KR101460983B1 - 하이브리드 자장정렬혼합연료 제조장치 - Google Patents

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주식회사 케이피에너지
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Abstract

본 발명은 다수개의 비대칭으로 배열된 전극판들이 다수개의 단위셀에 각각 안치되어 브라운가스를 제조하는 물 전기분해 장치와,
브라운가스를 포함한 기체연료를 휘발성이 있는 액체연료에 넣어 액체연료의 기화를 촉진시킴과 동시에 혼합시키거나, 브라운가스와 기체연료를 혼합시켜 브라운가스의 내파(Implosion)(또는 응폭이라고도 함)를 감소시키면서 기체연료의 장점을 증가시켜 연소효율을 증가시키는 기체연료 혼합장치와,
상기 두 개의 장치를 통과한 기체혼합연료를 혼합 자장 처리하는 두 개의 연료 처리실과 자석이 내장된 3개의 자력실로 구성된 자장정렬 혼합장치로 구성된 하이브리드 자장정렬혼합연료 제조장치에 관한 것이다.

Description

하이브리드 자장정렬혼합연료 제조장치{Hybrid Magnetic sorting mixed fuel Manufacturing equipment}
본 발명은 버너, 보일러, 발전기 및 각종 구동엔진 등에 사용하는 기체상의 혼합연료를 제조하는 장치의 일종으로서, 브라운가스를 제조하는 물 전기분해 장치와, 기체연료혼합장치와 자장정렬 혼합장치로 구성된 하이브리드 자장정렬혼합연료 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 버너, 보일러, 발전기 및 각종 구동엔진에 사용하는 에너지는 화석연료가 대부분으로서, 최근 화석연료의 과소비는 자원의 고갈을 가져 와,
다양한 수단을 이용하여 화석연료의 효율을 높이고자 노력하고 있으며, 최근에는 화석연료의 대체로 물을 분해한 브라운 가스를 연료로 사용하기 시작하였다.
브라운가스는 물을 전기분해 방식에 의해 얻게 되는 것으로 하기의 구조식에서와 같이 수소와 산소가 2:1의 비율로 혼합된 혼합가스를 말한다.
2H2O→2H2+O2의 구조식을 갖는 브라운가스는 완전무공해 연료일 뿐만이 아니라 수소가스와는 달리 브라운가스만의 내파(Implosion)특성과 열핵반응특성을 가지고 있는 것이다.
이러한 브라운가스를 생산하는 브라운가스 발생기는 1리터의 물로 약 1860리터의 브라운가스를 생산한다.
반대로 1860리터의 브라운가스를 밀폐된 압력용기 내에서 스파크에 의해 연소시켜보면 폭발지속시간 백만분의 44초 동안에 압력최고치 0.5 MPa에 이르자마자 즉시 압력강하를 일으키는 순간 저압의 내폭과 동시에 1/1860로 체적감소가 일어나면서 진공도를 형성시킨다.(즉 다시 물 1리터가 생성되고 나머지 체적은 진공상태가 된다.)
이것은 폭발(Explosion)과는 전혀 다른 개념인 내파(Implosion)라고 설명된다.
브라운가스의 불꽃은 내파 상태가 계속되고 있는 상태라고 할 수 있다. 따라서 브라운가스 불꽃은 핀포인트 화염을 형성하여 불꽃의 형태가 길게 형성되고 축열은 적으나 핀포인트 부분에서는 내열재인 세라믹도 녹여버리므로 화염드릴링을 할 수 있는 정도의 막강한 화력을 과시한다.
또한 브라운가스의 불꽃은 수소와 산소가 원자와 반응하는 독특한 성격을 가지고 있다. 수소원자와 산소원자는 가열대상 물질을 가열할 뿐 아니라 상호 반응을 일으킨다. 그러므로 수소와 산소에 의해 가열되는 물질은 반응열로 인해 공기 중에서 가스가 홀로 연소할 때의 불꽃보다 훨씬 뜨거운 불꽃에 의해 가열되는 결과가 된다.
현재 시중에 나와 있는 물을 분해하여 제조되는 브라운 가스의 최고효율 장치는 이론치의 53 % 수준에 머물고 있어 이를 극복하고자 전해액을 진동시키거나, 대류를 일으키도록 휘젓거나 하는 등의 특허기술들이 개랑 되어 있으나, 효율은 있지만 만족스럽지 못하다.
한편으로 공급되는 연료관에 강한 자성체의 자력을 작용시켜 영구자석의 강한 자력을 활용하여 연료를 미세화하고 활성화하여 내연기관 또는 보일러의 연료를 완전 연소시켜 매연감소와 연비 향상 등을 개선 시키는 기술이 많이 사용되고 있다.
최근에는 브라운 가스와 화석연료를 혼합한 연료가 등장하기 시작하였다.
국내등록번호 등록공보 제1003975850000 (2003.08.28.)호의 오일과 브라운가스 혼합연료로 사용되는 연소촉진용 브라운가스 버너,
국내공개특허공보 공개번호 제10-2010-0103925 (2010.09.29.)호의 브라운가스를 연소시켜 브라운가스 화염망을 형성하도록 하고 2차로 브라운가스 화염망의 내측에서 공급되는 액상 또는 가스상 화석연료, 바이오 연료, 부생가스 및 저급 화석연료 등의 보조연료 혹은 이종 연료로 구성된 브라운 가스를 이용한 연료의 연소촉진 연소장치 및 방법, 동 공보 공개번호 제1020120056495 (2012.06.04.)호의 브라운가스와 액체연료를 엔진으로 공급하는 유로가 각각 형성되어 있는 듀얼인젝터를 이용한 선박용 엔진의 브라운가스 공급 장치가 공개되어 있고,
국내공개특허공보 공개번호 제1020110042142(2011.04.25)호에는 브라운가스플랜트와 연료가스(LNG, LPG,등)를 적정비율 혼합실로 공급하는 하이브리드가스 자동공급시스템으로 구성된 하이브리드가스 자동공급시스템이 공개되어 있고,
브라운가스 제조는 국내등록특허공보 등록번호 제1002755040000 (2000.09.21.)호의 횡렬식 전해장치에 의한 브라운가스 발생기, 동 공보 등록번호 제1007805150000 (2007.11.22.)호의 공냉식 전해조를 이용한 브라운가스 자동공급장치, 국내공개특허공보 공개번호 제1020110121009 (2011.11.07.)호의 수산가스제조기, 국내등록실용신안공보 등록번호 제2003176130000 (2003.06.12.)호의 브라운 가스 발생 및 연소장치가 공개되어 있으며,
또 액체연료를 기체화시켜 각종 버너, 보일러, 발전기 및 엔진 등에 공급하여 열효율을 높이도록 최근에 많은 연구가 있어 왔다.
