KR102417963B1 - 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템 및 그 운용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄화수소가 포함된 액체 연료와 액체(liquid)를 혼합하여 에멀젼(emulsion)을 만들어 스트리머(streamer)로 방전시켜 완전 연소하여 에너지로 회수할 수 있도록 구현한 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템 및 그 운용방법에 관한 것으로, 연료공급부가 탄화수소가 포함된 액체 연료를 공급하며; 액체공급부가 액체를 공급하며; 에멀젼생산부가 연료공급부에서 공급하는 액체 연료와 액체공급부에서 공급하는 액체를 혼합시켜 에멀젼을 생산하여 전달하며; 스트리머발생부가 스트리머를 발생시켜 전달하며; 및 버너부가 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼을 스트리머발생부에서 전달하는 스트리머로 방전시켜 연소를 진행한다.

Description

에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템 및 그 운용방법{Energy producing system using emulsion and operating method thereof}

본 발명의 기술 분야는 에멀젼(emulsion)을 이용한 에너지 생산 시스템 및 그 운용방법에 관한 것으로, 특히 탄화수소가 포함된 액체 연료와 액체(liquid)를 혼합하여 에멀젼을 만들어 스트리머(streamer)로 방전시켜 완전 연소하여 에너지로 회수할 수 있도록 구현한 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다.

연료유 대부분은, 무화상태의 단일 입자가 착화 및 연소됨으로써, 공해 물질을 남기는 상태로 배기되어 대기를 오염시키는 주원인이 되며, 산업폐기물을 소각 처리함에 있어서도 질소산화물과 같은 다량의 공해 물질이 생성되어 환경을 크게 오염시키게 된다. 반면에, 에멀젼유(emulsion fuel oil)는, 이를 연료로 하여 폐기물을 소각 처리할 경우에 완전 연소시킬 수가 있다. 이에 따라서 에멀젼유의 사용은, 대체 에너지의 개발 및 기존 에너지의 효율 개선과 환경오염을 최소화시킬 수 있으므로, 에멀젼유의 사용을 적극 권장하고 있는 실정이다.

이러한 에멀젼유는, 물 입자(즉, 수핵) 둘레에 기름이 둘러싸여지는 형태로 기름과 물을 미세 혼합(10미크론 이하)시켜, 에멀젼유 상태, 즉 기름이나 지방 따위를 물에 녹인 연료유로서, 물을 둘러싼 기름의 연소에 따라 얻어지는 열의 전도에 의하여 물 입자는 기화하게 되며, 기화된 수증기는 그 부피가 증대되어(약 5800배 정도), 이 수증기가 기름층을 확산시켜 무화현상(霧化現像)을 일으켜 기름의 완전한 연소에 도움을 주게 되며, 따라서 질소산화물 등의 공해 물질이 거의 없는 청정 상태로 배기된다.

에멀젼유의 연소 과정에서는, 물(H2O)이 고온에서 수증기로 분해되어 산소, 수소, 수산기로 유리되는 연속적인 유리기 반응(radical reaction)이 이루어진다. 즉, 물이 고온에서 수증기로 분해되어 수소레디칼을 생성시키게 되고, 이러한 수소레디칼은 산소 분자와 화합하여 산소레디칼과 물이 된다. 이에, 산소레디칼은 수소 분자와 화합하여 수산기(水酸基)레디칼과 수소레디칼이 되며, 수산기레디칼은 수소 분자와 화합하여 물과 수소레디칼이 되고, 또한 수증기와 수소가 화합하여 물과 수소레디칼을 생성시키게 된다.

이러한 에멀젼유의 실용화를 위해 활발한 연구가 이루어져 왔으나, 기름과 물의 혼합 비율이 특정 범위 이내이어야 하고, 연소가 이루어질 때까지 유수분리(油水分離)가 일어나지 않는 안정된 에멀젼 상태로 유지되어야만 하는 조건을 충족시키기가 어려워 범용화되지 못하는 문제점이 있다. 즉, 기름과 물을 에멀젼 상태로 짧은 시간동안 유지시키기는 쉽지만, 연료의 운송/보관 등에 따르는 장시간이 경과되면, 유수 분리되어 에멀젼유로서의 기능 및 효과를 기대할 수 없고, 따라서 실제 사용성을 확보할 수 없는 문제점이 있다.

물론, HLB값 3∼4의 계면활성제와 물 및 폴리비닐알콜로 조성한 비이온성 계면활성제와 중질유 및 폐유를 일정 비율로 혼합 교반하여 물을 미세입자로 분산시켜 폐유를 원료로 하여 에멀젼 연료를 제조하는 방법이 있다. 이는 계면활성제 등의 첨가제를 사용해야 한다는 다른 문제점을 가지고 있는 것이다.

한국등록특허 제10-0588057호(2006.06.01. 등록)는 기름과 물을 혼합하여 만들어진 에멀젼유를 연소시킬 때 얻어지는 미세 폭발 현상에 의해 산업폐기물의 완전 연소를 유도할 수 있도록 하는 에멀젼 혼합 연소 방식의 폐기물 소각용융장치에 관하여 개시되어 있는데, 물탱크로부터 공급되는 물을 전기분해하여 수소 및 산소를 얻을 수 있게 구성되어지는 가스발생장치부; 가스발생장치부로부터 배출되는 수소가스 및 산소가스의 유통경로를 제어하는 가스제어장치부; 가스제어장치부의 제어에 따라 가스발생장치부로부터 공급되는 수소 및 산소가스의 조력 작용에 의해 물과 기름을 에멀젼 상태로 혼합시키는 에멀젼유제조장치부; 가스발생장치부로부터 공급되는 수소 및 산소가스 그리고 에멀젼유제조장치부로부터 공급되는 에멀젼유를 연소물에 공급하여 연소시키는 연소장치부; 연소장치부로부터 얻어지는 열원을 회수할 수 있도록 이루어져 구비되는 열회수장치부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다. 개시된 기술에 따르면, 간단한 구조로 이루어진 장치부에서 에멀젼유를 제조하여 즉시 에멀젼유 소모요소에 공급하게 되어 있어, 간단한 과정을 거쳐 에멀젼유의 제조가 가능하고, 따라서 설비비 절감할 수 있다.

한국등록특허 제10-0757317호(2007.09.04. 등록)는 산업용 보일러 등의 연료로 사용되는 벙커유 등의 연료유를 물과 함께 에멀젼화하여 연소가 용이하게 일어나게 함으로써, 연소 효율을 증대시키는 연료유의 에멀젼화 장치에 관하여 개시되어 있다. 개시된 기술에 따르면, 전기 모터; 물과 연료유를 혼합하여 에멀젼으로 만드는 믹서; 모터의 축에 부착된 풀리와 믹서의 축에 부착된 풀리에 감기는 것으로 요철홈이 있는 평벨트인 동력전달장치; 그리고 모터와 믹서가 그 위에 고정되는 베이스를 포함하여 구성함으로써, 고속으로 회전하는 특수한 형태의 믹서를 채택하여, 아주 미세한 물 입자와 연료유 입자가 서로 섞여 있는 에멀젼 상태가 되며, 따라서 유수분리현상이 빨리 일어나지 않아 에멀젼 상태가 비교적 오래 지속하며, 연료유의 입자의 크기가 직경 10μm이하로 아주 미세하여 연소가 용이하고, 연료유에 포함된 물 입자는 연료유의 연소를 도와준다.

