KR20180007711A - 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치 및 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법 - Google Patents

나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치 및 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법 Download PDF

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Abstract

나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치 및 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치는 연료가 저장되는 저장탱크; 저장탱크에 연결되어 연료를 순환시키는 펌프유닛; 펌프유닛에 의해 연료가 순환되는 순환유로에 마련되며 순환되는 연료에 가스를 공급하여 액체 상태의 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성하는 기액 혼합물 생성유닛; 및 순환유로에 마련되며 기액 혼합물에 함유된 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하여 저장탱크에 공급하는 버블 미세화유닛을 포함하며, 저장탱크의 내부는 가압되어 상기 저장탱크에 저장된 상기 미세버블이 나노버블화되고 안정화된다.

Description

나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치 및 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법{MANUFACTURING APPARATUS FOR HIGH-EFFICIENCY HYBRID FUEL WITH NANO GAS BUBBLE AND MANUFACTURING METHOD USING THEREOF}
본 발명은 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치 및 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액체 연료에 나노버블을 혼합시켜 고효율 혼합연료를 제조할 수 있는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치 및 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 에너지원으로는 석유, 석탄 등 화석연료가 주로 사용되고 있으며, 이러한 화석연료는 매장량에 한계가 있기 때문에 이를 효율적으로 이용해야 한다.
이에 대체 에너지원으로 연료 전지 또는 수소 연료를 개발하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있으나 한편으로는 석유 등의 화석연료를 효율적으로 사용하기 위한 연구가 필요하다.
이를 위해 가솔린, 디젤 등을 포함하는 화석연료 및 바이오에탄올, 바이오디젤과 같은 바이오연료 등에 나노버블을 생성하여 연료의 효율을 높이는 연구가 진행되고 있다.
종래의 가솔린, 디젤 등을 포함하는 화석연료 및 바이오에탄올, 바이오디젤과 같은 대체연료에 나노버블을 생성하는 공정은 순수한 물 또는 수용액에 나노버블을 생성하는 기술로써 물의 용해성을 이용하여 나노버블을 생성한다.
예를 들어, 기체가 물에 잘 녹는 것을 이용한 기법(가압, 감압을 반복하여 물에 녹은 기체 분자(aqueous state)를 기체상(gaseous state)으로 변환시켜 나노버블을 생성), 전기분해를 이용한 기법(물을 분해하여 H2 나노버블을 생성), 캐비테이션을 이용한 기법(유로가 급격하게 좁아지는 부분에서 큰 음압을 일으켜 용존된 기체를 나노버블화) 등이 있다.
그러나, 종래의 나노버블을 생성하는 공정은 기체가 충분히 녹아있는 조건을 갖추어야 하며, 나노버블을 구성하는 기체의 성분을 조절할 수 없으며, 고농도의 나노버블을 생성하는데 필요한 시간이 길며, 생성된 나노버블이 곧장 상압 조건에 노출되므로 안정화되기 어려운 문제점이 있다. 더욱이 종래의 나노버블을 생성하는 공정은 연료와 같은 유기용매에 나노버블을 생성하기 어려운 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1455115호(2014.10.28. 공고)
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 연료의 효율 향상, 에너지 절감 및 유해 배출물을 저감할 수 있도록 액체 연료에 나노버블을 혼합시켜 고효율 혼합연료를 제조할 수 있는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치 및 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 연료가 저장되는 저장탱크; 상기 저장탱크에 연결되어 상기 연료를 순환시키는 펌프유닛; 상기 펌프유닛에 의해 상기 연료가 순환되는 순환유로에 마련되며 순환되는 상기 연료에 가스를 공급하여 액체 상태의 상기 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성하는 기액 혼합물 생성유닛; 및 상기 순환유로에 마련되며 상기 기액 혼합물에 함유된 상기 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하여 상기 저장탱크에 공급하는 버블 미세화유닛을 포함하며, 상기 저장탱크의 내부는 가압되어 상기 저장탱크에 저장된 상기 미세버블이 나노버블화되고 안정화되는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치가 제공될 수 있다.
상기 기액 혼합물 생성유닛은 상기 저장탱크와 연통되는 제1 몸체부; 상기 제1 몸체부의 일측에 형성되며 상기 연료가 공급되는 공급구; 상기 제1 몸체부의 타측에 형성되며 상기 기액 혼합물이 배출되는 배출구; 및 상기 제1 몸체부에 형성되고 상기 공급구와 상기 배출구 사이에 배치되어 가스가 공급되는 가스 공급홀을 포함하며, 상기 제1 몸체부는 상기 순환유로와 연통하되, 상기 공급구에서 상기 가스 공급홀 방향으로 갈수록 단면적이 감소하고 상기 가스 공급홀에서 상기 배출구로 갈수록 단면적이 증가하는 유로를 포함할 수 있다.
상기 공급구에 공급되는 상기 연료의 공급압력은 1.5 내지 20.0 기압(bar)이고, 상기 가스 공급홀에 공급되는 상기 가스의 공급압력은 0.5 내지 5.0 기압(bar)일 수 있다.
상기 버블 미세화유닛은 상기 기액 혼합물 생성유닛과 연통되는 제2 몸체부; 및 상기 제2 몸체부의 내부에 마련되어 상기 기액 혼합물에 함유된 상기 가스버블을 상기 미세버블로 형성하는 버블 미세화부를 포함할 수 있다.
상기 버블 미세화부는 상기 제2 몸체부의 내부에 마련되되, 나선모양으로 상기 제2 몸체부의 길이방향을 따라 길게 배치되는 복수의 와이어들을 포함하며, 상기 기액 혼합물이 상호 인접하는 상기 와이어들 사이에 형성된 나선모양의 복수의 홀을 통과하면서 상기 가스버블이 미세버블화될 수 있다.
상기 기액 혼합물을 생성하도록 상기 기액 혼합물 생성유닛에 상기 가스를 공급하고, 상기 저장탱크의 내부를 가압하여 상기 저장탱크에 저장된 상기 미세버블을 나노버블화하고 상기 나노버블을 안정화시키도록 상기 저장탱크에 상기 가스를 공급하는 가스 공급유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 저장탱크의 내부압력이 1.0 내지 5.0 기압(bar)으로 유지될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 저장탱크에 저장된 연료를 순환시키고 상기 연료에 가스를 공급하여 상기 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성하는 단계; (b) 상기 기액 혼합물에 함유된 상기 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하는 단계; 및 (c) 상기 저장탱크에 상기 미세버블을 공급하며 상기 저장탱크에서 상기 미세버블을 가압하여 상기 미세버블을 나노버블화하고 안정화시키는 단계를 포함하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법이 제공될 수 있다.
상기 (a)단계는 상기 저장탱크 내의 상기 연료를 기액 혼합물 생성유닛으로 공급하고, 상기 기액 혼합물 생성유닛에 상기 가스를 공급하여 상기 연료와 상기 가스버블이 혼합된 상기 기액 혼합물을 생성할 수 있다.
상기 기액 혼합물 생성유닛에 공급되는 상기 연료의 공급압력은 1.5 내지 20.0 기압(bar)이고, 상기 기액 혼합물 생성유닛에 공급되는 상기 가스의 공급압력은 0.5 내지 5.0 기압(bar)일 수 있다.
상기 (b)단계는 상기 기액 혼합물 생성유닛에서 생성된 상기 기액 혼합물을 버블 미세화유닛으로 공급하여 상기 기액 혼합물에 함유된 상기 가스버블을 미세크기의 상기 미세버블로 형성할 수 있다.
상기 버블 미세화유닛은 나선모양으로 길게 배치되는 복수의 와이어들을 구비한 버블 미세화부를 포함하며, 상기 기액 혼합물이 상호 인접하는 상기 와이어들 사이에 형성된 나선모양의 복수의 홀을 통과하면서 상기 가스버블이 미세버블화될 수 있다.
상기 (c)단계는 상기 저장탱크에 상기 연료와 상기 미세버블이 혼합되어 저장된 상태에서 상기 저장탱크에 상기 가스를 공급하여 상기 저장탱크의 내부압력을 1.0 내지 5.0 기압(bar)으로 유지할 수 있다.
