KR100757317B1 - 연료유의 에멀젼화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소설비에 관한 기술로서, 좀더 상세하게는 산업용 보일러 등의 연료로 사용되는 벙커유등의 연료유를 물과 함께 에멀젼화 하여 연소가 용이하게 일어나게 함으로써, 연소효율을 증대시키는 장치에 관한 것이다.

본 발명인 연료의 에멀젼화 장치는, 모터(10), 동력전달장치(20), 믹서(30), 그리고 베이스(40)를 포함하여 구성되는데, 동력전달장치는 요철이 있는 평벨트이고, 믹서는 몸체(31), 풀리(32), 회전 축(33), 두개의 플랜지(34), 1 내지 2개의 에멀젼 파쇄기(35), 그리고 격리판(36)을 포함하여 구성된다.

본 발명품인 연료유 에멀젼화 장치는 고속으로 회전하는 특수한 형태의 믹서를 채택하여, 입자 크기가 아주 미세한 물 입자와 연료유 입자가 서로 섞여 있는 에멀젼을 만들어, 연소가 용이하고, 연료유의 완전 연소로 그을음이 발생하지 않아 공해의 염려가 적고, 버너의 열효율이 높아져서 연료가 절감된다. 본 발명품인 연료유 에멀젼화 장치는 동력전달 장치로 벨트를 채택하여, 고속회전에도 소음과 진동의 발생이 적고, 고장의 염려가 적다.

연소, 에멀젼, 벙커유, 고속회전, 연소효율, 진동, 소음.

Description

연료유의 에멀젼화 장치{Fuel Oil Emulsifying Device}

도 1은 에멀젼화 장치의 총조립도이다.

도 2는 동력전달장치인 요철이 있는 평벨트이다.

도 3은 믹서의 상세도이다.

도 4는 믹서의 에멀젼 파쇄기 상세도이다.

※주요 구성품 번호

10 : 모터, 20 : 동력전달장치, 30 : 믹서, 40 : 베이스

본 발명은 연소설비에 관한 기술로서, 좀더 상세하게는 산업용 보일러 등의 연료로 사용되는 벙커유등의 연료유를 물과 함께 어멸젼화 하여 연소가 용이하게 일어나게 함으로써, 연소효율을 증대시키는데 장치에 관한 것이다.

벙커유는 중유와 경유의 혼합유로서, 경유 70% 중유 30%의 벙커A유, 경유 50% 중유 50%의 벙커B유, 경유 30% 중유 70%의 벙커C유 등으로 구분된다. 이 벙커유는 연료비가 경유나 등유 등에 비하여 저렴하나, 착화점이 높고 불완전 연소가 되는 경우가 많아, 그을음이 많이 발생하여 대기오염 공해 문제를 야기한다. 따라서 벙커유는 예열보온설비를 구비한 대형 보일러, 대형저속 디젤 기관 등의 연료로 사용되고 있다.

벙커유의 연소효율을 높이는 방법으로 벙커유를 물과 섞어 에멀젼(Emulsion) 상태로 만들어 연료로 사용되는 방법이 개발되었다. 이와 같이 벙커유를 에멀젼화하면 기름의 입자가 물속에서 잘게 나누어진 상태로 존재하게 되므로, 연소가 용이하게 일어나고, 그만큼 불완전연소로 인한 문제가 발생할 염려가 적다. 벙커유를 포함한 석유계열의 연료를 연소효율을 높이고 공해물질의 발생량을 줄이는 방안으로 연료에 물을 혼합하는 방법이 제안된 바 있다. 이 경우 물의 기화에 일부 에너지가 소모되나, 물이 기화한 수증기는 그 부피가 증대되어 연료의 무화(霧化)를 도와 연소에 유리하게 작용하고, 또한 고온에서 물(H₂O)은 산소(O), 수소(H), 수산기(OH)로 유리되어 이들이 조연제 역할을 하여 연소를 용이하게 하므로 물의 기화 에너지로 인한 손실은 크지 않고, 오히려 전체 연소효율이 증가하는 것으로 알려져 있다.

벙커유를 포함한 석유계통의 연료 또는 폐유를 에멀젼화 하는 방법으로는 벙커유와 물을 일정비율로 혼합한 다음 유화제를 투입하여 교반하는 방법이 제시되었다. 이 경우 고가의 유화제를 사용하여야 하므로 원가가 상승하고, 유화제가 연소할 경우 또 다른 공해물질을 생성하여 문제가 된다.

