KR20100120497A

KR20100120497A - 연료 유화 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR20100120497A
Application number: KR1020090039349A
Authority: KR
Inventors: 박성권
Original assignee: 박성권
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2009-05-06
Publication date: 2010-11-16
Also published as: KR101038261B1

Abstract

본 발명은 연료 유화 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 유화제를 별도로 사용하지 않고, 특정 비율로 혼합된 연료와 물만으로 된 혼합유를 서로 다른 주파수에 기인하는 캐비테이션(cavitation) 현상을 나타내는 다수의 초음파 조사기로 투입, 통과시킨 후 고속회전믹서에서 고속회전시켜 연료와 물이 고도로 응집된 유화 상태를 유지하면서 수적(水滴)의 크기가 연소 가능한 특정 크기로 형성된 유화 연료를 생성한다.

본 발명에 따르면, 종래와 같이 연료와 물의 혼합비에 대하여 최적의 유화제를 설정하기 위한 연구를 할 필요가 없으며, 종래의 유화제를 사용하지 않는 만큼의 비용을 절감하면서 용이하게 유화 연료를 생성하여 연소시킬 수 있다.

연료, 물, 유화제, 초음파, 캐비테이션

Description

연료 유화 시스템 및 그 방법{Fuel emulsification system and method thereof}

본 발명은 연료 유화 기술에 관한 것이며, 더욱 상세히는 경유, 중유, 등유와 같은 연료를 물과 혼합하여 초음파로 유화시키는 연료 유화 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

근현대 산업의 발달과 함께 석탄이나, 원유, 천연 가스와 같이 매장량이 한정되어 있는 지하매장 자원을 이용하는 화석 에너지의 사용이 증가함에 따라 예상되는 지구 지하매장 자원의 고갈을 지연하기 위한 방안으로 화석 에너지의 사용량을 줄이기 위한 연구, 혹은 화석 에너지를 대신할 수 있는 대체 에너지(예컨대, 풍력 에너지, 조력 에너지, 태양열 에너지 등) 개발을 위한 연구 등이 수행되고 있다.

특히, 화력발전소, 선박, 제철/제련소, 화물 트럭이나 버스 등과 같은 각종 수송 차량, 각종 건설장비, 건물이나 농작물 재배용 하우스의 난방장치 등과 같이 원유를 가공하여 얻어지는 경유, 중유(예컨대, Bunker-A, Bunker-B, Bunker-C 등), 등유와 같은 연료를 많이 사용하는 산업분야에서는, 상기한 화석 에너지의 사용량 을 줄이기 위한 방안으로, 연료와 물 및 유화제를 혼합하여 물과 연료를 고도로 응집된 유화 상태로 유지하면서 연소시키는 다양한 연료 유화 기술이 개발되어 있다.

상기와 같이 연료와 물 및 유화제를 적절히 혼합하여 만든 유화 연료를 상기한 바와 같은 산업분야에 사용하면 화석 에너지의 사용량을 줄이면서 원가 절감 효과를 기대할 수 있다.

