KR100663856B1 - 물과 에탄올의 혼합물을 연료로 변환하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물과 에탄올의 혼합물을 연료로 변환하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 방법은 중량 기준으로 물:에탄올을 4:1 내지 1:1의 비율로 물과 에탄올을 혼합하는 단계; 얻어진 혼합물을 가열하여 증발시킴으로써 증기 혼합물을 얻는 단계; 및 상기 증기 혼합물을 직류 전장에 통과시켜 연료로 변환하는 단계를 포함한다. 상기 연료는 가솔린, 디젤유 또는 가스를 연료로 사용하는 엔진용 2차 연료로 사용될 수 있다. 상기 장치는 증발 시스템 및 직류 전장 시스템을 포함한다.

연료, 물, 에탄올, 직류 전장, 증발기, 수직관, 증기 저장관, 연료 가스 수집관

Description

물과 에탄올의 혼합물을 연료로 변환하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONVERTING MIXTURE OF WATER AND ETHANOL INTO FUEL}

본 발명은 물과 에탄올의 혼합물을 연료로 변환하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 오일 또는 가스를 연료로 사용하는 가열 엔진용 보조 연료로서 물을 변환하는 방법 및 그 방법을 위한 장치에 관한 것이다.

수소 가스는 물의 전기분해에 의해 생성되며, 물은 수소의 연소성(combustibility)으로 인해 연료로 변환될 수 있다. 그러나, 물의 전기분해는 소비 전력이 너무 많고 안전성이 없으므로, 물의 전기분해에 의해 물을 연료로 변환하는 방안은 현재까지 산업적으로 도입되지 못했다. 초음파 기술을 이용하여 물을 미세 분무화한 다음 보조 연료로 사용하는 방안은 실용성이 없기 때문에 실제로 적용되지 못한다. 중국 특허출원 번호 CN 97107052.0에는 물을 연료로 변환하는 기술적 방안으로서, 촉매의 작용으로 물이 증기 상태에 도달하는 내용이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 현재까지 실제로 적용되지 못했다. 기술적 타당성과는 관계없이 경제성만을 고려할 때, 이 방법은 촉매를 소비하며, 반응기 내의 특정 조건 하에서만 일어날 수 있다. 따라서, 그러한 방법의 장치 및 공정은 복잡하고 비용이 많이 든다.

본 발명의 목적은, 에너지 자원을 절약하고 오일 및 가스의 소비를 감소시키며 환경 오염을 배제하기 위해 기존의 동력 장치에서 사용되는 오일 및 가스의 보조 연료로서 사용되는 연료로 물을 변환하는 새로운 방법, 및 그러한 방법을 위한 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 장치는 안전하게 가동될 수 있으며, 편리하고 용이하게 유지보수할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 기술적 해결책을 제공한다:

본 발명에 따라 물을 연료로 변환하는 방법은 소정의 중량비로 물과 에탄올을 혼합하는 단계, 증기 혼합물을 얻기 위해 상기 혼합 용액을 가열하여 증발시키는 단계, 및 상기 증기 혼합물을 직류 전장(DC electric field)에 통과시키는 단계를 포함한다. 이로써 물을 연료로 변환하는 공정이 완료된다.

