KR102486778B1 - 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체의 흡입과 토출 및 캐비테이션의 발생 등을 위해 필요한 펌프의 기능을 모터의 회전축에 고정 결합된 임펠러의 회전력으로 구현될 수 있도록 한 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기에 관한 것으로, 그 구성은 구동 모터 회전축에 고정 결합되는 구동축 회전부와; 내부에 냉각수 소통로가 형성된 지지부와; 원료 및 촉매제를 회전력에 의해 혼합시켜 외부로 배출시키는 혼합반응부와; 상기 혼합반응부의 후단에 연결설치되는 원료유입부와; 외주연을 따라 일정한 간격으로 형성된 나선형 블레이드의 회전력을 통해 원료유입구로 유입된 원료가 펌핑되도록 구비되는 임펠러부와; 원료와 촉매제를 회전력에 의해 혼합시킬 때 발생되는 캐비테이션화를 조절하는 반응조절부;를 포함하여 이루어진다.

Description

임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기{Cavitation generator with impeller}
본 발명은 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체의 흡입과 토출 및 캐비테이션 발생 등을 위해 필요한 펌프의 기능을 모터의 회전축에 고정 결합된 임펠러의 회전력으로 구현될 수 있도록 한 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기에 관한 것이다.
바이오에너지 중에서 대표적으로 알려진 바이오디젤은 콩기름, 유채기름, 폐식물기름, 해조유 등에서 추출되는 동식물 또는 폐오일을 원료로 제공된 무공해 연료를 통칭하는 것으로, 주로 경유를 사용하는 디젤차량의 경우, 첨가제나 또는 그 자체로써 차량 연료로 사용되며, 이 밖에도 다양한 방법을 통해 적재적소에 사용되고 있다.
한편, 일반적인 식물성 기름은 차량의 연료로 사용하기에 충분한 열량을 갖고 있지만, 점도가 높아 차량의 디젤엔진에 직접 적용하는 것은 쉽지 않다. 그러므로, 식물성 기름을 디젤엔진에 적용하기 위해서는 화학반응에 의해 식물성 기름을 분해하여 이를 저분자화함으로써, 경유의 점도에 준하는 수준으로 점도를 낮추는 작업이 선행되어야 하며, 메탄올을 이용하여 3가의 지방산에 글리세롤(Glycerol)이 결합된 트라이글리세리드(Triglyceride)로부터 글리세롤을 분리한 다음, 지방산에스터(Fatty acid ester)를 만들어내는 소위 에스테르 교환방법을 통해 제조된 것이 흔히 불리는 바이오디젤이다.
이 같은 바이오디젤은 보통, 1차 반응, 2차 반응, 정치, 분리, 수세, 건조, 정제 및 출하 등 다소 복잡한 공정을 거쳐 생산됨으로, 생산적인 측면에서 볼 때 매우 비효율적이었다. 이 뿐만 아니라, 바이오디젤을 생산하는 설비의 규모가 크기 때문에 비교적 넓은 공간을 필요로 하며, 최종 생산물을 생산하기까지는 많은 시간이 소요되는 단점이 있었다.
따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 한국 공개특허공보 제10-2011-0095151호에 '바이오 디젤 제조장치'가 제안된 바 있다.
상기 선행기술은, 폐식용유나 미세조류 오일에 메탄올 및 산촉매를 혼합하여 에스테르를 생성하는 제1교반조, 메탄올과 촉매를 혼합하여 메톡사이드를 생성하는 제2교반조, 상기 제1교반조에서 생성된 에스테르와 상기 제2교반조에서 생성된 메톡사이드를 공급받아 글리세린 및 바이오디젤을 생성하는 반응조, 상기 반응조에서 분리되어 이송된 바이오디젤을 증발시켜 저장하는 바이오디젤 분리유닛 및 상기 반응조에서 분리되어 이송된 글리세린에 함유된 이물질을 증발시켜 분리한 후, 상기 글리세린을 저장하는 글리세린 분리유닛을 포함하여 구성된 것으로, 유리지방산이 다량 함유된 폐식용유와 미세조류 오일로부터 고순도의 바이오디젤을 추출할 수 있는 효과를 지닌다.
