KR20060120170A - 연료 연소의 향상 - Google Patents

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KR20060120170A
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KR1020067010412A
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니겔 데이비드 팀스
발지트 싱
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맥스시스 리미티드
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 유체 채널을 구비하는 자기 유체 처리 장치에 관한 것으로서, 유체 채널 또는 각각의 유체 채널은 적어도 2 개의 주위에 위치된 자석들을 가지며, 장치는 유체 공급 도관과 협동하도록 적합화됨으로써, 사용하는 동안에, 유체 채널을 통해 유동하는 유체가 자기장을 받으며; 적어도 2 개의 자석들은 유체 채널 또는 각각의 유체 채널의 반대편들에 위치되고 약 90 mm 보다 작게 분리된다. 본 발명은 적어도 하나의 유체 채널을 구비하는 자기 유체 처리 장치에 관한 것으로서, 유체 채널 또는 각각의 유체 채널은 적어도 하나의 주위에 위치된 자석을 가지며, 적어도 하나의 자석은 장치의 동체 부분 안에 제거 가능하게 수용된다.

Description

연료 연소의 향상{Improvements for fuel combustion}
본 발명은 연소용 유니트의 버너로 공급되기 이전에 연료의 자기 처리(magnetic treatment)를 위한 장치에 관한 것이며, 특히, 연료의 자기 처리를 위한 장치 및 방법에 관한 것이며, 그러나 그에 제한되지는 않는다.
연료의 연소 효율을 향상시키기 위하여 연소 이전에 연료를 자기적으로 처리하는 것이 이미 공지되어 있다. 화석 연료를 자화시키기 위한 많은 단순한 장치들과 기구들이 존재하는데, 이들은 자석들이 연료 파이프의 둘레에 다양한 각도 분리로써, 예를 들면 90°의 분리로 고정된 것이다.
자석들이 연료 파이프 안에 유지되어 있는 다른 장치들이 개시되어 있다 (예를 들면, EP 0976682-A2). 이러한 장치는 단순한 장치들에 대한 위에 설명된 단점들중 일부를 극복하는데, 여기에는 자석들이 연료 파이프의 외부에 고정되어 있다. 그러나, 연료를 자화시켜서 연소 효율의 증가를 초래하는 메카니즘에 대한 이해의 결여에 기인하여, 그러한 장치들은 관련된 인자들에 관해서 최적화되지 않았다.
이전의 장치들은 직선의 열을 지어(straight in-line) 설치되었거나, 또는 연료를 위한 복잡한 유동 경로들을 이용하는 복잡한 주문 제품들이다. 직선의 열을 이룬 장치들은 상대적으로 저렴한 것으로 알려져 있다; 그러나, 이들은 연소 시스 템의 넓은 범위들에 걸쳐서 현저한 연료 효율의 향상을 나타내지 않았다. 다른 장치들은 효과적인 것으로 증명되었지만, 향상된 연료 효율로부터 이루어지는 비용 절감에 비교하여 너무 비싸다.
연소는 화학적인 관점에서 보면, 탄소를 일산화탄소 또는 이산화탄소로 산화시키는 것을 포함하는 연료의 급속한 고온 연소이다. 일산화탄소의 배출 레벨은 연소 과정의 효율을 개략적으로 나타내는 것으로 알려져 있는데, 이는 탄소 연료들의 불완전 산화의 결과이기 때문이다.
연료 안에 존재하는 그 어떤 황이라도 조건에 따라서 이산화물 또는 삼산화물 형태로 산화되는 반면에, 만약 질소가 존재한다면, 이것은 반응되지 않고 유지되거나, 또는 질소 산화물로 전환된다. 대부분의 연소 반응은, 고체 연료에서 비휘발성 탄소의 연소를 제외하고, 개스의 상으로 발생된다.
자화의 장점은 반데르 바알스(Van der Waals)의 발견 이후에 알려진지 한 세기가 지났는데, 이것은 연료가 연소 이전에 자기장을 통과하였을 때 연소의 향상이 인지되는 것이었다.
본 발명의 제 1 특징에 따르면, 자기 유체 처리 장치는, 적어도 2 개의 주위에 위치된 자석들을 가지는 적어도 하나의 유체 채널 또는 각각의 유체 채널을 구비하고, 상기 장치가 유체 공급 도관과 협동하도록 적합화됨으로써, 사용하는 동안에, 유체 채널을 통해 유동하는 유체가 자기장을 받고; 적어도 2 개의 자석들은 유체 채널 또는 각각의 유체 채널의 반대 편들에 위치되며, 약 90 mm 보다 작게 분리된다.
본 발명의 제 2 특징에 따르면, 자기 유체 처리 장치가 제공되는데, 이것은 적어도 하나의 주위에 위치된 자석을 가진 적어도 하나의 유체 채널 또는 각각의 유체 채널을 구비하고; 장치는 유체 공급 도관과 협동하도록 적합화됨으로써, 이용되는 동안에, 유체 채널을 통하여 유동하는 유체는 자기장을 받고; 유체 채널 또는 모든 유체 채널의 전체적인 단면적에 대한 유체 공급 도관의 단면적의 비율은 1:1.1 내지 1:2.8 이다.
본 발명의 제 3 특징에 따르면, 자기 유체 처리 장치는 적어도 하나의 유체 채널을 구비하고, 유체 채널 또는 각각의 유체 채널은 적어도 하나의 주위에 위치된 자석을 가지며, 상기 장치는 유체 공급 도관과 협동하도록 적합화됨으로써, 사용하는 동안에, 유체 채널을 통해 유동하는 유체는 자기장을 받고; 적어도 하나의 자석이 연장되는 적어도 하나의 유체 채널의 부분의 길이에 대한 적어도 하나의 유체 공급 도관의 폭의 비율은 대략 1:20 내지 1:40 의 범위에 있다.
본 발명의 제 4 특징에 따르면, 자기 유체 처리 장치는 적어도 하나의 유체 채널을 구비하고, 유체 채널 또는 각각의 유체 채널은 적어도 하나의 주위에 위치된 자석을 가지며, 상기 장치는 유체 공급 도관과 협동하도록 적합화됨으로써, 이용하는 동안에, 유체 채널을 통해 유동하는 유체가 자기장을 받으며; 적어도 하나의 자석이 연장되는 적어도 하나의 유체 채널 부분에서의 자기장의 강도는 0.02T 내지 1.0T 사이이다.
상기 특징들중 그 어떤 것에 대해서도 다음의 것들이 바람직한 특징들이다.
유체는 연료일 수 있다. 연료는 분쇄된 석탄, 개스 및 오일과 같은 유체 특성들을 가진 재료들을 포함할 수 있다.
유체 채널 또는 모든 유체 채널의 전체 단면적에 대한 유체 공급 도관의 단면적의 비율은 1:1.2 내지 1:2.4 일 수 있으며, 바람직스럽게는 1:1.6 내지 1:2.4이고, 보다 바람직스럽게는 1:1.8 내지 1:2.2 이다.
적어도 2 개의 자석들이 유체 채널 또는 각각의 유체 채널의 반대편 측에 제공되는 경우에, 분리는 약 80 mm 보다 작을 수 있고, 바람직스럽게는 75 mm 보다 작을 수 있으며, 보다 바람직스럽게는 약 60 mm 와 같거나, 또는 그 미만이다.
적어도 하나의 자석이 연장되는 적어도 하나의 유체 채널 부분의 길이에 대한 적어도 하나의 유체 공급 도관의 폭의 비율은 대략 1:22 내지 1:30 의 범위이고, 바람직스럽게는 약 1:24 이고, 가장 바람직스럽게는 약 1:24 이다.
적어도 하나의 자석이 연장되는 적어도 하나의 유체 채널 부분의 자기장 강도는 대략 0.025T 내지 0.5 T 사이일 수 있으며, 보다 바람직스럽게는 0.1T 내지 0.5T 사이일 수 있다.
본 발명의 제 5 특징에 따르면, 자기 유체 처리 장치는 적어도 하나의 유체 채널을 구비하고, 유체 채널 또는 각각의 유체 채널은 적어도 하나의 주위에 위치된 자석을 가지며, 적어도 하나의 자석은 장치의 동체 부분에 제거 가능하게 수용된다.
