KR100664970B1 - 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관 - Google Patents

열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관에 관한 것으로, 본 발명에 따른 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관은 내연기관으로부터 배출되는 배기열의 열에너지를 이용하여 황산, 요오드 및 물로부터 수소와 요오드화수소산을 발생시키는 요오드-황 열화학 반응 시스템으로부터 발생된 수소를 보조연료로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관은 대기오염발생물질을 줄임으로써 대기오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 물을 분해하여 생성된 수소를 보조연료로 사용함으로써 에너지 소비율을 줄일 수 있어 매우 경제적이며 화석연료의 사용을 줄일 수 있어 대체에너지로 활용되도록 하는 효과가 있으며, 대기 중으로 방출되는 폐열을 이용하여 물을 분해하는 에너지원으로 사용하게 됨으로써 대기 중으로 방출되는 열을 줄여 지구온난화를 방지할 수 있고, 황산 및 요오드를 지속적으로 공급할 필요 없이 물만 추가적으로 공급하여 재순환되므로 반영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
폐열에너지, 화학적 에너지, 자동차, 원심분리, 황산, 요오드, 분젠반응

Description

열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관{Hybrid Internal-combustion Engine Using Thermochemical Reaction}
도 1은 본 발명에 의한 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관이 장착된 자동차의 내부구조를 나타낸 투시도.
도 2는 본 발명에 의한 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관의 개략적인 구성을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관의 반응을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명에 의한 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관의 원심분리기를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관의 변속기와 원심분리기의 연결상태를 나타낸 단면도.
**도면의 주요부위에 대한 도면부호의 설명**
1: 엔진 2: 변속기
2a: 베벨기어 2b: 구동축
3: 배기관 4: 삼중원통
4a: 덮개 5: 제 1 황산 수용부
6: 제 1 반응부 7: 원심분리기(제 2 반응부)
7a: 베벨기어 7b: 종동축
7c: 베어링 7d: 브라켓
8: 분리판 9: 요오드화수소산 수용부
9a: 요오드화수소산 유도판 9b: 수위조절부
10: 제 2 황산 수용부 10a: 황산 유도판
11: 제 3 반응부 12: 혼합기
13: 물탱크 14: 탈수부
20: 고체요오드 30: 황산층
40: 요오드화수소산층
본 발명은, 자동차 배기시에 방출되는 폐열에너지를 이용하여 물을 분해시켜 에너지 공급원으로 사용되도록 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관에 관한 것이다.
대부분의 자동차는 휘발유, 경유, LPG, LNG를 사용하고 있다. 이러한 화석연료는 배기되는 매연에 NOx, CO, CO2, HC, SO2 등이 함유되어 대기오염을 일으키는 원인이 되어 왔으며, 특히, CO와 같은 오존층 파괴 물질과 자동차 배기시에 대기중 으로 방출되는 열은 지구의 온난화를 가중시키는 원인이 되어 왔다.
이에 따라, 대기오염과 지구의 온난화를 가중시키는 화석연료를 대체하기 위한 에너지를 개발하기 위한 방향으로 전환되고 있다. 이러한 개발방향에 따라 화석연료 대체에너지를 이용한 자동차시스템 또한 여러 가지 방법들이 개발되고 제안되어 왔다. 전기자동차나 물을 O2와 H2로 분해하여 이를 에너지 공급원으로 사용되는 자동차가 그 일례이다.
특히, 대기오염을 발생시키지 않는 물을 분해하여 에너지 공급원으로 사용되는 자동차는 여러 가지 방법들이 제시되고는 있지만, 실효를 거둔 방법은 제안된 바 없다.
