KR20110110535A - 연소기구용 혼합연료 공급방법 및 장치 - Google Patents

연소기구용 혼합연료 공급방법 및 장치 Download PDF

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KR20110110535A KR1020100029906A KR20100029906A KR20110110535A KR 20110110535 A KR20110110535 A KR 20110110535A KR 1020100029906 A KR1020100029906 A KR 1020100029906A KR 20100029906 A KR20100029906 A KR 20100029906A KR 20110110535 A KR20110110535 A KR 20110110535A
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Abstract

본 발명은 균질한 혼합연료를 공급하고, 혼합연료의 유수분리를 장시간 발생시키지 않으며, 연소효율을 향상시키도록 한 연소기구용 혼합연료 공급방법 및 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 맷돌식 펌프를 통해 원유와 물을 흡입하여 나노의 액적 상태로 송출하고, 원유와 물을 믹싱유닛을 통해 통과시켜 혼합유탱크에 교반 및 분사하며, 혼합연료를 맷돌식 펌프로 흡입하여 혼합유탱크에 공급하되, 믹싱유닛을 통해 혼합연료를 통과시킴과 동시에 혼합유탱크에 공급된 혼합연료를 함께 흡입하여 분사시키는 것을 반복하고, 혼합연료를 버너에 공급하여 혼합연료를 연소시키며, 버너에서 미연소된 유적을 화구 보유열에 의해 연소시키는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 따라, 맷돌식 펌프의 구동을 통해 혼합연료를 나노의 액적 상태로 송출하고, 믹싱유닛을 통해 혼합유탱크에 고속으로 교반 및 분사함으로써, 혼합연료의 혼합도를 최적 상태로 만들고, 혼합연료의 유수분리가 장시간 일어나지 않게 하는 효과가 있으며, 화구열에 의해 미연소된 초미립자 유적을 연소하여 연소효율을 극대화하고, 공해물질 배출을 저감할 수 있는 효과도 있다.

Description

연소기구용 혼합연료 공급방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REFUELING EMULSION FUEL IN THE BURNER}
본 발명은 혼합연료 공급방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 맷돌타입의 펌프와 베르누이원리를 이용한 믹싱유닛을 통해 혼합연료에 사용되는 사용유체들을 나노 미립자 형태로 분쇄하여 혼합하고, 일정한 양으로 공급함으로써, 혼합연료의 혼합도를 향상시켜 균질한 혼합연료를 생산하고, 유수분리를 장시간 발생시키지 않으며, 연소효율 극대화와 함께 공해물질의 배출을 저감할 수 있도록 한 연소기구용 혼합연료 공급방법 및 장치에 관한 것이다.
통상적으로 화석연료를 연소시킬 때 그을음(Black dust), 황산화물(SOx), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2)나 질소산화물(NOx) 같은 공해 물질이 배출되어 쾌적한 환경을 오염시키는 주원인이 되고 있다.
이에, 최근에는 녹색 환경 대기 공해방지 대책의 일환으로 화학적으로 혼합되지 않는 두 개의 액체를 혼합한 혼합유가 여러 산업분야에서 활용 및 응용되고 있으며, 이 혼합유는 에너지의 효율 향상과 공해방지에 상당한 효과가 있는 것으로 밝혀져 화석연료에 물을 혼합한 혼합유 타입의 연료 사용에 관하여 많은 연구가 수행되고 있다.
물과 혼합된 혼합유는 화석연료 단독으로 사용되는 것 보다 에너지 및 환경적 측면에서 유익하며, 이에 따라 환경부에서는 대기오염 방지시설(연소 보조 장치)의 성능기준 및 검사법(환경부 고시 제2001-35호)을 고시하고 혼합유의 사용을 권장하고 있다.
화석연료와 혼합연료의 연소 비교 측면에서 화석연료에서 발생하는 공해물질이 발생하는 과정과 혼합연료를 사용 하였을 때 공해물질이 저감되는 원리는 다음과 같다.
먼저, 질소산화물(NOx)이 생성되는 원인은 공기 중 질소의 연소과정에서 NO, NO2, N2O5 등(이들을 모두 포함하여 NOx로 표기함)을 생성시키게 되는데, 이런 화학반응은 1500℃ 이상의 국부 고온에서 생성된다.
따라서, NOx의 생성을 억제 시켜 주는 방법은 최고화염온도를 1500℃ 이하로 억제 시켜 주는 것인데, 이를 위해 연료와 물이 미립자 상태로 균일하게 분산되어 혼합된 에멀젼 연료를 연소시켜 주게 되면 물의 증발 잠열과 수증기의 현열(Sensible heat) 상승으로 화염열의 연소온도가 저하되고, 이를 이용하여 화염온도를 1500℃ 이하로 유지시켜 줄 수 있어 NOx의 생성이 억제되는 것이다.
