KR20110011092A

KR20110011092A - 유화 혼합장치

Info

Publication number: KR20110011092A
Application number: KR1020090068557A
Authority: KR
Inventors: 정민아
Original assignee: 정민아; 주식회사 청정
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2011-02-08

Abstract

본 발명은 재생유와 혼합재 상호간의 혼합 시간을 단축시킴으로써 바이오 연료를 생성하기 위한 전체 제조공정을 크게 단축시킬 수 있는 유화 혼합장치에 관한 것으로, 내부에 재생유를 저장하는 제1 저장탱크, 상기 제1 저장탱크를 가열하는 히터, 상기 제1 저장탱크에 저장된 재생유를 외부로 순환 이송시키는 순환파이프, 상기 순환파이프의 길이방향 임의 지점에 설치되는 순환펌프, 내부에 혼합재를 저장하고 일단이 상기 유화 혼합수단과 연통되는 제2 저장탱크, 및 상기 순환파이프의 길이방향 임의 지점에 설치되며, 상기 제1 저장탱크의 재생유와 상기 제2 저장탱크의 혼합재를 상호 혼합시키는 유화 혼합수단으로 구성된 것을 특징으로 하므로 재생유와 혼합재가 소용돌이 작용에 의해 혼합되는 혼합 효율성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 에스테르화 반응 시간을 빠르게 단축시킬 수 있어 바이오 연료를 생성하기 위한 전체 제조공정 및 생산성을 한층 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

바이오 연료, 혼합장치, 유화 혼합수단, 순환파이프, 압력전달수단

Description

유화 혼합장치{Emulsion mixing device}

본 발명은 유화 혼합장치에 관한 것으로, 특히 재생유와 혼합재 상호간의 혼합 시간을 단축시킴으로써 바이오 연료를 생성하기 위한 전체 제조공정을 크게 단축시킬 수 있는 유화 혼합장치에 관한 것이다.

현재 우리가 사용하고 있는 에너지원은 대부분 석유, 석탄 등과 같은 화석원료이므로 에너지 수급, 환경오염 등 많은 문제를 노출하고 있다.

따라서, 이를 해결하기 위한 다양한 형태의 대체 에너지원 개발 노력이 활발하게 이루어지고 있으며, 그 중에 하나가 생물체가 만들어내는 유기물인 바이오매스(Biomass)로부터 생산되는 지속가능한 원료인 바이오원료(Biofuel)가 있다.

바이오원료의 종류로는 바이오에탄올(Bioethanol), 메탄올(Methanol), 바이오디젤(Biodiesel), 메탄가스 등이 있으며, 이중 동물 또는 식물의 지방 또는 재생유(폐식용유)로부터 만들어지는 바이오디젤이 운송수단의 원료, 즉 디젤 엔진의 원료로 가장 널리 사용되고 있다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 종래기술에 따른 바이오 연료를 제조하기 위 한 제조장치를 개략적으로 설명한다.

도시한 바와 같이, 바이오 연료 제조장치는 반응기(110)와, 상기 반응기의 외부에는 온도센서(101), 가열장치(103), 냉각기(105), 온도조절장치(104)가 구비되고, 상기 반응기(110)의 내부에는 모터(108)축에 교반기(102)가 수직방향으로 장착되어 있다.

구체적으로, 재생유를 상기 반응기(110)의 시료주입구(미도시)로 투입하고 다시 혼합재를 반응기(110)의 내부로 투입한 후, 가열하는 동시에 혼합하면서 에스테르화 반응을 시키고, 상기 반응기(110)의 외벽에 설치된 냉각기(105)의 물주입구(106)와 출구(107)를 통해 냉각한다.