(d) 상기 (a) 내지 (c) 단계를 반복하여 상기 저장탱크 내의 상기 나노버블의 평균 직경이 1~200nm이고, 상기 저장탱크 내의 상기 나노버블의 농도가 상기 연료 1㎖ 당 평균 0.1~10.0×108 버블수/㎖에 도달되게 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 연료가 저장되는 제1 저장탱크; 상기 제1 저장탱크에 연결되어 상기 연료를 순환시키는 펌프유닛; 상기 펌프유닛에 의해 상기 연료가 순환되는 순환유로에 마련되며 순환되는 상기 연료에 가스를 공급하여 액체 상태의 상기 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성하는 기액 혼합물 생성유닛; 상기 순환유로에 마련되며 상기 기액 혼합물에 함유된 상기 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하여 상기 제1 저장탱크에 공급하는 버블 미세화유닛; 및 상기 제1 저장탱크로부터 상기 연료와 상기 미세버블을 공급받으며, 상기 미세버블이 나노버블화되고 안정화되도록 내부가 가압되는 제2 저장탱크를 포함할 수 있다.
상기 기액 혼합물 생성유닛은 상기 제1 저장탱크와 연통되는 제1 몸체부; 상기 제1 몸체부의 일측에 형성되며 상기 연료가 공급되는 공급구; 상기 제1 몸체부의 타측에 형성되며 상기 기액 혼합물이 배출되는 배출구; 및 상기 제1 몸체부에 형성되고 상기 공급구와 상기 배출구 사이에 배치되어 가스가 공급되는 가스 공급홀을 포함하며, 상기 제1 몸체부는 상기 순환유로와 연통하되, 상기 공급구에서 상기 가스 공급홀 방향으로 갈수록 단면적이 감소하고 상기 가스 공급홀에서 상기 배출구로 갈수록 단면적이 증가하는 유로를 포함할 수 있다.
상기 공급구에 공급되는 상기 연료의 공급압력은 1.5 내지 20.0 기압(bar)이고, 상기 가스 공급홀에 공급되는 상기 가스의 공급압력은 0.5 내지 5.0 기압(bar)일 수 있다.
상기 버블 미세화유닛은 상기 기액 혼합물 생성유닛과 연통되는 제2 몸체부; 및 상기 제2 몸체부의 내부에 마련되어 상기 기액 혼합물에 함유된 상기 가스버블을 상기 미세버블로 형성하는 버블 미세화부를 포함할 수 있다.
상기 버블 미세화부는 상기 제2 몸체부의 내부에 마련되되, 나선모양으로 상기 제2 몸체부의 길이방향을 따라 길게 배치되는 복수의 와이어들을 포함하며, 상기 기액 혼합물이 상호 인접하는 상기 와이어들 사이에 형성된 나선모양의 복수의 홀을 통과하면서 상기 가스버블이 미세버블화될 수 있다.
상기 기액 혼합물을 생성하도록 상기 기액 혼합물 생성유닛에 상기 가스를 공급하고, 상기 제2 저장탱크의 내부를 가압하여 상기 제2 저장탱크에 저장된 상기 미세버블을 나노버블화하고 상기 나노버블을 안정화시키도록 상기 제2 저장탱크에 상기 가스를 공급하는 가스 공급유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 저장탱크의 내부압력이 1.0 내지 5.0 기압(bar)으로 유지될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, (a) 제1 저장탱크에 저장된 연료를 순환시키고 상기 연료에 가스를 공급하여 상기 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성하는 단계; (b) 상기 기액 혼합물에 함유된 상기 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하는 단계; (c) 상기 제1 저장탱크에 상기 미세버블을 공급하는 단계: 및 (d) 상기 (a) 내지 (c) 단계를 반복하여 상기 제1 저장탱크 내의 상기 미세버블의 농도가 상기 연료 1㎖ 당 0.1~1.0×108 버블수/㎖에 도달되면 상기 연료와 상기 미세버블을 제2 저장탱크에 공급하며, 상기 제2 저장탱크에서 상기 미세버블을 가압하여 상기 미세버블을 나노버블화하고 안정화시키는 단계를 포함하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법이 제공될 수 있다.
상기 (a)단계는 상기 제1 저장탱크 내의 상기 연료를 기액 혼합물 생성유닛으로 공급하고, 상기 기액 혼합물 생성유닛에 상기 가스를 공급하여 상기 연료와 상기 가스버블이 혼합된 상기 기액 혼합물을 생성할 수 있다.
상기 기액 혼합물 생성유닛에 공급되는 상기 연료의 공급압력은 1.5 내지 20.0 기압(bar)이고, 상기 기액 혼합물 생성유닛에 공급되는 상기 가스의 공급압력은 0.5 내지 5.0 기압(bar)일 수 있다.
상기 (b)단계는 상기 기액 혼합물 생성유닛에서 생성된 상기 기액 혼합물을 버블 미세화유닛으로 공급하여 상기 기액 혼합물에 함유된 상기 가스버블을 미세크기의 상기 미세버블로 형성할 수 있다.
상기 버블 미세화유닛은 나선모양으로 길게 배치되는 복수의 와이어들을 구비한 버블 미세화부를 포함하며, 상기 기액 혼합물이 상호 인접하는 상기 와이어들 사이에 형성된 나선모양의 복수의 홀을 통과하면서 상기 가스버블이 미세버블화될 수 있다.
상기 (d)단계는 상기 제2 저장탱크에 상기 연료와 상기 미세버블이 혼합되어 저장된 상태에서 상기 제2 저장탱크에 상기 가스를 공급하여 상기 제2 저장탱크의 내부압력을 1.0 내지 5.0 기압(bar)으로 유지할 수 있다.
(e) 상기 (d)단계에서 상기 나노버블을 포함하는 상기 연료를 안정화한 후, 안정화된 상기 나노버블을 포함하는 상기 연료를 상기 (a) 내지 (d) 단계를 반복하여 상기 제2 저장탱크 내의 상기 나노버블의 평균 직경이 1~200nm이고, 상기 저장탱크 내의 상기 나노버블의 농도가 상기 연료 1㎖ 당 평균 0.1~10.0×108 버블수/㎖에 도달되게 할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 액체 연료에 나노버블을 혼합시킴으로써 연료의 효율 향상, 에너지 절감 및 유해 배출물을 저감할 수 있다.
특히 본 발명의 실시예들은 연소 시 연소효율을 높여 내연기관의 연비증가나 버너의 화염온도 상승으로 연료 절감을 실현할 수 있고 불완전 연소를 최소화시켜서 배기가스 배출량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기액 혼합물 생성유닛의 동작을 나타내는 동작상태도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기액 혼합물 생성유닛에 의해 생성된 기액 혼합물을 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 버블 미세화유닛의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 버블 미세화유닛에 의해 형성된 미세버블을 나타내는 사진이다.
도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 버블 미세화유닛에 의해 형성된 미세버블의 크기 분포를 나타내는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 저장탱크 내에서 나노버블화되고 안정화된 나노버블을 나타내는 사진이다.
도 6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 저장탱크 내에서 나노버블화되고 안정화된 나노버블의 크기 분포를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기액 혼합물 생성유닛의 동작을 나타내는 동작상태도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 버블 미세화유닛의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 10a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 저장탱크 내에서 나노버블화되고 안정화된 나노버블을 나타내는 사진이다.
도 10b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 저장탱크 내에서 나노버블화되고 안정화된 나노버블의 크기 분포를 나타내는 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 실시예에서 연료는 가솔린, 디젤, 윤활유, 벙커유 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 화석 연료와 바이오 에탄올, 바이오 메탄올, 바이오 디젤 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 바이오 연료를 포함한다.
그리고 본 실시예에서 미세버블은 액체 내에 형성된 작은 캐버티(cavity)에 기체가 채워진 형태이며, 미세버블을 형성하는데 사용되는 기체는 수소, 산소, 공기, 이산화탄소, 일산화탄소, 질소, 제논, 아르곤, 네온, 오존, 크립톤, 헬륨, 질소-함유 화합물 기체, 탄소-함유 화합물 기체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 기체를 포함한다. 그리고 질소-함유 화합물 기체는 질소를 함유한 화합물로서 기체 상태인 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 암모니아, 산화 질소류 등을 포함한다. 그리고 탄소-함유 화합물 기체는 탄소를 함유한 화합물로서 기체 상태인 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 탄소수 1 내지 4의 탄화수소 화합물 기체(메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등)를 포함한다.
그리고 본 실시예에서 미세버블은 마이크로미터 크기의 마이크로 버블 및/또는 나노미터 크기의 나노버블을 포함한다. 미세버블은 약 1 ㎚ 내지 약 1,000 ㎛의 직경을 가질 수 있다. 예를 들어 마이크로 버블은 약 1 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛의 직경을 가지며, 나노버블은 약 1 ㎚내지 약 1,000 ㎚의 직경을 가질 수 있다.