이와 같이, NOx의 결합반응이 떨어지게 되면 연소효율이 개선되고, NOx량이 줄어들며, 그을음(Black dust), 황산화물(SOx), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 등 미연소 입상물질의 저감 효과도 함께 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기한 에멀젼 연료는 점화 후 급속히 기화한 물 입자가 주위의 기름을 날려버리는 마이크로 폭발이 일어나 연소방식 효율이 높아져 산화물의 배출도 억제되는 특징이 있는데, 에멀젼 연료를 버너의 분사노즐을 통하여 분무하면 연료 중의 물 입자가 고열에 의해 급팽창하면서 미세폭발(Micro Explosion)을 일으켜 둘러싸고 있는 기름 입자를 더욱 미세하게 분사시켜, 화염 중에서 산소와의 접촉면적이 증대됨으로써 완전연소를 촉진할 수 있는 것이다.
한편, 도 1은 상기한 에멀젼 연료에 관한 종래 기술 중 국내 공개특허공보 제1998-086346호(공개일, 1998. 12. 5)로 공개된 "에멀션 연료 제조방법과 장치, 에멀션 연료 연소장치 및 에멀션 연료 제조공급장치"에 대한 것으로, 간단하게 살펴보면 석유연료, 물 및 계면활성제를 혼합시키고 소정의 교반속도로 이 혼합액을 교반함으로써 초기상 에멀션을 제조하고, 상기 제조된 초기상 에멀션과 물을 혼합하고 나서 선행 교반속도보다 느린 교반속도로 이 혼합액을 교반함으로써 에멀션연료를 제조하게 된다.
그러나, 상기한 종래 기술은 교반팬(20A)(20B)의 회전방식으로 교반하게 됨으로써, 교반 과정에서 교반팬(20A)(20B) 회전방향의 축선으로 공기가 혼입되는데, 연료와 물의 입자가 균일하지 못한 상태에서 일정 시간 회전을 시키면 혼합 유체의 내부에 공기가 혼입되어 공동현상(cavitation)이 발생하게 되고, 이로 인해 사용유체의 점도가 마치 진흙과 같이 매우 높아져 버너 펌프 등에서 연료를 흡입할 수 없는 치명적인 문제점이 발생되었다.
또한, 종래 기술에서 비록 도면으로 도시하고 있지는 않으나 대부분의 에멀젼 연료 공급장치는 화석연료, 물, 계면활성제를 정량 펌프 등을 통해 공급하는 구조이므로, 일정 시간의 펌프 구동에 따른 오차에 의해 연료 혼합비를 일정하게 유지할 수 없는 문제점도 있었다.
아울러, 상기한 연료 혼합비율의 부정확성과 불안정한 연료 공급 시스템으로 인해 에멀젼 연료가 지속적으로 균일하게 공급되지 않게 되고, 또 혼합유가 불균질하게 혼합되어 유수분리가 빠르게 발생하게 되며, 이로 인해 연소과정에서 연소가 쉽게 중단되는 문제점이 발생되었다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제1998-086346호
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 맷돌타입의 펌프와 베르누이원리를 이용한 믹싱유닛을 통해 혼합연료에 사용되는 사용유체들을 나노 미립자 형태로 분쇄하여 혼합함으로써, 혼합물간 계면활성력을 발생시켜 혼합연료의 혼합도를 최적 상태로 만들고, 혼합연료의 유수분리를 장시간 발생시키지 않아 연소효율을 극대화시킬 수 있도록 한 연소기구용 혼합연료 공급방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 혼합연료에 사용되는 사용유체들을 일정하게 공급 및 유지하여 균질한 혼합연료를 생산할 수 있도록 한 연소기구용 혼합연료 공급방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 혼합연료에 균일 분포된 물의 미립자와 공기와의 접촉면적을 넓혀 연소효율을 높이고, 화구의 보유열을 통해 버너에서 미연소된 유적을 연소하여 연소효율 극대화와 함께 공해물질의 배출을 저감할 수 있도록 한 연소기구용 혼합연료 공급방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 혼합연료 공급방법은, 맷돌식 펌프의 구동을 통해 원유공급원과 물공급원으로부터 원유와 물을 일정 비율로 흡입하되, 흡입된 상기 원유와 물을 으깨어 나노의 액적 상태로 분리하고 송출하는 단계와; 맷돌식 펌프에서 송출된 원유와 물을 믹싱유닛을 통해 고속으로 통과시켜 혼합유탱크 내부에 교반 및 분사하는 단계와; 상기 혼합유탱크에서 송출되는 혼합연료를 맷돌식 펌프를 통해 흡입하여 혼합유탱크에 나노 액적 상태로 공급하되, 믹싱유닛을 통해 상기 혼합연료를 고속으로 통과시킴과 동시에 혼합유탱크 내부에 공급되어 있는 혼합연료를 믹싱유닛의 흡입구를 통해 함께 흡입하여 고속으로 교반 및 분사시키고, 상기 혼합연료를 정해진 교반시간만큼 맷돌식 펌프와 혼합유탱크를 통해 반복 순환시키는 단계와; 정해진 교반시간 이 후 혼합유탱크에 공급된 혼합연료를 버너에 공급하여 혼합연료를 1차 연소시키는 단계와; 상기 버너에서 미연소된 나노 액적 상태의 유적을 화구로 공급하여 화구 보유열에 의해 2차 연소시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 믹싱유닛은, 노즐에서 액상의 유체를 분사하는 경우 상기 노즐 단부에 장착된 흡입구를 통해 주위의 유체를 흡입하고, 상기 노즐에서 분사되는 유체와 흡입구에서 흡입되는 유체가 출구가 확개된 디퓨져를 고속으로 통과하면서 액상의 혼합유체를 교반 및 분사시킨다.