수소첨가 가솔린기관의 경우 혼합기에 수소가스를 사용하게 되면 수소연료에 빠른 연소속도와 점화성이 뛰어나게 되며 점화지연 및 연소시기를 현저히 감소시켜 열효율 및 토크가 크게 향상되는 효과가 있다는 점이 알려져 있으나(내연기관(1976) Vol 15(13). 9-14, 한국수소에너지학회지(1995) 제6권 23-34면, 한국수소에너지학회(1992) Vol 3(1), 1-15), 수소의 저장성 및 이동성의 문제로 인하여 실용화에 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 자동차 배기시 대기 중으로 방출되는 폐열인 배 기열을 이용하는 요오드-황 열화학 반응 시스템으로부터 발생되는 수소를 보조연료로 사용하는 하이브리드 내연기관을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 수소를 보조연료로 사용함으로써 열효율을 높이며, 대기오염물질을 줄이고 지구의 온난화를 방지하도록 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내연기관으로부터 배출되는 배기열의 열에너지를 이용하여 황산, 요오드 및 물로부터 수소와 요오드화수소산을 발생시키는 요오드-황 열화학 반응 시스템으로부터 발생된 수소를 보조연료로 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 요오드-황 열화학 반응 시스템은, 제 1 황산 수용부; 상기 제 1 황산 수용부로부터 상기 내연기관으로부터 배출되는 배기열과의 열교환에 의하여 공급되는 열에너지를 이용하여 황산을 물, 이산화황 및 산소로 분해되도록 하는 제 1 반응부; 상기 제 1 반응부로부터 생성된 이산화황 및 물에 요오드와 물이 투입되어 황산과 요오드화수소산이 생성되며, 상기 생성된 황산과 요오드화수소산이 분리되도록 하는 제 2 반응부; 상기 제 2 반응부에서 분리된 요오드화수소산을 수용하는 요오드화수소산 수용부; 상기 제 2 반응부에서 분리된 황산을 수용하여 상기 제 1 황산 수용부로 투입되도록 하는 제 2 황산 수용부; 상기 요오드화수소산 수용부에 수용되는 요오드화수소산을 상기 내연기관으로부터 배출되는 배기 열과 열교환된 열에너지를 이용하여 수소와 요오드를 생성시키며, 생성된 요오드를 제 2 반응부로 투입되도록 하고, 발생된 수소를 연료 혼합기를 통하여 엔진에 투입되도록 하는 제 3 반응부; 를 포함하는 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 제 2 반응부는 생성된 황산과 요오드화수소산이 분리되도록 하는 원심분리기인 것을 특징으로 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관. 특징으로 한다.
아울러, 본 발명은 제 2 황산 수용부에 물을 공급하는 물탱크와, 상기 제 2 황산 수용부에 수용된 황산에 존재하는 수분을 상기 배기관으로부터 배출되는 배기열과 열교환된 열에너지를 이용하여 제거하여 제 1 황산 수용부로 공급하도록 하는 탈수부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 최외측에 상기 제 1 황산 수용부가 위치하며, 중앙에 상기 제 2 황산 수용부가 위치하고, 내측에 상기 요오드화수소산 수용부가 위치하며, 하측내부가 빈공간이 형성되고 상부가 개방된 삼중원통으로 되며, 삼중원통의 빈공간에 상기 분리수단이 설치되고 상기 삼중원통의 상부를 덮개로 밀폐되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 원심분리기는 상부에 분리된 요오드화수소산과 황산이 각각 요오드화수소산 수용부와 제 2 황산 수용부로 각각 분리 수용되도록 분리판이 구비되며, 상기 요오드화수소산 수용부는, 상기 원심분리기의 최외측 상부와 연통되고, 상기 분리판의 외측으로 분리된 요오드화수소산이 이동되도록 하는 요오드화수소산 유도판이 구비되고, 상기 제 2 황산 수용부는 상기 원심분리기의 내측 상부와 연통되 고, 상기 분리판의 내측으로 분리된 황산이 이동되도록 하는 황산 유도판이 구비되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 제 1 반응부는 황산을 물과 이산화황과 산소로 분해되는 것을 용이하도록 촉매층이 더 구비되는 것을 특징으로 하며, 상기 촉매층은 V2O5 로 되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 상기 변속기는 상기 원심분리기는 상기 변속기의 구동축에 구비된 베벨기어와 맞물리는 베벨기어가 구비된 종동축이 구비되어 작동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제 1 반응부의 온도는 800 내지 900℃이고, 상기 제 2 반응부의 온도는 20 내지 110℃이며, 상기 제 3 반응부의 온도는 200 내지 700℃인 것을 특징으로 하며, 상기 제 1 반응부, 상기 제 2 반응부 및 상기 제 3 반응부의 온도를 제어하기 위한 방열판 또는 냉각기가 구비되는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 내연기관으로부터 배출되는 배기열의 열에너지를 이용하여 황산, 요오드 및 물로부터 수소와 요오드화수소산을 발생시키는 요오드-황 열화학 반응 시스템으로부터 발생된 수소를 보조연료로 사용하는 것을 특징으로 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하나, 이는 본 발명의 실시예로서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 의한 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관이 장착된 자동차의 내부구조를 나타낸 투시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관의 개략적인 구성을 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관의 반응을 나타낸 블록도이며, 도 4는 본 발명에 의한 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관의 제 2 반응부인 원심분리기를 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관의 변속기와 원심분리기의 연결상태를 나타낸 단면도이다.
첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관은 엔진(1)과, 변속기(2)와, 배기관(3)과, 제 1 황산 수용부(5)와, 상기 제 1 황산 수용부(5)의 황산이 내연기관으로부터 배출되는 배기열과의 열교환에 의하여 공급되는 열에너지를 이용하여 황산을 물과 이산화황과 산소로 분해하는 제 1 반응부(6)와, 상기 제 1 반응부(6)로부터 생성된 이산화황과 물에 물탱크로부터 공급되는 물과 제 3 반응부로부터 공급되는 요오드(20)가 투입되어 황산층과 요오드화수소산층으로 분리되도록 하는 제 2 반응부인 원심분리기(7)와, 상기 원심분리기(7)에 의해 외측에 분리된 요오드화수소산을 수용하는 요오드화수소산 수용부(9)와, 상기 원심분리기(7)에 의해 내측에 분리된 황산을 수용하는 제 2 황산 수용부(10)와, 요오드화수소산을 수소와 요오드로 분해되도록 하는 제 3 반응부(11)와, 생성된 산소와 수소를 엔진에 투입되도록 하는 혼합기(12)와, 상기 요오드화수소산 수용부(9)에 물을 공급하는 물탱크(13)와, 상기 제 2 황산 수용부(10)에 수용된 황산의 수분을 제거한 무수황산을 제 1 황산 수용부(5)로 공급하도록 하는 탈수부(14)로 구성된다.
상기 엔진(1)은 종래 자동차와 마찬가지로 변속기(2)와 연결되어 변속기(2)를 회전시키며 상기 변속기(2)는 상기 원심분리기(7)를 회전시키게 된다.
상기 제 1 황산 수용부(5)와 상기 제 2 황산 수용부(10)와 상기 요오드화수소산 수용부(9)는 하측내부에 빈공간이 형성되고 상부가 개방된 삼중원통(4)으로 되어 있으며, 최외측에는 제 1 황산 수용부(5)가 위치하고, 중앙에는 상기 제 2 황산 수용부(10)가 위치하며, 내측에는 요오드화수소산 수용부(9)가 위치하게 된다. 이 삼중원통(4)의 하측내부 빈공간, 즉, 요오드화수소산 수용부(9)의 내측에는 상기 원심분리기(7)가 설치되게 된다. 상기 삼중원통(4)의 상부는 덮개(4a)로 밀폐되게 된다. 이 덮개(4a)에 의해 상기 삼중원통(4) 또는 상기 원심분리기(7)로 유입되는 이산화황, 산소, 수소가 삼중원통(4)으로부터 누설되는 것을 방지하게 된다.
상기 제 1 황산 수용부(5)는 상기 제 2 황산 수용부(10)에 수용된 황산에 존재하는 수분을 상기 배기관으로부터 배출되는 배기열과 열교환된 열에너지를 이용하여 제거하는 탈수부로부터 수분이 제거된 황산이 수용되게 된다. 상기 제 1 황산 수용부(5)에 수용된 무수황산은 상기 제 1 반응부(6)를 거쳐 물과 이산화황과 산소로 분해되게 된다. 이때의 반응식은 다음과 같다.