예를 들면, 국내등록특허공보 등록번호 제1009280910000 (2009.11.16.)호의 유증기 버너, 동 공보 등록번호 제1011030370000(2011.12.29.)호의 연료와 물을 이용한 연료절감식 연소장치장치, 동 공보 등록번호 제1006680150000(2007.01.05.)호의 유증기 회수장치,동 공보 등록번호 제1010250240000 (2011.03.18.)호의 탄화수소폐기물 열분해장치, 동 공보 등록번호 제1012391810000(2013.02.26.)호의 휘발성 유기화합물 회수장치가 공개되어 있고,
한편으로는 공급되는 연료관에 강한 자성체의 자력을 활용하여 연료를 미세화하고 활성화하여 내연기관 또는 보일러의 연료를 완전 연소시켜 매연감소와 연비 향상 등을 개선시키는 기술이 많이 사용되고 있으며, 특히, 연료관에 자력을 제공하여 연료입자를 활성화하거나, 입자화하거나 이온화시켜 연료효율을 증가시키는 기술은 국내등록특허공보 등록번호 제1000950610000(1996.01.31.)호의 자성체를 이용한 연료활성화장치, 국내등록실용신안공보 등록번호 제2003613820000 (2004.08.30.)호의 연료 기화율 증대 장치, 국내공개특허공보 공개번호 제1020120004285(2012.01.12.)호의 내연기관 연료효율 향상장치, 동 공보 공개번호 제1020100112730(2010.10.20.)호의 연료를 완전연소토록 하여 매연감소와 연료절감의 효과를 내도록 한 장치, 국내등록실용신안공보 등록번호 제2003776380000 (2005.02.24.)호의 플라스틱지지대를 사용한 자석배열의 방법이 공개되어 있음을 알 수 있다.
1. 국내등록특허공보 등록번호 제1003975850000 (2003.08.28.)호 2. 국내공개특허공보 공개번호 제10-2010-0103925 (2010.09.29.)호 3. 국내공개특허공보 공개번호 제10-2011-0042142(2011.04.25)호 4. 국내공개특허공보 공개번호 제1020120056495 (2012.06.04.)호 5. 국내등록특허공보 등록번호 제1000950610000(1996.01.31.)호 6. 국내등록특허공보 등록번호 제10-275504(2000.09.21)호 7. 국내등록특허공보 등록번호 제1000950610000(1996.01.31.)호
상기와 같은 종래의 기술들은 여러 가지 방식을 적용하여 효율을 높이고자 하였으나 브라운가스와 화석연료를 이용한 혼합연료의 기술수준이 저급하고, 현재 시중에 나와 있는 최고효율 장치는 이론치의 53 % 수준에 머물고 있어 경제적이지 못하여 산업에 이용되지 못하는 문제점이 본 발명이 해결하고자 하는 과제인 것이다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 다수개의 비대칭으로 배열된 전극판들이 다수개의 단위셀에 각각 안치되어 브라운가스를 제조하는 물 전기분해 장치와, 기체연료 또는 휘발성이 있는 액체연료에 공기를 넣어 기화를 촉진시킴과 동시에 기화된 유증기를 브라운가스나 화석연료와 혼합하여 사용할 수 있도록 구조를 개량한 기체연료 혼합장치와, 기체혼합 연료를 혼합 자장 처리하는 두개의 연료처리실과 자석이 내장된 3개의 자력실로 구성된 자장정렬 혼합장치로 구성된 하이브리드 자장정렬혼합연료 제조장치를 제공하는 것이 본 발명의 과제 해결 수단인 것이다.
본 발명은 브라운가스와 화석연료를 이상적으로 혼합시켜 화석연료의 사용을 절감하는 경제적인 효과와,
다수개의 전극판 간극을 비대칭으로 단위셀에 안치하여 최적 위치에서 공진이 일어나면서 최대 효율로 전기분해가 일어나므로 전체적으로 전해조의 효율이 크게 상승하는 효과와,
기체연료 또는 휘발성이 있는 액체연료에 기체연료를 주입하여 기화를 촉진시킴과 동시에 기화된 유증기 등의 혼합을 촉진시켜 열효율이 높은 기체 혼합연료를 제조하여 열효율을 높임과 동시에
기체연료와 브라운가스를 혼합시킨 기체상 연료를 사용함으로서, 종래의 브라운가스의 내파(Implosion)(또는 응폭이라고도 함) 현상에 의한 화염의 핀포인트화 현상을 감소시키면서 기체연료의 장점을 증가시키는 기체상 혼합연료에 의해 연소효율을 증가시켜 연료의 절감에 따른 경제적인 효과와,
자장정렬장치의 자석구간을 통과시켜 미립자화 또는 방향성을 갖도록 함으로써 연료를 활성화시킴과 동시에 혼합을 촉진시켜 열효율이 높은 기체 혼합연료를 만들어 열효율을 높임과 동시에 연료의 절감에 따른 경제적인 효과와 화석원료만을 사용할 때 발생하는 환경오염을 감소시키는 효과가 있는 것이다.