상술한 바와 같은 종래의 기술에서는, 석유 제품의 소비량이 증가함에 따라 폐기물, 특히 원유찌꺼기, 윤활유 및 공구오일, 윤활 냉각제 등에 대한 폐기 문제가 점차 심각해지고 있으며, 원유산업 부산물들은 다양한 연료들의 혼합재 및 유제에 탄화수소재로 오랫동안 사용되어 왔지만, 대부분의 경우 에너지 집약적인 대상인 용광로, 보일러 또는 연소실에서 사용하는 연료 혼합물의 특성을 개선하는 데 사용되고 있는 실정에서, 에멀젼을 완전 연소시키지 못하여 폐기물 처리 문제, 저렴하고 완전한 연료 확보의 문제, 환경 문제와 같은 3가지 문제점이 있었다.

한국등록특허 제10-0588057호 한국등록특허 제10-0757317호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탄화수소가 포함된 액체 연료와 액체(liquid)를 혼합하여 에멀젼(emulsion)을 만들어 스트리머(streamer)로 방전시켜 완전 연소하여 에너지로 회수할 수 있도록 구현한 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템 및 그 운용방법을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하는 수단으로는, 본 발명의 한 특징에 따르면, 탄화수소가 포함된 액체 연료를 공급하는 연료공급부; 액체를 공급하는 액체공급부; 상기 연료공급부에서 공급하는 액체 연료와 상기 액체공급부에서 공급하는 액체를 혼합시켜 에멀젼을 생산하여 전달하는 에멀젼생산부; 스트리머를 발생시켜 전달하는 스트리머발생부; 및 상기 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼을 상기 스트리머발생부에서 전달하는 스트리머로 방전시켜 연소를 진행하는 버너부를 포함하는 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템을 제공한다.

일 실시 예에서, 상기 연료공급부는, 중유, 폐식용유, 바이오경유, 원유찌꺼기, 축산 단지 및 가금류 농장의 액체 폐기물, 연료유, 윤활유, 폐유, 윤활 냉각제, 나프타 슬러지 중 적어도 하나 또는 그 이상을 모아서 공급하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 연료공급부는, 액화탄화수소 연료(LHF)를 상기 에멀젼생산부에 공급하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 액체공급부는, 일반 공업용수, 생활하수, 오수나 폐수 중 적어도 하나 또는 그 이상을 모아서 공급하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에멀젼생산부는, 상기 연료공급부에서 공급하는 액체 연료와 상기 액체공급부에서 공급하는 액체를 3:7의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에멀젼생산부는, FLEC를 이용하여 상기 연료공급부에서 공급하는 액체 연료와 상기 액체공급부에서 공급하는 액체를 3~7:7~3의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에멀젼생산부는, 상기 연료공급부에서 공급하는 중유와 상기 액체공급부에서 공급하는 물을 2:8의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에멀젼생산부는, 펌프, 믹서기를 조합하여 혼합기로 형성하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 스트리머발생부는, 고압 및 고주파수의 펄스 발생기 또는 플라즈마 발생기를 이용하여 스트리머를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 스트리머발생부는, 두 개의 다기능 고전압 및 고주파 공진 발생기(MHHRG)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 스트리머발생부는, 스트리머를 발생시켜 상기 버너부에 전달해 주기 위한 제1MHHRG; 및 상기 버너부에서의 연소 후 발생하는 먼지나 가스 형태의 배출물을 정제하기 위한 제2MHHRG를 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 스트리머발생부는, 제2MHHRG를 사용하는 경우에, 출구 신호가 1~5초의 주기와 5~10의 튜티 사이클을 가지고, 전압이 100~200KV이고, 주파수가 150~1100KHz인 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 스트리머발생부는, 상기 에멀젼생산부로부터 입력되는 출력 신호 파라미터에 따라 이에 대응하는 스트리머를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 버너부는, 2.5메가 또는 5.0메가의 연소장치를 이용하여 상기 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼을 상기 스트리머발생부에서 전달하는 스트리머로 방전시켜 연소하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 버너부는, 상기 연소장치에 구비되는 노즐의 구멍 사이즈를 상기 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼의 흐름과 연소에 알맞게 이에 대응하는 크기로 형성하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 버너부는, 상기 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼을 상기 스트리머발생부에서 전달하는 스트리머로 방전시켜 완전 연소하도록 하기 위해서, 상기 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼의 양을 조절하기 위한 조절밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 버너부는, 전기 동력식 펄스 버너(EPSB)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 버너부는, 상기 스트리머발생부에서 전달하는 스트리머를 노즐의 출구 측에 적용하여 상기 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼을 완전 연소시켜 주는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템은, 상기 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼을 임시 보관하기 위한 탱크; 및 기 설정된 시간이 경과하는 경우에 상기 탱크에 보관된 에멀젼을 회수하여 상기 에멀젼생산부로 다시 공급해 주기 위한 회수밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템은, 상기 버너부와 연결 형성되고, 그 안으로 상기 스트리머발생부와 연결된 전극이 꽂혀 형성되어, 기 설정된 온도까지 가열된 에멀젼이 상기 버너부의 노즐을 통하여 기 설정된 압력 하에 도착되도록 하며, 도착된 에멀젼을 상기 스트리머발생부에서 발생시킨 스트리머의 방전과 함께 왼전 연소하도록 하는 프리챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에멀젼생산부는, 상기 연료공급부로부터 액체 연료를 공급받기 위한 제1인렛 파이프; 상기 액체공급부로부터 액체를 공급받기 위한 제2인렛 파이프; 에멀젼을 상기 버너부에 공급하기 위한 아웃렛 파이프; 상기 아웃렛 파이프를 통해 상기 버너부로 공급되는 에멀젼을 차단하거나 개방하기 위한 차단밸브; 상기 차단밸브에 연결 설치되어, 상기 차단밸브를 통해 에멀젼을 펌핑하여 상기 버너부로 공급하기 위한 에멀젼 펌프; 상기 아웃렛 파이프에 연결 설치되어, 상기 차단밸브를 통해 상기 버너부로 공급되는 에멀젼의 사용량을 측정하기 위한 에멀젼 사용량 측정기; 및 상기 차단밸브, 상기 에멀젼 펌프, 상기 에멀젼 사용량 측정기에 대한 구동을 제어하기 위한 제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에멀젼생산부는, 에멀젼을 장기간 보관해야 할 필요시에 첨가제를 주입받기 위한 제3인렛 파이프를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어기는, 상기 에멀젼생산부의 운영과 관련된 각 계기들로부터 통보되는 데이터들을 전선을 통하여 입력받고, 기 설정하여 저장해 둔 프로그램에 따라 각 계기들을 조정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에멀젼생산부는, 서로 연결 형성되어, 에멀젼을 보관하기 위한 복수 개의 에멀젼 보관 탱크를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에멀젼생산부는, 상기 에멀젼 보관 탱크의 내부에 각각 설치되어, 상기 에멀젼 보관 탱크의 내부에 보관된 에멀젼에 대한 수위를 각각 계측해 주기 위한 복수 개의 에멀젼 수위 계측장비를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에멀젼생산부는, 상기 에멀젼 보관 탱크의 입구 측에 각각 설치되어, 에멀젼을 각각 장입받거나 차단해 주기 위한 복수 개의 장입차단밸브; 및 상기 에멀젼 보관 탱크의 출구 측에 각각 설치되어, 상기 에멀젼 보관 탱크에 보관해 둔 에멀젼을 각각 반출하거나 차단해 주기 위한 복수 개의 반출차단밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에멀젼생산부는, 상기 반출차단밸브에 연결 설치되어, 상기 반출차단밸브를 통해 반출되어 상기 버너부로 공급되는 에멀젼의 공급량을 측정해 주기 위한 공급량측정계기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에멀젼생산부는, 상기 반출차단밸브에 연결 설치되어, 상기 반출차단밸브를 통해 반출되어 상기 버너부로 공급되는 에멀젼 내 수분량을 측정해 주기 위한 수분측정기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 에멀젼생산부는, 구동 제어에 따라 상기 반출차단밸브를 통해 에멀젼을 펌핑하여 상기 버너부로 공급하기 위한 탱크 펌프; 및 상기 에멀젼 수위 계측장비, 상기 장입차단밸브, 상기 반출차단밸브, 상기 공급량측정계기, 상기 수분측정기, 상기 탱크 펌프에 대한 구동을 제어하기 위한 구동기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 구동기는, 상기 에멀젼생산부의 운영과 관련된 각 계기들로부터 통보되는 데이터들을 전선을 통하여 입력받고, 기 설정하여 저장해 둔 프로그램에 따라 각 계기들을 조정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 구동기는, 상기 공급량측정계기와 상기 수분측정기에 의하여 제공되는 데이터에 준하여 이에 대응해서 상기 스트리머발생부에서 발생시키는 스트리머의 출력 신호 파라미터를 확정하며, 확정된 출력 신호 파라미터를 상기 스트리머발생부에 입력하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 스트리머발생부는, 제1스트리머를 발생시켜 상기 버너부에 전달하기 위한 제1MHHRG; 제2스트리머를 발생시켜 전달하기 위한 제2MHHRG; 상기 제2MHHRG로부터 제2스트리머를 전달받아 방전시키기 위한 전극; 상기 전극을 통해 방전되는 제2스트리머에 의해서 상기 버너부에서의 연소 후에 발생하는 먼지나 가스 형태의 배출물을 정제시키는 정제기; 상기 정제기에서 정제시킨 배출물을 포획하고 포획한 배출물로부터 불순물을 제거해서 전달하기 위한 가스세정기; 및 기 설정된 높이를 가지는 굴뚝 형태로 형성되어, 상기 가스세정기로부터 전달되는 배출물을 대기 중으로 배출시키기 위한 배출구를 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제1MHHRG는, 상기 구동기로부터 입력되는 출력 신호 파라미터에 따라 이에 대응하는 제1스트리머를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제2MHHRG는, 상기 구동기로부터 입력되는 출력 신호 파라미터에 따라 이에 대응하는 제2스트리머를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 버너부는, 상기 에멀젼생산부로부터 공급되는 에멀젼을 분사시키기 위한 착화연소용 노즐; 및 상기 착화연소용 노즐로부터 분사되는 에멀젼을 상기 스트리머발생부로부터 공급되는 스트리머로 방전시켜 연소하며, 연소를 통해 에멀젼을 열에너지로 변환시키기 위한 버너를 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 버너부는, 외부로부터 열에너지를 공급받거나 상기 버너의 연소에 의해 발생되는 열에너지를 공급받아 제공하기 위한 삼방밸브; 및 상기 버너의 착화 시에 상기 삼방밸브로부터 열에너지를 제공받아 상기 에멀젼생산부로부터 공급받은 에멀젼을 가열하여 상기 착화연소용 노즐로 전달하기 위한 연료 가열기; 및 상기 연료 가열기에서 사용한 열에너지를 회수하여 상기 버너에 공급하기 위한 원심펌프를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하는 수단으로는, 본 발명의 다른 한 특징에 따르면, 연료공급부가 탄화수소가 포함된 액체 연료를 공급하는 단계; 액체공급부가 액체를 공급하는 단계; 에멀젼생산부가 상기 연료공급부에서 공급하는 액체 연료와 상기 액체공급부에서 공급하는 액체를 혼합시켜 에멀젼을 생산하여 전달하는 단계; 스트리머발생부가 스트리머를 발생시켜 전달하는 단계; 및 버너부가 상기 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼을 상기 스트리머발생부에서 전달하는 스트리머로 방전시켜 연소를 진행하는 단계를 포함하는 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템의 운용방법을 제공한다.