H2SO4 → H2O + SO2 + 1/2 O2
이때, 분해반응은 흡열반응이며, 상기 제1 반응부(6)의 온도범위는 800 내지 900℃가 바람직하고, 상기 800℃는 분해반응이 적절히 일어나기 위한 최소온도이며, 반응온도가 900℃일 필요는 없다.
여기에서, 분해된 이산화황(SO2)과 물(H2O)은 상기 원심분리기(7) 내로 이동되어 다음단계의 반응에 이용되게 되며, 산소는 포집되어 상기 혼합기(12)로 이동되게 된다.
상기 제 1 반응부(6)는 배기열을 흡수하기 용이하도록 상기 배기관(3)의 외주면을 감싸는 코일구조로 되며, 상기 제 1 황산 수용부(5)에서 공급된 황산에 배기열이 공급되어 물과 이산화황과 산소로 분해되게 된다. 상기 제 1 반응부(6)는 황산이 물과 이산화황과 산소로 분해되는 것을 용이하도록 촉매층(미도시됨)이 더 구비되는 것이 바람직하며, 상기 촉매층은 V2O5를 사용한다.
상기 원심분리기(7)는 상부가 개방되어 있고, 상기 제 1 반응부(6)로부터 생성된 이산화황과 물이 공급되게 되며, 제 3 반응부로부터 요오드(I2)(20)를 투입하게 되고, 물탱크로부터 재한된 양의 물이 공급되어 황산과 요오드화수소산(HI)이 생성된다. 이때, 요오드(I2)가 과량으로 존재하게 되면 요오드와 요오드화수소산(HI)이 착체가 형성되어 폴리요오드화수소산(HIx)으로 존재하게 되어 황산보다 비중이 커지게 되어 .황산층(30)과 요오드화수소산층(40)으로 각각 용이하게 분리된다.
이때의 반응식은 다음과 같다.
I2 + SO2(g) + 2H2O(ℓ) → 2HI(aq) + H2SO4(aq)
상기 반응은 발열반응이며, 이때의 온도는 20 내지 110℃가 바람직하여 100℃가 가장 바람직하고, 120℃가 넘으면 요오드가 용융되고 승화가 많이 일어나 바 람직하지 않다.
상기 온도의 열원은 상기 제 1 반응부(6)로부터 분해된 이산화황과 물에 의해 공급되는 열원이다. 앞서 언급한 바와 같이 요오드(I2)가 과량으로 존재하게 되면 상기 온도 조건에서 비중이 낮은 황산상(H2SO4 Phase)과 비중이 높은 요오드화수소산상(HI Phase)으로 층상분리가 일어나게 되며, 원심분리가 되면 비중이 낮은 황산은 내측으로 비중이 높은 요오드화수소산은 외측으로 분리가 일어나게 된다. 이러한 반응은 공지된 것으로, “[1]Onuki K, Studies on an iodine-sulfur process for thermochemical hydrogen production. Proceeding of the 8th World Hydrogen Energy Conference, Honolulu (1990), 547-56. [2]Onuiki K, Materials of construction for the thermochemical IS process, (I). Journal of Hydrogen Energy System Society of Japan (1993), 18(2):49-56., [3] M. Sakurai, International Journal of Hydrogen Energy 24 (1999), 603-612, [4] M. Sakurai, International Journal of Hydrogen Energy 25 (2000), 605-611” 등에 상세기 기재되어 있으며, 상기의 문헌을 포함하여 요오드-황 열화학 반응에 의한 수소 발생 반응조건은 화학반응공정 분야에서는 공지의 반응조건이므로 이와 관련한 상세한 기재는 생략한다.