그러나, 상기 선행기술에서는 유체를 흡입하여 고온·고압으로 압축한 다음 토출시키는 방법과 함께 정밀 가공된 원심력 또는 기어식 피스톤이 적용된 펌프가 이용되는데, 이는 온수나 100℃가 넘는 뜨거운 물, 즉 대기압 하에서 곧바로 증기로 증발하는 고온·고압 상태의 증기와 물이 혼재된 상태인 액체는 고온에 충분히 견딜 수 있는 고성능의 펌프를 사용하지 않으면 유체의 흡입 또는 토출작용이 더디었기 때문이다.
한국 공개특허공보 제10-2011-0095151호(바이오 디젤 제조장치, 2012.06.18. 공개) 한국 등록특허공보 제10-1809528호(바이오 디젤 제조용 반응기, 2017.12.11. 등록) 한국 공개특허공보 제10-2019-0057715호(바이오디젤 제조 장치 및 방법, 2019.05.29. 공개)
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유체의 흡입과 토출, 그리고 캐비테이션 발생 등을 위해 필요한 펌프의 기능을 모터의 회전축에 고정 결합된 임펠러의 회전력으로 구현되도록 함으로써, 유체 이송시 펌프를 사용하지 않고도 유입구에서 배출구쪽으로 이동하는 유체의 활주능력을 향상시킬 수 있는 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기는,
고정프레임(180)의 일측에 고정 결합되며, 설정된 제어신호에 따라 회전하는 구동 모터(101) 회전축(103)의 일단부에 고정 결합되는 구동축 회전부(110)와;
상기 구동축 회전부(110)의 외주연을 감싸면서 상기 고정프레임(180)의 상부에 고정 결합되고, 상기 구동축 회전부(110)를 감싸는 그 내부에 냉각수가 통과하면서 상기 구동축 회전부(110)에서 발생되는 열이 냉각되도록 냉각수 소통로(121)가 형성되는 지지부(120)와;
상기 지지부(120)의 후단 구동축 회전부(110)의 끝단에 결합되며 그 내부로 유입된 원료 및 촉매제를 회전력에 의해 균질 혼합시켜 생성된 반응물을 외부로 배출시키는 혼합반응부(140)와;
원료와 촉매제가 각각 유입되는 원료유입구(152) 및 촉매제유입구(153)가 외주연 일측에 형성되며, 상기 원료유입구(152) 및 촉매제유입구(153)를 통해 유입된 원료와 촉매제가 내부에 형성된 원료공급로(151)를 통과하는 과정에서 혼합되어 상기 혼합반응부(140)의 일측으로 유입되도록 상기 혼합반응부(140)의 후단에 연결설치되는 원료유입부(150)와;
상기 원료유입구(152)측에 위치하여 상기 구동 모터(101) 회전축(103)에 회전가능하게 결합되며, 외주연을 따라 일정한 간격으로 형성된 나선형 블레이드(161)의 회전력을 통해 상기 원료유입구(152)로 유입된 원료가 펌핑되도록 구비되는 임펠러부(160)와;
상기 혼합반응부(140)와 연결설치되며, 원료와 촉매제를 회전력에 의해 균질 혼합시킬 때 발생되는 캐비테이션화를 조절하는 반응조절부(170);를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 제2실시예에 따르면, 상기 지지부(120)와 혼합반응부(140)의 사이 부분에는, 상기 구동축 회전부(110)를 감싸면서 고정프레임(180)을 견고하게 지지함은 물론, 중공형의 냉각수 소통로(131)가 내부에 형성되어 외부 일측으로 냉각수가 유입된 후에 타측으로 배출되면서 상기 구동축 회전부(110) 및 혼합반응부(140)에서 발생되는 열을 식혀주는 2차 지지부(130)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 혼합반응부(140)는 상기 구동축 회전부(110)의 끝단에 고정 결합되어 이 구동축 회전부와 함께 회전되는 원판형의 회전체(142); 상기 회전체(142)에 마주보도록 설치되되, 상기 회전체(142)와 일정두께의 틈새(T)가 형성되도록 그 회전체에 대해 일정거리 이격되게 수평 설치되고, 수평방향 중심부를 통해 외측에서 내측으로 원료 및 촉매제가 유입되도록 그 중심부에 관통공(147)이 형성되어 상기 원료유입부(150)의 원료공급로(151)와 소통되도록 원료유입부(150)의 선단에 고정 결합되는 고정체(144); 및 상기 회전체(142)의 회전력에 의해 회전체(142)와 고정체(144) 사이에 형성된 틈새(T)로 유입된 원료 및 촉매제가 회전체(142) 및 고정체(144) 내면과의 충격에 의해 각 입자가 미세하게 미분화되면서 혼합된 후에 상기 회전체(142)의 원심력에 의해 그 테두리 방향으로 분산 및 배출된 반응물을 모아 외부로 배출시킬 수 있도록 외주연 일측에 연료배출구(148)가 형성되어 상기 회전체(142) 및 고정체(144)를 동시에 감싸는 구조로 설치되는 