KR101077852B1 - 친환경 연료 활성화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료의 응집력을 완화시킨 후 미세 미립자로 분쇄하여 산소와의 혼합이 원활해지는 상태가 되도록 하며 연료에 따라 차압이 손실되는 것을 방지하는 친환경 연료 활성화 장치에 관한 것으로,

상세하게는 응집력 와해수단이 설치된 제1 케이스, 제2 케이스, 제1 ,2 케이스를 연결하는 연결구로 구성하되,

상기의 제1 회전분쇄구, 가속구, 제2 회전분쇄구는 제1 케이스의 내부에 설치하고,

상기의 제1 회전분쇄관, 제1 비회전분쇄관, 제2 회전분쇄관, 제2 비회전분쇄관, 제3 회전분쇄관, 제3 비회전분쇄관은 제2 케이스의 내부에 설치하여 구성함으로써, 영하의 온도에서 연료가 결빙되어 원활한 유동이 방해되지 않도록 하는 동시에 액체상태, 기체상태의 연료 조건에 따라 차압이 작아지는 것을 방지하도록 하고, 분쇄된 연료에 미립화된 수분을 미량 첨가함으로써 연료의 연소율이 증가되도록 하여 에너지 효율이 극대화 되도록 하는 효과가 있다.

응집력, 와해수단, 가속구, 회전분쇄관, 비회전분쇄관, 초음파, 진동자

Description

친환경 연료 활성화 장치{Environmental consideration fuel activation system}

본 발명은 친환경 연료 활성화 장치에 관한 것으로, 특히 연료의 응집력을 완화시킨 후 미세 미립자로 분쇄하여 산소와의 혼합이 원활해지는 상태가 되도록 하며 연료에 따라 차압이 손실되는 것을 방지하고 연료의 미량의 미세 수분을 혼합하여 연소력이 증대되도록 한 친환경 연료 활성화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 연료유 등의 유체가 전처리 과정을 거친 후 그 물리적 성질이 개선된 상태에서 압축과 점화에 의한 폭발이 이루어지도록 하는 유류 전처리를 수행하게 되면 연소효율이 향상되어 연비가 높아짐은 물론 불완전연소에 의한 대기의 오염도 현저히 줄일 수 있게 된다.

이와 같은, 종래 연료 절감장치의 전형적인 일예가 도 1에 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 일측에 연료유입구(1a)가 형성되고 중공부(1b)를 갖는 제1 케이스(1)와,

일측에 연료토출구(2a)가 형성되고 중공부(2b)를 갖는 제2 케이스(2)와,

상기 제1 케이스(1)와 제2 케이스(2)를 연결하고 중앙에 분사공(3a)이 형성 된 연결구(3)와,

상기 제1 케이스(1)의 연료유입구(1a)에 인접 배치되고 외주면에 길이방향을 따라 나선홈(4a)이 형성된 제1 회전분쇄구(4)와,

이 제1 회전분쇄구(4)에 밀착 배치되고 중앙에 분사공(5a)이 형성된 가속구(5)와,

이 가속구(5)에 밀착 배치되고 외주면에 길이방향을 따라 나선홈(6a)이 형성된 제2 회전분쇄구(6)와,

상기 제2 케이스(2)의 중공부(2b)에 배치되고 외주면에 회전방향을 따라 나선회전돌기(7a,8a,9a)가 형성된 회전분쇄관(7,8,9) 및 이 회전분쇄관(7,8,9)의 외주면을 씌울 수 있게 관통되고 외주면에 회전방향을 따라 직선회전돌기(7'a,8'a,9'a)가 형성된 비회전분쇄관(7',8',9')가 각각 3개로 구성된다.

상기와 같은, 종래의 연료 절감장치는 제1케이스(1)의 연료유입구(1a)로 연료가 유입되어 제1회전분쇄구(4)의 오목홈부를 거쳐 나선홈(4a)을 따라 유동되다가 이 제1회전분쇄구(4)의 오목홈에서 와류와 충돌을 일으킨 후 가속되어 다시 나선홈(4a)을 따라 유동된다.

이때, 연료가 나선홈(4a)을 따라 유동되는 과정에서 제1회전분쇄구(4)는 축회전을 하게 되고 이러한 축회전에 의해 연료가 미세하게 분쇄되는 것이다.

그리고, 상기 제1회전분쇄구(4)를 통과한 연료는 가속구(5)의 분사공(5a)을 통해 제2회전분쇄구(6)로 가속 분사되고 연료는 계속해서 나선홈(6a)을 따라 유동하게 되며, 여기서도 오목홈에서 와류와 충돌을 일으킨 후 가속되어 다시 나선 홈(6a)을 따라 유동되다가 오목홈부를 통해 연결구(3)의 분사공(3a)으로 안내된다.

이렇게, 연결구(3)의 분사공(3a)에 도달한 연료는 다시 이 분사공(3a)을 통해 제2케이스(2)의 중공부(2b)로 분사가 시작되어 이 중공부(2b)에 배치되어 있는 회전분쇄관(7)의 분산돌부와 부딪히면서 사방으로 분산된다.

