KR20100002737A - 에멀전 연료유 제조장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 벙커씨유를 포함하는 연료유와 물을 혼합하여 에멀전 연료유를 제조하는 에멀전 연료유 제조장치에 관한 것으로서, 상기 연료유가 공급되어 저장되는 연료탱크(10); 상기 연료탱크(10)에 설치되며 연료탱크(10) 내에 저장된 연료유에 초음파를 투사하는 제1초음파발생수단(15); 상기 물이 공급되어 저장되는 물탱크(20); 상기 물탱크(20)에 설치되며 물탱크(20) 내에 저장된 물에 초음파를 투사하는 제2초음파발생수단(25); 상기 연료탱크(10)와 물탱크(20)의 유출단에 설치되며 연료유와 물이 정해진 비율로 유입되어 혼합되는 혼합기(30); 상기 혼합기(30)에 설치되며 혼합기(30) 내부의 혼합유에 초음파를 투사하는 제3초음파발생수단(35); 및 상기 혼합기(30)의 유출단에 설치되며 혼합유를 고속 회전시켜 에멀전 상태로 유화사키는 유화기(40);를 포함하여 구성되며, 혼합유의 유수분리를 방지하고 에멀전 연료유의 연소시 백화현상을 억제하며, 에멀전 연료유의 보급 확대를 통한 연료비 절감과 환경오염 개선의 효과를 갖는 것이다.
에멀전 연료유, 벙커씨유, 물, 혼합기, 유화기, 초음파발생수단

Description

에멀전 연료유 제조장치 및 방법{Manufacturing apparatus and method of emulsion fuel oil}
본 발명은 에멀전 연료유 제조장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료유와 물의 혼합이 잘 이루어져 에멀전 연료유의 유수분리를 방지하고 백화현상의 발생을 억제하는 에멀전 연료유 제조장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 석유 에너지는 매장량이 한정되어 있고 그 가격이 비약적으로 상승하고 있다. 또한, 석유 에너지는 연소시 매연 및 그을음을 발생시키는 등 환경적 오염이 심각한 문제점으로 지적되고 있다. 이러한 석유 에너지를 대체하기 위하여 연료유에 물을 혼합하여 생성한 에멀전 연료유가 최근 대안으로서 떠오르고 있다. 에멀전 연료유는 기름이 물입자를 에워싼 상태에서 기름의 연소열이 물입자를 기화시키고 기화된 수증기가 기름층을 확산시켜 무화현상을 일으킴으로써 기름의 완전 연소를 돕게 함으로써, 매연 등의 발생을 억제하며 연료유의 소비효율을 증대시킨다.
통상 화력발전소나 대형 산업용 보일러 등에는 연료유로서 벙커씨유가 이용된다. 벙커씨유는 가솔린이나 등유에 비해 가격이 저렴하고 열량이 높은 장점이 있는 반면 상대적으로 심각한 환경오염을 유발하는 단점이 있다. 이러한 벙커씨유의 문제점을 해결하기 위해, 벙커씨유를 대체하는 에멀전 연료유에 대해 상대적으로 많은 연구가 이루어지고 있다.
종래 에멀전 연료유를 생산하는 방법은 다음과 같았다. 먼저, 벙커씨유와 물을 일정 비율로(대략 7:3의 비율로) 혼합한다. 이러한 혼합과정에서 임펠러나 교반기가 이용된다. 그리고 혼합된 혼합유를 유화기 내에서 고속 회전시켜 에멀전 상태의 연료유를 생성한다. 생성된 에멀전 연료유는 보일러의 보조탱크에 수용 보관된다.