하우징(141);을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 혼합반응부(140)의 회전체(142)와 고정체(144)의 각 내면 또는 회전체(142)의 내면에는, 상기 회전체(142)가 회전시 고정체(144)와 회전체(142) 사이의 틈새(T)로 유입된 원료와 촉매제 상호간 접촉이나 또는 회전체(142)와 고정체(144) 내면과의 회전 마찰력을 향상시키도록 하는 요철형 마찰확대부(145)가 형성된 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따르면, 상기 반응조절부(170)는 복수개의 반응조절 구동축(171)이 연결설치된 모터로 구성되며, 모터와 연결된 반응조절 구동축(171)의 반대방향으로 내부하우징(154)과 연결되고, 상기 모터를 작동시켜 상기 회전체(142)와 이격간격을 유지하고 있는 고정체(144)를 외측방향으로 당기거나 내측방향으로 밀어 넣어 캐비테이션화를 조절하는 구성으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기에 의하면,
첫째, 모터의 회전축에 고정 결합된 임펠러의 회전력으로 펌프의 기능을 구현함으로써, 유체 이송시 펌프를 사용하지 않고도 유입구에서 배출구쪽으로 이동하는 유체의 활주능력을 일층 향상시킬 수 있으며,
둘째, 유체의 흡입과 토출 및 캐비테이션 발생 등을 위한 펌프가 불필요하므로, 유지보수의 수월함은 물론 유지보수에 따른 비용 절감을 실현할 수 있고,
셋째, 회전력에 의한 마찰, 전단 및 캐비테이션화 발생을 일으킴으로써, 고순도의 바이오에너지를 생산할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기를 이용한 바이오에너지 제조공정 및 전처리 과정을 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기를 이용한 바이오에너지 생산의 공정 흐름도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기의 외관을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기의 수직절단 단면도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기의 외관을 나타낸 도면,
도 6 및 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기에서 원료가 유입되는 과정과 배출되는 과정을 나타낸 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기에 대하여 상세하게 설명한다.
이에 앞서, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명을 설명하되, 본 발명은 캐비테이션 발생기(100)에 그 특징이 있으므로, 캐비테이션 발생기 이전의 전처리과정과 캐비테이션 발생기 이후의 후처리 과정에 대해서는 간략하게 설명하고, 캐비테이션 발생기(100)를 위주로 상세하게 설명한다. 또한, 바이오에너지의 다양한 원료 중에서 바이오디젤 원료를 예시로 하여 설명한다.
상기 캐비테이션 발생기(100)는 강력한 회전이 이루어지는 회전체(142) 및 그 회전체에서 일정간격 이격된 고정체(144) 사이에 형성된 틈새(T)로 바이오디젤 원료 및 촉매제가 혼입된 후, 회전체(142)의 회전력에 의한 전단 및 캐비테이션화 등이 일어나면서 단시간에 유지, 메탄올 및 촉매가 미세하게 미분화되는 가운데, 표면적이 증대되어 신속한 반응이 일어나도록 한다.
이때, 상기 캐비테이션 발생기(100)는 유체의 흡입과 토출을 위해서 별도의 펌프가 필요하나, 본 발명에서는 임펠러의 회전력에 의해 유체를 펌핑시키는 임펠러를 구비하여, 상기한 별도의 펌프를 구비하지 않고도 유체의 활주능력을 향상시킨다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기를 이용하여 바이오디젤을 생산하기 위한 전처리공정과 전체 공정 순서가 나타나 있다.
상기 전처리공정은 바이오디젤의 원료로 사용되는 폐식용유(Used cooking Oil, 이하 'UCO'라 함)와 촉매제(메탄올+수산화칼륨, 메탄올+황산)가 각각 별도의 원료저장탱크(N1,N2,N3)에 저장되고, 각 저장탱크(N1,N2,N3)에서 각각의 원료공급라인(L1,L2,L3)을 따라 본 발명의 캐비테이션 발생기(100)로 유입되도록 구성되며, 상기 원료공급라인(L1,L2,L3)은 전자제어밸브(12), 유량계(14), 전자제어밸브(16), 수동제어밸브(18)가 순서대로 설치되어, 원료가 상기 캐비테이션 발생기(100)로 원활하게 공급될 수 있도록 한다.
