KR101455115B1 - 미세버블을 이용한 고효율 혼합 연료 및 그의 제조장치 - Google Patents

미세버블을 이용한 고효율 혼합 연료 및 그의 제조장치 Download PDF

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Abstract

본원은, 미세버블을 이용한 고효율 혼합 연료 및 그의 제조장치에 관한 것이다.

Description

미세버블을 이용한 고효율 혼합 연료 및 그의 제조장치 {HIGH-EFFICIENCY HYBRID FUEL USING FINE-BUBBLES AND MANUFACTURING APPARATUS THEREOF}
본원은, 미세버블을 이용한 고효율 혼합 연료 및 그의 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 지구상의 근간을 이루는 에너지원으로는 화석 연료가 주로 사용되고 있고 이러한 화석 연료는 그 매장량에 따라 한계성의 문제가 있기 때문에, 이를 효율적으로 이용해야 한다. 중동산 원유 가격은 해마다 지속적으로 상승하고 있으며, 2010년 IEA (International Energy Agency) 자료에 의하면 2035년에는 $243.8/BL까지 도달할 것으로 전망된다. 2010년 기준, 하루 동안의 평균 석유 소비량은 약 8,740만 BL로서, 석유 소비의 증가 및 유가 상승의 문제가 크게 대두되고 있으며, 차세대 연료의 개발이 관심사로 요구되고 있다. 대체 에너지원으로서 연료 전지 또는 수소 연료를 개발하기 위한 연구가 진행되어 왔지만, 석유 소비를 억제하기 위해서도 효율성이 높은 에너지원의 개발이 필요하다.
대한민국 등록특허 제10-1071461호는 마이크로버블 발생장치에 관한 것으로서, 물과 연료를 포함하여 혼합된 혼합유를 교반하여 에멀전 상태로 변환하는 마이크로 버블 발생장치를 개시하고 있다. 그러나, 상기한 방법은 에멀전 상태로 변환된 혼합유가 일정 시간이 경과되면, 상기 에멀전 상태가 불안정해질 수 있고, 물과 연료의 분리 현상이 발생하는 등의 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하고자, 안정하고, 분리 현상이 없는 고효율 연료의 개발이 요구되고 있다.
본원은, 미세버블을 이용한 고효율 혼합 연료 및 그의 제조장치를 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 연료; 및, 상기 연료 내에 형성된 미세버블을 포함하는, 고효율 혼합 연료를 제공한다.
본원의 제 2 측면은, 액체가 주입되는 액체 탱크; 상기 액체 탱크에 기체를 공급하는 기체 공급 라인부; 및, 상기 액체 탱크 내부에 설치된 다공관체를 포함하는, 고효율 혼합 연료 제조장치를 제공한다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 기존의 연료에 미세버블을 형성시킴으로써 연료의 연소, 연비 효율, 나아가 에너지 절감, 및 유해 배출물의 저감 효과를 달성할 수 있다. 구체적으로, 연료 내에 포함된 미세버블은 상기 연료가 관로를 통과하는 경우 상기 관로 내부 표면과 상기 연료 사이에 발생하는 마찰력을 감소시켜 연료의 효율을 향상시킬 수 있고, 연료의 연소 후 발생하는 유해 배출물의 양을 상당한 수준으로 감소시킬 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 미세버블이 형성된 가솔린의 121 일이 지난 후의 나노사이트(nano sight) LM10-HS 와 405 ㎚ 레이저를 가진 LM14를 구성하는 고감도 CCD(charge coupled device) 카메라와 X20 현미경 대물렌즈를 이용하여 촬영한 미세버블의 이미지이다.
도 2a는 본원의 일 실시예에 따른 미세버블이 형성된 가솔린의 시간 경과에 따른 미세버블 개체수의 변화를 나타낸 것이고, 도 2b 내지 도 2d는 각각 미세버블 가솔린을 형성한 직후, 76 일이 지난 후, 및 121 일이 지난 후의 미세버블의 크기 분포를 나타낸 것이다.
도 3a는 기존의 가솔린과 본원의 일 실시예에 따른 미세버블이 형성된 가솔린의 점도를 나타낸 것이고, 도 3b는 본원의 일 실시예에 따른 기존의 가솔린과 미세버블이 형성된 가솔린의 표면장력을 나타낸 것이다.
도 4는 본원의 일 구현예에 따른 미세버블을 이용한 고효율 혼합 연료의 제조장치를 나타낸 구조도이다.
도 5는 본원의 일 구현예에 따른 다공성 재료 표면에서의 미세버블의 생성을 나타내는 모식도이다.
도 6a 내지 도 6c는 기존의 가솔린과 본원의 일 실시예에 따른 미세버블이 형성된 가솔린의 동력 특성을 나타낸 것이다.
도 7a 내지 도 7d는 기존의 가솔린과 본원의 일 실시예에 따른 미세버블이 형성된 가솔린의 엔진 부하에 따른 유해 배기 배출물의 발생율을 나타낸 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, “미세버블”은 마이크로미터 크기의 마이크로버블 및/또는 나노미터 크기의 나노버블을 포함하는 것이며, 상기 미세버블의 크기는 약 1 ㎚ 내지 약 1,000 ㎛의 평균 직경을 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로버블의 크기는 약 1 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛의 평균 직경을 갖는 것일 수 있고, 상기 나노버블의 크기는 약 1 ㎚내지 약 1,000 ㎚의 평균 직경을 갖는 것일 수 있다.
