KR102104726B1

KR102104726B1 - 유화유 제조 장치

Info

Publication number: KR102104726B1
Application number: KR1020180162817A
Authority: KR
Inventors: 백시영; 이재선
Original assignee: 백시영; 이재선
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2020-05-29

Abstract

본 발명은 유화유 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 활성수소 및 미네랄 알칼리가 포함된 수소활성수를 이용하여 유화제가 없이도 물과 오일의 혼합이 가능하며, 물과 오일의 입도 크기를 조절하여 고온에서 장기간 보관하여도 유수 분리가 되지 않는 안정한 유화유를 만드는 장치 및 방법에 관한 발명이다.

Description

유화유 제조 장치{Emulsion Manufacturing Device}

본 발명은 유화유(emulsion) 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 유화제가 없이도 물과 오일의 혼합이 가능하며, 20~80℃에서 장기간 보관하여도 유수 분리가 되지 않는 안정한 유화유를 만드는 장치 및 방법에 관한 것이다.

경유, 중유, 중질유 등의 연료유에 물을 첨가하여 교반하고, 유화유 상태로 만들어 연료의 연소를 원활하게 하는 유화유 연료가 알려져 있다.

유화라 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.

유화유 연료는 고온의 장소에 분무되었을 때, 고열에 의해 1000~1800배로 미세폭발(explosion)을 일으키며 이로 인해 기름 입자가 더욱 미세하게 분산되어 화염중에서 산소와의 접촉면적이 증가한다. 이를 통해 고속으로 고효율의 연소를 실현하여, 일산화탄소나 질소산화물 등의 부산물을 저감시키는 효과가 있어 저공해 연료로 알려져 있다.

그러나 일반적으로 유화유 연료는 미세한 물 입자가 오일 중에 분산한 것뿐이어서 시간이 지남에 따라 자연적으로 다시 분리하여 연료로서 사용이 불가능하게 된다. 따라서 운반이나 저장시의 경시 분산 안정성을 확보할 필요가 있다. 따라서, 안정성을 확보하기 위해 분산 물 입자의 입경을 미소화 하거나, 유화제 등을 첨가하는 기술이 제안되어 있다.

그러나, 기존 기술을 통해 제조된 유화제의 경우 여전히 장시간 보관하거나 고온에서 보관할 경우 물과 오일이 분리되는 현상이 발생하고, 충분한 유화안정성을 위해 다량의 유화제를 첨가함에 따라 점도가 증가하여 전단응력이 커지는 문제가 생긴다. 또한 유화제등의 불순물 제거가 곤란하여 중합체의 물성이 떨어지고, 질소산화물NO_x, 황산화물SO_x 과 같은 환경오염 물질이 발생하는 문제가 있어서 개선이 요구된다.

본 발명은 활성수소 및 미네랄 알칼리가 포함된 수소 활성수를 이용하여 유화제가 없이도 물과 오일의 혼합이 가능하며, 물과 오일의 입도 크기를 조절하여 20~80℃에서 장기간 보관하여도 유수 분리가 되지 않는 안정한 유화유를 만드는 장치 및 방법을 제공한다

상기 과제의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 급수장치; 급유장치; 교반기; 및 유화기를 포함하는 유화유 제조장치에 있어서, 상기 유화기는 회전기어 홈타입 피스톤; 임펠러; 및 거름망을 포함하며; 상기 유화기를 통해 제조된 유화유를 다시 교반기로 주입하여 유화기를 통해 재차 유화시키는 일련의 유화과정을 총 2 내지 4회 진행하도록 하는, 유화유 제조장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 거름망을 이루는 가로줄과 세로줄이 맞닿는 점마다 돌기가 존재하는 것을 특징으로 하는 유화유 제조장치를 제공한다.

다른 일 실시예에 따르면 본 발명은, 상기 거름망을 이루는 가로격자의 길이와 세로격자의 길이를 각각 a,b라 하고 상기 돌기의 높이를 c라고 할 때, 25(a+b) ≤ c ≤ 50(a+b) 의 범위를 만족하며; 상기 a 및 b의 길이는 같을수도, 서로 다를수도 있으며; 50 μm ≤ a ≤ 500 μm; 50 μm ≤ b ≤ 500 μm; 인 것을 특징으로 하는 유화유 제조장치를 제공한다.

또 다른 일 실시예에 따르면 본 발명은 상기 유화유 제조장치를 통해 걸러지는 물 클러스터의 입도 크기는 0.1μm ~ 5 μm 범위, 기름 클러스터의 입도 크기는 0.1 μm ~ 5 μm 범위인 것을 특징으로 하는 유화유 제조장치를 제공한다.