도1 본 발명의 하이브리드 자장정렬 혼합연료 제조장치 상세도
도2 본 발명의 물 전기분해 장치 전체도
도3 본 발명의 물 전기분해 장치 상세도
도4 및 도5 본 발명의 전극판 상세도
도6 본 발명의 전극판 설치 상태도
도7 본 발명의 기체연료 혼합장치 상세도
도8 본 발명의 자장정렬 혼합장치 전체도
도9 본 발명의 자장정렬 혼합장치 상세도
도10 본 발명을 통과한 연료의 미립자가 정렬되는 확대상태도
도11 및 도12 본 발명의 자석 상세도
본 발명은 다수개의 비대칭으로 배열된 전극판들이 다수개의 단위셀에 각각 안치되어 브라운가스를 제조하는 물 전기분해 장치와,
브라운가스를 포함한 기체연료를 휘발성이 있는 액체연료에 넣어 액체연료의 기화를 촉진시킴과 동시에 혼합시키거나, 브라운가스와 기체연료를 혼합시켜 브라운가스의 내파(Implosion)(또는 응폭이라고도 함)를 감소시키면서 기체연료의 장점을 증가시켜 연소효율을 증가시키는 기체연료 혼합장치와,
상기 두 개의 장치를 통과한 기체혼합연료를 혼합 자장 처리하는 두 개의 연료 처리실과 자석이 내장된 3개의 자력실로 구성된 자장정렬 혼합장치로 구성된 하이브리드 자장정렬혼합연료 제조장치에 관한 것이다.
본 발명의 물 전기분해장치는 전극판의 배열이 상광하협 형상의 비대칭이며, 다수개의 전극판들이 칸막이에 의해 형성된 단위셀 내부에 안치되고, 다수개의 전극판들이 안치된 단위셀이 다수개 설치되어 있으며,
본 발명의 전극판을 비대칭으로 설치하여 발생된 가스를 신속하게 배출하도록 하도록 되어 있으며,
이를 방지하기 위하여 전해조의 내부에는 하부에 통공이 구비된 다수개의 칸막이를 설치하고, 상부는 개방된 칸막이 구조로 만듦으로써 전기분해가 각기 따로따로 일어나도록 하였다.
실험 결과 단위 셀의 최적 크기는 전극 판이 6장에서 8장 들어가는 정도의 크기인 것으로 확인되었다.
단위 셀 마다 최적 위치에서 공진이 일어나면서 최대 효율로 전기분해가 일어나므로 전체적으로 전해조의 효율이 크게 상승하는 효과를 거두게 된다.
이와 같은 방식으로 전해조를 설계, 제작하여 실험한 결과 전기분해 효율이 이론치의 75 %에 이를 정도로 높은 효율을 거둘 수 있었다.
다수개의 전극판을 설치시 상광하협이 되도록 전극판의 크기가 세로(높이) 50 ~ 300 mm, 가로 15 ~ 85 mm일 경우 상부의 간격은 2 mm 하부의 간격은 1 mm로 하여 설치하면, 전극판 사이에 사이클론 현상이 발생하여 브라운 가스가 생성되면서, 와류를 생성하여, 상부로 상승하도록 하였다.
칸막이 부근에서는 브라운가스의 발생이 미미하므로 칸막이 부근의 전극판 배열 구조는 무시해도 될 정도이며, 칸막이 사이의 중앙부에서 주로 브라운가스가 발생한다.
칸막이 하부에 통공을 설치하여 내부에 유입되는 물이 독립된 단위셀마다 있을 수 있는 전기분해효율의 차이에 따른 전해액 수위의 차이를 자동으로 일정하게 하는 역할을 한다.
칸막이의 상부는 개방이 되어 생성된 브라운 가스가 배출관을 통해 배출이 신속하게 이루어지도록 하였다.
전극판을 단위셀에 내장시켜 단위셀을 다수개 분리되도록 설치하여 전기분해 효율을 높였다. 전해조 커버는 단열효과를 갖도록 단열재를 사용하거나, 이중벽으로 구성되어 내부에 공간부를 형성하여 내부의 온도가 일정하게 유지되도록 하였다.
전선은 전극판 연결부를 바꾸어 가면서 지그재그로 연결되도록 하여 각 단위셀마다 전기분해가 효율적으로 일어나도록 하였다.
본 발명의 기체연료 혼합장치는 두 개의 기체연료를 혼합하거나,
기체연료를 휘발성액체연료를 통과시켜 휘발성액체가 증기화된 기체연료와 기체연료를 혼합시키는 장치인 것이다.
또 다른 발명은 상기 기체혼합장치에 혼합된 기체 연료를 공급하기 전에 전 처리과정으로서 강력한 직렬 교번자장을 이용하여 액체연료의 휘발가스와 공기의 혼합된 형태 및 이온화 정렬 및 혼합 분자의 정렬을 도모함으로써 기체연료의 효율을 극대화하고 안정적인 상태로 유지하여 버너, 보일러, 발전기, 각종엔진에 사용하도록 개발한 것이다.
본 발명에 사용되는 Nd 자석은 2중 원통형으로 유증기와 공기 혼합연료가 자석 주변 공간을 타고 분출구로 올라가도록 설치하였으며,
자력 제1실의 혼합연료 유입구는 3개를 설치하고, 자력 제1실을 통과하여 1차 자장 처리된 혼합연료는 자력 제2실의 2개의 혼합연료 유입통공을 통해 자력 제2실의 중앙으로 유입되어 2차 자장 처리되며,
이때, 자력 제2실의 테두리부분은 진공실로 설치되어 외부의 온도와 상관없이 자력제 2실에 유동되는 혼합기체를 일정온도를 유지하도록 구조를 개량하였다.
각 기체연료 유입구 및 휘발성 액체연료 유입구에는 자동 또는 수동밸브를 부착하여 유입량을 조절 가능하도록 하였으며, 방향성이 없는 기체상의 혼합분자들이 자장에 의해 방향성 확보하여 안정화시켜 열효율을 극대화 시켰다.