그리고, 겹겹이 겹층되어 있는 회전분쇄관(7,8,9)과 비회전분쇄관(7',8',9')을 통과하게 되는데, 여기서 연료는 상기 회전분쇄관(7,8,9)의 나선회전돌(7a,8a,9a)기를 따라 유동되면서 이 회전분쇄관(7,8,9)을 축회전시키는 한편, 상기 비회전분쇄관(7',8',9')의 직선회전돌기(7'a,8'a,9'a)를 거치면서 상방으로 밀어내게 된다. 여기서, 상기 회전분쇄관(7,8,9)의 축회전과 비회전분쇄관(7',8',9')의 직선회전돌기(7'a,8'a,9'a)와의 충돌에 의해서 연료는 재차 분쇄된 후 이들의 연료통공을 통해 제2케이스(2)의 연료토출구(2a)로 토출되어 미세립자로 분쇄된 연료를 엔진에 공급하게 되는 것이다.

그리고, 연료토출구(2a)로 토출되는 연료의 소모량에 따라 압력변화가 발생하게 되는데, 이 압력변화에 따라 예를 들어, 연료 소모량이 감소되어 연료토출구(2a) 측의 압력이 높아지면 겹층되어 있는 회전분쇄관(7,8,9)과 비회전분쇄관(7',8',9')이 연결구(3)쪽으로 밀려나면서 이 연결구(3)의 분사공(3a)을 밀폐시켜 연료유입을 차단시키고, 다시 연료토출구(2a) 측의 압력이 낮아지면 연료의 분사압에 의해 밀려나면서 연결구(3)의 분사공(3a)을 개방시켜 연료공급을 재개한다.

따라서, 연료를 미세입자 상태로 분쇄시켜 산소와의 충분한 혼합이 이루어지도록 함으로써 연료의 완전연소가 이루어지게 되고 이에 따라 연소효율이 극대화되 도록 하는 등의 효과를 얻는다.

그러나, 상기와 같은 종래의 연료 절감장치는 제1케이스의 연료유입구와 제2케이스의 연료토출구를 연료탱크 측에 연결되어진 연료공급호스 및 엔진측으로 연결된 연료배출호스에 각각 연결할 때 연료유입구 및 연료토출구를 연료공급,배출호스의 내부로 삽입 후 클램프를 이용하여 조임 결합하는 방식으로 결합방식이 불편한 문제점이 있었다.

또한, 종래의 연료 절감장치는 제1케이스 및 제2케이스가 영하권에서 외부의 차가운 대기에 노출되어 연료가 결빙되는 현상이 발생되어 원활한 연료의 공급 및 미립화를 위한 분쇄작용을 수행하기 어려운 문제점이 있었다.

더불어, 종래의 연료 절감장치는 제1케이스 및 제2케이스의 내부공간이 직교로 형성되어 연료의 고속 유동시 직교부분에서 충돌 및 와류의 현상이 발생되어 흐름에 방해가 될 뿐만 아니라 지속적인 충돌에 의한 마모나 파손현상이 발생되는 문제점이 있었다.

아울러, 종래의 연료 절감장치는 제1,2회전분쇄구는 제1케이스의 내부에서 유동되는 연료에 의해 고속으로 회전하게 되는데 지속적인 회전현상으로 제1케이스의 내측 벽면을 마모시키는 현상이 발생되고, 마모 현상으로 인하여 제1,2회전분쇄구는 제1케이스의 내측 벽면 사이에 공간이 발생하게 되면 제1,2회전분쇄구를 회전시키지 않는 상태로 직진하는 연료의 양이 증가되어 분쇄효율이 감소되는 문제점이 있었다.

한편, 종래의 연료 절감장치는 연료 공급장치(연료탱크)로부터 제1케이스로 공급되는 연료는 응집력이 크게 작용되어 제1,2회전분쇄구에서 응집력을 와해시키며 분쇄시키기 위해서는 분쇄효율이 급격히 감소되는 문제점이 있었다.

그리고, 종래의 연료 절감장치는 가속구의 전단측(연로가 유입되는 방향)에 액체 상태의 연료는 상부 방향측으로, 기체 상태의 연료는 하부 방향측으로 연료의 응축, 퇴적물질, 부유물질 등이 체류됨에 따라 차압이 손실 되어 연료의 유동률이 현저하게 감소되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 연료 절감장치는 연료만을 사용함으로써 연료의 소비율이 과도하게 증대되는 문제점이 있었다.

이로 인하여, 연료공급 및 배출호스와의 연결방식이 견고하면서도 간단하고, 연료의 응집력을 미리 와해시켜 분쇄력을 향상시키며, 영하권의 기온에서도 연료가 결빙되지 않도록 하고, 연료의 고속 유동시 충돌현상이나 와류현상의 발생을 억제하는 동시에 연료의 종류에 따라 발생될 수 있는 차압의 가변현상을 방지하여 연료의 유동률이 감소되지 않도록 하고, 연료의 과도한 소비율을 감소시켜 연료의 절감기능과 대기오염 물질의 배출을 최소화한 친환경적으로 개선된 연료 활성화 장치가 절실히 요구되는 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 연료가 서로 응집해져 있는 응집력을 와해시켜 분쇄능력이 향상되도록 하는 친환경 연료 활성화 장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 연료관과의 결합방식을 간단한 원터치 방식이나 유니온 결합방식을 이용하여 설치가 용이하도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 연료가 유동되며 접촉되는 부분을 완만하게 경사지도록 하여 와류현상이 발생되지 않도록 하여 유동성이 저하되는 것을 방지되도록 하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 액체상태, 기체상태의 연료 조건에 따라 차압이 손실되는 것을 방지하도록 하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 분쇄된 연료에 미립화된 수분을 미량 첨가함으로써 연료의 연소율이 증가하도록 하여 에너지 효율이 극대화 되도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 공급연료관에 연결되는 연료유입구가 형성되고 중공부를 갖으며 연료의 응집력 와해수단이 설치된 제1 케이스와,