본원 명세서 전체에서, 미세버블 형성에 사용되는 기체는 수소, 산소, 이산화탄소, 일산화탄소, 질소, 제논, 아르곤, 네온, 공기, 오존, 크립톤, 헬륨, 질소-함유 화합물 기체, 탄소-함유 화합물 기체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 기체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 질소-함유 화합물 기체는 질소를 함유한 화합물로서 기체 상태인 것이라면 특별히 제한 되지 않으며, 예를 들어, 암모니아, 산화질소류 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 탄소-함유 화합물 기체는 탄소를 함유한 화합물로서 기체 상태인 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 탄소수 1 내지 4의 탄화수소 화합물 기체 (메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 연료; 및, 상기 연료 내에 형성된 미세버블을 포함하는, 고효율 혼합 연료를 제공한다.
이와 관련하여, 도 1은 상기 연료에 미세버블이 형성된 나노사이트(nano sight) LM10-HS 와 405 ㎚ 레이저를 가진 LM14를 구성하는 고감도 CCD(charge coupled device) 카메라와 X20 현미경 대물렌즈를 이용하여 촬영한 미세버블의 이미지로서, 구체적으로, 본원에 따라 제조한 고효율 혼합 연료를 촬영한 사진이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 연료는 화석 연료, 바이오 연료, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 화석 연료는 가솔린, 디젤, 윤활유, 벙커유, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 바이오 연료는 바이오 에탄올, 바이오 메탄올, 바이오 디젤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 가솔린은 휘발성이 있는 액체 상태의 석유 유분을 뜻하는 것으로서, 발열량이 크고 유동성이 좋고, 연소 속도가 빠르고, 자기 발화온도가 높아야 하며, 연소 후 유해 화합물의 발생이 적은 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 디젤은 세탄가가 높아 착화성이 우수하고, 불순물이 없고, 발열량이 큰 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 세탄가는 디젤 연료의 착화성을 정량적으로 나타내는 수치로서, 상기 세탄가가 높을수록 디젤 노크(diesel knock) 현상을 일으키기 어려울 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 미세버블은 액체 내에 형성된 극히 작은 공기층(cavity)이 기체로 채워진 형태로서, 상기 미세버블을 연료로 사용할 경우, 일산화탄소, 이산화탄소, 및 질소 화합물 등과 같은 온실효과를 나타내는 가스의 발생이 현저히 감소할 뿐만 아니라, 기체 또는 액체의 형태로서 쉽게 수송할 수 있으며, 대량 저장 또한 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 기체는 수소, 산소, 이산화탄소, 일산화탄소, 질소, 제논, 아르곤, 네온, 공기, 오존, 크립톤, 헬륨, 질소-함유 화합물 기체, 탄소-함유 화합물 기체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 기체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 기체로서 수소를 사용할 경우, 상기 수소는 물을 원료로 제조할 수 있으며, 사용 후에는 다시 물로 재순환될 수 있기 때문에 효율적인 측면에서 많은 장점을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 상기 연료에 형성된 미세버블의 농도 및 직경을 나타낸다. 예를 들어, 상기 미세버블의 농도는 도 2a에서 확인할 수 있는 바와 같이, 형성된 미세버블의 자기 분열을 통해 그 수가 시간의 흐름에 따라 증가할 수 있다. 예를 들어, 상기 미세버블은 상기 연료 1 mL 당 상기 미세버블이 약 103 개 내지 약 1018 개 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 미세버블은 상기 연료 1 mL 당 약 103 개 내지 약 1018 개, 약 104 개 내지 약 1018 개, 약 105 개 내지 약 1018 개, 약 106 개 내지 약 1018 개, 약 107 개 내지 약 1018 개, 약 108 개 내지 약 1018 개, 약 109 개 내지 약 1018 개, 약 1010 개 내지 약 1018 개, 약 1011 개 내지 약 1018 개, 약 1012 개 내지 약 1018 개, 약 1013 개 내지 약 1018 개, 약 1014 개 내지 약 1018 개, 약 1015 개 내지 약 1018 개, 약 1016 개 내지 약 1018 개, 약 1017 개 내지 약 1018 개, 약 103 개 내지 약 1017 개, 약 104 개 내지 약 1017 개, 약 105 개 내지 약 1017 개, 약 106 개 내지 약 1017 개, 약 107 개 내지 약 1017 개, 약 108 개 내지 약 1017 개, 약 109 개 내지 약 1017 개, 약 1010 개 내지 약 1017 개, 약 1011 개 내지 약 1017 개, 약 1012 개 내지 약 1017 개, 약 1013 개 내지 약 1017 개, 약 1014 개 내지 약 1017 개, 약 1015 개 내지 약 1017 개, 약 1016 개 내지 약 1017 개, 약 103 개 내지 약 1016 개, 약 104 개 내지 약 1016 개, 약 105 개 내지 약 1016 개, 약 106 개 내지 약 1016 개, 약 107 개 내지 약 1016 개, 약 108 개 내지 약 1016 개, 약 109 개 내지 약 1016 개, 약 1010 개 내지 약 1016 개, 약 1011 개 내지 약 1016 개, 약 1012 개 내지 약 1016 개, 약 1013 개 내지 약 1016 개, 약 1014 개 내지 약 1016 개, 약 1015 개 내지 약 1016 개, 약 103 개 내지 약 1015 개, 약 104 개 내지 약 1015 개, 약 105 개 내지 약 1015 개, 약 106 개 내지 약 1015 개, 약 107 개 내지 약 1015 개, 약 108 개 내지 약 1015 개, 약 109 개 내지 약 1015 개, 약 