본 발명의 효과로는, 탄화수소가 포함된 액체 연료와 액체(liquid)를 혼합하여 에멀젼(emulsion)을 만들어 스트리머(streamer)로 방전시켜 완전 연소하여 에너지로 회수할 수 있도록 구현한 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템 및 그 운용방법을 제공함으로써, 에멀젼을 완전 연소시켜 폐기물 처리 문제, 저렴하고 완전한 연료 확보의 문제, 환경 문제와 같은 3가지 문제를 한 번에 해결할 수 있다는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 스트리머발생부에서 발생시킨 스트리머를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 있는 에멀젼생산부를 제1예로 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1에 있는 에멀젼생산부를 제2예로 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1에 있는 스트리머발생부를 설명하는 도면이다.
도 6은 도 1에 있는 버너부를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 1에 있는 버너부에서 배출 가스의 정제 효과를 설명하는 도면이다.
도 8은 도 1에 있는 버너부에서 스트리머 방전을 이용한 에멀젼의 연소를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템의 운용방법을 설명하는 도면이다.
도 10은 도 9에 있는 연소 진행 단계 후 스트리머를 이용한 배출가스 정제 과정을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템의 운용방법의 연료별 경제성 비교를 설명하는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템 및 그 운용방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템을 설명하는 도면이며, 도 2는 도 1에 있는 스트리머발생부에서 발생시킨 스트리머를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템(100)은, 연료공급부(110), 액체공급부(120), 에멀젼생산부(130), 스트리머발생부(140), 버너부(150)를 포함한다.

연료공급부(110)는, 탄화수소가 포함된 액체 연료를 에멀젼생산부(130)에 공급해 준다.

일 실시 예에서, 연료공급부(110)는, 탄화수소 포함 액체 연료로서 예를 들어, 임의 품질의 중유, 폐식용유, 바이오경유, 원유찌꺼기, 축산 단지 및 가금류 농장의 액체 폐기물, 그리고 연료유뿐만 아니라, 윤활유, 폐유, 윤활 냉각제, 나프타 슬러지 등 중 적어도 하나 또는 그 이상을 모아서 에멀젼생산부(130)에 공급해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 연료공급부(110)는, 액화탄화수소 연료(liquefied hydrocarbon fuel; LHF)를 에멀젼생산부(130)에 공급해 줄 수 있다.

액체공급부(120)는, 액체(liquid)를 에멀젼생산부(130)에 공급해 준다.

일 실시 예에서, 액체공급부(120)는, 물로서 예를 들어, 일반 공업용수, 생활하수, 오수나 폐수 등 중 적어도 하나 또는 그 이상을 모아서 에멀젼생산부(130)에 공급해 줄 수 있다.

에멀젼생산부(130)는, 연료공급부(110)로부터 탄화수소 포함 액체 연료를 공급받고 액체공급부(120)로부터 액체를 공급받아, 해당 공급받은 탄화수소 포함 액체 연료와 액체를 혼합시켜 에멀젼을 생산하고, 해당 생산한 에멀젼을 버너부(150)에 전달해 준다.

일 실시 예에서, 에멀젼생산부(130)는, 연료공급부(110)로부터 공급받은 탄화수소 포함 액체 연료를, 계면활성제 등의 첨가제 없이, 액체공급부(120)로부터 공급받은 액체와 3:7의 비율로 혼합하여 에멀젼을 만들어 버너부(150)에 공급해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 에멀젼생산부(130)는, 혼합기를 이용한 기계식 혼합 방식으로 연료공급부(110)로부터 공급받은 액화탄화수소 연료(LHF)와 액체공급부(120)로부터 공급받은 액체를 혼합하여 에멀젼(fuel liquid emulsion; FLE)을 만들 수 있다.

일 실시 예에서, 에멀젼생산부(130)는, 별도의 에멀젼 생산 장비(fuel-liquid emulsion complex; FLEC)를 구비할 수 있으며, FLEC를 이용하여 연료공급부(110)로부터 공급받은 액화탄화수소 연료(LHF)와 액체공급부(120)로부터 공급받은 액체를 30~70%와 30~70%의 비율로 혼합하여 에멀젼(FLE)을 생산해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 에멀젼생산부(130)는, 연료공급부(110)로부터 공급받은 중유와 액체공급부(120)로부터 공급받은 물을 혼합비율 20%:80%로 혼합하여 에멀젼(FLE)을 생산해 줄 수도 있다.