또 다른 일 실시예에 따르면 상기 유화유 제조장치를 통해 제조된 유화유를 80℃에서 120시간 방치했을 때, 물 클러스터의 입도 크기는 0.1 μm ~ 15 μm 범위, 기름 클러스터의 입도 크기는 0.1 μm ~ 15 μm 범위 인 것을 특징으로 하는 유화유 제조장치를 제공한다.

또 다른 일 실시예에 따르면 본 발명은 상기 회전기어 홈타입 피스톤은 왕복운동과 회전운동을 동시에 하는 것을 특징으로 하는 유화유 제조장치를 제공한다.

또 다른 일 실시예에 따르면 본 발명은 상기 유화기는 회전기어 홈타입 피스톤을 포함하는 제1유화부와, 임펠러를 포함하는 제2유화부, 거름망을 포함하는 제3유화부를 포함하며; 상기 제1유화부의 관 지름과, 회전기어 홈타입 피스톤의 지름의 비가 10 : 7 내지 10 : 9.5 인 것을 특징으로 하는 유화유 제조장치를 제공한다.

또 다른 일 실시예에 따르면 본 발명은 상기 임펠러의 회전 속도가 1,000~6,000rpm인 유화유 제조장치를 제공한다.

또 다른 일 실시예에 따르면 본 발명은 상기 회전기어 홈타입 피스톤과 임펠러의 회전속도의 비가 1:5 내지 1:10 인 것을 특징으로 하는, 유화유 제조장치를 제공한다.

또 다른 일 실시예에 따르면 본 발명은 상기 회전기어 홈타입 피스톤에 반구형의 홈과 끝단 기어형상이 있는 것을 특징으로 하는 유화유 제조장치를 제공한다.

또 다른 일 실시예에 따르면 본 발명은 상기 거름망을 자유롭게 탈부착 시킬 수 있는 거름망 탈착구를 구비하는 것을 특징으로 하는, 유화유 제조장치를 제공한다.

또 다른 일 실시예에 따르면 본 발명은 상기 급수장치로 공급되는 물이 활성수소 및 미네랄 알칼리가 포함된 수소활성수인 것을 특징으로 하는, 유화유 제조방법을 제공한다.

또 다른 일 실시예에 따르면 본 발명은 상기 수소활성수의 PH는 7.0 내지 7.4, 산화환원 전위는 -100mv 내지 +150mv 인 것을 특징으로 하는, 유화유 제조방법을 제공한다.

또 다른 일 실시예에 따르면 본 발명은 상기 유화유 제조장치의 급유장치를 통해 공급되는 중유와 상기 급수장치를 통해 공급되는 수소활성수의 비율을 6 : 4내지 9 : 1 로 첨가하는 것을 특징으로 하는, 유화유 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 별도의 유화제 첨가 없이도 물과 오일의 혼합이 가능하며, 물과 오일의 입도 크기를 조절하여 고온에서 장기간 보관하여도 유수 분리가 되지 않는 안정한 유화유를 만드는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 유화유 제조 흐름도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 유화기의 단면도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 거름망의 사시도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 유화기 구동장치의 사시도이다.
도5은 본 발명의 일 실시예에 의한 유화기 구동장치의 단면도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 의한 유화유를 상온에서 보관했을 때 시간경과에 따른 광학현미경 사진이다.
((A): 0일 경과 (B): 15일 경과 (C): 30일 경과 (D): 60일 경과 (E): 90일 경과 (F): 120일 경과)
도7은 본 발명의 일 실시예에 의한 유화유를 80℃에서 보관했을 때 시간경과에 따른 광학현미경 사진이다.
((A): 8시간 경과 (B): 24시간 경과 (C): 48시간 경과 (D): 72시간 경과 (E): 96시간 경과 (F): 120시간 경과)

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

도1은 유화유 제조를 위한 공정 흐름도를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 급유장치와 급수장치를 통해 교반기로 물질이 유입되고 상기 유입된 물질이 교반을 거쳐 유화기로 공급된다. 상기 유화기를 거쳐 제조된 유화유는 1차 저장고로 옮겨진 후 재순환 라인을 통해 다시 교반기로 공급될 수 있고 복수회의 재순환을 통해 제조된 유화유는 2차 저장고에 저장된다.