그리고, 상기 맷돌식 펌프와 원유공급원 사이에 유량계와 유량조절밸브를 설치하여 원유 공급량을 조절하고, 상기 맷돌식 펌프와 물공급원 사이에 유량계와 유량조절밸브를 설치하여 물 공급량을 조절한다.
또한, 상기 버너의 사용을 일시적으로 중지하여 혼합유탱크 내부의 혼합연료를 사용하지 않는 경우에는, 맷돌식 펌프를 통해 혼합유탱크에 수용된 혼합연료를 흡입하여 혼합유탱크에 다시 공급하는 것을 반복 순환한다.
또, 상기 혼합유탱크에 남겨진 혼합연료가 미리 설정된 기준치 이하로 떨어지는 경우, 맷돌식 펌프의 구동을 통해 원유와 물을 재공급받아 필요한 만큼의 혼합연료를 반복 생산한다.
그리고, 상기 맷돌식 펌프에는 계면활성제공급원을 더 연결 설치하여 필요에 따라 계면활성제를 혼합연료에 첨가할 수 있고, 상기 맷돌식 펌프와 계면활성제공급원 사이에는 유량계와 유량조절밸브를 설치하여 계면활성제의 공급량을 조절한다.
한편, 본 발명의 혼합연료 공급장치는, 원유공급원과 물공급원에 연결되어 원유와 물을 각각 흡입하되, 흡입되는 원유와 물을 으깨어 나노의 액적 상태로 분리하여 송출하는 맷돌식 펌프와; 상기 맷돌식 펌프에서 송출되는 원유와 물을 믹싱유닛을 통해 내부에 고속으로 교반 및 분사시켜 혼합연료를 공급받는 혼합유탱크와; 상기 혼합유탱크와 연결되어 혼합유탱크에서 송출되는 혼합연료를 연소시키는 버너와; 상기 버너에서 미연소된 혼합연료 중의 유적을 연소시키도록 버너와 연결된 화구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 믹싱유닛은, 액상의 유체를 분사하는 노즐과; 상기 노즐 단부에 장착되어 주위의 유체를 흡입하는 흡입구와; 상기 노즐에서 분사되는 유체와 흡입구에서 흡입되는 유체가 함께 고속으로 통과되면서 교반 및 분사될 수 있도록 출구가 확개된 형태로 흡입구 단부에 장착한 디퓨져를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 맷돌식 펌프와 원유공급원 사이에 원유의 공급량을 조절할 수 있도록 유량계와 유량조절밸브를 설치하고, 상기 맷돌식 펌프와 물공급원 사이에 물의 공급량을 조절할 수 있도록 유량계와 유량조절밸브를 설치한다.
그리고, 상기 맷돌식 펌프에는 혼합유탱크에 계면활성제를 공급할 수 있는 계면활성제공급원을 더 연결 설치하고, 상기 맷돌식 펌프와 계면활성제공급원 사이에 계면활성제의 공급량을 조절할 수 있도록 유량계와 유량조절밸브를 설치한다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 맷돌식 펌프의 구동을 통해 혼합연료에 사용된 사용유체들은 맷돌 원리가 적용되어 으깨지듯 분쇄 및 분리가 일어나게 됨으로써, 사용유체 덩어리들을 나노의 액적 상태로 분리 및 송출할 수 있게 되고, 또한 송출된 사용유체들은 베르누이원리가 적용된 믹싱유닛을 통해 고속으로 분사하게 됨으로써, 약 5배 이상의 교반효과로 교반 및 혼합되어 혼합유탱크 내부로 분사될 수 있게 된다.
따라서, 이 같은 순환 반복과정을 통해 혼합연료의 원심작용력과 구심작용력이 동시에 작용함으로써, 혼합물간 계면 활성력이 자연발생적으로 생성되어 균질화된 혼합연료의 혼합도(액적 상태)를 최적 상태로 만들 수 있는 효과가 있고, 혼합연료의 유수분리가 장시간 일어나지 않게 하는 효과도 있다.
