KR100666082B1 - 디젤엔진의 식물성 기름 가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식물성 기름을 수용하는 식물성 기름탱크와 경유를 수용하는 경유 탱크가 각각 설치되어 식물성 기름과 경유를 혼용하여 동력이 발생되도록 하는 디젤엔진의 식물성 기름 가열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 엔진을 경유한 냉각수 순환관 소정위치에 연결되어 엔진을 경유한 소정량의 냉각수를 일시적으로 체류되도록 하는 열교환기와; 상기 식물성 기름탱크의 식물성 기름이 열교환기를 통과하여 식물성 기름탱크로 회수되게 구성된 가열순환관과; 상기 가열순환관으로 식물성 기름을 압송하고 식물성 기름탱크로 회수되도록 가열순환관 소정위치에 설치된 제1펌프와; 상기 가열순환관 소정위치에 설치되어 가열순환관으로 압송되는 식물성 기름의 온도에 따라 제1펌프를 온/오프시키는 제1온도스위치를 포함한다.

따라서, 경유에 의하여 엔진이 착화되기 전, 후에 식물성 기름탱크 내의 식물성 기름(폐식물성 기름을 포함)이 예열하여 연료공급라인의 막힘현상을 예방함은 물론, 엔진으로 공급되는 식물성 기름을 항상 착화되기 용이한 조건이 되게 함으로써, 엔진의 시동이 걸린 후로부터 빠른 시간내에 식물성 기름을 연료로 사용할 수 있게 함과 더불어 식물성 기름의 불완전 연소를 최소화시키는 디젤엔진의 식물성 기름 가열장치를 제공한다.

Description

디젤엔진의 식물성 기름 가열장치{Fuel heating apparatus for Diesel engine}

도 1은 본 발명에 따른 연료공급 시스템의 제1실시예를 도시한 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 연료공급 시스템의 제2실시예를 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 연료공급 시스템의 제3실시예를 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 연료공급 시스템의 전체구성으르 개략 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101 : 식물성 기름탱크 102 : 경유탱크

103 : 엔진 104 : 열교환기

105 : 가열순환관 106 : 제1펌프

107 : 제1온도스위치 108 : 모세관

109 : 태양전지판 110 : 충방전지

111 : 저전력 세라믹 히팅소자

112 : 제2온도스위치 113 : 마이크로 연료전지

114 : 가열탱크 115 : 배터리

116 : 전기히터(Glow-plug) 117 : 방열부

118 : 제2펌프 119 : 오일순환관

120 : 제3온도스위치

본 발명은 식물성 기름을 수용하는 식물성 기름탱크와 경유를 수용하는 경유 탱크가 각각 설치되어 식물성 기름과 경유를 혼용하여 동력이 발생되도록 하는 디젤엔진의 식물성 기름 가열장치에 관한 것으로, 특히, 경유에 의하여 엔진이 착화되기 전, 후에 식물성 기름탱크 내의 식물성 기름(폐식물성 기름을 포함)이 예열하여 연료공급라인의 막힘현상을 예방함은 물론, 엔진으로 공급되는 식물성 기름을 항상 착화되기 용이한 조건이 되게 함으로써, 엔진의 시동이 걸린 후로부터 빠른 시간내에 식물성 기름을 연료로 사용할 수 있게 함과 더불어 식물성 기름의 불완전 연소를 최소화시키는 디젤엔진의 식물성 기름 가열장치를 제공한다.

일반적으로, 디젤엔진(이하, 엔진이라 한다)은 높은 연비와 출력 때문에 승용차, 트럭, 트렉터, 배 등의 엔진에 주로 사용되어 지금까지 폭 넓게 사용되고 있으며, 유럽은 이미 오래전부터 디젤 승용차가 보편화되어 사용되고 있는 실정이다.