일반적으로, 물과 에탄올의 혼합비율은 중량 기준으로 4:1 내지 1:1 범위이다. 상기 직류 전장의 전압은 6V 이상이다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 물을 연료로 변환하는 본 발명의 장치는 증발 시스템 및 직류 전장 시스템을 주요 구성요소로 포함하며, 상기 증발 시스템은 탱크 및 증발기로 이루어지고, 상기 직류 전장 시스템은 수직관(riser pipe), 상기 수직관 내부에 고정된 음전극 및 상기 수직관 외부에 고정된 양전극으로 이루어진다. 증발 시스템에서, 탱크로부터 증발기로 도입되는 혼합 용액의 양을 제어하기 위해 탱크와 증발기 사이에 유량 제어 밸브가 설치된다. 증발기는 간접 가열형으로서, 가열관이 증발기 내에 있는 물과 에탄올의 혼합물을 간접 가열하여 상기 혼합물을 증기로 변환시킨다. 증발기에서 생성된 증기는 증발기와 연결된 연결관을 통해 증기 저장관(vapor reserving pipe)에 이송된다. 증기 저장관은 직류 전장 내 양전극 및 수직관의 하단부에 연결되어 증기 저장관 내의 물과 에탄올의 혼합 증기가 직류 전장 시스템에 유입될 수 있게 한다. 이 장치의 직류 전장 시스템에서, 음전극과 양전극을 분리하는 수직관은 절연재로 만들어진다. 수직관 내의 음전극은 수직관 외부의 양전극과 대향하여 직류 전장을 형성한다. 수직관 정상부에는 연료 가스를 위한 배출 구멍이 형성되어, 계속해서 연료 가스 수집관과 연결된 연료 가스관에 연결된다. 양전극의 외부 케이싱(casing)의 정상부에는 배기공(exhausting vent)이 형성되어, 배기 가스 수집관과 연결된 배기 가스관에 연결된다. 물과 에탄올의 혼합 증기는 음전극과 양전극, 수직관 및 양전극의 외부 케이싱에 의해 형성된 직류 전장 내에 유입된다. 전장의 작용 하에, 가연성 기체 이온은 수직관에 유입되고, 나아가 수직관의 정상부에 있는 출구, 연료 가스관 및 연료 가스 수집관를 통해 엔진의 오일 분무화(oil-atomizing) 또는 가스 분무화 시스템에 유입되고, 여기서 혼합되어 엔진 내에 유입된다. 이 전장의 작용 하에, 그 밖의 비가연성 기체 이온은 양전극의 외부 케이싱의 정상부에 있는 배기공, 배기 가스관 및 배기 가스 수집관을 통해 배출된다.

이러한 본 발명의 장치에서, 증발기는 중앙에 가열관이 통과하는 기밀형(airtight) 용기이다. 증발기 내의 물과 에탄올의 혼합물은 가열관 내의 물질과 분리된다. 열은 가열관의 벽을 통해 전달되어 물과 에탄올의 혼합 용액을 가열하고 증발시켜 증기로 만든다.

증발 시스템의 가열관은 가열 엔진의 배기관이다.

본 장치의 직류 전장에 있는 수직관, 수직관 내의 음전극 및 수직관 외부의 양전극은 직렬형이나 병렬형 또는 직렬과 병렬의 혼합형으로 연결되어, 증기 저장관에 연결된 조합형 직류 전장 시스템을 구성하고, 상기 시스템의 출구는 연료 가스관을 통해 연료 가스 수집관에 연결되고, 불연성 가스는 배기관을 통해 배기 가스 수집관(7)에 공급된다.

본 장치의 직류 전장 시스템에서, 수직관 내의 음전극은 상부가 더 작고 하부가 더 큰 탑 모양 와인딩(winding)이거나 도전성 물질로 만들어진 스트립(strip)이며, 수직관 외부에 설치되고 음전극에 대향하는 양전극은 튜브형 전극으로서 도전성 물질로 만들어진 플레이트 또는 스트립을 수직관 둘레에 와인딩함으로써 형성된다.

본 장치의 직류 전장 시스템에서, 음전극은 도전성 물질로 만들어진 튜브형 전극이다.

본 발명을 적용하여 테스트하면, 다음과 같은 이점과 기술적 효과가 나타난다.

1. 본 발명은 물과 에탄올을 혼합하고, 가열하여 혼합 용액을 증발시켜 증기로 만든다. 다음에 증기 혼합물을 직류 전장에 통과시킨다. 전장의 작용 하에 수소 가스와 같은 가연성 가스는 부상하여 연료 가스관 및 연료 가스 수집관을 통해 엔진 시스템으로 유입되고; 산소 가스와 그 밖의 단위 중량이 높은 가스는 하강하여 배출 가스관 및 배출 가스 수집관을 통해 배출됨으로써 물을 연료로 변환시키고자 하는 본 발명의 목적이 달성된다. 이 연료는 오일이나 가스를 연료로 사용하는 엔진용 보조 연료로서 사용될 수 있다.

2. 가솔린 엔진에 대한 실험 및 테스트를 행하면, 본 발명에 의해 오일 소비가 감소될 수 있다. 도로 조건과 주행 상태에 따라 자동차와 모터사이클에 사용되는 연료유의 평균 절감량은 운전 기술이 거의 동일하다고 할 때 10% 내지 30%에 달한다.