본 발명의 일 실시예로써 급유장치와 급수장치로부터 교반기로 이어지는 관에는 각 물질의 흐름을 제어할 수 있는 제어부가 존재할 수 있다. 제어부는 유입되는 물질의 양을 측정할 수 있는 센서부와, 이를 조절할 수 있는 조절부를 포함한다. 센서부는 물질의 유속이 지나치게 빨라 과유입되거나, 또는 유속이 느려서 물질이 적게 유입되는 경우를 측정하여 조절부로 신호를 보낼 수 있다. 조절부는 설정한 배율에 따라 물질이 이동할 수 있도록 밸브를 통해 조절되고, 센서부를 통하여 물질의 흐름정보가 들어오면 밸브를 열거나 닫음으로써 유량을 조절할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 유화유 제조장치에서 복수회 순환공정이 일어날 경우에 밸브를 닫음으로써 추가적인 급유와 급수가 일어나는 것을 차단할 수 있다. 이 후 복수회 순환공정을 마친 유화유가 2차 저장고로 저장되면, 밸브를 다시 열어서 교반기로 물질을 이동시켜 일련의 유화유 제조공정을 진행한다.

이 때, 유화유 제조의 전반적인 과정에서 물질의 온도를 유지시키기 위하여 별도의 가열기가 요구된다. 유화유 제조 공정에서 온도는 55℃ 내지 80℃로 유지되는 것이 바람직하다.

통상적으로 연료로 사용되는 벙커C유와 같은 중유는 저온에서 유동성이 떨어지므로, 만약 온도가 55℃ 미만이라면 원료의 유동성이 떨어져서 혼합이 제대로 일어나지 않을 수 있다. 또한, 저온에서는 원료별 점도 특성이 차이가 생겨서, 범용적으로 사용되는 이송모터들을 그대로 활용하기 어려우므로 경제성이 떨어진다. 반면 온도가 80℃를 초과할 경우, 유화유에서 기포가 발생하여, 원하는 물성을 가지는 유화유를 얻기 어렵다

상기 가열기는 히터와 온도센서를 내장할 수 있다. 이 때, 히터는 열선 또는 열교환기 형태의 것이 채용될 있고, 각 원료는 온도센서를 통해 원하는 온도까지 가열될 수 있다. 상기 교반 및 가열과정을 거치며, 물질은 유화유 제조장치로 유입되게 된다.

도2는 유화기(100)의 사시도를 도시한 것이다. 유화기로 유입된 교반 물질은 유화기(100)에서의 교반 및 분쇄 과정등을 통해 유화유가 된다. 유화기는 다시 제1유화부(110), 제2유화부(120), 제3유화부(130)로 구분할 수 있다.

제1유화부(110)에는 물과 연료가 교반된 물질이 유입될 수 있는 교반물질 주입구(101)가 마련되어 있다. 상기 주입구(101)를 통해 공급되는 각 원료는 연료와 물으로써, 연료는 예컨대 벙커C유와 같은 중유가 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 물의 경우, 활성수소 및 미네랄 알칼리가 포함된 수소활성수인 것이 바람직하다. 일반적인 물의 경우 통상적이 연료인 중유와 잘 섞이지 않으므로, 유화제를 필요로 한다. 그러나, 유화제를 사용할 경우 점도가 증가하여 전단응력이 커지고, 불순물제거가 곤란하여 중합체의 물성이 떨어진다. 또한, 질소산화물, 황산화물등이 발생하여 환경오염의 원인을 제공할 수 있기 때문에, 유화제를 사용하지 않고 물과 중유를 혼합시키는 것이 바람직하다. 이 때 물로 상기 수소활성수를 사용할 경우, 유화제를 사용하지 않고도 두 물질을 혼합할 수 있다.

상기 수소활성수는 PH는 7.0 내지 7.6, 산화환원 전위는 -100mv 내지 +150mv인 것이 더욱 바람직하다. 상기 범위 외의 산도와 전위를 가지는 수소활성수는 유화제를 첨가하지 않을 경우 중유와 잘 섞이지 않는다.

상기 수소활성수는 물을 공급받아서 물을 자화시키는 자화수기, 물을 환원시키는 작용을 하는 제1정수타워 및 물을 이온으로 만들고 미네랄과 음이온을 보강하는 제2정수타워, 제2정수타워에서 공급받은 물을 저장후 음용수기로 물을 공급하는 저장탱크, 물이 복수회 순환될 수 있도록 하는 관로를 거치는 과정을 통하여 제조할 수 있다. 자세한 제조 방법은 KR 10-1800317호 특허에 구체적으로 기재되어 있다.

상기 중유와 수소활성수의 경우, 6 : 4 내지 9 :1 , 바람직하게는 6 : 4 내지 8 : 2의 비율, 더욱 바람직하게는 7 : 3의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.