배출연료관에 연결되는 연료토출구가 형성되고 중공부를 갖는 제2 케이스와,

상기 제1 케이스, 제2 케이스를 연결하고 중앙에 분사공이 형성된 연결구와,

상기 제1 케이스의 연료유입구에 인접 배치되고 외주면에 길이방향을 따라 나선홈이 형성된 제1 회전분쇄구와,

상기 제1 회전분쇄구에 밀착 배치되고 중앙에 분사공이 형성된 가속구와,

상기 가속구에 밀착 배치되고 외주면에 길이방향을 따라 나선홈의 반대방향으로 나선홈이 형성된 제2 회전분쇄구와,

상기 연결구의 분사공을 개/폐하며 외주면에 회전방향을 따라 나선회전돌기가 형성된 제1 회전분쇄관과,

상기 제2 케이스의 중공부에 제1 회전분쇄관을 감싸며 배치되고 외주면에 회전방향을 따라 직선회전돌기가 형성된 제1 비회전분쇄관과,

상기 제1 비회전분쇄관을 감싸며 배치되고, 외주면에 회전방향을 따라 나선회전돌기가 형성된 제2 회전분쇄관과,

상기 제2 회전분쇄관을 감싸며 배치되고 외주면에 회전방향을 따라 직선회전돌기가 형성된 제2 비회전분쇄관과,

상기 제2 비회전분쇄관을 감싸며 배치되고 외주면에 회전방향을 따라 나선회전돌기가 형성된 제3 회전분쇄관과,

상기 제3 회전분쇄관을 감싸며 배치되고, 외주면에 회전방향을 따라 직선회전돌기가 형성된 제3 비회전분쇄관으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예로써, 상기 제1 케이스의 연료유입구와 공급연료관, 제2 케이스의 연료유입구와 배출연료관의 연결방식는 원터치 방식, 유니온 방식 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예로써, 상기 제1 케이스의 응집력 와해수단은 공 급연료관으로부터 공급되는 연료를 여러 개가 연속적으로 배열된 자석이나 스파이럴 노즐 또는 다공성 볼을 중앙으로 통과시켜 자기력에 의해 연료의 응집력이 와해되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예로써, 상기 제1, 2 케이스의 중공부는 연료가 직접적으로 접촉하는 직교부분을 경사지도록 형성하여 연료의 와류현상을 방지하여 연료의 유동성의 저하, 파손이 발생되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예로써, 상기 가속구는 제1 케이스에 탈/장착되며 중앙에 분사공이 형성된 가속구단을 기준으로 제1 회전분쇄구, 제2 회전분쇄구가 반대측으로 삽입되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예로써, 공급연료관에 분기홀을 통해 미립화된 수분을 공급하도록 하는 미립 기포발생기를 더 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예로써, 상기 미립 기포발생기는 물을 공급하는 물탱크와, 물이 유입, 저장되며 초음파에 의해 미립화된 기포가 연결구의 분사공으로 유입되도록 분사공이 형성된 몸체와, 몸체의 하부에서 공급되는 물에 초음파를 조사하는 초음파 발생부와, 몸체의 일측에 설치되어 초음파 발생부를 제어하는 플로트 스위치로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기의 본 발명은 연료가 서로 응집해져 있는 응집력을 와해시켜 분쇄능력이 향상되도록 하는 친환경 연료 활성화 장치를 제공하는 효과가 있다.

그리고, 연료관과의 결합방식을 간단한 원터치 방식이나 유니온 결합방식을 이용하여 설치가 용이하도록 하는 효과가 있다.

아울러, 연료가 유동되며 접촉되는 부분을 완만하게 경사지도록 하여 와류현상이 발생되지 않도록 하여 유동성이 저하되는 것을 방지되도록 하는 효과가 있다.

그리고, 액체상태, 기체상태의 연료 조건에 따라 차압이 작아지는 것을 방지하도록 하는 효과가 있다.

한편, 회전 마찰로 인한 마모가 심한 부품을 간단하게 교체 가능하도록 하여 교체 및 수리 비용이 감소되도록 하는 효과가 있다.

아울러, 분쇄된 연료에 미립화된 수분을 미량 첨가함으로써 연료의 연소율이 증가되도록 하여 에너지 효율이 극대화 되도록 하는 효과가 있다.

이에 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 11에 도시된 바와 같이,

본 발명의 친환경 연료 활성화 장치는 제1 케이스(10)와 제2 케이스(20)와 연결구(30) 및 미립 기포발생기(400)들로 구성하되,

제1 회전분쇄구(40), 가속구(50,50'), 제2 회전분쇄구(60)는 제1 케이스(10)의 내부에 설치하고,

제1 회전분쇄관(70), 제1 비회전분쇄관(80), 제2 회전분쇄관(90), 제2 비회전분쇄관(100), 제3 회전분쇄관(110), 제3 비회전분쇄관(120)은 제2 케이스(20)의 내부에 설치하며,

공급연료관(I)에 부착되는 미립 기포발생기(400)들로 연료 활성화 장치가 구성된다.

상기 제1 케이스(10)는 공급연료관(I)에 연결되는 연료유입구(11)가 형성되고 중공부(12)를 가지며 연료의 응집력 와해수단(13,14,15,16)이 설치되어 구성된다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 응집력 와해수단(13)은 공급연료관(I)으로부터 공급되는 연료를 여러 개가 연속적으로 배열된 자석(13a)의 중앙으로 통과시켜 자기력에 의해 연료의 응집력이 와해되도록 구성된다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 응집력 와해수단(14)은 공급연료관(I)으로부터 공급되는 연료를 스파이럴 노즐(14a)을 이용하여 고속 회전, 분사시켜 연료의 응집력이 와해되도록 구성된다.

