KR20070110189A - 유화연료 연소시스템의 연소보조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체연료(경유ㆍ등유ㆍ중유ㆍ휘발유 등)에 물이 분산된 W/O(water in oil)형의 유화연료를 제조하여 연소시키는 유화연료 연소시스템의 연소보조장치에 관한 것으로서, 특히 보일러의 연돌에서 배출되는 대기오염물질 배출량을 측정한 후 측정값을 설정값과 비교하여 연소보조장치로 공급되는 물의 양을 증감시키기 때문에 유화연료의 연소상태가 항상 양호하도록 유지할 수 있고, 액체연료와 물을 믹서에 의하여 1차로 예비 유화시킨 뒤 케이싱의 유화챔버에서 스테이터의 요부ㆍ철부 및 오리피스와 로터의 블레이드 및 오리피스에 의하여 전단ㆍ충돌ㆍ압축ㆍ팽창작용에 의하여 2차로 본격 유화시키기 때문에 유화제 첨가 없이 유화상태가 안정한 유화연료를 신속하게 제조할 수 있음은 물론 유화연료를 보일러로 연속하여 공급할 수 있는 유화연료 연소시스템의 연소보조장치에 관한 것이다.

대기오염물질, 로터, 물, 보일러, 압축, 액체연료, 연소보조장치, 오리피스, 유화연료, 전단, 충돌, 팽창

Description

유화연료 연소시스템의 연소보조장치{A burning support apparatus of the burning system for emulsified fuel}

도 1은 본 발명에 따른 유화연료 연소시스템을 나타내는 구성도이다.

도 2는 도 1에 도시된 유화연료 연소시스템의 연소보조장치를 나타내는 부분단면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 케이싱의 단면도이다.

도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.

도 5는 도 4의 B 부분 확대도이다.

도 6은 도 2에 도시된 로터의 반단면도이다.

도 7의 [A] 및 [B]는 도 6에 도시된 제1로터의 우측면도와 제2로터의 좌측면도이다.

도 8은 도 6에 도시된 로터소켓의 사시도이다.

도 9는 도 1에 도시된 유화연료 연소시스템의 급수제어장치를 나타내는 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

110 : 중유탱크(액체연료탱크) 120 : 경유탱크(액체연료탱크)

200 : 물탱크 300 : 연소보조장치

310 : 케이싱 311 : 유화챔버

312 : 유입구 313 : 유출구

320 : 원료수송관 330 : 믹서

340 : 스테이터 341 : 요부

342 : 철부 343 : 오리피스

343i : 오리피스의 입구 343o : 오리피스의 출구

350 : 로터 351a : 제1로터

351b : 제2로터 352 : 로터소켓

354 : 블레이드 356 : 오리피스

356i : 오리피스의 입구 356o : 오리피스의 출구

359 : 블레이드 360 : 샤프트

370 : 모터 400 : 보일러

450 : 연돌 500 : 급수제어장치

510 : 대기오염물질측정센서 520 : 유량조절밸브

530 : 컨트롤유닛 622 : 물수송관

G : 홈 S : 충돌구간

<1> 기술분야

본 발명은 액상의 석유제품연료 속에 물이 분산된 W/O(water in oil)형 유화연료를 즉각 제조하여 연소시키는 유화연료 연소시스템에서 W/O형 유화연료를 유화제 첨가 없이 순수하게 물만을 혼합하여 안정하도록 신속히 제조, 그 보일러(또는 이것과 유사한 성능을 가져 연료를 연소시키는 시설)로 연속하여 공급하는 연소보조장치에 관한 것이다.

<2> 용어의 정의

유화(emulsification)라 함은 어떤 액체 속에 이것과 혼화하지 않는 다른 액체가 미립자상태로 균일하게 분산되는 것을 말하지만, 여기에서는 액체연료(원유를 정제한 액상의 석유제품연료, 경유ㆍ등유ㆍ중유ㆍ휘발유 따위)에 물을 여러 방법으로 혼합하여 유중수(W/O, water in oil)형으로 유화시키는 것을 말하고, 이와 같이 액체연료에 물을 혼합하여 유화시킨 것을 유화연료(액체연료에 대한 물의 첨가비율은 30% 이하로 액체연료의 종류 등에 따라 결정되고, 물의 첨가량에 비례하여 연소상태가 양호하게 된다)라 한다.

<3> 유화연료의 특징

유화연료는 연소효율을 높일 수 있어 에너지절감 면에서 효과적이고, 대기오염물질 발생을 억제할 수 있어 환경 면에서 유용한 바, 그 원리를 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

- 연료의 연소는 공급(분사)된 연료입자의 체적이 미세할수록 공기와 접촉면적이 커지고 연소시간이 짧아지는 등 양호하게 된다.

