KR101189413B1 - 유화제를 사용하지 않는 증기방식 연료유화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유화제 없이 물을 연료(경유, 중유, 정제유 등)에 유화시키는 장치로서 전기열원
증기발생장치에서 발생시킨 증기를 유화가 용이하도록 전처리된 연료에 순간적으로 침투시켜
이멀전을 만들고, 이 유화된 이멀전을 유수분리 되지 않은 상태에서 즉시사용할 수 있도록 하는
유화제를 사용하지 않는 증기방식 연료유화장치에 관한 것이다.

Description

유화제를 사용하지 않는 증기방식 연료유화장치 { An emulsifying equipment for Fuel Oil using steam without emulsifying agent}

본 발명은 물을 연료(경유,중유,정제유 등)에 유화시키는 유화장치에 관한것으로, 더욱 상세하게는 유화제의 첨가 없이 물이 연료에 유화되게 하고 이 유화된 이멀전을 유수분리 되지 않은 상태에서 즉시사용할 수 있게 하는 유화제를 사용하지 않는 증기방식 연료유화장치에 관한 것이다.

현재까지 연료유화의 방법으로는 각종 계면활성제 등의 유화제를 이용하는 것이 일반적으로 활용되어 왔다. 유화제를 사용하지 않고는 물과 기름을 유화시키기가 매우 어렵기 때문이며 또 일시적으로 유화를 시키더라도 유화제 없이는 안정된 상태로 유화상태를 유지시키기 어렵기 때문이다. 그 결과 친수성과 친유성을 동시충족 시키는 유화제의 개발과정에서 많은 기술과 여러 방법이 축적되어 왔다.

그러나 유화제를 이용해 유화연료를 만들었을 경우에도 제조업체, 유통업체 를 거쳐 최종 소비처에 이르는 취급기간이 길어질수록 유화연료의 상안정성이 저하되는 문제는 여전히 현실적인 한계로 남아있다.

따라서 본 발명의 주목적은 1)유화제가 필요없는 증기방식 연료유화장치, 2)연료사용처에서 유화연료를 즉시 생산하고 즉시 소비하는 증기방식 연료유화장치가 가능하도록 하는데 있다.

연료사용처에서 버너 가동시에 유화제의 투입필요 없이 자동적으로, 즉각적으로 연료유화가 이루어지게 하고, 생성된 이멀전을 현장에서 즉시 사용하게 함으로서 유화연료의 사용편의성을 진작시키고 유화연료의 유통과정 중 발생할 수 있는 품질저하의 한계를 극복하게 하고자하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고온고압의 증기를 생성시켜 기화상태의 물분자를 기름분자에 음속의 속도로 순간적으로 침투, 유화시킴으로써 유중수적형(water in oil)의 이멀전을 만들게 하는 바, 이를 위하여 1)전기열원의 증기발생장치와 이송된 연료를 유화하는 제1유화기 및 1차 유화되어있는 이멀전을 2차로 반복유화하는 제2유화기를 포함하는 유화장치부와 2)자기장의 분극작용을 이용하여 연료분자의 분자결합력과 응집력을 저하시켜 기화된 물분자가 기름분자에 침투하기 쉽게 만들어주는 계면장력저감장치 및 연료유화통 내 85~95℃ 가량의 고온 이멀전을 냉각시킴과 동시에 이송되는 연료의 온도를 60℃이상 올려 유화를 용이하게 하는 판형열교환기를 포함하는 유화전처리부와 3)버너 가동 중단시 연료유화통 하단출구로부터 버너까지의 이멀전 이송관로에 남아있는 이멀전을 연료유화통으로 회수하고 유화되지 않은 상태의 연료를 이송관로에 채워둠으로써 버너 작동중단 후 재가동시 나타나는 이멀전의 유수분리를 회피할 수 있게 하는 제1삼방밸브와 제2삼방밸브 및 제어장치를 포함하는 유화후처리부로 장치를 구성한 것을 특징으로 한다.