1010 개 내지 약 1015 개, 약 1011 개 내지 약 1015 개, 약 1012 개 내지 약 1015 개, 약 1013 개 내지 약 1015 개, 약 1014 개 내지 약 1015 개, 약 103 개 내지 약 1014 개, 약 104 개 내지 약 1014 개, 약 105 개 내지 약 1014 개, 약 106 개 내지 약 1014 개, 약 107 개 내지 약 1014 개, 약 108 개 내지 약 1014 개, 약 109 개 내지 약 1014 개, 약 1010 개 내지 약 1014 개, 약 1011 개 내지 약 1014 개, 약 1012 개 내지 약 1014 개, 약 1013 개 내지 약 1014 개, 약 103 개 내지 약 1013 개, 약 104 개 내지 약 1013 개, 약 105 개 내지 약 1013 개, 약 106 개 내지 약 1013 개, 약 107 개 내지 약 1013 개, 약 108 개 내지 약 1013 개, 약 109 개 내지 약 1013 개, 약 1010 개 내지 약 1013 개, 약 1011 개 내지 약 1013 개, 약 1012 개 내지 약 1013 개, 약 103 개 내지 약 1012 개, 약 104 개 내지 약 1012 개, 약 105 개 내지 약 1012 개, 약 106 개 내지 약 1012 개, 약 107 개 내지 약 1012 개, 약 108 개 내지 약 1012 개, 약 109 개 내지 약 1012 개, 약 1010 개 내지 약 1012 개, 약 1011 개 내지 약 1012 개, 약 103 개 내지 약 1011 개, 약 104 개 내지 약 1011 개, 약 105 개 내지 약 1011 개, 약 106 개 내지 약 1011 개, 약 107 개 내지 약 1011 개, 약 108 개 내지 약 1011 개, 약 109 개 내지 약 1011 개, 약 1010 개 내지 약 1011 개, 약 103 개 내지 약 1010 개, 약 104 개 내지 약 1010 개, 약 105 개 내지 약 1010 개, 약 106 개 내지 약 1010 개, 약 107 개 내지 약 1010 개, 약 108 개 내지 약 1010 개, 약 109 개 내지 약 1010 개, 약 103 개 내지 약 109 개, 약 104 개 내지 약 109 개, 약 105 개 내지 약 109 개, 약 106 개 내지 약 109 개, 약 107 개 내지 약 109 개, 약 108 개 내지 약 109 개, 약 103 개 내지 약 108 개, 약 104 개 내지 약 108 개, 약 105 개 내지 약 108 개, 약 106 개 내지 약 108 개, 약 107 개 내지 약 108 개, 약 103 개 내지 약 107 개, 약 104 개 내지 약 107 개, 약 105 개 내지 약 107 개, 약 106 개 내지 약 107 개, 약 103 개 내지 약 106 개, 약 104 개 내지 약 106 개, 약 105 개 내지 약 106 개, 약 103 개 내지 약 105 개, 약 104 개 내지 약 105 개, 또는 약 103 개 내지 약 104 개가 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이어서, 도 2b 내지 도 2d를 참조하여, 상기 미세버블은 그 형성 직후에는 직경이 균일하게 분포하지 않으나, 시간의 경과에 따라 직경이 균일화된 미세버블을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 미세버블은 약 1 ㎚ 내지 약 1,000 ㎛의 직경을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 미세버블의 직경은 약 1 ㎚ 내지 약 1,000 ㎛, 약 10 ㎚ 내지 약 1,000 ㎛, 약 100 ㎚ 내지 약 1,000 ㎛, 약 300 ㎚ 내지 약 1,000 ㎛, 약 500 ㎚ 내지 약 1,000 ㎛, 약 700 ㎚ 내지 약 1,000 ㎛, 약 900 ㎚ 내지 약 1,000 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 300 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 500 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 700 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 900 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 1 ㎚ 내지 약 900 ㎛, 약 10 ㎚ 내지 약 900 ㎛, 약 100 ㎚ 내지 약 900 ㎛, 약 300 ㎚ 내지 약 900 ㎛, 약 500 ㎚ 내지 약 900 ㎛, 약 700 ㎚ 내지 약 900 ㎛, 약 900 ㎚ 내지 약 900 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 300 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 500 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 700 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 1 ㎚ 내지 약 700 ㎛, 약 10 ㎚ 내지 약 700 ㎛, 약 100 ㎚ 내지 약 700 ㎛, 약 300 ㎚ 내지 약 700 ㎛, 약 500 ㎚ 내지 약 700 ㎛, 약 700 ㎚ 내지 약 700 ㎛, 약 900 ㎚ 내지 약 700 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 700 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 700 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 700 ㎛, 약 300 ㎛ 내지 약 700 ㎛, 약 500 ㎛ 내지 약 700 ㎛, 약 1 ㎚ 내지 약 500 ㎛, 약 10 ㎚ 내지 약 500 ㎛, 약 100 ㎚ 내지 약 500 ㎛, 약 300 ㎚ 내지 약 500 ㎛, 약 500 ㎚ 내지 약 500 ㎛, 약 700 ㎚ 내지 약 500 ㎛, 약 900 ㎚ 내지 약 500 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 300 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 1 ㎚ 내지 약 300 ㎛, 약 10 ㎚ 내지 약 300 ㎛, 약 100 ㎚ 내지 약 300 ㎛, 약 300 ㎚ 내지 약 300 ㎛, 약 500 ㎚ 내지 약 300 ㎛, 약 700 ㎚ 내지 약 300 ㎛, 약 900 ㎚ 내지 약 300 