KR101058242B1 - 연소기관의 연료 활성화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소기관의 연료 활성화 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 연소기관의 엔진 또는 버너와 연료탱크 사이에 설치되어 연료가 통과되도록 하는 적어도 하나 이상의 연료 활성화 탱크; 상기 연료 활성화 탱크의 내부에 구비되는 메쉬(Mesh) 형태의 기공판; 상기 기공판의 상부 또는 하부에 배치되며 상기 연료를 활성화시키는 복수 개의 연료 활성화 광물질; 상기 연료 활성화 탱크에 설치되며 상기 연료에 초음파를 주입하는 초음파 전달모듈; 및 상기 연소기관에 부착되며 초음파를 생성하여 상기 초음파 전달모듈에 전달하는 초음파 발진모듈을 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 연소기관의 연료 활성화 장치에 따르면, 연료 활성화 광물질 방사체에서 발생되는 적외선 또는 원적외선이 연료유입구를 따라 각각 공급되는 연료와 공기를 활성화시킴으로써, 연료와 공기의 상호 혼합 작용을 증대시켜 연료가 완전연소 하도록 하여 내연 및 외연기관의 효율성을 확대하고 연료를 절감할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치는, 인젝션 노즐과 엔진 또는 버너 사이에 적어도 하나 이상의 연료 활성화 탱크를 위치시키고, 연료 활성화 탱크의 내부를 통과하는 연료에 순간적인 초음파를 가함과 동시에 기화 전 연료가 내장된 연료 활성화 광물질 부재를 통과하도록 함으로써, 버너나 엔진의 연소실 내로 공급되는 연료를 활성화시키고 산소량을 극대화하여 연료 소비를 최소화하며, 불완전 연소를 감소시켜 질소산화물, 황산 화합물, 일산화탄소와 같은 공해물질의 배출을 낮춤으로써 환경오염을 줄일 수 있다.

Description

연소기관의 연료 활성화 장치{A VITALIZING FUEL APPARATUS FOR COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 연소기관의 연료 활성화 장치에 관한 것으로서, 특히 내연기관이나 외연기관의 연소실 내로 공급되는 연료의 혼합, 연소 촉진 및 산소량 공급의 효율을 극대화하여 연료 소비를 절약하며, 연료를 분쇄한 후 융합하여 불완전 연소를 최소화함으로써 공해물질의 배출을 낮춰 환경오염을 줄이는 연소기관의 연료 활성화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 내연 및 외연기관의 연료는 엔진이나 버너로부터 연소하여 배기가스로 배출되며, 이때 일산화탄소, 미연소 탄화수소, 질산화합물 등의 유해물질이 발생한다. 이러한 유해물질은 입자상 물질이라고도 하며, 황산염(sulfate)과 고비점 탄화수소(VOC2)와 같은 오염 물질을 포함하는 평균 지름 0.3㎛ 정도의 탄소립자로서, 특히 디젤엔진 내에서의 경유의 불완전 연소에 기인한다.

이와 같이 배기가스에서 배출되는 입자상 물질은, 대기오염을 발생시키는 가장 주된 원인으로 규명되었으며, 시각적 불쾌감과 악취로 체감 대기 오염도를 높일 뿐만 아니라, 천식 및 폐암의 발병 원인으로서 유해성이 매우 커서 인체 외의 가축이나 식물에도 많은 문제를 일으키는 것으로 알려져 있다. 따라서 내연 및 외연기관에서 배출되는 입자상 물질에 대한 환경 규제가 날로 강화되는 추세이나, 아직 매연을 줄일 수 있는 동시에 연료를 절감하여 경제성을 갖는 장치에 관한 기술은 개발 진행 단계에 머물러 있다.

최근에는, 내연기관인 엔진의 배기 측에서 매연을 줄이기 위한 기술이 제안되고 있지만, 엔진에서 배기되는 탄화수소(hydrocarbon), 황산화물(sulfur oxides), 일산화탄소(carbon monoxide) 등의 양이 많을 경우에는 배기관이나 머플러 등을 통한 후처리 장치만으로는 유해가스를 충분히 정화하지 못한다는 문제점이 있다.