그리고, 연료 중에 균일하게 분포된 물의 미립자(30±5㎛)가 1차 연소 초기에 급팽창(미소폭발현상)하여 유적을 타격함과 동시에 초미립화하여 공기와의 접촉면적을 넓혀 연소효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있고, 아울러 2차 연소에서 화구가 보유하고 있던 열이 미연소된 초미립자의 유적을 재연소함으로써, 연소효율을 더욱 높임과 동시에 공해물질의 배출을 저감시킬 수 있는 효과도 있다.
더욱이, 원유공급원과 물공급원 입구에 유량조절밸브와 유량계를 설치하여 항상 일정한 양의 원유 및 물을 공급 및 유지함으로써, 균질한 혼합연료를 생산할 수 있는 효과도 있다.
또한, 하나의 소형 맷돌식 펌프만을 구동하여 원유와 물 유입, 혼합유탱크 교반 등을 실시간 반복하여 혼합연료를 제조함으로써, 에너지 비용 절감분을 상쇄시키지 않으면서 에너지를 절감하여 사용할 수 있는 효과도 있는 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 에멀션 연료 연소장치의 사시도,
도 2는 본 발명에 의한 연소기구용 혼합연료 공급방법의 흐름을 나타낸 흐름도,
도 3은 본 발명에 의한 연소기구용 혼합연료 공급장치의 전체적으로 구성을 나타낸 개략도,
도 4는 본 발명에 의한 믹싱유닛을 확대하여 나타낸 단면도.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3과 도 4는 본 발명의 연소기구용 혼합연료 공급장치에 대해 도시한 것으로, 크게 사용유체 공급원과, 맷돌식 펌프(40)와, 혼합유탱크(50)와, 버너(60) 및 화구(70)로 구성된다.
구체적으로 살펴보면, 먼저 맷돌식 펌프(40)에는 원유를 공급하기 위한 원유공급원(10)과, 물을 공급하기 위한 물공급원(20)을 각각 연결 설치한다. 그리고, 상기 맷돌식 펌프(40)와 원유공급원(10) 사이에는 원유를 일정 비율 정해진 양만큼 맷돌식 펌프(40)에 공급할 수 있도록 유량계(12)와 유량조절밸브(14)를 설치하고, 상기 맷돌식 펌프(40)와 물공급원(20) 사이에는 물을 일정 비율 정해진 양만큼 맷돌식 펌프(40)에 공급할 수 있도록 유량계(22)와 유량조절밸브(24)를 설치한다.
또한, 상기 맷돌식 펌프(40)에는 계면활성제를 공급하기 위한 계면활성제공급원(30)을 연결 설치할 수 있고, 상기 맷돌식 펌프(40)와 계면활성제공급원(30) 사이에는 계면활성제를 일정 비율 정해진 양만큼 맷돌식 펌프(40)에 공급할 수 있도록 유량계(32)와 유량조절밸브(34)를 설치한다.
다만, 상기 계면활성제는 필요한 경우에 한하여 공급되는 것으로, 계면활성제를 공급하기 위한 계면활성제공급원(30)의 구성은 생략할 수도 있다.
계속해서, 맷돌식 펌프(40)는 상기한 사용유체 공급원들과 혼합유탱크(50) 사이에 연결되어 원유와 물 뿐만 아니라, 혼합유탱크(50)에 공급되는 혼합연료를 흡입하는 역할을 하는 것으로, 적어도 30㎏/㎠ 이상의 압력을 가할 수 있는 압력 불평형 타입의 기어펌프 또는 스크류펌프 등이 사용될 수 있다.
이러한, 상기 맷돌식 펌프(40)는 흡입측에서 흡입되는 유체의 압력분포를 작게 흡입하게 되나, 흡입된 유체가 송출측으로 이동하는 과정에서 맷돌 원리로 유체를 으깨듯 갈게 되고, 유체를 벽면과 마찰 발생시키면서 혼돈 상태로 송출함으로써, 유체의 압력 분포를 최대한 증대하여 분포시킬 수 있게 된다.
따라서, 맷돌식 펌프(40)를 통해 흡입되는 유체의 덩어리들을 미세하게 쪼개는 동시에 혼합함으로써, 성분이 다르거나 동일한 유체들을 나노의 액적(液滴) 상태로 분리 및 혼합하여 송출시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 맷돌식 펌프(40)는 그 하나만을 사용하여 원유와 물 및/또는 계면활성제를 유입하고, 혼합유탱크(50) 내부의 혼합연료를 교반시키며, 혼합유탱크(50) 내부의 혼합연료를 교반시키는 작동을 순차적으로 반복하도록 제어할 수 있다.