동체 부분이 바람직스럽게는 비철(non-ferrous)의 것이다. 동체 부분은 페라이트 또는 전기 강철로 제작될 수 있다.
장치는 유체 채널 안에 적어도 하나의 내부 자석을 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 내부 자석은 유체 채널로부터 시일된 부분에 위치될 수 있다. 적어도 하나의 내부 자석은 동체 부분의 비-자기 부분(non-magnetic section) 안에 하우징될 수 있다.
자석들은 장치의 특성을 변화시키도록 용이하게 재구성되거나 또는 교체될 수 있으므로, 제거 가능한 자석들을 제공하는 것이 유리하다.
장치는 현존하는 유체 공급 도관내에 설치될 수 있다.
장치는 예를 들면 강철, 스테인레스 강철, 구리, 알루미늄, 구리-니켈 합금, 플라스틱 또는 탄소 섬유와 같은 비-자기 물질(non-magnetic material)로 제조될 수 있다.
장치는 내부의 교체 가능한 자기 카트리지(들)를 포함할 수 있다.
장치의 길이는 10 cm 내지 400 cm 일 수 있다. 내부의 제거 가능한 자기 카트리지(들)는 5 cm 내지 350 cm 의 길이를 가질 수 있다.
내부의 교체 가능한 자기 카트리지(들)는 유지 수단에 의해서 장치의 내부의 정위치에 유지될 수 있으며 유지 수단 안으로 제거 가능한 자기 카트리지(들)가 들어갈 수 있다.
내부의 교체 가능한 자기 카트리지들은 유체 채널을 보조적인 채널(들)로 분리할 수 있다.
유체 공급 도관의 유체 유동 면적에 대한 장치 및/또는 그것의 채널(들)의 유체 유동 면적의 비율은 1:1.1 내지 1:25 일 수 있으며, 바람직스럽게는 약 1:2 일 수 있다.
내부의 제거 가능한 자기 카트리지(들)는 근접한 보조 채널(들) 사이에 적어도 하나의 유동 배향기(flow director)를 구비할 수 있다.
내부의 교체 자기 카트리지(들)는 실질적으로 유체 채널과 같이 넓으며, 예를 들면 +/- 10 % 로 넓거나 또는 좁다.
내부의 자기 카트리지(들)는 적어도 하나의 자석을 포함할 수 있다.
내부 자기 카트리지(들)는 비-자성 물질과 같이, 자석을 격리시키고 그리고/또는 포함하는 재료로 만들어진 도관을 형성할 수 있다.
내부 자석 카트리지(들)는 카트리지(들) 안의 자석들을 고립시킬 금속으로 만들어진 분리 플레이트를 가질 수 있는데, 이것은 페라이트 강철이거나 또는 전기 강철일 수 있다.
유체 채널 또는 각각의 유체 채널은 장치의 외부에 위치된 외부의 제거 가능한 자기 카트리지(들)를 가질 수 있다.
외부의 제거 가능한 자기 카트리지들은 외부의 하우징 안에 위치될 수 있다. 외부 하우징은 복수개의 부분들을 구비할 수 있는데, 이들은 서로 고정될 수 있도록 배치될 수 있다.
외부 하우징은 장치의 나머지 둘레에 위치될 수 있으며 유지 수단에 의해 장치에 고정될 수 있다.
외부 하우징은 외부의 제거 가능한 자기 카트리지(들)가 설치되거나 또는 제거될 수 있도록 제거될 수 있다.
외부 하우징은 페라이트 강철이거나 또는 전기 강철일 수 있다.
외부의 교체 자기 카트리지(들)는 유체 채널과 실질적으로 같은 폭일 수 있으며, 바람직스럽게는 + 또는 - 10% 의 폭일 수 있다.
외부 자기 카트리지(들)는 적어도 하나의 자석을 구비할 수 있다.
외부 자기 카트리지(들)는 자석을 고립시키고 그리고/또는 포함하게 되는 재료, 예를 들면 비자성 재료로 만들어진 도관일 수 있다.
내부 자기 카트리지와 외부 자기 카트리지 내측의 자석들은 카트리지의 자기장을 통해 통과할 수 있는 연료 및, 적어도 하나의 자석이 연장되는 유체 공급 도관의 부분의 길이에 대한 유체 채널의 폭의 비율(체류 길이 비율)에 따라서 상이하게 배치될 수 있다.
본 발명의 그 어떤 상에서라도 이용되기에 적절한 자석들에는, 예를 들면 소결 페라이트 자석, 희토류 자석, 사마륨 코발트 자석, 소결 니오디뮴 철 보론 자석, 알니코 자석 및, 니켈 자석들이 포함된다.
외부 자기 카트리지(들) 및/또는 내부 자석 카트리지(들)의 내측의 자석들의 수는, 적어도 하나의 자석이 연장되는 적어도 하나의 유체 채널의 부분의 길이에 대한 유체 공급 도관의 폭의 비율(체류 길이 비율)에 따라서 변화할 수 있다.
내부 자석 카트리지(들) 및, 외부 자기 카트리지(들)의 내측의 자석의 극성의 배치는, 연료의 유형 및 품질, 연료 온도, 연료 압력, 자화와 연소 사이의 시간 및, 장치에서 요구되는 체류 길이 비율에 따라서 변화될 수 있다.
바람직스럽게는 자기장(들)이 연료 유동에 실질적으로 직각으로 적용된다.
장치의 적어도 일 단부는 원추부에 부착될 수 있는데, 원추부는 장치가 고정될 수 있는 파이프 설비의 크기에 대한 도관의 크기를 감소시킬 수 있다.
장치의 적어도 하나의 단부는 접근 플랜지에 부착될 수 있다.
접근 플랜지는 내부의 제거 가능한 자기 카트리지(들)가 유체 채널로부터 배치될 수 있거나 또는 제거될 수 있는 크기로 될 수 있다.
유체 채널의 적어도 일 단부는 원추부에 부착된 제 2 접근 플랜지를 가질 수 있는데, 원추부는 장치가 설치될 수 있는 파이프 설비의 크기에 대한 유체 채널의 크기를 감소시킬 수 있다.
2 개의 접근 플랜지들은 유체 채널의 연속을 형성하도록 서로 부착될 수 있다.
플랜지 및/또는 나사의 나선들이 원추부의 단부에 부착될 수 있는데, 이것은 유니트가 설치될 수 있는 파이프 설비로 유니트가 설치될 수 있게 한다.
본 발명의 다른 특징에 따라서, 적어도 하나의 또는 그 이상의 장치들이 현존하는 파이프 설비에 설치될 수 있어서 효율적인 절감이 달성되는 것을 보장하는데 필요한 체류 길이 비율(dwell length ratio)을 유지한다.
도관의 분기(branch)는 하나 또는 그 이상의 장치들이 장치들의 저장소(bank)에 설치될 수 있도록 이용될 수 있다.
여기에 설명된 모든 특징들은 상기의 특징들중 그 어느 것이라도 그 어떤 조합으로써도 결합될 수 있다.
본 발명을 보다 잘 이해하기 위하여, 그리고 본 발명의 구현예들이 어떻게 구현되는가를 나타내기 위하여, 첨부된 개략적인 도면들을 참조하기로 한다.
도 1a, 도 1b 및, 도 1c 는 시험(trial)의 지속 기간 동안의 연료 유동과 압력의 그래프이다.
도 2a, 도 2b 및, 도 2c 는 실험의 지속 기간 동안의 버너 상류의 지점과 버너 끝에서 연료 온도의 그래프를 도시한다.
도 3a, 도 3b 및, 도 3c 는 실험의 지속 기간 동안에 윈드박스 온도의 그래프를 도시한다.
도 4a, 도 4b 및, 도 4c 는 실험의 지속 기간 동안에 버너에 대한 전체 공기 유동의 그래프를 도시한다.
도 5a, 도 5b 및, 도 5c 는 실험의 지속 기간 동안에 제 1, 제 2 및, 제 3 의 연료 비율의 그래프를 도시한다.
도 6a, 도 6b 및, 도 6c 는 실험의 지속 기간 동안에 연소 챔버 온도의 그래프를 도시한다.