제1 실시예
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치를 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기액 혼합물 생성유닛의 동작을 나타내는 동작상태도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기액 혼합물 생성유닛에 의해 생성된 기액 혼합물을 나타내는 사진이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 버블 미세화유닛의 일례를 나타내는 단면도이고, 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 버블 미세화유닛에 의해 형성된 미세버블을 나타내는 사진이고, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 버블 미세화유닛에 의해 형성된 미세버블의 크기 분포를 나타내는 도면이고, 도 6a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 저장탱크 내에서 나노버블화되고 안정화된 나노버블을 나타내는 사진이고, 도 6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 저장탱크 내에서 나노버블화되고 안정화된 나노버블의 크기 분포를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치(100)는 저장탱크(110) 내의 연료를 순환시키며 연료를 순환하는 도중에 연료에 가스를 공급하여 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성하고, 기액 혼합물에 함유된 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하며 연료와 함께 미세버블을 저장탱크(110)에 다시 공급하는 공정을 반복적으로 수행하면서 저장탱크(110) 내의 미세버블을 나노버블화하고 생성된 나노버블을 안정화시키는 공정을 수행한다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 이를 위해 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치(100)는 연료가 저장되는 저장탱크(110)와, 저장탱크(110)에 연결되어 연료를 순환시키는 펌프유닛(120)과, 펌프유닛(120)에 의해 연료가 순환되는 순환유로(C)에 마련되며 순환되는 연료에 가스를 공급하여 액체 상태의 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성하는 기액 혼합물 생성유닛(130)과, 순환유로(C)에 마련되며 기액 혼합물에 함유된 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하여 저장탱크(110)에 공급하는 버블 미세화유닛(140)과, 기액 혼합물을 생성하도록 기액 혼합물 생성유닛(130)에 가스를 공급하고 저장탱크(110)의 내부를 가압하여 저장탱크(110)에 저장된 미세버블을 나노버블화하고 나노버블을 안정화시키도록 저장탱크(110)에 가스를 공급하는 가스 공급유닛(150)을 포함한다.
본 실시예에 따른 저장탱크(110)는 액체 상태의 연료를 저장하고 또한 후술할 버블 미세화유닛(140)으로부터 공급되는 미세버블을 나노버블화하고 나노버블을 안정화시키는 공간을 제공하는 역할을 한다.
즉 저장탱크(110)의 내부에는 액체 상태의 연료와 마이크로 크기의 마이크로 버블과 나노크기의 나노버블이 공존할 수 있다.
그리고 저장탱크(110) 내의 압력은 일정한 값으로 조절되는데 이를 위해 저장탱크(110)에는 저장탱크(110) 내부의 압력을 측정하는 압력계(미도시)와 저장탱크(110) 내부의 압력을 조절하기 위한 압력 조절밸브(미도시)가 설치된다.
저장탱크(110)에 저장된 연료는 순환유로(C)를 따라 재차 저장탱크(110)로 공급되도록 순환된다. 이처럼 저장탱크(110)에 저장된 연료를 순환시키기 위해 순환유로(C)에 펌프유닛(120)이 마련된다.
본 실시예에서는 저장탱크(110)에 저장된 연료를 순환시키고 연료의 역류를 방지하기 위해 기어펌프가 사용될 수 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 의해 제한되는 것은 아니다.
그리고 펌프유닛(120)에 의해 운반되는 연료는 펌프유닛(120)의 후방에 배치된 기액 혼합물 생성유닛(130)으로 공급된다.
기액 혼합물 생성유닛(130)은 순환유로(C)를 따라 순환되는 연료에 가스를 공급하여 액체 상태의 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성하는 역할을 한다.
도 2를 참조하면, 기액 혼합물 생성유닛(130)은 저장탱크(110)와 연통되는 제1 몸체부(131)와, 제1 몸체부(131)의 일측에 형성되며 연료가 공급되는 공급구(133)와, 제1 몸체부(131)의 타측에 형성되며 기액 혼합물이 배출되는 배출구(135)와, 제1 몸체부(131)에 형성되고 공급구(133)와 배출구(135) 사이에 배치되어 가스가 공급되는 가스 공급홀(137)을 포함한다.
제1 몸체부(131)에는 펌프유닛(120)에 의해 순환유로(C)를 따라 운반되는 연료가 이동되는 유로(139)가 형성되며, 제1 몸체부(131)는 연료에 가스가 혼합되어 기액 혼합물을 생성하는 공간을 제공하는 역할을 한다.
제1 몸체부(131)의 일측에는 펌프유닛(120)에 의해 연료가 공급되는 공급구(133)가 형성되고, 제1 몸체부(131)의 타측에는 액체상태의 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물이 배출되는 배출구(135)가 형성된다.
또한 제1 몸체부(131)의 중심부에는 공급구(133)와 배출구(135) 사이에 배치되어 가스 공급유닛(150)으로부터 가스가 공급되는 가스 공급홀(137)이 형성된다.
또한 제1 몸체부(131)에 형성된 유로(139)는 공급구(133)에서 가스 공급홀(137) 방향으로 갈수록 단면적이 감소하고 가스 공급홀(137)에서 배출구(135)로 갈수록 단면적이 증가되게 형성된다.
이는 벤츄리 효과에 의해 연료가 공급구(133)에서 가스 공급홀(137) 방향으로 이동하는 경우에 가스 공급홀(137)을 통해 가스가 제1 몸체부(131) 내로 유입되게 하도록 하기 위함이다.
다만 후술할 버블 미세화유닛(140)이 기액 혼합물 생성유닛(130)의 후방에 배치되므로 버블 미세화유닛(140)에 의해 기액 혼합물의 흐름이 정체되어 기액 혼합물 생성유닛(130)의 제1 몸체부(131) 내의 압력이 올라가고 이로 인해 연료가 가스 공급홀(137)을 통해 역류할 수 있다.
이를 해결하기 위해 본 실시예에서는 펌프유닛(120)에 의해 공급구(133)에 공급되는 연료의 공급압력이 1.5~20.0 기압(bar)을 유지하도록 하고, 또한 가스 공급유닛(150)에 의해 가스 공급홀(137)에 공급되는 가스의 공급압력이 0.5~5.0 기압(bar) 을 유지하도록 한다.
상기한 바와 같은 기액 혼합물 생성유닛(130)에 의해 기액 혼합물이 생성되는 공정은 펌프유닛(120)에 의해 연료는 공급구(133)를 통해 제1 몸체부(131)에 형성된 유로(139)를 따라 이동되고, 공급구(133)를 통해 이동되는 연료는 가스 공급홀(137)을 통해 공급되는 기체에 의해 형성된 가스버블과 혼합된 기액 혼합물 상태로 배출구(135)를 통해 배출된다.
도 3은 기액 혼합물 생성유닛(130)에 의해 생성된 기액 혼합물을 나타내는 것으로서 연료와 혼합되는 가스버블의 직경은 수십 ㎛ 내지 수 mm에 이르는 다양한 크기를 갖는다.
본 실시예는 기액 혼합물 생성유닛(130)에 의해 생성된 수십 ㎛ 내지 수 mm의 직경을 가지는 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하기 위해 기액 혼합물을 버블 미세화유닛(140)으로 이송한다.
버블 미세화유닛(140)은 기액 혼합물 생성유닛(130)의 후방에 배치되어 기액 혼합물에 함유된 가스버블을 마이크로미터 크기의 마이크로 버블 및/또는 나노미터 크기의 나노버블을 포함하는 미세버블로 형성하는 역할을 한다.
그리고 버블 미세화유닛(140)에 의해 형성된 미세버블은 저장탱크(110)에 공급된다.
도 4를 참조하면, 구체적으로 버블 미세화유닛(140)은 기액 혼합물 생성유닛(130)과 연통되는 제2 몸체부(141)와, 제2 몸체부(141)의 내부에 마련되어 기액 혼합물에 함유된 가스버블을 미세버블로 형성하는 버블 미세화부(143)를 포함한다.
도 4에는 버블 미세화부(143)의 일 예를 도시한 것으로서, 버블 미세화부(143)는 제2 몸체부(141)의 내부에 마련되되 나선모양으로 제2 몸체부(141)의 길이방향을 따라 길게 배치되는 복수의 와이어(144)들을 포함할 수 있다. 복수의 와이어(144)들은 꼬인 형태를 이루며 인접하는 와이어(144)들 사이에는 기액 혼합물이 통과할 수 있는 홀(145) 형태의 미세유로가 형성된다.
따라서 기액 혼합물의 가스버블이 복수의 와이어(144)들 사이에 형성된 나선모양의 복수의 홀(145)을 통과하면서 미세크기의 미세버블이 형성된다. 즉 기액 혼합물에 함유된 가스버블이 복수의 홀(145)을 통과하면서 미세버블화되는 것이다.