위에서 상술한 바와 같이 본 발명의 유화제를 사용하지 않는증기방식 연료유화장치는,

1)증기를 생성시킴으로써 기화된 상태의 물분자가 유화전처리되어 분자결합력이 떨어진 연료분자에 음속의 속도로 침투하기 때문에 유화상태가 매우 탁월한 효과가 있고

2)이멀전을 생산하는 즉시 현장에서 소비하는 방식이기에 시간의 경과에 따른 유화연료의 품질저하 문제를 원천적으로 배제할 수 있는 효과가 있고

3)기존의 기름버너시스템의 구조변경 없이 본 연료유화장치를 연결 사용 할 수 있기에 사용자 편의성이 증대되는 효과가 있다.

*도 1은 본 발명의 유화제를 사용하지 않는 증기방식 연료유화장치를
나타낸 구성도
*도 2는 본 발명의 유화제를 사용하지 않는 증기방식 연료유화장치의
계면장력 저감장치의 부분품 및 외관을 나타낸 구성도.
*도 3은 본 발명의 유화제를 사용하지 않는 증기방식 연료유화장치의
연료유화통을 나타낸 사시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 증기방식 연료유화장치는 유화전처리부(A), 유화장치부(B) 및 유화후처리부(C)로 구성된다.

유화전처리부(A)는 연료저장조(6), 계면장력저감장치(14), 판형열교환기(4) 및 순환펌프(16) 구성된다.

연료저장조(6)는 보일러의 연료탱크로 부터 이송되어 온 연료를 저장함과 동시에 계면장력저감장치와 판형열교환기를 거치면서 유화전처리된 연료를 저장하는 기능을 동시에 가진다.

계면장력 저감장치(14)는 자기장의 분극작용(Polarization)을 이용하여 연료분자의 분자 결합력과 응집력을 저하시켜 기화된 물분자가 기름분자에 침투하기 쉽게 만드는 장치인바, 구체적으로는 강력자기장을 지니는원형마그네틱바를2개의지지체고리안에삽입하여 다발을 구성한 후 동 다발을 원통형자켓 안에 장착하고 순환펌프(16)에 의해 연료를 동 원통형자켓의 내부로 통과시킬 때 원형마그네틱바 다발이 발생시키는 12,000가우스의 강력자기장이 원통형자켓 내부를 지나는 연료의 분자배열을 바꾸고 분자결합력 및 응집력을 약하게하며 계면장력을 저하시키는 분극작용을 이용하여 고압분사 되는 증기가 연료유 및 이멀전에 대해 침투력, 유화력을 높이도록 하는 유화전처리 장치이다.

판형열교환기(4)는 연료유화통 하부공간(10)과 계면장력저감장치(14) 사이에 설치되어 1차 유화된 후 85~95℃로 온도 상승한 이멀전을 65~75℃로 냉각시킴과 동시에 연료저장조(6)에서 나온 상온의 연료를 60~70℃의 온도로 승온시킴으로써 연료분자의 운동을 활성화시켜 기화상태의 물분자가 연료분자로 쉽게 침투할 수 있게 하며,

또 하나의 판형열교환기(5)는 연료유화통 하부공간(10)과 물저장조(7) 사이에 설치되어 열교환기(4)를 거쳐 나온 65~75℃ 온도의 이멀전을 55~65℃로 냉각시키는 기능을 갖게 한다.

유화장치부(B)는 정량펌프(13), 연료유화통(10,11), 증기발생장치(3), 제1유화기(1) 및 제2유화기(2)로 구성된다.

정량펌프(13)는 연료저장조(6)의 유화전처리된 연료를 정량적으로 연료유화통의 상부공간(11)으로 이송하는 기능을 가지며,

연료유화통은 원통형의 연결관(16)을 중심으로 상부공간(11)과 하부공간(10)으로 구성되는 바, 상부공간의 상단에는 연료저장조로부터 이송된 연료의 인입구가 있으며 또한 제1유화기(1)가 장착되어 있고 하부공간의 상단에는 제2유화기(2)가 장착되어 있고 하단에는 생성된 이멀전이 버너로 이송되는 출구가 연결되어 있다.