상기 전자제어밸브(12,16)는 원료 및 촉매가 캐비테이션 발생기(100)로 투입되기 전에 기 설정된 온도조건을 충족할 때까지 배출밸브를 폐쇄한 상태에서 순환밸브는 개방시켜 원료 및 촉매를 해당 원료저장탱크(N1,N2,N3)로 반복적으로 순환시키면서 설정된 조건에 충족하도록 준비한 후, 순환밸브를 차단하고 배출밸브는 개방하여 상기 캐비테이션 발생기(100)로 공급될 수 있도록 제어한다.
한편, 상기 캐비테이션 발생기(100)의 일측에 구비된 전자제어밸브(20)는 캐비테이션 발생기(100)를 통과한 1차 반응물을 원료저장탱크로 리턴시켜 적절한 온도가 유지된 경우에 한하여 분리탱크(24)로 배출되도록 하고, 상기 분리탱크(24)에서 바이오디젤, 글리세린 및 물을 분리한 후에 상품화를 위한 별도의 정제공정을 거쳐 제품으로 출하될 수 있도록 하는 후처리공정, 즉 1차 분리공정을 거친 바이오디젤은 경우에 따라 재순환공정을 통해 상기 캐비테이션 발생기(100)로 재유입시켜 2차 분리 및 정제공정을 거치면서 고순도의 바이오디젤이 생산되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 캐비테이션 발생기(100)를 이용하여 바이오디젤을 생산할 경우, 종래기술과 달리 사전준비절차가 까다롭지 않고, 또한 설정된 조건을 충족한다면 캐비테이션 발생기로 공급된 원료와 촉매제가 고속으로 회전하는 혼합반응부(140)를 통과하며 바이오디젤의 신속한 생산이 가능해진다.
한편, 상기 캐비테이션 발생기(100)를 거친 바이오디젤은 도 2에 나타낸 바와 같이, 분리 및 정제공정을 거친 후에 저장 및 출하되는 것으로, 이러한 공정은 보편적으로 널리 알려진 방법에 해당됨으로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기는, 고정프레임(180)의 일측에 고정 결합되며, 설정된 제어신호에 따라 회전하는 구동 모터(101) 회전축(103)의 일단부에 고정 결합되는 구동축 회전부(110)와; 상기 구동축 회전부(110)의 외주연을 감싸면서 상기 고정프레임(180)의 상부에 고정 결합되고, 상기 구동축 회전부(110)를 감싸는 그 내부에 냉각수가 통과하면서 상기 구동축 회전부(110)에서 발생되는 열이 냉각되도록 냉각수 소통로(121)가 형성되는 지지부(120)와; 상기 지지부(120)의 후단 구동축 회전부(110)의 끝단에 결합되며 그 내부로 유입된 원료 및 촉매를 회전력에 의해 균질 혼합시켜, 그 생성된 반응물을 외부로 배출시키는 혼합반응부(140)와; 원료와 촉매제가 각각 유입되는 원료유입구(152) 및 촉매제유입구(153,155)가 외주연 일측에 형성되며, 상기 원료유입구(152) 및 촉매제유입구(153,155)를 통해 유입된 원료와 촉매가 내부에 형성된 원료공급로(151)를 통과하는 과정에서 혼합되어 상기 혼합반응부(140)의 일측으로 유입되도록 상기 혼합반응부(140)의 후단에 연결설치되는 원료유입부(150)와; 상기 원료유입구(152)측에 위치하여 상기 구동 모터(101) 회전축(103)에 회전가능하게 결합되며, 외주연을 따라 일정한 간격으로 형성된 나선형 블레이드(161)의 회전력을 통해 상기 원료유입구(152)로 유입된 원료가 펌핑되도록 구비되는 임펠러부(160)와; 상기 혼합반응부(140)와 연결설치되며, 원료와 촉매제를 회전력에 의해 균질 혼합시킬 때 발생되는 캐비테이션화를 조절하는 반응조절부(170);를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 지지부(120)와 혼합반응부(140) 사이의 중간 부분에는 상기 구동축 회전부(110)를 감싸면서 고정프레임(180)을 견고하게 지지함은 물론, 중공형의 냉각수 소통로(131)가 내부에 형성되어 