도 7a, 도 7b 및, 도 7c 는 실험의 지속 기간 동안에 연도개스 도관의 온도 프로파일의 그래프를 도시한다.
도 8a, 도 8b 및, 도 8c 는 실험의 지속 기간 동안에 스택 산소(stack oxygen) 레벨 방출의 그래프를 도시한다.
도 9a, 도 9b 및, 도 9c 는 실험의 지속 기간 동안에 이산화탄소 방출 레벨의 그래프를 도시한다.
도 10a, 도 10b 및, 도 10c 는 실험의 지속 기간 동안에 일산화탄소 방출 레벨의 그래프를 도시한다.
도 11a 및 도 11b 는 자기 향상 장치의 이용 (또는 다른 방법)에 의해 구별되는 스택 산소에 대한 일산화탄소의 그래프를 도시한다.
도 12 는 실험의 제 2 일에 대한 제 2: 제 3 의 공기 비율의 함수로서 일산화탄소 레벨의 그래프를 도시한다.
도 13a, 도 13b 및, 도 13c 는 실험의 지속 기간 동안에 U 튜브 유출부에서 측정된 것으로 SO2 레벨의 그래프를 도시한다.
도 14a, 도 14b 및, 도 14c 는 실험의 지속 기간 동안에 NOX 레벨들의 그래프를 도시한다.
도 15a 및, 도 15b 는 실험의 지속 기간 동안에 스택 산소 레벨에 대하여 질소 일산화물 레벨의 그래프를 도시한 것이다.
도 16a 및, 도 16b 는 실험의 지속 기간 동안에 제 2 : 제 3 공기 비율에 대한 질소 일산화물 레벨의 그래프를 도시한 것이다.
도 17a, 도 17b 및, 도 17c 는 실험의 과정 동안에 온도에서의 기본적인 변화의 그래프를 도시한 것이다.
도 18a 는 자석과 더미 유니트(dummy unit)의 결과들이 실험의 지속 기간 동안에 구별된 스택 산소 함량의 함수로서 연소 챔버 온도 데이터를 도시한다.
도 19a 및, 도 19b 는 실험하는 동안에 스택 산소 레벨에 대한 제 2:제 3 공 기 유동 비율의 그래프를 도시한다.
도 20 은 시험의 제 2 일 동안에 열 입력과 회수된 열의 그래프를 도시한다.
도 21 은 자기 유체 처리 장치의 제 1 구현예에 대한 개략적인 부분 측면도이다.
도 22 은 자기 유체 처리 장치를 가로지르는 단면도이다.
도 23 은 외부 자기 카트리지의 부분적인 측면도이다.
도 24 는 내부 자기 카트리지의 부분적인 측면도이다.
도 25 는 다중의 자기 유체 처리 장치들의 평면도를 도시한다.
도 21 에 있어서, 연료 처리 장치(6)는 현존하는 연료 공급 파이프(7) 안에 설치되도록 배치되고, 2 개의 주위 박스 부분(8,9)들을 각각 구비하여 그 안으로 복수개의 외부 자기 카트리지(10)가 삽입된다. 연료 처리 장치(6)는 또한 내부 자기 카트리지(11)를 구비하는데, 상기 내부 자기 카트리지는 도관의 내측으로 삽입되어 특정의 자기장 갭(gap)을 가진 복수개의 연료 유동 채널(13)을 형성한다. 상기 장치는 새로운 파이프 건조물로 설치될 수도 있는데, 예를 들면 새로운 플랜트 설비에 설치될 수 있다. 유체 공급 도관의 단면적에 대한 유체 유동 채널(13)의 전체 단면적의 비율은 대략 1:1.5 내지 1:2.5 이다. 자기 카트리지(10,11)들 사이의 거리는 대략 10 내지 60 mm 이다. 자기 카트리지(10,11)가 연장되는 유체 채널(13) 부분의 길이에 대한 유체 공급 파이프(7)의 폭의 비율은 1:30 내지 1:40 의 범위이다.
유체 연소 지점 또는 그와 유사한 곳(미도시)으로 가는 채널(13)을 통하여 연료 처리 장치(6)에서 유동하는 연료는 내부 자기 카트리지(11)와 외부 자기 카트리지(10) 안에서 자석(28,29,30)들(도 23,24)의 자기장에 의해 영향을 받는다. 그러한 결과는 이후에 설명되는 바와 같이 보다 효과적인 연소 과정을 초래한다.
연료의 처리는 오일, 개스 또는 이들과 등가인 연료 유형들과 같은 화석 연료일 수 있다.
보다 상세하게는, 연료 처리 장치(6)가 2 개의 부분(8,9)들을 구비하는데(도 22 참조), 이들은 볼트(14)에 의해 도관(12)의 둘레에 함께 고정된 제거 가능한 박스 부분을 형성한다. 부분(8,9)들은 또한 외부 자기 카트리지(10)들을 정위치에 고정시켜서 외부 카트리지들이 도관(12)에 평행하게 유지된다. 내부 자기 카트리지(11)는 상부와 하부 장착부(15,16)들 사이에서 도관(12)의 내측에 정위치에 고정되며, 이는 내부 자기 카트리지가 필요할 때 안과 밖으로 미끄러질 수 있게 한다.
도관(12)은 비 페라이트 강철(non ferritic streel) 또는 비전기식 강철(non electric steel)로 만들어질 수 있고 일반적으로 비자성(non-magnetic) 도관으로서 지칭되는데, 이것은 사용 기간 동안에 자화되지 않고 외부 자기 카트리지(10)나 또는 내부 자기 카트리지(10)에 의해 발생되는 자기장의 자기 특성을 변경시키지 않기 때문에 선택된다. 유사한 특성을 가진 재료들이 이용될 수도 있다.
도 21을 참조하면, 내부 자기 카트리지(11)는 전체적으로 격벽(baffle)으로 지칭되는 선단과 종단의 유동 배향기(17)를 가지는데, 이것은 연료 처리 장치(6)를 통하여 유동하는 연료를 채널(13) 안으로 흐르게 하고 연료의 원활한 유동을 보장 하는 역할을 한다.
도관(12)의 일 단부에는 플랜지(18)가 설치되는데, 플랜지는 도관과 같은 내부 직경의 개구를 가져서 내부 자기 카트리지(11)가 연료 처리 장치(6)의 안과 밖으로 미끄러질 수 있게 한다. 도관(12)과 같은 내부 직경의 개구를 가지는 제 2 의 플랜지(19)는 도관(20)에 설치되는데, 상기 도관(20)은 원추의 형상일 수 있어서 연료 공급 파이프(7)의 크기로 도관(12)을 감소시킨다. 도관(20)에는 연료 공급부(7)에 설치되는데 필요한 배치에 따라서 제 2 의 플랜지(21)가 설치될 수 있거나 또는 나사화(미도시)될 수 있다. 플랜지(18,19)들은 볼트(31)를 이용하여 함께 설치된다.
도관의 다른 단부에는 도관(22)이 설치되는데, 도관은 원추의 형상일 수 있어서 도관(12)을 연료 공급 파이프(7)의 크기로 감소시킨다. 도관(22)에는 연료 공급부에 설치되는데 필요한 배치에 따라서 플랜지(23)가 설치될 수 있거나 또는 나사화(미도시)될 수 있다.
플랜지(18), 플랜지(19), 도관(20), 플랜지(21), 도관(22) 및, 플랜지(23)는 비페라이트 강철이거나 또는 비전기 강철(일반적으로 비자기성으로 지칭됨)로 제작될 수 있는데, 이것은 사용하는 동안에 자화되지 않고, 외부 자기 카트리지(10)와 내부 자기 카트리지(11)에 의해 발생된 자기장을 현존하는 공급 파이프(7)를 따라서 뒤로 방산시키지 않기 때문에 선택된다.
연료 처리 장치(6)의 체류 길이(24)는 공급 파이프(7)의 유동 면적, 자기장 갭 및, 자화(magnetization)와 연소 사이의 시간에 의해 결정될 것이며, 또한 연료 유량, 연료 압력 및, 연료 유형을 고려할 수도 있다.