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 약 1 ㎚ 내지 약 100 ㎛, 약 10 ㎚ 내지 약 100 ㎛, 약 100 ㎚ 내지 약 100 ㎛, 약 300 ㎚ 내지 약 100 ㎛, 약 500 ㎚ 내지 약 100 ㎛, 약 700 ㎚ 내지 약 100 ㎛, 약 900 ㎚ 내지 약 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 1 ㎚ 내지 약 10 ㎛, 약 10 ㎚ 내지 약 10 ㎛, 약 100 ㎚ 내지 약 10 ㎛, 약 300 ㎚ 내지 약 10 ㎛, 약 500 ㎚ 내지 약 10 ㎛, 약 700 ㎚ 내지 약 10 ㎛, 약 900 ㎚ 내지 약 10 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 약 1 ㎚ 내지 약 1 ㎛, 약 10 ㎚ 내지 약 1 ㎛, 약 100 ㎚ 내지 약 1 ㎛, 약 300 ㎚ 내지 약 1 ㎛, 약 500 ㎚ 내지 약 1 ㎛, 약 700 ㎚ 내지 약 1 ㎛, 약 900 ㎚ 내지 약 1 ㎛, 약 1 ㎚ 내지 약 900 ㎚, 약 10 ㎚ 내지 약 900 ㎚, 약 100 ㎚ 내지 약 900 ㎚, 약 300 ㎚ 내지 약 900 ㎚, 약 500 ㎚ 내지 약 900 ㎚, 약 700 ㎚ 내지 약 900 ㎚, 약 1 ㎚ 내지 약 700 ㎚, 약 10 ㎚ 내지 약 700 ㎚, 약 100 ㎚ 내지 약 700 ㎚, 약 300 ㎚ 내지 약 700 ㎚, 약 500 ㎚ 내지 약 700 ㎚, 약 1 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 약 10 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 약 100 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 약 300 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 약 1 ㎚ 내지 약 300 ㎚, 약 10 ㎚ 내지 약 300 ㎚, 약 100 ㎚ 내지 약 300 ㎚, 약 1 ㎚ 내지 약 100 ㎚, 약 10 ㎚ 내지 약 100 ㎚, 또는 약 1 ㎚ 내지 약 10 ㎚일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
도 3a는 상기 연료의 점도를 나타낸 것으로서, 기존의 가솔린과 미세버블이 형성된 가솔린의 점도를 각각 나타낸 것이다. 상기 미세버블이 형성된 가솔린의 점도는 약 0.4 MPa·s 내지 약 0.7 MPa·s일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 미세버블이 형성된 가솔린의 점도는 약 0.4 MPa·s 내지 약 0.7 MPa·s, 약 0.45 MPa·s 내지 약 0.7 MPa·s, 약 0.5 MPa·s 내지 약 0.7 MPa·s, 약 0.55 MPa·s 내지 약 0.7 MPa·s, 약 0.6 MPa·s 내지 약 0.7 MPa·s, 약 0.65 MPa·s 내지 약 0.7 MPa·s, 약 0.4 MPa·s 내지 약 0.65 MPa·s, 약 0.45 MPa·s 내지 약 0.65 MPa·s, 약 0.5 MPa·s 내지 약 0.65 MPa·s, 약 0.55 MPa·s 내지 약 0.65 MPa·s, 약 0.6 MPa·s 내지 약 0.65 MPa·s, 약 0.4 MPa·s 내지 약 0.6 MPa·s, 약 0.45 MPa·s 내지 약 0.6 MPa·s, 약 0.5 MPa·s 내지 약 0.6 MPa·s, 약 0.55 MPa·s 내지 약 0.6 MPa·s, 약 0.4 MPa·s 내지 약 0.55 MPa·s, 약 0.45 MPa·s 내지 약 0.55 MPa·s, 약 0.5 MPa·s 내지 약 0.55 MPa·s, 약 0.4 MPa·s 내지 약 0.5 MPa·s, 약 0.45 MPa·s 내지 약 0.5 MPa·s, 또는 약 0.4 MPa·s 내지 약 0.45 MPa·s일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 연료의 점도는 연료가 유동할 때 나타나는 내부 저항으로서, 상기 연료의 점도가 높으면, 분사 특성이 나빠져 연료 분사 시 분사압력을 높여야 하며, 또한 이 경우 엔진 성능 및 연소 특성이 나빠질 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
한편, 도 3b는 상기 연료의 표면장력을 나타낸 것으로서, 기존의 가솔린과 미세버블이 형성된 가솔린의 표면장력을 각각 나타낸 것이다. 상기 미세버블이 형성된 가솔린의 표면장력은 약 12 dyn/cm 내지 약 15 dyn/cm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 미세버블이 형성된 가솔린의 표면장력은 약 12 dyn/cm 내지 약 15 dyn/cm, 약 12.5 dyn/cm 내지 약 15 dyn/cm, 약 13 dyn/cm 내지 약 15 dyn/cm, 약 13.5 dyn/cm 내지 약 15 dyn/cm, 약 14 dyn/cm 내지 약 15 dyn/cm, 약 14.5 dyn/cm 내지 약 15 dyn/cm, 약 12 dyn/cm 내지 약 14.5 dyn/cm, 약 12.5 dyn/cm 내지 약 14.5 dyn/cm, 약 13 dyn/cm 내지 약 14.5 dyn/cm, 약 13.5 dyn/cm 내지 약 14.5 dyn/cm, 약 14 dyn/cm 내지 약 14.5 dyn/cm, 약 12 dyn/cm 내지 약 14 dyn/cm, 약 12.5 dyn/cm 내지 약 14 dyn/cm, 약 13 dyn/cm 내지 약 14 dyn/cm, 약 13.5 dyn/cm 내지 약 14 dyn/cm, 약 12 dyn/cm 내지 약 13.5 dyn/cm, 약 12.5 dyn/cm 내지 약 13.5 dyn/cm, 약 13 dyn/cm 내지 약 13.5 dyn/cm, 약 12 dyn/cm 내지 약 13 dyn/cm, 약 12.5 dyn/cm 내지 약 13 dyn/cm, 또는 약 12 dyn/cm 내지 약 12.5 dyn/cm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 연료의 표면장력은, 상기 연료가 자신이 차지하는 표면을 최대로 줄이기 위해 주변분자들에 작용하는 힘으로서, 상기 표면장력의 조절에 따라 상기 연료의 원활한 흐름을 도울 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 2 측면은, 액체가 주입되는 액체 탱크; 상기 액체 탱크에 기체를 공급하는 기체 공급 라인부; 및, 상기 액체 탱크 내부에 설치된 다공관체를 포함하는, 고효율 혼합 연료 제조장치를 제공한다.