유화유 연료는 고온의 장소에 분무되었을 때, 고열에 의해 1000~1800배로 미세폭발(explosion)을 일으키며 이로 인해 기름 입자가 더욱 미세하게 분산되어 화염중에서 산소와의 접촉면적이 증가하고, 이를 통해 고속으로 고효율의 연소를 실현할 수 있다. 이 ?, 상기 중유의 비율이 6보다 더 작아질 경우 물의 함량이 지나치게 높으므로 유화제가 고온의 장소에 분무되어 미세폭발을 일으킬 때, 물로 인해서 화염이 꺼질 수 있다. 반면, 중유의 비율이 9보다 더 커질 경우 연소시에 질소산화물 또는 황산화물이 다량 발생하는 문제가 발생한다.

상기 주입구(101)를 통해 제1유화부(110)로 들어온 교반물질은 상기 회전기어 홈타입 피스톤(200)에 의하여 고온 고압의 혼합유가 제1유화부(110)에서 1차 유화를 하게 된다. 상기 1차 유화로 의하여 교반물질은 1차 유화유가 되고 상기 과정을 통해 2화 유화시 소요되는 시간을 절감할 수 있다.

상기 주입구(101)은 회전기어 홈타입 피스톤(200)의 측면에 부착된 홈의 상부에 위치하는것이 바람직하다. 상기 위체에서 교반물질을 주입할 경우, 중력이 작용하여 회전기어 홈타입 피스톤의 홈안으로 유동의 흐름이 원활해진다. 주입구를 통해 제1유화부(110)로 공급된 교반물질들은 회전기어 홈타입 피스톤(200)의 옆면에 부딪힘을 통해 물리적 교반이 일어날 수 있다.

1차 유화유는 회전기어 홈타입 피스톤(200)에 의해서 제2유화부(120)로 이동된다. 이 때, 상기 회전기어 홈타입 피스톤(200)은 끝단에 기어형상이 있어서, 외부 모터를 통해 회전될 수 있다. 상기 외부모터를 통하여 회전기어 홈타입 피스톤이 항상 일정한 압력으로 제2유화부(120)로 혼합유가 공급되도록 정속 구동된다. 또한, 피스톤의 왕복 및 회전 운동을 통해 1차 유화유의 입자가 부서지면서 잘 혼합될 수 있고, 상기 회전기어 홈타입 피스톤(200)에 형성된 홈(210)을 통해 난류를 형성하여 더욱 효과적으로 입자 분쇄 및 혼합을 할 수 있다.

이 때, 상기 제1유화부(110)의 관 지름과, 회전기어 홈타입 피스톤(200)의 지름의 비가 10 : 7 내지 10 : 9.5 인 것이 바람직하다. 상기 회전기어 홈타입 피스톤(200)의 비율이 7 미만일 경우, 제1 유화부에서의 물질 교반이 효과적으로 이루어지지 않고, 9.5를 초과하는 경우, 회전기어 홈타입 피스톤(200)과 제1유화부(110) 간의 마찰이 발생하여, 기계가 마모 및 손상될 수 있다.

회전기어 홈타입 피스톤(200)을 통해 이동한 1차 유화유는 임펠러(300)를 통해 서로 혼합되며 빠른속도로 회전하게 된다. 이 때, 상기 임펠러(300)의 회전속도는 1,000 내지 6,000rpm인 것이 바람직하고 더욱 바람직하게는 2000 내지 4000rpm인 것이 바람직하다.

회전속도가 1,000rpm 미만일 경우, 상기 1차 유화유가 충분한 회전력을 갖지 못하여, 후술할 거름망의 돌기(410)에 부딪혀도 원하는 사이즈로 분쇄되지 않는다. 또한, 물과 연료가 계속해서 교반되지 않아서 두 물질간의 층 분리가 일어날 수 있다. 반면, 회전속도가 6,000rpm이상일 경우에는 더 낮은 속력을 가지는 것에 비해 추가적인 효과를 얻지 못하는 반면, 동력을 얻기 위하여 지나치게 많은 전력을 요구로 하는 바, 바람직하지 않다.

또한, 상기 회전기어 홈타입 피스톤과 임펠러의 회전속도의 비는 1:5 내지 1:10 인 것이 바람직하다. 상기 회전속도의 비가 1:5 미만일 경우, 임펠러의 회전속도를 증가시키기 위하여 회전기어 홈타입 피스톤이 과다하게 회전하여야 하므로 경제성이 떨어진다. 한편, 회전속도의 비가 1:10을 초과하는 경우, 제1유화부에서의 1차 교반과 제2 유화부에서의 2차 교반간의 분배가 적절하게 이루어지지 않아서, 임펠러에 과도한 부담이 가해지게 되고, 1차 교반이 효과적으로 이루어지지 않아서, 제2교반의 시간이 너무 길어지는 문제가 있다.