채널(13)의 유동 면적과 폭은 연료 파이프(7)의 유동 면적, 자기장 갭 및, 자화와 연소 사이의 시간에 의해 결정될 것이며, 또한 연료 유량, 연료 압력 및, 연료 유형을 고려할 수도 있다.
도 22 는 연료 처리 장치(6)의 단면을 도시한다. 외부 자기 카트리지(10)는 도관을 구비하는데, 도관 안으로 복수개의 자석(28,29,30, 도 23)들이 삽입된다. 도관(32)은 비페라이트 강철이나 또는 비전기 강철로 제작될 수 있으며, 이들은 일반적으로 비자성으로 지칭된다.
내부 자기 카트리지(11)는 상부와 하부의 주위 박스 부분(25,26)들 및, 분리 플레이트(27)를 구비한다. 상부와 하부의 주위 박스 부분들은 분리 플레이트(27)에 설치되어 2 개의 도관들을 형성하며, 도관 안으로 복수개의 자석(28,29,30)(도 24)들이 삽입된다. 상부와 하부의 박스 부분(25,26)들은 일반적으로 비자성으로 지칭되는 비페라이트 강철 또는 비전기 강철로 제작될 수 있다. 분리 플레이트(27)는 일반적으로 자성으로 지칭되는 페라이트 강철 또는 전기 강철로 제작될 수 있다.
연료 처리 장치(6)의 제 2 구현예는 도 25 에 도시되어 있는데, 매트릭스로서 지칭되는 뱅크(bank) 안에 설치된 하나 이상의 연료 처리 장치(6)가 있을 수 있다는 점을 제외하면, 연료 처리 장치(6)는 유사한 방식으로 구성된다. 도 25 는 매트릭스 안에 있는 2 개의 연료 처리 장치(6)를 도시한다. 도관(33)은 연료 공급 파이프(7)와 같은 직경인 하나의 도관 직경으로부터, 연료 처리 장치(6)의 도관 직경과 같은 2 개의 도관 직경들로 분기된다. 도관(33)의 단일 단부는 플랜지(35)에 설 치되는데, 플랜지는 다시 연료 공급 파이프(7)의 플랜지(34)에 볼트 체결(37)될 수 있다. 이중의 단부들은 각각 연료 처리 장치(6)로 볼트 체결될 수 있는 도관(33)에 설치된 플랜지(36)를 가진다.
도관(33)의 플랜지(35) 및 플랜지(36)들은 일반적으로 비자성으로 지칭되는 비페라이트 강철 또는 비전기 강철로 만들어질 수 있다.
도 25 는 연료 처리 장치(6)들의 이중 매트릭스를 도시하지만, 3 개, 4 개, 5 개, 6 개등의 분기들이나 또는 매트릭스들에 설치된 다수의 장치들이 있을 수 있다. 연료 처리 장치(6)들의 수는 연료 공급 파이프(7)의 연료 유동 면적, 자기장 갭, 체류 길이, 연료 유형 및 품질, 자화와 연소 사이의 시간에 달려있게 된다.
변화하는 인자를 가진 다수의 자기 유체 처리 장치들을 광범위하게 시험하는 것은 초기의 장치들에 비해서 특히 유리한 연료 효율을 제공하는 장치의 구성을 가능하게 하였다.
이전의 장치들은 연료 파이프의 일부를 가로질러 연장되는 자기장에 기인하는 불균일한 자화를 초래하였다. 자석들이 연료 파이프의 둘레에 90°의 각도 분리로 고정되는 자기 유체 처리 장치들에 대하여, 5 cm 보다 큰 직경을 가진 파이프에서는 불리한 점들이 관찰된다. 이는 자기장의 감쇠에 기인하여 연료의 작은 부분을 통과하는 자기장 때문이다. 자석들은 상이한 각도의 분리로 파이프 둘레에 고정될 수도 있다.
획득된 연료 효율의 수준을 제어하는데 있어서 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌던 인자들은, 자기장의 강도, 자기장 갭(gap), 자석들의 정렬 및 극성의 구 성(polar configuration), 체류 시간(연료가 자기장에 있게 되는 시간), 자화와 연소 사이의 시간, 연료 압력 및, 장치 안의 연료 채널들의 전체적인 형상을 포함한다. 특히, 연료가 유동하게 되는 자기장의 균등성은 특히 관련이 있는 것으로 밝혀졌다.
자기장 처리 장치의 유효성을 결정하기 위하여, 일련의 실험들이 영국, 노팅햄프셔, 라티클리페에 있는 Powergen Combustion Test 설비에서 수행되었다.
실험은, 연소실 안으로 수평으로 연소되는 단일의 연소기(burner)에서 연소된 중질 연료 오일(Heavy Fuel Oil)을 이용하여, 1 MWth 의 실험 설비에서 자기 연료 처리 장치를 가지고 수행되었다.
이러한 특징의 모든 연소 실험에서 그러하듯이, 버너의 품질, 그것의 설치 및 설정(set-up)은 매우 높은 품질이며, 자기 유체 처리 장치가 가장 많이 적용되는 통상적인 산업상의 적용을 초과하는 연소 효율을 가진다. 보다 전형적인 연소 조건들을 제공하도록 프로토콜(protocol)은 버너를 효과적으로 감세(de-rate)하도록 설정되었다.
버너의 특성을 설정하고서, 이후에 설명되는 바와 같이, 전체 성능에 대한 자기 유체 처리 장치의 충격에 대한 조사를 계속하기 이전에 우선 버너 성능에 대한 기준선(baseline)을 확립하도록 다양한 시험들이 수행되었다.
Powergen's Ratcliffe 연구소에 있는 1 MWth 의 연소 시험 설비는 동력 발생 산업에서 이용되는 바와 같은 대형의 물 튜브 보일러에서 발견되는 화염 조건, 로(furnace)의 체류 시간 및 온도 프로파일(temperature profile)을 재생하도록 설계된다.
실험 장비에는 샘플 채취와 측정을 가능하게 하는 다양한 접근 포트(port)들이 제공된다. 완전 자동인 데이터 로깅(data logging) 설비가 제공된다.
실험 장비에는 수평 단일 Y 제트의 쌍을 이룬 유체 분무 버너가 설치 및 구비되어 중질 연료 오일(Heavy Fuel Oil)을 발화시킨다.
이러한 시스템은 연소 챔버로의 제 1, 제 2 및, 제 3 의 공기 유동에 대한 완전 독립적인 제어를 허용하였다. 표준의 구성에 있어서, 연소 공기는 예비 가열되고, 제 3 :제 2 의 공기 비율은 3.5:1 이다.
최초의 실험 결과가 나타내는 것은 극히 낮은 CO 레벨에서 구성이 극히 효율적이라는 점이다. CO 값이 증가되는 것으로 보이는 과잉의 산소 및, 절대적인 값들은 통상적인 산업용 버너에 비해서 극히 낮다.
통상의 산업용 보일러에 대한 보다 실제적인 재현을 실험하기 위하여, 버너는 전체적인 CO 농도를 증가시키고 CO 의 중지점(breakpoint)을 높이도록 역 튜닝(de-tune) 하였다. 이러한 효과들은 (예비 가열하기보다는) 주위 온도의 연소 공기를 이용하여 달성되었다.
이러한 변화들은 전체적인 연소 성능에 효과를 가져왔다. 주된 효과는 CO 의 중지점에 대한 것이었으며, 이는 약 0.2 % 산소에서 약 0.6 % 로 이동하였다. 약 1 %를 넘는 산소 농도에서는 이들 변화들이 효과를 가져오지 않았다.
버너 설정 및, 타당한 기준 조건을 확립하는 것에 대한 전체적인 문제는 항 상 자기 유체 처리 장치의 실험을 곤란하게 하였다. 연소 향상 장치들은 통상적인 산업상의 장치들에 적용되었을 때 최대의 장점을 제공하는 것으로서 항상 인식되어 왔다.
정확하게 설치되고, 설정되며, 작동되고 유지된 새로운 버너가 극히 높은 효율 및 낮은 CO 방출을 제공할 것이다. 통상적인 산업상의 버너들은 상대적으로 불량한 설정 및 유지와, 그에 대응하는 높은 방출 비율을 특징으로 한다.