하지만, 상기와 같이 연료와 물 및 유화제를 적절히 혼합하여 만든 유화 연료는 연료와 물의 혼합비에 대하여 적당량의 유화제가 사용되지 않으면 유화 연료의 수적(水滴)의 크기가 연소 불가능한 크기 혹은 불완전 연소되는 크기로 형성되어 연료와 물이 고도로 응집된 유화 상태를 유지하지 못하므로 연소가 불가능하거나 혹은 불완전 연소되는 문제점이 있이며, 이에 따라서 연료와 물의 혼합비에 대하여 최적의 유화제를 설정하기 위한 연구를 필요로 한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 유화제를 별도로 사용하지 않고, 특정 비율로 혼합된 연료와 물만으로 된 혼합유를 서로 다른 주파수에 기인하는 캐비테이션(cavitation) 현상을 나타내는 다수의 초음파 조사기로 투입, 통과시킨 후 고속회전믹서에서 고속회전시켜 연료와 물이 고도로 응집된 유화 상태를 유지하면서 수적(水滴)의 크기가 연소 가능한 특정 크기로 형성된 유화 연료를 생성하는 연료 유화 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 연료 유화 시스템은, 연료 65∼70 중량%와 물 30∼35 중량%가 혼합된 혼합유가 본체 내부로 투입되면 본체 내부로 28±5Khz의 초음파를 조사하도록 설치된 다수의 초음파 진동자에 의해 발생된 초음파를 3∼5분 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼ 20℃로 유지하면서 혼합유의 연료와 물이 응집되게 1차 유화시키는 제1초음파 조사기와; 상기 제1초음파 조사기에 의해 1차 유화된 혼합유가 본체 내부로 투입되면 본체 내부로 20±5Khz의 초음파를 조사하도록 설치된 초음파 진동자에 의해 발생된 초음파를 10∼15초 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 1차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 2차 유화시키는 제2초음파 조사기; 상기 제2초음파 조사기와 동일한 구조이며, 상기 제2초음파 조사기에 의해 2차 유화된 혼합유가 본체 내부로 투입되면 본체 내부로 20±5Khz의 초음파를 조사하도록 설치된 초음파 진동자에 의해 발생된 초음파를 10∼15초 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 2차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 3차 유화시키는 제3초음파 조사기; 상기 제1초음파 조사기와 동일한 구조이며, 상기 제3초음파 조사기에 의해 3차 유화된 혼합유가 본체 내부로 투입되면 본체 내부로 40±5Khz의 초음파를 조사하도록 설치된 다수의 초음파 진동자에 의해 발생된 초음파를 3∼5분 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 3차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 4차 유화시키는 제4초음파 조사기; 상기 제4초음파 조사기에 의해 4차 유화된 혼합유가 본체 내부로 투입되면 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 이 혼합유를 3000∼4000rpm으로 3∼5분 동안 고속회전시킴으로써 연료와 물이 고도로 응집된 유화 상태를 유지하면서 수적(水滴)의 크기가 완전 연소 가능한 50∼100μ 크기로 형성된 유화 연료를 생성하는 고속회전믹서; 및 상기 제1 내지 제4 초음파 조사기의 초음파 진동자로 인가되는 전기에너지를 조절하여 상기 제1 내지 제4 초음파 조사기가 각각 발생하는 초음파의 주파수를 제어하는 초음파 제어기;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 연료 유화 방법은, 연료 65∼70 중량%와 물 30∼35 중량%가 혼합된 혼합유를 제1초음파 조사기 내부로 투입하고 28±5Khz의 초음파를 3∼5분 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 혼합유의 연료와 물이 응집되게 1차 유화시키는 제1과정과; 1차 유화된 혼합유를 제2초음파 조사기 내부로 투입하고 20±5Khz의 초음파를 10∼15초 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 1차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 2차 유화시키는 제2과정; 2차 유화된 혼합유를 제3초음파 조사기 내부로 투입하고, 20±5Khz의 초음파를 10∼15초 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 2차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 3차 유화시키는 제3과정; 3차 유화된 혼합유를 제4초음파 조사기 내부로 투입하고 40±5Khz의 초음파를 3∼5분 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 3차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 4차 유화시키는 제4과정; 및 4차 유화된 혼합유를 고속회전믹서로 투입하고 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 이 혼합유를 3000∼4000rpm으로 3∼5분 동안 고속회전시킴으로써 연료와 물이 고도로 응집된 유화 상태를 유지하면서 수적(水滴)의 크기가 완전 연소 가능한 50∼100μ 크기로 형성된 유화 연료를 생성하는 제5과정;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 종래와 같이 연료와 물의 혼합비에 대하여 최적의 유화제 를 설정하기 위한 연구를 할 필요가 없으며, 종래의 유화제를 사용하지 않는 만큼의 비용을 절감하면서 용이하게 유화 연료를 생성하여 연소시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 연료 유화 시스템은 연료 탱크(F/T), 물 탱크(W/T), 제1초음파 조사기(10), 제2초음파 조사기(20), 제3초음파 조사기(30), 제4초음파 조사기(40), 고속회전믹서(50), 초음파 제어기(60), 고압펌프(70), 유화 연료 버너(80), 연료 필터(90)를 포함한다.

상기 연료 탱크(F/T)는 경유, 중유, 등유와 같은 연료를 저장한다.

상기 물 탱크(W/T)는 연료와 혼합되는 물을 저장한다.

상기 제1초음파 조사기(10)는 연료 65∼70 중량%와 물 30∼35 중량%가 혼합된 혼합유가 본체(11) 내부로 투입되면 본체(11) 내부로 28±5Khz의 초음파를 조사하도록 설치된 다수의 초음파 진동자(12)에 의해 발생된 초음파를 3∼5분 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 혼합유의 연료와 물이 응집되게 1차 유화시킨다. 이때, 상기 본체(11) 내부로 투입된 혼합유는 초음파 조사에 기인하는 캐비테이션(cavitation) 현상에 의해 연료와 물이 분쇄, 혼합되면서 유화된다.

상기 제1초음파 조사기(10)는 하기의 제4초음파 조사기(40)와 동일한 구조이며, 도 2에 나타낸 바와 같이, 직육면체 형상의 중공형 본체(11), 다수의 초음파 진동자(12), 냉각수관(13)을 포함하여 구성된다.

상기 제1초음파 조사기(10)의 본체(11)는 연료 65∼70 중량%와 물 30∼35 중량%가 혼합된 혼합유가 투입 및 배출되는 투입구(11a)와 배출구(11b)가 좌측 상면과 우측 저면 혹은 좌측 저면과 우측 상면 혹은 양측면에 형성되어 있다.

상기 제1초음파 조사기(10)의 다수의 초음파 진동자(12)는 상기 본체(11) 내부로 투입된 혼합유에 대하여 상기 본체(11)의 직각 평면 형상의 저면에서 상면 방향으로 28±5Khz의 초음파를 3∼5분 동안 조사하여 혼합유의 연료와 물이 응집되게 유화시킨다. 참고로, 도 2에서는 상기 본체(11)의 직각 평면 형상의 저면에 6개의 초음파 진동자(12)가 2열로 총 12개 설치된 상태를 나타내고 있다.