특히 기액 혼합물이 제2 몸체부(141)의 길이방향을 따라 나선모양으로 형성되는 복수의 홀(145)을 통과하며 선회하므로, 기액 혼합물의 선회에 따른 전단력에 의해 가스버블의 크기가 더욱 미세화될 수 있다.
상기한 버블 미세화유닛(140)에 의해 형성되는 미세버블은 마이크로미터 크기의 마이크로 버블 및/또는 나노미터 크기의 나노버블을 포함한다. 미세버블은 약 1 ㎚ 내지 약 1,000 ㎛의 직경을 가지며, 예를 들어 마이크로 버블은 약 1 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛의 직경을 가질 수 있고, 나노버블은 약 1 ㎚내지 약 1,000 ㎚의 직경을 가질 수 있다.
도 5a는 버블 미세화유닛(140)에 의해 형성된 미세버블을 나타내는 것이며 도 5b는 버블 미세화유닛(140)에 의해 형성된 미세버블의 크기 분포를 나타내는 것으로서, 도 4에서 도시한 버블 미세화유닛(140)에 의해 형성된 미세버블의 평균 직경은 155.26nm 이며, 미세버블의 농도는 연료 1㎖ 당 평균 4.02×108 버블수/㎖를 가진다.
한편, 도시되지는 않았으나 본 실시예에 따른 버블 미세화유닛(140)은 스태틱 믹서(static mixer), 오리피스 형의 미세화기구, 원통형 레저버(reservoir)을 이용한 와류 붕괴, 미세 간극을 갖는 멤브레인 등이 사용될 수 있다.
버블 미세화유닛(140)에 의해 생성된 마이크로 크기의 마이크로 버블과 나노 크기의 나노버블을 포함하는 미세버블은 다시 저장탱크(110)로 공급된 후 저장탱크(110) 내부에서 나노크기의 버블로 나노버블화되고 안정화된다.
전술한 바와 같이 버블 미세화유닛(140)에서 저장탱크(110)에 공급된 미세버블은 마이크로 버블과 나노버블을 포함한다.
저장탱크(110) 내에서 마이크로 버블이 나노버블화되는 과정을 살펴보면, 저장탱크(110) 내에서 마이크로 버블은 큰 내압에 의해 시간이 경과함에 따라 수축하는 성질을 가지며 이로 인해 마이크로 버블 표면의 이온농도가 증가하며 마이크로 버블의 표면에 형성된 두꺼운 이온층에 의해 마이크로 버블의 수축이 멈추고 나노버블로 생성될 수 있다.
한편, 저장탱크(110) 내에 공급된 마이크로 버블과 나노버블은 버블의 내부압력과 버블의 외부압력 차이로 인하여 순식간에 사라지게 된다.
수학식 (1):
Figure pat00001
여기서, Pi는 버블의 내부압력, Pa는 버블의 외부압력, σ는 버블의 표면장력 및 d는 버블의 직경을 나타낸다.
이는 수학식(1)에서와 같이 버블의 내부압력과 버블의 외부압력의 차이는 버블의 직경에 반비례하므로, 마이크로 버블과 나노버블은 버블의 내부압력(Pi)의 크기가 버블의 외부압력(Pa)의 크기보다 수백 내지 수천 배에 달하므로 순식간에 사라지게 되는 것이다.
따라서 본 실시예에서는 마이크로 버블 및 나노버블의 내부압력과 외부압력의 차이를 줄여 마이크로 버블 및 나노버블 내의 기체가 연료에 녹는 속도를 줄이고 상기 언급한 이온층에 의한 마이크로 버블의 수축 정지에 의한 나노버블화 및 나노버블의 고농도화를 달성하도록 저장탱크(110) 내부를 가압한다.
이를 위해 전술한 바와 같이 저장탱크(110)에는 저장탱크(110) 내부의 압력을 측정하고 조절할 수 있도록 압력계와 압력 조절밸브가 설치된다. 그리고 저장탱크(110) 내부의 압력은 가스 공급유닛(150)에서 저장탱크(110)로 가스를 공급하여 저장탱크(110) 내부를 가압한다.
본 실시예에서 저장탱크(110)의 내부압력은 공급되는 가스에 의해 1.0~5.0 기압(bar)으로 유지되며, 저장탱크(110) 내에서 나노버블화되는 나노버블의 평균 직경은 1~200nm이다.
그리고 저장탱크(110)에서 나노버블화되고 안정화된 나노버블을 포함하는 연료를 기액 혼합물 생성유닛(130), 버블 미세화유닛(140)을 경유하여 다시 저장탱크(110)에 공급되는 순환공정을 수~수십 차례 반복하여, 저장탱크(110) 내의 나노버블의 농도가 연료 1㎖ 당 평균 0.1~10.0×108 버블수/㎖에 도달되게 한다.
도 6a는 저장탱크(110) 내에서 나노버블화되고 안정화된 나노버블을 나타내는 것이며, 도 6b는 저장탱크(110) 내에서 나노버블화되고 안정화된 나노버블의 크기 분포를 나타내는 것으로서, 저장탱크(110) 내의 나노버블의 평균 직경은 86.95nm 이며, 나노버블의 농도는 연료 1㎖ 당 평균 2.25×108 버블수/㎖를 가진다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법은 펌프유닛(120)을 이용하여 저장탱크(110)에 저장된 연료를 순환유로(C)를 따라 반복하여 순환시켜 다시 저장탱크(110)로 공급한다. 그리고 순환유로(C)를 따라 연료가 순환시키는 동안 연료에 가스를 공급하여 연료와 가스버블이 혼합되는 기액 혼합물을 생성하고, 기액 혼합물에 함유된 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하며, 미세버블을 저장탱크(110)에 공급한다. 그리고 저장탱크(110) 내의 미세버블을 나노버블화하고 생성된 나노버블을 안정화시키는 공정을 수행한다.
먼저 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료를 제조하기 위해 저장탱크(110)에 저장된 연료는 순환유로(C)를 따라 순환되며 연료가 순환되는 동안 연료에 가스를 공급하여 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성한다.
펌프유닛(120)에 의해 저장탱크(110)에 저장된 연료는 기액 혼합물 생성유닛(130)의 공급구(133)로 공급되고 동시에 가스 공급유닛(150)으로부터 기액 혼합물 생성유닛(130)의 가스 공급홀(137)에 가스가 공급된다.
따라서 기액 혼합물 생성유닛(130)을 통과하는 연료에는 가스버블이 혼합되며, 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물이 기액 혼합물 생성유닛(130)의 배출구(135)를 통해 배출된다.
이때 기액 혼합물 생성유닛(130)의 후방에 배치되는 버블 미세화유닛(140)에 의해 기액 혼합물의 흐름이 정체되거나 연료가 가스 공급홀(137)을 통해 역류되는 것을 방지하기 위해 본 실시예에서는 펌프유닛(120)에 의해 공급구(133)에 공급되는 연료의 공급압력은 1.5~20.0 기압(bar)이 유지되도록 하고 또한 가스 공급유닛(150)에 의해 가스 공급홀(137)에 공급되는 가스의 공급압력은 0.5~5.0 기압(bar)이 유지되도록 한다.
다음으로, 기액 혼합물 생성유닛(130) 의해 생성된 기액 혼합물에 함유된 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성한다.
기액 혼합물 생성유닛(130)의 배출구(135)에서 배출되는 기액 혼합물은 버블 미세화유닛(140)으로 공급된 후 가스버블이 미세크기의 미세버블로 형성된다.
여기서 미세버블은 마이크로 크기의 마이크로 버블과 나노 크기의 나노버블을 포함한다.
도 4에서 도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 버블 미세화유닛(140)은 나선모양으로 길게 배치되는 복수의 와이어(144)들을 구비한 버블 미세화부(143)를 포함할 수 있으며, 기액 혼합물이 상호 인접하는 와이어(144)들 사이에 형성된 나선모양의 복수의 홀을 통과하면서 가스버블이 미세버블화된다. 도 4에서 도시한 버블 미세화유닛(140)에 의해 형성된 미세버블의 평균 직경은 155.26nm 이며, 미세버블의 농도는 연료 1㎖ 당 평균 4.02×108 버블수/㎖를 가진다.
한편, 도시되지는 않았으나 본 실시예에 따른 버블 미세화유닛(140)은 스태틱 믹서(static mixer), 오리피스 형의 미세화기구, 원통형 레저버(reservoir)을 이용한 와류 붕괴, 미세 간극을 갖는 멤브레인 등이 사용될 수 있다.
다음으로, 버블 미세화유닛(140)에 의해 생성된 미세버블은 연료와 함께 저장탱크(110)로 공급되고 저장탱크(110)에서 미세버블이 나노버블화되고 안정화된다.