- 유화연료에서 액체연료에 분산되어 있는 물은 연소과정에서 수분입자가 과열되어 어느 순간 급격하게 기화됨으로써 그 체적이 팽창되는 마이크로폭발이 액체연료방울(oil-drop, 油滴)의 내부에서(수분입자는 액체연료방울의 내부에 분산되어 있음) 발생되고, 액체연료방울은 산산이 비산되어 체적이 미세하게 된다.

이와 같이 유화연료가 에너지절감 및 환경적 측면에서 유익한 것으로 알려짐에 따라 환경부는 대기오염방지시설(연소보조장치 : 유화 등에 의한 방법으로 연료의 연소를 촉진 또는 보조하여 대기오염물질의 배출을 감소 또는 억제하는 장치)의 성능기준 및 검사법(환경부고시 제2001-35호)을 고시, 그 사용을 적극 권장하고 있다.

<4> 종래기술

유화연료를 제조하여 연소시키는 종래의 유화연료 연소시스템에 관하여 살펴보면 다음과 같다.

유화연료 연소시스템은 여러 타입이 있으나, 보통 액체연료탱크ㆍ물탱크ㆍ액 체연료와 물을 각각 공급받아 유화연료를 제조하는 연소보조장치ㆍ유화연료가 보관되는 저장탱크 및 유화연료를 공급받아 연소시키는 보일러로 구성되고, 연소보조장치는 유화챔버가 형성된 케이싱 및 유화챔버에서 액체연료와 물을 휘젓는 방식으로 혼합하여 유화시키는 임펠러로 구성된다.

그러므로 임펠러를 작동시키고 액체연료탱크의 액체연료와 물탱크의 물을 케이싱으로 수송하면, 액체연료와 물은 유화챔버를 통과하는 과정에서 임펠러의 작용으로 유화되어 유화연료가 되고, 이후 저장탱크에 보관되었다가 보일러로 공급되어 연소가 된다.

그러나 설명한 바와 같은 종래기술은 다음과 같은 문제점이 있었다.

- 유화연료는 제조환경 등 제조할 당시의 조건에 따라 액체연료에 대한 물의 첨가비율 등 그 유화상태가 다 다를 수밖에 없고, 따라서 보일러에서의 연소상태도 다 다르게 나타날 수밖에 없다. 이때 연소상태가 최적화되도록 가장 보편적으로 취하는 조취로는 연소상태가 불량할 때 유화연료가 공기와 접촉할 수 있는 기회가 많아지도록 공기 공급량을 증대시키는 방법이 있다.

하지만 이러한 조취가 연소상태를 양호하게 하는 것에서는 어느 정도 효과를 거둘 수 있겠으나, 그 효과의 정도가 기대치를 충족할만한 수준이 아닌 데다 그 방법 자체도 근본적인 대책이 될 수는 없었다.

- 유화연료를 제조할 때 액체연료와 물을 단순히 임펠러에 의존, 휘저음으로써 혼합하는 방식에 의하여 유화시키기 때문에 유화연료가 제조되기까지 상당한 시간이 소요되었고, 이 때문에 유화연료 제조작업을 연속하여 진행할 수가 없었으며, 아울러 유화연료를 보일러로 즉각적으로 공급할 수가 없었다.

또한 제조된 유화연료의 유화상태가 매우 불안정하여 유화상태를 안정시키기 위한 유화제(계면활성제 따위)의 사용이 요구되었다.