또한 연소성능을 개선하여 입자상 물질을 줄이는 기술도 개발되고 있으나, 이는 현재의 엔진기술 수준으로는 만족할 만한 효과를 얻어내지 못하고 있으며, 연료 첨가제를 사용하여 입자상 물질을 줄이는 것은 연료 첨가제의 성분에 의해 2차 오염이 유발될 수 있고 경제성이 좋지 못하다는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 연료 활성화 광물질 방사체에서 발생되는 적외선 또는 원적외선이 연료유입구를 따라 각각 공급되는 연료와 공기를 활성화시킴으로써, 연료와 공기의 상호 혼합 작용을 증대시켜 연료가 완전연소 하도록 하여 내연 및 외연기관의 효율성을 확대하고 연료를 절감할 수 있는 연소기관의 연료 활성화 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 인젝션 노즐과 엔진 또는 버너 사이에 적어도 하나 이상의 연료 활성화 탱크를 위치시키고, 연료 활성화 탱크의 내부를 통과하는 연료에 순간적인 초음파를 가함과 동시에 기화 전 연료가 내장된 연료 활성화 광물질 부재를 통과하도록 함으로써, 버너나 엔진의 연소실 내로 공급되는 연료를 활성화시키고 산소량을 극대화하여 연료 소비를 최소화하며, 불완전 연소를 감소시켜 질소산화물, 황산 화합물, 일산화탄소와 같은 공해물질의 배출을 낮춤으로써 환경오염을 줄일 수 있는 연소기관의 연료 활성화 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른, 연소기관의 연료 활성화 장치는,

연소기관의 엔진 또는 버너와 연료탱크 사이에 설치되어 연료가 통과되도록 하는 적어도 하나 이상의 연료 활성화 탱크;

상기 연료 활성화 탱크의 내부에 구비되는 메쉬(Mesh) 형태의 기공판;

상기 기공판의 상부 또는 하부에 배치되며 적외선을 이용하여 상기 연료를 활성화시키는 복수 개의 연료 활성화 광물질;

상기 연료 활성화 탱크에 설치되며 상기 연료에 초음파를 주입하는 초음파 전달모듈; 및

상기 연소기관에 부착되며 초음파를 생성하여 상기 초음파 전달모듈에 전달하는 초음파 발진모듈을 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 연료 활성화 탱크는,

상기 연료탱크로부터 상기 연료가 주입되는 연료유입구; 및

상기 초음파 전달모듈에 의하여 초음파를 받고 상기 연료 활성화 광물질에 의하여 활성화된 연료가 상기 엔진 또는 버너로 배출되도록 하는 연료배출구를 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게는,

상기 연료유입구 또는 상기 연료배출구에 설치되어, 상기 연료에 포함된 이물질을 걸러내는 거름필터를 더 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게는,

상기 연료탱크와 상기 연료유입구를 연결하는 연료 주입관;

상기 연료 주입관에 연결되며, 상기 연료탱크의 상기 연료가 상기 연료 활성화 탱크를 거치지 않고 상기 엔진 또는 버너에 전달되도록 하는 연료 우회관;

상기 연료 활성화 탱크에 이상이 발생한 경우, 상기 연료가 상기 연료 우회관만을 따라 상기 엔진 또는 버너에 전달되도록 상기 연료 주입관을 차단하는 전환밸브; 및

상기 연료 활성화 탱크의 이상을 감지하여 상기 전환밸브를 조절하는 이상 감지 모듈을 포함할 수 있다.

바람직하게는,

상기 연료유입구 및 상기 연료배출구에 설치되는 벤투리를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 연료 활성화 탱크는,

상기 기공판 및 상기 연료 활성화 광물질이 배치되는 상부 연료 활성화 탱크; 및

상기 초음파 전달모듈 및 상기 초음파 발진모듈이 설치되는 하부 연료 활성화 탱크를 포함할 수 있다.

바람직하게는,

상기 연료 활성화 탱크는, 복수 개로 구성되며,

상기 기공판 및 상기 연료 활성화 광물질과, 상기 초음파 전달모듈 및 상기 초음파 발진모듈이 각각 상이한 상기 연료 활성화 탱크에 별도로 구비될 수 있다.

더욱 바람직하게는,

상기 연료가 상기 기공판 및 상기 연료 활성화 광물질이 구비된 상기 연료 활성화 탱크와, 상기 초음파 전달모듈 및 상기 초음파 발진모듈이 구비된 상기 연료 활성화 탱크 중 어느 하나의 상기 연료 활성화 탱크에만 공급되도록 하거나, 또는 각 연료 활성화 탱크에 공급되는 연료의 비율을 조절하는 활성화 모드 선택 모듈을 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 제안하고 있는 연소기관의 연료 활성화 장치에 따르면, 연료 활성화 광물질 방사체에서 발생되는 적외선 또는 원적외선이 연료유입구를 따라 각각 공급되는 연료와 공기를 활성화시킴으로써, 연료와 공기의 상호 혼합 작용을 증대시켜 연료가 완전연소 하도록 하여 내연 및 외연기관의 효율성을 확대하고 연료를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치는, 인젝션 노즐과 엔진 또는 버너 사이에 적어도 하나 이상의 연료 활성화 탱크를 위치시키고, 연료 활성화 탱크의 내부를 통과하는 연료에 순간적인 초음파를 가함과 동시에 기화 전 연료가 내장된 연료 활성화 광물질 부재를 통과하도록 함으로써, 버너나 엔진의 연소실 내로 공급되는 연료를 활성화시키고 산소량을 극대화하여 연료 소비를 최소화하며, 불완전 연소를 감소시켜 질소산화물, 황산 화합물, 일산화탄소와 같은 공해물질의 배출을 낮춤으로써 환경오염을 줄일 수 있다.