상기 2차 유화기에서의 회전교반 과정을 통해 1차 유화유는 2차 유화유로 전환된다. 상기 2차유화유는 상기 임펠러(300)를 통해 빠른 속도로 회전하며 제3유화부(130)로 이동한다. 이 때, 제3유화부로 들어가기 전 거름망(400)을 거치게 된다.

도 3은 거름망(400)의 사시도를 도시한 것이다.

기존의 유화유 제조장치를 보면, 혼합과정에서 물 분자는 쉽게 깨져서 작은 크기로 혼합되나, 기름은 클러스터가 잘 깨지지 않고 뭉쳐있기 때문에, 물과 혼합을 할 경우에 100%의 혼합율을 보이지 않는다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 기름의 클러스터를 원하는 크기만큼 쪼갤 필요가 있다. 상기 거름망(400)을 거친 기름의 클러스터는 원하는 크기만큼 충분히 작게 쪼개어질 수 있어서 물과 높은 혼합율을 가지게 된다.

상기 거름망(400)을 이루는 가로격자(401)와 세로격자(402)가 맞닿는 점에는 돌기(410)가 있을 수 있다. 상기 임펠러를 거치며 빠르게 회전하는 물질들은 상기 돌기(410)에 부딪혀 잘게 쪼개지게 된다.

상기 거름망(400)의 그물 구조를 이루는 가로격자(401)와 세로격자(402)의 길이는 각각 50 내지 500μm , 바람직하게는 100 내지 200μm 이다.

거름망 홈의 가로 및 세로의 길이가 500μm보다 넓을 경우, 충분히 작게 쪼개지지 못한 기름의 클러스터들이 거름망을 통과할 수 있다. 또한 상기 가로 및 세로의 길이가 50μm 보다 작을 경우, 물과 연료의 흐름이 지나치게 저해되어, 기기에 과부하가 걸릴 수 있다.

상기 거름망을 이루는 가로줄(401)과 세로줄(402)을 통해 경계 지어지는 면의 가로 및 세로의 길을 각각 a,b라 하고 상기 돌기(410)의 높이를 c라고 할 때, 25(a+b) ≤ c ≤ 50(a+b) 인 것이 바람직하다.

돌기의 높이 c가 25(a+b) 미만일 경우 돌기를 통해 얻을 수 있는 분쇄효과가 저하되어 충분히 작은 사이즈의 클러스터를 얻을 수 없다. 이로 인해, 커다란 클러스터가 거름망에 도달하게 되어 물질이 거름망의 틈에 낄 수 있고 이로 인해 슬러지가 다량 발생할 경우, 제조되는 유화유의 안정성이 매우 떨어지게 된다. 한편 돌기의 높이 c가 50(a+b)를 초과할 경우, 돌기와 돌기 사이에 입자들이 끼어서, 전체적인 유화유의 흐름을 저해할 수 있다.

상기 a,b,c 의 관계식을 통해 얻어지는 상기 돌기(410)의 높이는 2.5~50mm 인 것이 바람직하고, 5~20mm 인 것이 더욱 바람직하다. 가장 바람직하게는 돌기의 높이는 10mm일 수 있다. 돌기(410)의 높이가 2.5mm 보다 낮다면 물질들이 돌기에 충돌하는 것이 용이하지 않아, 분쇄가 어렵다. 또한 돌기의 높이가 50mm 보다 높다면, 물질들이 돌기 사이에 끼어서 슬러지가 다량 발생할 수 있다. 상기 돌기를 통해 잘게 쪼개진 물질들 중 거름망을 통과할 수 있을 만큼 충분히 작게 쪼개진 물질들은 제3유화부로 이동되어 유화기 외부로 방출된다.

상기 거름망의 홈을 통해 통과하는 클러스터들의 입도 크기는 0.1μm ~ 5 μm 범위인것이 바람직하다. 입도크기가 5 μm 보다 클 경우 물과의 혼합이 100% 이루어질 수 없다. 이에 따라, 고온에서 일정시간이상 방치될 경우, 물과 기름이 다시 분리되는 현상이 발생한다. 반면, 클러스터의 입도 크기가 0.1μm 보다 작다 하여도, 물과의 혼합에서 큰 이점이 있다고 보기 힘들고, 입도 크기를 줄이기 위해서는, 임펠러의 속도를 더욱 증가시키고, 돌기를 더욱 촘촘하게 설치해야 하는데 위 경우는 기기를 공정하는데 소요되는 비용이 상당히 증가하므로 바람직하지 못하다.

