KR101475782B1 - 내연기관용 산성촉매용액 및 이의 형성방법 - Google Patents
내연기관용 산성촉매용액 및 이의 형성방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 내연기관용 산성촉매용액 및 이의 형성방법에 관한 것이며, 내연기관용 산성촉매용액은 최적의 비율로 배합되어 제1 광물질, 목초액 및 전이금속을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 형성방법은 준비단계(S10), 교반단계(S20) 및 숙성단계(S30)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면 내연기관의 유해물질을 음이온에 의해 산화·환원시켜 무해한 물질로 변화시킴으로써 매연을 감소시키고 연비를 향상시키는데 우수한 효과가 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 내연기관의 유해물질을 음이온에 의해 산화·환원시켜 무해한 물질로 변화시킴으로써 매연을 감소시키고 연비를 향상시키는데 우수한 효과가 있다.
Description
본 발명은 내연기관용 산성촉매용액 및 이의 형성방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 원적외선 복사 광물 중 음이온의 방출량이 많은 제1 광물질, 유기 게르마늄과 제2 광물질을 포함하는 목초액 및 산화·환원의 역할을 하는 전이금속을 최적의 비율로 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하고, 이는 매연을 감소시켜 공연비를 획기적으로 증가시켜 연료절감효과가 있는 내연기관용 산성촉매용액에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관이 배출하는 기체를 배기가스라 하며, 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 황산화물, 황화수소, 질소산화물, 암모니아 등 무수히 많은 유해물질이 포함되어 있다. 일산화탄소는 연소하는 동안의 산소 부족에서 생기므로, 혼합기를 가솔린 기관의 이론공연비(혼합기가 완전연소하는 공기와 가솔린의 비율)인 14.8% 이상으로 묽게 하면 발생하지 않으며, 탄화수소는 혼합기가 이론공연비 전후에서는 탄화수소의 발생이 가장 적으나, 이론공연비를 넘어서 묽어지면 불꽃의 전파가 중단되어 불완전연소를 일으켜 일산화탄소는 증가한다. 질소산화물은 공기 중의 산소와 질소가 고온에서 반응하여 생성되는 것이므로 이론공연비 전후에서 최대가 된다.
내연기관은 밀폐된 실린더 속에 연료와 공기의 혼합기를 가두고, 압축·점화하여 연료 속의 탄소를 급속히 연소시킨다. 연소 후 가스는 외부로 배출하고, 다시 신선한 혼합기를 홉입하는데 이 외부로 버리는 기체가 배기가스이다. 배출되는 가스의 양이 많은 것은 자동차의 가솔린 기관이다. 자동차 배기가스 속에는 대기를 오염시키고 인체에도 해로운 성분이 포함되어 있어 새로운 공해로 사회문제가 되었다.
환경오염 및 자원고갈의 문제가 대두됨에 따라, 매연 저감제 또는 매연 저감 장치등의 연비 개선제 등이 계속 개발되고 있다. 그러나 최근 개발된 매연 저감 조성물도 매연의 감소 정도가 30 내지 40%에 머물며, 연비 개선 효과는 5 내지 10%에 불과하다. 연비 개선 차량의 개발이 되고 있으나, 이에 비해 환경 오염과 자원 고갈의 진행 속도가 현저히 빨라 매연 감소 효과가 탁월한 조성물의 개발이 시급한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광물질, 목초액 및 전이금속을 최적의 함량 비율로 혼합하여 원적외선 및 음이온의 방출을 극대화하여 내연기관에서 발생하는 유해물질을 산화·환원하는 효과가 탁월한 내연기관용 산성촉매용액을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 광물질, 목초액 및 전이금속을 최적의 함량 비율로 혼합하고, 교반, 숙성을 통해 발효시킴으로써 음이온의 방출을 극대화하여 매연 감소의 효과가 우수하고, 이에 따라 공연비가 증가하여 연료 절감 효과를 가져오는 내연기관용 산성촉매용액의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 내연기관용 산성용액촉매는 제1 광물질, 목초액 및 전이금속을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 제1 광물질 100중량부에 대하여, 상기 목초액은 25 내지 90중량부이고 상기 전이금속은 0.01 내지 40중량부인 것을 특징으로 한다. 