도 3c에 도시된 바와 같이, 응집력 와해수단(15)은 여러 개가 연속적으로 배열된 자석(15a)의 중앙을 통과한 연료를 스파이럴 노즐(15b)로 재분사시켜 자석(15a)의 자기력과 스파이럴 노즐(15b)의 회전 분사력에 의해 연료의 응집력이 와해되도록 구성된다.

이때, 스라이럴 노즐(15b)은 달팽이관 형상으로 연료를 회전시키는 동시에 고속으로 분사시켜 연료의 유동 능력의 향상과 응집력을 와해시키는 것이다.

도 3d에 도시된 바와 같이, 응집력 와해수단(16)은 공급연료관(I)으로부터 공급되는 연료를 다공성 볼(16a)에 통과시킬 때 충돌력에 의해 연료의 응집력이 와해되도록 구성된다.

여기서, 다공성 볼(16a)은 볼 자체에 수많은 홀이 형성되어 연료가 홀로 유입되어 여러 방향으로 배출되는 작용으로 다공성 볼(16a)은 활발한 활동을 하면서 연료에 충돌하는 것이다.

상기 제2 케이스(20)는 배출연료관(O)에 연결되는 연료토출구(21)가 형성되고 중공부(22)가 형성되어 구성된다.

상기 제1 케이스(10)의 연료유입구(11)와 공급연료관(I), 제2 케이스(20)의 연료유입구(21)와 배출연료관(O)의 연결방식는 원터치 방식, 유니온 방식 중 하나로 구성된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 원터치 방식은 공급연료관(I)과 배출연료관(O)에 제1, 2 케이스(10,20)의 연료유입구(11)나 연료토출구(21)가 삽입되어 걸림되는 스토퍼(IO1)를 지지하는 고정유닛(IO2)을 따라 스토퍼(IO1)의 걸림 작용을 해제시키는 가동구(IO3)가 설치된 커플링(IO4)이 결합된다.

즉, 연료유입구(11)나 연료토출구(21)를 커플링(IO4)의 가동구(IO3) 내부로 삽입하게 되면 연료유입구(11)나 연료토출구(21)의 돌출 끝단이 스토퍼(IO1)를 사방으로 팽창시키며 진행한 후 스토퍼(IO1)가 연료유입구(11)나 연료토출구(21)의 돌출 끝단을 지지하여 이탈되지 않도록 연결하는 상태가 된다.

반면, 연결을 해제할 경우에는 가동구(IO3)를 누르게 되면 스토퍼(IO1)가 사방으로 팽창되면서 연료유입구(11)나 연료토출구(21)의 돌출 끝단을 벗어나게 되어 이탈가능하게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 유니온 방식은 공급연료관(I)과 배출연료관(O)에 아답터(IO5)를 연결하고 연료유입구(11)나 연료토출구(21)에는 아답터(IO5)에 연결된 너트(IO6)가 자유 이동가능하도록 결합되어 공급연료관(I), 배출연료관(O)과 연료유입구(11), 연료토출구(21)의 끝단을 연통되게 접촉시킨 다음 너트(IO6)를 이용하여 아답터(IO5)에 결합하면 결합이 완성된다.

반대로, 해체시에는 너트(IO6)를 아답터(IO5)에서 간단히 풀어서 해체하게 된다.

아울러, 상기 제1, 2 케이스(10,20)의 중공부(12,22)는 연료가 직접적으로 접촉하는 직교부분을 경사지도록 형성하여 연료의 와류현상을 방지하여 연료의 유동성의 저하, 파손이 발생되지 않도록 구성된다.

즉, 연료가 유동할 때 제1, 2 케이스(10,20)의 직각 부분을 경사지게 형성하여 연료의 유동 속도에 따른 저항력의 감소, 직교부분에서 와류가 발생되어 흐름을 방해하는 것을 방지, 지속적인 와류 및 직교되어진 끝단 부분에 접촉으로 인한 제1, 2 케이스(10,20)의 파손을 방지하도록 구성된 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 연결구(30)는 제1 케이스(10), 제2 케이스(20)를 연결하고 중앙에 형성된 분사공(31)에 직교된 분기홀(32)이 형성되어 구성된다.

상기 제1 회전분쇄구(40)는 제1케이스(10)의 연료유입구(11)에 인접 배치되고 외주면에 길이방향을 따라 나선홈(41)이 형성되어 구성된다.

상기 가속구(50,50')는 제1 회전분쇄구(40)에 밀착 배치되고 중앙에 분사공(51)이 형성되어 구성된다.

도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 가속구(50)는 원통 형상으로 분사 공(51)을 기준으로 외곽으로 진행할수록 높아지도록 형성된 것이다.

도 2 및 도 8에 도시된 바와 같이, 가속구(50')는 제1케이스(10)에 탈/장착되며 중앙에 분사공(51')이 형성된 가속구단(52')을 기준으로 제1 회전분쇄구(40), 제2 회전분쇄구(60)가 반대측으로 삽입되도록 구성된다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 가속구(50')는 제1케이스(10)에서 탈/장착되는 것으로 본 발명에서는 나선결합방식을 이용하여 탈/장착되는 것이고, 가속구(50')가 탈/장착되기 위해서는 제1케이스(10)의 중공부(12)의 내주면에 암나사선을 형성하여 사용될 수 있도록 구성가능할 것이다.