최근에 유화제를 사용하지 않고, 벙커유 등과 물만 일정비율로 혼합한 후 고 속 믹서(Mixer)로 믹싱Mixing)하여 에멀젼으로 만드는 장치가 개발되었다. 이러한 에멀젼화 장치는 믹서(Mixer)가 특별한 형태로 설계되어야 하고, 특히 교반기의 고속회전이 필요하다. 이러한 목적을 위한 종래의 연료유의 에멀젼화 장치는 회전 속도가 3600RPM으로 높은 2극 전기모터를 사용하고, 이를 교반기 축과 커플링으로 직접 연결하여 사용하고 있다. 이 경우 교반기의 회전 속도가 충분치 못하고, 2극 모터의 경우 동급의 4극 모터에 비하여 전기가 많이 소모되어 문제가 있다.

종래의 벙커유 등 석유계통의 연료의 에멀젼화 장치는 상기와 같이 유화제를 사용하거나, 물과 연료가 충분히 작은 입자로 에멀젼화가 이루어 지지 않아 문제가 되는바, 이러한 문제점을 개선하기 위해서는 물과 연료만으로 입자의 크기가 충분히 작은 에멀젼을 만드는 장치가 요구된다.

이를 위해서는 고속으로 회전하는 교반기가 필요하고, 이 교반기에 고속회전으로 인한 진동, 소음, 장치의 파손 등의 문제를 일으키지 않고 동력을 전달할 수 있는 동력전달방법이 강구되어야 한다.

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로서, 고속회전 교반기를 구비한 연료유 에멀젼화 장치이다.

본 발명인 연료유의 에멀젼화 장치는 연료로 사용될 수 있는 모든 종류의 기 름에 대하여 적용될 수 있고, 석유계통의 연료, 특히 완전연소가 상대적으로 어려운 중유를 함유한 벙커A, 벙커B, 벙커C 등 벙커유의 연소장치인 버너에 효과적으로 사용될 수 있다.

본 발명인 연료의 에멀젼화 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 모터(10), 동력전달장치(20), 믹서(30), 그리고 베이스(40)를 포함하여 구성된다.

모터(10)는 모든 종류의 전기모터를 사용할 수 있지만, 상업전력을 바로 사용할 수 있는 회전수 1800RPM의 4극 교류모터를 사용하는 것이 전기 공급이나 효율면에서 좋다. 이 모터의 축에는 일정 외경(d₁)의 풀리(11)가 부착된다. 풀리(11)는 사용되는 동력전달용 벨트에 적합한 형상으로 제작되는데, 하기와 같이 요철이 있는 평벨트를 사용할 경우, 평벨트 풀리의 외면에 벨트의 철(凸) 부위가 물릴 수 있는 홈이 형성된다.

동력전달장치(20)는 모터의 회전 동력을 믹서로 전달하는 역할을 하는데, 회전수 변경이 용이하고, 고속 회전에서도 소음과 진동이 작게 발생하는 동력전달용 벨트를 사용한다. 사용 가능한 벨트로는 평벨트, V-벨트, 요철이 있는 평벨트 등이 있다. 본 발명품에는, 동력전달용 벨트로는 도 2에 도시한 바와 같은 요철이 있는 평벨트가 적용되었는데, 풀리와의 접촉면이 넓어 마찰력이 커서 고속회전에서 동력전달이 확실하고, 단위길이당 벨트의 중량이 가벼워 고속회전에도 원심력이 크지않아 동력 전달이 좋고, 내구성이 우수하고, 소음과 진동의 발생이 적으며, 사용중 벨트가 벗겨질 염려가 적어 가장 적합하다.

동력전달장치에 아이들러를 사용하여 벨트를 일정크기의 힘으로 눌러주면 특히 종동축인 믹서 풀리의 접촉각이 커지고, 그만큼 동력전달능력이 증가한다.

본 발명품과 목적이 유사한 종래의 에멀젼화 장치들은 상대적으로 회전속도가 높은 3600RPM의 2극 교류모터를 사용하고, 모터와 믹서를 커플링으로 직접 연결하는 방식을 채택하고 있는데, 믹서의 회전 속도를 모터의 회전속도 이상으로 올릴 수 없어 에멀젼의 입자 크기가 상대적으로 커서 완전연소가 어렵고, 커플링에서 축 정렬의 불량, 편심질량 발생 등이 불가피하게 발생하여 소음과 진동의 발생이 크고, 커플링이 쉽게 파손되는 등 많은 문제점이 있다. 이와 같은 문제점들은 효율이 높고 저속인 모터를 사용하고 요철이 있는 평벨트를 동력전달장치로 사용함으로써 해결된다.