외부 일측으로 냉각수가 유입된 후에 타측으로 배출되면서 상기 구동축 회전부(110) 및 혼합반응부(140)에서 발생되는 열을 식혀주는 2차 지지부(130)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 혼합반응부(140)는 상기 구동축 회전부(110)의 끝단에 고정 결합되어 이 구동축 회전부와 함께 회전되는 원판형의 회전체(142)와; 상기 회전체(142)에 마주보도록 설치되되, 상기 회전체(142)와 일정두께의 틈새(T)가 형성되도록 그 회전체에 대해 일정거리 이격되게 수평 설치되고, 수평방향 중심부를 통해 외측에서 내측으로 원료 및 촉매가 유입되도록 그 중심부에 관통공(147)이 형성되어 상기 원료유입부(150)의 원료공급로(151)와 소통되도록 원료유입부(150)의 선단에 고정 결합되는 고정체(144)와; 상기 회전체(142)의 회전력에 의해 회전체(142)와 고정체(144) 사이에 형성된 틈새(T)로 유입된 원료 및 촉매가 회전체(142) 및 고정체(144) 내면과의 충격에 의해 각 입자가 미세하게 분리되면서 혼합된 후에 상기 회전체(142)의 원심력에 의해 그 테두리 방향으로 분산 및 배출된 반응물을 모아 외부로 배출시킬 수 있도록 외주연 일측에 연료배출구(148)가 형성되어 상기 회전체(142) 및 고정체(144)를 동시에 감싸는 구조로 설치되는 하우징(141)을 포함하여 이루어진다.
특히, 상기 혼합반응부(140)의 회전체(142)와 고정체(144)의 각 내면 또는 회전체(142)의 내면에는 상기 회전체(142)가 회전시 고정체(144)와 회전체(142) 사이의 틈새로 유입된 원료 및 촉매 상호간 접촉 및 회전체(142)와 고정체(144) 내면과의 마찰력을 향상시키도록 하는 요철형 마찰확대부(145)가 형성되어 회전체(142)와 고정체(144)의 내면과의 충돌을 더욱 증대시키고, 원료의 미분화를 가속시키며, 표면적 증대를 통하여 빠른 반응이 이루어지도록 구성된다.
한편, 상기 반응조절부(170)는 복수개의 반응조절 구동축(171)이 연결설치된 모터로 구성되며, 모터와 연결된 반응조절 구동축(171)의 반대방향으로 내부하우징(154)과 연결되고, 모터를 작동시켜 상기 회전체(142)와 이격간격을 유지하고 있는 고정체(144)를 외측 방향으로 당기거나 내측방향으로 밀어 넣어 캐비테이션화를 조절하도록 구성할 수 있다.
또한, 원료유입구(152)와 원료배출구(148)의 일측에 온도 측정수단(도면 미도시)이 설치될 수 있으며, 상기 온도 측정수단이 설치된 경우, 원료유입구(152)에서 측정된 원료의 온도와 원료배출구(148)에서 측정된 온도값을 서로 비교하여 캐비테이션화 상태를 파악할 수 있다. 아울러, 상기 측정된 온도값을 바탕으로 모터가 회전체(142)와 고정체(144)의 유격을 조절할 수 있게 되며, 동시에 구동 모터(101)의 작동에 의한 구동축 회전부(110)의 회전으로 회전체(142)가 회전하며 케비테이션화 상태를 조절하도록 구성할 수 있다.
상기 반응조절부(170)의 모터와 구동 모터(101)는 각각 온도 측정수단과 연동될 수 있도록 내부에 연동제어수단(도면 미도시)이 구비됨은 물론이며, 상기 연동제어수단은 본 발명의 캐비테이션 발생기와 연계되어 사용자가 측정한 온도값을 바탕으로, 캐비테이션화를 조절할 수 있고, 온도 측정수단에 의해 측정된 온도값에 따라 케비테이션화를 최적의 조건으로 자동 조절할 수도 있다.
한편, 상기 임펠러부(160)에 의하면, 모터의 회전축의 회전에 의해 나선형 블레이드(161)의 회전이 이루어짐으로써, 원료유입구(152)를 통해 유입된 유체는 연료배출구(148) 쪽으로 펌핑되어 이송된다. 즉, 나선형 블레이드(161)의 회전력을 통해 유체를 펌핑시키는 것이다.