이러한, 가속구(50')는 제1 회전분쇄구(40), 제2 회전분쇄구(60)의 기계적강도가 약한 재질로 제작되어 연료의 분사에 의해 고속으로 회전되는 제1 회전분쇄구(40), 제2 회전분쇄구(60)의 회전력에 의해 마모가 발생되게 되면 간단히 교체 수리 할 수 있도록 구성된 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 가속구(50,50')는 연료가 유체일 경우 상부에 벤트(Vent)홀(52,53')을 형성하여 연료가 공급되는 전단측에 연료의 응축, 퇴적 물질, 부유물질 등이 체류되어 차압이 손실되는 것을 방지하도록 구성된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 가속구(50,50')는 연료가 기체일 경우 하부에 드레인(Drain)홀(53,54')을 형성하여 연료가 공급되는 전단측에 연료의 응축, 퇴적 물질, 가스, 부유물질 등이 체류되어 차압이 손실되는 것을 방지하도록 구성된다.

상기 벤트홀(52), 드레인홀(53)의 직경은 가속구(50)의 면적에 0.5~1%의 범위로 형성되며, 상기 벤트홀(53'), 드레인홀(54')의 직경은 가속구단(52')의 면적 에 0.5~1%의 범위로 구성된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 가속구(50,50')의 분사공(51,51') 엣지(Edge) 각도는 30~45°의 범위로 형성되어 와류현상이 발생되지 않도록 구성되다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제2 회전분쇄구(60)는 가속구(50)에 밀착 배치되고 외주면에 길이방향을 따라 나선홈(41)의 반대방향으로 나선홈(61)이 형성되어 구성된다.

즉, 제2 회전분쇄구(60)와 제1 회전분쇄구(40)는 나선홈(61,41)의 방향이 반대로 형성되어 있어 연료의 유동력에 의해 서로 반대로 회전하면서 연료를 회전 분쇄, 비산하게 된다.

상기 제1 회전분쇄관(70)은 연결구(30)의 분사공(31)을 개/폐하며 외주면에 회전방향을 따라 나선회전돌기(71)가 형성되며, 상부에는 연료가 유입되는 연료 유입공(72)이 형성되어 구성된다.

이때, 제1 회전분쇄관(70)은 제1케이스(10)의 내부에 설치된 제1 회전분쇄구(40), 제2 회전분쇄구(60)의 회전에 의해 분쇄된 연료가 연결구(30)의 분사공(31)을 통해 분출되는 분출력으로 분사공(70)을 개방하고 연료의 분출력이 사라지면 폐쇄하게 되는 것이다.

상기 제1 비회전분쇄관(80)은 제2케이스(20)의 중공부(22)에 제1 회전분쇄관(70)을 감싸며 배치되고, 외주면에 회전방향을 따라 직선회전돌기(81)가 형성되며, 제1 회전분쇄관(70)의 연료 유입공(72)과 연통되도록 상부에는 연료가 유입되는 연료 유입공(82)이 형성되어 구성된다.

상기 제2 회전분쇄관(90)은 제1 비회전분쇄관(80)을 감싸며 배치되고, 외주면에 회전방향을 따라 나선회전돌기(91)가 형성되며, 제1 회전분쇄관(70)의 연료 유입공(72)과 제1 비회전분쇄관(80)의 연료 유입공(82)에 연통되도록 상부에는 연료가 유입되는 연료 유입공(92)이 형성되어 구성된다.

상기 제2 비회전분쇄관(100)은 제2 회전분쇄관(90)을 감싸며 배치되고, 외주면에 회전방향을 따라 직선회전돌기(101)가 형성되며, 제1 회전분쇄관(70)의 연료 유입공(72)과 제1 비회전분쇄관(80)의 연료 유입공(82), 제2 회전분쇄관(90)의 연료 유입공(92)에 연통되도록 상부에는 연료가 유입되는 연료 유입공(102)이 형성되어 구성된다.

상기 제3 회전분쇄관(110)은 제2 비회전분쇄관(100)을 감싸며 배치되고, 외주면에 회전방향을 따라 나선회전돌기(111)가 형성되며, 제1 회전분쇄관(70)의 연료 유입공(72)과 제1 비회전분쇄관(80)의 연료 유입공(82), 제2 회전분쇄관(90)의 연료 유입공(92), 제2 비회전분쇄관(100)의 연료 유입공(102)에 연통되도록 상부에는 연료가 유입되는 연료 유입공(112)이 형성되어 구성된다.

상기 제3 비회전분쇄관(120)은 제3 회전분쇄관(110)을 감싸며 배치되고, 외주면에 회전방향을 따라 직선회전돌기(121)가 형성되며, 제1 회전분쇄관(70)의 연료 유입공(72)과 제1 비회전분쇄관(80)의 연료 유입공(82), 제2 회전분쇄관(90)의 연료 유입공(92), 제2 비회전분쇄관(100)의 연료 유입공(102), 제3 회전분쇄관(110)의 연료 유입공(112)에 연통되도록 상부에는 연료가 유입되는 연료 유입공(122)이 형성되어 구성된다.