본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유화연료 연소시스템의 연소보조장치에 있어서, 액체연료와 물을 유화챔버로 수송하는 과정에서 1차적으로 예비 혼합한 뒤 2차적으로는 유화챔버에서 전단ㆍ충돌ㆍ압축ㆍ팽창 등의 작용에 의하여 초미립자상태로 본격 처리하는 순으로 유화시킴으로써 유화상태가 안정한 유화연료를 신속히 제조할 수 있도록 함은 물론 이를 보일러로 연속하여 공급할 수 있도록 된 고성능의 연소보조장치를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명은 대기오염물질 배출량을 측정하여 유화연료의 연소상태를 파악, 유화연료의 연소상태에 따라 물탱크에서 연소보조장치로 공급되는 물의 양(액체연료에 대한 물의 첨가비율을 말한다)을 조절함으로써 유화연료의 연소상태가 양호하도록 액체연료에 대한 물의 첨가비율을 항상 최적으로 유지할 수 있도록 된 유화연료 연소시스템을 제공함을 2차적인 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 유화연료 연소시스템은 액체연료가 저장된 액체연료탱크, 물이 저장된 물탱크, 액체연료탱크와 물탱크로부터 액체연료와 물을 각각 공급받아 액체연료에 물이 미립자상태로 분산되게 함으로써 유화연료를 제조하는 연소보조장치, 연소보조장치로부터 유화연료를 공급받아 연소시키는 보일러, 보일러에서 배기되는 대기오염물질 배출량이 설정값 초과인 때 연소보조장치로 공급되는 물의 양이 증대되고 설정값 이하인 때 연소보조장치로 공급되는 물의 양이 감소되도록 물 공급량을 조절하는 급수제어장치 등으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기에서 급수제어장치는 보일러의 연돌에 설치되어 대기오염물질 배출량을 측정하는 대기오염물질측정센서, 물탱크의 물을 연소보조장치로 수송하는 물수송관 상에 설치된 유량조절밸브, 대기오염물질측정센서로부터 입력된 측정값을 설정값과 비교하여 측정값이 설정값 초과인 때 물수송관을 따라 흐르는 물의 양이 증대되고 측정값이 설정값 이하인 때 물수송관을 따라 흐르는 물의 양이 감소되도록 유량조절밸브의 작동을 제어하는 컨트롤유닛 등으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 유화연료 연소시스템의 연소보조장치는 한쪽에 유입구가 형성되고 다른 쪽에 보일러로 유화연료를 공급하기 위한 유출구가 형성되며 내부에 원통형의 유화챔버가 형성된 케이싱, 한쪽은 유입구와 연결되고 다른 쪽은 두 갈래로 갈라져 각각 원료인 액체연료와 물을 공급받는 원료수송관, 원료수송관의 내부에 설치되어 원료를 1차 혼합하는 믹서, 유화챔버의 내주면에 철부가 형성되도록 다수 개의 홈으로 구성된 요부를 형성하여 유화챔버의 내주에 충돌구간을 형성하고 요부의 각 홈이 서로 통하도록 형성됨과 아울러 미세구멍 형태로 형성되어 원료를 압축시키는 오리피스가 철부에 각각 형성된 스테이터, 스테이터의 내주에 배치되고 양 끝에 둘레방향을 따라 블레이드가 다수 개 형성되어 원료를 전단하면서 스테이터와 함께 2차 혼합하는 로터, 로터가 설치된 샤프트, 샤프트를 회전시키는 모터 등으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기에서 로터는 각 블레이드에 미세구멍 형태로 형성되어 원료를 압축시키는 오리피스가 각각 형성되고, 스테이터 및 로터의 각 오리피스는 원료가 유입되는 입구에서 출구로 갈수록 내주가 축소되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

한편 로터는 한쪽 끝에 블레이드가 형성된 제1로터, 다른 쪽 끝에 블레이드가 형성된 제2로터 및 제1로터와 제2로터의 사이에 개재되어 제1로터와 제2로터를 결합시키는 로터소켓으로 구성되고, 로터소켓은 외주면에 다수 개의 블레이드가 둘레방향을 따라 형성되도록 홈이 각각 형성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 유화연료 연소시스템이 도시된 구성도이다.

본 발명의 유화연료 연소시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 액체연료가 저장 된 액체연료탱크 및 물이 저장된 물탱크(200), 이 액체연료탱크와 물탱크(200)로부터 액체연료와 물을 각각 공급받아 W/O형 유화연료를 제조하는 연소보조장치(300), 이 연소보조장치(300)로부터 제조된 유화연료를 공급받아 연소시키는 보일러(400), 이 보일러(400)에서 배기되는 대기오염물질 배출량에 따라 연소보조장치(300)로 공급되는 물의 양을 조절하는 급수제어장치(500, 도 9 참조) 등으로 이루어진다.

액체연료탱크는 도 1에서와 같이 중유가 저장된 중유탱크(110)와 경유가 저장된 경유탱크(120)로 나뉘는 바, 중유와 경유는 중유탱크(110) 및 경유탱크(120)를 연소보조장치(300)와 연결하는 액체연료수송관을 따라 수송됨으로써 연소보조장치(300)로 공급된다.

여기에서 액체연료수송관은 연소보조장치(300)에 한쪽 끝이 연결된 본관(main pipe)(611)과, 이 본관(611)의 다른 한쪽 끝에서 갈라져 나와 중유탱크(110)와 경유탱크(120)에 각각 연결된 2개의 지관(branch pipe)(612a)(612b)으로 구성된다. 이때 지관(612a)(612b)은 중유와 경유 중에서 어느 하나를 선택, 연소보조장치(300)로 공급하는 것이 가능하도록 관로를 차단하거나 그 차단을 해제하는 개폐밸브(710a)(710b)가 각각 설치되고, 또 도면에는 도시하지 않았으나, 액체연료탱크의 위치가 비교적 낮아 중력만으로는 액체연료의 수송이 불가능한 경우에는 펌프가 각각 설치될 수도 있다.