이러한 임펠러부(160)의 메커니즘은 유체 이송시 원료유입구(152)에서 연료배출구(148)쪽으로 이동하는 유체의 활주능력을 향상시킬 수 있으며, 이와 동시에 구동 모터(101)의 과부하도 방지할 수 있게 된다. 이러한 작용효과를 구현하기 위해서, 상기 블레이드(161)는 도 7과 같이, 중심점을 중심으로 하여 등거리로 방사형으로 형성되고 외측으로 갈수록 폭이 점차 넓어지는 형상으로 이루어진다.
본 발명의 제2실시예에 따르면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 캐비테이션 발생기(100)의 최외측단, 즉 상기 혼합반응부(140)의 고정체(144)와 결합된 상기 원료유입부(140)의 끝단에는 상기 회전체(142)와 일정간격 유지하고 있는 고정체(144)를 외측방향으로 당기거나 내측방향으로 밀어넣어 회전체(142)와의 유격을 조절할 수 있도록 하는 유격조정부(190)가 설치될 수 있다.
상기 유격조정부(190)는 내측단이 개구되면서 그 개구부가 상기 원료유입구(150)측에 결합되고 내부가 빈 중공부(193)를 갖으면서 외측면이 밀폐된 고정부재(191)와, 상기 구동축(110)과 수평방향으로 상기 고정부재(191)의 중심부를 관통하여 설치되면서 그 내측단이 상기 원료유입부(150)의 외측단에 밀착되고 타측이 상기 고정부재(191)의 외측으로 일정길이 돌출되게 설치되는 유격조정볼트(192)가 구비된다.
또한, 상기 중공부(193)에 위치하는 유격조정볼트(192)의 외주연 좌우 양쪽으로는 조임과 풀림에 따라 상기 유격조정볼트(192)의 좌우 이동을 가능하게 하는 이중너트(194)와, 상기 고정부재(191)의 외측으로 돌출된 유격조정볼트(192)의 선단부에 결합되어 상기 이중너트(194)와 함께 조임과 풀림이 이루어지는 고정너트(195)로 구성된다.
일 구현예에 의하면, 상기 고정부재(191)의 외측에 구비된 고정너트(195)를 풀고, 고정부재(191)의 내측 중공부(193)에 위치한 이중너트(194)를 풀거나 조여서 원료유입부(150)의 내부하우징(154)을 외부하우징(156)의 외측으로 잡아 당기거나 또는 그 내측으로 밀어넣어 내부하우징(154)에 결합된 고정체(144)의 좌우 이동을 통해 회전체(142)와의 틈새(T)를 조절할 수 있도록 구성된다.
상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 캐비테이션 발생기의 전후 처리기는 별도로 구비된 제어조작부(30)에 의해 제어되는 것으로, 상기 제어조작부(30)의 세부 구성과 동작에 대해서는 그 작업내용에 따라 다양한 형태로 프로그래밍 된 소프트웨어를 적용하여 구성할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 캐비테이션 발생기(100)를 이용하여 바이오디젤을 제조하기 위한 원료 및 촉매제의 투입과 반응 후 배출되는 과정이 도 6 및 도 7에 일부 구성의 단면도와 함께 나타나 있다.
먼저, 도 6 및 도 7을 참조하면, 바이오디젤의 원료로 사용되는 UCO(F1)가 원료유입부(150)의 상단부에 구비된 원료유입구(152)로 유입되고, 그 내부에 형성된 원료공급로(151)를 거쳐 임펠러부(160)의 나선형 블레이드(161)의 회전에 의해 혼합반응부(140)로 유입되어져 타측에서 유입된 촉매제와 혼합 및 반응이 이루어지게 되고, 회전체(142)가 회전하는 혼합반응부(140)를 통과하는 원료 및 촉매제는 서로 혼합 및 반응되면서 혼합반응부(140)의 내측 틈새를 따라 테두리측으로 배출되며(Eout), 상기 UCO(F1)가 원료유입부(150)로 유입될 때, 원료유입부(150)의 타측에 구비된 촉매제유입구(155)로 촉매제(F3)가 유입되어 원료공급로(151)를 통과하면서 상기 UCO(F1)와 혼합이 이루어진다.