비록 버너가 높은 CO 비율을 제공하고 CO 중지점을 감소시키도록 역 튜닝되었을지라도, 그 결과는 통상적인 산업용 버너에 비해서 여전히 극단적으로 유효하였으며, 전형적인 스택(stack) 산소 레벨들은 약 3 - 8 % (건조)이고, CO 레벨은 20 - 50 ppm 이다.
감세된 버너에 대한 기준선 측정은 0.3, 0.6 및, 0.9 % 의 스택 산소 농도들에 대하여 더미 유니트(dummy unit)를 통해 유동하는 연료를 가지고 얻어졌다.
측정들에는 열 플럭스, 개스 도관으로의 단계들에서의 온도, CO 레벨, CO 중지점 및, 미립자들의 부하(loading)가 포함되었다.
도 1a, 도 1b 및, 도 1c 는 실험들의 지속 기간 동안에 연료의 유동과 압력을 도시한다. 도시된 바와 같이, 최초의 시동 기간 동안 이외에는, 유동과 압력이 극히 안정적이었다. 따라서 차후에 주목된 그 어떤 변화들도 이들 파라미터들에 독립적이라고 결론지을 수 있었다.
도 2a, 도 2b, 도 2c 는 버너의 상류쪽에 있는 공급 라인의 지점과 버너의 끝에서 연료 온도를 도시한다.
일부의 매우 작은 변화(약 1℃)들이 명백하지만 이들은 전체적인 열 균형 또는 시스템의 성능에 대한 충격과 관련하여 중요한 것이 아니다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 는 윈드박스(windbox) 온도를 도시한다. 연료 온도와 관련하여, 일부의 가변성이 있기는 하지만, 전체적인 열 균형들 또는 시스템의 성능에 현저하게 영향을 미치기에는 불충분하다.
도 4a, 도 4b, 도 4c 는 버너(제 1, 제 2, 제 3)에 대한 전체적인 공기의 유동을 도시하며, 일단 시스템이 설정되고 안정화되면, 상이한 과잉의 산소 레벨을 달성하는데 필요한 전체 공기 유동에서의 변화를 제외하고, 공기 유동이 매우 일관성이 있다는 점을 알 수 있다.
도 5a 는 제 1 공기: 제 2 공기의 비율이 약 3:1 인 버너의 최초 설정을 도시한다. 이것은 시험 프로토콜의 일부로서 차후에 대략 1:1 로 감소되었다.
도 6a, 도 6b 및, 도 6c 에 도시된 연소 챔버 온도들은 주로 정확한 위치와 측정 장치의 캘리브레이션 문제 때문에 정확하게 측정하는 것이 매우 곤란하다.
도면으로부터 알 수 있는 바로서, 신호에는 일부 잡음이 있지만 (평균값에서 대략 +/- 20℃), 이것은 예상된 것이며 화염과 관련된 가변성과 일반적인 잡음을 반영하는 것이다.
다수의 써모커플(thermocouple)들이 도관의 길이에 걸쳐 위치되며 연도개스 도관의 온도를 측정하도록 이용된다. 통상적인 동력 스테이션 보일러의 프로파일을 반영하는 것으로 일컬어지는 프로파일을 가지고 열이 연도개스 도관으로부터 제거된다.
도 7a, 도 7b, 및, 도 7c 는 실험들의 지속 기간 동안에 온도 프로파일들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 출구 온도는 약 740℃ 로 감소되는데, 이것은 통상적인 보일러에서 연도개스 도관으로부터 회수되는 전체 열의 작은 부분만을 나타낸다. 그러나, 열전달 면적은 고정되어 있으며, 다양한 작동 조건들 하에 있을 때 유니트로부터의 출구와 연소 챔버로부터의 출구 사이 온도 강하의 그 어떤 차이들도 전체적인 열 전달 효율에서의 변화를 나타내는 것으로 간주될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c 는 스택 산소(stack oxygen;보일러에서 연소된 개스 안의 산소 농도)를 도시한다. "잡음"의 어떤 정도는 예상되는 바로서 이러한 도면들로부터 명백하지만, 전체적인 제어는 양호하다. 전체적으로, 변화하는 작동 체제들은 스택 산소 레벨(stack oxygen level)이 0.3, 0.6 및, 0.9 % 에 대응하는 것으로 알 수 있다.
이러한 스택 산소 레벨들은 통상적인 산업용 보일러 설비에서 정상적으로 측정되는 것들보다 현저하게 작은 것이라는 점을 강조하는 것이 중요하다.
도 9a 내지 도 9c 는 실험의 지속 기간 동안에 대응하는 CO2를 도시한다.
도 9b 는 비교 목적을 위한 스택 산소 레벨을 포함하며, 예상되는 바로서, 스택 산소가 희석 인자에서의 변화와 일치하여 감소되면 CO2 농도는 증가한다는 점을 알 수 있다.
도 10a, 도 10b 및, 도 10c 는 스택 산소에 대하여 기입된 CO 에 대한 전체적인 결과를 도시한다. 예상되는 바로서, 약 1 %를 넘는 산소 레벨들에 대하여, CO 레벨들은 약 30 ppm으로써 무시할만하다.
스택 산소 레벨들은 0.3 - 0.6 % 로 감소되므로, 예상되는 바와 같이 CO 레벨들이 증가한다. 결과들이 매우 넓은 산포를 보이는 것은 낮은 스택 산소 레벨들에서 작동될 때 명백하다.
도 11a 및, 도 11b 는 자기 향상 장치의 이용 (또는 다른 방법으로)에 의해서 구분되는, 스택 산소에 대한 CO를 도시한다.
도 11a 로부터, 자기 장치가 설치되었을 때 CO 레벨에서 명백하거나 또는 현저한 변화가 없다는 점이 명백하다. 도 11b (제 2 일 및 제 3 일에 대한 결과)는 더미 유니트로의 전환시에 측정 CO 레벨에서의 현저한 감소를 도시하는 것으로 보이는데, 이것은 만약 중간 시기에 일부 다른 효과가 없었다면 직관에 반하는 것이다.
잠재적인 효과들에는 제 2 : 제 3 공기의 비율이 변화하는 결과나, 또는 공급 배관의 활성화를 초래했던 기간의 지연을 포함한다.
도 12 는 제 2 : 제 3 공기 비율의 함수로서 CO 레벨을 도시하는데, 이것은 (그러한 데이터가 이용될 수 있는 유일한 날인) 제 2 일에 대한 것이다. 비록 최소한의 표시(reading)들이 변경되지 않고 유지될지라도 자석이 작동 상태에 있을 때 CO 표시들의 범위에 증가가 있다는 일부 증거가 있다는 점을 알 수 있다. 통상적인 산업용 적용예들에 비교할 때 자석이 있을 때와 없을 때의 양쪽 작동에 대하여 절대적인 레벨들이 극히 낮게 유지된다는 점이 주목되어야 한다. 또한 주목되어야 하는 바로서, 제 2:제 3 공기 비율이 감소되면서 CO 의 레벨은 전체적으로 증가한다 는 점이다.
도 13a, 도 13b 및, 도 13c 는 U 튜브 출구에서 측정된 바로서 SO2 레벨을 기입한 것이다. SO2 레벨은 공급 연료 오일의 황의 함량에 의해 효과적으로 측정된다. 제 2 일 동안에 SO2 레벨에서의 급격한 증가는 아래에 있는 연료 분석표로부터 증명되는 바와 같이 샘플(2)과 샘플(3) 사이의 연료 오일 성분의 변화에 기인하는 것이다.
표 1 연료의 분석
분석물 1 2 3 4
재(ash)의 함량 0.03 0.05 0.08 0.06
아스팔튼 (asphaltenes) 7.42 7.44 8.92 8.78
탄소 87.45 87.47 87.08 86.98
전체 CV 42,547 42.016 42,530 42,577
수소 10.44 10.45 10.39 10.39
질소 0.63 0.56 0.59 0.62
황 0.82 0.89 1.12 1.26
40℃에서의 점도 667.72 679.70 719.72 736.96
NOx 의 방출은 다수의 복합적인 형성 메카니즘으로부터 발생되며 따라서 NOx 레벨은 다수의 인자들에 의해 영향을 받는다.