도 1은 베인을 사용하는 종래의 연료 혼합기를 나타내는 도면.
도 2는 자성체를 이용한 종래의 연료 혼합기를 나타내는 도면.
도 3은 자성체를 이용한 종래의 연료 혼합기를 나타내는 도면.
도 4는 원적외선 물질을 이용한 종래의 연료 혼합기를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치의 구조도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치의 구조도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치의 연료 활성화 탱크 구성을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치의 연료 활성화 탱크 구성을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치에서 연료의 흐름을 나타내는 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

일반적으로 내연 및 외연기관과 같은 연소기관에 사용되는 연료는 대부분 액체 또는 기체상태의 유체로 되어 있으며, 이 유체상태의 연료를 연소시켜 필요한 운동에너지와 열에너지를 얻는 방식을 사용한다. 그러나 현재까지 개발된 연소기관은 대부분 열효율이 높지 않은데, 이는 연료가 연소하면서 발생하는 열량이 연소기관이나 피가열물에 충분히 전달되지 못하며, 또한 연료가 완전하게 연소하지 못하고 불완전 연소하기 때문이다.

특히 승용차에서 주로 사용되고 있는 휘발유나 경유와 같은 액체 연료의 경우, 연소를 위해서 필연적으로 공기와 혼합되어 기체 상태로 변환되어야 하므로, 일반적으로 연료와 공기를 혼합하는 혼합기를 사용하고 있다. 혼합기는, 빠른 공기의 흐름 속에 액체 연료를 분사 주입시킴으로써 액체 연료를 기체화하는 강제적 혼합 방식, 또는 액체 연료를 연소실에 고르게 확산시켜 연소 상태를 높이는 방식을 사용한다.

그러나 이와 같은 혼합기는 근본적으로 액체 연료의 분자를 공기와 충분히 혼합하지 못하기 때문에, 연료가 불완전 연소함에 따라 연료가 갖고 있던 고유의 열량을 완전하게 획득하지 못한다. 즉 대부분의 연소기관에서는 불완전 연소로 인해 열효율이 약 60~70% 정도에 불과하다.

이미 물리학에서 알려져 있는 바와 같이, 모든 물체를 이루는 각각의 원자는 그 원자 구조의 최외각에 배치된 전자의 배열상태에 따라 고유의 전자기력이 있고, 이 전자기력의 크기에 따라 원자 및 분자 상호 간의 결속 상태를 결정짓는 인력이 달라지며, 이 인력의 세기에 따라 해당하는 물체의 상태가 고체, 액체 또는 기체로 구분된다. 따라서 연료를 강제 분사시켜도 원자 및 분자 사이의 인력으로 인해 연료의 입자가 완전하게 분자상태로 분쇄되지 못하며, 여러 개의 연료분자가 뭉쳐있는 연료입자 덩이를 공기가 둘러싸고 있는 형태로 혼합하게 되므로, 개개의 연료분자에 공기분자가 완전히 접촉하지 못하게 된다. 그 결과 연료가 연소할 때 공기에 직접 접촉하고 있지 못한 연료는 연소하지 않게 되므로 불완전 연소가 일어나며, 이는 기존의 혼합기로는 해소할 수 없는 문제점이다.

이와 같이 연소기관에서 연료의 불완전 연소가 일어나기 때문에, 연료의 투입량에 비해 충분한 에너지를 발생시킬 수가 없으며, 또한 이산화질소나 일산화탄소와 같은 공해물질이 배출되어 공해를 일으킨다. 또한, 충분한 동력을 얻기 위해서는 큰 엔진을 사용하여야 하므로 연료소모가 많아지게 되며, 운송수단의 경우 불필요한 이상진동이 발생하여 차체에 악영향을 미치게 된다.