상기 미립 기포발생기(400)는 물을 공급하는 물탱크(401)와, 물이 유입, 저장되며 초음파에 의해 미립화된 기포가 공급연료관(I)의 분사공(I')으로 유입되도록 분사공(402a)이 형성된 몸체(402)와,

상기 몸체(402)의 하부에서 공급되는 물에 초음파를 조사하는 초음파 발생부(403)와,

상기 몸체(402)의 일측에 설치되어 초음파 발생부(403)를 제어하는 플로트 스위치(404)로 구성된다.

여기서, 상기 물탱크(401)는 물이 담겨지는 물통몸체(401a)와, 물통몸체(401a)를 개/폐하는 물통마개(401b)와, 물통마개(401b)를 커버하는 물통받침(401c)로 구성된다.

즉, 상기의 미립 기포발생기(400)에 의해 미립화된 수분 입자가 공급연료관(I)을 통하여 공급되는 연료와 혼합되는 중에 제1 회전분쇄구(40), 제2 회전분쇄구(60)에 의해 회전, 분쇄되므로 연결구(30)의 분사공(31)을 통해 제2 케이스(20)로 유입되기 위해 유동된 후 제2 케이스(20)를 통과하는 중에 완전히 혼합되어 연료로 곱급된다.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 미립 기포발생기(400)는 전기적 등가회로나 기계적 등가회로로 구성할 수도 있으며, 초음파 발생부(403)에 영향을 받지 않는 자유면과 영향을 받은 물이 캐비트가 시작되는 상대면의 비율을 동일하도록 구성된다.

즉, 초음파 발생부(403)의 진동자 구동력은 초음파를 전달받지 않는 자유면 과 초음파를 전달받아 물이 미립화되는 상대면의 비율이 1:1로 구성되는 것이 바람직 하다.

아울러, 연료와 미립화된 물의 혼합 비율은 연료 : 물 = 85% : 15% 의 비율이 되도록 하며, 혼합원리는 초음파 공동현상(ultrasonic cavitation)을 이용하는 방법인데, 초음파를 수용액 속에 조사하였을 때 발생하는 공동화 기포 내부의 온도와 압력이 매우 높고 그 기포들이 성장하여 파열될 때 고온, 고압의 충격파가 발생하기 때문에 그것이 매우 높은 에너지원으로 작용하여 섞이는 현상을 이용한 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 연료 활성화 장치는 건조기 등에 사용되는 연소용 버너, 발전기 엔진, 4기통 엔진, 2기통 엔진, 원동기 엔진 등에 적용가능한 것으로, 이러한 여러 엔진과 연료공급장치의 사이에 설치된다.

이후, 제1 케이스(10)의 내부에는 제1 회전분쇄구(40), 가속구(50), 제2 회전분쇄구(60)를 순차적으로 삽입 설치하는데, 제1, 2 회전분쇄구(40,60)의 나선홈(41,61)의 방향은 서로 반대가 되도록 설치한다.

아울러, 가속구(50')를 설치할 경우에는 가속구단(52')을 기준으로 연료유입구(11)의 측으로는 제1 회전분쇄구(40)를 삽입 설치하고, 반대측으로는 제2 회전분쇄구(60)를 설치하는데, 제1, 2 회전분쇄구(40,60)의 나선홈(41,61)의 방향은 서로 반대가 되도록 설치한다.

다음으로, 제1 케이스(10)에 연결구(30)를 결합한 후, 제1 회전분쇄관(70)이 정중앙에 위치되는 기준으로 제1 비회전분쇄관(80), 제2 회전분쇄관(90), 제2 비회전분쇄관(100), 제3 회전분쇄관(110), 제3 비회전분쇄관(120)의 순으로 감싸도록 결합하여 제2 케이스(20)의 내부에 설치하는데, 이때 제1 회전분쇄관(70)이 연결구(30)의 분사공(31)을 개/폐할 수 있는 방향으로 설치하여 연결구(30)와 제2 케이스(20)를 결합하여 연료 활성화 장치의 조립을 완료한다.

이러한, 연료 활성화 장치는 제1 케이스(10)의 연료유입구(11)는 연료 탱크 및 연료 공급장치측에 연결되어진 공급연료관(I)에 연결되며, 제2 케이스(20)는 엔진 측으로 연결되는 배출연료관(O)에 연결한다.

이렇게, 설치가 완료된 연료 활성화 장치는 연료 공급 장치로부터 연료가 공급되게 되면 제1 케이스(10)의 연료의 응집력 와해수단(13,14,15,16)에 의해 응집력이 와해되어 분해되어진 상태로 공급되게 된다.

상기의 응집력 와해 수단(13,14,15,16)이 여러 방식으로 구현될 수 있어 연료의 상태에 따라 선택적으로 적용가능하여 사용상의 범용성이 증대되는 이점이 있다.

이후, 응집력이 와해된 연료가 제1 케이스(10)의 내부로 유입되면 제1 회전분쇄구(40)가 고속으로 회전되면서 연료를 분쇄하는 동시에 분쇄되는 연료는 가속구(50,50')의 분사공(51,51')을 통해 이동하여 제2 회전분쇄구(60)를 반대방향으로 역회전시켜 더 큰힘으로 분쇄를 유도하게 된다.

이때, 연료가 휘발유, 경유, 등유, 벙커씨유 등과 같은 액체상태의 연료일 경우에는 벤트홀(52,53')에 의해 차압이 작게 발생되어 가속구(50)의 연료가 진입 하는 전단면과, 가속구(50')에 형성된 가속구단(52')의 연료가 진입하는 전단면에 응축되는 현상을 방지하게 되어 원활한 연료의 흐름이 보장되게 되는 장점이 있다.