다음으로, 혼합유탱크(50)는 상기 맷돌식 펌프(40)로부터 원유와 물을 공급받아 버너(60)에 공급할 수 있도록 맷돌식 펌프(40)와 버너(60) 사이에 연결된 것으로, 상기 혼합유탱크(50) 내부에는 상기 맷돌식 펌프(40)를 통해 흡입되는 나노 액적 상태의 사용유체를 혼합유탱크(50) 내부에 고속으로 분사하면서 난류 흐름으로 교반할 수 있도록 믹싱유닛(55)을 설치한다.
이러한, 상기 믹싱유닛(55)은 노즐(56)과, 흡입구(57)과, 디퓨져(58)로 구성되는 것으로, 액상의 유체를 혼합유탱크(50) 내부에 분사할 수 있도록 상기 혼합유탱크(50) 내측 상부에 맷돌식 펌프(40)와 연결되게 노즐(56)을 연결 설치하고, 상기 노즐(56) 단부에는 주위의 유체를 흡입할 수 있도록 사방이 개방되게 형성된 흡입구(57)를 설치한다. 그리고, 상기 흡입구(57) 단부에는 상기 노즐(56)에서 분사되는 유체와 흡입구(57)를 통해 흡입되는 유체가 고속으로 통과되면서 교반 및 분사될 수 있도록 출구가 확개된 형태의 디퓨져(58)를 설치한다.
즉, 상기 믹싱유닛(55)은 노즐(56)을 통해 배출되는 유체들과 흡입구(57)를 통해 흡입되는 유체들이 압력과 속도 관계식이 적용된 베르누이원리가 적용되어 디퓨져(58)를 향하여 고속으로 흡입되고, 디퓨져(58)에서는 상기한 유체들이 난류 형태로 강하게 교반되어 분사될 수 있는 것이다.
그리고, 버너(60)는 상기 혼합유탱크(50)로부터 나노 액적 상태의 혼합연료를 공급받아 상기 혼합연료를 1차 연소시키는 역할을 하는 것으로, 상기 혼합유탱크(50)와 화구(70) 사이에 설치되어, 950~1000℃의 온도로 혼합연료를 연소한다.
또한, 상기 화구(70)는 상기 버너(60)와 연결되어 버너(60)에서 미연소된 혼합연료 중의 초미립자 유적(油滴)을 연소시키는 역할을 하는 것으로, 화구(70) 내부의 온도가 700℃ 이상의 열을 보유하여 이 열을 통해 미연소된 초미립자의 유적을 연소시키게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 연소기구용 혼합연료 공급장치를 통해 혼합연료를 버너(60)와 화구(70)에 공급하여 연소시키기 위해서는, 먼저 혼합유탱크(50) 내부에 원유와 물 그리고, 경우에 따라 계면활성제를 정해진 비율만큼 공급하게 된다.
이를 위해, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 맷돌식 펌프(40)를 구동하여 원유공급원(10)에서 원유를 흡입하고, 물공급원(20)에서 물을 흡입하며, 경우에 따라 계면활성제공급원(30)에서 계면활성제를 흡입하게 되는데, 이때 흡입되는 원유와, 물 및/또는 계면활성제는 압력 불평형 타입의 기계장치인 맷돌식 펌프(40)의 흡입측으로 압력 분포가 작게 흡입된다.
이처럼 흡입되는 원유, 물 및/또는 계면활성제는, 송출측으로 이동되는 과정에서 맷돌식 펌프(40)의 맷돌 원리가 적용되어 상기한 사용유체들이 으깨지듯 분쇄 및 분리가 일어나게 되고, 맷돌식 펌프(40) 내측의 벽면에 마찰되어 혼돈 및 난류 상태로 송출되면서 압력분포가 최대한으로 크게 증폭 및 분포된다. 이에 따라, 사용유체 덩어리들을 맷돌식 펌프(40)를 통해 나노의 액적 상태로 미세하게 쪼개어 분리 후 혼합하여 송출할 수 있게 된다.
이때, 맷돌식 펌프(40)를 통해 상기한 사용유체를 흡입하는 과정에서, 맷돌식 펌프(40)와 원유공급원(10) 사이의 유량계(12) 및 유량조절밸브(14)를 통해 일정 비율만큼의 원유를 혼합유탱크(50)에 공급할 수 있고, 또한 상기 맷돌식 펌프(40)와 물공급원(20) 사이의 유량계(22) 및 유량조절밸브(24)를 통해 일정 비율만큼의 물을 혼합유탱크(50)에 공급할 수 있으며, 계면활성제를 사용하는 경우에는 맷돌식 펌프(40)와 계면활성제공급원(30) 사이의 유량계(32) 및 유량조절밸브(34)를 통해 일정 비율만큼의 계면활성제를 혼합유탱크(50)에 공급할 수 있다.