하지만, 종래 에멀전 연료유는 벙커씨유와 물의 유수분리가 빈번하게 발생하는 문제점이 있었다. 이러한 유수분리를 방지하기 위해 벙커씨유와 물의 혼합이 이루어진 상태의 혼합유에 초음파를 투사하여 유수분리를 방지하는 방법이 제안되고 있지만, 에멀전 연료유의 유수분리 현상은 여전히 발생하고 있다. 이는 에멀전 연료유가 불완전 연소되어 에멀전 상태의 물질들이 타지 않고 눌러 붙는 백화현상을 야기시킨다. 또한, 이러한 문제점들은 에멀전 연료유의 보급을 저해하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 연료유와 물을 혼합하기 전에 강제로 각각의 입자구조를 취약화시키고, 입자구조가 취약화된 연료유와 물을 혼합함으로써, 혼합유의 유수분리 현상을 방지할 수 있고 에멀전 연료유의 연소시 백화현상을 억제할 수 있으며, 궁극적으로는 에멀전 연료유의 보급 확대를 통한 연료비절감과 환경오염 개선을 기할 수 있는 에멀전 연료유 제조장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에멀전 연료유 제조장치는, 벙커씨유를 포함하는 연료유와 물을 혼합하여 에멀전 연료유를 제조하는 에멀전 연료유 제조장치에 있어서, 상기 연료유가 공급되어 저장되는 연료탱크(10); 상기 연료탱크(10)에 설치되며 연료탱크(10) 내에 저장된 연료유에 초음파를 투사하는 제1초음파발생수단(15); 상기 물이 공급되어 저장되는 물탱크(20); 상기 물탱크(20)에 설치되며 물탱크(20) 내에 저장된 물에 초음파를 투사하는 제2초음파발생수단(25); 상기 연료탱크(10)와 물탱크(20)의 유출단에 설치되며 연료유와 물이 정해진 비율로 유입되어 혼합되는 혼합기(30); 상기 혼합기(30)에 설치되며 혼합기(30) 내부의 혼합유에 초음파를 투사하는 제3초음파발생수단(35); 및 상기 혼합기(30)의 유출단에 설치되며 혼합유를 고속 회전시켜 에멀전 상태로 유화사키는 유화기(40);를 포 함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에멀전 연료유 제조방법은, 벙커씨유를 포함하는 연료유와 물을 혼합하여 에멀전 연료유를 제조하는 에멀전 연료유 제조방법에 있어서, 상기 연료유의 입자구조를 취약화하기 위하여 연료유가 저장되는 연료탱크(10)에 초음파를 투사하는 단계(ST100); 상기 물의 입자구조를 취약화하기 위하여 물이 저장되는 물탱크(20)에 초음파를 투사하는 단계(ST110); 상기 단계(ST100) 및 단계(ST110)를 거친 연료유와 물을 혼합하는 단계(ST120); 상기 단계(ST120)에서 혼합된 혼합유에 초음파를 투사하는 단계(ST130); 및 혼합유를 고속 회전시켜 에멀전 상태로 변환시키는 단계(ST140);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게는, 상기 연료유와 물을 혼합하는 단계(ST120), 혼합유에 초음파를 투사하는 단계(ST130), 및 에멀전 상태로 변환시키는 단계(ST140)를 순차적으로 복수회 순환시키는 단계(ST150)를 더 포함한다.