참고로 유화연료를 제조하여 연소시킴에 있어서, 중유는 평상시에 사용되고, 경유는 보일러(400)를 소화시킬 때 사용되는 바, 중유에서 경유로 변경하여 사용하 다가 소화한다.

물탱크(200)는 도 1에서와 같이 물을 공급받아 저장하도록 급수관(621)에 의하여 수원(상수도)과 연결되고, 저장된 물이 연소보조장치(300)로 공급되도록 물수송관(622)에 의하여 연소보조장치(300)와 연결된다.

여기에서 급수관(621)은 물이 물탱크(200)로 공급되거나 그 공급이 중단되도록 관로를 여닫는 개폐밸브(720)가 설치되고, 물수송관(622)은 압력작용을 이용하여 물탱크(200)의 물을 연소보조장치(300)로 수송하는 워터펌프(810)가 설치된다. 이때 워터펌프(810)는 물탱크(200)의 위치가 비교적 높아 중력만으로도 물의 수송이 가능한 경우 설치되지 않을 수도 있다.

도 2는 연소보조장치(300)가 도시된 부분단면도이다.

연소보조장치(300)는 물이 액체연료에 초미립자상태로 분산되어 있게 함으로써 유화상태가 안정한 유화연료를 신속하게 제조, 그 즉시 보일러(400)로 연속하여 공급하는 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 내부에 유화챔버(311)가 형성된 케이싱(310), 액체연료와 물을 1차 유화(본격적인 유화작업에 앞서 하는 예비작업)시켜 유화챔버(311)로 공급하는 원료공급유닛, 유화챔버(311)로 공급된 원료(액체연료와 물)를 2차 유화(본격적인 유화작업)시킴으로써 유화연료를 제조하여 보일러(400)로 공급하는 유화유닛으로 구성된다.

도 3은 케이싱(310)이 도시된 단면도이고, 도 4는 도 3의 A-A선에 따른 단면도이다.

케이싱(310)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 그 유화챔버(311)가 원통형으로 형성되는 바, 한쪽에는 원료공급유닛으로부터 공급되는 원료가 유화챔버(311)로 유입되도록 유입구(312)가 형성되고, 다른 쪽에는 유화유닛에 의하여 제조된 유화연료가 유화챔버(311)에서 유출되도록 유출구(313)가 형성된다.

여기에서 유입구(312) 및 유출구(313)는 각각 유화챔버(311)의 양쪽 끝 부분에 위치되고, 또 유출구(313)는 제조된 유화연료가 보일러(400)로 공급되도록 유화연료수송관(630)에 의하여 보일러(400)와 연결된다.

원료공급유닛은 도 2에서와 같이 원료수송관(320) 및 믹서(330)로 구성되는 바, 원료수송관(320)은 중유탱크(110)나 경유탱크(120)로부터 액체연료(중유 또는 경유)와 물탱크(200)로부터 물을 각각 공급받아 유화챔버(311)로 일괄적으로 공급하고, 믹서(330)는 원료수송관(320)의 관로를 따라 흐르는 과정에서 액체연료와 물을 1차 유화시키는 역할을 한다.

먼저 원료수송관(320)은 간선부분 및 이 간선부분에서 두 갈래로 갈라진 지선부분으로 구성되어 대략 Ｙ자형으로 형성된 관으로서, 간선부분은 액체연료와 물이 합하여 흐르도록 하는 합류튜브(321)이고, 지선부분은 이 합류튜브(321)의 양쪽 끝 중에서 어느 한쪽에 각각 일체로 연결된 분기튜브(322a)(322b)이다.

여기에서 합류튜브(321)는 유입구(312)에 연결되고, 분기튜브(322a)(322b)는 액체연료와 물을 각각 공급받도록 본관(611)과 물수송관(622)이 각각 연결된다.

다음 믹서(330)는 합류튜브(321)의 내부에 이 합류튜브(321)의 길이를 따라 설치된 스크루(331) 및 이 스크루(331)를 고속으로 회전시키는 스크루구동수단으로 구성된다.

여기에서 스크루(331)는 뒤섞임과 방향전환 등 합류튜브(321)의 내부에서 복잡하고 불규칙하면서도 급격한 흐름이 연속하여 발생되게 함으로써 액체연료와 물의 유화가 효과적으로 진행되도록 날개의 형상 및 위치가 최적화된 것을 적용하는 것이 바람직하다.