그러나, 상기한 디젤엔진을 채택한 자동차의 경우에는 불안전 연소로 인하여 매연(미세먼지, 이산화황, 탄화수소, 질소) 등이 다량 발생하고, 이에 따라 환경오염의 주범으로 낙인되어 최근에는 디젤엔진에서 발생하는 매연을 줄이고자 하는 정책이 세계적으로 강화되고 있으며, 이미 유럽 및 선진국들은 디젤엔진을 채택한 차량의 배기가스 배출량을 엄격하게 규제하고 있는 실정이다.

상기한 디젤 자동차의 환경오염 심각성과 규제로 말미암아 세계의 선진국들은 경유를 대체할 연료를 연구하게 되었으며, 이러한 연구의 결과물로서 식물성 기름으로 만든 바이오디젤(식물성기름과 메탄올과 반응시켜 만든 연료)이라는 경유 대체연료가 개발되었으며, 이러한 친환경적 대체연료는 선진국등의 소비자들로부터 활발하게 사용되어 상용화되고 있다.

현재 국내의 민간업체에서도 상기한 바이오디젤과 같은 대체연료를 개발하여 보급하고자 하였으나 실질적인 기술력의 한계와 높은 원료의 생산단가로 그 연구성과가 기대치에 미치지 못하며 그 소비도 활성화되지 못하고 있는 실정이다.

특히, 품질기준안의 항목인 필터막힘점(Cold filter plugging point)은 겨울철의 바이오디젤의 응고방지품질 기준안으로서 이미 외국에서 국내 특허 등록된 응고 방지용 촉매제를 수입하여 연료제조 과정에 첨가하여야 하지만, 촉매제는 유체유로 생산하는 유럽의 바이오디젤만 해당되기 때문에 국내의 연료인 콩기름으로 만든 바이오디젤에는 적용하기 불가능하여 상용화에도 큰 걸림돌이 되고 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 본 출원인이 2005년 3월 21일자로 출원한 특허 제2005-0023031호 디젤엔진의 연료공급장치는 도 1에 도시한 바와 같다.

도 1에 도시된 본 출원인의 특허출원은 기본적으로 식물성 기름탱크(1)에서 히팅된 식물성 기름이 식물성 공급관(2)을 통해 엔진(3)으로 압송될 수 있는 구조 및 경유와 식물성 기름의 전환시점이 식물성 기름의 온도센싱에 의해 적절하게 선택전환될 수 있게 한 것이다.

그러나, 상기한 본 출원인의 특허출원에서도 식물성 기름를 가열하여 엔진 (3)에서 식물성 기름이 착화되기 좋은 조건을 만들어 줄 수는 있으나, 동절기에는 식물성 공급관(2)을 경유하는 과정에서 식물성 기름이 냉각될 우려도 있으며, 다소 냉각된 상태에서 엔진으로 공급되는 식물성 기름은 이미 착화되기 위한 최적의 조건이 형성되었다고는 볼 수 없는 상태이다.