본 발명의 에멀전 연료유 제조장치 및 방법에 따르면, 연료탱크와 물탱크에 각각 제1초음파발생수단 및 제2초음파발생수단을 설치하여 연료유와 물이 혼합되기 전에 각각의 탱크에서 초음파를 투사하여 연료유와 물의 입자구조를 취약화시킴으 로써, 추후 연료유와 물의 혼합력을 높이고 혼합유의 유수분리를 방지할 수 있으며, 혼합유에 재차 제3초음파발생수단으로 초음파를 투사하여 혼합유의 유수분리 방지를 보다 강화할 수 있으며, 이를 통해 에멀전 연료유의 완전 연소가 가능해지고 백화현상을 억제할 수 있으며, 에멀전 연료유의 보급 확대를 통한 연료비 절감, 에너지 소비량의 저감, 환경오염물질 배출의 억제를 기할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 혼합공정과 유화공정을 복수회 순환시켜 에멀전 연료유의 유수분리 방지를 보다 강화할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 에멀전 연료유 제조장치 및 방법은 통상 알려진 연료유와 물을 혼합하여 에멀전 상태의 연료유를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에서 "연료유"라 함은 벙커씨유를 포함한 통상의 석유 연료를 지칭하는 것이다. 이하의 설명에서는 연료유로서 벙커씨유가 이용되는 것을 예시하여 본 발명의 장치 및 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 에멀전 연료유 제조장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 에멀전 연료유 제조장치는 벙커씨유를 이용한 보일러의 공급관로에 설치된다. 도시된 바와 같이, 벙커씨유를 공급하는 공급자측에 원유탱크(5)가 설치되고, 보일러가 설치된 화력발전소 또는 대형 공장에는 보조 탱크(50)가 설치된다. 원유탱크(5)와 보조탱크(50) 사이에는 송유관과 같은 원유공급라인(7)이 연결되어 벙커씨유를 원격지로 공급한다. 원유공급라인(7) 상에는 밸브류, 펌프, 미터기(도시 안됨) 등이 설치된다. 통상의 화력발전소 또는 대형 공장의 보일러는 이와 같이 원유공급라인(7)을 통해 벙커씨유를 공급받게 되며, 도 1에서 은선 박스로 도시된 본 발명의 에멀전 연료유 제조장치가 보일러에 인접한 개소에 설치된다. 물론, 본 발명의 에멀전 연료유 제조장치는 급유지에 설치되고, 급유지에서 화력발전소나 대형 공장으로 에멀전 연료유를 배달하도록 할 수도 있을 것이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 에멀전 연료유 제조장치는 크게 연료탱크(10), 물탱크(20), 혼합기(30), 유화기(40)로 구성된다.
연료탱크(10)는 원유탱크(5)로부터 공급받는 벙커씨유를 저장한다. 예컨대, 도 1에서 연료유공급라인(12) 상의 밸브(CV1)을 개방하여 연료탱크(10)로 벙커씨유를 공급하도록 할 수 있다. 만약, 연료탱크(10) 내에 설치된 레벨센서에서 연료탱크(10)의 만수위를 검출하면, 밸브(CV1)는 닫혀질 것이다.
통상의 에멀전 연료유 제조장치와 마찬가지로 연료탱크(10)의 내부 또는 외부에는 스팀라인(42)이 설치된다. 스팀라인(42)은 연료탱크(10) 내에 저장된 벙커씨유를 가열하여, 벙커씨유의 점도를 저하시키고 유동성을 확보하여 추후 물과의 혼합성을 향상시킨다. 이러한 스팀라인(42)은 연료탱크(10)뿐만 아니라 물탱크(20)와 혼합기(30) 전체를 경유하도록 설치되며, 벙커씨유를 가열하는 것과 동일한 기능을 한다.
상기 물탱크(20)는 물을 공급받아 저장한다. 물공급라인(22)에 연결된 밸브(CV2)를 개방하여 물을 공급받게 되며, 물탱크(20)가 만수위일 경우 밸브(CV2)를 닫아 물탱크(20)의 수위를 조절한다.
이때, 연료탱크(10)와 물탱크(20) 내부에는 각각 제1초음파발생수단(15)과 제2초음파발생수단(25)이 설치된다. 제1초음파발생수단(15)은 연료탱크(10) 내에 저장된 벙커씨유에 초음파를 투사하여 벙커씨유 내부에서 진동을 유발하며, 제2초음파발생수단(25)은 물탱크(20) 내에 저장된 물에 초음파를 투사하여 물 내부에서 진동을 유발한다. 이러한 초음파 진동은 벙커씨유와 물의 입자구조를 취약화시키며, 추후 벙커씨유와 물이 혼합될 때 유수분리 없이 높은 혼합력을 발휘하도록 한다.