따라서 유체상태의 연료가 공기와 충분하게 혼합되지 못함으로 인하여 불완전 연소가 이루어지는 문제를 해결하기 위해, 종래 여러 가지의 해결책이 제시되어 왔으나, 현재까지 제시된 해결책들은 모두 실용화되지 못하고 있는 실정이다.

도 1은 베인을 사용하는 종래의 연료 혼합기를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 베인을 사용하는 종래의 연료 혼합기(특허공고 제10-1996-0009209호)는, 공기와 연료가 통과할 수 있도록 하는 축관의 내부에 베인(vane)이 끼워진 회전자가 설치되며, 축관의 길이방향을 따라 그 내부에 다수 개의 수직날개가 설치된 구조로서, 수직날개와 베인이 공기의 흐름을 와류로 만들면서 연료와 공기를 미립화시켜 완전 연소를 유도한다.

이러한 구조의 연료 혼합기는, 와류를 형성시켜 연료가 공기와 충분하게 접촉되게 함으로써 연료의 완전 연소를 도모하고자 하나, 엔진이 가동될 때 발생하는 강한 부압에 따른 흡입력으로 흡입되는 연료가, 회전자와 수직날개 등에 의해 유동저항을 받게 되기 때문에 오히려 엔진의 가동 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.

도 2 및 도 3은 자성체를 이용한 종래의 연료 혼합기를 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 자성체를 이용한 종래의 연료 혼합기(특허공고 제10-1995-0011695호, 특허공고 제10-1996-0009208호)는, 연료와 공기가 통과할 수 있도록 튜브 형상으로 설치된 연료 안내관의 내부에 연료 활성 부재가 길이방향을 따라 삽입 설치되고, 이 연료 안내관에 링 형상의 자화 부재와 자장조절판 및 자성체가 결합되며, 엔진의 연료 공급관에 끼워 설치 사용할 수 있도록 하는 장치이다.

이러한 구조는, 연료 안내관을 따라 유동하는 연료와 공기를, 자화 부재와 자장조절판 및 자성체에 의해 발휘되는 자기장을 이용하여 자화 및 이온화시키며, 연료 활성화 부재를 통해 난류화 및 이온 분해하여 완전 연소를 유도하는 방식이다. 그러나 이 장치는 연소기관에 연결되어 있는 본래의 연료 공급관을 절단하고 이 장치의 양쪽 선단에 각각 연결하여야 하므로, 도 1에서 설명한 베인을 사용하는 종래의 연료 혼합기의 문제점을 그대로 나타내게 된다.

또한 이 장치는, 자화 부재만으로는 완전연소를 이룰 수 있는 정도로 충분하게 연료를 미세화시킬 수 없기 때문에, 연료가 통과하는 경로의 중간에 길이방향을 따라 별도로 스크루모양의 연료 활성화 부재를 추가 설치하여 사용하는데, 이로 인하여 연료의 유동에 저항이 생겨 엔진의 가동상태를 정상적으로 유지하지 못하게 된다는 문제점이 있다.

도 4는 원적외선 물질을 이용한 종래의 연료 혼합기를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 원적외선 물질을 이용한 종래의 연료 혼합기(특허등록 제10-0301676호)는, 공기 흡입구 또는 연료유입구의 외주면을 따라 미분말상의 원적외선 물질을 부직포에 젤라틴으로 접착시켜서 원적외선 방사 층을 형성하고, 원적외선 방사 층의 이면에 외부의 열을 차폐하여 보온 역할을 하는 단열층을 성층하며, 단열층의 이면에 원적외선 방사 층으로부터 방사된 원적외선이 외부로 방사되는 것을 막는 금속 차폐층을 성층함으로써 연료를 활성화하여 완전 연소를 일으키고자 하나, 이는 원적외선 물질을 밴드 형태로 사용하기 때문에 연료와 원적외선이 직접적으로 접촉하지 않아 효율성이 떨어진다는 문제점이 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치의 구조도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치(10)는, 연료 활성화 탱크(100), 기공판(200), 연료 활성화 광물질(300), 초음파 전달모듈(400), 초음파 발진모듈(500), 연료 주입관(600), 거름필터(700)를 포함하여 구성될 수 있다.

연료 활성화 탱크(100)는, 적어도 하나 이상으로서, 연소기관의 엔진 또는 버너와 연료탱크 사이에 설치되어 연료가 통과되도록 한다. 이때 연료 활성화 탱크(100)의 내부에 연료 활성화 광물질(300) 및 초음파 전달모듈(400)을 구비함으로써, 연료를 활성화시켜 연료와 공기가 완전 혼합되어 완전 연소가 일어날 수 있도록 한다.