도 4는 본원의 일 구현예에 따른 미세버블을 이용한 고효율 혼합 연료 제조장치이다.
먼저 액체가 주입되는 액체 탱크(110)를 준비한다. 상기 액체 탱크(110)는 통상의 액체 탱크와 마찬가지로, 소정의 액체가 주입되고, 상기 주입된 액체가 새어나가지 않는 형태일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 액체 탱크(110)는 그 상부가 밀폐 뚜껑에 의해 밀폐된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 밀폐 뚜껑은 상기 밀폐 뚜껑에 연결된 기체 공급 라인부, 및 상기 밀폐 뚜껑에 구비되어 상기 액체 탱크(110) 내에 압력을 측정하는 압력계와 상기 액체 탱크(110) 내부의 압력을 조절하는 압력조절 밸브를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 액체는 물, 고점도 물질, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 고점도 물질은 폴리머, 연료, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 고점도 물질은 폴리머, 화석 연료, 바이오 연료, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 폴리머, 가솔린, 디젤, 윤활유, 벙커유, 바이오 에탄올, 바이오 메탄올, 바이오 디젤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기체 공급 라인부는 기체가 주입되는 입구 밸브(125), 상기 주입된 기체의 압력을 측정하는 압력계, 및 상기 주입된 기체가 이동하는 공급관(120)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 기체는 수소, 산소, 이산화탄소, 일산화탄소, 질소, 제논, 아르곤, 네온, 공기, 오존, 크립톤, 헬륨, 질소-함유 화합물 기체, 탄소-함유 화합물 기체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 기체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 기체 공급 라인부는 상기 입구 밸브(125)와 연결된 기체 탱크를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 입구 밸브(125)를 열어, 상기 기체 탱크 내부에 포함된 기체가 상기 공급관(120)을 통해 상기 액체 탱크(110) 내부로 주입될 수 있으며, 상기 공급관(120)을 통해 주입된 상기 기체는 상기 다공관체(130)에 공급되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 기체 탱크에 저장되어 있는 상기 기체가 상기 액체 내에 포함되는 경우, 상기 기체는 연소 후 물이 생성될 뿐, 오염물질이 생성되지 않으며, 연소율 또한 크기 때문에 효율적으로 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 다공관체(130)는 약 1 ㎚ 내지 약 1 ㎜의 홀(hole)을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 다공관체는 약 1 ㎚ 내지 약 1 ㎜, 약 10 ㎚ 내지 약 1 ㎜, 약 100 ㎚ 내지 약 1 ㎜, 약 300 ㎚ 내지 약 1 ㎜, 약 500 ㎚ 내지 약 1 ㎜, 약 700 ㎚ 내지 약 1 ㎜, 약 900 ㎚ 내지 약 1 ㎜, 약 1 ㎛ 내지 약 1 ㎜, 약 10 ㎛ 내지 약 1 ㎜, 약 100 ㎛ 내지 약 1 ㎜, 약 300 ㎛ 내지 약 1 ㎜, 약 500 ㎛ 내지 약 1 ㎜, 약 700 ㎛ 내지 약 1 ㎜, 약 900 ㎛ 내지 약 1 ㎜, 약 1 ㎚ 내지 약 900 ㎛, 약 10 ㎚ 내지 약 900 ㎛, 약 100 ㎚ 내지 약 900 ㎛, 약 300 ㎚ 내지 약 900 ㎛, 약 500 ㎚ 내지 약 900 ㎛, 약 700 ㎚ 내지 약 900 ㎛, 약 900 ㎚ 내지 약 900 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 300 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 500 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 700 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 1 ㎚ 내지 약 700 ㎛, 약 10 ㎚ 내지 약 700 ㎛, 약 100 ㎚ 내지 약 700 ㎛, 약 300 ㎚ 내지 약 700 ㎛, 약 500 ㎚ 내지 약 700 ㎛, 약 700 ㎚ 내지 약 700 ㎛, 약 900 ㎚ 내지 약 700 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 700 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 700 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 700 ㎛, 약 300 ㎛ 내지 약 700 ㎛, 약 500 ㎛ 내지 약 700 ㎛, 약 1 ㎚ 내지 약 500 ㎛, 약 10 ㎚ 내지 약 500 ㎛, 약 100 ㎚ 내지 약 500 ㎛, 약 300 ㎚ 내지 약 500 ㎛, 약 500 ㎚ 내지 약 500 ㎛, 약 700 ㎚ 내지 약 500 ㎛, 약 900 ㎚ 내지 약 500 