KR20090118275A - 바이오디젤 제조장치 및 그 장치를 이용한 바이오디젤제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차등의 연료로 사용 가능하도록 양질의 바이오디젤을 추출함에 따라 바이오디젤의 사용 한계성을 극복하고, 환경오염 방지에 따른 고부가가치를 창출할 수 있는 것으로, 이를 위해 세척수투입구(12) 및 촉매투입구(14)와 정제유투입구(16)가 각각 구성된 저장조(10)와; 상기 저장조(10)의 상단을 개폐하도록 마련되고 펜(22)과 상기 펜(22)의 작동으로 저장조(10)의 내부가 밀폐되는 것을 방지하는 다수의 통공(24)이 형성된 뚜껑(20); 상기 저장조(10)의 하단에 마련되는 정제가 완료된 바이오디젤을 외부로 배출하도록 압력을 가하는 제1배출펌프(34)로 구성된 제1배출부(30); 상기 저장조(10)의 하단에 마련되어 상기 저장조(10)에 저장된 원료들이 잘 섞이도록 원료들을 재공급하도록 구성된 교반부(40); 상기 저장조(10)의 하단에 마련되어 저장조(10)에서 침전된 이물질을 배출하도록 구성된 제2배출부(50); 원료들을 일정 온도를 유지시키도록 열을 발산하는 히팅수단(60); 상기 저장조(10)에 저장된 원료들의 교반 후 침전되는 원료들을 센싱하여 제어부로 센싱신호를 송신하는 비중계(70); 및 투입모드/ 반응모드/ 세척모드 및 배출모드가 순차적으로 진행되도록 제어하는 제어부(80);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바이오연료, 반응부, 메탄올

Description

바이오디젤 제조장치 및 그 장치를 이용한 바이오디젤 제조방법{Bio diesel production device and production method}

본 발명은 바이오디젤 제조장치 및 그 장치를 이용한 바이오디젤 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차등의 연료로 사용 가능하도록 폐유에서 글리세린과 같은 기름 등의 이물질이 포함되지 않은 양질의 바이오디젤을 추출함에 따라 바이오디젤의 사용 한계성을 극복하고, 환경오염 방지에 따른 고부가가치를 창출할 수 있는 바이오디젤 제조장치 및 그 장치를 이용한 바이오디젤 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 우리가 사용하고 있는 에너지원은 석유, 석탄 등과 같은 한정된 매장량을 가지는 화석원료이므로 에너지 수급, 환경오염 등과 같은 문제점이 있었다.

최근에는 이를 해결하기 위한 다양한 형태의 대체 에너지원 개발 노력이 활발하게 이루어지고 있으며, 그중 하나가 동물 또는 식물의 지방 또는 재생유지로부 터 만들어지는 바이오 디젤로 상기 바이오디젤은 운송수단의 원료, 즉 디젤 엔진의 원료로 가장 널리 사용되고 있다.

상기 바이오 디젤의 원료유를 제조하는 선행기술로서는 국내 공개특허공보 제1989-0002403호, 공개특허공보 제1990-0003894호와, 공개특허공보 제1999-024529호, 및 국내 특허 제 등록특허 제10-0773496호 등이 있다.

그러나 종래에 제안된 바이오디젤 제조장치에 의해 제조된 바이오디젤에는 폐유를 정제할 때 생성된 글리세린이 완전히 제거되지않고 잔량의 글리세린이 포함되어 있으므로, 장시간 자동차 디젤연료로 사용하면 잔량의 글리세린이 자동차엔진에 축적되어 결국 자동차 엔진을 파손시키는 원인으로 작용하는 문제점이 있었다.