도 14a, 도 14b, 도 14c 는 시험의 지속 기간 동안에 NOx 의 레벨들을 기입한 것이다. 도 14a 는 수행 및 설정 작동 동안에 NOX 레벨에서의 상당한 가변성을 도시하지만, 작동이 확립되면서 다소 안정되는 레벨들을 도시한다.
도 14b (제 2 일)는 NOX 레벨들의 전체적으로 상승하는 경향을 도시하는 반면에, 도 14c (제 3 일)는 작동 정지가 시작될 때까지 현저하게 안정된 작동을 도 시한다.
제 1 일 및 제 2 일은 특히 중요한데, 이는 이들이 과잉의 공기 및, 제 2:제 3 의 공기 비율과 관련하여 다수의 상이한 작동 조건들에서 작동되는 것을 포함하기 때문이다.
NOX 형성에 영향을 미치는 상이한 인자들 사이를 구분하기 위한 시도로서, 스택 산소 레벨과 제 2: 제 3 공기 유동에 대하여 결과들이 다시 기입되었다.
도 15a 및, 도 15b 는 스택 산소 레벨에 대한 NO 레벨을 기입한 것으로서, 이들 도면들로부터 자기 장치가 NO 레벨들에 대하여 현저한 효과를 미치지 않는다는 것이 명백하다.
유사하게는, 비록 NO 레벨에서 작은 가변성을 시사하는 일부 증거가 있을지라도, 도 16 및, 도 16b 는 제 2 : 제 3 의 공기 비율에서의 변화의 결과로서 NO 레벨들에서의 현저한 변화가 없다는 것을 나타낸다.
다수의 온도 측정들이 실험상의 장비(rig)에 있는 지점들에서 가능하다. 개스 온도는, 신뢰성 있는 개스 온도의 표시를 제공하도록 개스의 흐름 안으로 충분히 멀리 위치된 다수의 세라믹 외피 써모커플들과 함께, 사이클롭스(Cyclops) 단일 칼러 적외선 고온계를 이용하여 측정된다.
온도 데이터는 실험 작업의 3 일에 대하여 도 17a, 도 17b 및, 도 17c 에 기입되어 있는데, 이들은 시험 과정에서의 기본적인 온도 변화를 도시한다.
도 18a 및, 도 18b 는 자석과 더미 유니트 결과들이 구분된 상태에서 스택 산소 함량의 함수로서 재기입된 연소 챔버 온도 데이터를 도시한다.
제 1 일에 있어서(도 18a), 비교 데이터는 0.6 % 의 스택 산소 함량에 대한 것이며, 검사를 해보면 자석을 가진 화염의 온도가 더미 유니트에 대한 것보다 높다는 점이 명백하다.
이러한 결론은 결과들의 통계적인 해석에 의해서도 증명되는데, 이것은 99 % 의 신뢰 레벨에서 (즉, 결론이 타당하지 않을 1 % 의 가능성으로), 자석을 가진 시스템에 대한 평균 화염 온도가 더미 유니트로 작동되는 시스템에 대한 것보다 높아지게 된다 (이러한 경우에, 약 15℃ 로 높아지게 된다). (표 1 참조).
자석을 가지지 않는 더미 하우징(dummy housing)을 통하여 유동하는 연료를 가지고 시스템의 기준선 성능(base line performance)을 확립하고, 자기 유체 처리 장치의 '활성' 조정 유니트(유니트(1) 및, 유니트(2))가 시험되었다.
시험 지속 기간은 도 1 에 요약된 바와 같다.
표 2- 더미(dummy)와 장치(1)에 대한 연소 챔버 온도들의 비교 (제 1 일)
더미/℃ 자석(장치 1)/℃
평균 1186.5 1201.8
표준 편차 10.7 19
데이터 지점들의 수 1406 1093
평균(자석)-평균(더미) = 0 이라는 영(null)의 가정 (즉, 모집단들이 같다는 가정)으로 2 개 모집단의 추정 시험을 적용하는 것은, 99% 의 신뢰 수준에서 모집단들의 평균값에서의 차이가 사실상 15.25 내지 15.35 인 것을 나타낸다. 영(null)의 가정 값(0)은 이러한 범위의 밖에 있기 때문에, 2 개의 모집단들에 대한 평균 값들이 상이하다는 점을 99 % 의 신뢰 수준으로 결론지을 수 있다. 따라서, 화염 온도는 자기 연료 예비 처리 장치의 적용에 의해 증가된다는 점이 증명된다.
제 2 일의 대응하는 데이터는 역의 효과를 나타내는 것으로 보이는데, 즉, 화염의 온도는 같거나, 또는 표 2 에 나타낸 바와 같은 자기 유니트 보다 더미를 가지고 작동되는 경우에 대해서 아마도 한계상으로(marginally) 높다.
표 3- 더미와 자석에 대한 연소 챔버 온도의 비교 (장치(1))(제 2 일)
더미 자석(장치(2))
평균 1193.0 1190.7
표준 편차 8.1 15.5
데이터 지점들의 수 764 416
다른 분석이 나타내는 것으로서, 시스템으로부터 완전히 잠재적인 결과들을 실현하려는 실험에서 취해진 스택 산소 레벨과 제 2:제 3 공기 레벨의 변화 때문에, 자석 조건에 대한 일관성 있는 작동 데이터의 결여에 기인하여 자석/비자석 조건 사이에서 의미 있는 비교를 하는 것은 불가능하다. 스택 산소 레벨과 제 2:제 3 공기 유동에서의 변화는 도 20 에 도시되어 있다.
고정된 열 전달 면적을 가진 시험 설비와 같은 시스템에서, 비교 목적을 위한 전체적인 열효율의 가공되지 않은(crude) 측정은 다음과 같이 정의될 수 있다:
효율 = 회수된 열/ 열 입력
여기에서 열 입력은 연료의 칼로리 값(calorific value)에 의해 곱해진 연료 유동으로서 정의될 수 있다.
이러한 정의는 입력 공기 유동과 온도에서의 변화 효과를 배제시키지만, 이러한 경우에, 유입 공기 온도에서의 변화들은 무시할만 하며, 일정한 연료 유량 및 스택 산소 레벨에 기초하여 만들어진 효율에서의 비교를 위하여 이러한 효과들이 무시될 수 있다.
회수된 열은 이러한 비교의 목적을 위해서 다음과 같이 정의된다:
회수된 열 = 연도개스의 질량 유량 x 연도개스의 평균적인 비열 용량(specific heat capacity) x 온도 차이(스택에 대한 연소 챔버)
정의에 의해서, 그 어떤 공기의 누설도 없는 경우에, 전체 연도개스의 유량은 연료 질량 유량과 전체 공기 유동의 합(모두 직접적으로 측정된 것)이다.
비록 연도개스의 비열 용량이 온도와 함께 변화할지라도, 스택 배출 온도에서의 차이가 절대값과 비교하여 작기 때문에, 비교를 위한 연도개스 비열 용량의 고정된 평균 값을 이용하는 것이 허용될 수 있다.
연도개스 온도의 차이는 연소 챔버 온도와 출구 온도의 평균 사이의 차이로서 정의된다.
상기의 계산이 시험 유니트의 열효율에 대한 절대적인 측정을 나타내는 것이 아닌 반면에, 시스템을 통한 다른 곳에서 작동 조건들의 유사성을 보장하도록 세심한 주의가 기울여졌다면 상이한 조건들 하에서 성능의 비교를 위한 적절한 기초를 제공한다.
장치(1)(제 1 일) 및, 장치(2)(제 2 일)를 반영하여 다음과 같이 비교 목적을 위한 2 개의 주기들이 선택되었다.
표 4 - 자기 유체 처리 장치의 효율, 제 1 일- 장치(1)
더미 장치(1)
평균 스택 산소(건조 %) 0.6 0.6
데이터 지점들의 수 293 1200
평균 효율 17.8 18.1
명백한 바로서, 장치(1)의 적용 결과들로부터 효율이 작게 증가되었다는 점이 명백하다.