한편, 본 발명의 거름망(400)은 원하는 크기의 입자를 통과시키도록 설계되어 있으므로, 슬러지등으로 인해 거름망의 홈이 막힐 경우 유화유의 품질이 저하된다. 특히 슬러지가 소량 발생했을 때는 큰 문제가 되지 않으나, 기 발생한 슬러지로 인해 빠른 속도로 슬러지의 양이 증가하기 때문에 조기에 슬러지를 제거하는 것이 중요하다.

본 발명의 경우 상기 임펠러의 속도와 돌기의 높이 등을 조절하여, 슬러지가 다량 발생하지 않는 구조의 유화기를 만들었으나, 슬러지의 발생을 완벽히 차단할 수는 없는 바, 거름망의 세척이 요구된다.

이에 거름망의 상단에, 상기 거름망을 자유롭게 탈부착 시킬 수 있는 거름망 탈착구 (103)을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 거름망 탈착구를 통하여 다른 부품들을 분해하지 않고도 거름망 만을 선택적으로 탈착하는 것이 가능하다. 이러한 정기적인 거름망(400)의 세척을 통하여, 거름망에 슬러지가 부착되는 현상을 방지할 수 있다.

한편, 물과 연료의 투입부터 유화유의 배출까지 전체적인 물질의 흐름은, 각 유화부 저장탱크의 크기와 중력과 유량압력 및 배출구의 관 부피 차이로 인해 발생하는 압력과, 회전기어 홈타입 피스톤의 펌핑에 의해 조절된다. 이 때, 배출구의 관 지름과 제3 유화부의 관 지름의 비율이 1:1 내지 1.5:1 라면, 관 부피의 차이로 인해 배출구 방향으로의 압력이 생성되어, 회전기어 홈타입 피스톤의 펌핑을 통해 이동한 물질의 흐름이 배출구 방향으로 단방향 이동할 수 있다.

상기 유화기를 거쳐 생성된 유화유는 1차 저장고로 옮겨지고, 충분한 유화공정을 거치기 위하여, 다시 재순환 라인을 통해 교반기로 옮겨져서 일련의 과정을 진행한다. 상기 복수의 유화과정을 통해 충분히 유화된 유화유는 1차 저장고에서 2차 저장고로 옮겨져서 보관된다.

상기 유화공정은 2 내지 4회 진행되는 것이 바람직하고, 3회 진행되는 것이 가장 바람직하다. 2회 미만으로 진행될 경우에는, 상온에서 1달가량이 지나거나, 50℃에서 7일 이상 경과할 경우 입자들이 상당수 응축된다. 반면 5회 이상 진행하는 것은 상기 횟수보다 적게 진행하는 것에 비해서 유화유의 품질을 향상시키지 못하는 반면, 공정횟수가 늘어남에 따라 공정비용이 증가하여 경제적이지 못하다.

도4는 유화기 구동장치(10)의 사시도이다. 유화기 구동장치(10)는 크게 상기 서술한 바와 같은, 유화기(100)와 상기 유화기를 회전 및 펌핑시킬 수 있는 유화기 회전장치(11)로 이루어진다.

상기 유화기 회전장치는 모터를 내재하고 있다. 상기 모터를 통해, 회전기어 홈타입 피스톤(200)이 일정한 속도로 회전 및 일정한 압력으로 왕복운동을 할 수 있다.

도 5은 유화기 구동장치(10)의 단면도로써, 유화기(100)의 외부구조를 좀 더 명확하게 도시하고 있다.

도 6은 본 발명의 유화유 제조장치 및 제조방법을 이용하여 제조한 유화유를 상온에서 방치하였을 때, 시간의 흐름에 따른 연료의 변화과정을 광학현미경으로 촬영한 것이다.

도 6을 통해 확인할 수 있듯이 본 발명의 유화유의 경우, 상온에서 120일 이상 방치하여도, 클러스들의 크기가 최대 5 μm이하 입자크기를 가짐으로써 유수 분리가 되지 않고 안정하게 존재한다.

도 7은 본 발명의 유화유 제조장치 및 제조방법을 이용하여 제조한 유화유를 80℃에서 방치하였을 때, 시간의 흐름에 따른 연료의 변화과정을 광학현미경으로 촬영한 것이다.