일 실시 예에서, 에멀젼생산부(130)는, 펌프, 믹서기 등을 조합하여 혼합기로 형성할 수 있다.

스트리머발생부(140)는, 스트리머를 발생시켜 버너부(150)에 전달해 준다.

일 실시 예에서, 스트리머발생부(140)는, 고압 및 고주파수의 펄스 발생기(또는, 고압 및 고주파수의 플라즈마 발생기)를 구비할 수 있으며, 해당 펄스 발생기(또는, 플라즈마 발생기)를 이용하여 도 2에 도시된 바와 같은 스트리머를 발생시켜 버너부(150)에 전달해서 방전시켜 주도록 할 수 있다. 여기서, 도 2는 연료가 없는 상태에서 스트리머의 방전만을 보여주고 있는 도면이다.

일 실시 예에서, 스트리머발생부(140)는, 두 개의 다기능 고전압 및 고주파 공진 발생기(multi-functional high voltage high frequency resonant generator; MHHRG)를 구비할 수 있다.

일 실시 예에서, 스트리머발생부(140)는, 스트리머를 발생시켜 버너부(150)에 전달해 주기 위한 제1MHHRG와, 버너부(150)에서의 연소 후 발생하는 먼지나 가스 형태의 배출물을 정제하기 위한 제2MHHRG를 구비할 수 있다. 여기서, 제1MHHRG는, 전압이 150~250KV이고, 주파수가 450~550KHz인 특성을 가진다. 제2MHHRG는, 출구 신호가 1~5초의 주기와 5~10의 튜티 사이클(duty cycle)을 가지고, 전압이 100~200KV이고, 주파수가 450~550KHz인 특성을 가진다.

일 실시 예에서, 스트리머발생부(140)는, 제2MHHRG를 사용하는 경우에, 그 특성치는 다음과 같은데, 출구 신호가 1~5초의 주기와 5~10의 튜티 사이클을 가지고, 전압이 100~200KV이고, 주파수가 150~1100KHz이다.

일 실시 예에서, 스트리머발생부(140)는, 에멀젼생산부(130)로부터 입력되는 출력 신호 파라미터에 따라 이에 대응하는 스트리머를 발생시켜 줄 수 있다.

버너부(150)는, 에멀젼생산부(130)로부터 전달되는 에멀젼을 공급받고 스트리머발생부(140)로부터 전달되는 스트리머를 공급받아, 해당 공급받은 에멀젼을 해당 공급받은 스트리머로 방전시켜 연소를 진행해 준다.

일 실시 예에서, 버너부(150)는, 2.5메가 또는 5.0메가의 연소장치(버너)를 구비할 수 있으며, 해당 연소장치를 이용하여 에멀젼생산부(130)로부터 공급받은 에멀젼을 스트리머발생부(140)로부터 공급받은 스트리머로 방전시켜 완전 연소해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 버너부(150)는, 연소장치(버너)에 구비되는 노즐의 구멍 사이즈를 에멀젼생산부(130)로부터 공급되는 에멀젼의 흐름과 연소에 알맞게 이에 대응하는 크기로 형성할 수 있다. 다르게는, 버너부(150)는, 에멀젼생산부(130)로부터 공급되는 에멀젼을 스트리머발생부(140)로부터 공급받은 스트리머로 방전시켜 완전 연소할 수 있도록 에멀젼생산부(130)로부터 공급되는 에멀젼의 양을 조절하기 위한 조절밸브를 구비할 수도 있다.

일 실시 예에서, 버너부(150)는, 전기 동력식 펄스 버너(electrokinetic pulse-speed burner; EPSB)를 구비할 수 있다.

일 실시 예에서, 버너부(150)는, 스트리머발생부(140)에서 발생시킨 스트리머를 노즐의 출구 측에 적용하여 에멀젼생산부(130)로부터 공급되는 에멀젼을 완전 연소해 주도록 할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템(100)은, 에멀젼생산부(130)에서 탄화수소가 포함된 액체 연료와 액체를 혼합하여 에멀젼을 만들어, 스트리머발생부(140)에서 발생시킨 스트리머로 버너부(150)에서 방전시켜 완전 연소하여 에너지로 회수할 수 있도록 구현함으로써, 에멀젼을 완전 연소시켜 폐기물 처리 문제, 저렴하고 완전한 연료 확보의 문제, 환경 문제와 같은 3가지 문제를 한 번에 해결할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템(100)은, 액화탄화수소 연료(LHF)를 사용하는 화력발전소, 열병합발전소, 보일러 등에서 에너지(예를 들어, 열에너지, 전기에너지 등)로 회수할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템(100)은, 액화탄화수소 연료(LHF)를 사용하여 전기에너지 또는 열에너지로 회수하는 단위들과 원유 가공 분야, 산업 및 가정용 폐기물을 처리하는 업체들, 배출가스 정제 업체들에서 적용할 수 있으며, 액체탄화수소 연료(LHF)를 계면활성제 등의 첨가제 없이 액체와 혼합하여 에멀젼을 만들어 펄스 발생기(또는, 플라즈마 발생기)를 이용하여 완전 연소해 줄 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템(100)은, 에멀젼생산부(130)에서 생산된 에멀젼을 임시 보관하기 위한 탱크와, 기 설정된 시간이 경과하는 경우에 탱크에 보관된 에멀젼을 회수하여 에멀젼생산부(130)로 다시 공급해 주기 위한 회수밸브를 구비할 수 있으며, 이에 해당 탱크는 에멀젼생산부(130)에서 생산된 에멀젼을 오래 보관할 필요가 없도록 해 줄 수 있으며, 간혹 유수 분리가 생긴다고 하여도 버너부(150)로 공급하기 전에 해당 회수밸브를 통해 에멀젼생산부(130)로 한 번 더 돌려주면 되기 때문에, 에멀젼 생산에 있어서 계면활성제 등의 첨가제가 필요하지 않도록 해 줄 수도 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템(100)은, 프리챔버(Prechamber)를 구비할 수 있다.

프리챔버는, 버너부(150)와 연결 형성되고, 그 안으로 스트리머발생부(140)와 연결된 전극이 꽂혀 형성되어, 기 설정된 온도까지 가열된 에멀젼이 버너부(150)의 노즐을 통하여 기 설정된 압력 하에 도착되도록 해 주며, 해당 도착된 에멀젼을 스트리머발생부(140)에서 발생시킨 스트리머의 방전과 함께 왼전 연소하도록 해 준다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템(100)은, 에멀젼생산부(130)에서 생산된 에멀젼을 오래 보관할 필요가 없으나, 에멀젼을 장기간 보관하여야 할 필요가 있는 경우 첨가제를 0.2~1.5% 정도로 물에 첨가하여 살용할 수도 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템(100)은, 특히 에멀젼생산부(130)에서 액체 연료 5%와 물 95%의 비율로 에멀젼을 만들어 버너부(150)에서의 연소에 성공하도록 해 준다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템(100)은, 특히 에멀젼생산부(130)에서 액체 연료 70% 미만과 물 30% 이상의 비율로 만든 에멀젼을 스트리머발생부(140)에서 발생시킨 초고압고주파 펄스를 이용하여 버너부(150)에서 연소해 줄 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템(100)은, 에멀젼생산부(130)에서 에멀젼을 만들어 사용하는데, 특히 기름입자 안에 수많은 미세 물방울을 집어놓은 상태의 리버스 에멀젼을 사용하며, 이에 버너부(150)에서는, 리버스 에멀젼의 온도가 175도에 도달하게 되면, 미세 물방울들의 폭발이 일어나 기름입자가 보다 작은 크기로 분산되어 연소시켜 주게 되며, 여기에 스트리머발생부(140)에서 발생시킨 초고압고주파 펄스를 작용하여 2차 연소가 일어나도록 해 준다.