평균 효율(장치(1))-평균 효율(더미) = 0 이라는 영(null)의 가정 (즉, 모집단들이 같다는 가정)으로 2 개 모집단의 추정 시험을 적용하는 것은, 99% 의 신뢰 수준에서 모집단들의 평균값에서의 차이가 사실상 0.10 내지 0.497 인 것을 나타낸다. 영의 가정 값(0)은 이러한 범위 밖에 놓여있기 때문에, 2 개의 모집단들에 대한 평균 값들이 상이하다는 점이 99 % 의 신뢰 수준으로 계산될 수 있다.
따라서, 자기 유체 처리 장치의 적용이 효율에 유리한 효과를 미친다는 점이 증명되었다.
표 5 - 자기 유체 처리 장치의 효율, 제 2 일, 장치(2)
더미 장치(2)
시간 간격 22:15 - 자정 21:25 - 21:55
평균 스택 산소 (건조 %) (도 19b) 0.6 0.6
평균 제 2:제 3 공기 유동 비율 1 1
데이터 지점의 수 416 120
평균 효율 15.4 15.31
표준 편차 0.289 0.279
이러한 결과는 장치(2)의 적용으로써 효율이 매우 작게 떨어진다는 점을 나타내는 것으로 보이며, (정확히) 99 % 의 신뢰 수준으로 진실인 것으로 확인되는 결론을 나타낸다. 그러나, 시스템에서 그 시간에 취해지는 다른 변화들에 기인하여, 장치(2)의 조건에 대하여 이용될 수 있는 정상 상태의 데이터가 비교적 적었 다. 이는 또한 전체적인 효율이 제 1 일에 대한 것보다 현저하게 낮다는 점을 명백하게 한다.
도 20 의 분석이 나타내는 것은 전체적인 열 입력이 훨씬 일정하게 유지되는 반면에, 결과들이 수집될 때는, 하루의 나중 끝에 있는 주기 동안에 수집된 열이 현저하게 변화한다는 점이다. 도 5b를 참조하면 이것은 외측/내측 공기 비율(제 2:제 3 공기 비율)이 조절되고 있었을 때의 주기와 강하게 일치하는 것을 나타낼 것이다.
전체적인 연소 효율과 (상대적으로 작은) 정도의 변화들을 측정하려는 실험은 결과에 영향을 미칠 수 있는 다수의 상이한 인자들에 기인하여 매우 곤란한 것으로 알려졌다.
연료의 시험이 수행되었던 시험 장비는 설비의 예외적인 범위를 나타내는데, 연소 효율에 영향을 미쳤던 상이한 파라미터들은 예외적인 범위에 의해서 평가되고 양이 정해진다.
모든 실험실의 시험과 관련하여, 버너의 설정과 조건의 문제 및, 당해 분야에서 통상적으로 이루어지는 것과 유사한 작동 조건들을 확립하는 것은 해결되어야 하는 것으로 남아있다. 이러한 경우에, 시험의 목적을 위한 버너 성능의 감세(de-rating)에도 불구하고, 통상적인 산업용 부분에 있을 수 있는 그 어떤 오일 버너보다도, 규모의 차원(orders of magnitude)을 잘 유지한다. 따라서, 시험 설비에서 그 어떤 성능 향상의 범위라도, 산업용 부분의 통상적인 버너를 가지는 것보다 훨씬 더 제한적이다.
전체적으로, 신중하게 도입되었던 변화들을 별도로 하고, 시험 장비의 성능은 매우 일관된 것이었다.
장치(1)를 통하여 연료를 통과시키는 것이 다른 정적인 조건하에서 전체적인 연소 효율에 통계적으로 현저한 증가를 초래하였다는 점은 통계적으로 의미 있는 증거이다.
비록 관찰된 CO 의 수준이 통상적인 산업용 보일러 설비에서 관찰된 그 어떤 것보다도 매우 현저하게 적다는 점을 다시 한번 강조하여야만 할지라도, 작동 조건들의 그 어떤 다른 변화들과도 독립적인 장치(1) 또는 장치(2) 이용의 결과로서, CO 레벨에서 변화가 있다는 현저한 증거가 없다.
이러한 결과들에 기초하여, 자기 장치(1,2)들이 표 4 에 도시된 바와 같이 0.3 퍼센트로써(대략 전체적으로 1.7 % 로) 향상된 연소 효율을 가진다는 점을 99% 의 확실성을 가지고 말할 수 있다.
따라서 자기 유체 처리 장치는 연료의 자기 처리에 대하여 현재 이용될 수 있는 장치들보다 몇 가지 장점을 가진다. 자기 유체 처리 장치는 단순하고, 비용 효율적이며, 직선의 선형 장치여서 유니트의 범위에 걸쳐 연소를 향상시킨다.
동일한 양의 열이 다른 유체 처리 장치들 보다, 또는 장치가 없는 경우보다 적은 연료를 가지고 달성될 수 있으므로, 시험에서 나타난 증가된 효율은 비용의 절감을 제공한다. 자기 유체 처리 장치는, 그것의 보다 향상된 효율에 기인하여, 청정한 연소를 제공함으로써 연소 장치에 대한 유지 관리가 줄어드는 결과를 초래한다.
청정한 버너와 함께 연료 이용량이 감소되는 것은 이산화 탄소와 같은 유해 오염 물질이 연소 과정에서 방출되는 것을 감소시키는 효과를 가진다.
자기 유체 처리 장치는 또한 용이하게 설치될 수 있기 때문에 유리하다. 장치는 특별히 설계된 하우징 안에 포함되어, 현존하는 연료 파이프로 삽입하고 제거하는 것을 가능하게 한다.
따라서 자기 유체 처리 장치는 연료의 자기 처리를 위해 현재 이용될 수 있는 장치들에 비해서 몇가지 장점을 가진다. 자기 유체 처리 장치는 단순하고, 비용 효과적이며, 직선의 선형 장치로서 유니트의 범위에 걸쳐서 연소를 향상시킨다.
같은 양의 열이 다른 자기 유체 처리 장치들 보다, 또는 장치가 없는 경우 보다 적은 연료로써 달성될 수 있으므로, 상기 실험들에서 나타난 증가된 효율은 비용의 절감을 제공한다. 자기 유체 처리 장치는 5 % 보다 큰 연료 비용의 절감을 달성할 수 있는데, 이것은 설치 및 유지 관리와 관련된 비용을 초과하여야 한다.
자기 유체 처리 장치는 그것의 보다 향상된 효율에 기인하여, 청정한 연소를 제공하여 연소 장치에 대한 유지 관리가 줄어드는 결과를 초래한다. 이것은 연소 장치가 중지되는 시간이 줄어들게 하고 따라서 효율이 증가되게 한다.
청정 연소와 함께 연료 사용의 감소는 이산화탄소와 같은 유해 오염 물질이 연소 과정으로부터 방출되는 것을 감소시키는 효과를 가진다.
자기 유체 처리 장치는 또한 그것의 용이한 설치에 기인하여 유리하다. 장치는 특별히 설계된 하우징에 포함되어 현존하는 연료 파이프나 또는 새로운 설비에 삽입되고 제거되는 것이 가능하다. 자기 유체 처리 장치는 연소성을 향상시켜서 비 용 절감과 연소 장치의 효율을 증대시키는 장점을 창출한다.
다른 구현예들에 있어서, 도 21 에 도시된 구현예들의 유체 채널(10,11)들과 유체 공급 파이프(7)의 상대 치수들이 이전에 설명되었던 본 발명에 따라서 변화될 수 있어서 위에 설명된 장점들을 가진 장치를 만든다.
본 출원과 관련하여 본원 명세서와 함께 출원되거나 또는 본원 이전에 출원되어 본원 명세서와 함께 공중의 심사에 부쳐진 모든 서류들과 문헌들에 주의를 기울여야 하며, 그러한 서류들과 문헌들의 내용은 본원에 참조로서 포함된다.
본원 명세서(첨부된 청구항들, 요약서 및, 도면들을 포함한다)에 개시된 모든 특징들 및/또는, 개시된 그 어떤 방법이나 또는 과정의 모든 단계들은, 적어도 일부의 그러한 특징들 및/또는 단계들이 서로 배타적인 것인 조합인 것을 제외하고, 그 어떤 조합으로라도 조합될 수 있다.