저장탱크(110)로 공급된 미세버블 중 마이크로 크기의 마이크로 버블은 시간이 경과함에 따라 수축되어 나노버블화된다.
그리고 저장탱크(110) 내의 마이크로 버블과 나노버블은 내부압력과 외부압력의 차이가 클수록 순식간에 사라지게 되므로 본 실시예에서는 마이크로 버블 및 나노버블의 내부압력과 외부압력 차이를 줄여 마이크로 버블의 수축 정지에 의한 나노버블화 및 나노버블의 고농도화를 달성하도록 저장탱크(110)의 내부에 가스를 공급하여 가압한다. 본 실시예에서 저장탱크(110)의 내부압력은 공급되는 가스에 의해 1.0~5.0 기압(bar)으로 유지된다.
전술한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법은 기액 혼합물을 생성하고, 기액 혼합물에 함유된 가스버블을 미세버블로 형성하며, 저장탱크(110) 내에서 미세버블을 나노버블화하고 나노버블을 안정화시키는 공정을 반복적으로 수행하여 평균 직경이 1~200nm를 가지며 연료 1㎖ 당 평균 0.1~10.0×108 버블수/㎖의 농도를 가지는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료를 제조할 수 있다.
제2 실시예
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치를 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치를 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기액 혼합물 생성유닛의 동작을 나타내는 동작상태도이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 버블 미세화유닛의 일례를 나타내는 단면도이고, 도 10a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 저장탱크 내에서 나노버블화되고 안정화된 나노버블을 나타내는 사진이고, 도 10b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 저장탱크 내에서 나노버블화되고 안정화된 나노버블의 크기 분포를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치(100a)는 제1 저장탱크(110a) 내의 연료를 순환시키며 연료를 순환하는 도중에 연료에 가스를 공급하여 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성하고, 기액 혼합물에 함유된 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하며 연료와 함께 미세버블을 제1 저장탱크(110a)에 다시 공급하는 공정을 반복적으로 수행하면서 제1 저장탱크(110a) 내의 미세버블의 농도가 연료 1㎖ 당 0.1~1.0×108 버블수/㎖에 도달한 경우에 제1 저장탱크(110a)에 저장된 연료와 함께 미세버블을 제2 저장탱크(160a)로 공급하여 미세버블을 나노버블화하고 생성된 나노버블을 안정화시키는 공정을 수행한다.
도 7에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치(100a)는 연료가 저장되는 제1 저장탱크(110a)와, 제1 저장탱크(110a)에 연결되어 연료를 순환시키는 펌프유닛(120a)과, 펌프유닛(120a)에 의해 연료가 순환되는 순환유로(C)에 마련되며 순환되는 연료에 가스를 공급하여 액체 상태의 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성하는 기액 혼합물 생성유닛(130a)과, 순환유로(C)에 마련되며 기액 혼합물에 함유된 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하여 제1 저장탱크(110a)에 공급하는 버블 미세화유닛(140a)과, 제1 저장탱크(110a)에 연결되어 제1 저장탱크(110a)에서 공급되는 연료와 미세버블을 저장하고 미세버블을 가압하여 미세버블을 나노버블화하고 나노버블을 안정화시키는 제2 저장탱크(160a)와, 기액 혼합물을 생성하도록 기액 혼합물 생성유닛(130a)에 가스를 공급하고 제2 저장탱크(160a)의 내부를 가압하여 제2 저장탱크(160a)에 저장된 미세버블을 나노버블화하고 나노버블을 안정화시키도록 제2 저장탱크(160a)에 가스를 공급하는 가스 공급유닛(150a)을 포함한다.
본 실시예에 따른 제1 저장탱크(110a)는 액체 상태의 연료를 저장하고 후술할 버블 미세화유닛(140a)으로부터 공급되는 미세버블을 저장하는 공간을 제공하는 역할을 한다.
즉 제1 저장탱크(110a)의 내부에는 액체 상태의 연료와 마이크로 크기의 마이크로 버블과 나노크기의 나노버블이 공존할 수 있다.
그리고 제1 저장탱크(110a) 내의 압력은 일정한 값(1~1.5 기압(bar))으로 조절된다. 이는 제1 저장탱크(110a)에 공급되는 미세버블의 내부압력과 외부압력 차이를 줄여 미세버블의 내부의 기체가 연료에 녹는 속도를 줄이고 미세버블 중 마이크로 버블의 수축정지를 유도하기 위함이다.
제1 저장탱크(110a)에 저장된 연료는 순환유로(C)를 따라 재차 제1 저장탱크(110a)로 공급되도록 순환된다. 이처럼 제1 저장탱크(110a)에 저장된 연료를 순환시키기 위해 순환유로(C)에 펌프유닛(120a)이 마련된다.
본 실시예에서는 제1 저장탱크(110a)에 저장된 연료를 순환시키고 연료의 역류를 방지하기 위해 기어펌프가 사용될 수 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 의해 제한되는 것은 아니다.
그리고 펌프유닛(120a)에 의해 운반되는 연료는 펌프유닛(120a)의 후방에 배치된 기액 혼합물 생성유닛(130a)으로 공급된다.
기액 혼합물 생성유닛(130a)은 순환유로(C)를 따라 순환되는 연료에 가스를 공급하여 액체 상태의 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성하는 역할을 한다.
도 8을 참조하면, 기액 혼합물 생성유닛(130a)은 제1 저장탱크(110a)와 연통되는 제1 몸체부(131a)와, 제1 몸체부(131a)의 일측에 형성되며 연료가 공급되는 공급구(133a)와, 제1 몸체부(131a)의 타측에 형성되며 기액 혼합물이 배출되는 배출구(135a)와, 제1 몸체부(131a)에 형성되고 공급구(133a)와 배출구(135a) 사이에 배치되어 가스가 공급되는 가스 공급홀(137a)을 포함한다.
그리고 제1 몸체부(131a)는 순환유로(C)와 연통하되 공급구(133a)에서 가스 공급홀(137a) 방향으로 갈수록 단면적이 감소하고 가스 공급홀(137a)에서 배출구(135a)로 갈수록 단면적이 증가하는 유로(139a)를 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 기액 혼합물 생성유닛(130a)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기액 혼합물 생성유닛(130a)과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8을 참조하면, 펌프유닛(120a)에 의해 연료는 기액 혼합물 생성유닛(130a)의 공급구(133a)로 공급되고 연료가 기액 혼합물 생성유닛(130a)의 배출구(135a)로 이동되는 동안, 기액 혼합물 생성유닛(130a)의 가스 공급홀(137a)을 통해 가스가 연료에 공급된다. 따라서 기액 혼합물 생성유닛(130a)을 통과하는 연료에는 가스버블이 혼합되며, 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물이 기액 혼합물 생성유닛(130a)의 배출구(135a)를 통해 배출된다.
이때 기액 혼합물 생성유닛(130a)의 후방에 배치되는 버블 미세화유닛(140a)에 의해 기액 혼합물의 흐름이 정체되거나 연료가 가스 공급홀(137a)을 통해 역류되는 것을 방지하기 위해 본 실시예에서는 펌프유닛(120a)에 의해 공급구(133a)에 공급되는 연료의 공급압력이 1.5~20.0 기압(bar)을 유지하도록 하고 또한 가스 공급유닛(150a)에 의해 가스 공급홀(137a)에 공급되는 가스의 공급압력이 0.5~5.0 기압(bar)을 유지하도록 한다.
본 실시예에서 기액 혼합물 생성유닛(130a)에 의해 생성된 가스버블은 수십 ㎛ 내지 수 mm의 직경을 가지며, 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하기 위해 기액 혼합물을 버블 미세화유닛(140a)으로 이송한다.
버블 미세화유닛(140a)은 기액 혼합물 생성유닛(130a)의 후방에 배치되어 기액 혼합물에 함유된 가스버블을 마이크로미터 크기의 마이크로 버블 및/또는 나노미터 크기의 나노버블을 포함하는 미세버블로 형성하는 역할을 한다.
도 9를 참조하면, 버블 미세화유닛(140a)은 기액 혼합물 생성유닛(130a)과 연통되는 제2 몸체부(141a)와, 제2 몸체부(141a)의 내부에 마련되어 기액 혼합물에 함유된 가스버블을 미세버블로 형성하는 버블 미세화부(143a)를 포함한다.
도 9에는 버블 미세화부(143a)의 일 예를 도시한 것으로서, 버블 미세화부(143a)는 제2 몸체부(141a)의 내부에 마련되되 나선모양으로 제2 몸체부(141a)의 길이방향을 따라 길게 배치되는 복수의 와이어(144a)들을 포함할 수 있다. 복수의 와이어(144a)들은 꼬인 형태를 이루며 인접하는 와이어(143a)들 사이에는 기액 혼합물이 통과할 수 있는 홀(145a) 형태의 미세유로가 형성된다.