한편, 상기 혼합유탱크(50) 내부에 공급되는 액적 상태의 사용유체들은 혼합유탱크(50) 내부에 설치된 믹싱유닛(55)을 고속으로 통과하여 사용유체들을 분사하듯 혼합유탱크(50) 내부에 공급할 수 있게 된다.
즉, 유체의 압력과 속도 관계식이 적용된 베르누이원리에 따라 노즐(56)을 통해 분사되는 원유, 물 및/또는 계면활성제의 사용유체들이 디퓨져(58)를 향하여 고속으로 흡입 및 통과되어 혼합유탱크(50) 내부에 공급될 수 있게 된다.
이처럼, 상기 혼합유탱크(50)에는 원유와, 물 및/또는 계면활성제가 일정 비율만큼 각각 공급이 되는데, 상기 혼합유탱크(50) 내부에 공급되는 사용유체의 공급량이 미리 설정된 기준치 이하인 경우에는 맷돌식 펌프(40)를 구동하여 원유와, 물 및/또는 계면활성제의 부족분만큼 더 공급하게 된다.
한편, 혼합유탱크(50)에 공급된 원유, 물 및/또는 계면활성제의 혼합연료는 다시 맷돌식 펌프(40)의 구동을 통해 맷돌식 펌프(40)에 흡입되고, 상기 맷돌식 펌프(40)에 흡입된 혼합연료는 송출되어 다시 혼합유탱크(50)에 설치된 믹싱유닛(55)을 통해 혼합유탱크(50) 내부에 분사 및 공급이 이루어진다. 이같은, 맷돌식 펌프(40)에 의한 나노 액적 상태로의 분리 및 송출 과정과 혼합유탱크(50)의 믹싱유닛(55)을 통한 고속 교반 및 분사 과정은 미리 정해진 시간만큼 순차적으로 반복하여 그 교반 작용이 이루어지게 된다.
상기한 반복 교반작용에 대해 구체적으로 설명하면, 맷돌식 펌프(40)의 구동을 통해 혼합유탱크(50)의 송출측과 맷돌식 펌프(40) 흡입측 사이에 설치된 솔레노이드밸브(V)가 개방되면서 상기 혼합유탱크(50)에 공급된 원유, 물 및/또는 계면활성제의 혼합연료(나노 액적 상태)를 흡입하게 되는데, 이때 흡입되는 혼합연료는 압력 불평형 타입의 기계장치인 맷돌식 펌프(40)의 흡입측으로 압력 분포가 작게 흡입된다.
이처럼 흡입되는 혼합연료는, 맷돌식 펌프(40) 내부의 송출측으로 이동되는 과정에서 맷돌식 펌프(40)의 맷돌 원리가 적용되어 원유가 으깨지듯 분쇄 및 분리가 일어나게 되고, 맷돌식 펌프(40) 내측의 벽면에 마찰되어 혼돈 및 난류 상태로 송출되면서 압력분포가 최대한으로 크게 증폭 및 분포된다. 이에 따라, 혼합연료 덩어리들을 맷돌식 펌프(40)를 통해 나노의 액적 상태로 미세하게 쪼개어 분리하고, 분리된 유체들을 매우 작은 알갱이 형태로 혼합하여 송출할 수 있게 된다.
그리고, 나노 액적 상태의 혼합연료를 송출하게 되면, 상기한 혼합연료는 혼합유탱크(50) 내부에 설치된 믹싱유닛(55)을 고속으로 통과하여 상기 혼합연료를 혼합유탱크(50) 내부에 분사하듯 공급할 수 있게 된다.
즉, 유체의 압력과 속도 관계식이 적용된 베르누이원리에 따라 노즐(56)을 통해 분사되는 혼합연료가 디퓨져(58)를 향하여 고속으로 흡입 및 통과되고, 이와 함께 흡입구(57) 주위에 이미 공급되어 있던 혼합연료가 액체 간의 압력차이로 인해 흡입구(57) 내부로 강하게 흡입된다.
이로 인해, 혼합연료가 약 5배 이상의 교반효과로 교반 및 혼합되어 혼합유탱크(50) 내부로 분사될 수 있고, 이같은 순환 반복과정을 통해 혼합연료의 원심작용력과 구심작용력이 동시에 작용함으로써, 혼합물간 계면 활성력이 자연발생적으로 생성되어 균질화된 혼합연료의 혼합도(액적 상태)를 최적 상태로 만들 수 있는 것이다.
한편, 상기와 같은 혼합연료의 순환 교반 과정을 정해진 교반 시간만큼 수행한 이 후에는, 맷돌식 펌프(40)의 흡입측과 혼합유탱크(50) 송출측 사이에 설치된 솔레노이드밸브(V)를 폐쇄한 후, 맷돌식 펌프(40)를 구동하여 혼합유탱크(50)에서 혼합연료를 버너(60)에 송출하고, 송출된 혼합연료는 대략 950~1000℃의 버너(60)에서 1차 연소시켜 연소효율을 높이게 된다.