한편, 연료가 LPG나 LNG 등과 같은 기체상태의 연료일 경우에는 드레인홀(53,54')에 의해 차압이 작게 발생되어 가속구(50)의 연료가 진입하는 전단면과, 가속구(50')에 형성된 가속구단(52')의 연료가 진입하는 전단면에 가스가 응축되는 현상을 방지하게 되어 원활한 연료의 흐름이 보장되게 되는 이점이 있다.

이렇게, 제2 회전분쇄구(60)를 통과하여 고속 회전 분쇄된 연료는 연결구(30)의 분사공(31)을 통해 제2 케이스(20)의 내부로 빠르게 유동하게 된다.

상기의 미립 기포발생기(400)에서는 플로트 스위치(404)가 ON상태를 유지시키고, 물탱크(401)로부터 물이 몸체(402)로 공급되면 초음파 발생부(403)에서 발생되는 초음파에 의해 물이 진동하여 몸체(402)의 내부로 미립화된 물 입자가 충만하게 되며, 충만되어진 물 입자는 분사공(402a)를 따라 이동하여 공급연료관(I)의 분사공(I')을 따라 이동하는 연료에 혼합되어 진다.

즉, 연료에 일정 비율로 미립화된 수분이 혼합되어 지면 연료의 연소효율이 증가되는 장점이 있다.

그리고, 제1 케이스(10)를 통과하는 중에 미립화 물과 혼합된 연료는 분사공(31)을 통과하여 제2케이스(20)의 내부로 유입된다.

상기 제1 회전분쇄관(70)은 연료의 분사력에 의해 분사공(31)을 완전히 개방하는 상태가 되는 동시에 물과 혼합된 연료는 제1 회전분쇄관(70)의 나선회전돌기(71)을 따라 유동하여 제1 회전분쇄관(70)은 회전되고, 제1 비회전분쇄관(80)은 직선회전돌기(81)를 따라 유동하여 제1 비회전분쇄관(80)은 비회전되며, 제2 회전분쇄관(90)은 나선회전돌기(91)를 따라 유동하여 제2 회전분쇄관(90)은 회전되며, 제2 비회전분쇄관(100)은 직선회전돌기(101)를 따라 유동하여 제2 비회전분쇄관(100)은 비회전되며, 제3 회전분쇄관(110)은 나선회전돌기(111)를 따라 유동하여 제3 회전분쇄관(110)은 회전되며, 제3 비회전분쇄관(120)은 직선회전돌기(121)를 따라 유동하여 제3비회전분쇄관(120)은 비회전되는 상태로 연료를 회전, 분쇄하는 작용을 더욱더 미립화 작용과 연료내에 용존산소량이 증가되게 된다.

미립화된 연료는 제1 회전분쇄관(70), 제1 비회전분쇄관(80), 제2 회전분쇄관(90), 제2 비회전분쇄관(100), 제3 회전분쇄관(110), 제3 비회전분쇄관(120)의 연료 유입공(72,82,92,102,112,122)을 무질서하게 통과하면서 제2 케이스(20)의 연료토출구(21)를 통해 배출연료관(O)을 거쳐 연료가 엔진으로 공급되는 과정에서 연료의 분산 및 걸름, 충돌 및 와류, 1차 소용돌이, 충돌 및 역 와류, 2차 소용돌이, 충돌, 3차 소용돌이, 분산의 기능이 반복적으로 수행되도록 함으로써 연료유의 운동에너지를 극대화하고 산소와의 충분한 혼합이 이루어지면서 연소시 완전연소가 이루어질 수 있도록 한 것이다.

아울러, 제1,2케이스(10,20)의 직교부분을 경사지게 형성하여 고속으로 유동하는 연료의 유동성이 저하되는 것을 최소화하며, 고속 유동성을 갖는 연료에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

아래의 표 1은 시험 조건을 나타낸 표이며, 표 2는 본 발명에 따른 연료 활성화 장치를 버너에 장착하여 연료 및 배출가스 저감성능에 대한 평가시험을 실시한 시험결과 값이다.

구 분	연료 활성화 장치 장착전	연료 활성화 장치 장착	비 고
시험 횟수	3회	3회	500km 내구주행

(여기서, 시험 계측내용은 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 연비등을 계측하였으며, 시험시설은 샤시동력계, 자동차 배기분석장비, 입자상물질 측정장비, 배기분석용 모니터링 장비, 공조설비 등 관련설비, 기타 측정설비 등이 이용되었다.)

구 분	배 출 가 스(g/km)			연비(km/ℓ)
	비메탄탄화수소(NMHC)	질소산화물(NOx)	일산화탄소(CO)
연료활성화장치 장착전 1차	0.202	0.311	1.750	12.4
연료활성화장치 장착전 2차	0.199	0.337	1.927	12.6
연료활성화장치 장착전 3차	0.180	0.347	1.621	12.3
평 균	0.1937	0.3317	1.7660	12.46
연료활성화장치 장착후 1차	0.196	0.251	1.641	12.8
연료활성화장치 장착후 2차	0.181	0.267	1.468	12.9
연료활성화장치 장착후 3차	0.185	0.282	1.527	12.9
평 균	0.1873	0.2667	1.5453	12.86
변화율(%)	-3.3	-19.6	-12.5	3.2

결과적으로, 표 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 연료 활성화 장치를 장착하여 연소시킨 경우 비메탄탄화수소, 질소산화물, 일산화탄소의 양이 감소되는 것을 확연히 알 수 있습니다.