증기발생장치(3)는 전기를 열원으로 130~150℃온도 4~5kg/c㎡ 압력의 증기를 만들어 준다. 증기발생장치에서 생성된 증기는 관로를 따라 제1유화기 및 제2유화기로 이송되어 유화전처리 된 연료의 1차유화 및 이멀전의 2차유화를 가능케하는 주요 기능을 갖는다.

제1유화기(1)는 연료유화통 상부공간(11)의 상단에 장착되어있고 증기발생장치(3)에서 생성된 증기가 유화전처리 되어있는 연료에 음속의 속도로 순간 침투, 유화되게 만들어주는 장치이다.

즉, 130~150℃온도 4~5kg/c㎡ 압력의 증기가 제1유화기의 미세노즐을 음속의 속도로 통과할 때 연료유화통 상부공간(11)과 연결된 유화기내부에 강한 진공흡입력이 발생되는바, 진공흡입력에 의해 제1유화기 내부로 인입된 유화전처리된 연료에 고압의 증기를 순간적으로 분사, 침투혼합시킴으로써 유화를 위한 별도 첨가제 없이 물과 연료(경유, 벙커씨유, 정제연료유등)만으로 유중수적형의 1차 유화를 달성할 수 있도록 하는 장치이다.

제2유화기(2)는 연료유화통 하부공간(10)의 상단에 장착되어있고 증기발생장치(3)에서 생성된 증기가 1차 유화되어있는 이멀전에 음속의 속도로 순간 침투, 유화되게 만들어주는 장치이다.

즉, 130~150℃온도 4~5kg/c㎡ 압력의 증기가 제2유화기의 미세노즐을 음속의 속도로 통과할 때 연료유화통 하부공간(10)과 연결된 유화기내부에 강한 진공흡입력이 발생되는바, 진공흡입력에 의해 제2유화기 내부로 인입된 이멀전에 고압의 증기를 순간적으로 분사, 침투혼합시킴으로써 반복적 유화를 달성할 수 있도록 하는 장치이다.

유화후처리부(C)는 제1삼방밸브(8), 제2삼방밸브(9), 흡입펌프(12) 및 이들을 제어하는 제어판으로 구성된다.

제1삼방밸브(8)는 연료유화통 하부공간(10)의 하단부 및 펌프실(16)의 상단부에 연결되어 있고 이멀전의 버너방향 이송 혹은 연료유화통 상부공간(11) 방향으로의 흡입이송을 선택적으로 가능하도록 한다.

흡입펌프(12)는 제1삼방밸브(8)와 제2삼방밸브(9) 사이에 위치한 펌프실(16) 내부에 있으며, 버너가동 중단시 이멀전을 연료유화통 상부공간(11)으로 이송시키는 기능을 갖는다.

제2삼방밸브(9)는 펌프실(16)의 하단부에 연결되어 있고 에멀전의 버너(17)방향 이송을 가능케하거나 혹은 연료저장조(6)로부터 내려온 연료의 버너방향 이송을 선택적으로 가능하도록 한다.

제어판은 제1삼방밸브, 제2삼방밸브 및 흡입펌프를 버너의 가동 혹은 휴지(休止)상태에 따라 설정된 조건에 부합하게 제어한다.

이렇게 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 급수관로를 따라 물저장조(7)에 유입된 상온의 물은 판형열교환기(5)를 거쳐나오며 약간의(T 10℃) 온도상승 후 전기열원 증기발생장치(3)로 인입되고, 장치를 거쳐 나오며 증기로 변환된다. 이때 증기발생장치에서 발생되는 필요증기량을 기준하여 증기발생장치 내의 히터용량을 설계한다. 증기발생장치에서 생성되는 증기는 130~150℃온도 4~5kg/c㎡ 압력을 가지며 관로를 따라 제1유화기 및 제2유화기로 인입된다.

