상기 원료유입부(150)의 원료 유입로와 소통되면서 외측에서 내측으로 원료가 유입되도록 밀폐된 하우징(141) 내부에 설치되고, 상기 회전체(142)와 대면하는 일측면에는 원주방향으로 복수의 나선형 마찰확대부(145b)가 형성되어 상기 회전체(142)의 마찰확대부(145a)와 일정간격 이격되게 교호로 결합되는 고정체(144);
상기 회전체(142)의 회전으로 회전체(142)와 고정체(144)에 형성된 나선형의 마찰확대부(145a,145b)의 틈새로 유입된 원료가 양측 마찰확대부(145a,145b)와의 마찰에 따른 충격, 전단을 통해 캐비테이션 현상을 일으켜 에멀션화된 상태에서 회전체(142)의 원심력에 의해 테두리 방향으로 분산, 일측에 형성된 연료 배출구(148)를 통해 외부로 배출되도록 구성되는 하우징(141);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에멀션 연료 제조장치.
제5항에 있어서,
상기 원료유입부(150)의 외측단에는 상기 회전체(142)와 일정 간격 유지하고 있는 고정체(144)를 외측 방향으로 당기거나 내측 방향으로 밀어넣어 회전체와의 간격을 조절할 수 있도록 하는 유격조정부(160)가 더 구비되되,
상기 유격조정부(160)는,
내측면이 개구되면서 그 개구부가 상기 원료유입부(150)측에 결합되고 내부가 빈 중공부(163)를 갖으면서 외측면이 밀폐된 고정부재(161)와,
상기 구동축(110)과 수평방향으로 상기 고정부재(161)의 중심부를 관통하여 설치되면서 그 내측단이 상기 원료유입부(150)의 외측단에 밀착되고 외측단이 상기 고정부재(161)의 외측으로 일정길이 돌출되게 설치되는 유격조정볼트(162)와,
상기 고정부재(161)의 내측 중공부(163)에 위치하는 유격조정볼트(162)의 외주연에 나사 결합된 이중너트(164)와, 상기 고정부재(161)의 외측으로 돌출된 유격조정볼트(162)의 선단부에 결합되는 고정너트(165);를 포함한 구성으로 이루어져 상기 고정부재(161)의 내외측 이중너트(164) 및 고정너트(165)의 조임과 풀림에 의해 상기 원료유입부(150)를 잡아 당기거나 밀어넣어 회전체(142)와 고정체(144) 사이의 틈새간격을 조절할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에멀션 연료 제조장치.
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