또한 연료 활성화 탱크(100)를 상부와 하부로 구분하여, 상부 연료 활성화 탱크(130)에는 연료 활성화 광물질(300) 및 기공판(200)을 투입하고, 하부 연료 활성화 탱크(140)에는 초음파 전달모듈(400) 및 초음파 발진모듈(500)을 설치함으로써, 연료가 초음파를 받아 미립자화 된 후 연료 활성화 광물질(300)에 의한 활성화가 될 수 있도록 한다. 이 경우 상부 연료 활성화 탱크(130)와 하부 연료 활성화 탱크(140)는 용접, 리벳, 볼트 결합으로 연결되며, 연료의 누수를 막기 위하여 연결 부분에 패킹 부재(도시하지 않음)를 사용할 수 있다.

연료 활성화 탱크(100)는, 연료탱크로부터 연료가 주입되는 연료유입구(110), 연료 활성화 광물질(300)에 의하여 활성화되고 초음파 전달모듈(400)에 의하여 초음파를 받은 연료가 엔진 또는 버너로 배출되도록 하는 연료배출구(120)를 포함할 수 있다. 연료유입구(110)는 연료 주입관(600)과 연결되며, 연료유입구(110)와 연료배출구(120)에는 벤투리(도시하지 않음)가 설치되어 연료의 속도를 높이고 압력을 낮출 수 있다.

기공판(200)은, 메쉬(Mesh) 형태이며 연료 활성화 탱크(100)의 내부에 구비된다. 기공판(200)은 연료 활성화 광물질(300)의 격막기능을 하며, 초음파 전달모듈(400)에 의하여 발생하는 초음파의 유동에 의해 연료 활성화 광물질(300)이 연료 활성화 탱크(100)의 내부에서 손상되는 것을 방지한다.

연료 활성화 광물질(300)은, 복수 개로서 기공판(200)의 상부 또는 하부에 배치되며 연료를 활성화시킨다. 연료 활성화 광물질(300)은, 다공질의 경량 광물질로 생체 친화성이며, 화산석(volcanic rock), 게르마늄(germanium), 황토(burnt ocher), 맥반석(elvan), 제오라이트(zeolite), 견운모(sericite), 바이오세라믹스 (bioceramics), 활석(taic), 셀레늄(selenium), 망간(manganese), 토르말린(tourmaline), 수정(quartz), 산화타이타늄(titanium dioxide), 탄산리튬(lithium carbonate), 이산화규소(silicon dioxide), 알루미나(aluminum), 규사(quartz sand), 마그네슘(magnesium), 산화칼슘(calcium oxide), 또는 산화칼륨(potassium oxide)을 포함할 수 있고, 압축이나 소성, 사출, 성형과 같은 과정을 거친 후 원형, 타원형, 각형 등의 일정한 형태로 만들어 연료 활성화 탱크(100)에 주입할 수 있다.

또한 연료 활성화 광물질(300)은, 적외선 및 원적외선이 방사되는 자연석을 열처리하여 사용할 수 있으며, 또는 방사되는 적외선 및 원적외선의 특징을 임의로 조정할 수 있도록 하기 위해 금속산화물을 특정비율로 배합하고 이를 적정 온도로 소성하여 사용할 수 있다. 이러한 연료 활성화 광물질(300)은, 상온에서도 충분히 적외선이 방사되나, 열이 가해질 경우에는 평상시보다 방사율이 월등히 증대될 수 있다.

이와 같이 연료 활성화 광물질(300)은 연료에 적외선 및 원적외선을 방사하여, 연료를 활성화시키게 된다. 이때 원적외선은, 파장이 15㎛ 이상인 영역으로서, C, N, O 등의 분자골격의 변각진동, 무거운 원자가 관여하는 신축이나 변각진동, 배위 결합이나 이온결합 또는 수소결합에 의한 분자 내 회전진동이 나타나며, 저 주파수 영역에서는 약한 분자 간의 상호작용에 기인하는 진동이 나타나게 되는데, 이로 인하여 분자들 간의 상호작용 및 미세한 고유진동이 활성화될 수 있다.

따라서 연료 및 공기에 원적외선을 가하면, 유류의 탄화수소분자가 갖는 고유진동이 공명을 일으키면서 그 진동의 폭이 증폭되고, 또한 공기 중의 분자들의 진동도 증폭되면서, 공기와 연료가 원활하게 혼합되게 된다. 결과적으로 탄소와 수소로 분리된 연료입자의 주변에 공기가 둘러싸면서 완전한 연소를 이룰 수 있게 되므로 연료효율이 높아지며, 인체나 환경에 유해한 공해가 발생하지 않도록 할 수 있다.