따라서, 식물성 기름탱크(1)에서 냉각수에 의해 가열된 식물성 기름이 식물성 기름 공급관(2)을 경유하는 과정에서도 가열되거나 보온될 수 있도록 하는 구성조건을 구비하는 것이 바람직하다 할 수 있겠다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 폐식용유 등을 포함하는 식물성 기름이 연료공급과정에서 고형화되거나, 엔진에 경유가 착화된 후 빠른 시간내에 식물성 기름이 연료로 공급될 수 있도록 식물성 기름을 가열하여 전량 연료로 사용될 수 있도록 함으로써, 바이오디젤의 응고 방지용 촉매제를 사용하지 않고도 식물성 기름의 응고를 방지할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적은, 식물성 기름을 수용하는 식물성 기름탱크(101)와 경유를 수용하는 경유 탱크(102)가 각각 설치되어 식물성 기름과 경유를 혼용하여 동력이 발생되도록 하는 디젤엔진의 식물성 기름 가열장치에 있어서, 엔진(103)을 경유한 냉각수 순환관 소정위치에 연결되어 엔진(103)을 경유한 소정량의 냉각수를 일시적으로 체류되도록 하는 열교환기(104)와; 상기 식물성 기름탱크(101)의 식물성 기름이 열교환기(104)를 통과하여 식물성 기름탱크(101)로 회수되게 구성된 가열순환관 (105)과; 상기 가열순환관(105)으로 식물성 기름을 압송하고 식물성 기름탱크(101)로 회수되도록 가열순환관(105) 소정위치에 설치된 제1펌프(106)와; 상기 가열순환관(105) 소정위치에 설치되어 가열순환관(105)으로 압송되는 식물성 기름의 온도에 따라 제1펌프(106)를 온/오프시키는 제1온도스위치(107)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 식물성 기름 가열장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 식물성 기름탱크(101)의 내, 외부 중 적어도 어느 하나에 피복되는 단열재(도시하지 않음)를 더 포함하며, 상기 열교환기(104)의 수용공간을 통과하는 가열순환관(105)의 일단에서 분지(分枝)되었다가 타단에서 합지(合枝)되게 결합되는 다수개의 모세관(108)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 목적은, 식물성 기름을 수용하는 식물성 기름탱크(101)와 경유를 수용하는 경유 탱크(102)가 각각 설치되어 식물성 기름과 경유를 혼용하여 동력이 발생되도록 하는 디젤엔진의 식물성 기름 가열장치에 있어서, 차량의 소정위치에 설치되어 태양열을 전기로 변환시키는 태양전지판(109)과; 상기 태양전지판(109)에 전기적으로 연결되어 변환된 전기를 충방전하는 충방전지(110)와; 상기 식물성 기름탱크(101)에 내설되어 충방전지(110)에서 공급되는 전원으로 식물성 기름탱크(101) 내부의 식물성 기름을 가열하도록 된 저전력 세라믹 히팅소자(111)와; 상기 충방전지(110)와 저전력 세라믹 히팅소자(111) 사이에 설치되어 식물성 기름의 온도에 따라 저전력 세라믹 히팅소자(111)를 온/오프시키는 제2온도스위치(112)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 식물성 기름 가열장치에 의해서도 달성된다.

여기서, 상기 충방전지(110)와 병렬로 연결되는 마이크로 연료전지(113)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명의 목적은, 식물성 기름을 수용하는 식물성 기름탱크(101)와 경유를 수용하는 경유 탱크(102)가 각각 설치되어 식물성 기름과 경유를 혼용하여 동력이 발생되도록 하는 디젤엔진의 식물성 기름 가열장치에 있어서, 소정크기의 수용공간을 가지며, 소정량의 히팅용 오일이 수용된 가열탱크(114)와; 상기 가열탱크(114)에 결합되어 자동차의 이그니션홀더(도시하지 않음)가 온(ON) 되면, 자동차 배터리(115)의 전원으로 가열탱크(114) 내부의 히팅용 오일을 가열하도록 된 적어도 하나 이상의 전기히터(116)(Glow-plug)와; 상기 식물성 기름탱크(101)에 내장되어 가열된 히팅용 오일의 열을 방열하도록 된 방열부(117)와; 상기 방열부(117)와 가열탱크(114)를 연결하여 히팅용 오일이 유통되도록 하는 오일순환관(119) 소정위치에 결합되어 방열부(117)와 가열탱크(114)로 히팅용 오일이 순환되도록 하는 제2펌프(118)와; 상기 오일순환관(119) 소정위치에 설치되어 순환하는 히팅용 오일의 온도에 따라 제2펌프(118)를 온/오프시키는 제3온도스위치(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 식물성 기름 가열장치에 의해 달성된다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 실시예별로 도시한 도 2 내지 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1은 본 발명의 제1실시예를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 제2실시예를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 제3실시예를 도시한 도면이고, 도 4는 제1, 제2, 제3실시예가 모두 적용된 시스템을 전체도시한 블럭도로서, 본 발명 은 식물성 기름을 수용하는 식물성 기름탱크(101)와 경유를 수용하는 경유 탱크(102)가 각각 설치되어 식물성 기름과 경유를 혼용하여 동력이 발생되도록 하는 종래의 디젤엔진의 연료공급 시스템을 기본구성으로 하고 있다.