따라서 기액 혼합물의 가스버블이 복수의 와이어(144a)들 사이에 형성된 나선모양의 복수의 홀(145a)을 통과하면서 미세크기의 미세버블이 형성된다. 즉 기액 혼합물에 함유된 가스버블이 복수의 홀(145a)을 통과하면서 미세버블화된다.
특히 기액 혼합물이 제2 몸체부(141a)의 길이방향을 따라 나선모양으로 형성되는 복수의 홀(145a)을 통과하며 선회하므로 기액 혼합물의 선회에 따른 전단력에 의해 가스버블의 크기가 더욱 미세화될 수 있다.
상기한 버블 미세화유닛(140a)에 의해 형성되는 미세버블은 약 1 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛의 직경을 가지는 마이크로 버블과 약 1 ㎚내지 약 1,000 ㎚의 직경을 가지는 나노버블을 포함한다.
본 실시예에서 버블 미세화유닛(140a)에 의해 형성된 미세버블의 평균 직경은 155.26nm 이며, 미세버블의 농도는 연료 1㎖ 당 평균 4.02×108 버블수/㎖를 가진다(도 5b 참조). 한편 도시되지는 않았으나 본 실시예에 따른 버블 미세화유닛(140a)은 스태텍 믹서(static mixer), 오리피스 형의 미세화기구 등 다양한 형태로 사용될 수도 있다. 한편, 도시되지는 않았으나 본 실시예에 따른 버블 미세화유닛(140a)은 스태틱 믹서(static mixer), 오리피스 형의 미세화기구, 원통형 레저버(reservoir)을 이용한 와류 붕괴, 미세 간극을 갖는 멤브레인 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 버블 미세화유닛(140a)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 버블 미세화유닛(140a)과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
버블 미세화유닛(140a)에 의해 생성된 마이크로 크기의 마이크로 버블과 나노 크기의 나노버블을 포함하는 미세버블은 다시 제1 저장탱크(110a)로 공급된다. 여기서 제1 저장탱크(110a)의 내부압력은 1~1.5 기압(bar)을 유지한다.
전술한 바와 같이 버블 미세화유닛(140a)에서 제1 저장탱크(110a)에 공급된 미세버블은 마이크로 버블과 나노버블을 포함한다.
그리고 제1 저장탱크(110a)의 내부에서 마이크로 버블 중 일부는 나노버블화될 수 있으며, 이는 마이크로 버블이 제1 저장탱크(110a)의 내부에서 시간이 경과함에 따라 수축되고 이로 인해 마이크로 버블 표면의 이온농도가 증가하여 마이크로 버블의 표면에 형성된 두꺼운 이온층에 의해 마이크로 버블의 수축이 멈추고 나노버블이 생성된다.
그리고 본 실시예에서는 제1 저장탱크(110a)에 저장된 연료가 기액 혼합물 생성유닛(130a)과 버블 미세화유닛(140a)을 경유하여 다시 제1 저장탱크(110a)에 공급되는 공정을 대략 20~60분 동안 반복적으로 수행하여, 제1 저장탱크(110a) 내의 미세버블의 농도가 연료 1㎖ 당 0.1~1.0×108 버블수/㎖인 경우에 제1 저장탱크(110a)에 저장된 연료와 미세버블을 제2 저장탱크(160a)에 공급하고 1~48시간 동안 제2 저장탱크(160a) 내부에서 미세버블을 나노크기의 버블로 나노버블화하고 생성된 나노버블을 안정화한다.
한편 제2 저장탱크(160a)에 공급되는 미세버블은 마이크로 버블과 나노버블을 포함한다.
제2 저장탱크(160a) 내에서 마이크로 버블이 나노버블화되는 과정을 살펴보면, 제1 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치(100)에서 설명한 바와 같이 제2 저장탱크(160a) 내에서 마이크로 버블은 큰 내압에 의해 시간이 경과함에 따라 수축하는 성질을 가지며 이로 인해 마이크로 버블 표면의 이온농도가 증가하며 마이크로 버블의 표면에 형성된 두꺼운 이온층에 의해 마이크로 버블의 수축이 멈추고 나노버블이 생성된다.
한편, 제2 저장탱크(160a) 내에 공급된 마이크로 버블과 나노버블은 버블의 내부압력과 버블의 외부압력 차이로 인하여 순식간에 사라질 수 있다. 이는 전술한 수학식(1)에서와 같이 버블의 내부압력과 버블의 외부압력의 차이는 버블의 직경에 반비례하므로, 마이크로 버블과 나노버블은 버블의 내부압력(Pi)의 크기가 버블의 외부압력(Pa)의 크기보다 수백 내지 수천 배에 달하므로 순식간에 사라지게 되는 것이다.
따라서 본 실시예에서는 마이크로 버블 및 나노버블의 내부압력과 외부압력의 차이를 줄여 마이크로 버블 및 나노버블 내의 기체가 연료에 녹는 속도를 줄이고 마이크로 버블의 수축 정지에 의한 나노버블화 및 나노버블의 고농도화를 달성하도록 제2 저장탱크(160a)의 내부를 가압한다.
이를 위해 제2 저장탱크(160a)에는 제2 저장탱크(160a) 내부의 압력을 측정하고 조절할 수 있도록 압력계(미도시)와 압력 조절밸브(미도시)가 설치된다. 그리고 제2 저장탱크(160a) 내부의 압력은 가스 공급유닛(150a)에서 제2 저장탱크(160a)로 가스를 공급하여 제2 저장탱크(160a) 내부를 가압한다.
본 실시예에서 제2 저장탱크(160a)의 내부압력은 공급되는 가스에 의해 1.0~5.0 기압(bar)으로 유지된다.
그리고, 1~48시간 동안 제2 저장탱크(160a)에서 미세버블을 나노크기의 버블로 나노버블화하고 생성된 나노버블을 안정화한다. 그리고 제2 저장탱크(160a)에 저장된 나노버블을 포함하는 연료를 순환유로(C)에 공급하고, 순환유로(C)를 따라 배치된 기액 혼합물 생성유닛(130a), 버블 미세화유닛(140a) 및 제1 저장탱크(110a)를 경유하는 공정을 반복하여 수행한 후 다시 제2 저장탱크(160a)에 공급한다.
이처럼 상기한 순환공정을 수~수십 차례 반복한 후, 제2 저장탱크(160a) 내의 나노버블의 평균 직경이 1~200nm이고, 제2 저장탱크(160a) 내의 나노버블의 농도가 연료 1㎖ 당 평균 0.1~10.0×108 버블수/㎖에 도달되게 한다.
도 10a는 제2 저장탱크(160a) 내에서 나노버블화되고 안정화된 나노버블을 나타내는 것이며, 도 10b는 제2 저장탱크(160a) 내에서 나노버블화되고 안정화된 나노버블의 크기 분포를 나타내는 것으로서, 제2 저장탱크(160a) 내의 나노버블의 평균 직경은 89.14nm 이며, 나노버블의 농도는 연료 1㎖ 당 평균 2.18×108 버블수/㎖를 가진다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법은 펌프유닛(120a)을 이용하여 제1 저장탱크(110a)에 저장된 연료를 순환유로(C)를 따라 반복하여 순환시켜 다시 제1 저장탱크(110a)로 공급한다. 그리고 순환유로(C)를 따라 연료를 순환시키는 동안 연료에 가스를 공급하여 연료와 가스버블이 혼합되는 기액 혼합물을 생성하고, 기액 혼합물에 함유된 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하며, 연료와 함께 미세버블을 제1 저장탱크(110a)에 다시 공급하는 공정을 반복적으로 수행하면서 제1 저장탱크(110a) 내의 미세버블의 농도가 연료 1㎖ 당 0.1~1.0×108 버블수/㎖이 되면 제1 저장탱크(110a) 내의 연료와 미세버블을 제2 저장탱크(160a)에 공급하고, 제2 저장탱크(160a) 내에서 1~48 시간 동안 미세버블을 나노버블화하고 생성된 나노버블을 안정화시키는 공정을 수행한다.
그리고 1~48 시간 동안 안정화된 나노버블이 포함된 연료는 순환유로(C)에 공급되고 순환유로(C)를 따라 배치된 기액 혼합물 생성유닛(130a), 버블 미세화유닛(140a) 및 제1 저장탱크(110a)를 경유하는 공정을 반복하여 수행한다. 그리고 제1 저장탱크(110a) 내의 미세버블의 농도가 연료 1㎖ 당 0.1~1.0×108 버블수/㎖에 도달되면 다시 제2 저장탱크(160a)에 미세버블을 포함하는 연료를 공급하여 미세버블을 나노버블화하고 안정화시킨다.