도시된 바와 같이, 연료탱크(10)와 물탱크(20)의 후단에는 혼합기(30)가 설치된다. 이때, 연료탱크(10)의 유출구에 설치된 밸브(CV3)와 물탱크(20)의 유출구에 설치된 밸브(CV4)를 제어하여, 벙커씨유와 물의 혼합비율을 조절할 수 있다. 벙커씨유와 물의 혼합비율은 대략 7:3의 중량비인 것이 바람직하다.
혼합기(30)는 내부에 임펠러 또는 교반기가 장치된 것으로서, 벙커씨유와 물을 공급받아 내부에서 벙커씨유와 물을 혼합하는 장치이다. 이때, 벙커씨유와 물의 혼합을 돕기 위해 소량의 유화제가 첨가된다. 유화제는 벙커씨유와 물이 혼합된 혼합유를 에멀전 상태로 유지시켜 혼합 효율을 향상시킨다. 유화제는 유화제공급라인(32)을 통해 혼합기(30)로 공급되며, 유화제공급라인(32) 상에 설치된 밸브(CV5)로 유화제의 유입량을 조절한다.
도시된 바와 같이, 혼합기(30) 내부에는 제3초음파발생수단(35)이 설치된다. 제3초음파발생수단(35)은 혼합기(30) 내에 저장된 혼합유에 초음파를 투사하여 혼합유에 진동을 유발한다. 이러한 제3초음파발생수단(35)은 혼합유에 진동을 일으켜, 벙커씨유와 물의 혼합 효율을 증가시키며, 이후 유화기 내에서 혼합유가 에멀전 상태로 유화되는 것을 돕는 역할을 한다.
혼합기(30)의 후단에는 유화기(40)가 설치된다. 유화기(40)는 1000 RPM 이상(대략 3000~5000 RPM)의 고속으로 회전하는 회전체로 혼합유를 통과시켜 혼합유를 에멀전 상태로 변환시키는 장치이다. 바람직하게는, 유화기(40)의 유화 성능을 높이기 위하여, 유화기(40)는 복수개가 직렬로 연결되어 설치된다.
이때, 최종단의 유화기(40)를 통해 유출되는 에멀전 연료유는 밸브(CV7, CV8)를 조절하여 혼합기(30)로 피드백되거나 보조탱크(50)로 유입된다. 예를 들어, 혼합기(30)에서 혼합공정이 이루어지면 이후 30분 동안 최종단의 유화기(40)에서 혼합기(30)로의 피드백이 복수회 이루어지고, 30분이 경과되면 밸브 CV7을 닫고 CV8을 개방하여 에멀전 연료유가 보조탱크(50)로 유입되도록 한다. 이처럼 혼합공정과 유화공정을 반복 순환함으로써, 에멀전 연료유의 유수분리 방지를 보다 강화할 수 있으며, 에멀전 상태를 오랜시간 지속시킬 수 있게 된다.
한편, 도면에 도시된 기타 밸브류 및 펌프류는 유체의 공급을 개폐하고 펌핑하는 역할을 하는 것으로서, 통상 알려진 공지의 기술이므로 자세한 설명을 생략했다.
도 2는 본 발명에 따른 에멀전 연료유 제조방법을 보인 흐름도이다. 이를 참 조하여, 본 발명의 에멀전 연료유 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
우선, 연료탱크(10)에는 벙커씨유가 충전되고 물탱크(20)에는 물이 충전된 상태에서 단계가 시작된다. 이때, 도시된 바와 같이 연료탱크(10)에 설치된 제1초음파발생수단(15)이 연료탱크(10) 내의 벙커씨유에 초음파를 투사한다(ST100). 단계 ST100과 동시에 혹은 약간의 시차를 두고 물탱크(20)에 설치된 제2초음파발생수단(25)이 물탱크(20) 내의 물에 초음파를 투사한다(ST110). 이에 따라 벙커씨유와 물은 각기 혼합 이전에 초음파 진동에 의해 그 입자구조가 취약화된다.