상기 제1초음파 조사기(10)의 냉각수관(13)은 내부에 냉각수가 흐르고 상기 본체(11) 내부를 관통하도록 설치되며 상기 본체(11) 내부로 투입된 혼합유를 냉각시켜 상기 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지시키며, 상기와 같이 연료 65∼70 중량%와 물 30∼35 중량%가 혼합된 혼합유에 대하여 28±5Khz의 초음파를 3∼5분 동안 조사하는 경우, 상기 혼합유의 온도가 15℃ 미만이면 하기의 유화 연료 버너(80)로 유화 연료를 분사할 때 적색 불꽃을 나타내면서 화력이 저하되는 단점이 있고, 상기 혼합유의 온도가 20℃보다 크면 초음파 조사 시 고도로 응집된 유화 상태를 유지하지 못하는 단점이 있다. 따라서, 상기와 같이 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하는 조건은 상기 제2초음파 조사기(20), 제3초음파 조사기(30), 제4초음파 조사기(40), 고속회전믹서(50) 모두에서 적용된다.

상기 제2초음파 조사기(20)는 상기 제1초음파 조사기(10)에 의해 1차 유화된 혼합유가 본체(21) 내부로 투입되면 본체(21) 내부로 20±5Khz의 초음파를 조사하도록 설치된 초음파 진동자(25)에 의해 발생된 초음파를 10∼15초 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 1차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 2차 유화시킨다. 이때, 상기 본체(21) 내부로 투입된 혼합유는 초음파 조사에 기인하는 캐비테이션(cavitation) 현상에 의해 연료와 물이 분쇄, 혼합되면서 유화된다.

상기 제3초음파 조사기(30)는 상기 제2초음파 조사기(20)와 동일한 구조이며, 상기 제2초음파 조사기(20)에 의해 2차 유화된 혼합유가 본체(31) 내부로 투입되면 본체(31) 내부로 20±5Khz의 초음파를 조사하도록 설치된 초음파 진동자(35)에 의해 발생된 초음파를 10∼15초 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 2차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 3차 유화시킨다. 이때, 상기 본체(31) 내부로 투입된 혼합유는 초음파 조사에 기인하는 캐비테이션(cavitation) 현상에 의해 연료와 물이 분쇄, 혼합되면서 유화된다.

상기 제2초음파 조사기(20) 또는 상기 제3초음파 조사기(30)는 동일한 구조이며, 도 3에 나타낸 바와 같이, 각각 원통 혹은 직육면체 혹은 정육면체 형상의 중공형 본체(21,31), 혼합유 투입관(22,32), 혼합유 배출관(23,33), 냉각수관(24,34), 초음파 진동자(25,35), 진동자 고정링(26,36), 진동 전달부(27,37)를 포함한다.

상기 제2초음파 조사기(20) 또는 상기 제3초음파 조사기(30)의 본체(21,31)는 상면 중앙부에 오목한 혼합유 투입실(21a,31a)이 형성되어 있다.

상기 제2초음파 조사기(20) 또는 상기 제3초음파 조사기(30)의 혼합유 투입관(22,32)은 상기 본체(21,31) 저면이나 측면 하단부를 통해 상기 혼합유 투입실(21a,31a)의 저면 중앙부와 관통한다.

상기 제2초음파 조사기(20) 또는 상기 제3초음파 조사기(30)의 혼합유 배출관(23,33)은 상기 혼합유 투입실(21a,31a)의 외주면 상단부를 통해 상기 본체(21,31) 측면 상단부와 관통한다.

상기 제2초음파 조사기(20) 또는 상기 제3초음파 조사기(30)의 냉각수관(24,34)은 내부에 냉각수가 흐르고 상기 본체(21,31) 측면 중앙부를 통해 상기 혼합유 투입실(21a,31a)의 외주면 중앙부를 감싸도록 설치되며 상기 혼합유 투입실(21a,31a)에 투입된 혼합유를 냉각시켜 상기 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지시킨다.

상기 제2초음파 조사기(20) 또는 상기 제3초음파 조사기(30)의 초음파 진동자(25,35)는 원통 혹은 직육면체 혹은 정육면체 형상의 몸체(25a,35a) 하단에 플랜지(25b,35b)가 형성되어 있고, 상기 플랜지(25b,35b) 하단에 상기 본체(21,31) 상면의 혼합유 투입실(21a,31a)의 내벽면과 일정 간격의 혼합유 투입 공간을 유지하도록 상기 혼합유 투입실(21a,31a)로 삽입되는 돌출부(25c,35c)가 연장 형성되어 있으며, 상기 플랜지(25b,35b)가 상기 혼합유 투입실(21a,31a)의 상단 개구부 가장자리에 걸려 고정되고, 상기 혼합유 투입실(21a,31a) 내부로 투입된 혼합유에 대하여 상기 혼합유 투입실(21a,31a)의 저면과 외주면 방향(도 3의 화살표 참조)으로 20±5Khz의 초음파를 10∼15초 동안 조사하여 혼합유의 연료와 물이 응집되게 유화 시킨다.