상기 반응기(110)에서 에스테르화 반응이 종료되면, 도 2에 도시한 바와 같이, 저장탱크(112)로 이송하여 증류탑(113)에서 메탄올을 증류시켜 콘덴서(114)에서 응축하여 저장조(115)로 이송하고, 증류탑(113) 하부로부터 글리세린과 메틸에스테르를 회수하여 저장조(116) 에서 글리세린을 분리한 후, 이송장치(117)와 저장조(118)를 거쳐 제2증류탑(119)에서 증류시켜 분리기(120)를 거쳐 메틸에스테르는 저장조(121)에 회수하고 가스는 배출기(122)를 통해 외부로 배출하여 바이오디젤을 생산하는 것이다.

그러나, 상기 반응기(110) 내부에 저장된 일정량의 재생유와, 이 재생유에 대하여 일정비율로 혼합시키는 혼합재의 투입작업이 수작업으로 진행되었고, 이들을 상호 혼합시켜 에스테르화 반응을 유도하는 교반기를 이용한 혼합방식은 혼합시 간이 많이 소요됨에 따라 전체 바이오 연료의 제조하기 위한 공정을 크게 지연시키는 문제점이 있었다.

또한, 상기 반응기(110) 내에서 재생유와 혼합재를 혼합시키는 교반기(102)는 그 작용에 따른 전력와 소음을 크게 발생시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발명의 목적은 재생유를 에스테르화로 변환시키는데 필요한 혼합재를 비율에 맞추어 자동적으로 투입시킬 수 있을 뿐만 아니라 그 상호간의 혼합 효율성을 크게 향상시켜 바이오 연료의 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 유화 혼합장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 교반기의 사용을 배재시켜 그에 따른 소비전력과 소음을 동시에 차단시킬 수 있는 유화 혼합장치를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 유화 혼합장치는,

내부에 재생유를 저장하는 제1 저장탱크,

상기 제1 저장탱크를 가열하는 히터,

상기 제1 저장탱크에 저장된 재생유를 외부로 순환 이송시키는 순환파이프,

상기 순환파이프의 길이방향 임의 지점에 설치되는 순환펌프,

내부에 혼합재를 저장하고 일단이 상기 유화 혼합수단과 연통되는 제2 저장탱크, 및

상기 순환파이프의 길이방향 임의 지점에 설치되며, 상기 제1 저장탱크의 재생유와 상기 제2 저장탱크의 혼합재를 상호 혼합시키는 유화 혼합수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 유화 혼합수단은 본체부와, 상기 본체부의 일단에 설치되어 재생유의 유속을 단속하는 유속조절부와, 상기 본체부의 내부 압력에 따라 상기 유속조절부의 개방량을 조절하는 압력전달수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압력전달수단은 상기 본체부의 설치되는 제1 다이어프램과, 상기 유속조절부에 설치되는 제2 다이어프램과, 상기 제1 다이어프램과 제2 다이어프램 사이에 개재되는 압력전달파이프로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 유속조절부에는 상기 제2 저장탱크의 혼합재 이송파이프가 결합되는 결합홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 순환파이프의 길이방향 임의 지점에는 상기 제1 저장탱크의 외주연을 따라 나선형으로 권취하는 나선구역이 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 재생유와 혼합재는 상기 유화 혼합수단 내에서 소용돌이를 일으키며 혼합되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 유화 혼합장치의 구성들은 케이스 내부에 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 저장탱크에는 히터에 의해 가열된 온기를 소정 시간동안 유지시키는 홀더가 장착되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 혼합재 이송파이프의 길이방향 임의 지점에는 상기 유화 혼합수단에 투입되어야할 혼합재투입량을 제어할 수 있는 제어밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 상기 유화 혼합수단을 사용함으로써 재생유와 혼합재가 소용돌이 작용에 의해 혼합되는 혼합 효율성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 에스테르화 반응 시간을 빠르게 단축시킬 수 있어 바이오 연료를 생성하기 위한 전체 제조공정 및 생산성을 한층 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 교반기 사용을 배제시킴으로써 소비전력 및 작동소음 등을 모두 해소할 수 있는 장점이 있다.