한편, 보일러의 연료탱크로부터 연료저장조(6)에 유입된 상온의 연료는 계면장력저감장치(14)를 거치면서 연료분자의 결합력이 저하되고 계면장력이 떨어지는 상태가 된다. 이렇게 분자결합력이 떨어진 연료가 열교환기(4)를 거치면서 60~70℃의 온도로 승온되며, 연료분자의 운동성이 매우 활발해지는 상태가 됨으로써 효과적인 유화를 위한 전처리가 완성된다.

정량펌프(13)에 의해 연료저장조(6)로부터 연료유화통 상부공간(11)으로 이송된 유화전처리 된 연료는 제1유화기(1) 내에서 스팀발생장치(3)에서 생성되고 관로를 통해 유입된 고온고압의 증기와 음속의 속도로 섞이는 바, 이때 기화상태의 물분자가 유화전처리 된 연료분자 안으로 순간적으로 침투하여 유중수적형(water in oil) 유화가 이루어지게 된다.

1차 유화가 이루어진 후 연료유화통 하부공간(10)으로 유입된 이멀전은 다시 한번 제2유화기(2) 내에서 증기발생장치(3)에서 생성되고 관로를 따라 유입된 고온고압의 증기와 음속의 속도로 섞이는 바, 기화상태의 물분자가 1차유화된 이멀전분자 안으로 순간적으로 침투하여 2차유화를 이룸으로써 보다 효과적인 유화상태를 갖게 한다.

연료유화통 하부공간(10)의 이멀전은 85~95℃의 온도를 갖는 바, 냉각과 교반을 위해 이멀전 순환펌프(17)를 통해 열교환기(4)와 연료유화통 하부공간(10) 사이로 이멀전을 순환시킨다.

유화가 완성된 이멀전은 연료유화통 하부공간(10)의 하단부를 통해 버너로 유입된다.

이상은 보일러 버너 가동시 연료유화장치의 통상적 작용과정을 서술한 것이며, 버너 가동을 중단하다가 재가동할 경우의 연료유화장치 제어시스템은,

버너 가동 중단시, 이멀전 순환펌프(17)는 작동을 계속하여 이멀전의 유수분리를 방지케하지만 증기발생장치(3)에서의 증기생성은 중지되고 정량펌프(13)도 연료저장조(6)로부터의 연료이송을 중지시킨다.

동시에 제1삼방밸브(8)는 연료유화통 하부공간(10)의 이멀전 출구를 막고 연료유화통 상부공간(11)과 연결된 관로를 열어줌과 동시에 펌프실(16) 안에 있는 흡입펌프(12)가 에멀전 이송관로에 남아있던 이멀전을 연료유화통 상부공간(11)으로 흡입, 이송시킨다.

그로부터 수초후, 제2삼방밸브(9)가 방향을 전환하여 펌프실(16) 방향의 관로를 막고 연료저장조(6)와 연결된 관로를 열게함으로써 이멀전의 연료유화통으로의 이송 후 빈 관로에 유화되지 않은 연료를 채워두게 제어한다.

버너가동이 재개될 경우, 제1삼방밸브(8)와 제2삼방밸브(9)는 다시 방향을 전환하게 되며 이멀전 이송관로에 채워져있던 유화되지 않은 연료가 먼저 버너에 도달하여 착화(着火)하게 된다. 동시에 증기발생장치(3)에서는 증기 생성이 재개되고 정량펌프(13)도 연료저장조(6)로부터의 연료이송을 재개 한다. 이후 정상가동을 재개한 연료유화장치로부터 공급되는 이멀전이 버너로 연속 투입되도록 시스템을 제어한다.

본 발명의 유화제를 사용하지 않는 증기방식 연료유화장치는 경유, 중유, 정제연료유를 사용하는 모든 보일러에 적용이 가능하다.