상기 단계들(ST100, ST110)에서 입자구조가 취약화된 벙커씨유와 물은 혼합기(30)에 투입되어 혼합된다(ST120). 그리고 혼합기(30) 내부에 설치된 제3초음파발생수단(35)이 혼합유에 초음파를 투사한다(ST130). 따라서 혼합유는 입자구조가 취약해진 상태로 이후단의 유화기(40)로 전달된다. 유화기(40) 내에서 혼합유는 에멀전 상태로 유화된다(ST140). 이후 유화된 에멀전 연료유가 생성된다.
이때, 보다 바람직하게는 상기한 혼합공정(ST120), 초음파 투사공정(ST130), 유화공정(ST140)은 복수회 순환된다(ST150). 예컨대, 30분 정도 순환공정(ST150)이 이루어진다.
이상 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 에멀전 연료유 제조장치를 개략적으로 보인 블록도
도 2는 본 발명에 따른 에멀전 연료유 제조방법을 개략적으로 보인 흐름도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
5 : 원유탱크 7 : 원유공급라인
10 : 연료탱크 12 : 연료유공급라인
15 : 제1초음파발생수단 20 : 물탱크
22 : 물공급라인 25 : 제2초음파발생수단
30 : 혼합기 32 : 유화제공급라인
35 : 제3초음파발생수단 40 : 유화기
42 : 스팀라인 50 : 보조탱크

Claims (3)

  1. 벙커씨유를 포함하는 연료유와 물을 혼합하여 에멀전 연료유를 제조하는 에멀전 연료유 제조장치에 있어서,
    상기 연료유가 공급되어 저장되는 연료탱크(10);
    상기 연료탱크(10)에 설치되며 연료탱크(10) 내에 저장된 연료유에 초음파를 투사하는 제1초음파발생수단(15);
    상기 물이 공급되어 저장되는 물탱크(20);
    상기 물탱크(20)에 설치되며 물탱크(20) 내에 저장된 물에 초음파를 투사하는 제2초음파발생수단(25);
    상기 연료탱크(10)와 물탱크(20)의 유출단에 설치되며 연료유와 물이 정해진 비율로 유입되어 혼합되는 혼합기(30);
    상기 혼합기(30)에 설치되며 혼합기(30) 내부의 혼합유에 초음파를 투사하는 제3초음파발생수단(35);
    상기 혼합기(30)의 유출단에 설치되며 혼합유를 고속 회전시켜 에멀전 상태로 유화사키는 유화기(40);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 에멀전 연료유 제조장치.
  2. 벙커씨유를 포함하는 연료유와 물을 혼합하여 에멀전 연료유를 제조하는 에멀전 연료유 제조방법에 있어서,
    상기 연료유의 입자구조를 취약화하기 위하여 연료유가 저장되는 연료탱크(10)에 초음파를 투사하는 단계(ST100);
    상기 물의 입자구조를 취약화하기 위하여 물이 저장되는 물탱크(20)에 초음파를 투사하는 단계(ST110);
    상기 단계(ST100) 및 단계(ST110)를 거친 연료유와 물을 혼합하는 단계(ST120);
    상기 단계(ST120)에서 혼합된 혼합유에 초음파를 투사하는 단계(ST130); 및
    혼합유를 고속 회전시켜 에멀전 상태로 변환시키는 단계(ST140);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 에멀전 연료유 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 연료유와 물을 혼합하는 단계(ST120), 혼합유에 초음파를 투사하는 단계(ST130), 및 에멀전 상태로 변환시키는 단계(ST140)를 순차적으로 복수회 순환시키는 단계(ST150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에멀전 연료유 제조방법.
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KR (1) KR20100002737A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101282118B1 (ko) * 2011-01-24 2013-07-03 엄재홍 정제유를 물과 혼합하는 장치
EP2789385A1 (en) * 2013-04-11 2014-10-15 Bio Hitech Energy Co. Apparatus and method for manufacturing a reformed fuel
KR102618140B1 (ko) * 2022-08-23 2023-12-27 비오 김 균질 혼합물의 제조 방법 및 그에 의한 균질 혼합물

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