설명에 앞서, 본 발명 따른 유화 혼합장치(1000)는 바이오 연료용 유화 혼합장치에 대하여 실시예를 적용하였으나, 반드시 바이오 연료용에 않는 통상의 연료를 혼합시키기 위한 장치에 적용할 수 있다.

이하, 첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 유화 혼합장치(1000)는 내부에 재생유를 저장하는 제1 저장탱크(100)와, 상기 제1 저장탱크(100)를 가열하는 히터(200)와, 상기 제1 저장탱크(100)에 저장된 재생유를 외부로 순환 이송시키는 순환파이프(300)와, 상기 순환파이프(300)의 길이방향 임의 지점에 설치되는 순환펌프(400) 와, 상기 순환파이프(300)의 길이방향 임의 지점에 설치되는 유화 혼합수단(500)과, 내부에 혼합재를 저장하고 일단이 상기 유화 혼합수단(500)과 연통되는 제2 저장탱크(600)와, 상기 재생유와 혼합재가 혼합되어 에스테르화 된 유화를 외부로 배출시키는 배출파이프(700)로 구성된다.

먼저, 상기 제1 저장탱크(100)는 내부에 재생유를 저장할 수 있는 저장공간부(101)를 형성한 원통형으로 제작하되, 그 원통형의 하부는 내부에 저장된 재생유가 외부로의 배출이 용이하게 이루어질 수 있도록 호퍼 형태로 형성하는 것이 좋다.

그리고, 상기 제1 저장탱크(100)의 상단 임의 지점에는 재생유가 투입되는 개방부(102)를 형성하고, 이 개방부(102)는 힌지 회동하는 개폐용 커버(110)에 의해 마감된다.

또한, 상기 제1 저장탱크(100)의 상단에는 재생유의 온도를 감지할 수 있는 온도감지 센서(120)가 설치된다.

아울러, 상기 제1 저장탱크(100)의 하부 둘레에는 후술할 히터(200)에 의해 가열된 온기를 소정 시간동안 유지시킬 수 있는 보온홀더(130)가 추가적으로 장착되는 것이 좋다.

상기 히터(200)는 가열부(210)가 상기 제1 저장탱크(100) 내에 배치되어 재생유를 일정 온도까지 가열시키는 역할을 수행한다.

이는, 제1 저장탱크(100) 내에 저장된 재생유의 점성을 약화시켜 외부로 이송되는 재생유의 이송 속도를 빠르게 진행시킬 뿐만 아니라 혼합재(메톡시)와의 혼 합시, 혼합 효율성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 순환파이프(300)는 상기 제1 저장탱크(100)에 저장된 재생유를 외부로 순환 이송시키는 역할을 수행하는 것으로, 소정의 길이를 가지며 그 길이방향의 일단과 타단은 각각 상기 제1 저장탱크(100)의 하단부와 상부 임의 지점에 연통 연결된다.

특히, 상기 순환파이프(300)의 길이방향 임의 지점에는 상기 제1 저장탱크(100)의 외주연을 따라 나선형으로 권취하는 나선구역(301)을 형성하도록 한다.

이는, 후술할 유화 혼합수단(500)을 통해 재생유와 혼합재의 혼합유지 상태를 길게 연장시킴으로써 상호간의 혼합 효율성을 한층 향상시키기 위함이다.

상기 순환펌프(400)는 상기 순환파이프(300)의 길이방향 임의 지점에 설치되는 것으로, 상기 제1 저장탱크(100) 내에 저장되어 있는 재생유가 순환파이프(300)의 내경을 따라 강제 압송된 후 다시 제1 저장탱크(100)로 복귀하는 일련의 순환 과정을 반복적으로 이루어질 수 있도록 한다.

이러한, 상기 순환펌프(400)는 작업자의 의도에 따라 동작 시간을 제어할 수 있도록 한다.

한편, 유화 혼합수단(500)은 상기 순환파이프(300)의 길이방향 임의 지점에 설치되는 것으로, 상기 순화펌프(400)에 의해 이송되는 재생유와 후술할 제2 탱크(600)내에 저장된 혼합재가 상호 혼합될 수 있게 하는 역할을 수행한다.