아울러, 이러한 문제의 발생으로 바이오디젤의 신뢰성을 저하시킬 뿐만 아니라 반대급부로 화석연료의 신뢰성을 향상시켜, 결국 에너지 대체연료로서의 바이오디젤의 목적을 상실시키는 문제점이 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 제안하는 것으로서, 본 발명의 목적은 글리세린과 같은 이물질이 포함되지 않은 순수한 바이오디젤을 추출함에 따라 자동차연료로 사용 가능하도록 한 에너지 대체 및 환경오염 방지효과를 극대화함에 따라 고부가가치를 창출할 수 있는 바이오디젤 제조장치 및 그 장치를 이용한 바이오디젤 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바이오디젤 제조장치는 상단이 개방되고 내부에 원료들이 투입 저장되며 상방의 어느 일측에 세척수 및 촉매가 투입되도록 세척수투입구 및 촉매투입구와 정제유를 투입하도록 하는 정제유투입구가 각각 구성되고 하방에는 저장된 원료들의 배출이 용이하도록 어느 한 곳으로 집중되게 호퍼 형상을 가진 다각형 통체로 형성된 저장조와; 상기 저장조의 상단을 개폐하도록 마련되고 어느 일측에 상기 저장조의 내부에서 발생하는 증기를 외부로 배출하도록 하는 펜과 상기 펜의 작동으로 저장조의 내부가 밀폐되는 것을 방지하는 다수의 통공이 형성된 뚜껑; 상기 저장조의 하단에 마련되는 제1배출밸브와 상기 제1배출밸브에 연결되어 정제가 완료된 바이오디젤을 외부로 배출하도록 압력을 가하는 제1배출펌프로 구성된 제1배출부; 상기 저장조의 하단에 마련되되 상기 제1배출밸브의 하방에 위치되는 교반밸브와 상기 교반밸브에 연결되어 상기 저장조에 저장된 원료들이 잘 섞이도록 원료들을 재공급하도록 압력을 가하는 교반펌프 및 상기 교반펌프의 일측에 연결되고 타단은 상기 저장조의 상방 어느 일측에 연결되어 교반펌프를 통해 압력이 가해진 원료들을 이송하는 이송관으로 구성된 교반부; 상기 저장조의 하단에 마련되되 상기 교반밸브와 수평선상에 위치되는 제2배출밸브와 상기 제2배출밸브에 연결되어 저장조에서 침전된 이물질을 배출하도록 압력을 가하는 제2배출펌프로 구성된 제2배출부; 상기 저장조의 내부 어느 일측에 구성되고 원료들을 일정 온도를 유지시키도록 열을 발산하는 히팅수단; 상기 저장조의 내 부 어느 일측에 마련되고 상기 저장조에 저장된 원료들의 교반 후 침전되는 원료들을 센싱하여 제어부로 센싱신호를 송신하는 비중계; 및 상기 저장조의 일측에 구성되고 상기 비중계의 센싱신호에 따라 투입모드/ 반응모드/ 세척모드 및 배출모드가 순차적으로 진행되도록 기설정되며 상기 설정된 모드에 따라 제1 및 제2배출부와 교반부 및 히팅수단을 온/오프 제어하는 제어부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 저장조에는 세척수 또는 촉매투입구에서 연장되어 상기 세척수 또는 촉매투입구를 통해 투입되는 세척수 또는 촉매가 저장조에 저장된 원료에 골고루 투입되도록 유도하는 유도관;이 더 구성되고, 상기 유도관은 일단이 개방되어 세척수 또는 촉매투입구에 연결되고 타단은 막혀있으며 하단에 다수의 토출공;이 형성됨이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 저장조에는 상기 저장조 내부에서 원료가 교반될 때 초음파를 발생시켜 원료의 교반효율성을 극대화하고 교반시간을 단축하도록 하는 적어도 하나 이상의 초음파수단;이 더 구성되고, 제1배출부에는 배출되는 바오이디젤을 필터링하여 고순도의 바이오디젤이 배출되도록 하는 필터;가 더 구성됨이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 촉매는 정제유 80 ~ 85 중량%와 메탄올 19 ~ 14.5 중량% 및 염화나트륨 1 ~ 0.5 중량%;로 이루어짐이 바람직하다.

본 발명에 따른 바이오디젤 제조방법은 수집된 폐유를 저장조에 투입한 후 히팅수단에 의해 35 ~ 75℃로 가열한 후 제2배출부를 통해 다른 용기로 배출하고 이를 12 ~ 24시간 상온에서 냉각시켜 폐유에 혼합된 이물질 침전시키는 정제유 생 성단계와; 상기 정제유 생성단계를 통해 이물질이 침전된 정제유를 저장조에 투입하고 히팅수단에 의해 35 ~ 55℃까지 가열하는 1차 가열단계; 상기 1차 가열단계를 통해 정제유를 일정온도 유지하며 촉매투입구를 통해 촉매를 투입하되 상기 촉매투입구의 일단에 구성된 유도관을 통해 투입된 촉매가 정제유에 골고루 투입되도록 하는 촉매투입단계; 상기 촉매투입단계를 통해 저장조에 촉매의 투입이 완료되면 교반부를 통해 30 ~ 60분 동안 촉매와 정제유를 교반시켜 상기 촉매에 의해 화학반응을 일으키도록 하는 1차 교반단계; 상기 1차 교반단계를 통해 저장조의 내부에서 교반이 완료되면 30 ~ 60분 동안 침전시키는 1차 침전단계; 상기 1차 침전단계를 통해 침전이 완료되면 저장조의 하방에 마련된 배출부를 통해 저장조에 침전된 침전물을 배출하는 1차 배출단계; 상기 1차 배출단계를 통해 배출이 완료되면 세척수투입구를 통해 세척수를 투입하고 히팅수단에 의해 55 ~ 75℃까지 가열하는 2차 가열단계; 상기 2차 가열단계를 통해 일정온도 유지한 상태에서 교반부를 통해 세척수 및 정제유를 교반하되 1 ~ 3분 동안 교반하는 2차 교반단계; 상기 2차 교반단계를 통해 교반이 완료되면 세척수와 정제유가 비중에 따라 층 분리되도록 침전한 후 제2배출부를 통해 침전된 세척수를 배출하는 2차 배출단계; 상기 2차 배출단계를 통해 배출이 완료되면 세척수투입구를 통해 세척수를 투입하고 히팅수단에 의해 65 ~ 85℃까지 가열하는 3차 가열단계; 상기 3차 가열단계를 통해 가열이 완료되면 교반부를 통해 세척수와 정제유를 교반하되 1 ~ 2시간 동안 교반하는 3차 교반단계; 상기 3차 교반단계를 통해 교반이 완료되면 세척수와 정제유가 비중에 따라 층 분리되도록 침전한 후 제2배출부를 통해 침전된 세척수를 배출하는 3차 배출단계; 상기 3차 배출단계를 통해 세척수의 배출이 완료되면 저장조에 남아있는 최종 정제된 바이오 디젤을 제1배출부를 통해 배출하는 완료단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 글리세린과 같은 이물질이 포함되지 않은 순수한 바이오디젤을 추출함에 따라 자동차 연로 사용 가능하고, 이와 더불어 바이오디젤의 사용 한계성을 극복함에 따라 에너지 대체 및 환경오염 방지효과를 극대화하는 고부가가치를 창출할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 바이오디젤 제조장치의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 바이오디젤 제조장치의 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 바이오디젤 평단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 정제유의 투입상태를 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 교반부에 의해 원료가 교반되는 상태를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 세척수 또는 촉매의 투입상태를 도시한 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 제2배출부에 의해 이물질이 배출되는 상태를 도시한 단면도로서, 이를 참조한다.