상기 제2초음파 조사기(20) 또는 상기 제3초음파 조사기(30)의 진동자 고정링(26,36)은 상기 초음파 진동자(25,35)의 플랜지(25b,35b)를 개재하여 상기 본체(21,31) 상면과 볼트 결합 혹은 스크루 결합하여 상기 초음파 진동자(25,35)의 몸체를 상기 본체(21,31) 상면에 고정한다.

상기 제2초음파 조사기(20) 또는 상기 제3초음파 조사기(30)의 진동 전달부(27,37)는 상기 초음파 진동자(25,35)의 몸체(25a,35a)와 결합하여 상기 초음파 제어기(60)의 초음파 발생용 전기에너지를 상기 초음파 진동자(25,35)로 전달한다.

상기 제4초음파 조사기(40)는 상기 제1초음파 조사기(10)와 동일한 구조이며, 상기 제3초음파 조사기(30)에 의해 3차 유화된 혼합유가 본체(41) 내부로 투입되면 본체(41) 내부로 40±5Khz의 초음파를 조사하도록 설치된 다수의 초음파 진동자(42)에 의해 발생된 초음파를 3∼5분 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 3차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 4차 유화시킨다. 이때, 상기 본체(41) 내부로 투입된 혼합유는 초음파 조사에 기인하는 캐비테이션(cavitation) 현상에 의해 연료와 물이 분쇄, 혼합되면서 유화된다.

상기 제4초음파 조사기(40)는 상기한 바와 같이 제1초음파 조사기(10)와 동일한 구조이며, 도 2에 나타낸 바와 같이, 직육면체 형상의 중공형 본체(41), 다수의 초음파 진동자(42), 냉각수관(43)을 포함하여 구성된다.

상기 제4초음파 조사기(40)의 본체(41)는 연료 65∼70 중량%와 물 30∼35 중량%가 혼합된 혼합유가 3차 유화된 상태로 투입 및 배출되는 투입구(41a)와 배출 구(41b)가 좌측 상면과 우측 저면 혹은 좌측 저면과 우측 상면 혹은 양측면에 형성되어 있다.

상기 제4초음파 조사기(40)의 다수의 초음파 진동자(42)는 상기 본체(41) 내부로 투입된 혼합유에 대하여 상기 본체(41)의 직각 평면 형상의 저면에서 상면 방향으로 40±5Khz의 초음파를 3∼5분 동안 조사하여 혼합유의 연료와 물이 응집되게 유화시킨다. 참고로, 도 2에서는 상기 본체(41)의 직각 평면 형상의 저면에 6개의 초음파 진동자(42)가 2열로 총 12개 설치된 상태를 나타내고 있다.

상기 제4초음파 조사기(40)의 냉각수관(43)은 내부에 냉각수가 흐르고 상기 본체(41) 내부를 관통하도록 설치되며 상기 본체(41) 내부로 투입된 혼합유를 냉각시켜 상기 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지시키며, 상기와 같이 연료 65∼70 중량%와 물 30∼35 중량%가 혼합된 혼합유에 대하여 40±5Khz의 초음파를 3∼5분 동안 조사하는 경우, 상기 혼합유의 온도가 15℃ 미만이면 하기의 유화 연료 버너(80)로 유화 연료를 분사할 때 적색 불꽃을 나타내면서 화력이 저하되는 단점이 있고, 상기 혼합유의 온도가 20℃보다 크면 초음파 조사 시 고도로 응집된 유화 상태를 유지하지 못하는 단점이 있다.

상기 고속회전믹서(50)는 상기 제4초음파 조사기(40)에 의해 4차 유화된 혼합유가 본체(53) 내부로 투입되면 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 이 혼합유를 3000∼4000rpm으로 3∼5분 동안 고속회전시킴으로써 연료와 물이 고도로 응집된 유화 상태를 유지하면서 수적(水滴)의 크기가 완전 연소 가능한 50∼100μ 크기로 형성된 유화 연료를 생성한다. 이때, 상기 본체(53) 내부로 투입된 혼합유는 고 속회전력에 의해 연료와 물이 고속으로 미세 분쇄, 혼합되면서 유화된다.

상기 고속회전믹서(50)는 고속모터(51), 다수의 임펠러(52), 직육면체 형상의 중공형 본체(53), 냉각수관(54), 브래킷(55)을 포함한다.

상기 고속회전믹서(50)의 고속모터(51)는 3000∼4000rpm의 회전속도를 가진다.

상기 고속회전믹서(50)의 다수의 임펠러(52)는 상기 고속모터(51)의 회전축(51a)에 일정 간격으로 고정되며, 원판형 몸체(52a) 중앙부의 회전축 고정공(52a1) 주변에 다수의 혼합유 분쇄공(52a2)이 형성되어 있고, 몸체(52a)의 둘레를 따라 일정 간격으로 다수의 혼합유 분쇄 돌기(52a3)가 형성되어 있다.

상기 다수의 임펠러(52)는 고속회전하면서 상기 다수의 혼합유 분쇄공(52a2)과 다수의 혼합유 분쇄 돌기(52a3)를 이용하여 4차 유화된 혼합유를 미세하게 분쇄, 혼합시켜 고도로 응집된 유화 상태를 유발한다.