상기 제1 광물질은 원적외선 복사 광물이며, 산성백토, 일라이트, 칠보석, 흑운모, 게르마늄, 토르마린, 포졸란, 귀양석, 의왕석, 황운모, 자옥석, 란탄석, 아나타제, 모나자이트, 제올라이트, 티타늄, 히게리온, 견운모, 카오린 또는 벤토나이트 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 광물질은 산성백토 100중량부에 대하여, 일라이트 80 내지 130중량부, 칠보석 80 내지 130중량부, 흑운모 40 내지 70중량부, 게르마늄 40 내지 70중량부, 토르마린 120 내지 200중량부, 포졸란 80 내지 130중량부, 귀양석 120 내지 200중량부, 의왕석 80 내지 130중량부을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 제1 광물질은 분말 형태이고, 상기 분말의 평균 크기는 300 내지 50,000메시인 것을 특징으로 한다. 각 제1 광물질의 분말의 크기는 상기 일라이트는 300 내지 1,000메시이고, 상기 칠보석은 300 내지 1,000메시이고, 상기 흑운모는 300 내지 1,000메시이고, 상기 게르마늄은 1,000 내지 4,000메시이고, 상기 토르마린은 1,500 내지 6,000메시이고, 상기 포졸란은 300 내지 1,000메시이고, 상기 귀양석은 15,000 내지 50,000메시이고, 상기 의왕석은 300 내지 1,000메시이고, 상기 황운모는 300 내지 1,000메시이고, 상기 자옥석은 300 내지 1,000메시이고, 상기 란탄석은 300 내지 1,000메시이고, 상기 아나타제는 300 내지 1,000메시이고, 상기 모나자이트는 1,000 내지 4,000메시이고, 상기 제올라이트는 300 내지 1,000메시인 것을 특징으로 한다.
상기 목초액에 유기 게르마늄 또는 제2 광물질 중 어느 하나를 더 포함한다. 이의 조성은 목초액 100중량부에 대하여, 상기 유기 게르마늄은 50 내지 75중량부이고, 상기 제2 광물질은 50 내지 75중량부인 것을 특징으로 한다. 상기 전이금속은 백금, 바나듐, 팔라듐 또는 은 중 적어도 하나이다. 조성은 염화백금산 100중량부에 대하여, 오산화바나듐 150 내지 250중량부이고, 팔라듐은 120 내지 200중량부이고, 은나노 입자는 40 내지 65중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 목초액에 유기 게르마늄 또는 제2 광물질 중 어느 하나를 더 포함한다. 이의 조성은 목초액 100중량부에 대하여, 상기 유기 게르마늄은 50 내지 75중량부이고, 상기 제2 광물질은 50 내지 75중량부인 것을 특징으로 한다. 상기 전이금속은 백금, 바나듐, 팔라듐 또는 은 중 적어도 하나이다. 조성은 염화백금산 100중량부에 대하여, 오산화바나듐 150 내지 250중량부이고, 팔라듐은 120 내지 200중량부이고, 은나노 입자는 40 내지 65중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 내연기관용 산성촉매용액 형성방법은 제1 광물질을 포함하는 혼합물, 목초액 및 전이금속 혼합물을 준비하는 준비단계, 상기 목초액에 상기 제1 광물질을 포함하는 혼합물 및 상기 전이금속 혼합물을 투입하고 교반하여 내연기관용 산성촉매용액을 제조하는 교반단계 및 상기 내연가관용 산성촉매용액을 숙성시키는 숙성단계를 포함하여 이루어진다. 