이처럼 상기한 순환공정을 수~수십 차례 반복한 후 제2 저장탱크(160a)에 공급되는 미세버블을 나노버블화하고 고농도화 한다.
먼저 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료를 제조하기 위해 제1 저장탱크(110a)에 저장된 연료는 순환유로(C)를 따라 순환되며 연료가 순환되는 동안 연료에 가스를 공급하여 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성한다.
펌프유닛(120a)에 의해 제1 저장탱크(110a)에 저장된 연료는 기액 혼합물 생성유닛(130a)의 공급구(133a)로 공급되고 동시에 가스 공급유닛(150a)으로부터 기액 혼합물 생성유닛(130a)의 가스 공급홀(137a)에 가스가 공급된다.
따라서 기액 혼합물 생성유닛(130a)을 통과하는 연료에는 가스버블이 혼합되며, 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물이 기액 혼합물 생성유닛(130a)의 배출구(135a)를 통해 배출된다.
이때 기액 혼합물 생성유닛(130a)의 후방에 배치되는 버블 미세화유닛(140a)에 의해 기액 혼합물의 흐름이 정체되거나 연료가 가스 공급홀(137a)을 통해 역류되는 것을 방지하기 위해 본 실시예에서는 펌프유닛(120a)에 의해 공급구(133a)에 공급되는 연료의 공급압력이 1.5~20.0 기압(bar)을 유지하도록 하고 또한 가스 공급유닛(150a)에 의해 가스 공급홀(137a)에 공급되는 가스의 공급압력이 0.5~5.0 기압(bar) 을 유지하도록 한다.
다음으로, 기액 혼합물 생성유닛(130a) 의해 생성된 기액 혼합물에 함유된 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성한다.
기액 혼합물 생성유닛(130a)의 배출구(135a)에서 배출되는 기액 혼합물은 버블 미세화유닛(140a)으로 공급된 후 가스버블이 미세크기의 미세버블로 형성된다.
여기서 미세버블은 마이크로 크기의 마이크로 버블과 나노 크기의 나노버블을 포함한다.
도 9에서 도시한 본 실시예에 따른 버블 미세화유닛(140a)은 나선모양으로 길게 배치되는 복수의 와이어들을 구비한 버블 미세화부(143a)를 포함할 수 있으며, 기액 혼합물이 상호 인접하는 와이어들 사이에 형성된 나선모양의 복수의 홀(145a)을 통과하면서 가스버블이 미세버블화된다.
다음으로, 버블 미세화유닛(140a)에 의해 생성된 미세버블은 연료와 함께 제1 저장탱크(110a)로 공급된다. 상기와 같은 제1 저장탱크(110a)에 저장된 연료를 순환유로(C)를 따라 반복하여 순환시켜 제1 저장탱크(110a)에 미세버블을 계속적으로 공급한다.
다음으로, 제1 저장탱크(110a) 내의 미세버블의 농도가 연료 1㎖ 당 0.1~1.0×108 버블수/㎖에 도달하면 제1 저장탱크(110a) 내에 저장된 연료와 미세버블은 제2 저장탱크(160a)에 공급되고 제2 저장탱크(160a) 내에서 나노버블화되고 안정화된다. 그리고 제2 저장탱크(160a)에서 1~48 시간 동안 안정화된 나노버블이 포함된 연료는 재차 순환유로(C)를 따라 반복하여 순환되며 다시 제1 저장탱크(110a)에 공급된다. 그리고 제1 저장탱크(110a) 내의 미세버블의 농도가 연료 1㎖ 당 0.1~1.0×108 버블수/㎖에 도달되면 다시 제2 저장탱크(160a)에 미세버블을 포함하는 연료를 공급하여 미세버블을 나노버블화하고 안정화시킨다.
이처럼 상기한 순환공정을 수~수십 차례 반복한 후 제2 저장탱크(160a)에 공급되는 미세버블을 나노버블화하고 고농도화하여 제2 저장탱크(106a) 내의 나노버블의 평균 직경이 1~200nm이고, 제2 저장탱크(160a) 내의 나노버블의 농도가 연료 1㎖ 당 평균 0.1~10.0×108 버블수/㎖에 도달되게 한다.
제2 저장탱크(160a)로 공급된 미세버블 중 마이크로 크기의 마이크로 버블은 시간이 경과함에 따라 수축되어 나노버블화된다.
그리고 제2 저장탱크(160a) 내의 마이크로 버블과 나노버블은 내부압력과 외부압력의 차이가 클수록 순식간에 사라지게 되므로 본 실시예에서는 마이크로 버블 및 나노버블의 내부압력과 외부압력 차이를 줄여 마이크로 버블의 수축 정지에 의한 나노버블화 및 나노버블의 고농도화를 달성하도록 제2 저장탱크(160a)의 내부에 가스를 공급하여 가압한다. 본 실시예에서 제2 저장탱크(160a)의 내부압력은 공급되는 가스에 의해 1.0~5.0 기압(bar)으로 유지된다.
전술한 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 다른 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법은 기액 혼합물을 생성하고, 기액 혼합물에 함유된 가스버블을 미세버블로 형성한 후 제1 저장탱크(110a)에 공급하는 공정을 반복하여 제1 저장탱크(110a) 내의 미세버블의 농도가 연료 1㎖ 당 0.1~1.0×108 버블수/㎖에 도달되면 제1 저장탱크(110a)에 저장된 미세버블을 포함하는 연료를 제2 저장탱크(160a)로 공급하고, 제2 저장탱크(160a) 내에서 미세버블을 나노버블화하고 나노버블을 안정화시키는 공정을 수행한 후 다시 제2 저장탱크(160a)에 저장된 나노버블을 포함하는 연료를 순환유로(C)에 공급한다. 이처럼 상기한 순환공정을 수~수십 차례 반복한 후 제2 저장탱크(160a) 내의 나노버블의 평균 직경이 1~200nm를 가지며 나노버블의 농도가 연료 1㎖ 당 평균 0.1~10.0×108 버블수/㎖의 농도를 가지는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료를 제조할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110: 저장탱크 110a: 제1 저장탱크
120, 120a: 펌프유닛 130, 130a: 기액 혼합물 생성유닛
140, 140a: 버블 미세화유닛 150, 150a: 가스 공급유닛
160a: 제2 저장탱크

Claims (28)

  1. 연료가 저장되는 저장탱크;
    상기 저장탱크에 연결되어 상기 연료를 순환시키는 펌프유닛;
    상기 펌프유닛에 의해 상기 연료가 순환되는 순환유로에 마련되며 순환되는 상기 연료에 가스를 공급하여 액체 상태의 상기 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성하는 기액 혼합물 생성유닛; 및
    상기 순환유로에 마련되며 상기 기액 혼합물에 함유된 상기 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하여 상기 저장탱크에 공급하는 버블 미세화유닛을 포함하며,
    상기 저장탱크의 내부는 가압되어 상기 저장탱크에 저장된 상기 미세버블이 나노버블화되고 안정화되는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기액 혼합물 생성유닛은,
    상기 저장탱크와 연통되는 제1 몸체부;
    상기 제1 몸체부의 일측에 형성되며 상기 연료가 공급되는 공급구;
    상기 제1 몸체부의 타측에 형성되며 상기 기액 혼합물이 배출되는 배출구; 및
    상기 제1 몸체부에 형성되고 상기 공급구와 상기 배출구 사이에 배치되어 가스가 공급되는 가스 공급홀을 포함하며,
    상기 제1 몸체부는,
    상기 순환유로와 연통하되, 상기 공급구에서 상기 가스 공급홀 방향으로 갈수록 단면적이 감소하고 상기 가스 공급홀에서 상기 배출구로 갈수록 단면적이 증가하는 유로를 포함하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공급구에 공급되는 상기 연료의 공급압력은 1.5 내지 20.0 기압(bar)이고,
    상기 가스 공급홀에 공급되는 상기 가스의 공급압력은 0.5 내지 5.0 기압(bar)인 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 버블 미세화유닛은,
    상기 기액 혼합물 생성유닛과 연통되는 제2 몸체부; 및
    상기 제2 몸체부의 내부에 마련되어 상기 기액 혼합물에 함유된 상기 가스버블을 상기 미세버블로 형성하는 버블 미세화부를 포함하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 버블 미세화부는,
    상기 제2 몸체부의 내부에 마련되되, 나선모양으로 상기 제2 몸체부의 길이방향을 따라 길게 배치되는 복수의 와이어들을 포함하며,
    상기 기액 혼합물이 상호 인접하는 상기 와이어들 사이에 형성된 나선모양의 복수의 홀을 통과하면서 상기 가스버블이 미세버블화되는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기액 혼합물을 생성하도록 상기 기액 혼합물 생성유닛에 상기 가스를 공급하고, 상기 저장탱크의 내부를 가압하여 상기 저장탱크에 저장된 상기 미세버블을 나노버블화하고 상기 나노버블을 안정화시키도록 상기 저장탱크에 상기 가스를 공급하는 가스 공급유닛을 더 포함하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 저장탱크의 내부압력이 1.0 내지 5.0 기압(bar)으로 유지되는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치.