초음파 전달모듈(400)은, 연료 활성화 탱크(100)에 설치되며 연료에 초음파를 주입한다. 초음파를 받은 연료는 미립자 형태로 잘게 쪼개지기 때문에, 연료 활성화 광물질(300)에 의한 활성화 효과를 보다 효율적으로 누릴 수 있다.

초음파 발진모듈(500)은, 연소기관에 부착되며 초음파를 생성하여 초음파 전달모듈에 전달한다. 인버터를 이용하여 초음파를 발생시키며, 외연기관인 보일러나 터빈의 경우 교류 전류를 그대로 사용할 수 있으며, 자동차에 이용되는 내연기관의 경우 직류전원을 교류전원으로 변환하여 사용할 수 있다.

연료 주입관(600)은, 연료탱크와 연료유입구(110)를 연결한다. 연료가 이송될 수 있다면 어떠한 형태로도 제작할 수 있으나, 일반적으로 원통형을 사용할 수 있다. 또한 연료 주입관(600)에는, 연료 활성화 탱크(100)에 문제가 발생할 경우를 대비하여 연료 우회관(도 6의 800)이 별도로 연결될 수 있다.

거름필터(700)는, 연료유입구(110) 또는 연료배출구(120)에 설치되어, 연료에 포함된 이물질을 걸러낸다. 연료 활성화 광물질(300)이나 초음파 전달모듈(400)에 의하여 연료를 충분히 활성화시킬 수 있다고 하더라도, 연료의 이물질을 제거하는 것을 어려우므로, 거름필터(700)를 별도로 설치하여 이물질을 걸러내는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치의 구조도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치(10)는, 연료 활성화 탱크(100)의 기능이 손상될 경우를 대비하여, 연료 우회관(800), 전환밸브(900), 이상 감지 모듈(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.

연료 우회관(800)은, 연료 주입관(600)에 연결되며, 연료탱크의 연료가 연료 활성화 탱크(100)를 거치지 않고 엔진 또는 버너에 전달되도록 한다. 연료 활성화 탱크(100)에 이상이 발생한 경우에도 연료를 연료 활성화 탱크(100)에 주입하는 것은, 오히려 연료를 활성화시키지 못하고 엔진 효율을 떨어뜨릴 수 있으므로, 필요한 경우 연료를 우회시켜 엔진에 전달하여야 한다. 따라서 본 발명은 연료 주입관(600)에 연료 우회관(800)을 연결할 수 있으며, 전환밸브(900)와 이상 감지 모듈을 통하여 연료 우회관(800)의 사용을 제어할 수 있다.

전환밸브(900)는, 연료 활성화 탱크(100)에 이상이 발생한 경우, 연료가 연료 우회관(800)만을 따라 엔진 또는 버너에 전달되도록 연료 주입관(600)을 차단한다. 연료 활성화 탱크(100)가 원활하게 작동하는 경우에는, 연료 주입관(600)을 개방하여 연료가 연료 활성화 탱크(100)에 주입되도록 하며, 연료 활성화 탱크(100)에 문제가 발생하였을 경우에는, 연료 주입관(600)을 밀폐하여 연료가 우회하여 엔진에 전달될 수 있도록 한다. 따라서 전환밸브(900)는 연료 주입관(600)에 설치되되, 연료 우회관(800)을 차단하지 못하는 위치에 설치되어야 한다. 이때 전환밸브(900)로 로터리 밸브를 사용할 수 있으며, 전환밸브(900)의 연료 주입관(600) 차단 여부는 이상 감지 모듈(도시하지 않음)에 의하여 제어된다.

이상 감지 모듈(도시하지 않음)은, 연료 활성화 탱크(100)의 이상을 감지하여 전환밸브(900)를 조절한다. 연료 활성화 탱크(100)의 이상은 이물질 감지, 기능 손상, 본체 파열, 크랙 발생, 연료 활성화 광물질(300) 이탈, 초음파 전달모듈(400) 고장, 초음파 발진모듈(500) 손상 등 원활하게 원료를 활성화시키지 못하는 모든 상황을 포함하며, 다만 원료 활성화 기능이 다소 손상되었더라도, 연료를 직접 엔진에 전달하는 것보다는 개선된 성능을 유지하는 경우에는, 전환밸브(900)를 차단하지 않을 수 있다.