3. 본 발명에 의해 생성된 가연성 가스는 엔진에 대한 침식이나 손상을 전혀 일으키지 않는다.

4. 본 발명의 장치는 구조가 단순하며, 자동차, 모터사이클 및 선박에서 엔진 및 기타 구조물의 구조를 변경하지 않고 연료로서 오일이나 가스를 사용하는 엔진에 적용될 수 있다. 유일한 요구조건은 본 발명의 장치를 기계에 포함시키는 것이다. 따라서, 본 발명의 장치는 제조자 또는 소비자에 의해 용이하게 수용될 수 있다.

5. 본 발명의 직류 전장의 전력 소비는 낮으며, 증발기는 엔진의 잔류 열을 활용하고 간단한 구조를 가진다. 따라서 본 발명은 낮은 전력 소비를 특징으로 한다.

6. 본 발명에 의해 제조된 연료는 환경에 대한 오염이 전혀 없으므로 청정 연료(green fuel)이다.

7. 본 발명의 장치는 조작이 안전하고 유지보수가 용이하다.

8. 본 발명의 장치는 저비용으로 용이하게 제조할 수 있고 원재료의 입수가 용이하므로, 본 발명을 구현하고 적용하는 것이 유리하다.

이하에서, 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 물을 연료로 변환하는 장치의 구조를 예시하는 전체 구조의 도면이다.

도 2는 병렬 조합형 직류 전장 시스템을 구비한 바람직한 실시예의 구조를 나타내는 개략도이다.

도 3은 도 2의 A-A 선을 따른 단면도이다.

실시예 1

본 발명의 바람직한 실시예로서 도 1, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 물을 연료로 변환하는 장치는 주로 증발 시스템 및 직류 전장 시스템으로 이루어진다. 증발 시스템은 탱크(8), 유량 제어 밸브(9) 및 연결관(10)에 의해 순차적으로 연결되어 있는 증발기(11)를 주요 구성요소로 이루어진다. 증발기는 가열관(14)이 중앙부를 관통하는 기밀형 용기이다. 가열관(14) 내의 열 매체가 증발기의 벽을 통해, 탱크(8)로부터 증발기에 유입되는 물과 에탄올의 혼합 용액에 열을 전달하면, 혼합 용액은 가열되고 증발하여 증기로 변한다. 물과 에탄올은 중량비로 4:1 내지 1:1로 혼합된다. 증발기(11) 내의 증기는 증발기(11)에 연결되어 있는 연결관(12)을 통해 증기 저장관(13)에 유입된다. 본 방치의 직류 전장 시스템은 병렬 조합형이며, 전장 시스템 각각은 주로 수직관(1) 및 소직관의 내부와 외부에 고정된 음전극(2) 및 양전극(3)으로 이루어진다. 양전극(3)과 음전극(2)은 서로 대향하고, 절연성 물질로 만들어진 수직관(1)에 의해 분리되어 있다. 양전극(3)은 수직관(1) 하부의 외벽 주위에 감겨있는 동 스트립으로 형성되어 있다. 양전극(3)의 외부에는 외부 케이싱(14)이 제공되어 있다. 외부 케이싱(15)의 하단부는 증기 저장관(13)에 연결되어 있고, 외부 케이싱(15)의 정상에는 배출공이 형성되어 있다. 배출공은 상기 배출공에 연결되어 있는 배출 가스관(6)을 통해 배출 가스 수집관(7)에 연결되어 있다. 증기가 전장 내에 유입된 후, 생성된 불연성 가스는 상기 배출공을 통해 배출 가스 수집관(7)에 유입된다. 음전극(2)의 바람직한 구조는, 와이어 또는 스트립으로 만들어지고 상부가 상대적으로 작고 하부가 상대적으로 큰 탑 모양 와인딩이다. 음전극(2)은 수직관 하부의 내측에 고정되어 있다. 이와 같이, 직류 전장은 수직관(1)의 하부에 있는 양전극(3)과 음전극(2) 사이에 형성된다. 수직관(1)의 정상에는 출구 홀이 형성되어 연료 가스 수집관(5)에 연결된 연료 가스관(4)과 연결되어 있다. 연료 가스 수집관(5)은 혼합된 증기가 전장 내에 유입된 후 생성된 가연성 가스를 보조 연료로서 가열 엔진의 연료 주입 메커니즘(input mechanism) 내에 공급하고, 가연성 가스는 오일 또는 가스와 혼합된 후 에어 실린더 내에서 연소된다. 수직관(1) 각각의 하단부는 증기가 전장 내에 확실히 유입되도록 증기 저장관(13)과 연결되어 있다. 이 바람직한 실시예의 조합 전장에서, 각 시스템의 양전극(3)과 음전극(2)은 병렬로 연결되어 있고, 다시 직류 전원에 연결되어 있다. 직류 전원의 전압은 6V 이상이다.