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 300 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 1 ㎚ 내지 약 300 ㎛, 약 10 ㎚ 내지 약 300 ㎛, 약 100 ㎚ 내지 약 300 ㎛, 약 300 ㎚ 내지 약 300 ㎛, 약 500 ㎚ 내지 약 300 ㎛, 약 700 ㎚ 내지 약 300 ㎛, 약 900 ㎚ 내지 약 300 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 약 1 ㎚ 내지 약 100 ㎛, 약 10 ㎚ 내지 약 100 ㎛, 약 100 ㎚ 내지 약 100 ㎛, 약 300 ㎚ 내지 약 100 ㎛, 약 500 ㎚ 내지 약 100 ㎛, 약 700 ㎚ 내지 약 100 ㎛, 약 900 ㎚ 내지 약 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 1 ㎚ 내지 약 10 ㎛, 약 10 ㎚ 내지 약 10 ㎛, 약 100 ㎚ 내지 약 10 ㎛, 약 300 ㎚ 내지 약 10 ㎛, 약 500 ㎚ 내지 약 10 ㎛, 약 700 ㎚ 내지 약 10 ㎛, 약 900 ㎚ 내지 약 10 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 약 1 ㎚ 내지 약 1 ㎛, 약 10 ㎚ 내지 약 1 ㎛, 약 100 ㎚ 내지 약 1 ㎛, 약 300 ㎚ 내지 약 1 ㎛, 약 500 ㎚ 내지 약 1 ㎛, 약 700 ㎚ 내지 약 1 ㎛, 약 900 ㎚ 내지 약 1 ㎛, 약 1 ㎚ 내지 약 900 ㎚, 약 10 ㎚ 내지 약 900 ㎚, 약 100 ㎚ 내지 약 900 ㎚, 약 300 ㎚ 내지 약 900 ㎚, 약 500 ㎚ 내지 약 900 ㎚, 약 700 ㎚ 내지 약 900 ㎚, 약 1 ㎚ 내지 약 700 ㎚, 약 10 ㎚ 내지 약 700 ㎚, 약 100 ㎚ 내지 약 700 ㎚, 약 300 ㎚ 내지 약 700 ㎚, 약 500 ㎚ 내지 약 700 ㎚, 약 1 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 약 10 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 약 100 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 약 300 ㎚ 내지 약 500 ㎚, 약 1 ㎚ 내지 약 300 ㎚, 약 10 ㎚ 내지 약 300 ㎚, 약 100 ㎚ 내지 약 300 ㎚, 약 1 ㎚ 내지 약 100 ㎚, 약 10 ㎚ 내지 약 100 ㎚, 또는 약 1 ㎚ 내지 약 10 ㎚ 크기의 홀(hole)을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 다공관체는 도 5와 같이, 상기 기체가 상기 다공관체의 홀을 통과하면서 미세버블로 전환되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 기체가 상기 다공관체의 홀을 통과하면서 마이크로 버블로 형성될 경우, 상기 마이크로 버블의 자기수축효과로 인하여 상기 마이크로 버블이 나노 버블로 전환되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이하, 본원의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 그러나 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
[ 실시예 ]
본 실시예에 따른 고효율 혼합 연료를 제조하기 위해, 먼저 나노수소버블 가솔린을 제조하였다. 상기 나노수소버블 가솔린을 제조하기 위해 순도 99.995%의 수소 기체(신영특수가스)와 옥탄가 91 내지 94의 가솔린 (현대오일뱅크)이 사용되었으며, 추가적인 정제(purification) 공정은 수행하지 않았다. 상기 가솔린에 나노수소버블을 생성하기 위해 도 4에 도시된 것과 동일한 구조를 갖는 미세버블 제조장치를 사용하였다. 상기 미세버블 제조장치는 가솔린이 주입되어 있는 액체 탱크(110)와 다공관체(130)를 포함하며, 기체 공급 라인부를 통해 기체 탱크에서 흘러나온 수소 기체가 상기 다공관체(130)로 주입되었다. 상기 다공관체(130)는 다공성 재료를 포함하며, 상기 가솔린에 잠길 수 있게 상기 액체 탱크(110)의 하부에 설치하였다. 상기 다공관체(130)에 주입된 상기 수소 기체는 상기 다공관체(130)의 표면에서 나노수소버블을 형성하였다. 상기 다공관체(130) 표면에 형성된 나노수소버블에는 상기 나노수소버블을 고체 표면에 붙잡아 두는 유지력(holding force)과 상기 나노수소버블을 고체 표면에서 분리시키는 분리력(detaching force)이 작용하였다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 나노수소버블이 성장하게 되면, 분리력이 유지력보다 커지게 되며, 이로 인해 상기 나노수소버블이 상기 다공관체(130)의 표면으로부터 분리될 수 있었다. 본 실시예에서는 상온, 상압에서 나노수소버블이 형성된 가솔린의 제조를 시행하였으며, 상기 나노수소버블의 생성 과정에서 가솔린의 높은 휘발성으로 인해 증발되는 양을 충전해 주었다. 마지막으로, 상기 미세버블 제조장치를 정지시킨 뒤 상기 액체 탱크(110) 내의 나노수소버블이 형성된 가솔린을 출구 밸브(140)를 통하여 수득하였고 상기 수득한 나노수소버블이 형성된 가솔린은 상온, 상압에서 일반 플라스틱병에 보관하였다.