또한, 상기 원료유입부(150)의 타측에 구비된 또 다른 촉매제유입구(153)로는 제2촉매제(F2)가 유입된 후에 내측 원료공급로(151)를 거치지 않고 곧바로 혼합반응부(140)의 중심 내측(C1,C2)으로 진입되어 원료공급로(151)를 통해 고정체(144)의 관통공(147)으로 유입된 UCO(F1)와 촉매제(F3) 혼합물과 혼합되면서 반응이 이루어지며, 이때 상기 혼합반응부(140)의 회전체(142)는 구동모터부(101)의 회전력을 전달받은 구동축 회전부(110)에 의해 일정 속도로 회전하고 있는 상태이므로, 회전체(142)의 중심부에는 일정한 구심력이 작용하게 되면서 고정체(144)의 중심부에 형성된 관통공(147)으로 원료의 유입이 자연스럽게 이루어지도록 하고, 혼합반응부(140)의 중심으로 유입된 원료와 촉매제는 회전체(142)와 고정체(144) 사이의 틈새로 유입되면서 혼합됨과 동시에 회전체(142)의 회전력에 의한 마찰, 전단 및 케비테이션 등으로 인해 그 입자가 미세하게 미분화되면서 신속한 반응이 이루어지게 된다.
특히, 상기 혼합반응부(140)의 회전체(142)와 고정체(144)의 내측면에는 마찰확대부(145)가 형성되어 있어서, 고정체(144)의 중심부에서 유입된 원료 및 촉매제가 회전체(142)의 원심력에 의해 방사형을 이루며 배출되면서 접촉되는 마찰력이 증대되고, 또한 마찰력의 증대로 UCO(F1) 및 촉매제(F2,F3)의 입자가 더욱 신속하게 미분화되어 회전체(142)와 고정체(144) 사이의 틈새를 통과하면서 빠른 반응이 이루어지게 되며, 반응조절부(170)에 의해 모터를 작동시켜 상기 회전체(142)와 일정간격 유지하고 있는 고정체(144)를 외측방향으로 당기거나 내측방향으로 밀어 넣어 회전체(142)와의 유격을 제어하여 마찰, 전단 및 캐비테이션화를 조절할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 캐비테이션 발생기는, 다른 구성들과 함께 수직형태가 아닌 구동 모터(101)가 수평형태로도 설치될 수 있다.
상기와 같이 구동 모터(101)가 수평형태로 설치될 경우, 고정프레임(180)에 고정 설치되는 구성 및 구동축 회전부(110)가 꺾여진 형태 등 일부 구성이 변경될 수 있음은 물론이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기는, 모터의 회전축에 고정 결합된 임펠러의 회전력으로 펌프의 기능을 구현함으로써, 유체 이송시 펌프를 사용하지 않고도 유입구에서 배출구쪽으로 이동하는 유체의 활주능력을 일층 향상시킬 수 있으며, 유체의 흡입과 토출 및 캐비테이션 발생 등을 위한 펌프가 불필요하므로, 유지보수의 수월함은 물론 유지보수에 따른 비용 절감을 실현할 수 있고, 회전력에 의한 마찰, 전단 및 캐비테이션화 발생을 일으킴으로써, 고순도의 바이오에너지를 생산할 수 있는 매우 유용한 발명이다.
T : 틈새 100 : 캐비테이션 발생기
101 : 구동 모터 103 : 회전축
105 : 연결수단 110 : 구동축 회전부
120 : 지지부 121 : 냉각수 소통로
122 : 냉각수 유입구 123 : 냉각수 배출구
130 : 2차 지지부 131 : 냉각수 소통로
132 : 냉각수 유입구 133 : 냉각수 배출구
140 : 혼합반응부 141 : 하우징
142 : 회전체 144 : 고정체
145 : 마찰확대부 147 : 관통공
148 : 연료배출구 150 : 원료유입부
151 : 원료공급로 152 : 원료유입구
153,155 : 촉매제유입구 154 : 내부하우징
156 : 외부하우징 157 : 촉매제 유입로
160 : 임펠러부 161 : 나선형 블레이드
170 : 반응조절부 171 : 반응조절 구동축
180 : 고정프레임

Claims (5)

  1. 고정프레임(180)의 일측에 고정 결합되며, 설정된 제어신호에 따라 회전하는 구동 모터(101) 회전축(103)의 일단부에 고정 결합되는 구동축 회전부(110)와;