상기 원심분리기(7)는 상기 변속기에 의해 구동되게 되며 상기 변속기(2)와의 연결구조는 도 4에 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 상기 변속기(2)는 외주연에 베벨기어(2a)가 구비된 구동 축(2b)이 구비되며, 상기 원심분리기(7)는 상기 변속기(2)의 구동축(2b)에 구비된 베벨기어(2a)와 맞물리는 베벨기어(7a)가 구비된 종동축(7b)이 구비되어 있다. 또한, 상기 원심분리기(7)와 상기 종동축(7b)의 외부에는 베어링(7c)이 다수개 구비되며, 상기 베어링(7c)을 고정시키는 브라켓(7d)이 구비되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 원심분리기(7)의 상부에는 요오드화수소산과 황산이 분젠반응에 의해 요오드화수소산과 황산이 층상으로 분리되어 각각 요오드화수소산 수용부(9)와 제 2 황산 수용부(10)로 분리 수용되도록 하는 분리판(8)이 구비되어 있다. 내측으로 분리된 비중이 낮은 황산은 상기 분리판(8)의 내측, 즉 상기 원심분리기(7)의 상부로 이동되게 되며 상기 원심분리기의 외측 상부에 설치된 황산 유도판(10a) 상으로 이동되어 상기 제 2 황산 수용부(10)로 수용되게 된다. 이때, 황산 유도판(10a)은 황산이 이동시에 표면장력에 의해 황산 유도판(10a) 상으로 이동되게 된다. 또한, 외측으로 분리된 비중이 높은 요오드화수소산은 상기 분리판(8)의 최외측 상부, 즉 상기 원심분리기(7)의 외측 상부와 연통된 요오드화수소산 수용부(9)로 이동되게 된다. 이 요오드화수소산의 경우에도 상기 황산 유도판(10a)과 마찬가지로 요오드화수소산 유도판(9a) 상으로 이동되어 요오드화수소산 수용부(9)로 수용되게 된다. 상기 요오드화수소산 수용부(9)에 수용되는 요오드화수소산은 제 3 반응부(11)로 이동되어 다음단계의 반응에 이용되게 된다.
황산층에 요오드화수소산 등이 포함되어 있는 경우 열화학반응에 영향을 미치지만, 요오드화수소층에 황산 등이 포함되어 있는 경우 반응에 영향을 미치지 않으므로 가능한 한 순수한 황산이 분리되도록 황산 유도판(10a)을 황산층/요오드화 수소산층이 이루는 계면에서 황산층 방향으로 이동, 조절하는 것이 바람직하다.
상기 제 3 반응부(11)는 상기 요오드화수소산 수용부(9)에 수용되는 요오드화수소산을 상기 배기관(3)의 외주면을 통과시켜 배기열을 흡수하도록 하여 수소와 고체요오드(20)로 분해되게 한다. 이때의 반응식은 다음과 같다.
2HI → H2 (g) + I2 (g)
이 반응도 흡열반응이며, 상기 제 3 반응부의 온도는 200 내지 700℃이다. 이때 분해된 수소는 포집되어 상기 혼합기(12)로 이동되어 연료로 사용되게 되며, 요오드기체가 상기 원심분리기(7)로 이동되게 되며 요오드기체가 냉각되면서 상기 원심분리기(7) 내에서 고체요오드(20)로 전환되고 상기 고체요오드는 제 2 반응부로 투입되어 재사용되게 된다.
상기 제 1 반응부(6), 상기 원심분리기(7) 및 상기 제 3 반응부(11)의 온도를 제어하기 위한 방열판 또는 냉각기(미도시됨)가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 혼합기(12)는 상기 제 1 반응부(6)로부터 생성된 산소와 상기 제 3 반응부(11)로부터 발생된 수소를 엔진에 투입되도록 하여 연료로 사용되도록 한다. 이에 따라 연료의 소비가 줄게 되어 경제적이며 화석연료의 사용이 줄게 되어 대기오염을 줄일 수 있게 되는 것이다.
상기 물탱크(13)는 상기 요오드화수소산 수용부(9)에 물을 공급하게 되며 이 물은 제 2 반응부(11)를 통과하여 원심분리기(7)로 공급되며 상기 탈수부(14)에서 탈수된 물을 보충하게 된다. 이때, 상기 요오드화수소산 수용부(9)에는 요오드화수 소산의 수위를 측정하여 상기 물탱크(13)로부터 물이 공급되도록 하는 수위조절부(9b)가 설치되게 된다.
상기 탈수부(14)는 상기 제 2 황산 수용부(10)에 수용된 황산이 H2SO4·4H2O로 결정수를 가지고 있으므로 상기 배기관(3)의 배기열과 열교환된 열에너지를 이용하여 결정수를 제거함으로써 수분이 제거된 무수황산을 제 1 황산 수용부(5)로 공급하도록 한다.