구체적으로, 도 4와 도 5에 도시한 바와 같이 상기 유화 혼합수단(500)은 본체부(510)와, 상기 본체부(510)의 일단에 설치되어 재생유의 유속을 단속하는 유속 조절부(520)와, 상기 본체부(510)의 내부 압력에 따라 상기 유속조절부(520)의 개방량을 조절하는 압력전달수단(530)으로 구성된다.

여기서, 상기 유속조절부(520)는 외부 압력에 대하여 상하방향으로 슬라이드 이동하는 단속로드(521)와 상기 단속로드(521)를 탄력적으로 지지하는 스프링(522)으로 이루어진다.

또한, 상기 유속조절부(520)에는 상기 제2 저장탱크(600)에 연결된 혼합재 이송파이프(610)가 결합되는 결합홀(501)이 형성된다.

즉, 상기 재생유와 혼합재는 상기 유속조절부(520)를 매개로 하여 유입됨과 동시에 본체부(510)로 배출시 분출력에 의한 소용돌이를 발생시킴에 따라 상호간의 혼합이 용이하게 이루어지게 된다.

구체적으로, 순환파이프(200)를 통하여 유속조절부(520)에 도달한 재생유는 단속로드(521)에 의해 본체부(510)로 향하는 입구가 좁아진 경로를 통과하는 과정에서 유속의 속도가 빨라지게 된다. 이때, 결합홀(501)을 통해 유입되는 혼합재가 함께 본체부(510)를 향하여 배출되고 이후 좁은 입구를 빠른 속도로 통과한 유체는 급격하게 넓은 본체부(510) 내부에서 분출되게 된다. 이 분출되는 과정에서 소용돌이를 발생시킴으로써 상기 재생유와 혼합재가 고르게 혼합되는 것이다.

상기 압력전달수단(530)은 상기 본체부(510) 내부 압력이 항상 일정하게 유지할 수 있도록 상기 유속조절부(520)의 개방량을 조절하기 위한 압력을 전달하는 역할을 수행한다.

여기서, 상기 압력전달수단(530)은 상기 본체부(510)의 설치되는 제1 다이어 프램(531)과, 상기 유속조절부(520)에 설치되는 제2 다이어프램(532)과, 상기 제1 다이어프램(531)과 제2 다이어프램(532) 사이에 개재되는 압력전달파이프(533)로 구성된다.

즉, 상기 본체부(510)의 내부 압력이 높을 경우, 그 압력이 상기 제2 다이어프램(532), 압력전달파이프(533), 제1 다이어프램(531)을 순차적으로 거쳐 상기 유속조절부(520)의 스프링(522)을 가압하게 된다. 이때, 상기 스프링(522)과 함께 연동하는 단속로드(521)가 개방 유격을 좁혀 유량을 제한하여 상기 본체부(510)의 내부압력을 낮출 수 있게 한다. 이후 상기 본체부(510)의 내부 압력이 일정하게 유지되면 상기 스프링(522)이 탄성복원 작용에 의해 상기 단속로드(521)를 상승시키켜 재생유의 흐름을 원할하게 한다.

따라서, 상기 단속로드(521)는 상기 스프링(522)에 의해 본체부(510) 내부 압력을 일정하게 유지시키기 위한 승하강 작동을 반복적으로 실시하게 된다.

한편, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 제2 저장탱크(600)는 내부에 혼합재를 저장하는 곳으로, 앞서 설명한 제1 저장탱크(100)와 동일한 구조로 이루어진다.

그리고, 상기 제2 저장탱크(600)에는 일단이 상기 유화 혼합수단(500)과 연통되는 혼합재 이송파이프(610)가 설치된다.

또한, 상기 혼합재 이송파이프(610)의 길이방향 임의 지점에는 상기 유화 혼합수단(500)에 투입되어야할 혼합재 양을 제어할 수 있는 제어밸브(620)가 설치된다.