상기 고속회전믹서(50)의 본체(53)는 상기 고속모터(51)의 회전축(51a)과 다수의 임펠러(52)를 수용하며, 혼합유가 투입 및 배출되는 투입구(53a)와 배출구(53b)가 좌측 상면과 우측 저면 혹은 좌측 저면과 우측 상면에 형성되어 있고, 혼합유가 내부로 투입되면 이 혼합유를 3000∼4000rpm으로 3∼5분 동안 고속회전시킴으로써 연료와 물이 고도로 응집된 유화 상태를 유지하면서 수적(水滴)의 크기가 완전 연소 가능한 50∼100μ 크기로 형성된 유화 연료를 생성한다. 참고로, 경유, 중유, 등유와 같은 연료와 물 및 유화제를 적절히 혼합하여 만든 통상의 유화 연료의 수적(水滴)의 크기가 50∼100μ 크기이면 완전 연소 가능한 것으로 이 기술분야 에서 알려져 있으며, 본 발명에 따라 경유, 중유, 등유와 같은 연료와 물을 혼합한 혼합유에 대하여 4차례의 서로 다른 초음파 조사 과정과 고속회전 과정을 거쳐 만든 유화 연료 역시 수적(水滴)의 크기가 50∼100μ 크기이면 하기의 유화 연료 버너(80)로 완전 연소시킬 수 있었다.

상기 고속회전믹서(50)의 냉각수관(54)은 상기 본체(53) 외주면과 일정 간격을 두고 냉각수 충전 공간을 구비하면서 상기 본체(53)를 밀봉 커버하며, 상기 본체(53)의 혼합유 투입구(53a)와 배출구(53b)가 관통하여 외부로 노출되고, 냉각수가 투입 및 배출되는 투입구(54a)와 배출구(54b)가 좌측 상면과 우측 저면 혹은 좌측 저면과 우측 상면에 형성되어 있으며, 혼합유가 본체(53) 내부로 투입되면 혼합유를 냉각시켜 상기 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지시킨다.

상기 고속회전믹서(50)의 브래킷(55)은 상기 고속모터(51)와 본체(53)를 지지한다.

상기 초음파 제어기(60)는 상기 제1 내지 제4 초음파 조사기(10,20,30,40)의 초음파 진동자(12,22,35,42)로 인가되는 전기에너지를 조절하여 상기 제1 내지 제4 초음파 조사기(10,20,30,40)가 각각 발생하는 초음파의 주파수를 제어한다.

상기 고압펌프(70)는 상기 고속회전믹서(50)에 의해 생성된 유화 연료를 특정 고압으로 압축하여 배출하며, 특정 고압을 일정하게 유지할 수 있는 플런저 타입 고압펌프이다.

상기 유화 연료 버너(80)는 상기 고압펌프(70)에서 배출되는 유화 연료를 공급받아 분사, 연소시킨다.

상기 연료 필터(90)는 상기 고속회전믹서(50)와 고압펌프(70) 사이에 설치되어 상기 유화 연료에 포함된 이물질 제거하며, 예컨대 상기 유화 연료에 포함되어 있는 미세한 철 가루 등을 걸러내는 부직포 필터이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 연료 유화 시스템은 도 6에 나타낸 연료 유화 방법에 의해 다음과 같이 작동한다.

도 6을 참조하면, 먼저 상기 연료 탱크(F/T)에 저장된 경유, 중유, 등유와 같은 연료 65∼70 중량%와 상기 물 탱크(W/T)에 저장된 물 30∼35 중량%가 혼합된 혼합유가 준비되면, 이 혼합유를 상기 제1초음파 조사기(10) 내부로 투입하여 1차 유화시킨다(S100).

이때, 상기 제1초음파 조사기(10)는 본체(11) 내부로 투입된 혼합유에 대하여 28±5Khz의 초음파(예컨대, 28Khz)를 3∼5분 동안 조사하여 혼합유의 연료와 물이 응집되게 1차 유화시키고, 동시에 상기 본체(11) 내부를 관통하도록 설치된 냉각수관(13) 내부로 냉각수를 흘려보냄으로써 초음파가 조사됨에 따라 온도가 상승하는 혼합유를 냉각시켜 상기 1차 유화 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지한다.

상기와 같이 1차 유화 과정이 끝나면, 이어서 1차 유화된 혼합유를 상기 제2초음파 조사기(20) 내부로 투입하여 2차 유화시킨다(S110).

이때, 상기 제2초음파 조사기(20)는 본체(21)의 혼합유 투입실(21a)로 투입된 1차 유화 혼합유에 대하여 20±5Khz의 초음파(예컨대, 20Khz)를 10∼15초 동안 조사하여 1차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 2차 유화시키고, 동시에 상기 본체(21) 측면 중앙부를 통해 상기 혼합유 투입실(21a)의 외주면 중앙부를 감싸도 록 설치된 냉각수관(24) 내부로 냉각수를 흘려보냄으로써 초음파가 조사됨에 따라 온도가 상승하는 혼합유를 냉각시켜 상기 2차 유화 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지한다.