믹서(30)는 도 3에 보인 바와 같이, 몸체(31), 풀리(32), 회전 축(33), 두개의 플랜지(34), 2개의 에멀젼 파쇄기(35), 그리고 격리판(36)을 포함하여 구성된다.

몸체(31)는 양단이 개방된 실린더 형상인데, 연료유와 물의 혼합물이 유입되고 유출되는 유입구(311)와 유출구(312)가 있고, 하면에는 베이스에 고정할 수 있는 고정판(313)이 용접 등의 방법으로 부착되어 있다. 몸체의 내면에 요철을 형성하여 물 및 연료유의 에멀젼화가 더 잘 일어나게 할 수도 있다.

믹서의 풀리(32)는 상기 모터의 풀리(11)와 그 외면형상이 동일하여 사용된 동력전달용 벨트가 감겨 돌아갈 수 있는 형상으로 되어 있고, 그 외경(d₂)은 요구되 는 믹서의 회전수에 따라서 결정된다. 즉, 믹서 풀리의 외경은 다음 수학식 1로 계산된다.

상기 수학식에서, RPM₁은 모타의 회전속도이고, RPM₂은 믹서의 회전속도이다. 즉, 모터의 회전 속도가 일정하므로, 믹서의 회전 속도가 빠를 경우 믹서 풀리의 외경은 작아진다.

본 발명의 일 실시예로 모터의 회전속도가 1800RPM이고, 믹서의 회전속도가 6500RPM이 되는 것이 바람직하므로, 모터 풀리의 외경을 160mm로 할 경우, 믹서 풀리의 외경은 44.3mm가 된다.

회전축(33)은 그 일단이 몸체(31)의 외부로 돌출되어 여기에 풀리(32)가 결합되고, 중앙에는 2개의 에멀젼 파쇄기(35)와 격리판(36)이 삽입되어 키로 고정되며, 몸체(31)의 양측에 부착된 플랜지에 베어링(38)으로 지지된다. 여기에 사용되는 베어링은 고속회전에도 견딜 수 있는 고급 볼베어링을 사용하는 것이 좋다. 그리고 이 회전축에는 양단 플랜지내면에 접촉하여 연료유가 누설되는 것을 막아주는 밀봉재(37)가 설치된다. 이 밀봉제(37)는 스프링으로 눌러주어 밀봉재의 면이 플랜지 면에 밀착되게 하는 것이 좋다.

플랜지(34)는 몸체(31)의 양단에 설치되어, 몸체의 양단을 밀봉하고, 축을 지지하는 베어링을 설치할 수 있게 한다.

에멀젼 파쇄기(35)는 두개가 중간에 격리판(36)을 사이에 두고 대칭으로 설치되어 회전축(33)에 키로 고정되어 회전축과 함께 고속으로 회전하면서 물과 연료유를 미세한 입자로 부수고, 서로 혼합하여 에멀젼을 만든다.

에멀젼 파쇄기(35)는 도 4에 도시한 바와 같이, 그 중심으로 회전축(33)이 지나가는 축구멍(353)이 있는 원기둥 형상으로서, 일단의 외면에는 일정 깊이의 파쇄홈(351)이 다수 개가 형성되어 있고, 타단에는 블레이드(352)가 형성되어 있다. 회전축이 고속으로 회전하고, 파쇄홈이 충분히 길 경우 이 블레이드는 제작의 편의를 위하여 생략할 수 있다. 파쇄홈(351)과 불레이드(352)의 단면은 외측은 좁고, 내측은 넓게 하면 파쇄가 더욱 잘 일어난다. 에멀젼 파쇄기(35)는 격리판(36)을 사이에 두고 두 개를 설치하여 파쇄가 더욱 잘 일어나게 한다.

베이스(40)는 구조강도가 충분한 금속재료로 프레임 형태로 제작되고, 그 위에 상기 모터(10)와 믹서(30)가 고정되는데, 이들을 고정할 수 있는 고정구멍(41)이 가공된다. 이 모터 또는 믹서 고정구멍(41)들 중 어느 한쪽을 슬로트 홀로 가공하여 두면, 모터 또는 믹서의 고정위치를 조정할 수 있어 동력전달장치인 벨트의 장력을 용이하게 조정할 수 있다.