Claims (9)

1. 물과 에탄올을 소정의 중량비로 혼합하는 단계,

   얻어진 혼합물을 가열하고 증발시켜 증기 혼합물을 얻는 단계, 및

   상기 증기 혼합물을 직류 전장(DC electric field)을 통과시키는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 물을 연료로 변환하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 물과 상기 에탄올을 중량 기준으로 4:1 내지 1:1의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 물을 연료로 변환하는 방법.
3. 삭제
4. 물을 연료로 변환하는 장치로서,

   증발 시스템 및 직류 전장 시스템을 포함하고,

   상기 증발 시스템은 탱크(tank)(8) 및 증발기(evaporator)(11)로 이루어지고,

   상기 직류 전장 시스템은 수직관(riser pipe)(1), 상기 수직관(1) 내에 고정 된 음전극(2) 및 상기 수직관(1) 외부에 고정된 양전극(3)으로 이루어지고,

   상기 증발 시스템에서,

   상기 탱크(8)와 상기 증발기(11) 사이에 유량 제어 밸브(9)가 제공되고, 상기 증발기(11)는 상기 증발기(11) 내에서 물과 에탄올의 혼합물을 간접 가열하여 혼합 증기를 얻기 위한 가열관(14)을 구비한 간접 가열형이고, 상기 증발기(11)에 의해 발생된 상기 증기는 상기 증발기(11)에 연결된 연결관(12)을 통해 증기 저장관(vapor reserving pipe)(13) 내로 이송되고, 상기 증기 저장관(13)은 상기 직류 전장 시스템의 상기 양전극의 외부 케이싱(casing)(15) 및 상기 수직관(1)에 연결되어 있고,

   상기 직류 전장 시스템에서,

   상기 수직관(1)은 절연성 물질로 만들어지고, 음전극(2)은 상기 수직관(1)의 내부에 고정되고, 상기 음전극(2)에 대응한 양전극(3)은 상기 수직관의 외부에 고정되며, 상기 양전극(3)의 주위에 외부 케이싱(15)이 설치되고, 상기 수직관(1)의 정상에 가연성 가스를 위한 출구 홀이 형성되어 연료 가스 수집관(5)에 연결된 연료 가스관(4)과 연결되어 있고, 상기 양전극(3)의 외부 케이싱(15)의 정상에는 배출공이 형성되어 상기 배출 가스 수집관(7)에 연결된 배출 가스관(6)과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는

   물을 연료로 전환하는 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 증발기(11)는 상기 가열관(14)이 중앙을 관통하는 기밀형 용기이며, 상기 증발기(11)에서 상기 물과 에탄올의 혼합물은 상기 가열관(14) 내의 물질로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 물을 연료로 전환하는 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 증발 시스템의 상기 가열관(14)은 가열 엔진의 배출관인 것을 특징으로 하는 물을 연료로 전환하는 장치.
7. 제4항에 있어서,

   상기 장치의 상기 직류 전장에서 상기 수직관(1), 상기 수직관(1) 내부의 상기 음전극(2) 및 상기 수직관(1) 외부의 양전극(3)은 직렬형이나 병렬형 또는 직렬과 병렬의 혼합형으로 연결되어 상기 증기 저장관(13)에 연결된 혼합형 직류 전장 시스템을 구성하고,

   상기 출구는 상기 연료 가스관(4)을 통해 상기 연료 가스 수집관(5)에 연결되어 있고, 또한 상기 배출관(6)을 통해 상기 배출 가스 수집관(7)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 물을 연료로 전환하는 장치.
8. 삭제
9. 삭제

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