즉, 혼합연료 중에 균일 분포된 물의 미립자(30±5㎛)가 버너(60)에 의한 1차 연소 초기에 급팽창(미소폭발현상)하여 유적을 타격함과 동시에 초미립화하여 공기와의 접촉면적을 넓히게 되고, 이로 인해 연소효율을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.
이 후, 버너(60)에서 미연소된 혼합연료 중의 초미립자 유적을 화구(70) 내부에 공급하고, 화구(70)가 보유하고 있던 700℃ 이상의 열로 상기 초미립자 유적을 재연소함으로써, 연소효율을 더욱 높임과 동시에 공해물질의 배출을 저감할 수 있게 된다.
이처럼, 본 발명의 버너(60)에서는 대략 950~1000℃의 온도로 혼합연료를 연소하고, 화구(70)에서는 대략 700℃의 온도로 초미립자 유적을 재연소시키게 된다. 따라서, 1500℃ 이상에서 나타나는 NOx 화학반응에 따른 유해물질 생성은 물론, 400~600℃의 온도에서 나타나는 다이옥신 발생 위험을 원천적으로 차단할 수 있게 된다.
한편, 상기한 버너(60)의 구동에 따라 혼합유탱크(50)에 공급된 혼합연료를 사용하여 혼합유탱크(50) 내의 잔여연료가 기준치 이하로 떨어지는 경우에는, 맷돌식 펌프(40)의 구동에 따라 원유공급원(10), 물탱크공급원 및/또는 계면활성제공급원(30)으로부터 원유, 물 및/또는 계면활성제를 공급받아 전술한 바와 같은 혼합연료 제조과정을 통해 혼합연료를 혼합유탱크(50)에 재공급받을 수 있게 되고, 이와 같은 혼합연료 제조과정을 반복하여 버너(60)에 연료가 필요할 때마다 혼합연료를 공급할 수 있게 된다.
또한, 상기한 버너(60)의 사용을 잠시 중단하는 경우에는 맷돌식 펌프(40)를 구동하여 다시 혼합유탱크(50) 내의 혼합연료를 흡입 및 송출하고, 송출되는 혼합연료는 다시 혼합유탱크(50)에 설치된 믹싱유닛(55)을 통해 혼합유탱크(50) 내부에 분사 및 공급되며, 혼합유탱크(50)에 공급된 혼합연료는 맷돌식 펌프(40)의 구동을 통해 다시 혼합유탱크(50)로 공급이 되는 반복 순환 과정을 거치게 됨으로써, 혼합연료의 유수분리 현상을 방지하면서 혼합연료의 균질한 혼합을 실시할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명은 버너(60) 작동에 필요한 만큼만 혼합연료를 생산하여 공급함으로써, 혼합연료의 유수분리를 근본적으로 방지할 수 있게 되고, 또한 하나의 소형 맷돌식 펌프(40)만을 구동하여 혼합연료를 제조함으로써, 에너지 비용 절감분을 상쇄시키지 않으면서 에너지를 절감할 수 있게 된다. 즉, 종래의 일부 혼합연료 제조장치의 경우, 다수의 펌프 사용을 통해 제조장치의 전기 사용량이 에너지 절감분보다 많아 실제적으로 에너지 총 사용량이 증가되어 마이너스 효과를 초래하는 경우도 발생하는 것이다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 원유공급원 12 : 유량계
14 : 유량조절밸브 20 : 물공급원
22 : 유량계 24 : 유량조절밸브
30 : 계면활성제공급원 32 : 유량계
34 : 유량조절밸브 40 : 맷돌식 펌프
50 : 혼합유탱크 55 : 믹싱유닛
56 : 노즐 57 : 흡입구
58 : 디퓨져 60 : 버너
70 : 화구 V : 솔레노이드밸브

Claims (10)

  1. 맷돌식 펌프(40)의 구동을 통해 원유공급원(10)과 물공급원(20)으로부터 원유와 물을 일정 비율로 흡입하되, 흡입된 상기 원유와 물을 으깨어 나노의 액적(液滴) 상태로 분리하고 송출하는 단계와;
    맷돌식 펌프(40)에서 송출된 원유와 물을 믹싱유닛(55)을 통해 고속으로 통과시켜 혼합유탱크(50) 내부에 교반 및 분사하는 단계와;
    상기 혼합유탱크(50)에서 송출되는 혼합연료를 맷돌식 펌프(40)를 통해 흡입하여 혼합유탱크(50)에 나노 액적 상태로 공급하되, 믹싱유닛(55)을 통해 상기 혼합연료를 고속으로 통과시킴과 동시에 혼합유탱크(50) 내부에 공급되어 있는 혼합연료를 믹싱유닛(55)의 흡입구(57)를 통해 함께 흡입하여 고속으로 교반 및 분사시키고, 상기 혼합연료를 정해진 교반시간만큼 맷돌식 펌프(40)와 혼합유탱크(50)를 통해 반복 순환시키는 단계와;
    정해진 교반시간 이 후 혼합유탱크(50)에 공급된 혼합연료를 버너(60)에 공급하여 혼합연료를 1차 연소시키는 단계와;