도 3은 도 1에 있는 에멀젼생산부를 제1예로 설명하는 도면이며, 도 4는 도 1에 있는 에멀젼생산부를 제2예로 설명하는 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 에멀젼생산부(130)는, FEPU(fuel emulsion preparation unit)로서, 제1인렛 파이프(inlet pipe)(131), 제2인렛 파이프(132), 제3인렛 파이프(133), 아웃렛 파이프(outlet pipe)(134), 차단밸브(135), 에멀젼 펌프(136), 에멀젼 사용량 측정기(137), 제어기(138)를 구비할 수 있다.

제1인렛 파이프(131)는, 연료공급부(110)로부터 탄화수소 포함 액체 연료를 공급받도록 해 준다.

제2인렛 파이프(132)는, 액체공급부(120)로부터 액체를 공급받도록 해 준다.

제3인렛 파이프(133)는, 제조된 에멀젼을 장기간 보관해야 할 필요시에 계면활성제 등의 첨가제를 주입받도록 해 준다.

아웃렛 파이프(134)는, 제조된 에멀젼을 버너부(150)에 공급해 준다.

차단밸브(135)는, 아웃렛 파이프(134)에 연결 설치되어, 아웃렛 파이프(134)를 통해 버너부(150)로 공급되는 에멀젼을 차단하거나 개방해 준다.

에멀젼 펌프(136)는, 차단밸브(135)에 연결 설치되어, 차단밸브(135)를 통해 에멀젼을 펌핑하여 버너부(150)로 공급해 준다.

에멀젼 사용량 측정기(137)는, 아웃렛 파이프(134)에 연결 설치되어, 차단밸브(135)를 통해 버너부(150)로 공급되는 에멀젼의 사용량을 측정해 준다.

제어기(138)는, 에멀젼생산부(130)의 구성요소(예를 들어, 차단밸브(135), 에멀젼 펌프(136), 에멀젼 사용량 측정기(137) 등)에 대한 구동을 제어해 준다.

일 실시 예에서, 제어기(138)는, 에멀젼생산부(130)의 운영과 관련된 각 계기들로부터 통보되는 데이터들을 전선(13)을 통하여 입력받고, 기 설정하여 저장해 둔 프로그램에 따라 각 계기들을 조정해 줄 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 에멀젼생산부(130)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 연결 형성된 복수 개의 에멀젼 보관 탱크(1301)를 구비할 수 있다.

에멀젼 보관 탱크(1301)는, 제조된 에멀젼을 보관해 준다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 에멀젼생산부(130)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 에멀젼 보관 탱크(1301)의 내부에 각각 설치되어, 각 에멀젼 보관 탱크(1301)의 내부에 보관된 에멀젼에 대한 수위를 각각 계측해 주기 위한 복수 개의 에멀젼 수위 계측장비(1302)를 더 구비할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 에멀젼생산부(130)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 에멀젼 보관 탱크(1301)의 입구 측에 각각 설치되어, 제조된 에멀젼을 각각 장입받거나 차단해 주기 위한 복수 개의 장입차단밸브(1303)와, 각 에멀젼 보관 탱크(1301)의 출구 측에 각각 설치되어, 각 에멀젼 보관 탱크(1301)에 보관해 둔 에멀젼을 각각 반출하거나 차단해 주기 위한 복수 개의 반출차단밸브(1304)를 더 구비할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 에멀젼생산부(130)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 반출차단밸브(1304)에 연결 설치되어, 각 반출차단밸브(1304)를 통해 반출되어 버너부(150)로 공급되는 에멀젼의 공급량을 측정해 주기 위한 공급량측정계기(1305)를 더 구비할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 에멀젼생산부(130)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 반출차단밸브(1304)에 연결 설치되어, 각 반출차단밸브(1304)를 통해 반출되어 버너부(150)로 공급되는 에멀젼 내 수분량을 측정해 주기 위한 수분측정기(1306)를 더 구비할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 에멀젼생산부(130)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 탱크 펌프(1307), 구동기(1308)를 더 구비할 수 있다.

탱크 펌프(1307)는, 구동기(1308)의 조정에 따라 각 반출차단밸브(1304)를 통해 에멀젼을 펌핑하여 버너부(150)로 공급해 준다.

구동기(1308)는, 에멀젼생산부(130)의 구성요소(예를 들어, 에멀젼 수위 계측장비(1302), 장입차단밸브(1303), 반출차단밸브(1304), 공급량측정계기(1305), 수분측정기(1306), 탱크 펌프(1307) 등)에 대한 구동을 제어해 준다.

일 실시 예에서, 구동기(1308)는, 에멀젼생산부(130)의 운영과 관련된 각 계기들로부터 통보되는 데이터들을 전선(13)을 통하여 입력받고, 기 설정하여 저장해 둔 프로그램에 따라 각 계기들을 조정해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 구동기(1308)는, 공급량측정계기(1305)와 수분측정기(1306)에 의하여 제공되는 데이터(즉, 공급량측정계기(1305)에서 측정한 에멀젼의 공급량과 수분측정기(1306)에서 측정한 수분량)에 준하여 이에 대응해서 스트리머발생부(140)에서 발생시키는 스트리머의 출력 신호 파라미터(output signal parameter)를 확정할 수 있으며, 이에 해당 확정된 출력 신호 파라미터를 스트리머발생부(140)에 입력해 줄 수 있다.

도 5는 도 1에 있는 스트리머발생부를 설명하는 도면이다.

도 5를 참조하면, 스트리머발생부(140)는, 제1MHHRG(141), 제2MHHRG(142), 전극(143), 정제기(144), 가스세정기(145), 배출구(146)를 구비할 수 있다.

제1MHHRG(141)는, 제1스트리머를 발생시켜 버너부(150)에 전달해 준다.

일 실시 예에서, 제1MHHRG(141)는, 구동기(1308)로부터 입력되는 출력 신호 파라미터에 따라 이에 대응하는 제1스트리머를 발생시켜 줄 수 있다.

제2MHHRG(142)는, 제2스트리머를 발생시켜 전극(143)에 전달해 준다.

일 실시 예에서, 제2MHHRG(142)는, 구동기(1308)로부터 입력되는 출력 신호 파라미터에 따라 이에 대응하는 제2스트리머를 발생시켜 줄 수 있다.

전극(143)은, 정제기(144)의 내부에 설치되어, 제2MHHRG(142)로부터 제2스트리머를 전달받아 정제기(144)의 내부에 방전시켜 준다.

정제기(144)는, 전극(143)을 통해 방전되는 제2스트리머에 의해서 버너부(150)에서의 연소 후에 발생하는 먼지나 가스 형태의 배출물을 정제시켜 준다.

일 실시 예에서, 정제기(144)는, 먼지나 가스 등과 같은 배출물의 전기 동력학적 정제를 위한 장치로서, 제2MHHRG(142)에서 발생시킨 스트리머가 방전되는 전극(143)을 이용하여, 버너부(150)에서의 연소 후에 발생하는 먼지나 가스 형태의 배출물을 거의 완전하게 정제해 줄 수 있다.

가스세정기(145)는, 정제기(144)에서 정제시킨 배출물을 포획하고 해당 포획한 배출물로부터 불순물을 제거해서 배출구(146)로 전달해 준다.

일 실시 예에서, 가스세정기(145)는, 전통적인 정제장치, 예를 들어 집진기(scrubber)일 수 있다.

배출구(146)는, 가스세정기(145)에서 불순물이 제거된 배출물을 대기로 배출시켜 준다.