이상 감지 모듈은 이상을 감지하고 전환밸브(900)를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 연소기관을 사용하는 사용자에게 이상 감지를 알림으로써 연료 활성화 탱크(100)를 점검 또는 수리하도록 할 수 있다. 이때 표시 모듈(도시하지 않음)을 별도로 사용할 수 있으며, 표시 모듈은 모니터, LED 디스플레이 등 문자 또는 그래픽이 도시되어 연료 활성화 장치의 이상 여부가 사용자에게 정확히 전달될 수 있는 역할만 한다면 어떠한 장치도 이용 가능하다. 물론 이상 감지 모듈은, 이상이 발견되지 않더라도 표시 모듈을 사용하여 연료 활성화 탱크(100)의 작동 상태를 사용자에게 고지할 수 있다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치의 연료 활성화 탱크 구성을 나타내는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치(10)는, 연료가 1개의 연료 활성화 탱크(100) 내에서 초음파에 의해 미립자로 분해된 후 연료 활성화 광물질(300)에 의해 활성화되도록 할 수 있으며, 반면 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치(10)의 연료 활성화 탱크(100)를 복수 개로 구성하고, 기공판(200) 및 연료 활성화 광물질(300)과, 초음파 전달모듈(400) 및 초음파 발진모듈(500)이 각각 상이한 연료 활성화 탱크(100)에 별도로 구비되도록 할 수 있다.

즉 도 8과 같은 경우, 본 발명은 연료가 초음파에 의하여 미립자로 분해되거나, 연료 활성화 광물질(300)에 의하여 활성화되는 것 중 어느 하나를 선택할 수 있으므로, 연료 활성화를 효율적으로 수행할 수 있다. 물론 연료가 초음파 전달모듈(400)이 구비된 연료 활성화 탱크(100)를 거친 후, 연료 활성화 광물질(300)이 구비된 연료 활성화 탱크(100)를 통과하도록 할 수 있으며, 이와 같이 본 발명은 연료의 활성화 과정을 자유롭게 조절함으로써, 연료의 종류에 따라 최적화된 활 상태를 만들어낼 수 있다.

또한 본 발명의 일실시예에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치(10)는, 활성화 모드 선택 모듈(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 활성화 모드 선택 모듈은, 연료가 기공판(200) 및 연료 활성화 광물질(300)이 구비된 연료 활성화 탱크(100) 또는 초음파 전달모듈(400) 및 초음파 발진모듈(500)이 구비된 연료 활성화 탱크(100) 중 어느 하나의 연료 활성화 탱크(100)에만 공급되도록 하거나, 또는 각 연료 활성화 탱크(100)에 공급되는 연료의 비율을 조절한다. 이때 활성화 모드 선택 모듈은 연료의 활성화 정도를 직접 계측하여 자동으로 연료의 흐름을 조절하거나, 또는 사용자에 의하여 수동으로 연료의 흐름을 조절할 수 있다. 따라서 본 발명은 활성화 모드 선택 모듈을 사용함으로써, 연소기관의 사용자가 용이하게 연료의 활성화 과정을 조절할 수 있도록 한다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치에서 연료의 흐름을 나타내는 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치(10)는, 연료 주입관(600)을 통해 연료탱크로부터 연료 활성화 탱크(100)에 연료가 주입되면, 연료는 초음파 발진모듈(500)에서 발생되는 초음파를 초음파 전달모듈(400)을 통하여 입력받음으로써, 분자나 원자와 같은 미립자 형태로 잘게 쪼개지며, 점차 공기와 융합하면서 산소량이 늘어나게 된다.

이후 미립자 형태로 쪼개진 연료는 기공판(200)의 기공을 통해 이동되고, 연료 활성화 탱크(100)의 내부에 배치된 복수 개의 연료 활성화 광물질(300)에 의하여 활성화된다. 최종적으로 다량의 산소가 부착된 활성화 연료는, 연료배출구(120)를 통해 엔진이나 버너에 전달되어 완전 연소된다. 따라서 본 발명은, 완전 연소에 따른 연료 절감 및 매연 감소 효과를 누릴 수 있으므로 경제적, 효율적인 동시에 친환경적이다.

본 발명의 일실시예에 따른 연소기관의 연료 활성화 장치(10)는, 다양한 곳에 적용할 수 있으며, 특히 자동차, 선박, 보일러 등에 적용할 수 있다. 연료의 경우에는 경유, 휘발유, 등유, 중유, 가스, 벙커C유, 항공유, 바이오디젤 등 어떠한 연료에도 사용될 수 있다. 따라서 본 발명은 친환경적이며 경제적일 뿐만 아니라 활용성이 뛰어나므로, 환경오염이나 지구온난화를 막기 위하여 에너지 절약을 강조하는 최근의 시대적인 흐름에 비추어 볼 때 매우 효과적으로 사용될 수 있을 것이다.