상기와 같이 2차 유화 과정이 끝나면, 이어서 2차 유화된 혼합유를 상기 제3초음파 조사기(30) 내부로 투입하여 3차 유화시킨다(S120).

이때, 상기 제3초음파 조사기(30)는 본체(31)의 혼합유 투입실(31a)로 투입된 2차 유화 혼합유에 대하여 20±5Khz의 초음파(예컨대, 20Khz)를 10∼15초 동안 조사하여 1차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 3차 유화시키고, 동시에 상기 본체(31) 측면 중앙부를 통해 상기 혼합유 투입실(31a)의 외주면 중앙부를 감싸도록 설치된 냉각수관(34) 내부로 냉각수를 흘려보냄으로써 초음파가 조사됨에 따라 온도가 상승하는 혼합유를 냉각시켜 상기 3차 유화 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지한다.

상기와 같이 3차 유화 과정이 끝나면, 이어서 3차 유화된 혼합유를 상기 제4초음파 조사기(40) 내부로 투입하여 4차 유화시킨다(S130).

이때, 상기 제4초음파 조사기(40)는 본체(41) 내부로 투입된 혼합유에 대하여 40±5Khz의 초음파(예컨대, 40Khz)를 3∼5분 동안 조사하여 혼합유의 연료와 물이 응집되게 4차 유화시키고, 동시에 상기 본체(41) 내부를 관통하도록 설치된 냉각수관(43) 내부로 냉각수를 흘려보냄으로써 초음파가 조사됨에 따라 온도가 상승하는 혼합유를 냉각시켜 상기 4차 유화 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지한다.

상기와 같이 4차 유화 과정이 끝나면, 이어서 4차 유화된 혼합유를 상기 고 속회전믹서(50)로 투입, 고속회전시켜 유화 연료를 생성한다(S140).

이때, 상기 고속회전믹서(50)는 본체(53) 내부로 투입된 혼합유를 3000∼4000rpm으로 3∼5분 동안 고속회전시킴으로써 연료와 물이 고도로 응집된 유화 상태를 유지하면서 수적(水滴)의 크기가 완전 연소 가능한 50∼100μ 크기로 형성된 유화 연료를 생성하고, 동시에 상기 본체(53) 외주면과 일정 간격을 두고 냉각수 충전 공간을 구비하면서 상기 본체(53)를 밀봉 커버하는 냉각수관(54) 내부로 냉각수를 흘려보냄으로써 고속회전함에 따라 온도가 상승하는 혼합유를 냉각시켜 상기 유화 연료의 온도를 15∼20℃로 유지한다.

상기와 같이 1 내지 4차의 유화 과정과 고속회전 과정을 거쳐 생성된 유화 연료는 상기 고속회전믹서(50)와 고압펌프(70) 사이에 설치된 상기 연료 필터(90)에 의해 이물질이 제거된 상태로 상기한 바와 같은 플런저 타입의 고압펌프(70)로 전달된 후, 상기 고압펌프(70)에 의해 특정 고압으로 압축되어 상기 유화 연료 버너(80)로 공급되어 분사, 연소된다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 연료 유화 시스템은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 그 기술적 정신이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연료 유화 시스템을 나타낸 실시예.

도 2는 도 1의 제1초음파 조사기 또는 제4초음파 조사기의 사시도.

도 3은 도 1의 제2초음파 조사기 또는 제3초음파 조사기의 단면도.

도 4는 도 1의 고속회전믹서의 부분 절개 정면도.

도 5는 도 4의 임펠러의 사시도

도 6은 본 발명에 따른 연료 유화 방법을 나타낸 실시예.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 제1초음파 조사기 11,41: 본체

11a,41a: 투입구 11b,41b: 배출구

12,42: 초음파 진동자 13,43: 냉각수관

20: 제2초음파 조사기 21,31: 본체

21a,31a: 혼합유 투입실 22,32: 혼합유 투입관

23,33: 혼합유 배출관 24,34: 냉각수관

25,35: 초음파 진동자 25a,35a: 몸체

25b,35b: 플랜지 25c,35c: 돌출부

26,36: 진동자 고정링 27,37: 진동 전달부

30: 제3초음파 조사기 40: 제4초음파 조사기

50: 고속회전믹서 51: 고속모터

51a: 회전축 52: 임펠러

52a: 몸체 52a1: 회전축 고정공

52a2: 혼합유 분쇄공 52a3: 혼합유 분쇄 돌기

53: 본체 53a: 투입구

53b: 배출구 54: 냉각수관

54a: 투입구 54b: 배출구

55: 브래킷 60: 초음파 제어기

70: 고압펌프 80: 유화 연료 버너

90: 연료 필터 F/T: 연료 탱크

W/T: 물 탱크

Claims

연료 65∼70 중량%와 물 30∼35 중량%가 혼합된 혼합유가 본체(11) 내부로 투입되면 본체(11) 내부로 28±5Khz의 초음파를 조사하도록 설치된 다수의 초음파 진동자(12)에 의해 발생된 초음파를 3∼5분 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 혼합유의 연료와 물이 응집되게 1차 유화시키는 제1초음파 조사기(10)와;