  8. (a) 저장탱크에 저장된 연료를 순환시키고 상기 연료에 가스를 공급하여 상기 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성하는 단계;
    (b) 상기 기액 혼합물에 함유된 상기 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 저장탱크에 상기 미세버블을 공급하며 상기 저장탱크에서 상기 미세버블을 가압하여 상기 미세버블을 나노버블화하고 안정화시키는 단계를 포함하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    상기 저장탱크 내의 상기 연료를 기액 혼합물 생성유닛으로 공급하고, 상기 기액 혼합물 생성유닛에 상기 가스를 공급하여 상기 연료와 상기 가스버블이 혼합된 상기 기액 혼합물을 생성하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기액 혼합물 생성유닛에 공급되는 상기 연료의 공급압력은 1.5 내지 20.0 기압(bar)이고,
    상기 기액 혼합물 생성유닛에 공급되는 상기 가스의 공급압력은 0.5 내지 5.0 기압(bar)인 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 (b)단계는,
    상기 기액 혼합물 생성유닛에서 생성된 상기 기액 혼합물을 버블 미세화유닛으로 공급하여 상기 기액 혼합물에 함유된 상기 가스버블을 미세크기의 상기 미세버블로 형성하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 버블 미세화유닛은,
    나선모양으로 길게 배치되는 복수의 와이어들을 구비한 버블 미세화부를 포함하며,
    상기 기액 혼합물이 상호 인접하는 상기 와이어들 사이에 형성된 나선모양의 복수의 홀을 통과하면서 상기 가스버블이 미세버블화되는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    상기 저장탱크에 상기 연료와 상기 미세버블이 혼합되어 저장된 상태에서 상기 저장탱크에 상기 가스를 공급하여 상기 저장탱크의 내부압력을 1.0 내지 5.0 기압(bar)으로 유지하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법.
  14. 제8항에 있어서,
    (d) 상기 (a) 내지 (c) 단계를 반복하여 상기 저장탱크 내의 상기 나노버블의 평균 직경이 1~200nm이고, 상기 저장탱크 내의 상기 나노버블의 농도가 상기 연료 1㎖ 당 평균 0.1~10.0×108 버블수/㎖에 도달되게 하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법.
  15. 연료가 저장되는 제1 저장탱크;
    상기 제1 저장탱크에 연결되어 상기 연료를 순환시키는 펌프유닛;
    상기 펌프유닛에 의해 상기 연료가 순환되는 순환유로에 마련되며 순환되는 상기 연료에 가스를 공급하여 액체 상태의 상기 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성하는 기액 혼합물 생성유닛;
    상기 순환유로에 마련되며 상기 기액 혼합물에 함유된 상기 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하여 상기 제1 저장탱크에 공급하는 버블 미세화유닛; 및
    상기 제1 저장탱크로부터 상기 연료와 상기 미세버블을 공급받으며, 상기 미세버블이 나노버블화되고 안정화되도록 내부가 가압되는 제2 저장탱크를 포함하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 기액 혼합물 생성유닛은,
    상기 제1 저장탱크와 연통되는 제1 몸체부;
    상기 제1 몸체부의 일측에 형성되며 상기 연료가 공급되는 공급구;
    상기 제1 몸체부의 타측에 형성되며 상기 기액 혼합물이 배출되는 배출구; 및
    상기 제1 몸체부에 형성되고 상기 공급구와 상기 배출구 사이에 배치되어 가스가 공급되는 가스 공급홀을 포함하며,
    상기 제1 몸체부는,
    상기 순환유로와 연통하되, 상기 공급구에서 상기 가스 공급홀 방향으로 갈수록 단면적이 감소하고 상기 가스 공급홀에서 상기 배출구로 갈수록 단면적이 증가하는 유로를 포함하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 공급구에 공급되는 상기 연료의 공급압력은 1.5 내지 20.0 기압(bar)이고,
    상기 가스 공급홀에 공급되는 상기 가스의 공급압력은 0.5 내지 5.0 기압(bar)인 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 버블 미세화유닛은,
    상기 기액 혼합물 생성유닛과 연통되는 제2 몸체부; 및
    상기 제2 몸체부의 내부에 마련되어 상기 기액 혼합물에 함유된 상기 가스버블을 상기 미세버블로 형성하는 버블 미세화부를 포함하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 버블 미세화부는,
    상기 제2 몸체부의 내부에 마련되되, 나선모양으로 상기 제2 몸체부의 길이방향을 따라 길게 배치되는 복수의 와이어들을 포함하며,
    상기 기액 혼합물이 상호 인접하는 상기 와이어들 사이에 형성된 나선모양의 복수의 홀을 통과하면서 상기 가스버블이 미세버블화되는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 기액 혼합물을 생성하도록 상기 기액 혼합물 생성유닛에 상기 가스를 공급하고, 상기 제2 저장탱크의 내부를 가압하여 상기 제2 저장탱크에 저장된 상기 미세버블을 나노버블화하고 상기 나노버블을 안정화시키도록 상기 제2 저장탱크에 상기 가스를 공급하는 가스 공급유닛을 더 포함하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제2 저장탱크의 내부압력이 1.0 내지 5.0 기압(bar)으로 유지되는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조장치.
  22. (a) 제1 저장탱크에 저장된 연료를 순환시키고 상기 연료에 가스를 공급하여 상기 연료와 가스버블이 혼합된 기액 혼합물을 생성하는 단계;
    (b) 상기 기액 혼합물에 함유된 상기 가스버블을 미세크기의 미세버블로 형성하는 단계;
    (c) 상기 제1 저장탱크에 상기 미세버블을 공급하는 단계: 및
    (d) 상기 (a) 내지 (c) 단계를 반복하여 상기 제1 저장탱크 내의 상기 미세버블의 농도가 상기 연료 1㎖ 당 0.1~1.0×108 버블수/㎖에 도달되면 상기 연료와 상기 미세버블을 제2 저장탱크에 공급하며, 상기 제2 저장탱크에서 상기 미세버블을 가압하여 상기 미세버블을 나노버블화하고 안정화시키는 단계를 포함하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    상기 제1 저장탱크 내의 상기 연료를 기액 혼합물 생성유닛으로 공급하고, 상기 기액 혼합물 생성유닛에 상기 가스를 공급하여 상기 연료와 상기 가스버블이 혼합된 상기 기액 혼합물을 생성하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 기액 혼합물 생성유닛에 공급되는 상기 연료의 공급압력은 1.5 내지 20.0 기압(bar)이고,
    상기 기액 혼합물 생성유닛에 공급되는 상기 가스의 공급압력은 0.5 내지 5.0 기압(bar)인 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 (b)단계는,
    상기 기액 혼합물 생성유닛에서 생성된 상기 기액 혼합물을 버블 미세화유닛으로 공급하여 상기 기액 혼합물에 함유된 상기 가스버블을 미세크기의 상기 미세버블로 형성하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 버블 미세화유닛은
    나선모양으로 길게 배치되는 복수의 와이어들을 구비한 버블 미세화부를 포함하며,
    상기 기액 혼합물이 상호 인접하는 상기 와이어들 사이에 형성된 나선모양의 복수의 홀을 통과하면서 상기 가스버블이 미세버블화되는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 (d)단계는,
    상기 제2 저장탱크에 상기 연료와 상기 미세버블이 혼합되어 저장된 상태에서 상기 제2 저장탱크에 상기 가스를 공급하여 상기 제2 저장탱크의 내부압력을 1.0 내지 5.0 기압(bar)으로 유지하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법.
  28. 제22항에 있어서,
    (e) 상기 (d)단계에서 상기 나노버블을 포함하는 상기 연료를 안정화한 후, 안정화된 상기 나노버블을 포함하는 상기 연료를 상기 (a) 내지 (d) 단계를 반복하여 상기 제2 저장탱크 내의 상기 나노버블의 평균 직경이 1~200nm이고, 상기 저장탱크 내의 상기 나노버블의 농도가 상기 연료 1㎖ 당 평균 0.1~10.0×108 버블수/㎖에 도달되게 하는 나노버블이 함유된 고효율 혼합연료 제조방법.
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