본 발명의 바이오디젤 제조장치는 프레임(미 부호)에 의해 지지되고 내부에 원료(즉, 폐유나 정제유, 촉매 및 세척수들이 제조단계에 따라 투입되어 혼합되는 것을 통칭한다)들이 투입 저장되는 저장조(10)와, 상기 저장조(10)의 상단을 개폐하도록 마련되는 뚜껑(20)과, 상기 저장조(10)의 하단에 마련되고 최종 정제된 바이오디젤을 배출하는 제1배출부(30)와, 상기 저장조(10)의 하방에 마련되되 상기 제1배출부(30)의 하방에 위치되고 상기 저장조(10)에 저장된 원료를 배출시켜 상기 저장조(10)에 재공급하여 원료들이 상호 교반되도록 하는 교반부(40)와, 상기 교반부(40)의 대칭방향에 마련되어 저장조(10)의 내부에 침전된 이물질을 외부로 배출하는 제2배출부(50)와, 상기 저장조(10)의 내부 일측에 마련되는 히팅수단(60)과, 상기 저장조(10)의 내부 일측에 마련되고 상기 저장조(10)에 저장된 원료들의 비중을 센싱하는 비중계(70), 및 상기 저장조(10)의 일측에 구성되고 상기 비중계(70)의 센싱신호에 따라 투입모드/ 반응모드/ 세척모드 및 배출모드가 순차적으로 진행되도록 기설정되며 상기 설정된 모드에 따라 제1 및 제2배출부(30)(50)와 교반부(40) 및 히팅수단(60)을 온/오프 제어하는 제어부(80)로 구성된다.

상기 저장조(10)는 다각형 형상으로 이루어지며, 상방은 기둥형태로 이루어지고, 하방이 하단으로 갈수록 좁아지고 하단 중앙으로 원료들이 배출되도록 하는 호퍼 형상으로 형성됨이 바람직하다.

아울러, 상기 다각형 형상은 저장조(10)의 내부에서 교반이 이루어질 때 각이 이루어진 부분에 원료들이 부딪치면서 원료들의 교반작용이 원활하도록 하기 위함이다.

더불어, 상기 저장조(10)의 상방 어느 일측에는 외부에서 제공되는 세척수 및 촉매가 각각 투입되도록 하는 세척수 및 촉매투입구(12)(14), 및 외부에 저장된 정제유가 투입되는 정제유투입구(16)가 구성된다.

또한, 상기 저장조(10)의 어느 일면에는 내부에서 원료들의 반응상태를 작업자가 육안으로 확인할 수 있는 투시창(18)이 더 구성됨이 바람직하다.

한편, 상기 세척수 및 촉매투입구(12)(14)에는 이들 모두 또는 어느 하나에는 세척수 또는 촉매가 저장조(10)에 저장된 원료에 골고루 분산 투입되도록 유도하는 유도관(90)이 더 구성됨이 바람직하다.

상기 유도관(90)은 일단이 상기 세척수 및 촉매투입구(12)(14)에 연결되고 타단은 막혀있으며 하방에 다수의 토출공(92)이 형성되어 상기 세척수 또는 촉매투입구(12)(14)를 통해 진입된 세척수 또는 촉매가 다수의 토출공(92)을 통해 배출되면서 저장조(10)의 원료들에 투입되는 것이다.

특히, 이러한 유도관(90)을 이용한 유도방식은 원료에 촉매를 투입할 때 유용한 것으로, 이는 촉매가 정제유의 어느 한 곳에 집중하여 촉매가 투입될 경우 정제유와의 혼합이 어느 한 부분에서 이루어지는 문제점과 이러한 문제점에 의해 이물질 제거가 용이하지 않다는 문제점으로 바이오디젤의 제조 불량률을 증폭시키는 문제점이 발생한다.

상기 유도관(90)은 평면에서 봤을 때 반원형으로 이루어짐이 바람직하다.

상기 정제유투입구(16)는 별도의 용기에 저장된 정제유를 저장조(10)의 내부에 투입하는 수단으로, 용이한 이송이 이루어지도록 펌프가 더 구성됨이 바람직하다.

상기 세척수 및 촉매투입구(12)(14)와, 정제유투입구(16)는 상기 저장조(10)에 저장되는 원료들의 수위보다 높은 위치에 마련됨이 바람직하다.

한편, 상기 촉매는 메탄올 및 염화나트륨을 혼합한 것을 사용함이 바람직한 것으로, 가령, 폐유 80 ~ 85 중량%와, 메탄올 19 ~ 14.5 중량%, 및 염화나트륨 1 ~ 0.5 중량%의 비율로 이루어짐이 더욱 바람직하다.

뚜껑(20)은 어느 일측에 저장조(10)의 내부에서 발생하는 증기를 외부로 배출하도록 하는 펜(22)이 구성되고, 다른 일측에 다수의 통공(24)이 형성됨이 바람직하다.

이는 저장조(10)의 상단을 뚜껑(20)이 폐쇄한 상태에서 펜(22)의 작동으로 상기 저장조(10)의 내부에서 진공이 발생하는 것을 방지하기 위해 외부 공기가 상기 통공(24)을 통해 순환되도록 한다.

제1배출부(30)는 저장조(10)의 하단에 마련되는 제1배출밸브(32), 및 상기 제1배출밸브(32)와 연결되는 제1배출펌프(34)로 구성된다.

따라서, 상기 제1배출밸브(32)가 개방되면 상기 제1배출펌프(34)의 펌핑압력에 의해 저장조(10)에 저장된 최종 정제된 바이오디젤을 외부로 배출한다.