그리고 스크루구동수단은 모터(332) 및 이 모터(332)에서 발생되는 회전력을 스크루(331)로 전하는 동력전달수단으로 구성되고, 이 동력전달수단은 모터(332)의 축에 설치된 구동기어(333) 및 이 구동기어(333)와 맞물리도록 스크루(331)의 축에 설치된 종동기어(334)로 구성된다.

한편 모터(332)는 스크루(331)의 길이에 대하여 대략적으로 직각을 이루도록 합류튜브(321)의 외부에 배치되고, 그 축은 누출이 방지되도록 합류튜브(321)에 관통된다. 또 구동기어(333) 및 종동기어(334)는 베벨기어이다.

유화유닛은 도 2에서와 같이 스테이터(340), 로터(350) 및 이 로터(350)를 고속으로 회전시키는 로터구동수단으로 구성된다. 물론 로터(350)는 유화챔버(311) 에 배치되고, 스테이터(340)는 로터(350)의 외주에 일정한 간격을 두고 배치된다.

스테이터(340)는 도 3, 4에서와 같이 유입구(312)로 유입된 원료가 유화챔버(311)를 통과하는 과정에서 충돌이 반복적으로 발생되도록 하여 파괴(미세화)시키는 충돌구간(S)을 유화챔버(311)의 내주에 형성하는 것으로서, 오목한 요부(341)와 상대적으로 볼록한 철부(342)로 구성된다.

여기에서 요부(341)는 유화챔버(311)의 내주면에 일정한 간격을 두고 가로세로 연속하여 형성된 다수 개의 홈으로 구성되고, 철부(342)는 요부(341)의 각 홈 사이사이에 위치되는 유화챔버(311)의 내주면 그 자체로 구성된다.

그리고 요부(341)의 각 홈은 대략 직사각형으로 형성되고, 서로 간에 가로세로의 열이 일치하도록 배치된다. 또 철부(342)는 충돌과정에서 요부(341)로 유입된 원료가 이와 이웃하는 홈으로 유화챔버(311)를 경유함이 없이 흘러 이동하는 게 가능하도록 가느다란 모양의 오리피스(343)가 각각 형성된다.

도 5는 도 4의 B 부분 확대도로서, 스테이터(340)의 오리피스(343)를 나타낸다.

스테이터(340)의 오리피스(343)는 요부(341)의 홈이 이웃하는 홈과 서로서로 통하도록 연결하는 관통형의 미세구멍으로서, 가로열의 홈(도 3에서 유화챔버의 내주방향에 대하여 직각을 이루는 열의 홈)을 서로 연결하는 가로미세구멍 및 세로열의 홈(도 3에서 유화챔버의 내주방향에 대하여 평행을 이루는 열의 홈)을 서로 연 결하는 세로미세구멍으로 구분된다.

여기에서 가로미세구멍 및 세로미세구멍은 둘 모두 도 5에 도시된 바와 같이 원료가 유입되는 입구(343i)에서 유출되는 출구(343o)로 갈수록 그 내주가 점차 축소되는 형태로 형성된다(가로미세구멍의 단면은 도 3 참조).

그러므로 오리피스(343)의 입구(343i)로 유입된 원료는 출구(343o)를 향하여 흘러 이동하는 과정에서 압축되고, 출구(343o)로 유출된 뒤 팽창되는 바, 충돌구간(S)을 통과하는 과정 내내 이처럼 압축과 팽창을 반복하게 된다.

참고로 가로미세구멍의 경우에는 유입구(312) 측에서 유출구(313) 측으로 흐르려는(도 3의 P방향) 원료가 유입되도록 입구(343i)가 P방향과 마주하도록 위치되고, 세로미세구멍의 경우에는 로터(350)의 작용에 의하여 로터(350)의 회전방향(도 4의 Q방향)으로 흐르려는 원료가 유입되도록 입구(343i)가 Q방향과 마주하도록 위치된다.

도 6은 로터(350)가 도시된 반단면도이다.

로터(350)는 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이 스테이터(340)의 내부에 배치되는 회전원통으로서, 제1로터(351a)와 제2로터(351b) 및 로터소켓(352)으로 구성된다.

도 7의 [A]는 제1로터(351a)가 도시된 우측면도이고, [B]는 제2로터(351b)가 도시된 좌측면도이다.

제1로터(351a)와 제2로터(351b)는 둘 모두가 양쪽 끝 중에서 어느 한쪽의 중심에 보스(353)가 각각 형성되고, 또 이 보스(353)의 외측에 위치되도록 둘레방향을 따라 다수 개의 블레이드(354)가 일정한 간격을 두고 각각 형성되며, 외주면에 길이방향으로 기다란 홈(355)이 다수 개 형성되는 바, 서로 양쪽 끝 중에서 나머지 한쪽(블레이드가 형성되지 않는 쪽)이 마주하도록 로터소켓(352)을 매개로 하여 결합된다.