상기 준비단계에서 상기 제1 광물질을 포함하는 혼합물은 원적외선 복사 광물로 이루어지고, 상기 제1 광물질은 산성백토, 일라이트, 칠보석, 흑운모, 게르마늄, 토르마린, 포졸란, 귀양석, 의왕석, 황운모, 자옥석, 란탄석, 아나타제, 모나자이트, 제올라이트, 티타늄, 히게리온, 견운모, 카오린 또는 벤토나이트 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다. 상기 제1 광물질을 포함하는 혼합물은 산성백토 100중량부에 대하여, 일라이트 80 내지 130중량부, 칠보석 80 내지 130중량부, 흑운모 40 내지 70중량부, 게르마늄 40 내지 70중량부, 토르마린 120 내지 200중량부, 포졸란 80 내지 130중량부, 귀양석 120 내지 200중량부 및 의왕석 80 내지 130중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 준비단계에서 상기 목초액은 유기 게르마늄 또는 제2 광물질을 더 포함하여 제조하는 것을 특징으로 한다. 조성은 상기 목초액 100중량부에 대하여, 상기 유기 게르마늄은 50 내지 75중량부이고, 상기 제2 광물질은 50 내지 75중량부인 것을 특징으로 한다. 상기 목초액, 상기 유기 게르마늄 및 상기 제2 광물질을 10 내지 50℃의 온도, 2 내지 5의 pH 조건 하에서 2 내지 20시간 동안 혼합하는 것을 특징으로 한다. 상기 제2 광물질은 증류수에 게르마늄, 제올라이트, 일라이트, 황운모, 흑운모, 자옥석 또는 칠보석 중 어느 하나 이상을 투입하고 1.5 내지 7일동안 숙성하여 제조하는 것을 특징으로 한다. 상기 준비단계에서 전이금속을 산 처리하여 증류수에 투입하는 것을 특징으로 한다. 상기 산은 인산인 것을 특징으로 한다. 상기 교반단계에서 상기 제1 광물질을 포함하는 혼합물 100중량부에 대하여, 상기 목초액은 25 내지 90중량부이고 상기 전이금속 혼합물은 0.01 내지 40중량부인 것을 특징으로 한다. 상기 교반단계는 상기 목초액에 상기 제1 광물질을 포함하는 혼합물을 투입하고 교반하여 희석용액을 만드는 제 1 교반단계 및 상기 제 1 교반단계에서의 상기 희석용액에 상기 전이금속 혼합물을 투입하여 교반시키는 제 2 교반단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 숙성단계는 상기 내연기관용 산성촉매용액을 30 내지 60℃의 온도에서 7 내지 15일간 숙성시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 원적외선 복사 광물 중 음이온의 방출량이 높은 광물질을 최적의 함량 비율로 혼합하여 제조된 제1 광물질, 유기 게르마늄과 다량의 붕소, 규소 등의 제2 광물질을 포함한 목초액 및 산화·환원 능력이 우수한 전이금속을 배합한 산성촉매용액으로, 이를 내연기관에 사용하는 경우 매연이 감소되며, 특히 매연 유해물질 중에서 이산화질소의 발생량이 현저하게 감소된다. 또한 음이온이 실린더 내의 미연소된 가스를 이온교환하여 산소로 변화시켜줌으로써 매연이 더욱 줄어드는 효과를 가져오게 되고, 결론적으로 60 내지 70% 이상의 매연 감소 효과가 있다.
이와 같은 매연의 감소에 따라, 공연비 역시 30 내지 40%로 크게 향상되고, 공연비가 증가된 만큼, 연료소비가 줄어들어 연료비를 줄일 수 있다. 이를 통해, 석탄 연료의 사용량이 감소되어 자원을 보존할 수 있다.
더불어 상기 산성촉매용액을 내연기관에 사용하더라도, 물, 이산화탄소 및 산소의 발생량이 증가하게 되는 것이므로 내연기관의 어떠한 직·간접적인 간섭이 없다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 내연기관용 산성촉매용액의 형성방법을 순차적으로 나타낸 순서도.
이하, 본 발명에 따른 내연기관용 산성촉매용액과 그 제조방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 내연기관용 산성촉매용액에 관한 것으로, 내연기관용 산성촉매용액은 제1 광물질, 목초액 및 전이금속을 포함하여 이루어진다. 이는 내연기관에 사용하는 매연 저감 및 연비 개선 조성물이다.