한편, 상기 제1배출부(30)에는 필터(36)가 더 구성됨이 바람직한 것으로, 상기 필터(36)는 외부로 배출되는 최종 바이오디젤에 함유된 이물질을 제거함에 따라 바이오디젤의 신뢰성을 극대화한다.

상기 필터(36)는 제1배출밸브(32)와 제1배출펌프(34) 사이에 구성됨이 바람직하고, 상기 필터(36)는 더미스터 필터(demister filter)임이 바람직하나 이에 한 정하는 것은 아니며, 바이오디젤에 함유된 이물질을 제거할 수 있는 수단이면 어느 것이든 사용 가능하다.

교반부(40)는 저장조(10)의 하방에 마련되되, 상기 제1배출밸브(32)의 하방에 위치되는 교반밸브(42)와, 상기 교반밸브(42)와 연결되는 교반펌프(44), 및 상기 교반펌프(44)에 일단이 연결되고 타단은 상기 저장조(10)의 상방에 연결되는 이송관(46)으로 구성된다.

따라서, 상기 교반밸브(42)가 개방되면, 상기 교반펌프(44)의 펌핑작용으로 상기 저장조(10)에 저장되었던 원료들을 흡입하여 이송관(46)을 따라 저장조(10)의 상방으로 재공급시켜 상기 저장조(10)의 내부에서 교반작용이 이루어지도록 한다.

제2배출부(50)는 상기 저장조(10)의 하방에 마련되되, 상기 교반밸브(42)와 대칭방향에 구성되는 제2배출밸브(52), 및 상기 제2배출밸브(52)와 연결되는 제2배출펌프(54)로 구성된다.

따라서, 상기 제2배출밸브(52)가 개방되면 상기 제2배출펌프(54)의 펌핑작용에 의해 저장조(10)의 하방에 침전된 이물질들을 외부로 배출한다.

한편, 상기 세척수 및 촉매투입구(12)(14), 또는 각 밸브들(32)(42)(52)에는 솔레노이드밸브가 구성되어 제어부(80)의 제어 신호에 따라 온/오프 작동되도록 구성함이 바람직하다.

히팅수단(60)은 저장조(10)에 저장된 원료를 일정온도 가열하거나 또는 일정온도 유지시키기 위한 수단이다.

상기 히팅수단(60)은 하나의 관을 저장조(10)의 내부연보다 작은 직경을 가 지도록 나선형으로 형성되며, 양 끝단 각각이 저장조(10)의 상, 하단에 고정되어, 상기 끝단에 전기가 인가됨에 따라 상기 관에서 열을 발산하여 저장조(10)에 저장된 원료를 가열 또는 유지되도록 함이 바람직하다.

비중계(70)는 저장조(10)의 내부에 구성되고, 상기 저장조(10)에 저장된 원료들의 비중을 센싱하며, 이렇게 센싱된 신호를 제어부(80)에 전송시켜 작업모드를 변환시키도록 한다.

제어부(80)는 자동 또는 수동에 의해 모드 변환이 이루어지도록 제어하는 수단으로, 비중계(70)의 센싱신호 또는 시간 제어에 의해 이루어지는 것으로 후술되는 제조방법을 참조한다.

한편, 저장조(10)의 어느 일측에는 초음파를 발생할 수 있는 초음파수단 (100)이 더 구성됨이 바람직하다.

상기 초음파수단(100)은 적어도 하나 이상이 구성됨이 바람직하다.

상기 초음파수단(100)은 교반부(40)의 작동으로 저장조(10) 내부에서 원료가 상호 교반이 이루어질 때 작동되어, 원료의 상호 교반 효율성을 극대화하는 것이다.

상기와 같이 구성된 바이오디젤 제조장치를 이용한 바이오디젤 제조방법은 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 바이오디젤 제조 공정도이고, 도 5는 본 발명에 따른 정제유 생성단계를 통해 얻어진 정제유 사진이며, 도 6은 본 발명에 따른 1차 침전 단계를 통해 얻어진 이물질 침전사진이고, 도 7은 본 발명에 따른 2차 교반단계를 통해 얻어진 세척수가 침전된 상태를 보인 사진으로, 이를 참조한다.

정제유 생성단계(S10)는 수집된 폐유를 저장조에 투입한 후 히팅수단에 의해 35 ~ 75℃로 가열한 후 제2배출부를 통해 다른 용기로 배출하고 이를 12 ~ 24시간 상온에서 냉각시켜 폐유에 혼합된 이물질 침전시키는 단계이다.

이는 가정이나 음식점 또는 기타 식용유를 사용하는 곳에서 수집된 폐유를 용기에 저장하고, 이들 저장된 폐유를 저장조(10)의 내부에 투입한 후 히팅수단(60)에 의해 35 ~ 75℃로 가열한다.

아울러, 가열된 폐유는 제2배출부(50)를 통해 다른 용기로 재 수집하고, 수집된 폐유는 12 ~ 24시간 상온에서 냉각시킨다.

그러면 상기 폐유에 함유된 튀김가루나 기타 비중을 가진 이물질이 침전됨에 따라 정제유와 침전물로 층 분리됨에 따라 순도가 높은 바이오디젤의 생성이 가능하다.(도 5를 참조)

1차 가열단계(S20)는 정제유 생성단계(S10)를 통해 이물질이 침전된 정제유를 저장조에 투입하고 히팅수단에 의해 35 ~ 55℃까지 가열하는 단계이다.

이는 다른 용기에 층 분리된 정제유를 저장조(10)에 투입하고, 히팅수단(60)에 의해 정제유를 35 ~ 55℃까지 가열한다.