아울러, 상기 배출파이프(700)는 재생유와 혼합재가 상호 혼합되고 각 구성 을 통한 일련의 순환 과정을 거쳐 완성된 에스테르화 유화를 외부로 배출시키는 역할을 수행한다.

그리고, 본 발명에 따른 유화 혼합장치(1000)의 각 구성들은 별도로 마련된 케이스(800) 내부에 배치될 수 있다.

아울러, 도면에는 도시하지 않았지만 상기 케이스에는 전술한 각 구성장치들을 통합하여 제어할 수 있는 컨트롤제어부가 설치된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 유화 혼합장치(1000)는 상기 유화 혼합수단(500)을 사용함으로써 재생유와 혼합재가 소용돌이 작용에 의해 혼합되는 혼합 효율성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 에스테르화 반응 시간을 빠르게 진행시킬 수 있어 바이오 연료를 생성하기 위한 전체 제조공정 및 생산성을 한층 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1과 도 2는 종래기술에 따른 바이오 연료를 제조하기 위한 혼합장치 및 제조공정을 나타낸 단면도와 개략도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유화 혼합장치를 나타낸 구성도이다.

도 4는 도 2의 유화 혼합수단을 나타낸 단면도이다.

도 5는 도 4의 유속조절부를 나타낸 사시이도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 제1 저장탱크 200 : 히터

300 : 순환파이프 400 : 순환펌프

500 : 유화 혼합수단 600 : 제2 저장탱크

700 : 배출파이프 800 : 케이스

Claims

내부에 재생유를 저장하는 제1 저장탱크,

상기 제1 저장탱크를 가열하는 히터,

상기 제1 저장탱크에 저장된 재생유를 외부로 순환 이송시키는 순환파이프,

상기 순환파이프의 길이방향 임의 지점에 설치되는 순환펌프,

내부에 혼합재를 저장하고 일단이 상기 유화 혼합수단과 연통되는 제2 저장탱크, 및

상기 순환파이프의 길이방향 임의 지점에 설치되며, 상기 제1 저장탱크의 재생유와 상기 제2 저장탱크의 혼합재를 상호 혼합시키는 유화 혼합수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 유화 혼합장치.
제1항에 있어서,

상기 유화 혼합수단은,

본체부와,

상기 본체부의 일단에 설치되어 재생유의 유속을 단속하는 유속조절부와,

상기 본체부의 내부 압력에 따라 상기 유속조절부의 개방량을 조절하는 압력전달수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 유화 혼합장치.
제2항에 있어서,

상기 압력전달수단은,

상기 본체부의 설치되는 제1 다이어프램과,

상기 유속조절부에 설치되는 제2 다이어프램과,

상기 제1 다이어프램과 제2 다이어프램 사이에 개재되는 압력전달파이프로 구성된 것을 특징으로 하는 유화 혼합장치.
제2항에 있어서,

상기 유속조절부에는 상기 제2 저장탱크의 혼합재 이송파이프가 결합되는 결합홀이 형성된 것을 특징으로 하는 유화 혼합장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 순환파이프의 길이방향 임의 지점에는 상기 제1 저장탱크의 외주연을 따라 나선형으로 권취하는 나선구역이 형성된 것을 특징으로 하는 유화 혼합장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 재생유와 혼합재는 상기 유화 혼합수단 내에서 소용돌이를 일으키며 혼합되는 것을 특징으로 하는 유화 혼합장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유화 혼합장치의 구성들은 케이스 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 유화 혼합장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 저장탱크에는 히터에 의해 가열된 온기를 소정 시간동안 유지시키는 홀더가 장착되는 것을 특징으로 하는 유화 혼합장치.
제3항에 있어서,

상기 혼합재 이송파이프의 길이방향 임의 지점에는 상기 유화 혼합수단에 투입되어야할 혼합재투입량을 제어할 수 있는 제어밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 유화 혼합장치.