본원 명세서에 개시된 각각의 특징(첨부된 청구항들, 요약서 및 도면들을 포함한다)은, 다르게 표현되어 있지 않다면, 동일하거나, 균등하거나 또는 유사한 목적으로서의 역할을 하는 대안의 특징들에 의해 교체될 수 있다. 따라서, 다르게 표현되지 않는 한, 개시된 각각의 특징은 균등하거나 또는 유사한 특징들의 일반적인 연속들중 단지 하나의 예이다.
본 발명은 이전의 구현예(들)에 대한 상세에 제한되지 않는다. 본 발명은 본원 명세서(그 어떤 첨부의 청구항, 요약서 및, 도면을 포함한다)에 개시된 특징들의 그 어떤 신규의 하나, 또는 그 어떤 신규의 조합으로 확장되거나, 또는 그렇게 개시된 그 어떤 방법이나 공정의 단계들의 그 어떤 신규의 하나, 또는 그 어떤 신 규의 조합으로 확장된다.
본 발명은 산업용 보일러와 같은 연료 연소기에서 이용될 수 있다.

Claims (24)

  1. 적어도 하나의 유체 채널을 구비하는 자기 유체 처리 장치로서, 유체 채널 또는 각각의 유체 채널은 적어도 2 개의 주위에 위치된 자석들을 가지고, 상기 장치는 유체 공급 도관과 협동(co-operate)하도록 적합화됨으로써, 사용하는 동안에, 유체 채널을 통해 유동하는 유체가 자기장을 받게 되고; 적어도 2 개의 자석들이 유체 채널 또는 각각의 유체 채널의 반대 측부들에 위치되고 약 90 mm 보다 작게 분리되는, 자기 유체 처리 장치.
  2. 적어도 하나의 유체 채널을 구비하는 자기 유체 처리 장치로서, 유체 채널 또는 각각의 유체 채널은 적어도 하나의 주위에 위치된 자석들을 가지고, 상기 장치는 유체 공급 도관과 협동(co-operate)하도록 적합화됨으로써, 사용하는 동안에, 유체 채널을 통해 유동하는 유체가 자기장을 받게 되고; 유체 채널 또는 모든 유체 채널들의 전체적인 단면적에 대한 유체 공급 도관의 단면적의 비율은 실질적으로 1:1.1 내지 실질적으로 1:2.8 의 범위가 되는, 자기 유체 처리 장치.
  3. 적어도 하나의 유체 채널을 구비하는 자기 유체 처리 장치로서, 유체 채널 또는 각각의 유체 채널은 적어도 하나의 주위에 위치된 자석들을 가지고, 상기 장치는 유체 공급 도관과 협동(co-operate)하도록 적합화됨으로써, 사용하는 동안에, 유체 채널을 통해 유동하는 유체가 자기장을 받게 되고; 적어도 하나의 자석들이 연장되는 적어도 하나의 유체 채널의 부분의 길이에 대한 적어도 하나의 유체 공급 도관의 폭의 비율은 실질적으로 1:20 내지 실질적으로 1:40의 범위가 되는, 자기 유체 처리 장치.
  4. 적어도 하나의 유체 채널을 구비하는 자기 유체 처리 장치로서, 유체 채널 또는 각각의 유체 채널은 적어도 2 개의 주위에 위치된 자석들을 가지고, 상기 장치는 유체 공급 도관과 협동(co-operate)하도록 적합화됨으로써, 사용하는 동안에, 유체 채널을 통해 유동하는 유체가 자기장을 받게 되고; 적어도 하나의 자석들이 연장되는 적어도 하나의 유체 채널의 부분에 있는 자기장의 강도는 실질적으로 0.02T 와 실질적으로 1.0T 사이가 되는, 자기 유체 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    적어도 2 개의 자석들이 약 60 mm 보다 작게 분리되는, 자기 유체 처리 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    유체 채널 또는 모든 유체 채널들의 전체적인 단면적에 대한 유체 공급 도관의 단면적의 비율은 실질적으로 1:1.2 내지 1:2.4 의 범위가 되는, 자기 유체 처리 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    적어도 하나의 자석이 연장되는 적어도 하나의 유체 채널의 부분의 길이에 대한 적어도 하나의 유체 공급 도관의 폭의 비율은 실질적으로 1:20 내지 1:30 의 범위가 되는, 자기 유체 처리 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    적어도 하나의 자석이 연장되는 적어도 하나의 유체 채널의 부분에 있는 자기장 강도는 실질적으로 0.025T 와 0.5T 사이에 있는, 자기 유체 처리 장치.
  9. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    유체는 연료인, 자기 유체 처리 장치.
  10. 적어도 하나의 유체 채널을 구비하는 자기 유체 처리 장치로서, 유체 채널 또는 각각의 유체 채널은 적어도 하나의 주위에 위치된 자석을 가지고, 적어도 하나의 자석은 장치의 동체 부분 안에 제거 가능하게 수용되는, 자기 유체 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    동체 부분은 철이 아닌(non-ferrous), 자기 유체 처리 장치.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    유체 채널 안에 적어도 하나의 내부 자석을 더 구비하는, 자기 유체 처리 장치.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항의 어느 한 항에 있어서,
    장치는 현존하는 유체 공급 도관안에 설치되는, 자기 유체 처리 장치.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항의 어느 한 항에 있어서,
    장치는 하나 또는 그 이상의 내부의 교체 가능 자기 카트리지를 구비하는, 자기 유체 처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    내부의 교체 가능한 자기 카트리지(들)는, 제거 가능한 자석 카트리지(들)가 삽입되는 유지 수단에 의해 장치 내측의 정위치에 유지되는, 자기 유체 처리 장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    내부의 교체 가능한 자기 카트리지 또는 각각의 내부 교체 가능한 자기 카트리지들은 유체 채널을 보조의 채널들로 분리시키는, 자기 유체 처리 장치.
  17. 제 10 항 내지 제 16 항의 어느 한 항에 있어서,
    장치가 부착되는 유체 공급 도관의 유체 유동 면적에 대한 장치 및/또는 그것의 채널들의 유체 유동 면적의 비율은 실질적으로 1:1.2 내지 1:2.5 가 되는, 자기 유체 처리 장치.
  18. 제 10 항 내지 제 17 항의 어느 한 항에 있어서,
    유체 채널 또는 각각의 유체 채널은 장치의 외부 표면상에 위치된 하나 또는 그 이상의 외부 제거 가능 자기 카트리지를 가지는, 자기 유체 처리 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    외부 제거 가능 자기 카트리지 또는 각각의 외부 제거 가능 자기 카트리지는 외부 하우징 안에 위치되는, 자기 유체 처리 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    외부 하우징은 유지 수단에 의해 장치의 둘레에 위치되는, 자기 유체 처리 장치.
  21. 제 18 항 내지 제 20 항의 어느 한 항에 있어서,
    외부 하우징은 외부의 제거 가능한 자기 카트리지(들)가 설치되고 제거될 수 있도록 제거 가능한 것이 되는, 자기 유체 처리 장치.
  22. 제 10 항 내지 제 21 항의 어느 한 항에 있어서,
    내부 자기 카트리지 및/또는 외부 자기 카트리지 내측의 자석들은, 카트리지의 자기장을 통과하는 연료 및, 적어도 하나의 자석이 연장되는 유체 채널의 부분의 길이에 대한, 장치가 부착되는 유체 공급 도관의 폭의 비율에 따라서 상이하게 배치되는, 자기 유체 처리 장치.
  23. 제 10 항 내지 제 22 항의 어느 한 항에 있어서,
    내부 자기 카트리지(들) 및/또는 외부 자기 카트리지(들)의 내측에 있는 자석들의 극성의 배치는, 연료 유형 및 품질, 연료 온도, 연료 압력, 자화와 연소 사이의 시간 및/또는 장치에서 요구되는 체류 길이 비율에 따라서 변화되는, 자기 유체 처리 장치.
  24. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    자기장(들)은 유체의 유동에 대하여 실질적으로 직각으로 적용되는, 자기 유체 처리 장치.
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