이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 연소기관의 연료 활성화 장치 100: 연료 활성화 탱크
110: 연료유입구 120: 연료배출구
130: 상부 연료 활성화 탱크 140: 하부 연료 활성화 탱크
200: 기공판 300: 연료 활성화 광물질
400: 초음파 전달모듈 500: 초음파 발진모듈
600: 연료 주입관 700: 거름필터
800: 연료 우회관 900: 전환밸브

Claims (8)

1. 연소기관의 엔진 또는 버너와 연료탱크 사이에 설치되어 연료가 통과되도록 하는 적어도 하나 이상의 연료 활성화 탱크;
   상기 연료 활성화 탱크의 내부에 구비되는 메쉬(Mesh) 형태의 기공판;
   상기 기공판의 상부 또는 하부에 배치되며 적외선 또는 원적외선을 이용하여 상기 연료를 활성화시키는 복수 개의 연료 활성화 광물질;
   상기 연료 활성화 탱크에 설치되며 상기 연료에 초음파를 주입하는 초음파 전달모듈; 및
   상기 연소기관에 부착되며 초음파를 생성하여 상기 초음파 전달모듈에 전달하는 초음파 발진모듈을 포함하되,
   상기 연료 활성화 탱크는,
   상기 기공판 및 상기 연료 활성화 광물질이 배치되는 상부 연료 활성화 탱크; 및
   상기 초음파 전달모듈 및 상기 초음파 발진모듈이 설치되는 하부 연료 활성화 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기관의 연료 활성화 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 연료 활성화 탱크는,
   상기 연료탱크로부터 상기 연료가 주입되는 연료유입구;
   상기 초음파 전달모듈에 의하여 초음파를 받고 상기 연료 활성화 광물질에 의하여 활성화된 연료가 상기 엔진 또는 버너로 배출되도록 하는 연료배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기관의 연료 활성화 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 연료유입구 또는 상기 연료배출구에 설치되어, 상기 연료에 포함된 이물질을 걸러내는 거름필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기관의 연료 활성화 장치.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 연료탱크와 상기 연료유입구를 연결하는 연료 주입관;
   상기 연료 주입관에 연결되며, 상기 연료탱크의 상기 연료가 상기 연료 활성화 탱크를 거치지 않고 상기 엔진 또는 버너에 전달되도록 하는 연료 우회관;
   상기 연료 활성화 탱크에 이상이 발생한 경우, 상기 연료가 상기 연료 우회관만을 따라 상기 엔진 또는 버너에 전달되도록 상기 연료 주입관을 차단하는 전환밸브; 및
   상기 연료 활성화 탱크의 이상을 감지하여 상기 전환밸브를 조절하는 이상 감지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기관의 연료 활성화 장치.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 연료유입구 및 상기 연료배출구에 설치되는 벤투리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기관의 연료 활성화 장치.
   
6. 삭제
7. 연소기관의 엔진 또는 버너와 연료탱크 사이에 설치되어 연료가 통과되도록 하는 적어도 하나 이상의 연료 활성화 탱크;
   상기 연료 활성화 탱크의 내부에 구비되는 메쉬(Mesh) 형태의 기공판;
   상기 기공판의 상부 또는 하부에 배치되며 적외선 또는 원적외선을 이용하여 상기 연료를 활성화시키는 복수 개의 연료 활성화 광물질;
   상기 연료 활성화 탱크에 설치되며 상기 연료에 초음파를 주입하는 초음파 전달모듈; 및
   상기 연소기관에 부착되며 초음파를 생성하여 상기 초음파 전달모듈에 전달하는 초음파 발진모듈을 포함하되,
   상기 연료 활성화 탱크는, 복수 개로 구성되며,
   상기 기공판 및 상기 연료 활성화 광물질과, 상기 초음파 전달모듈 및 상기 초음파 발진모듈이 각각 상이한 상기 연료 활성화 탱크에 별도로 구비되는 것을 특징으로 하는 연소기관의 연료 활성화 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 연료가 상기 기공판 및 상기 연료 활성화 광물질이 구비된 상기 연료 활성화 탱크와, 상기 초음파 전달모듈 및 상기 초음파 발진모듈이 구비된 상기 연료 활성화 탱크 중 어느 하나의 상기 연료 활성화 탱크에만 공급되도록 하거나, 또는 각 연료 활성화 탱크에 공급되는 연료의 비율을 조절하는 활성화 모드 선택 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기관의 연료 활성화 장치.

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