    상기 버너(60)에서 미연소된 나노 액적 상태의 유적(油滴)을 화구(70)로 공급하여 화구(70) 보유열에 의해 2차 연소시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연소기구용 혼합연료 공급방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 믹싱유닛(55)은, 노즐(56)에서 액상의 유체를 분사하는 경우 상기 노즐(56) 단부에 장착된 흡입구(57)를 통해 주위의 유체를 흡입하고, 상기 노즐(56)에서 분사되는 유체와 흡입구(57)에서 흡입되는 유체가 출구가 확개된 디퓨져(58)를 고속으로 통과하면서 액상의 혼합유체를 교반 및 분사시키는 것을 특징으로 하는 연소기구용 혼합연료 공급방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 맷돌식 펌프(40)와 원유공급원(10) 사이에 유량계(12)와 유량조절밸브(14)를 설치하여 원유 공급량을 조절하고, 상기 맷돌식 펌프(40)와 물공급원(20) 사이에 유량계(22)와 유량조절밸브(24)를 설치하여 물 공급량을 조절하는 것을 특징으로 하는 연소기구용 혼합연료 공급방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 버너(60)의 사용을 일시적으로 중지하여 혼합유탱크(50) 내부의 혼합연료를 사용하지 않는 경우에는, 맷돌식 펌프(40)를 통해 혼합유탱크(50)에 수용된 혼합연료를 흡입하여 혼합유탱크(50)에 다시 공급하는 것을 반복 순환하는 것을 특징으로 하는 연소기구용 혼합연료 공급방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 혼합유탱크(50)에 남겨진 혼합연료가 미리 설정된 기준치 이하로 떨어지는 경우, 맷돌식 펌프(40)의 구동을 통해 원유와 물을 재공급받아 필요한 만큼의 혼합연료를 반복 생산하는 것을 특징으로 하는 연소기구용 혼합연료 공급방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 맷돌식 펌프(40)에는 계면활성제공급원(30)을 더 연결 설치하여 필요에 따라 계면활성제를 혼합연료에 첨가할 수 있고, 상기 맷돌식 펌프(40)와 계면활성제공급원(30) 사이에는 유량계(32)와 유량조절밸브(34)를 설치하여 계면활성제의 공급량을 조절하는 것을 특징으로 하는 연소기구용 혼합연료 공급방법.
  7. 원유공급원(10)과 물공급원(20)에 연결되어 원유와 물을 각각 흡입하되, 흡입되는 원유와 물을 으깨어 나노의 액적 상태로 분리하여 송출하는 맷돌식 펌프(40)와;
    상기 맷돌식 펌프(40)에서 송출되는 원유와 물을 믹싱유닛(55)을 통해 내부에 고속으로 교반 및 분사시켜 혼합연료를 공급받는 혼합유탱크(50)와;
    상기 혼합유탱크(50)와 연결되어 혼합유탱크(50)에서 송출되는 혼합연료를 연소시키는 버너(60)와;
    상기 버너(60)에서 미연소된 혼합연료 중의 유적을 연소시키도록 버너(60)와 연결된 화구(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기구용 혼합연료 공급장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 믹싱유닛(55)은,
    액상의 유체를 분사하는 노즐(56)과;
    상기 노즐(56) 단부에 장착되어 주위의 유체를 흡입하는 흡입구(57)와;
    상기 노즐(56)에서 분사되는 유체와 흡입구(57)에서 흡입되는 유체가 함께 고속으로 통과되면서 교반 및 분사될 수 있도록 출구가 확개된 형태로 흡입구(57) 단부에 장착한 디퓨져(58)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기구용 혼합연료 공급장치.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 맷돌식 펌프(40)와 원유공급원(10) 사이에 원유의 공급량을 조절할 수 있도록 유량계(12)와 유량조절밸브(14)를 설치하고, 상기 맷돌식 펌프(40)와 물공급원(20) 사이에 물의 공급량을 조절할 수 있도록 유량계(22)와 유량조절밸브(24)를 설치한 것을 특징으로 하는 연소기구용 혼합연료 공급장치.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 맷돌식 펌프(40)에는 혼합유탱크(50)에 계면활성제를 공급할 수 있는 계면활성제공급원(30)을 더 연결 설치하고, 상기 맷돌식 펌프(40)와 계면활성제공급원(30) 사이에 계면활성제의 공급량을 조절할 수 있도록 유량계(32)와 유량조절밸브(34)를 설치한 것을 특징으로 하는 연소기구용 혼합연료 공급장치.
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