이때 저장조(10)에 투입되는 정제유는 정제유투입구(16)를 통해 다른 용기에 저장된 정제유를 저장조(10)의 내부에 투입하되, 비중계(70)에 의해 센싱될 때 까지 정제유가 이송되며, 용이한 설명을 위해 저장조에 저장되는 정제유는 100ℓ를 기준으로 한다.

아울러, 저장조(10)에 투입되는 정제유는 비중계(70)에 의해 센싱될 때 까지 투입되고, 비중계(70)에서 센싱되면 센싱신호가 제어부(80)로 전송되어, 상기 제어부(80)에서 정제유 투입을 중지시킨 후 작업모드의 일종인 가열모드 전환으로 히팅수단(60)이 작동된다.

촉매투입단계(S30)는 1차 가열단계(S20)를 통해 정제유를 일정온도 유지하며 촉매투입구를 통해 촉매를 투입하되 상기 촉매투입구의 일단에 구성된 유도관을 통해 투입된 촉매가 정제유에 골고루 투입되도록 하는 단계이다.

이는 저장조(10)에 저장된 정제유는 35 ~ 55℃내의 가열된 상태를 유지하며, 상기 저장조(10)의 일측에 구성된 촉매투입구(14)를 통해 촉매가 저장조(10)의 내부로 투입된다.

이때 상기 촉매투입구(14)에는 유도관(90)이 구성됨에 따라 촉매가 유도관(90)을 따라 이송되면서 하단에 형성된 토출공(92)을 통해 일정량씩 배출되어 정제유에 골고루 투입된다.

한편, 상기 촉매는 정제유 80 ~ 85 중량%와 메탄올 19 ~ 14.5 중량% 및 염화나트륨 1 ~ 0.5 중량%으로 투입되는 것으로, 가령, 정제유 100ℓ에 대하여, 촉매는 25 ~ 17.65ℓ를 혼합하되, 상기 촉매는 메탄올은 23.75 ~ 17.06ℓ, 및 염화나트륨은 1.25 ~ 0.59ℓ가 혼합된 것이 바람직하다.

아울러, 상기 촉매의 투입 제어는 저장조(10)의 일측에 구성된 비중계(70)에 의해 센싱됨에 따라 촉매량을 제어한다.

한편, 제어부(80)에서는 일정량의 촉매 투입으로 비중계(70)의 센싱신호가 전달되면 촉매투입을 정지시킨다.

1차 교반단계(S40)는 촉매투입단계(S30)를 통해 저장조에 촉매의 투입이 완료되면 교반부를 통해 30 ~ 60분 동안 촉매와 정제유를 교반시켜 상기 촉매에 의해 화학반응이 일어나도록 하는 단계이다.

이는 저장조(10) 내에 촉매 투입이 완료되면, 교반부(40)의 교반밸브(42)가 개방되고, 교반펌프(44)가 작동됨에 따라 상기 저장조(10)의 하방에서 원료를 흡입하여 상기 교반펌프(44)의 일측에 구성된 이송관(46)을 따라 흡입된 원료가 저장조(10)의 상방으로 재공급됨에 따라 상기 저장조(10) 내에서는 원료들 이 경우, 정제유와 촉매가 상호 섞여지게 된다.

아울러, 상기 교반작용에 의해 저장조(10)의 내에서는 정제유와 촉매의 화학작용에 의한 반응열이 발생하고, 이를 통해 65 ~ 85℃까지 상승하게 된다.

더불어, 상기 저장조(10)의 상단을 폐쇄하는 뚜껑(20)의 일측에 구성된 펜(22)의 작동으로 상기 저장조(10)의 내부에서 발생하는 증기를 외부로 배출함이 바람직하다.

한편, 상기 교반작용은 30 ~ 60분 동안 이루어지며, 이는 제어부(80)의 교반모드로 전환되어 기설정된 시간 동안 교반이 이루어진다.

이때, 저장조(10)의 일측에 구성된 적어도 하나 이상의 초음파수단(100)이 작동됨에 따라 저장조(10)의 내에서 원료의 교반 효율성을 극대화시킬 수 있으며, 이러한 초음파수단(100)에 의한 교반작용은 교반시간을 절약시켜 단위시간당 생산 량을 극대화하는 효과가 있다.

1차 침전단계(S50)는 1차 교반단계(S40)를 통해 저장조의 내부에서 교반이 완료되면 30 ~ 60분 동안 침전시키는 단계이다.

이는 교반작용으로 저장조(10) 내에서 정제유와 촉매가 화학작용을 실시하게 되고, 이를 통해 상기 정제유에 포함된 이물질, 여기에서는 주로 글리세린과 같은 기름성분이 정제유에서 분리됨에 따라 일정시간이 경과되면 비중차이에 의해 정제유와 글리세린이 층 분리된다.

도 6을 참조하면, 상기의 과정을 통해 상단층은 정제유, 중간층 및 하단층은 글리세린과 같은 기름성분으로 층 분리된다.

한편, 제어부(80)는 교반모드에서 침전모드로 전환되어 기설정된 시간 동안 저장조(10) 내에서 침전이 이루어지도록 한다.

1차 배출단계(S60)는 1차 침전단계(S50)를 통해 침전이 완료되면 저장조의 하방에 마련된 배출부를 통해 저장조에 침전된 침전물을 배출하는 단계이다.

이는 침전이 완료되는 시기는 저장조(10) 내에서 정제유와 글리세린이 비중에 의해 층분리 됨에 따라 비중계(70)를 통해 센싱되고, 이 센싱신호에 의해 제2배출부(50)의 제2배출밸브(52)가 개방된다.