일 실시 예에서, 배출구(146)는, 기 설정된 높이를 가지는 높은 굴뚝 형태로 형성되어, 대기 중으로 배출시키는 배출물이 환경 표준을 충족시키도록 해 줄 수 있다.

도 6은 도 1에 있는 버너부를 설명하는 도면이며, 도 7 및 도 8은 도 1에 있는 버너부에서 배출 가스의 정제 효과를 설명하는 도면이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 버너부(150)는, 삼방밸브(3-way valve)(151), 원심펌프(152), 연료 가열기(153), 착화연소용 노즐(154), 버너(155)를 구비할 수 있다.

삼방밸브(151)는, 외부로부터 열에너지를 공급받거나 버너(155)의 연소에 의해 발생되는 열에너지를 공급받아 연료 가열기(153)에 제공해 준다.

원심펌프(152)는, 연료 가열기(153)에서 사용한 열에너지를 회수하여 버너(155)에 공급해 준다.

연료 가열기(153)는, 에멀젼생산부(130)(즉, 탱크 펌프(1307))와 버너(155) 사이에 연결 형성되어, 버너(155)의 착화 시에 삼방밸브(151)로부터 열에너지를 제공받아 에멀젼생산부(130)로부터 공급받은 에멀젼을 가열하여 착화연소용 노즐(154)로 전달해 준다.

일 실시 예에서, 연료 가열기(153)는, 삼방밸브(151) 및 원심펌프(152)와 함께 세트로 이루어질 수 있으며, 또한 버너(155)의 연소에 의해 발생되는 열에너지를 삼방밸브(151)를 통해 일부 이용하여 에멀젼생산부(130)로부터 공급받은 에멀젼을 가열해 줄 수도 있다.

일 실시 예에서, 다량의 액체(물)를 포함한 에멀젼이 버너부(150)의 버너(155)로 공급될 때, 모든 온도 공정은 물의 비점에 의해 안정화되는데, 즉 이런 경우 물은 열 브레이크의 역할을 하며, 이것은 버너(155)에서 매우 바람직하지 않으므로, 연료 가열기(153)는, 에멀젼이 버너(155) 내의 노즐(154)에 공급되기 전에 충분히 가열해 줌으로써, 에멀젼의 연소 효율을 상당히 증가시킬 수 있다.

일 실시 예에서, 연료 가열기(153)는, 가열 시 에멀젼의 점도가 감소되어 에멀젼의 펌핑을 용이하도록 할 수 있으며, 또한 액체 형태의 에멀젼으로부터 물을 제거하고(물의 99% 이상이 스팀 형태임), 이에 에멀젼의 다른 성분(탄화수소)을 가열하기에 유리한 조건을 제공하고, 비점 온도 수준으로 가열하여 성공적인 연소에 필요한 최적의 조건을 만들어 줄 수 있다. 이때, 수증기는 질소 산화물 및 기타 유해한 연소 배출물의 방출을 감소시키며, 연소 효율도 높여줄 수 있다.

착화연소용 노즐(154)은, 버너(155)의 내부에 형성되어, 에멀젼생산부(130)로부터 공급되는 에멀젼을 분사시켜 준다.

버너(155)는, 착화연소용 노즐(154)로부터 분사되는 에멀젼을 스트리머발생부(140)(즉, 제1MHHRG(141))로부터 공급되는 스트리머로 방전시켜 완전 연소해 주며, 해당 연소를 통해 에멀젼을 열에너지(또는, 전력에너지)로 변환시켜 준다.

일 실시 예에서, 버너(155)는, EPSB로서, 제1MHHRG(141)에서 발생시킨 제1스트리머의 방전을 이용하여 착화연소용 노즐(154)로부터 분사되는 에멀젼을 연소해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 에멀젼을 포함한 모든 연료의 연소 속도와 연소정도는 반응 면적의 크기에 달려 있으므로, 에멀젼의 반응 표면을 늘이기 위해서, 버너(155)는, 노즐(154)의 출구에 근접하게 사용하는 것이 좋다.

일 실시 예에서, 버너(155)는, 공명 상태에서 스트리머 방전의 영향으로 인해 불꽃이 에멀젼 방울을 작은 입자로 즉시 분쇄시켜, 연료의 반응 표면을 약 200 배 증가시키고 연소 반응 자체를 최대 5 배 가속화시켜 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 버너(155)는, 물 분자가 탄소 분자와 충돌할 때 산소와 수소로 부분적으로 분해시키고, 공기 중의 산소를 오존과 활성 산소로 부분적으로 분해시켜 줄 수 있으며, 이때 분해된 수소 원자는 포화된 오존 영역으로 빠르게 확산되어 연소 온도가 상승하여 연료가 거의 완전 연소되도록 해 줄 수 있다. 이러한 현상은 도 7에 도시된 바와 같이 나타날 수 있다. 즉, 도 7은 도 1에 있는 버너부에서 배출 가스의 정제 효과를 설명하는 도면이다. 여기서, 도 7의 (a)는 연료의 일반 연소(즉, 스트리머 없는 연소)를 나타낸 것이며, 도 7의 (b)는 스트리머 방전을 이용한 연소(즉, 스트리머로 에멀젼 없이 배출가스 연소)를 나타낸 것이다.

도 8은 도 1에 있는 버너부에서 스트리머 방전을 이용한 에멀젼의 연소를 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 불길의 길이는 800mm(일부 버너(155)에서는 불길의 길이가 1200mm)일 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 버너부(150)는, ESPB(즉, 버너(155))을 사용하면 에멀젼에서 액체의 함량을 30~70% 범위로 유지할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 버너부(150)는, 제1MHHRG(141)에서 전압 150~250KV, 주파수 450~550KHz의 파라미터로 생성한 스트리머의 방전을 이용하여 버너(155)에서 액체탄화수소 및 액체를 여러 가지로 조합하여 거의 완전연소를 이룰 수 있다. 이때, 제1MHHRG(141)의 신호 파라미터의 특정 값은 에멀젼 내 액체탄화수소 및 액체의 백분율에 따라 다르다. 동시에, 분해 과정에 발생한 오존, 활성산소 및 수소 원자의 출현으로 인해 연소 속도가 증가했기 때문에, 버너(155)의 연소실에서 공기 소비를 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 배기가스에서 SOX, NOX 및 바나듐 화합물의 함량은 에멀젼 내 액체의 비율에 비례하여 감소하여 대류 표면의 마모를 크게 감소시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템의 운용방법을 설명하는 순서도이다.

도 9를 참조하면, 연료공급부(110)에서는, 탄화수소가 포함된 액체 연료를 에멀젼생산부(130)에 공급해 주게 된다(S901).

상술한 단계 S901에서 액체 연료를 공급함에 있어서, 연료공급부(110)에서는, 탄화수소 포함 액체 연료로서 예를 들어, 임의 품질의 중유, 폐식용유, 바이오경유, 원유찌꺼기, 축산 단지 및 가금류 농장의 액체 폐기물, 그리고 연료유뿐만 아니라, 윤활유, 폐유, 윤활 냉각제, 나프타 슬러지 등 중 적어도 하나 또는 그 이상을 모아서 에멀젼생산부(130)에 공급해 줄 수 있다.

상술한 단계 S901에서 액체 연료를 공급함에 있어서, 연료공급부(110)에서는, 액화탄화수소 연료(LHF)를 에멀젼생산부(130)에 공급해 줄 수 있다.

상술한 단계 S901에서 액체 연료를 공급함과 동시에, 액체공급부(120)에서는, 액체를 에멀젼생산부(130)에 공급해 주게 된다(S902).

상술한 단계 S902에서 액체를 공급함에 있어서, 액체공급부(120)에서는, 물로서 예를 들어, 일반 공업용수, 생활하수, 오수나 폐수 등 중 적어도 하나 또는 그 이상을 모아서 에멀젼생산부(130)에 공급해 줄 수 있다.