유가 상승에 따르는 손실을 회피하기 위해서, 또한 탄소배출량을 줄이기 위해서 많은 노력이 이루어져 왔다. 난방방식을 지열히트펌프, 심야전기, 전기온풍기 등으로 전환하기도 하고 또한 산업체에서는 제조공정의 개선이 다양하게 시도되어 왔다. 그러나 열원자체를 전환하는데 따르는 막대한 투자비가 애로가 되기도 하고, 때로는 열원의 용량확장성과 그에 따른 경제성이 애로가 되기도 하는 현실적 한계가 있어왔다.

획기적 이노베이션이 있지 않는 한, 기름을 사용하는 산업체질이 상당기간 지속될 것으로 예견되는 상황에서 기름의 사용량을 줄이고, 탄소배출을 줄일 수 있는 경제성 있는 수단이 있다면 현실적 대안이 될 수 있을 것이다.

이러한 면에서, 본 발명의 유화제를 사용하지 않는 증기방식 연료유화장치는 경유, 중유, 정제유 등을 사용하는 산업의 전 영역에서 이용 가능한 녹색에너지기술이라고 할 수 있다.

A.유화전처리부
B.유화장치부
C.유화후처리부
1.제1유화기 2. 제2유화기
3.증기발생장치의 개략도 4.판형열교환기
5.판형열교환기 6.연료저장조
7.물 저장조 8.제1삼방밸브
9.제2삼방밸브 10.연료유화통 하부공간
11.연료유화통 상부공간 12.흡입펌프
13.정량펌프 14.계면장력 저감장치
15.에어벤트 16.펌프실
17.순환펌프 18.연료통
19.물급수원 20.버너
21.연결관 24.흡입이멀전 인입구
25.에어벤트 연결구 26.연료 인입구
27.제1유화기 연결구 28.제2유화기 연결구
29.지지체고리 30.원형 마그네틱바
31.원통형자켓

Claims (5)

130~150℃온도 4~5kg/c㎡ 압력의 증기를 만들어주는 전기열원의 증기발생장치(3)와

자기장의 분극작용(Polarization)을 이용하여 연료분자의 분자 결합력과 응집력을 저하시켜 기화된 물분자가 기름분자에 침투하기 쉽게 만드는 장치인
계면장력저감장치(14),

연료유화통 하부공간(10)과 계면장력저감장치(14) 사이에 설치되어 이멀전을 냉각시킴과 동시에 연료저장조(6)에서 나온 상온의 연료를 60~70℃의 온도로 승온시킴으로써 연료분자의 운동을 활성화시켜 기화상태의 물분자가 연료분자로 쉽게 침투할 수 있게 하는 판형열교환기(4) 및

연료유화통 하부공간(10)과 물저장조(7) 사이에 설치되어 열교환기(4)를 거쳐 나온 고온의 이멀전을 냉각시키는 기능을 갖는 판형열교환기(5),

계면장력저감장치와 열교환기를 거치면서 유화전처리된 연료를 저장하는 기능을 가지는 연료저장조(6),

증기발생장치로 유입되는 급수를 저장하여 고온의 이멀전 냉각시 냉각수로 사용되게하는 물저장조(7),

연료저장조(6)의 유화전처리된 연료를 정량적으로 연료유화통의 상부공간(11)으로 이송하는 기능을 가지는 정량펌프(13),

원통형의 연결관(16)을 중심으로 상부공간(11)과 하부공간(10)으로 구성되어있으며 연료 및 이멀전의 비중 차이에 의해 상부공간에는 연료가, 하부공간에는 이멀전이 채워지도록 설계되어있는 연료유화통(10,11),

증기발생장치(3)에서 생성된 증기가 유화전처리 되어있는 연료에 음속의 속도로 순간 침투, 유화되게 만들어주는 제1유화기(1) 및 증기발생장치(3)에서 생성된 증기가 1차 유화되어있는 이멀전에 음속의 속도로 순간 침투, 2차유화 되게 만들어주는 제2유화기(2),