이와 같이, 본 발명은 제 1 반응부(6)와 제 3 반응부(11) 및 탈수부(14)에서 상기 내연기관으로부터 방출되는 폐열을 이용하게 되므로 대기 중으로 방출되는 폐열을 줄임으로써 지구온난화를 방지할 수 있게 된다.
전술한 바와 같은 반응이 연속적으로 리싸이클되게 됨으로써 본 발명에 따른 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관이 운영되게 된다.
전술한 구성으로 된 본 발명에 따른 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관은 다음과 같은 방법으로 사용하게 된다.
먼저, 상기 원심분리기(7)에 고체요오드(20)를 넣고 요오드화수소산을 상기 요오드화수소산 수용부(9)에 넣으며, 묽은 황산을 상기 제 2 황산 수용부에 넣고 자동차 엔진을 가동시킨다. 이렇게 되면 변속기(2)가 회전되게 되고 변속기(2)의 회전에 의해 상기 원심분리기(7)가 4000~8000rpm으로 회전되게 되며 상기 배기관(3)이 가열되게 된다. 이때, 상기 제 2 황산 수용부(10)에 수용된 묽은 황산이 상기 배기관(3)을 통과하는 탈수부(14)에 의해 탈수됨으로써 무수황산이 상기 제 1 황산 수용부(5)로 수용되게 된다. 이 무수황산은 다시 상기 배기관(3)을 통과되는 제 1 반응부(6)를 거쳐 물과 이산화황 및 산소로 분해되게 되며, 분해된 물과 이산화황은 상기 원심분리기(7)로 이동되게 된다. 상기 원심분리기(7)로 이동된 물과 이산화황은 원심분리기(7)로 투입된 고체요오드(20)와 반응하여 황산과 요오드화수소산으로 된다. 이 황산과 요오드화수소산은 분젠반응을 하여 원심분리기(7)의 회전에 의해 층분류가 이루어지게 되며, 분리판(8)에 의해 황산과 요오드화수소산이 각각 분리되어 제 2 황산 수용부(10)와 요오드화수소산 수용부(9)로 수용되게 된다. 요오드화수소산 수용부(9)에 수용된 요오드화수소산은 다시 상기 배기관(3)으로부터 열에너지를 흡수하는 제 3 반응부(11)를 거쳐 수소와 요오드로 분해되게 된다. 이 요오드는 다시 원심분리기(7)로 이동되게 되어 반복적으로 사용되게 된다. 제 2 황산 수용부(10)에 수용된 황산은 탈수부(14)로 이동되어 탈수되며 제 1 황산 수용부(5)에 수용되어 이와 같은 과정을 반복하게 된다. 제 3 반응부(11)에서 생성된 수소는 포집되어 혼합기(12)로 이동되어 엔진(1)의 연료로 사용되게 되며, 제 1 반응부에서 생성된 산소는 외기로 배출되거나 수소와 함께 혼합기로 투입될 수 있다.
상기에서 기재되고 도면에 도시된 배기관의 외주면에 감겨지거나 통과된 구성들은 이에 한정하는 것이 아니며, 통상의 열교환 방법을 모두 포함하는 의미로 해석될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관은, 대기오염발생물질을 줄임으로써 대기오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 물을 분해하여 생성된 수소를 보조연료로 사용함으로써 에너지소비율을 줄일 수 있어 매우 경제적이며 화석연료의 사용을 줄일 수 있어 대체에너지로 활용되도록 하는 효과가 있다.