상기 제1초음파 조사기(10)에 의해 1차 유화된 혼합유가 본체(21) 내부로 투입되면 본체(21) 내부로 20±5Khz의 초음파를 조사하도록 설치된 초음파 진동자(25)에 의해 발생된 초음파를 10∼15초 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 1차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 2차 유화시키는 제2초음파 조사기(20);

상기 제2초음파 조사기(20)와 동일한 구조이며, 상기 제2초음파 조사기(20)에 의해 2차 유화된 혼합유가 본체(31) 내부로 투입되면 본체(31) 내부로 20±5Khz의 초음파를 조사하도록 설치된 초음파 진동자(35)에 의해 발생된 초음파를 10∼15초 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 2차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 3차 유화시키는 제3초음파 조사기(30);

상기 제1초음파 조사기(10)와 동일한 구조이며, 상기 제3초음파 조사기(30)에 의해 3차 유화된 혼합유가 본체(41) 내부로 투입되면 본체(41) 내부로 40±5Khz의 초음파를 조사하도록 설치된 다수의 초음파 진동자(42)에 의해 발생된 초음파를 3∼5분 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 3차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 4차 유화시키는 제4초음파 조사기(40);

상기 제4초음파 조사기(40)에 의해 4차 유화된 혼합유가 본체(53) 내부로 투입되면 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 이 혼합유를 3000∼4000rpm으로 3∼5분 동안 고속회전시킴으로써 연료와 물이 고도로 응집된 유화 상태를 유지하면서 수적(水滴)의 크기가 완전 연소 가능한 50∼100μ 크기로 형성된 유화 연료를 생성하는 고속회전믹서(50); 및

상기 제1 내지 제4 초음파 조사기(10,20,30,40)의 초음파 진동자(12,22,35,42)로 인가되는 전기에너지를 조절하여 상기 제1 내지 제4 초음파 조사기(10,20,30,40)가 각각 발생하는 초음파의 주파수를 제어하는 초음파 제어기(60);

로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 유화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제1초음파 조사기(10)는

연료 65∼70 중량%와 물 30∼35 중량%가 혼합된 혼합유가 투입 및 배출되는 투입구(11a)와 배출구(11b)가 좌측 상면과 우측 저면 혹은 좌측 저면과 우측 상면 혹은 양측면에 형성되어 있는 직육면체 형상의 중공형 본체(11)와;

상기 본체(11) 내부로 투입된 혼합유에 대하여 상기 본체(11)의 직각 평면 형상의 저면에서 상면 방향으로 28±5Khz의 초음파를 3∼5분 동안 조사하여 혼합유 의 연료와 물이 응집되게 유화시키는 다수의 초음파 진동자(12); 및

내부에 냉각수가 흐르고 상기 본체(11) 내부를 관통하도록 설치되며 상기 본체(11) 내부로 투입된 혼합유를 냉각시켜 상기 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지시키는 냉각수관(13);

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 유화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제2초음파 조사기(20) 또는 제3초음파 조사기(30)는

상면 중앙부에 오목한 혼합유 투입실(21a,31a)이 형성되어 있는 원통 혹은 직육면체 혹은 정육면체 형상의 중공형 본체(21,31)와;

상기 본체(21,31) 저면이나 측면 하단부를 통해 상기 혼합유 투입실(21a,31a)의 저면 중앙부와 관통하는 혼합유 투입관(22,32);

상기 혼합유 투입실(21a,31a)의 외주면 상단부를 통해 상기 본체(21,31) 측면 상단부와 관통하는 혼합유 배출관(23,33);

내부에 냉각수가 흐르고 상기 본체(21,31) 측면 중앙부를 통해 상기 혼합유 투입실(21a,31a)의 외주면 중앙부를 감싸도록 설치되며 상기 혼합유 투입실(21a,31a)에 투입된 혼합유를 냉각시켜 상기 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지시키는 냉각수관(24,34);

원통 혹은 직육면체 혹은 정육면체 형상의 몸체(25a,35a) 하단에 플랜지(25b,35b)가 형성되어 있고, 상기 플랜지(25b,35b) 하단에 상기 본체(21,31) 상 면의 혼합유 투입실(21a,31a)의 내벽면과 일정 간격의 혼합유 투입 공간을 유지하도록 상기 혼합유 투입실(21a,31a)로 삽입되는 돌출부(25c,35c)가 연장 형성되어 있으며, 상기 플랜지(25b,35b)가 상기 혼합유 투입실(21a,31a)의 상단 개구부 가장자리에 걸려 고정되고, 상기 혼합유 투입실(21a,31a) 내부로 투입된 혼합유에 대하여 상기 혼합유 투입실(21a,31a)의 저면과 외주면 방향으로 20±5Khz의 초음파를 10∼15초 동안 조사하여 혼합유의 연료와 물이 응집되게 유화시키는 초음파 진동자(25,35);

상기 초음파 진동자(25,35)의 플랜지(25b,35b)를 개재하여 상기 본체(21,31) 상면과 볼트 결합 혹은 스크루 결합하여 상기 초음파 진동자(25,35)의 몸체를 상기 본체(21,31) 상면에 고정하는 진동자 고정링(26,36); 및