상술한 단계 S902에서 액체를 공급하게 되면, 에멀젼생산부(130)에서는, 연료공급부(110)로부터 탄화수소 포함 액체 연료를 공급받고 액체공급부(120)로부터 액체를 공급받아, 해당 공급받은 탄화수소 포함 액체 연료와 액체를 혼합시켜 에멀젼을 생산하고, 해당 생산한 에멀젼을 버너부(150)에 전달해 주게 된다(S903).

상술한 단계 S903에서 에멀젼을 생산하여 전달함에 있어서, 에멀젼생산부(130)에서는, 연료공급부(110)로부터 공급받은 탄화수소 포함 액체 연료를, 계면활성제 등의 첨가제 없이, 액체공급부(120)로부터 공급받은 액체와 3:7의 비율로 혼합하여 에멀젼을 만들어 버너부(150)에 공급해 줄 수 있다.

상술한 단계 S903에서 에멀젼을 생산하여 전달함에 있어서, 에멀젼생산부(130)에서는, 펌프, 믹서기 등을 조합하여 혼합기로 형성할 수 있다. 이에, 에멀젼생산부(130)에서는, 해당 혼합기를 이용한 기계식 혼합 방식으로, 연료공급부(110)로부터 공급받은 액화탄화수소 연료(LHF)와 액체공급부(120)로부터 공급받은 액체를 혼합하여 에멀젼(FLE)을 만들 수 있다.

상술한 단계 S903에서 에멀젼을 생산하여 전달함에 있어서, 별도의 에멀젼 생산 장비(FLEC)를 구비하고 있는 에멀젼생산부(130)에서는, 해당 FLEC를 이용하여 연료공급부(110)로부터 공급받은 액화탄화수소 연료(LHF)와 액체공급부(120)로부터 공급받은 액체를 30~70%와 30~70%의 비율로 혼합하여 에멀젼(FLE)을 생산해 줄 수 있다.

상술한 단계 S903에서 에멀젼을 생산하여 전달함에 있어서, 에멀젼생산부(130)에서는, 연료공급부(110)로부터 공급받은 중유와 액체공급부(120)로부터 공급받은 물을 혼합비율 20%:80%로 혼합하여 에멀젼(FLE)을 생산해 줄 수도 있다.

상술한 단계 S903에서 에멀젼을 생산하여 전달함과 동시에, 스트리머발생부(140)에서는, 스트리머를 발생시켜 버너부(150)에 전달해 주게 된다(S904).

상술한 단계 S904에서 스트리머를 발생시켜 전달함에 있어서, 고압 및 고주파수의 펄스 발생기(또는, 고압 및 고주파수의 플라즈마 발생기)를 구비하고 있는 스트리머발생부(140)에서는, 해당 펄스 발생기(또는, 플라즈마 발생기)를 이용하여 도 2에 도시된 바와 같은 스트리머를 발생시켜 버너부(150)에 전달해서 방전시켜 주도록 할 수 있다.

상술한 단계 S904에서 스트리머를 발생시켜 전달함에 있어서, 스트리머발생부(140)에서는, 두 개의 다기능 고전압 및 고주파 공진 발생기(MHHRG)를 구비할 수 있다.

상술한 단계 S904에서 스트리머를 발생시켜 전달함에 있어서, 스트리머발생부(140)에서는, 스트리머를 발생시켜 버너부(150)에 전달해 주기 위한 제1MHHRG와, 버너부(150)에서의 연소 후 발생하는 먼지나 가스 형태의 배출물을 정제하기 위한 제2MHHRG를 구비할 수 있다.

상술한 단계 S904에서 스트리머를 발생시켜 전달함에 있어서, 제1MHHRG는, 전압이 150~250KV이고, 주파수가 450~550KHz인 특성을 가지며, 제2MHHRG는, 출구 신호가 1~5초의 주기와 5~10의 튜티 사이클(duty cycle)을 가지고, 전압이 100~200KV이고, 주파수가 450~550KHz인 특성을 가진다.

상술한 단계 S904에서 스트리머를 발생시켜 전달함에 있어서, 스트리머발생부(140)에서는, 제2MHHRG를 사용하는 경우에, 그 특성치는 다음과 같은데, 출구 신호가 1~5초의 주기와 5~10의 튜티 사이클을 가지고, 전압이 100~200KV이고, 주파수가 150~1100KHz이다.

상술한 단계 S904에서 스트리머를 발생시켜 전달함에 있어서, 스트리머발생부(140)에서는, 에멀젼생산부(130)로부터 입력되는 출력 신호 파라미터에 따라 이에 대응하는 스트리머를 발생시켜 줄 수 있다.

상술한 단계 S904에서 스트리머를 발생시켜 전달하게 되면, 버너부(150)에서는, 에멀젼생산부(130)로부터 전달되는 에멀젼을 공급받고 스트리머발생부(140)로부터 전달되는 스트리머를 공급받아, 해당 공급받은 에멀젼을 해당 공급받은 스트리머로 방전시켜 연소를 진행해 주게 된다(S905).

상술한 단계 S905에서 연소를 진행함에 있어서, 2.5메가 또는 5.0메가의 연소장치(버너)를 구비하고 있는 버너부(150)에서는, 해당 연소장치(버너)를 이용하여 에멀젼생산부(130)로부터 공급받은 에멀젼을 스트리머발생부(140)로부터 공급받은 스트리머로 방전시켜 완전 연소해 줄 수 있다.

상술한 단계 S905에서 연소를 진행함에 있어서, 2.5메가 또는 5.0메가의 연소장치(버너)를 구비하고 있는 버너부(150)에서는, 해당 연소장치(버너)에 구비되는 노즐의 구멍 사이즈를 에멀젼생산부(130)로부터 공급되는 에멀젼의 흐름과 연소에 알맞게 이에 대응하는 크기로 형성할 수 있다.

상술한 단계 S905에서 연소를 진행함에 있어서, 에멀젼생산부(130)로부터 공급되는 에멀젼의 양을 조절하기 위한 조절밸브를 구비하고 있는 버너부(150)에서는, 해당 조절밸브를 이용하여 에멀젼생산부(130)로부터 공급되는 에멀젼의 양을 조절해서 스트리머발생부(140)로부터 공급받은 스트리머로 방전시켜 완전 연소하도록 할 수도 있다.

상술한 단계 S905에서 연소를 진행함에 있어서, 버너부(150)에서는, 전기 동력식 펄스 버너(EPSB)를 구비할 수 있다.

상술한 단계 S905에서 연소를 진행함에 있어서, 버너부(150)에서는, 스트리머발생부(140)에서 발생시킨 스트리머를 노즐의 출구 측에 적용하여 에멀젼생산부(130)로부터 공급되는 에멀젼을 완전 연소해 주도록 할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시 예에 따른 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템의 운용방법은, 스트리머발생부(140)에 구비된 정제기(144)의 에어-스모그 환경에서 스트리머의 형성 결과로서, 먼지, 가스 형태의 배기물의 산화 및 재연소(afterburning) 처리의 경우에, 오존과 산소의 형성과 함께 유기 근원(organic origin)의 타지 않은 찌꺼기의 산화를 가속화함으로써 격렬하게 될 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시 예에 따른 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템의 운용방법은, 오존과 산소의 고산화력, 화학적 활성도에 의해서, 복합 래디컬(radical)과 탄화수소의 파괴가, 오염 제거, 먼지와 가스 배기물의 중성화에 효과적일 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시 예에 따른 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템의 운용방법은, 순수 가스와 강력하게 섞인 활성 산화제가, 연소의 중요한 촉진, 그리고 머지와 가스 배기물 부분에 있는 많은 독성물의 재-산화를 제공해 줄 수 있다.