본 발명의 자장정렬 혼합장치는 두 개의 연료 처리실과 자석이 내장된 3개의 자력실로 구성되며 3개의 자력실에 통과 시 1차 자석의 외부를 통과시킨 다음, 2차 도넛형상의 자석 내부를 통과시키고, 3차 자석의 외부를 통과시키도록 구성된 두 개의 원통형 자석과 한 개의 도넛형상의 자석이 순차적으로 각각 내장된 구조인 것이다.
본 발명은 두 개의 연료 혼합을 위한 처리과정으로서 강력한 자력을 이용하여 브라운가스의 산소수소 분자의 정렬을 도모함으로써 안정적으로 두 개의 연료를 혼합시킴과 동시에 활성화시켜 미립자화를 가속시킴과 동시에 정렬시켜 연소효율이 증가되도록 구조를 개량한 것이다.
본 발명은 원통형 장치에 3단계 자석이 저장된 공간부를 통과시켜 자력에 의해 미립자화를 가속화하였으며, 자석에 의한 자력의 방향을 밖으로, 다음에는 안으로, 다음에는 밖으로 유도되도록 함으로써 유체가 지그재그로 통과하면서 골고루 자장의 영향을 많이 받도록 하였다.
본 발명의 자장정렬장치의 3개의 진공실은 자석들이 외부 온도의 영향을 받지 않도록 하기 위한 것이다.
상기 자석은 도넛형(환형) 자석과 원형자석 또는 직육면체 자석 등을 사용할 수 있으며, 자석의 세기는 10,000 가우스 Nd 자석 등을 사용할 수도 있다.
기체연료저류공간(111)은 기체연료 공급 압력 변동을 흡수하기 위한 버퍼 역할을 하고,
내부 제1격벽(170-1)의 제1기체연료공급용 통공의 직경이(3 mm) 제1기체연료유입구(110) 직경 8 mm 보다 작게 함으로써 제1기체연료저류공간(111)에는 항상 정압이 걸리게끔 하였으며 제1혼합실(120)을 통과하는 제1기체연료의 유속이 높아지게 함으로써 벤츄리 효과를 극대화시켰으며, 방향성이 없는 기체분자들은 자장에 의해 방향성을 갖게 되며, 혼합을 원활하게 하였다.
본 발명의 자장정렬 혼합장치를 통과하면서 무질서하게 흩어져 있어 방향성이 없던 기체연료 분자들이 정렬하게 되면서 반응성이 좋아지고 엔진의 운전 안정도가 상승하고, 연소 효율도 같이 개선되는 효과가 있으며, 자석의 바깥 부분은 철판으로 둘러 쌈으로서 자력선이 밖으로 새는 것을 방지하였다.
이하 본 발명을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도1 본 발명의 하이브리드 기체혼합연료 제조장치 상세도, 도2 본 발명의 하이브리드 기체혼합연료 제조장치 다른 예, 도3 본 발명의 물 전기분해 장치 전체도, 도4 본 발명의 물 전기분해 장치 상세도, 도5 본 발명의 전극판 상세도, 도6 및 도7 본 발명의 전극판 설치 상태도 도8 본 발명의 기체연료 혼합장치 상세도, 도9 및 도10 본 발명의 기체연료 혼합장치 다른 예 상세도, 도11 본 발명의 기체연료의 미립자가 정렬되는 상태도, 도12 본 발명의 자장정렬 혼합장치 전체도, 도13 본 발명의 자장정렬 혼합장치 상세도, 도14 본 발명을 통과한 연료의 미립자가 정렬되는 확대상태도, 도15 및 도16 본 발명의 자석 상세도를 도시한 것이며, 물 전기분해장치(1), 커버(1-1), 단위셀(5), 칸막이(6), 이중벽상부(7), 브라운가스배출관(8), 압력조절밸브(9), 물유입관(10), 전극판(12), 전극판몸체(12-1), 전극판하부(12-2), 전극판하부통공(12-3), 전선(13), 자장정렬혼합장치(100), 기체연료저류공간(110), 기체연료유입관(111), 혼합실(120), 제1자력실(130), 제1자력이송부(131), 제1자석(135), 제1자력실이송관(136), 제2자력실(140), 제2자력이송관(141), 제2자석저장부(145), 제2자석(145-1,145-3,145-3), 제3자력실(150), 제3자력이송부(151), 제3자석(155), 내부제1격벽(170-1), 내부제1격벽통공(170-16), 내부제2격벽(170-2),내부제3격벽(170-3), 내부제4격벽(170-4), 제1진공실(180-1), 제2진공실(180-2), 제3진공실(180-3), 제1진공밸브(181-1), 제2진공밸브(181-2), 제3진공밸브(181-3), 배출관(190), 배출밸브(191), 기체연료혼합장치(200-1), 혼합실(210), 기체연료주입관(211), 배출관(261), 제1기체연료주입관(270), 휘발성액체연료주입관(280)를 나타낸 것임을 알 수 있다.
구조를 살펴보면 도1 및 도2에 도시된 본 발명의 하이브리드 기체혼합연료 제조장치는
다수개의 비대칭으로 배열된 전극판들이 다수개의 단위셀에 각각 안치되어 브라운가스를 제조하는 물전기분해 장치(1)와, 상기 물전기분해 장치(1)의 브라운가스배출관(8)과 연결되는 기체연료주입관(211)이 구비된 기체연료혼합장치(200-1)와, 상기 기체연료혼합장치(200-1)의 배출관(261)에 의해 연결되는 기체연료유입관(111)이 구비된 자장정렬혼합장치(100)로 구성되며,
상기 물전기분해장치(1)는 도1 내지 도6에 도시된 바와 같이, 커버(1-1)와, 상기 커버(1-1)의 내부에 상부가 개방되며 하부에 통공이 구비된 다수개의 칸막이(6)에 의해 설치된 다수개의 단위셀(5)과, 상기 단위셀(5)에 설치되며 비대칭인 상광하협으로 설치된 다수개의 전극판(12)과 상기 전극판(12)의 하부통공에 연결된 전선(13)으로 구성되며,
상기 커버(1-1)의 상부에 설치된 물유입관(10)과, 상기 물유입관(10)의 일측에 설치된 압력조절밸브(9)와, 상기 커버(1)의 중앙상부에 설치된 브라운가스 배출관(8)으로 구성된 구조임을 알 수 있다.