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이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

도 1은 종래의 연료 절감장치를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 친환경 연료 활성화 장치를 나타낸 단면도,

도 3a 내지 도 3d는 제1 케이스에 적용되는 연료의 응집력 와해수단들을 나타낸 단면도,

도 4는 제1, 2 케이스와 공급연료관, 배출연료관과 원터치 연결방식을 나타낸 단면도,

도 5는 제1, 2 케이스와 공급연료관, 배출연료관과 유니온 연결방식을 나타낸 단면도,

도 6은 서로 다른 실시 예로서의 가속구에 벤트홀이 형성된 상태를 도시한 사시도 및 절단사시도,

도 7은 서로 다른 실시 예로서의 가속구에 드레인홀이 형성된 상태를 도시한 사시도 및 절단사시도,

도 8는 다른 실시 예로서의 가속구를 제1 케이스에 적용한 상태의 단면도,

도 9는 도 2의 A 부분의 확대도로서 가속구의 엣지각을 나타낸 개략도,

도 10은 미립 기포발생기에 사용되는 진동자의 전기적 등가회로 및 등가기계 진동회로도,

도 11은 미립 기포발생기에 사용되는 진동자의 구동력을 나타낸 개념도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 제1 케이스 13,14,15,16 : 응집력 와해수단

20 : 제2 케이스 30 : 연결구

40 : 제1 회전분쇄구 50.50' : 가속구

60 : 제2 회전분쇄구 70 : 제1 회전분쇄관

80 : 제1 비회전분쇄관 90 : 제2 회전분쇄관

100 : 제2 비회전분쇄관 101 : 직선회전돌기

400 : 미립 기포발생기 403 : 초음파 발생부

I : 공급연료관 O : 배출연료관

Claims (3)

1. 공급연료관(I)에 연결되는 연료유입구(11)가 형성되고 중공부(12)를 갖으며 연료의 응집력 와해수단(13,14,15,16)이 설치된 제1 케이스(10)와,

   배출연료관(O)에 연결되는 연료토출구(21)가 형성되고 중공부(22)를 갖는 제2 케이스(20)와,

   상기 제1 케이스(10), 제2 케이스(20)를 연결하고 중앙에 형성된 분사공(31)에 직교된 분기홀(32)이 형성된 연결구(30)와,

   상기 제1 케이스(10)의 연료유입구(11)에 인접 배치되고 외주면에 길이방향을 따라 나선홈(41)이 형성된 제1 회전분쇄구(40)와,

   상기 제1 회전분쇄구(40)에 밀착 배치되고 중앙에 분사공(51)이 형성된 가속구(50,50')와,

   상기 가속구(50)에 밀착 배치되고 외주면에 길이방향을 따라 나선홈(41)의 반대방향으로 나선홈(61)이 형성된 제2회전분쇄구(60)와,

   상기 연결구(30)의 분사공(31)을 개/폐하며 외주면에 회전방향을 따라 나선회전돌기(71)가 형성된 제1 회전분쇄관(70)과,

   상기 제2 케이스(20)의 중공부(22)에 제1 회전분쇄관(70)을 감싸며 배치되고 외주면에 회전방향을 따라 직선회전돌기(81)가 형성된 제1 비회전분쇄관(80)과,

   상기 제1 비회전분쇄관(80)을 감싸며 배치되고 외주면에 회전방향을 따라 나선회전돌기(91)가 형성된 제2 회전분쇄관(90)과,

   상기 제2 회전분쇄관(90)을 감싸며 배치되고 외주면에 회전방향을 따라 직선회전돌기(101)가 형성된 제2 비회전분쇄관(100)과,

   상기 제2 비회전분쇄관(100)을 감싸며 배치되고 외주면에 회전방향을 따라 나선회전돌기(111)가 형성된 제3 회전분쇄관(110)과,

   상기 제3 회전분쇄관(110)을 감싸며 배치되고 외주면에 회전방향을 따라 직선회전돌기(121)가 형성된 제3 비회전분쇄관(120)과,

   상기 공급연료관(I)의 분사공(I')에 장착되며 미립화된 수분을 공급하는 미립 기포발생기(400)로 구성되고;

   연료와 미립화된 물의 혼합 비율은 연료 85% : 물 15%의 비율이 되도록 하며 연료 및 물의 혼합 연료는 초음파 공동현상(ultrasonic cavitation)을 이용하여 구비되며;

   가속구(50,50')는 연료가 유체일 경우, 연료가 공급되는 전단측에 연료의 응축, 퇴적물질, 부유물질 등이 체류되어 차압이 손실되는 것을 방지하도록 상부에 벤트홀(52,53')이 형성되고, 이 벤트홀(52,53')의 직경은 가속구(50)의 면적에 0.5∼1%의 범위로 구성되고;

   상기 미립 기포발생기(400)는, 물을 공급하는 물탱크(401)와, 물이 유입, 저장되며 초음파에 의해 미립화된 기포가 연결구(30)의 분사공(31)으로 유입되도록 분사공(402a)이 형성된 몸체(402)와, 몸체(402)의 하부에서 공급되는 물에 초음파를 조사하는 초음파 발생부(403)와, 몸체(402)의 일측에 설치되어 초음파 발생부(403)를 제어하는 플로트 스위치(404)로 구성되며;

   이 미립 기포발생기(400)는, 초음파 발생부(403)에 영향을 받지 않는 자유면과 영향을 받은 물이 캐비트가 시작되는 상대면의 비율을 동일하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경 연료 활성화 장치.
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