아울러, 상기 제2배출밸브(52)가 개방되고 제2배출펌프(54)가 작동됨에 따라 상기 저장조(10)의 하방에 모여진 이물질 즉, 글리세린이 외부로 배출되며, 이때 상기 배출되는 글리세린은 비누의 주원료로 사용이 가능함에 따라 별도로 보관함이 더욱 바람직하다.

그리고, 글리세린의 배출 완료는 비중계(70)에 의해 센싱됨에 따라 정제유의 외부 누출을 최소화할 수 있는 것이다.

한편, 상기 정제유에 투입된 촉매의 량만큼 화학반응에 의해 글리세린이 생성됨에 따라 상기 글리세린이 배출되어도 상기 저장조(10)에 남게되는 정제유의 체적변화량은 거의 발생하지 않게 된다.

아울러, 제어부(80)는 침전모드에서 배출모드로 전환되면서, 제2배출밸브(52)를 개방시킴과 아울러 제2배출펌프(54)가 작동되어 저장조(10)에 침전된 이물질이 배출되고 비중계(70)에 의해 센싱될 때 까지 배출이 이루어진다.

2차 가열단계(S80)는 1차 배출단계(S60)를 통해 배출이 완료되면 세척수투입구를 통해 세척수를 투입하고 히팅수단에 의해 55 ~ 75℃까지 가열하는 단계이다.

이는 정제유와 촉매의 화학반응으로 정제유에 포함된 유지를 다량 제거하고, 이후 잔량의 유지를 배출하기 위해 세척수를 이용하여 정제유를 세척한다.

즉, 저장조(10)의 일측에 구성된 세척수투입구(12)를 통해 일정량의 세척수를 투입하며, 상기 투입되는 세척수는 비중계(70)에 의해 센싱됨에 따라 그 작동정지 상태를 제어할 수 있다.

아울러, 용이한 비중계(70) 센싱을 위해서는 촉매와 같은 량이 투입되도록 함이 더욱 바람직하다.

한편, 세척수는 물을 이용함이 바람직하다.

그리고 세척수의 투입이 완료되면, 히팅수단(60)에 의해 일정온도 즉, 55 ~ 75℃ 까지 가열 및 유지시킨다.

더불어, 상기 히팅수단(60)은 일정 직경을 가지고 나선형으로 저장조(10)의 내부에 마련됨에 따라 히팅시간을 단축할 수 있으며, 이를 통해 최종 바이오디젤을 제조하는 시간을 단축할 수 있는 단위시간당 생산량을 증폭하는 효과를 가진다.

한편, 제어부(80)는 배출모드에서 가열모드로 전환됨에 따라 히팅수단(60)이 작동되고 이를 통해 원료가 가열되며 일정온도로 가열이 이루어지면 온도센서(미도시)의 감지신호가 제어부(80)로 전달되어 히팅수단(60)을 정지시킨다.

아울러, 온도센서는 원료의 온도를 측정하면서 일정 온도 이하로 떨어질 경우 감지신호가 제어부(80)로 전달되어 히팅수단(60)이 작동되도록 한다.

2차 교반단계(S80)는 2차 가열단계(S70)를 통해 일정온도 유지한 상태에서 교반부를 통해 세척수 및 정제유를 교반하되 1 ~ 3분 동안 교반하는 단계이다.

이는 정제유와 세척수가 포함된 상태에서 상술된 바와 같이(1차 교반단계(S40)를 참조) 저장조(10) 내에서 상호 교반작용이 이루어지게 된다.

2차 배출단계(S90)는 상기 2차 교반단계(S80)를 통해 교반이 완료되면 세척수와 정제유가 비중에 따라 층 분리되도록 침전한 후 제2배출부를 통해 침전된 세척수를 배출하는 단계이다.

이는 교반작용으로 정제유와 세척수가 상호 섞임된 상태에서 일정시간 동안 침전시켜 정제유와 세척수가 비중에 의해 층 분리되도록 하고, 이후 제2배출부(50)의 제2배출밸브(52)가 개방되면, 제2배출펌프(54)의 작동으로 소량의 유지가 포함된 세척수가 외부로 배출되는 것이다.

아울러, 상기 배출되는 세척수에는 정제유에 포함된 미세먼지와 같은 이물질 이 포함된 상태이므로 이는 환경적으로 아무런 해를 끼치지않기 때문에 하수도로 배출되어도 무방하다.

한편, 상기 세척수 배출은 비중계(70)에 의해 비중을 센싱하기 때문에 세척수 배출 정지를 정밀제어할 수 있고, 비중계(70)의 센싱신호는 제어부(80)로 전달됨에 따라 제2배출부(50)의 동작을 정지시킨다.

특히, 상기 세척수는 정제유에 포함된 유지와 혼합되어 배출됨에 따라 정제유의 체적변화량을 거의 없다.

또한, 상기 2차 가열 내지 배출단계(S70)(S80)(S90)는 정제유에 포함된 소량의 유지를 배출하기 위함으로, 수번 반복시켜 줌이 바람직하며, 정제유 100ℓ의 경우에는 3번 정도가 반복함이 적당하다.

도 7을 참조하면, 정제유와 세척수가 층 분리된 상태를 확인할 수 있고, 이렇게 층 분리된 세척수는 비중계(70)를 통해 정밀 제어하면서 제2 배출부(50)를 통해 외부로 배출한다.

3차 가열단계(S100)는 2차 배출단계(S90)를 통해 배출이 완료되면 세척수투입구를 통해 세척수를 투입하고 히팅수단에 의해 65 ~ 85℃까지 가열하는 단계이다.