상기 기체연료 혼합장치는 도7에 도시된 바와 같이,
원통형상의 혼합실(210-1)과, 혼합실(210-1)의 중앙상부에 설치된 혼합기체연료를 배출하는 배출관(261)과, 상기 혼합실(210-1)의 측면에 일정간격 이격되어 설치된 다수개의 연료주입관으로 구성되어 있으며,
다수개의 연료주입관은 기체연료주입관 휘발성액체주입관으로 구성되며
보다 구체적으로는 제2기체연료주입관(211), 제1기체연료주입관(270) 및 제2기체연료주입관(11)에 분기된 휘발성액체연료주입분기관(280)으로 구성된 구조임을 알 수 있다.
본 발명의 자장정렬혼합장치는 도1, 도8 및 도9, 도10, 도11에 도시된 바와 같이,
원통형상이며, 내부는 내부제1격벽(170-1), 내부제1격벽통공(170-16), 내부제2격벽(170-2), 내부제3격벽(170-3), 내부제4격벽(170-4)에 의해 다섯 개의 공간부인 기체연료유입관(111)에 연결된 기체연료저류공간(110), 혼합실(120), 제1자석이 구비된 제1자력실(130), 다수개의 제2자석이 구비된 제2자력실(140), 제3자석이 구비되며 배출관(190)에 연결된 제3자력실(150)로 구획된 자장정렬 혼합장치에 관한 것으로서,
상세히 설명하면,
상기 기체연료저류공간(110)은 외부에 연결된 기체연료유입관(111)과, 내측에는 이웃하는 혼합실에 연결되는 내부제1격벽(170-1)의 중앙부에 설치된 내부제1격벽통공(170-16)으로 구성되고,
상기 혼합실(120)은 내부제1격벽(170-1)과 내부제2격벽(170-2)사이에 위치되며, 상기 내부제2격벽(170-2)의 중앙에 설치된 제1자력실이송관(136)에 의해 제1자력실(130)과 연결되고,
상기 제1자력실(130)은 내부제2격벽(170-2), 내부제3격벽(170-3)사이에 위되며, 중앙에 설치된 원통형 또는 직육면체 형상의 제1자석(135)와, 상기 제1자석(135)의 테두리에 설치되며 제1자력실이송관(136)에 연결된 제1자력이송부(131)와,
상기 제1자력이송부(131)의 외부에 설치된 제1진공실(180-1)과,
상기 제3격벽(170-3)의 중앙을 관통하는 제2자력이송관(141)에 의해 제2자력실(140)로 연결되며,
상기 제2자력실(140)은 내부제3격벽(170-3), 내부제4격벽(170-4)사이에 위치되며, 중앙을 관통하는 제2자력이송관(141)과, 내부에 중앙에 설치된 제2자석저장부(145)와, 상기 제2자석저장부(145)의 외부에 설치된 제2진공실(180-2)와, 상기 제2자석저장부(145)에 저장된 다수개의 도넛형상의 자석과, 상기 제2자력이송관(141)에 의해 제3자력실로 연결되며,
상기 제3자력실(150)은 내부제4격벽(170-4)과 내측 최후면 사이에 위치되며, 중앙에 설치된 원통형 또는 직육면체 형상의 제3자석(155)와, 상기 제3자석(155)의 테두리에 설치되며 제2자력이송관(141)에 연결된 제3자력이송부(151)와, 상기 제3자력이송부(151)는 외부에 설치된 배출관(190)에 연결된 구조임을 알 수 있다.
사용방법을 설명하면
하이브리드 기체혼합 제조장치의 사용방법은
먼저, 물 전기분해 장치의 물유입관(10)을 통해 물 또는 물과 KOH 혼합액을 유입시켜 각 단위셀마다 동일하게 물을 유입시킨 다음, 전원을 연결시키면, 전극판(12) 사이에서 물이 전기분해되어 가스상태인 브라운가스가 발생되면 전극판(12)사이가 상광하협 형상으로 사이클론 현상이 발생되어 상기 발생된 기체가 와류를 일으켜 상승되어 배출관(8)을 통해 외부로 브라운가스를 배출시켜 제조한 다음,
첫 번째, 도1과 같이 먼저 기체혼합장치(200-1)의 원통형상의 혼합실(210-1)로 일측면에 설치된 제2기체연료주입관(211)에 분기된 휘발성액체연료주입분기관(280)을 통해 휘발성액체연료가 주입되고,
상기 물전기분해 장치(1)에서 제조된 브라운가스가 물전기분해 장치(1)의 브라운가스배출관(8)과 제1기체연료주입관(270)을 통해 기체혼합장치(200-1)의 혼합실(210-1)으로 유입되고, 이때, 브라운가스가 상기 휘발성액체연료의 하부로 유입되어 휘발성액체연료의 상부로 상승되는 동안 휘발성액체연료가 일부 휘발되어 함께 상승하면서 혼합되어 배출관(261)을 통해 자장정렬혼합장치(100)의 기체연료유입관(111)에 의해 기체연료가 기체연료저류공간(110)에 유입되면, 기체연료유입관(111)의 직경이 기체연료저류공간(110)과 이웃하는 혼합실(120)에 연결되는 내부제1격벽(170-1)의 중앙부에 설치된 내부제1격벽통공(170-16)의 직경이 길어
기체연료유입관(111)에서 일정압력으로 혼합실(120)로 기체연료가 유입되어
혼합실(120)에서 혼합된 기체연료는 내부제2격벽(170-2)의 중앙에 설치된 제1자력실이송관(136)에 의해 제1자력실(130)로 이송되며,
제2자력실(140)의 내부에 설치된 도넛형상의 다수개 자석 내부를 통과하여 도넛형상의 자석에 의해 2차 기체 혼합연료의 미립자가 활성화 되고,
제2자력이송관(141)에 의해 제3자력실(150)으로 이송되어,
제3자력실(150)의 제3자력실(150)의 중앙에 설치된 원통형 또는 직육면체 형상의 제3자석(155)과 인접된 제3자력이송부(151)를 통해 흐르다 제3자석(155)의 자력에 의해 최종 기체 혼합연료의 미립자가 활성화됨과 동시에 정렬되어 외부에 설치된 배출관(190)에 의해 제조된 하이브리드 자장정렬혼합연료를 외부로 배출하는 방법인 것이다.