따라서 전체적으로 볼 때 로터(350)는 그 양쪽 끝에 블레이드(353)가 각각 형성된 형태가 된다.

이 같은 제1로터(351a)와 제2로터(351b)는 도 7에 도시된 바와 같이 그 각각의 블레이드(353)에 스테이터(340)와 마찬가지로 원료를 압축시키고 팽창시키기 위한 오리피스(356)가 각각 형성된다. 물론 제1로터(351a)와 제2로터(351b)의 오리피스(356)도 원료가 유입되는 입구(356i)에서 유출되는 출구(356o)로 갈수록 그 내주가 점차 축소되는 형태로 형성된다. 또 입구(355i)는 모두가 로터(350)의 회전방향(Q)을 향하도록 위치된다.

도 8은 로터소켓(352)이 도시된 사시도이다.

로터소켓(352)은 도 6과 도 8에 도시된 바와 같이 원판체(357) 및 이 원판체(357)의 중심 부분에 관통된 형태로 일체로 형성된 원통체(358)로 구성된다.

여기에서 원판체(357)는 제1로터(351a)와 제2로터(351b) 사이에 위치되는 것으로 그 외주는 제1로터(351a)와 제2로터(351b)에 비하여 약간 크도록 형성된다.

그리고 원통체(358)는 제1로터(351a) 및 제2로터(351b)의 양쪽 끝 중에서 블레이드(353)가 형성되지 않는 쪽의 내주로 양쪽 끝이 각각 삽입되어 제1로터(351a)와 제2로터(351b)를 결합시키는 것으로 그 외주는 꼭 맞게 끼워지는 크기로 형성되고, 그 내주는 보스(353)의 내주보다 크도록 형성된다.

한편 원판체(357)는 도 8에서와 같이 그 외주면에 둘레방향을 따라 다수 개의 블레이드(359)가 일정한 간격을 두고 형성되도록 다수 개의 홈(G)이 형성된다. 이때 각 홈(G)은 블레이드(359)가 로터(350)의 회전방향(Q)을 향하여 일정한 각도(R) 기울어져 경사지도록 형성된다.

*로터구동수단은 도 2에서와 같이 샤프트(360) 및 이 샤프트(360)를 회전시키는 모터(370)로 구성되는 바, 샤프트(360)는 한쪽이 유화챔버(311)에 위치되도록 케이싱(310)에 관통되어 제1로터(351a) 및 제2로터(351b)의 보스(353)에 끼워진다. 이때 샤프트(360)는 제1로터(351a) 및 제2로터(351b)와 키에 의하여 함께 회전되도록 결합되고, 샤프트(360)의 다른 쪽 끝은 모터(370)의 축과 커플링 따위로 결합된다.

보일러(400)는 도 1에서와 같이 보일러본체(410), 유화연료수송관(630)에 의하여 연소보조장치(300)로부터 유화연료를 공급받는 연료공급유닛(420), 이 연료공급유닛(420)으로부터 공급되는 유화연료를 연소시키는 버너(430), 연소공기를 제공 하는 송풍기구(440), 연소과정에서 발생되는 배기가스가 배출되는 연돌(450) 등으로 이루어지는 바, 그 구성은 이미 널리 알려져 있는 것이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 9는 급수제어장치(500)가 도시된 블록도이다.

급수제어장치(500)는 보일러(400)의 연돌(450)에서 배출되는 배기가스에 포함되어 있는 대기오염물질의 양(대기오염물질 배출량)이 설정값(ex : 액체연료에 대한 물의 첨가비율이 최적인 때의 대기오염물질 배출량)을 초과하는 경우에 연소보조장치(300)로 공급되는 물의 양이 증대되고, 이와 반대로 대기오염물질 배출량이 설정값 이하인 경우에 연소보조장치(300)로 공급되는 물의 양이 감소되도록 물 공급량을 조절하는 역할을 한다. 즉 대기오염물질 배출량이 설정값에서 벗어났다는 것은 액체연료에 대한 물의 첨가비율이 최적이 아니기 때문에 연소상태가 불량하다는 것을 의미하므로 이에 따라 물 공급량을 적절히 조절, 액체연료에 대한 물의 첨가비율이 최적으로 유지되게 하는 것이다. 이때 물 공급량, 즉 액체연료에 대한 물의 첨가비율은 앞서 설명한 바와 같이 30% 이하이고, 당연히 이 범위 이내에서 물 공급량은 증감된다.