도 7을 통해 확인할 수 있듯이, 본 발명의 유화유 역시 고온에서 시간이 경과함에 따라 물 및 기름 입자가 어느정도 뭉치는 현상이 발생한다. 그러나, 상기 유화유 제조장치를 통해 제조된 유화유를 80℃에서 120시간 방치했을 때, 물 클러스터의 입도 크기는 0.1 μm ~ 15 μm, 기름 클러스터의 입도 크기는 0.1 μm ~ 15 μm 범위를 가지므로, 일반적인 유화유에 비해 클러스터의 크기가 크게 증가하지 않고, 최대 15μm이하 입자크기를 가짐으로써 유수 분리가 되지 않고 안정하게 존재한다.

상기 도 6 및 7의 비교를 통해 본 발명을 통해 제조된 유화유의 안정성을 확인할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위해서 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

급유장치, 급수장치, 교반기, 유화기로 구성되는 유화유 제조장치를 통해 유화유를 제조한다. 이 때, 상기 급유장치를 통해 벙커C유를 주입하고, 급수장치를 통해 PH가 7.0, 산화환원 전위가 100mv인 미네랄 수소활성수를 주입한다. 유화기는 회전기어 홈타입 피스톤; 임펠러; 및 거름망을 포함하며, 회전기어 홈타입의 속도는 400rpm, 임펠러의 속도는 3,000rpm으로 조절한다. 상기 거름망의 가로격자의 길이는 150 μm, 세로격자의 길이는 150 μm로 제조하고, 돌기의 높이는 10mm가 되도록 제조한다.

상기 유화유 제조장치를 통하여 제조된 유화유를 1차저장고로 옮긴 후, 다시 교반기로 주입시켜서 유화기를 통한 유화공정을 재차 진행한다. 상기 유화기를 통한 유화공정을 총 3회 진행한 후에, 최종적으로 제조된 유화유를 2차저장고로 옮겨서 저장한다.

상기 공정을 거쳐 제조된 물 클러스터 및 기름 클러스터의 입도크기는 0.1μm 내지 3μm의 범위내에 분포하는 것으로 나타났다.

상기 공정을 통해 제조된 유화유를 장기간 방치한 후, 유수분리현상을 관찰하였다.

<실시예 2>

유화기를 통한 유화공정을 총 2회 진행하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정으로 유화유를 제조하였다.

상기 공정을 거쳐 제조된 물 클러스터 및 기름 클러스터의 입도크기는 0.1μm 내지 5μm의 범위내에 분포하는 것으로 나타났다.

<비교예 1>

유화기를 통한 유화공정을 총 1회 진행하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정으로 유화유를 제조하였다.

상기 공정을 거쳐 제조된 물 클러스터 및 기름 클러스터의 입도크기는 0.1μm 내지 15μm의 범위내에 분포하는 것으로 나타났다.

<비교예 2>

회전기어 홈타입의 속도는 100rpm, 임펠러의 속도는 700rpm으로 조절하고, 유화기를 통한 유화공정을 총 1회 진행하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정으로 유화유를 제조하였다.

상기 공정을 거쳐 제조된 물 클러스터 및 기름 클러스터의 입도크기는 0.5μm 내지 30μm의 범위내에 분포하는 것으로 나타났다.

<비교예 3>

회전기어 홈타입의 속도는 100rpm, 임펠러의 속도는 700rpm으로 조절하고, 유화기를 통한 유화공정을 총 2회 진행하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정으로 유화유를 제조하였다.

상기 공정을 거쳐 제조된 물 클러스터 및 기름 클러스터의 입도크기는 0.3μm 내지 20μm의 범위내에 분포하는 것으로 나타났다.

하기의 표 1은 상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 유화유를 장기간 방치한 후, 유수분리현상을 관찰한 데이터를 기재한 것이다.

	회전기어홈타입 피스톤 속도	임펠러 속도	유화기를 통한 유화공정 횟수	25℃에서 1달 경과후 유화 유지정도	50℃에서 7일 경과후 유화 유지정도
실시예 1	400rpm	3,000 rpm	3회	○	○
실시예 2	400rpm	3,000 rpm	2회	○	△
비교예 1	400rpm	3,000 rpm	1회	△	X
비교예 2	100rpm	700rpm	1회	X	X
비교예 3	100rpm	700rpm	2회	△	X

○ : 입자들이 거의 뭉치지 않아서 유화가 유지

△ : 입자들이 부분적으로 뭉쳐서 약간의 유수 분리현상이 나타남

X : 입자들이 다수 뭉쳐져서 유수 분리현상이 나타남

상기 표에 기재된 데이터를 통해 알 수 있듯이 본 발명의 유화유 제조장치를 이용하여, 3회의 유화공정을 거쳐 제조된 유화유는 상온에서 1달, 50℃에서 일주일이 경과하여도 유화가 유지된다는 것을 확인할 수 있다.