이때, 제1자력실(130), 제2자력실(140), 제3자력실(150)의 외부에 설치된 제1진공실(180-1), 제2진공실(180-2), 제3진공실(180-3)은 진공펌프에 연결되어 상기 진공실들을 일정 진공상태로 유지하여 외부의 온도에 의해 내부에 흐르는 기체에 영향을 끼치지 않도록 하였다.
두 번째, 도1과 같이, 물전기분해 장치(1)에서 제조된 브라운가스가 물전기분해 장치(1)의 브라운가스배출관(8)과 제1기체연료주입관(270)을 통해 기체혼합장치(200-1)의 혼합실(210-1)으로 유입되고,
한편으로는 혼합실(210-1)의 일측면에 설치된 제2기체연료주입관(211)을 통해 혼합실(210-1)에 제2기체연료가 주입되어 혼합실(210-1)에서 혼합되어 배출관(261)을 통해 자장정렬혼합장치(100)의 기체연료유입관(111)에 의해 기체연료가 기체연료저류공간(110)에 유입되면, 기체연료유입관(111)의 직경이 기체연료저류공간(110)과 이웃하는 혼합실(120)에 연결되는 내부제1격벽(170-1)의 중앙부에 설치된 내부제1격벽통공(170-16)의 직경이 길어 기체연료유입관(111)에서 일정압력으로 혼합실(120)로 기체연료가 유입되어 혼합실(120)에서 혼합된 기체연료는 내부제2격벽(170-2)의 중앙에 설치된 제1자력실이송관(136)에 의해 제1자력실(130)로 이송되며,
제1자력실(130)의 중앙에 설치된 원통형 또는 직육면체 형상의 제1자석(135)과 인접된 제1자력이송부(131)를 통해 흐르다 제1자석(135)의 자력에 의해 1차 기체 혼합연료의 미립자가 활성화 되고,
제3격벽(170-3)의 중앙부에 설치된 제2자력이송관(141)에 의해 제2자력실(140)을 통과시 제2자력실(140)로 이송되며,
제1자력실(130)의 중앙에 설치된 원통형 또는 직육면체 형상의 제1자석(135)과 인접된 제1자력이송부(131)를 통해 흐르다 제1자석(135)의 자력에 의해 1차 기체 혼합연료의 미립자가 활성화 되고,
제3격벽(170-3)의 중앙부에 설치된 제2자력이송관(141)에 의해 제2자력실(140)을 통과시 제2자력실(140)로 이송되며,
제2자력실(140)의 내부에 설치된 도넛형상의 다수개 자석 내부를 통과하여 도넛형상의 자석에 의해 2차 기체 혼합연료의 미립자가 활성화 되고,
제2자력이송관(141)에 의해 제3자력실(150)으로 이송되어,
제3자력실(150)의 제3자력실(150)의 중앙에 설치된 원통형 또는 직육면체 형상의 제3자석(155)과 인접된 제3자력이송부(151)를 통해 흐르다 제3자석(155)의 자력에 의해 최종 기체 혼합연료의 미립자가 활성화 됨과 동시에 정렬되어 외부에 설치된 배출관(190)에 의해 제조된 하이브리드 자장정렬혼합연료를 외부로 배출하는 방법인 것이다.
이때, 제1자력실(130), 제2자력실(140), 제3자력실(150)의 외부에 설치된 제1진공실(180-1), 제2진공실(180-2), 제3진공실(180-3)은 진공펌프에 연결되어 상기 진공실들을 일정 진공상태로 유지하여 외부의 온도에 의해 내부에 흐르는 기체에 영향을 끼치지 않도록 하였다.
상기와 같이 제조된 하이브리드 자장정렬 혼합연료는 버너, 보일러, 발전기 엔진 등에 사용토록 하는 것이다.
실험예1. (무부하 엔진 운전 실험)
실험조건
엔진 사양 : 미쓰비시 공냉식 단기통 4.2마력 (3 kW)
배기량 126 cc : 정격출력 1800 rpm
본 발명의 하이브리드 자장정렬 혼합연료 제조장치에 의해 제조된 하이브리드 자장정렬혼합연료로 무부하 엔진 운전시험을 하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
1시간 운전기준 휘발유
단독 사용		 본 발명의 하이브리드 자장정렬혼합연료 사용 비 고
rpm
(출력)		 1,400 rpm
(2.4 kW)		 1,400 rpm
(2.4 kW)
혼합가스 소비량 - 144 리터
소모전력 400 W
휘발유 소모량 432 cc 150 cc
브라운가스 공급량이 3 % ~ 4 % 늘면 기체 혼합연료에 사용되는 휘발성연료중 휘발유의 소모량은 10 % 정도 감소.
휘발유 단독운전에 비례하여 매연 50 % ~ 100 % 감소
실험예2. (무부하 엔진 운전 실험)
실험조건
엔진 사양 : 미쓰비시 공냉식 4행정 OHV 단기통 6마력 (4 kW)
배기량 181 CC 정격출력 1800 rpm
본 발명의 하이브리드 자장정렬 혼합연료 제조장치에 의해 제조된 하이브리드 자장정렬 혼합연료로 무부하 엔진 운전시험을 하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
1시간 운전기준 휘발유
단독운전		 본 발명의 하이브리드 자장정렬 혼합연료 사용 비 고
rpm
(출력)		 1200 rpm
(2.94 kW)		 1200 rpm
(2.94kW)		 .