본 에멀젼화 장치의 작동은 다음과 같다.

모터(10)가 회전하면 동력전달장치(20)인 벨트에 의하여 믹서(30)의 축이 회전을 한다. 이 때 믹서 풀리(32)의 외경이 모터 풀리(11)의 외경보다 작으므로, 믹서의 회전속도는 모터의 회전속도보다 아주 빠르다. 이와 같이 믹서가 고속으로 회 전을 하면, 믹서(30)의 유입구(311)로 유입된 물과 연료유의 혼합물이 고속으로 회전하는 에멀젼 파쇄기(35)에 의하여 아주 미세한 입자로 파쇄되고 혼합되어 에멀젼 상태가 된다. 이 에멀젼이 유출구(312)로 유출되어 버너로 공급된다.

본 발명의 일 실시예로, 상기와 같이 믹서의 회전속도를 6500RPM으로 할 경우 에멀젼 입자의 크기는 직경 10μm이하로 아주 미세하게 된다. 이 에멀젼은 시간이 경과하면 유수분리가 일어나, 물은 물끼리 기름은 기름끼리 다시 뭉치게 되므로, 본 에멀젼화 장치에 유출된 후 바로 버너에서 연소되게 하는 것이 좋은데, 유출구(312)로 유출 후 30초 이내에 연소시키는 것이 좋다.

본 발명품인 연료유 에멀젼화 장치는 고속으로 회전하는 특수한 형태의 믹서를 채택하여, 아주 미세한 입자의 물 입자와 연료유 입자가 서로 섞여 있는 에멀젼 상태가 된다. 따라서 유수분리현상이 빨리 일어나지 않아 에멀젼 상태가 비교적 오래 지속된다. 그리고, 연료유의 입자의 크기가 직경 10μm이하로 아주 미세하여 연소가 용이하고, 연료유에 포함된 물 입자는 연료유의 연소를 도와주어, 완전 연소가 어려운 벙커C유라도 버너 내부에서 완전연소가 이루어진다. 이와 같이 연료유의 완전 연소로 그을음이 발생하지 않아 공해의 염려가 적고, 버너의 열효율이 높아져서 연료가 절감된다.

본 발명품인 연료유 에멀젼화 장치는 동력전달 장치로 벨트를 채택하여, 고속회전에도 소음과 진동의 발생이 적고, 고장의 염려가 적다. 특히 동력전달장치로 요철이 있는 평벨트를 사용할 경우, 풀리와 벨트 사이의 마찰력이 커서, 동력의 전 달이 확실하고, 벨트가 잘 벗겨지지 않는다.

Claims (2)

1. 전기 모터(10);

   물과 연료유를 혼합하여 에멀젼으로 만드는 믹서(30);

   상기 모터의 축에 부착된 풀리와 상기 믹서의 축에 부착된 풀리에 감기는 것으로 요철홈이 있는 평벨트인 동력전달장치(20);

   그리고 상기 모터와 믹서가 그 위에 고정되는 베이스(40);

   를 포함하여 구성되는 연료유의 에멀젼화 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 믹서(30)는,

   양단이 개방된 원통관에, 하부에는 베이스에 고정할 수 있는 고정판이 부착되고, 원통관의 벽에는 유입구와 유출구가 형성되어 있는 몸체(31);

   상기 몸체의 양단에 부착되어 몸체를 밀폐하고, 그 중앙에는 하기 축이 지나가는 구멍과 베어링이 설치되는 자리가 있는 2개의 플랜지(34);

   상기 몸체를 관통하고, 상기 2개의 플랜지에 각각 베어링으로 지지 되는 것으로서, 하기 에멀젼 파쇄가 결합되는 회전 축(33);

   상기 몸체의 외부에서, 상기 회전축의 일단에 고정되어 동력전달장치인 평벨트가 감겨 돌아가는 풀리(32);

   그리고, 상기 몸체의 내부에서, 상기 회전축에 키로 고정되는 1 내지 2개의 에멀젼 파쇄기(35);

   를 포함하여 구성되는 믹서(30)인 것을 특징으로 하는 연료유의 에멀젼화 장치.

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