도 10은 도 9에 있는 연소 진행 단계 후 스트리머를 이용한 배출가스 정제 과정을 설명하는 도면이다.

도 10을 참조하면, 먼지와 가스 배기물을 중화하는 과정을 나타내고 있는데, 즉 반응로의 이전 오염물의 정화 처리의 고속 비디오 기록의 단편을 나타내고 있다. 여기서, 인접 단편 간의 시간 간격은 약 10ms이다. 도 10에서, 이미지는 반응로의 완전한 개화 순간(즉, 최종 약 30ms에 먼지와 가스 배기물의 중화 처리)에 대응하는 것으로, 제2MHHRG(142)의 고전압 펄스 형태의 시작을 나타내고 있다.

먼지와 가스 같은 배기물의 저속 이동을 고려해 보면, 1에서5까지 범위 내 주기와 5에서 10까지 동작 사이클로 펄스 열 형태로 출력 신호를 생산하고, 100KV에서 200KV까지 범위 진폭과 150KHz에서 1100KHz까지 범위 주파수에서 펄스 파라미터를 선택하기 위해서, 제2MNNRG(142)에서 제공하며, 정제기(144)를 보강한다. 이때, 파라미터의 특정 값은 연료 에멀젼의 LHF와 액체의 백분율, 전력 발생 장치의 전력, 배출구의 교차 부분 영역, 전력 설비의 배출구 높이 등에 의존한다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템의 운용방법의 연료별 경제성 비교를 설명하는 도면이다.

도 11을 참조하면, 경제적 효율성을 2mW 용량의 가상 전력 설비를 기준으로 평가해 볼 수 있는데, 천연 가스와 중유, 그리고 액체 함량이 70%인 에멀젼을 비교하고, 연료 가격은 2016년 12월 공개 소스에서 가져오며 대체 연료 가격은 공개 소스의 데이터를 기반으로 계산해 본다.

도 11의 표와 같이, 생산된 동일한 에너지의 양에서 에멀젼 연료의 비용은 중유의 비용보다 약 16배나 저렴하고 천연가스의 비용보다 약 11.5배나 저렴하다. 에너지 비용에 있어서, 에멀젼 연료가 전통적인 연료보다 유리함을 잘 알 수가 있다. 이로 인해 공기 사용 감소, 먼지-가스 배출물 내의 SOX, NOX 및 바나듐 화합물뿐만 아니라, CO2의 감소, 산업 및 가정 폐기물 처리 결과 환경 개선, 화력 발전소, 발전소의 전기 및/또는 열 에멀젼을 이용한 에너지 생산을 위한 제안된 발명 그룹 액체 탄화수소 연료를 사용하여 에너지로 회수하는 보일러 하우스 및 기타 에너지 시설은 과학적, 기술적 및 상업적 관점에서 매우 매력적이다. 본 발명에 따라 제작되는 설비들의 각 부분품들은 자유롭게 구매할 수 있는 일반적인 것들이다.

이와 같이 본 발명은 산업 및 가정용 폐기물 처리하면서 바이오 연료를 생산하는 문제를 종합적으로 해결하고, 이 연료를 효과적으로 전기 및/또는 열에너지로 변환하며, 배출가스의 고품질 정화를 보장한다.

이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 운용방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. 이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템
110: 연료공급부
120: 액체공급부
130: 에멀젼생산부
131: 제1인렛 파이프
132: 제2인렛 파이프
133: 제3인렛 파이프
134: 아웃렛 파이프
135: 차단밸브
136: 에멀젼 펌프
137: 에멀젼 사용량 측정기
138: 제어기
1301: 에멀젼 보관 탱크
1302: 에멀젼 수위 계측장비
1303: 장입차단밸브
1304: 반출차단밸브
1305: 공급량측정계기
1306: 수분측정기
1307: 탱크 펌프
1308: 구동기
140: 스트리머발생부
141: 제1MHHRG
142: 제2MHHRG
143: 전극
144: 정제기
145: 가스세정기
146: 배출구
150: 버너부
151: 삼방밸브
152: 원심펌프
153: 연료 가열기
154: 착화연소용 노즐
155: 버너

Claims (5)

1. 탄화수소가 포함된 액체 연료를 공급하는 연료공급부; 액체를 공급하는 액체공급부; 상기 연료공급부에서 공급하는 액체 연료와 상기 액체공급부에서 공급하는 액체를 혼합시켜 에멀젼을 생산하여 전달하는 에멀젼생산부; 스트리머를 발생시켜 전달하는 스트리머발생부; 및 상기 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼을 상기 스트리머발생부에서 전달하는 스트리머로 방전시켜 연소를 진행하는 버너부를 포함하되; 상기 에멀젼생산부는, 계면활성제의 첨가제 없이 상기 연료공급부에서 공급하는 액체 연료와 상기 액체공급부에서 공급하는 액체를 3:7의 비율로 혼합하며; 상기 스트리머발생부는, 스트리머를 발생시켜 상기 버너부에 전달해 주기 위한 제1MHHRG; 및 상기 버너부에서의 연소 후 발생하는 먼지나 가스 형태의 배출물을 정제하기 위한 제2MHHRG를 구비하며;
   상기 버너부는, 상기 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼을 상기 스트리머발생부에서 전달하는 스트리머로 방전시켜 완전 연소하도록 하기 위해서, 상기 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼의 양을 조절하기 위한 조절밸브를 구비하며;
   상기 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼을 임시 보관하기 위한 탱크; 및 기 설정된 시간이 경과하는 경우에 상기 탱크에 보관된 에멀젼을 회수하여 상기 에멀젼생산부로 다시 공급해 주기 위한 회수밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 연료공급부는,
   중유, 폐식용유, 바이오경유, 원유찌꺼기, 축산 단지 및 가금류 농장의 액체 폐기물, 연료유, 윤활유, 폐유, 윤활 냉각제, 나프타 슬러지 중 적어도 하나 또는 그 이상을 모아서 공급하는 것을 특징으로 하는 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 액체공급부는,
   일반 공업용수, 생활하수, 오수나 폐수 중 적어도 하나 또는 그 이상을 모아서 공급하는 것을 특징으로 하는 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템.
   
4. 삭제
5. 연료공급부가 탄화수소가 포함된 액체 연료를 공급하는 단계; 액체공급부가 액체를 공급하는 단계; 에멀젼생산부가 상기 연료공급부에서 공급하는 액체 연료와 상기 액체공급부에서 공급하는 액체를 혼합시켜 에멀젼을 생산하여 전달하는 단계; 스트리머발생부가 스트리머를 발생시켜 전달하는 단계; 및 버너부가 상기 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼을 상기 스트리머발생부에서 전달하는 스트리머로 방전시켜 연소를 진행하는 단계를 포함하되; 상기 에멀젼생산부는, 계면활성제의 첨가제 없이 상기 연료공급부에서 공급하는 액체 연료와 상기 액체공급부에서 공급하는 액체를 3:7의 비율로 혼합하며; 상기 스트리머발생부는, 스트리머를 발생시켜 상기 버너부에 전달해 주기 위한 제1MHHRG; 및 상기 버너부에서의 연소 후 발생하는 먼지나 가스 형태의 배출물을 정제하기 위한 제2MHHRG를 구비하며;
   상기 버너부는, 상기 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼을 상기 스트리머발생부에서 전달하는 스트리머로 방전시켜 완전 연소하도록 하기 위해서, 상기 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼의 양을 조절하기 위한 조절밸브를 구비하며;
   상기 에멀젼생산부에서 전달하는 에멀젼을 임시 보관하기 위한 탱크; 및 기 설정된 시간이 경과하는 경우에 상기 탱크에 보관된 에멀젼을 회수하여 상기 에멀젼생산부로 다시 공급해 주기 위한 회수밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에멀젼을 이용한 에너지 생산 시스템의 운용방법.

Images