상기 초음파 진동자(25,35)의 몸체(25a,35a)와 결합하여 상기 초음파 제어기(60)의 초음파 발생용 전기에너지를 상기 초음파 진동자(25,35)로 전달하는 진동 전달부(27,37);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 유화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제4초음파 조사기(40)는

연료 65∼70 중량%와 물 30∼35 중량%가 혼합된 혼합유가 투입 및 배출되는 투입구(41a)와 배출구(41b)가 좌측 상면과 우측 저면 혹은 좌측 저면과 우측 상면 혹은 양측면에 형성되어 있는 직육면체 형상의 중공형 본체(41)와;

상기 본체(41) 내부로 투입된 혼합유에 대하여 상기 본체(41)의 직각 평면 형상의 저면에서 상면 방향으로 40±5Khz의 초음파를 3∼5분 동안 조사하여 혼합유의 연료와 물이 응집되게 유화시키는 다수의 초음파 진동자(42); 및

내부에 냉각수가 흐르고 상기 본체(41) 내부를 관통하도록 설치되며 상기 본체(41) 내부로 투입된 혼합유를 냉각시켜 상기 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지시키는 냉각수관(43);

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 유화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 고속회전믹서(50)는

3000∼4000rpm의 회전속도를 가지는 고속모터(51)와;

상기 고속모터(51)의 회전축(51a)에 일정 간격으로 고정되며, 원판형 몸체(52a) 중앙부의 회전축 고정공(52a1) 주변에 다수의 혼합유 분쇄공(52a2)이 형성되어 있고, 몸체(52a)의 둘레를 따라 일정 간격으로 다수의 혼합유 분쇄 돌기(52a3)가 형성되어 있는 다수의 임펠러(52);

상기 고속모터(51)의 회전축(51a)과 다수의 임펠러(52)를 수용하며, 혼합유가 투입 및 배출되는 투입구(53a)와 배출구(53b)가 좌측 상면과 우측 저면 혹은 좌측 저면과 우측 상면에 형성되어 있고, 혼합유가 내부로 투입되면 이 혼합유를 3000∼4000rpm으로 3∼5분 동안 고속회전시킴으로써 연료와 물이 고도로 응집된 유화 상태를 유지하면서 수적(水滴)의 크기가 완전 연소 가능한 50∼100μ 크기로 형 성된 유화 연료를 생성하는 직육면체 형상의 중공형 본체(53);

상기 본체(53) 외주면과 일정 간격을 두고 냉각수 충전 공간을 구비하면서 상기 본체(53)를 밀봉 커버하며, 상기 본체(53)의 혼합유 투입구(53a)와 배출구(53b)가 관통하여 외부로 노출되고, 냉각수가 투입 및 배출되는 투입구(54a)와 배출구(54b)가 좌측 상면과 우측 저면 혹은 좌측 저면과 우측 상면에 형성되어 있으며, 혼합유가 본체(53) 내부로 투입되면 혼합유를 냉각시켜 상기 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지시키는 중공형 냉각수관(54); 및

상기 고속모터(51)와 본체(53)를 지지하는 브래킷(55);

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 유화 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 고속회전믹서(50)에 의해 생성된 유화 연료를 특정 고압으로 압축하여 배출하는 고압펌프(70); 및

상기 고압펌프(70)에서 배출되는 유화 연료를 공급받아 분사, 연소시키는 유화 연료 버너(80);

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 유화 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 고속회전믹서(50)와 고압펌프(70) 사이에 설치되어 상기 유화 연료에 포함된 이물질 제거하는 연료필터(90)를 더 포함하는 것을 특징 으로 하는 연료 유화 시스템.
연료 65∼70 중량%와 물 30∼35 중량%가 혼합된 혼합유를 제1초음파 조사기(10) 내부로 투입하고 28±5Khz의 초음파를 3∼5분 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 혼합유의 연료와 물이 응집되게 1차 유화시키는 제1과정(S100)과;

1차 유화된 혼합유를 제2초음파 조사기(20) 내부로 투입하고 20±5Khz의 초음파를 10∼15초 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 1차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 2차 유화시키는 제2과정(S110);

2차 유화된 혼합유를 제3초음파 조사기(30) 내부로 투입하고, 20±5Khz의 초음파를 10∼15초 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 2차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 3차 유화시키는 제3과정(S120);

3차 유화된 혼합유를 제4초음파 조사기(40) 내부로 투입하고 40±5Khz의 초음파를 3∼5분 동안 혼합유에 조사하여 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 3차 유화된 혼합유의 연료와 물이 응집되게 4차 유화시키는 제4과정(S130); 및

4차 유화된 혼합유를 고속회전믹서(50)로 투입하고 혼합유의 온도를 15∼20℃로 유지하면서 이 혼합유를 3000∼4000rpm으로 3∼5분 동안 고속회전시킴으로써 연료와 물이 고도로 응집된 유화 상태를 유지하면서 수적(水滴)의 크기가 완전 연소 가능한 50∼100μ 크기로 형성된 유화 연료를 생성하는 제5과정(S140);

으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 유화 방법.