실험에 사용된 실험엔진은 배기량 약 2,000 cc의 직렬 4기통의 전자제어방식 엔진을 이용한 현대자동차 EF 소나타를 사용하였다.
Figure 112013104863369-pat00001
상기 표 1에서와 같이, 본 실시예에서 사용된 가솔린은 국내에서 상용화되어 판매되고 있는 가솔린(현대오일뱅크) 및 상기 가솔린에 나노수소버블을 형성시킨 것이다. 상기 두 가솔린의 발열량 측정을 통해 나노수소버블이 연료의 발열량에 미치는 영향을 확인하고자 하였으며, 본 실험 결과를 통해 기존의 가솔린에 나노수소버블을 형성하여도 그 발열량에는 큰 차이가 없음을 확인하였다.
Figure 112013104863369-pat00002
상기 표 2는 기존의 가솔린과, 나노수소버블을 형성한 가솔린의 점도를 나타낸 것이다. 표 2에서와 같이, 기존의 가솔린의 평균 점도는 약 0.58 MPa·s이고, 나노수소버블을 형성한 가솔린의 평균 점도는 약 0.55 MPa·s로, 나노수소버블을 형성한 가솔린의 점도가 약 0.03 MPa·s 더 낮은 것을 알 수 있었다. 상기 화석 연료의 점도를 측정하기 위해 LVT 점도계 (Brookfield Engineering Laboratories INC., UA)를 이용하였다. 상기 측정에서 사용된 점성계는 지침(indicator needle)을 포함한 본체, 스핀들(spindle), 받침대, 및 원형 수평계로 구성되어 있으며, 약 0.3 rpm 내지 약 60 rpm의 스핀들 속도에서 약 1.0 MPa·s 내지 약 2.0 × 106 MPa·s까지의 점도를 측정할 수 있다. 설정한 스핀들 속도에서 지침이 안정화된 이후에 결과를 얻었으며, 최종적으로, 지침이 가리키는 값이 결정되면 전환계수(conversion factor)를 이용해 동점성을 계산하였다. 상기 가솔린의 점도는 가솔린이 유동할 때 나타나는 내부 저항으로서, 상기 가솔린의 점도가 높으면, 분사 특성이 나빠져 연료 분사 시 분사압력을 높여야 하며, 엔진 성능 및 연소 특성이 나빠질 수 있다.
Figure 112013104863369-pat00003
상기 표 3은 기존의 가솔린과, 나노수소버블을 형성한 가솔린의 표면장력을 나타낸 것이다. 상기 가솔린의 표면장력은 액체의 표면장력을 측정하는 드 노이 링 방법(Du Nouy ring method)을 사용하는 드 노이 장력계(Du Nouy tension meter, No.3179, Itoh Seisakusho, Japan)를 이용하여 측정하였다. 상기 표 3과 같이, 기존 가솔린의 평균 표면장력은 약 13.54 dyn/cm이고, 나노수소버블을 형성한 가솔린의 평균 표면장력은 약 13.93 dyn/cm로서, 나노수소버블을 형성한 가솔린의 표면장력이 약 0.39 dyn/cm 더 높은 것을 알 수 있었다.
Figure 112013104863369-pat00004
상기 표 4를 참조하여 나노수소버블이 형성된 가솔린의 시간에 따른 나노수소버블의 평균값 및 시간에 따른 개체수 변화를 알 수 있었다. 상기 개체수를 측정하기 위해 나노 입자 추적 분석(nano particle tracking analysis, NTA) 장비를 이용하였으며, 상기 장비는 레이저를 조사하여 액체 내에서 브라운 운동(Brawnian motion)에 의해 움직이는 나노수소버블의 영상을 녹화하는 장비로서, 상기 레이저 조사 장치는 현미경 렌즈 아래에 얹혀있으며, 레이저 광 경로(beam path)를 지나는 액체 시편 내의 나노수소버블은 장비에 의해 움직이거나 진동하는 작은 하얀색 점으로 나타내어진다. 영상이 녹화되면, NTA 2.3 분석 소프트웨어(analytic software)는 각각의 나노수소버블을 추적하며 상기 나노수소버블의 확산 계수(diffusion coefficient, Dt)를 측정하였다. 결과적으로, 상기 나노수소버블의 개체수는 상기 나노수소버블의 반지름 (r)이 측정된 확산계수와 하기 식으로 나타낸 스토크스-아인슈타인(Stokes-Einstine) 공식에 의해서 결정되었다.
Dt=(KB*T)/(6*π*ŋ*r)
KB는 볼츠만 상수, T는 온도, ŋ는 액체의 점성이다.
상기한 방법에 의해 계산된 나노수소버블이 형성된 가솔린의 농도는 시간이 경과하여도 그 개체수에는 큰 변화가 없었으며, 이는 가솔린 내에서 나노수소버블의 안정성을 나타냈다.