브라운가스 소비량 - 144 리터
소모전력 400 W
휘발유 소모량 857 cc 333 cc
브라운가스 공급량이 3 % ~ 4 % 늘면 휘발성 액체연료 중 휘발유의 소모량은 10 % 정도 감소.
휘발유 단독운전에 비례하여 매연 50 % ~ 100 % 감소
실험예3. (부하 엔진(발전기) 운전 실험)
실험조건
엔진 사양 : 혼다 공냉식 4행정 OHV 단기통 엔진 4.8마력 (3600 rpm)
배기량 163 cc : DC 출력 : 12 V ~ 8.3 A
최대AC출력 : 2.7 kVA
정격AC출력 : 2.2 kVA
본 발명의 하이브리드 기체혼합연료 제조 장치에 의해 제조된 하이브리드 기체혼합연료로 부하 엔진 운전시험을 하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
1시간 운전기준 휘발유
단독운전		 본 발명의 하이브리드 기체혼합연료 사용 비고
발전 전력량 100 % 100 %
혼합가스
(소모전력)		 - 144 리터
(400 W)
휘발유 소모량 825 cc 330 cc
브라운가스 공급량이 3 % ~ 4 % 늘면 휘발성 액체연료 중 휘발유의 소모량은 10 % 정도 감소.
실험예4. (부하 엔진(발전기) 운전 실험)
실험조건
엔진 사양 : 혼다 공냉식 4행정 OHV 단기통 엔진 8.4마력 (3600 rpm)
배기량 270 cc :
최대AC출력 : 5.2 kVA
정격AC출력 : 4.7 kVA
본 발명의 하이브리드 기체혼합연료 제조 장치에 의해 제조된 하이브리드 기체혼합연료로 부하 엔진 운전시험을 하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
1시간 운전기준 휘발유
단독운전		 본 발명의 하이브리드 기체혼합연료 사용 비고
발전 전력량 100 % 100 %
혼합가스 사용량
(소모전력)		 - 288 리터
(800 W)
휘발유 소모량 2400 cc 900 cc ~ 1000 cc
브라운가스 공급량이 3 % ~ 4 % 늘면 휘발성 액체연료 중 휘발유의 소모량은 10 % 정도 감소.
실험예5. (물 전기분해장치)
실험조건
1. 비대칭형 전극판을 사용한 본 발명의 물 전기분해장치
2. 대칭형 혹은 비대칭형 (표준형과 다른 전극 크기 및 간격)
본 발명의 비대칭 전극판의 물 전기분해 장치와 전극판이 대칭으로 배열된 물 전기분해장치를 실험한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.
전극구조
(400 W 전력 기준)
본 발명
실시예 1 		본 발명
물전기분해장치과 동일
다만 전극판
비대칭기울기
상부 1.5mm
하부 1mm
본 발명의 물전기분해장치와 동일
다만, 전극판 대칭으로 수직배열		 본 발명의 물전기분해장치와 동일, 다만 전극판의 크기가 표준형이 아님.
브라운가스 발생량
(리터/시간) 		144 리터/시간 70 ~ 100리터 60 ~ 110 리터/시간 50 ~ 70 리터/시간
실험 결과를 살펴보면 전극판의 크기가 세로(높이) 50 ~ 300 mm, 가로 15 ~ 85 mm일 경우 비대칭의 기울기(전극판 간격) 가 하부 1 mm 간격에서 상부 2 mm 간격으로 벌어지는 기울기보다 크거나 작으면 효율이 떨어짐을 알 수 있다.
실험예6. (물 전기분해장치)
본 발명의 단위셀 구조와 종래의 통합 셀 구조 브라운가스 발생량을 비교 실험하여 다음과 같은 실험결과를 얻었다.
셀 구조 (동일한 수량 및 규격의 전극판 기준)
(400 W 입력 전력 기준) 		통합 셀 구조 본 발명 물 전기 분해 장치의
단위 셀 구조
브라운가스 발생량 (리터/시간) 70 ~ 80 리터/시간 144 리터/시간
실험결과
종래의 통합 셀보다 본 발명의 단위셀 구조가 더 많은 브라운가스를 발생하였음을 알 수 있다.