이는 세척수를 저장조에 투입하고 히팅수단에 의해 정제유와 세척수를 가열하는 것으로, 2차 가열단계(S70)와 동일한 작동관계를 가지므로 생략한다.

3차 교반단계(S110)는 3차 가열단계(S100)를 통해 가열이 완료되면 교반부를 통해 세척수와 정제유를 교반하되 1 ~ 2시간 동안 교반하는 단계이다.

이는 가열이 완료된 후 정제유와 세척수가 상호 교반이 이루어지도록 하는 것으로, 2차 교반단계(S80)와 동일한 작동관계를 가지므로 생략한다.

3차 배출단계(S120)는 3차 교반단계(S110)를 통해 교반이 완료되면 세척수와 정제유가 비중에 따라 층 분리되도록 침전한 후 제2배출부를 통해 침전된 세척수를 배출하는 단계이다.

이는 교반이 된 후 일정시간 경과로 인해 비중에 의해 층 분리되면, 제2배출부(50)를 통해 세척수를 배출하는 것으로, 이는 2차 배출단계(S90)와 동일한 작동관계를 가지므로 생략한다.

완료단계(S130)는 3차 배출단계(S120)를 통해 세척수의 배출이 완료되면 저장조에 남아있는 최종 정제된 바이오 디젤을 제1배출부를 통해 배출하는 단계이다.

이는 최종적으로 3차 가열 내지 배출단계(S100)(S110)(S120)를 거치면서 저장조(10)에서 세척수를 배출하면, 상기 저장조(10)에는 최종 바이오디젤만 남게되므로, 제1배출부(30)의 제1배출부(32)가 개방되면, 제1배출펌프(34)의 펌핑작동에 의해 상기 저장조(10)에 저장된 바이오디젤을 얻게 되는 것이다.

아울러, 상기와 같은 여러 단계를 거치면서, 정제된 정제유를 통해 최종 바이오디젤를 얻는 량은 손실이 거의 없는 95%이상의 바이오디젤을 얻을 수 있고, 상기 얻어지는 바이오디젤에는 유지가 포함되어 있지않으므로, 차량용에 사용되었다 하여도 차량에 손상을 주지않는 최적의 바이오디젤을 얻게 된다.

가령, 정제유 100ℓ를 본 발명의 바이오디젤 제조장치를 통해 얻을 수 있는 바이오디젤량은 95% 이상인 95ℓ이상의 량을 얻을 수 있게 된다.

한편, 제1배출부(30)로 배출되는 바이오디젤은 필터(36)를 통해 외부로 배출됨에 따라 상기 필터(36)의 필터링에 의해 고순도 바이오디젤을 얻을 수 있으므로 바이오디젤의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 바이오디젤 제조장치 및 그 장치를 이용한 바이오디젤 제조방법을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 바이오디젤 제조장치의 전체 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 바이오디젤 제조장치의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 바이오디젤 평단면도.

도 4는 본 발명에 따른 정제유의 투입상태를 도시한 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 교반부에 의해 원료가 교반되는 상태를 도시한 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 세척수 또는 촉매의 투입상태를 도시한 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 제2배출부에 의해 이물질이 배출되는 상태를 도시한 단면도.

도 8은 본 발명에 따른 바이오디젤 제조 공정도.

도 9는 본 발명에 따른 정제유 생성단계를 통해 얻어진 정제유 사진.

도 10은 본 발명에 따른 1차 침전단계를 통해 얻어진 이물질 침전사진.

도 11은 본 발명에 따른 2차 교반단계를 통해 얻어진 세척수가 침전된 상태를 보인 사진이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 저장조 12: 세척수투입구

14: 촉매투입구 16: 정제유투입구

20: 뚜껑 22: 펜

24: 통공 30: 제1 배출부

32: 제1 배출밸브 34: 제1 배출펌프

40: 교반부 42: 교반밸브

44: 교반펌프 46: 이송관

50: 제2 배출부 52: 제2 배출밸브

54: 제2 배출펌프 60: 히팅수단

70: 비중계 80: 제어부

90: 유도관 92: 토출공

Claims (7)

1. 상단이 개방되고 내부에 원료들이 투입 저장되며 상방의 어느 일측에 세척수 및 촉매가 투입되도록 세척수투입구(12) 및 촉매투입구(14)와 정제유를 투입하도록 하는 정제유투입구(16)가 각각 구성되고 하방에는 저장된 원료들의 배출이 용이하도록 어느 한 곳으로 집중되게 호퍼 형상을 가진 다각형 통체로 형성된 저장조(10)와;

   상기 저장조(10)의 상단을 개폐하도록 마련되고 어느 일측에 상기 저장조(10)의 내부에서 발생하는 증기를 외부로 배출하도록 하는 펜(22)과 상기 펜(22)의 작동으로 저장조(10)의 내부가 밀폐되는 것을 방지하는 다수의 통공(24)이 형성된 뚜껑(20);

   상기 저장조(10)의 하단에 마련되는 제1배출밸브(32)와 상기 제1배출밸브(32)에 연결되어 정제가 완료된 바이오디젤을 외부로 배출하도록 압력을 가하는 제1배출펌프(34)로 구성된 제1배출부(30);

   상기 저장조(10)의 하단에 마련되되 상기 제1배출밸브(32)의 하방에 위치되는 교반밸브(42)와 상기 교반밸브(42)에 연결되어 상기 저장조(10)에 저장된 원료들이 잘 섞이도록 원료들을 재공급하도록 압력을 가하는 교반펌프(44) 및 상기 교반펌프(44)의 일측에 연결되고 타단은 상기 저장조(10)의 상방 어느 일측에 연결되어 교반펌프(44)를 통해 압력이 가해진 원료들을 이송하는 이송관(46)으로 구성된 교반부(40);