또한, 대기중으로 방출되는 폐열을 이용하여 물을 분해하는 에너지원으로 사용하게 됨으로써 대기중으로 방출되는 열을 줄여 지구온난화를 방지할 수 있으며, 황산 및 요오드를 지속적으로 공급할 필요없이 물만 추가적으로 공급하여 재순환되므로 반영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 혼합기에 수소가스를 사용하게 되면 수소연료에 빠른 연소속도와 점화성이 뛰어나게 되며 점화지연 및 연소시기를 현저히 감소시켜 열효율 및 토크가 크게 향상되는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 내연기관으로부터 배출되는 배기열의 열에너지를 이용하여 황산, 요오드 및 물로부터 수소와 요오드화수소산을 발생시키는 요오드-황 열화학 반응 시스템으로부터 발생된 수소를 보조연료로 사용하는 것을 특징으로 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 요오드-황 열화학 반응 시스템은,
    제 1 황산 수용부;
    상기 제 1 황산 수용부로부터 상기 내연기관으로부터 배출되는 배기열과의 열교환에 의하여 공급되는 열에너지를 이용하여 황산을 물, 이산화황 및 산소로 분해되도록 하는 제 1 반응부;
    상기 제 1 반응부로부터 생성된 이산화황 및 물에 요오드와 물이 투입되어 황산과 요오드화수소산이 생성되며, 상기 생성된 황산과 요오드화수소산이 분리되도록 하는 제 2 반응부;
    상기 제 2 반응부에서 분리된 요오드화수소산을 수용하는 요오드화수소산 수용부;
    상기 제 2 반응부에서 분리된 황산을 수용하여 상기 제 1 황산 수용부로 투입되도록 하는 제 2 황산 수용부;
    상기 요오드화수소산 수용부에 수용되는 요오드화수소산을 상기 내연기관으로부터 배출되는 배기열과 열교환된 열에너지를 이용하여 수소와 요오드를 생성시키며, 생성된 요오드를 제 2 반응부로 투입되도록 하고, 발생된 수소를 연료 혼합기를 통하여 엔진에 투입되도록 하는 제 3 반응부;
    를 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 반응부는 생성된 황산과 요오드화수소산이 분리되도록 하는 원심분리기인 것을 특징으로 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제 2 황산 수용부에 수용된 황산에 존재하는 수분을 상기 배기관으로부터 배출되는 배기열과 열교환된 열에너지를 이용하여 제거하여 제 1 황산 수용부로 공급하도록 하는 탈수부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관.
  5. 제3항 내지 제4항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    최외측에 상기 제 1 황산 수용부가 위치하며, 중앙에 상기 제 2 황산 수용부가 위치하고, 내측에 상기 요오드화수소산 수용부가 위치하며, 하측내부가 빈공간이 형성되고 상부가 개방된 삼중원통으로 되며, 삼중원통의 빈공간에 상기 분리수단이 설치되고 상기 삼중원통의 상부를 덮개로 밀폐되는 것을 특징으로 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관.
  6. 제3항 내지 제4항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 원심분리기는 상부에 분리된 요오드화수소산과 황산이 각각 요오드화수소산 수용부와 제 2 황산 수용부로 각각 분리 수용되도록 분리판이 구비되며,
    상기 요오드화수소산 수용부는, 상기 원심분리기의 최외측 상부와 연통되고, 상기 분리판의 외측으로 분리된 요오드화수소산이 이동되도록 하는 요오드화수소산 유도판이 구비되며,
    상기 제 2 황산 수용부는 상기 원심분리기의 내측 상부와 연통되고, 상기 분리판의 내측으로 분리된 황산이 이동되도록 하는 황산 유도판이 구비되는 것을 특징으로 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 반응부는 황산을 물과 이산화황과 산소로 분해되는 것을 용이하도록 촉매층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 촉매층은 V2O5로 되는 것을 특징으로 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 원심분리기는 상기 변속기의 구동축에 구비된 베벨기어와 맞물리는 베벨기어가 구비된 종동축이 구비되어 작동되는 것을 특징으로 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 반응부의 온도는 800 내지 900℃인 것을 특징으로 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관.
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 반응부의 온도는 20 내지 110℃인 것을 특징으로 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관.
  12. 제 2항에 있어서,
    상기 제 3 반응부의 온도는 200 내지 700℃인 것을 특징으로 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관.
  13. 제10항 내지 제12항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 반응부, 상기 원심분리기 및 상기 제 2 반응부의 온도를 제어하기 위한 방열판 또는 냉각기가 구비되는 것을 특징으로 하는 열화학반응을 이용한 하이브리드 내연기관.
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