제1실시예는 도 1에 도시된 바와 같이 엔진(103)을 경유한 냉각수 순환관을 식물성 기름탱크(101)에 근접되도록 배관하고, 이 냉각수 순환관에는 엔진(103)에서 가열된(열교환 된)냉각수의 소정량이 일시 체류하도록 소정크기의 열교환기(104)가 설치되며, 이 열교환기(104)를 통과하는 냉각수는 도 1과 같이 라디에이터로 압송될 수도 있으나, 식물성 기름탱크(101)에 수용된 식물성 기름을 가열하기 위한 목적으로 재사용될 수도 있는 것으로 본 발명은 이를 한정하지 않는다.

한편, 상기 식물성 기름탱크(101)와 열교환기(104)에는 식물성 기름탱크(101)에 수용된 식물성 기름이 열교환기(104)를 통과하여 식물성 기름탱크(101)로 다시 회수될 수 있게 하는 가열순환관(105)이 도 1과 같이 구성되는 바, 상기 가열순환관(105)에는 식물성 기름탱크(101)의 식물성 기름을 열교환기(104)로 압송하고, 열교환기(104)의 냉각수와 열교환되어 가열되는 식물성 기름을 식물성 기름탱크(101)로 순환시키는 제1펌프(106)가 설치된다.

여기서, 상기 가열순환관(105)의 소정위치에는 가열순환관(105)으로 순환되는 식물성 기름의 온도를 감지하여 식물성 기름이 소정온도에 도달하면 제1펌프(106)를 오프(OFF)시키고, 가열순환관(105)으로 순환되는 식물성 기름의 온도를 감지하여 식물성 기름이 소정온도에 이르지 못하면 제1펌프(106)가 온(ON)상태를 유지할 수 있게 하는 제1온도스위치(107)(Thermal switch)를 설치하여 식물성 기름이 과열되는 것을 방지함과 동시에 식물성 기름탱크(101)에 수용된 식물성 기름이 엔진(103)에서 착화되기 용이한 조건을 항시 만족할 수 있는 상태가 유지되게 한다.

아울러, 상기 열교환기(104)를 통과하는 가열순환관(105)은 도 1에 도시된 바와 같이 식물성 기름이 다수개의 모세관(108)으로 분지(分枝)되도록 하여 식물성 기름이 열교환기(104)를 관통할 때, 열교환할 수 있는 표면적을 증대시켜 열교환 효율을 상승시키는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 가열순환관(105)으로부터 분지된 모세관(108)은 열교환기(104)를 통과하기 전에 가열순환관(105)에 다시 합지(合枝)된 후, 식물성 기름탱크(101)로 회수되게 한다.

즉, 엔진(103)에서 가열된 냉각수는 냉각수 순환관을 통해 열교환기(104)로 일시 수용되었다가 라디에이터(도시하지 않음)(또는 식물성 기름탱크(101)를 경유한 후)로 순환되는 바, 열교환기(104)를 통과하는 뜨거운 냉각수는 열교환기(104) 내부의 모세관(108)을 흐르는 식물성 기름과 열교환된 후(식물성 기름을 가열한 후), 라디에이터로 회수된다.