    상기 구동축 회전부(110)의 외주연을 감싸면서 상기 고정프레임(180)의 상부에 고정 결합되고, 상기 구동축 회전부(110)를 감싸는 그 내부에 냉각수가 통과하면서 상기 구동축 회전부(110)에서 발생되는 열이 냉각되도록 냉각수 소통로(121)가 형성되는 지지부(120)와;
    상기 지지부(120)의 후단 구동축 회전부(110)의 끝단에 결합되며 그 내부로 유입된 원료 및 촉매제를 회전력에 의해 균질 혼합시켜 생성된 반응물을 외부로 배출시키는 혼합반응부(140)와;
    원료와 촉매제가 각각 유입되는 원료유입구(152) 및 촉매제유입구(153)가 외주연 일측에 형성되며, 상기 원료유입구(152) 및 촉매제유입구(153)를 통해 유입된 원료와 촉매제가 내부에 형성된 원료공급로(151)를 통과하는 과정에서 혼합되어 상기 혼합반응부(140)의 일측으로 유입되도록 상기 혼합반응부(140)의 후단에 연결설치되는 원료유입부(150)와;
    상기 원료유입구(152)측에 위치하여 상기 구동 모터(101) 회전축(103)에 회전가능하게 결합되며, 중심점을 중심으로 하여 등거리로 방사형으로 형성되고 외측으로 갈수록 폭이 점차 넓어지는 블레이드(161)의 회전력을 통해 상기 원료유입구(152)로 유입된 원료가 펌핑되도록 구비되는 임펠러부(160)와;
    상기 혼합반응부(140)와 연결설치되며, 원료와 촉매제를 회전력에 의해 균질 혼합시킬 때 발생되는 캐비테이션화를 조절하는 반응조절부(170);를 포함하여 이루어지고,
    상기 지지부(120)와 혼합반응부(140)의 사이 부분에는 상기 구동축 회전부(110)를 감싸면서 고정프레임(180)을 견고하게 지지함은 물론, 중공형의 냉각수 소통로(131)가 내부에 형성되어 외부 일측으로 냉각수가 유입된 후에 타측으로 배출되면서 상기 구동축 회전부(110) 및 혼합반응부(140)에서 발생되는 열을 식혀주는 2차 지지부(130)가 구비되며,
    상기 혼합반응부(140)는, 상기 구동축 회전부(110)의 끝단에 고정 결합되어 이 구동축 회전부와 함께 회전되는 원판형의 회전체(142); 상기 회전체(142)에 마주보도록 설치되되, 상기 회전체(142)와 일정두께의 틈새(T)가 형성되도록 그 회전체에 대해 일정거리 이격되게 수평 설치되고, 수평방향 중심부를 통해 외측에서 내측으로 원료 및 촉매제가 유입되도록 그 중심부에 관통공(147)이 형성되어 상기 원료유입부(150)의 원료공급로(151)와 소통되도록 원료유입부(150)의 선단에 고정 결합되는 고정체(144); 및 상기 회전체(142)의 회전력에 의해 회전체(142)와 고정체(144) 사이에 형성된 틈새(T)로 유입된 원료 및 촉매제가 회전체(142) 및 고정체(144) 내면과의 충격에 의해 각 입자가 미세하게 미분화되면서 혼합된 후에 상기 회전체(142)의 원심력에 의해 그 테두리 방향으로 분산 및 배출된 반응물을 모아 외부로 배출시킬 수 있도록 외주연 일측에 연료배출구(148)가 형성되어 상기 회전체(142) 및 고정체(144)를 동시에 감싸는 구조로 설치되는 하우징(141);을 포함하고,
    상기 혼합반응부(140)의 회전체(142)와 고정체(144)의 각 내면 또는 회전체(142)의 내면에는, 상기 회전체(142)가 회전시 고정체(144)와 회전체(142) 사이의 틈새(T)로 유입된 원료와 촉매제 상호간 접촉이나 또는 회전체(142)와 고정체(144) 내면과의 회전 마찰력을 향상시키도록 하는 요철형 마찰확대부(145)가 형성된 구조로 이루어지며,
    상기 반응조절부(170)는, 복수개의 반응조절 구동축(171)이 연결설치된 모터로 구성되며, 모터와 연결된 반응조절 구동축(171)의 반대방향으로 내부하우징(154)과 연결되고, 상기 모터를 작동시켜 상기 회전체(142)와 이격간격을 유지하고 있는 고정체(144)를 외측방향으로 당기거나 내측방향으로 밀어 넣어 캐비테이션화를 조절하는 것을 특징으로 하는 임펠러가 구비된 캐비테이션 발생기.
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