   상기 저장조(10)의 하단에 마련되되 상기 교반밸브(42)와 수평선상에 위치되는 제2배출밸브(52)와 상기 제2배출밸브(52)에 연결되어 저장조(10)에서 침전된 이물질을 배출하도록 압력을 가하는 제2배출펌프(54)로 구성된 제2배출부(50);

   상기 저장조(10)의 내부 어느 일측에 구성되고 원료들을 일정 온도를 유지시키도록 열을 발산하는 히팅수단(60);

   상기 저장조(10)의 내부 어느 일측에 마련되고 상기 저장조(10)에 저장된 원료들의 교반 후 침전되는 원료들을 센싱하여 제어부로 센싱신호를 송신하는 비중계(70); 및

   상기 저장조(10)의 일측에 구성되고 상기 비중계(70)의 센싱신호에 따라 투입모드/ 반응모드/ 세척모드 및 배출모드가 순차적으로 진행되도록 기설정되며 상기 설정된 모드에 따라 제1 및 제2배출부(30)(50)와 교반부(40) 및 히팅수단(60)을 온/오프 제어하는 제어부(80);

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 저장조(10)에는

   세척수 또는 촉매투입구(12)(14)에서 연장되어 상기 세척수 또는 촉매투입구(12)(14)를 통해 투입되는 세척수 또는 촉매가 저장조(10)에 저장된 원료에 골고루 투입되도록 유도하는 유도관(90);

   이 더 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 제조장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 유도관(90)은

   일단이 개방되어 세척수 또는 촉매투입구(12)(14)에 연결되고 타단은 막혀있으며 하단에 다수의 토출공(92);

   이 형성된 것을 특징으로 하는 바이오디젤 제조장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저장조(10)에는

   상기 저장조(10) 내부에서 원료가 교반될 때 초음파를 발생시켜 원료의 교반효율성을 극대화하고 교반시간을 단축하도록 하는 적어도 하나 이상의 초음파수단(100);

   이 더 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 제조장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1배출부(50)에는

   배출되는 바오이디젤을 필터링하여 고순도의 바이오디젤이 배출되도록 하는 필터(36);

   가 더 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 제조장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 촉매는

   정제유 80 ~ 85 중량%와 메탄올 19 ~ 14.5 중량% 및 염화나트륨 1 ~ 0.5 중량%;

   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 제조장치.
7. 수집된 폐유를 저장조에 투입한 후 히팅수단에 의해 35 ~ 75℃로 가열한 후 제2배출부를 통해 다른 용기로 배출하고 이를 12 ~ 24시간 상온에서 냉각시켜 폐유에 혼합된 이물질 침전시키는 정제유 생성단계(S10)와;

   상기 정제유 생성단계(S10)를 통해 이물질이 침전된 정제유를 저장조에 투입하고 히팅수단에 의해 35 ~ 55℃까지 가열하는 1차 가열단계(S20);

   상기 1차 가열단계(S20)를 통해 정제유를 일정온도 유지하며 촉매투입구를 통해 촉매를 투입하되 상기 촉매투입구의 일단에 구성된 유도관을 통해 투입된 촉매가 정제유에 골고루 투입되도록 하는 촉매투입단계(S30);

   상기 촉매투입단계(S30)를 통해 저장조에 촉매의 투입이 완료되면 교반부를 통해 30 ~ 60분 동안 촉매와 정제유를 교반시켜 상기 촉매에 의해 화학반응을 일으키도록 하는 1차 교반단계(S40);

   상기 1차 교반단계(S40)를 통해 저장조의 내부에서 교반이 완료되면 30 ~ 60분 동안 침전시키는 1차 침전단계(S50);

   상기 1차 침전단계(S50)를 통해 침전이 완료되면 저장조의 하방에 마련된 배출부를 통해 저장조에 침전된 침전물을 배출하는 1차 배출단계(S60);

   상기 1차 배출단계(S60)를 통해 배출이 완료되면 세척수투입구를 통해 세척수를 투입하고 히팅수단에 의해 55 ~ 75℃까지 가열하는 2차 가열단계(S70);

   상기 2차 가열단계(S70)를 통해 일정온도 유지한 상태에서 교반부를 통해 세척수 및 정제유를 교반하되 1 ~ 3분 동안 교반하는 2차 교반단계(S80);

   상기 2차 교반단계(S80)를 통해 교반이 완료되면 세척수와 정제유가 비중에 따라 층 분리되도록 침전한 후 제2배출부를 통해 침전된 세척수를 배출하는 2차 배출단계(S90);

   상기 2차 배출단계(S90)를 통해 배출이 완료되면 세척수투입구를 통해 세척수를 투입하고 히팅수단에 의해 65 ~ 85℃까지 가열하는 3차 가열단계(S100);

   상기 3차 가열단계(S100)를 통해 가열이 완료되면 교반부를 통해 세척수와 정제유를 교반하되 1 ~ 2시간 동안 교반하는 3차 교반단계(S110);

   상기 3차 교반단계(S110)를 통해 교반이 완료되면 세척수와 정제유가 비중에 따라 층 분리되도록 침전한 후 제2배출부를 통해 침전된 세척수를 배출하는 3차 배출단계(S120);

   상기 3차 배출단계(S120)를 통해 세척수의 배출이 완료되면 저장조에 남아있는 최종 정제된 바이오 디젤을 제1배출부를 통해 배출하는 완료단계(S130);

   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 제조방법.

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