실험예7. 물 전기분해장치에 의한 브라운 가스 발생량 비교 (생산 전력)
항목 브라운가스 발생량 kWh 당
브라운가스 발생량		 브라운 1000 ℓ당
소요 전력량		 비고
효율 비교
본원 발명
물전기분해장치		 144 ℓ/h, 400 W 360 ℓ 2.77 kwh 비대칭 단위셀 기준
85 %
베스트 코리아
브라운가스발생장치		 1200 ℓ/h, 4.3 kW 279 ℓ 3.58 kWh 모델 BB-1200 66 %
현존 세계 최고기술 수소 1 Nm3/5.37 kWh
(브라운가스로 환산, 1500 ℓ)		 279.3 ℓ 3.58 kwh 수소가스 기준 결과로부터 계산
66 %
이론 가능치 100 % 효율 가정,
1500 ℓ/h, 3.55 kW		 422.5 ℓ 2.37 kwh 혼합가스기준 100 %
이론적 최대 가능 효율 ; 수소가스 기준, 1000 ℓ/3.55 kWh= 281.7 ℓ/kWh
브라운가스 기준, 422.5 ℓ/kWh
현존 세계 최고 기술 ; 수소가스 기준, 1000 ℓ/5.37 kWh = 186.2 ℓ/kWh
브라운가스로 환산하면, 279.3 ℓ/kWh
물 전기분해장치(1), 커버(1-1), 단위셀(5), 칸막이(6), 이중벽상부(7), 브라운가스배출관(8), 압력조절밸브(9), 물유입관(10), 전극판(12), 전극판몸체(12-1), 전극판하부(12-2), 전극판하부통공(12-3), 전선(13), 자장정렬혼합장치(100), 기체연료저류공간(110), 기체연료유입관(111), 혼합실(120), 제1자력실(130), 제1자력이송부(131), 제1자석(135), 제1자력실이송관(136), 제2자력실(140), 제2자력이송관(141), 제2자석저장부(145), 제2자석(145-1,145-3,145-3), 제3자력실(150), 제3자력이송부(151), 제3자석(155), 내부제1격벽(170-1), 내부제1격벽통공(170-16), 내부제2격벽(170-2), 내부제3격벽(170-3), 내부제4격벽(170-4), 제1진공실(180-1), 제2진공실(180-2), 제3진공실(180-3), 제1진공밸브(181-1), 제2진공밸브(181-2), 제3진공밸브(181-3), 배출관(190), 배출밸브(191),기체연료혼합장치(200-1), 혼합실(210), 기체연료주입관(211), 배출관(261), 제1기체연료주입관(270), 휘발성액체연료주입관(280)

Claims (6)

  1. 하이브리드 자장정렬 혼합연료 제조장치에 있어서,
    다수개의 비대칭으로 배열된 전극판들이 다수개의 단위셀에 각각 안치되어 브라운가스를 제조하는 물전기분해 장치와;
    상기 물전기분해 장치의 브라운가스배출관과 연결되는 기체연료주입관이 구비된 기체연료혼합장치와;
    상기 기체연료혼합장치의 배출관에 의해 연결되는 기체연료유입관이 구비된 자장정렬혼합장치;를 포함하여 구성되어 있음을 특징으로 하는 하이브리드 자장정렬 혼합연료 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 물 전기분해장치는 커버와, 상기 커버의 내부에 상부가 개방되며 하부에 통공이 구비된 다수개의 칸막이에 의해 설치된 다수개의 단위셀과, 상기 단위셀에 설치되며 비대칭인 상광하협으로 설치된 다수개의 전극판과 상기 전극판의 하부통공에 연결된 전선으로 구성되며,
    상기 커버의 상부에 설치된 물유입관과, 상기 물유입관의 일측에 설치된 압력조절밸브와, 상기 커버의 중앙상부에 설치된 브라운가스 배출관을 포함하여 구성되어 있음을 특징으로 하는 하이브리드 자장정렬 혼합연료 제조장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 기체연료 혼합장치는
    원통형상의 혼합실과, 혼합실의 중앙상부에 설치된 혼합기체연료를 배출하는 배출관과, 상기 혼합실의 측면에 일정간격 이격되어 설치된 다수개의 연료주입관을 포함하여 구성되고, 상기 연료주입관은 2개 또는 3개 이상이며, 기체연료주입관 또는 휘발성액체연료주입분기관으로 구성되어 있음을 특징으로 하는 하이브리드 자장정렬 혼합연료 제조장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 자장정렬 혼합장치는 두 개의 기체연료 처리실과 자석이 내장된 3개의 자력실로 구성되며 3개의 자력실에 기체통과시 1차 자석의 외부를 통과시킨 다음, 2차 도넛형상의 자석 내부를 통과시키고, 3차 자석의 외부를 통과 시키도록 구성된 두 개의 원통형 자석과 한 개의 도넛형상의 자석이 순차적으로 각각 내장된 구조임을 특징으로 하는 하이브리드 자장정렬 혼합연료 제조장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 자장정렬 혼합장치는
    원통형상이며, 내부는 내부제1격벽(170-1), 내부제1격벽통공(170-16), 내부제2격벽(170-2), 내부제3격벽(170-3), 내부제4격벽(170-4)에 의해 다섯 개의 공간부인 기체연료유입관(111)에 연결된 기체연료저류공간(110), 혼합실(120), 제1자석이 구비된 제1자력실(130), 다수개의 제2자석이 구비된 제2자력실(140), 제3자석이 구비되며 배출관(190)에 연결된 제3자력실(150)로 구획된 구조이며,

    상기 기체연료저류공간(110)은 외부에 연결된 기체연료유입관(111)과, 내측에는 이웃하는 혼합실(120)에 연결되는 내부제1격벽(170-1)의 중앙부에 설치된 내부제1격벽통공(170-16)으로 구성되고,

    상기 혼합실(120)은 내부제1격벽(170-1)과 내부제2격벽(170-2)사이에 위치되며, 상기 내부제2격벽(170-2)의 중앙에 설치된 제1자력실이송관(136)에 의해 제1자력실(130)과 연결되고,

    상기 제1자력실(130)은 내부제2격벽(170-2), 내부제3격벽(170-3)사이에 위되며, 중앙에 설치된 원통형 또는 직육면체 형상의 제1자석(135)와, 상기 제1자석(135)의 테두리에 설치되며 제1자력실이송관(136)에 연결된 제1자력이송부(131)와,
    상기 제1자력이송부(131)의 외부에 설치된 제1진공실(180-1)과,
    상기 제3격벽(170-3)의 중앙을 관통하는 제2자력이송관(141)에 의해 제2자력실(140)로 연결되며,

    상기 제2자력실(140)은 내부제3격벽(170-3), 내부제4격벽(170-4)사이에 위치되며, 중앙을 관통하는 제2자력이송관(141)과, 내부에 중앙에 설치된 제2자석저장부(145)와, 상기 제2자석저장부(145)의 외부에 설치된 제2진공실(180-2)와, 상기 제2자석저장부(145)에 저장된 다수개의 도넛형상의 자석과, 상기 제2자력이송관(141)에 의해 제3자력실로 연결되며,

    상기 제3자력실(150)은 내부제4격벽(170-4)과 내측 최후면 사이에 위치되며, 중앙에 설치된 원통형 또는 직육면체 형상의 제3자석(155)와, 상기 제3자석(155)의 테두리에 설치되며 제2자력이송관(141)에 연결된 제3자력이송부(151)와, 상기 제3자력이송부(151)는 외부에 설치된 배출관(190)에 연결된 구조임을 특징으로 하는 하이브리드 자장정렬 혼합연료 제조장치.
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