이와 같은 급수제어장치(500)는 도 9에 도시된 바와 같이 보일러(400)의 연돌(450)에 설치되어 대기오염물질 배출량을 측정하는 대기오염물질측정센서(510), 물수송관(622) 상에 설치되어 물수송관(622)을 따라 흐르는 물의 양을 조절하는 유량조절밸브(520), 대기오염물질측정센서(510)로부터 입력된 측정값을 설정값과 비 교하여 측정값이 설정값 초과인 경우에는 물수송관(622)을 따라 흐르는 물의 양이 증대되도록 유량조절밸브(520)를 개방시키고 반대로 측정값이 설정값 이하인 경우에는 물수송관(622)을 따라 흐르는 물의 양이 감소되도록 유량조절밸브(520)를 폐쇄시키는 컨트롤유닛(530)으로 구성된다.

여기에서 대기오염물질측정센서(510)는 분진(dust)센서(511), 일산화탄소(CO)센서(512), 질소산화물(NOx)센서(513) 및 황산화물(SOx)센서(514) 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 구성된다. 또 도면에 도시된 바도 없고 대기오염물질에 속하지도 않지만, 연돌(450)에서 배출되는 산소(O2)의 양을 측정하는 산소센서를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 산소 배출량이 높다는 것은 연소상태가 불량하다는 것을 의미하기 때문이다.

한편 유량조절밸브(520)는 물수송관(622)의 관로를 개폐하는 플런저, 이 플런저가 직선이동 가능하도록 설치된 밸브하우징, 이 밸브하우징과 플런저 사이에 설치되고 컨트롤유닛(530)의 제어에 따라 전류가 흐르면 전자석으로 변환되어 물수송관(622)의 관로가 개방되도록 플런저를 후진시키는 코일, 이 코일의 작동이 정지되면 물수송관(622)의 관로가 폐쇄되도록 복원력에 의하여 플런저를 원위치로 복귀시키는 스프링 등으로 이루어진 솔레노이드밸브이다.

설명한 바와 같이 구성되는 본 발명의 작동을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명은 가동된 때 경유탱크(110)와 본관(611)을 연결하는 지관(612b)의 경우에 그 관로가 해당 개폐밸브(710b)에 의하여 완전히 폐쇄되고, 중유탱크(120)와 본관(611)을 연결하는 지관(612a) 및 물수송관(622)의 경우에 그 관로가 개방된 상태를 유지한다.

따라서 중유탱크(110)의 중유, 즉 액체연료는 지관(612a) 및 본관(611)을 순차적으로 흘러 본관(611)이 연결된 분기튜브(322a)를 통하여 원료수송관(320)으로 유입되고, 물탱크(200)의 물은 물수송관(622)을 따라 흘러 물수송관(622)이 연결된 분기튜브(322b)를 통하여 원료수송관(320)으로 유입된다. 이때 원료수송관(320)으로 유입된다.

원료수송관(320)으로 유입된 액체연료와 물, 즉 원료는 고속 회전하는 믹서(330)의 스크루(331)에 의하여 혼합되면서 케이싱(310)의 유입구(312)로 이송, 유화챔버(311)로 유입된다. 이때 원료는 1차적으로 유화가 이루어진다.

유화챔버(311)로 유입된 원료는 충돌구간(S)을 지나 케이싱(310)의 유출구(313)로 이송되는 바, 이 과정에서 모터(370)의 회전력을 전달받아 고속으로 회전하는 샤프트(360)에 설치된 로터(350)의 블레이드(354) 및 로터소켓(352)에 형성된 블레이드(359)에 의하여 반복적으로 전단되고, 스테이터(340)의 요부(341) 및 철부(342)에 반복적으로 충돌되며, 스테이터(340)의 오리피스(343) 및 로터(350)의 오리피스(356)로 유입되어 자연히 압축되는 한편 오리피스(343)(356)를 통과한 후 자연히 팽창되는 것을 반복, 2차적으로 유화가 이루어진다.

여기에서 원료는 블레이드(354)(359)의 전단작용 및 요부(341)와 철부(342)의 충돌작용에 의하여 미세화가 이루어져 초미립자상태가 되고, 아울러 오리피스(343)(356)의 압축작용과 팽창작용으로 조밀도가 넓어져 물이 액체연료에 안정적으로 분산된다. 따라서 원료는 유화제 첨가 없이 안정적인 W/O형 유화연료가 된다.

유출구(313)를 통하여 유화챔버(311)에서 흘러나온 유화연료는 유화연료수송관(630)을 따라 흘러 보일러(400)로 공급, 보일러(400)에서 연소되고, 연소과정에서 발생된 배기가스는 연돌(450)로 배출된다.

여기에서 급수제어장치(500)의 대기오염물질측정센서(510)는 연돌(450)로 배출되는 배기가스 중에 포함된 대기오염물질 배출량을 측정, 이 측정값을 컨트롤유닛(530)으로 출력한다.