이때, 상기 모세관(108)에서 열교환된(가열된) 식물성 기름은 제1펌프(106)의 펌핑에 의해 식물성 기름탱크(101)로 회수되는 바, 상기한 바와 같이 여름철 또는 열교환기(104)에 의하여 식물성 기름이 소정의 온도까지 상승한 경우, 제1온도스위치(107)가 오프되면서 제1펌프(106)로 공급되는 전원을 차단하게 되므로, 제1펌프(106)가 가동중지되고, 이에 따라, 열교환기(104) 측으로는 식물성 기름탱크(101)의 식물성 기름이 공급되지 않게 되어 식물성 기름의 과열을 방지할 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 제2실시예는 도 2에 도시된 바와 같이 태양광을 수광하여 태양에너지를 전기에너지로 전환하는 태양전지판(109)을 태양광을 수광할 수 있는 차량의 소정위치에 설치하고, 이 태양전지판(109)에는 전기에너지로 변환된 전기를 충전할 수 있는 충방전지(110)를 전기적으로 연결한다.

아울러, 상기 식물성 기름탱크(101)의 내부에는 저전력으로 열을 발생시킬 수 있는 저전력 세라믹 히팅소자(111)를 내장설치하고, 이 저전력 세라믹 히팅소자(111)와 충방전지(110)를 전기적으로 연결하여 충방전지(110)에 충전된 전기가 저전력 세라믹 히팅소자(111)로 공급되게 함으로써, 저전력 세라믹 히팅소자(111)가 식물성 기름탱크(101)에 수용된 식물성 기름탱크(101)를 가열하도록 한다.

여기서, 상기 저전력 세라믹 히팅소자(111)에 대체될 수 있는 것으로는 히터코일(도시하지 않음)을 그 예로 들 수 있으며, 본 발명에서는 저전력 세라믹 히팅소자(111)를 실예로 채택결합하였으나, 제조시에는 전원공급으로 발열하도록 된 히팅용 코일을 사용하여도 무방하며, 이러한 전원공급에 의한 발열체는 그 채택결합이 용이한 것이므로 본 발명의 권리범위에 속한다고 보아야 한다.

이때, 상기 식물성 기름탱크(101)의 내부에는 제2온도스위치(112)를 설치하는 바, 이 제2온도스위치(112)는 저전력 세라믹 히팅소자(111)와 충방전지(110) 사이에 전기적으로 연결되어 식물성 기름의 온도가 소정온도까지 상승하면 이를 감지하여 저전력 세라믹 히팅소자(111)로 공급되는 충방전지(110)의 전원을 차단함으로써, 식물성 기름이 과열되는 것을 방지케 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 충방전지(110)에는 도 2에 도시된 바와 같이 메탄올(113a)과 연료전지판(113b)으로 구성된 마이크로 연료전지(113)를 병렬로 연결하여 태양광이 없는 경우에도 저전력이 충방전지(110)로 공급되게 하거나 저전력 세라믹 히팅소자(111)로 공급되도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 엔진(103)의 시동이 걸리지 않은 상태에서는 태양을 이용한 태양전지판(109)의 전력을 이용하여 평상시에도 식물성 기름탱크(101) 내부의 식물성 기름을 가열하되, 식물성 기름이 소정온도에 도달하면, 제2온도스위치(112)를 오프시켜 과열를 방지하고, 태양광이 없을 경우라도, 마이크로 연료전지(113)에 의하여 저전력이 항상 저전력 세라믹 히팅소자(111)에 공급될 수 있게 함으로써, 식물성 기름이 엔진(103)에서 착화되기 용이한 조건을 만족하게 한다.

한편, 본 발명의 제3실시예는 도 3에 도시된 바와 같이 식물성 기름탱크(101)에 인접한 위치에 히팅용 오일을 소정량 수용하도록 된 가열탱크(114)를 설치하고, 이 가열탱크(114)에는 자동차 배터리의 전원으로 가열탱크(114) 내부의 히팅용 오일을 가열하도록 10초 이내에 950℃~1,000℃로 온도로 가열되는 전기히터(116)(Glow-plug)를 적어도 하나 이상 도 3과 같이 설치한다.

그리고, 상기 식물성 기름탱크(101)의 내부에는 가열탱크(114)에서 가열된 히팅용 오일이 식물성 기름과 열교환할 수 있도록 다수개의 방열판이 형성된 방열부(117)를 내장설치한다.