도 6a 내지 도 6c는 기존의 가솔린과 본 실시예에 따른 나노수소버블이 형성된 가솔린의 동력 특성을 나타낸 도표이다. 상기 도 6a 내지 도 6c는 엔진 회전 속도를 약 3,000 rpm으로 고정한 상태에서 악셀레이터의 변화량을 증가시키면서 측정한 토크값과 연료 소비율값, 및 동력값의 변화량을 나타낸 것으로서, 상기 도 6a는 엔진부하에 따른 제동 토크(brake torque)값을 나타낸 것이고, 도 6b는 엔진부하에 따른 제동 연료 소비율(brake specific fuel consumption)을 나타낸 것이며, 도 6c는 엔진부하에 따른 동력값을 나타낸 것이다. 먼저 도 6a와 같이 토크(출력)값은 출력 특성을 평가할 수 있는 대표적인 값으로서 나노수소버블이 형성된 가솔린의 경우, 기존 가솔린에 비하여 저부하와 중부하 영역에서 토크값이 증가한 것을 볼 수 있었다. 특히 도 6b와 같이 연료 소비율 특성을 살펴보면 가솔린에 나노수소버블이 형성된 가솔린의 경우, 보다 적은 양의 연료를 소비하면서 향상된 출력값을 동시에 나타냈다. 이는 나노수소버블이 형성된 가솔린 내 포함된 수소 성분의 높은 폭발압력 특성으로 인해 연소 성능에 영향을 미쳐 보다 높은 연소 압력을 발생한 결과일 것으로 사료되었다. 도 6c와 같이, 나노수소버블이 형성된 가솔린의 경우 기존 가솔린에 비하여 적은 양의 연료를 소비하면서 향상된 동력값을 나타냈다.
도 7a 내지 도 7d는 기존의 가솔린과 본 실시예에 따른 나노수소버블이 형성된 가솔린의 엔진부하에 따른 유해 배기 배출물 특성을 나타낸 것으로 일산화탄소, 이산화탄소, 탄화수소, 및 질소 화합물의 발생량을 나타냈다. 상기 유해 배기 배출물은 호흡기 질환과 주요 온실가스로 알려진 것이며, 이러한 유해 배기 배출물은 연소 성능과 밀접한 관계를 가지고 있다. 우선, 도 7a 및 도 7b의 일산화탄소 및 이산화탄소의 경우, 나노수소버블이 형성된 가솔린의 연소가 전체적인 엔진부하 영역에서 일반 가솔린에 비해 그 발생량이 낮은 것을 알 수 있었다. 아울러, 도 7c의 탄화수소의 경우, 전 영역에서 나노수소버블이 형성된 가솔린이 기존 가솔린 연소에 비하여 탄화수소의 발생량이 현저히 낮은 것을 알 수 있었다. 탄화수소의 발생 원리는 연소 과정 중 연료의 주성분인 탄소와 수소가 연소되지 못하고 배출되는 것인데, 도 7c에서 알 수 있듯이 나노수소버블이 형성된 가솔린의 경우, 기존 가솔린에 비해 보다 완벽하게 연소를 하게 되어 탄화수소 발생량 또한 줄어든 것으로 사료되었다. 마지막으로 도 7d와 같은 질소 산화물의 경우, 전체적인 엔진부하 영역에서 화합물의 양이 줄어드는 것을 알 수 있었다. 상기 질소 산화물은 연소 온도와 직접적으로 관계되어 연소 압력이 증가하면 연소 온도가 증가하게 되고, 그로 인하여 질소 산화물도 증가하는 것이다. 즉, 상기 질소 산화물은 화염온도가 증가함에 따라 그 발생량 또한 증가하게 된다. 앞서 출력 특성에서 알 수 있듯이 높은 출력으로 인해 연소실 내에서 높은 화염온도가 발생하였고, 이로 인해 질소 산화물이 증가한 것으로 사료되었다. 하지만 본 실험에서 사용한 엔진은 배기 후처리 장치가 제거된 상태로서, 일반적으로 상기 질소 산화물은 삼원촉매후처리 정화 장치로 쉽게 환원할 수 있기 때문에 후처리 장치를 사용하거나 점화시기 또는 공연비(연료분사량)를 조절한다면 충분히 저감할 수 있을 것이라고 사료되었다.
즉, 가솔린과 나노수소버블 혼합 연료의 최적의 공연비값을 찾아내고, 점화시기와 연료분사량값을 정밀하게 조절한다면 높은 출력과 연료 소비율, 및 낮은 유해 배기 배출물을 만족하는 결과를 동시에 얻을 수 있을 것이다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 액체 탱크
120 : 공급관
125 : 입구 밸브
130 : 다공관체
140 : 출구 밸브

Claims (12)

  1. 연료; 및,
    상기 연료 내에 형성된 수소 미세버블
    을 포함하는, 고효율 혼합 연료.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료는 화석 연료, 바이오 연료, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 고효율 혼합 연료.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소 미세버블은 상기 연료 1 mL 당 103 개 내지 1018 개 형성된 것인, 고효율 혼합 연료.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소 미세버블은 1 ㎚ 내지 1,000 ㎛의 직경을 가지는 것인, 고효율 혼합 연료.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고효율 혼합 연료는 0.4 MPa·s 내지 0.7 MPa·s의 점도를 가지는 것인, 고효율 혼합 연료.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고효율 혼합 연료는 12 dyn/cm 내지 15 dyn/cm의 표면장력을 가지는 것인, 고효율 혼합 연료.
  7. 삭제
  8. 삭제
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