측정값을 입력받은 컨트롤유닛(530)은 이 측정값을 설정값과 비교한다. 이때 컨트롤유닛(530)은 측정값이 설정값을 초과하면 연소상태가 불량하여 대기오염물질이 다량으로 발생되는 것으로 판단, 유량조절밸브(520)로 제어신호를 출력함으로써 물수송관(622)의 관로 개방 정도가 증대되도록 유량조절밸브(520)를 작동시킨다.

따라서 원료수송관(320)으로 유입되는 물의 양은 증대되고, 이에 따라 액체연료에 대한 물의 첨가비율은 높아지게 되는 바, 연소상태는 보다 양호하게 된다.

한편 측정값이 설정값 이하인 때에도 유량조절밸브(520)로 제어신호를 출력, 물수송관(622)의 관로 개방 정도가 감소되도록 유량조절밸브(520)를 작동시킨다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 보일러에서 배기되는 대기오염물질 배출량을 측정한 후 이 측정값을 설정값과 비교하여 측정값이 설정값 초과인 때는 물 공급량을 증대시키고, 반대의 경우에는 물 공급량을 감소시키면서 액체연료에 대한 물의 첨가비율을 조절하기 때문에 연소상태가 항상 양호하도록 유지할 수 있고, 나아가 에너지를 효과적으로 절감할 수가 있음은 물론 대기오염물질 발생을 효과적으로 억제할 수가 있는 이점이 있다.

또한 본 발명은 액체연료탱크 및 물탱크로부터 공급되는 액체연료와 물을 원료수송관에서 믹서에 의하여 1차로 예비 유화시킨 뒤 케이싱의 유화챔버에서 스테이터의 요부ㆍ철부 및 오리피스와 로터의 블레이드 및 오리피스에 의하여 전단ㆍ충돌ㆍ압축ㆍ팽창작용에 의하여 2차로 본격 유화시키기 때문에 유화제를 첨가함이 없이 유화상태가 매우 안정한 W/O형 유화연료를 신속하게 제조할 수 있고, 이로써 유화연료를 보일러로 연속하여 즉각 공급할 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 한쪽에 유입구가 형성되고 다른 쪽에 보일러로 유화연료를 공급하기 위한 유출구가 형성되며 내부에 원통형의 유화챔버가 형성된 케이싱과,

   한쪽은 상기 유입구와 연결되고 다른 쪽은 두 갈래로 갈라져 각각 원료인 액체연료와 물을 공급받는 원료수송관과,

   상기 원료수송관의 내부에 설치되어 원료를 1차 혼합하는 믹서와,

   상기 유화챔버의 내주면에 철부가 형성되도록 다수 개의 홈으로 구성된 요부를 형성하여 상기 유화챔버의 내주에 충돌구간을 형성하고 상기 요부의 각 홈이 서로 통하도록 형성됨과 아울러 미세구멍 형태로 형성되어 원료를 압축시키는 오리피스가 상기 철부에 각각 형성된 스테이터와,

   상기 스테이터의 내주에 배치되고 양 끝에 둘레방향을 따라 블레이드가 다수 개 형성되어 원료를 전단하면서 상기 스테이터와 함께 2차 혼합하는 로터와,

   상기 로터가 설치된 샤프트와,

   상기 샤프트를 회전시키는 모터로 구성된 것을 특징으로 하는 유화연료 연소시스템의 연소보조장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스테이터의 각 오리피스는 원료가 유입되는 입구에서 출구로 갈수록 내 주가 축소되도록 형성된 것을 특징으로 하는 유화연료 연소시스템의 연소보조장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 로터는 각 블레이드에 미세구멍 형태로 형성되어 원료를 압축시키는 오리피스가 각각 형성된 것을 특징으로 하는 유화연료 연소시스템의 연소보조장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 로터의 각 오리피스는 원료가 유입되는 입구에서 출구로 갈수록 내주가 축소되도록 형성된 것을 특징으로 하는 유화연료 연소시스템의 연소보조장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 로터는 한쪽 끝에 상기 블레이드가 형성된 제1로터, 다른 쪽 끝에 상기 블레이드가 형성된 제2로터 및 상기 제1로터와 제2로터의 사이에 개재되어 상기 제1로터와 제2로터를 결합시키는 로터소켓으로 구성되고,

   상기 로터소켓은 외주면에 다수 개의 블레이드가 둘레방향을 따라 형성되도록 홈이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 유화연료 연소시스템의 연소보조장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 로터소켓의 각 블레이드는 상기 로터의 회전방향을 향하여 일정한 각도 기울어진 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 유화연료 연소시스템의 연소보조장치.

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