여기서, 상기 방열부(117)와 가열탱크(114)는 히팅용 오일이 유통되도록 오일순환관(119)으로 연결되어 있으며, 이 오일순환관(119)에는 히팅용 오일을 순환 시키는 제2펌프(118)가 설치된다.

그리고, 상기 오일순환관(119) 소정위치에는 제3온도스위치(120)를 설치하 히팅용 오일의 온도를 감지하게 하고, 히팅용 오일의 온도에 따라 제2펌프(118)를 온/오프시키도록 제2펌프(118)와 제3온도스위치(120)를 전기적으로 연결한다.

따라서, 상기 전기히터(116)로 공급되는 배터리의 전원은 자동차의 이그니션홀더와 연결되어 키가 온되면 배터리의 전원이 전기히터(116)로 공급되고, 전기히터(116)에 의해 히팅용 오일이 일정한 온도에 도달하면 제3온도스위치(120)가 온되어 제2펌프(118)를 가동시키고, 이에 따라 가열된 히팅용 오일이 방열부(117)로 압송되어 식물성 기름탱크(101)의 식물성 기름과 열교환하게 된다.

여기서, 상기 히팅용 오일의 온도가 올라가거나 내려가면 제3온도스위치(120)는 자동으로 온/오프를 반복하게 됨으로써, 식물성 기름의 과열이 방지되게 한다.

상기한 제1, 제2, 제3실시예를 도 4에 도시된 바와 같이 하나의 시스템에 모두 적용하여 열효율 및 식물성 기름의 착화효율 및 연비효율을 상승시키도록 하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 본 발명은 냉각수, 태양열을 이용한 저전력 세라믹 히팅소자 및 히팅오일을 식물성 기름과 열교환시켜 식물성 기름이 예열되도록 함으로써, 연료공급라인의 막힘현상을 제거하여 연료공급 시스템을 안정화하고, 엔진에는 착화되기 용이한 조건으로 된 양질의 식물성 기름이 공급될 수 있게 하여 불완전 연 소를 최소화하여 연비를 좋게 하였으며, 특히, 식물성 기름의 예열은 겨울철에 발생하는 식물성 기름의 고형화에 따른 응고현상을 방지할 수 있어 외국의 개발품인 바이오디젤의 응고 방지용 촉매제를 대체할 수 있어 응고 방지용 촉매제의 수입에 소비되는 외화를 절약할 수 있으며, 저렴한 비용으로도 식물성 기름을 디젤엔진에 활용할 수 있게 하여 식물성 기름과 경유가 혼용되는 디젤엔진을 보편적으로 상용화할 수 있는 효과를 가진다.

Claims (6)

1. 식물성 기름을 수용하는 식물성 기름탱크와 경유를 수용하는 경유 탱크가 각각 설치되어 식물성 기름과 경유를 혼용하여 동력이 발생되도록 하는 디젤엔진의 식물성 기름 가열장치에 있어서,

   엔진을 경유한 냉각수 순환관 소정위치에 연결되어 엔진을 경유한 소정량의 냉각수를 일시적으로 체류되도록 하는 열교환기와;

   상기 식물성 기름탱크의 식물성 기름이 열교환기를 통과하여 식물성 기름탱크로 회수되게 구성된 가열순환관과;

   상기 가열순환관으로 식물성 기름을 압송하고 식물성 기름탱크로 회수되도록 가열순환관 소정위치에 설치된 제1펌프와;

   상기 가열순환관 소정위치에 설치되어 가열순환관으로 압송되는 식물성 기름의 온도에 따라 제1펌프를 온/오프시키는 제1온도스위치와;

   상기 상기 열교환기의 수용공간을 통과하는 가열순환관의 일단에서 분지(分枝)되었다가 타단에서 합지(合枝)되게 결합되는 다수개의 모세관을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 식물성 기름 가열장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

Images