버너 정지시 연료유화통 하부공간(10)의 이멀전이 이멀전 이송관로로 유입됨을 막음과 동시에 관로내에 남아있는 이멀전이 연료유화통 상부공간(11)으로 이송될 수 있게 방향전환을 해주는 제1삼방밸브(8),

관로 내의 이멀전을 연료유화통 상부공간(11)으로 흡입, 이송시키는 흡입펌프(12),

제1삼방밸브가 이멀전의 관로 내 유입을 차단하는 그 때에 동시적으로 펌프실(16)과 연결된 이멀전 이송관로를 차단하고 유화되지 않은 연료가 연료저장조(6)로부터 직접 이멀전 이송관로에 유입되어 관로에 채워지도록 방향전환을 해주는 제2삼방밸브(9),

제1삼방밸브와 제2삼방밸브 및 흡입펌프를 포함하여 연료유화장치의 구성부품 전체를 제어하는 제어판

으로 구성한 것을 특징으로 하는 유화제를 사용하지 않는 증기방식 연료유화장치

청구항목1에 있어서, 계면장력저감장치는 2개의 지지체고리 안에 삽입되어있는 강력자기장을 지니는 원형마그네틱바 다발을 원통형자켓 안에 설치하고 순환펌프(16)로 연료를 원통형자켓의 내부로 통과시킴으로써, 원형마그네틱바가 발생시키는 12,000가우스의 강력자기장이 마그네틱바를 지나는 연료의 분자배열을 바꾸고 분자결합력 및 응집력을 약하게하며 계면장력을 저하시키는 분극작용을 이용하여 고압분사 되는 증기가 연료유 및 이멀전에 대해 침투력, 유화력을 높이도록 구성한 것을 특징으로 하는 유화제를 사용하지 않는 증기방식 연료유화장치.

청구항목1에 있어서, 연료유화통은 원통형의 연결관(16)을 중심으로 상부공간(11)과 하부공간(10)으로 구성되고 연료 및 이멀전의 비중 차이에 의해 상부공간에는 연료가, 하부공간에는 에멀전이 채워지게 설계되는 바, 연료유화통의 상부공간과 하부공간이 일체로 되어 있어서 증기 생성시 연료 및 이멀전이 순환하며 반복적인 유화가 이루어질 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 유화제를 사용하지 않는 증기방식 연료유화장치.

청구항목1에 있어서, 이멀전의 이송과 회수를 제어하는 장치와 관련하여,
제1삼방밸브(8)는 연료유화통 하부공간(10)의 하단부 및 펌프실(16)의 상단부에 연결되어 있고 이멀전의 버너방향 이송 혹은 연료유화통 상부공간(11) 방향으로의 흡입이송을 선택적으로 가능하도록 하며,
흡입펌프(12)는 제1삼방밸브(8)와 제2삼방밸브(9) 사이에 위치한 펌프실(16) 내부에 있으며, 버너가동 중단시 이멀전을 연료유화통 상부공간(11)으로 이송시키는 기능을 갖도록 하고,
제2삼방밸브(9)는 펌프실(16)의 하단부에 연결되어 있고 이멀전의 버너(17)방향 이송을 가능케하거나 혹은 연료저장조(6)로부터 내려온 연료의 버너방향 이송을 선택적으로 가능하도록 구성한 것을 특징으로하는 유화제를 사용하지 않는 증기방식 연료유화장치

청구항목1에 있어서, 증기발생장치(3)는 전기를 열원으로 하는 특징을 갖는 것과 또한 전기열원의 증기발생장치에서 생성된 증기발생량과 연동하여 적정 연료공급량을 제어할 수 있게하는 장치구성을 특징으로 하는 유화용 첨가제를 사용하지 않는 증기방식 연료유화장치

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