반면, 회전기어홈타입 피스톤 및 임펠러의 속도가 떨어지거나, 유화공정의 횟수가 적을 경우에는 유수분리현상이 발생하여, 유화유를 장기간 보관할 수 없다는 것을 확인할 수 있다.

10 : 유화기 구동장치 11 : 유화기 회전장치 100 : 유화기
101 : 교반물질 주입구 102 : 유화유 배출구 103 : 거름망 탈착구 110 : 제1유화부 120 : 제2유화부 130 : 제3유화부
200 : 회전기어 홈타입 피스톤 210 : 홈 300 : 임펠러
400 : 거름망 401 : 거름망의 가로격자 402 : 거름망의 세로격자
410 : 거름망의 돌기

Claims

급수장치; 급유장치; 교반기; 및 유화기를 포함하는 유화유 제조장치에 있어서, 상기 유화기는 회전기어 홈타입 피스톤; 임펠러; 및 거름망을 포함하되,
상기 유화기를 통해 제조된 유화유를 다시 교반기로 주입할 수 있는 재순환 라인을 포함하는, 유화유 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 거름망을 이루는 가로격자와 세로격자가 맞닿는 점마다 돌기가 존재하는 것을 특징으로 하는 유화유 제조장치.
제2항에 있어서,
상기 거름망을 이루는 가로격자의 길이와 세로격자의 길이를 각각 a,b라 하고 상기 돌기의 높이를 c라고 할 때,
25(a+b) ≤ c ≤ 50(a+b) 의 범위를 만족하며;
상기 a 및 b의 길이는 같을수도, 서로 다를수도 있으며;
50 μm ≤ a ≤ 500 μm;
50 μm ≤ b ≤ 500 μm;
인 것을 특징으로 하는 유화유 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 유화유 제조장치를 통해 제조된 물 클러스터의 입도 크기는 0.1μm ~ 5 μm 범위, 기름 클러스터의 입도 크기는 0.1 μm ~ 5 μm 범위인 것을 특징으로 하는 유화유 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 유화유 제조장치를 통해 제조된 유화유를 80℃에서 120시간 방치했을 때, 물 클러스터의 입도 크기는 0.1 μm ~ 15 μm 범위, 기름 클러스터의 입도 크기는 0.1 μm ~ 15 μm 범위인 것을 특징으로 하는 유화유 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 회전기어 홈타입 피스톤은 왕복운동과 회전운동을 동시에 하는 것을 특징으로 하는 유화유 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 유화기는 회전기어 홈타입 피스톤을 포함하는 제1유화부와, 임펠러를 포함하는 제2유화부, 거름망을 포함하는 제3유화부를 포함하며;
상기 제1유화부의 관 지름과, 회전기어 홈타입 피스톤의 지름의 비가 10 : 7 내지 10 : 9.5 인 것을 특징으로 하는 유화유 제조장치
제1항에 있어서,
상기 임펠러의 회전 속도가 1,000~6,000rpm인 것을 특징으로 하는, 유화유 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 회전기어 홈타입 피스톤과 임펠러의 회전속도의 비가 1:5 내지 1:10 인 것을 특징으로 하는, 유화유 제조장치
제1항에 있어서,
상기 회전기어 홈타입 피스톤에 반구형의 홈과 끝단 기어형상이 있는 것을 특징으로 하는, 유화유 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 거름망을 자유롭게 탈부착 시킬 수 있는 거름망 탈착구를 구비하는 것을 특징으로 하는, 유화유 제조장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 유화유 제조장치를 이용하여 유화유를 제조하는 방법에 있어서,
상기 급수장치로 공급되는 물이 활성수소 및 미네랄 알칼리가 포함된 수소활성수인 것을 특징으로 하는, 유화유 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 수소활성수의 PH는 7.0 내지 7.6, 산화환원 전위는 -100mv 내지 150mv 인 것을 특징으로 하는, 유화유 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 유화유 제조장치의 급유장치를 통해 공급되는 중유와 상기 급수장치를 통해 공급되는 수소활성수의 비율을 6 : 4 내지 9 : 1 로 첨가하는 것을 특징으로 하는, 유화유 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 재순환 라인을 통하여 총 2내지 4회의 유화과정을 진행시키는 것을 특징으로 하는, 유화유 제조방법.