내연기관용 산성촉매용액의 조성은 제1 광물질 100중량부에 대하여, 목초액은 25 내지 90중량부이고 전이금속은 0.01 내지 40중량부인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 제1 광물질 100중량부에 대하여, 목초액은 45 내지 80중량부이고 전이금속은 2 내지 15중량부가 효과적이다. 목초액의 함량이 45중량부보다 적은 경우에는 적절한 pH를 유지하지 못하므로 산·환원의 능력이 떨어지는 문제점이 있으며, 80중량부를 초과하는 경우에는 과다한 수소이온의 농도로 인하여 전이금속과의 반응성으로 인하여 내연기관용으로 적절하지 못하다. 전이금속의 함량이 2중량부보다 적은 경우에는 이온화된 유해물질의 환원 정도가 줄어들 수 있으며, 함량이 15중량부를 넘는 경우에는 목초액의 수소이온과의 농도 비율이 맞지 않아 환원의 효율이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
제1 광물질은 원적외선 복사 광물인 것이 바람직하다. 원적외선 복사 광물은 알루미늄 규산염광물 특히 층상 규산염광물군 중 결정수를 다량 함유하는 광물에서 0.76 내지 1,000파장 범위의 원적외선을 방사하는 광물이다. 원적외선은 어떤 물질을 구성하는 분자나 원자와 같은 진동수의 원적외선을 방사하면 물질의 원자나 분자에 흡수되어 공명현상을 일으키게 되고, 이 운동을 공진운동이라 부른다. 공진운동이 생기면 분자에너지가 발생되고 발생된 에너지는 활성화시킨다.
상기 제1 광물질은 원적외선 복사 광물 속하는 광물질 중에서, 음이온의 발생량이 높은 산성백토, 일라이트, 칠보석, 흑운모, 게르마늄, 토르마린, 포졸란, 귀양석, 의왕석, 황운모, 자옥석, 란탄석, 아나타제, 모나자이트, 제올라이트, 티타늄, 히게리온, 견운모, 카오린 또는 벤토나이트 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 토르마린 또는 귀양석이 효과적이다. 음이온이 내연기관의 연소기에 투입되어 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물 또는 황산화물 등의 유해한 물질을 중화시켜 배기가스 및 매연을 감소시킨다. 하나의 광물질을 사용하는 것보다는, 위와 같은 광물질을 함께 사용함으로써 광물질의 방출량과 음이온의 방출량이 극대화된다.
특히, 토르마린은 6각 주상형의 결정을 갖는 붕규산염으로 육방정계에 속하는 천연광물로서 음이온, 미약전류 및 원적외선을 방출한다. 토르마린의 지속적인 음이온 발생은 토르마린 원석이나 분말은 수분에 닿으면 순간적으로 수분에 방전을 하게 되고, 이 때 물은 전기분해되고 물분자는 수소이온과 수산이온으로 분리에 의한다. 분리된 수소이온은 마이너스 전극에 끌려서 방출되는 전자와 결합되어 중화되고 수소가스가 되어 증발하고, 수산이온은 주변의 물 분자와 결합하여 히드록실 음이온이라는 계면활성물질이 된다. 더불어 토르마린은 원적외선 발생량이 높은 수치로 나타내어 강력한 열효과와 높은 침투력을 가진다.
귀양석은 토르마린의 10배 정도가 되는 다량의 음이온을 발생하며, 실온에서 96%의 높은 원적외선 방사율의 특성을 가진다.
상기 제1 광물질은 산성백토, 일라이트, 칠보석, 흑운모, 게르마늄, 토르마린, 포졸란, 귀양석 또는 의왕석 중 적어도 어느 하나이며, 제1 광물질의 함량은 산성백토 100중량부에 대하여, 일라이트 80 내지 130중량부, 칠보석 80 내지 130중량부, 흑운모 40 내지 70중량부, 게르마늄 40 내지 70중량부, 토르마린 120 내지 200중량부, 포졸란 80 내지 130중량부, 귀양석 120 내지 200중량부, 의왕석 80 내지 130중량부인 것이 바람직하다. 수차례의 실험을 통해 제1 광물질의 혼합비율을 상기와 같이 하는 것이 원적외선 방출 효과 및 이에 따른 에너지 생성, 음이온의 발생량이 극대화됨을 알아내었다.
상기 제1 광물질은 분말 형태로 갈아서 사용하는 것이 바람직하다. 분말의 평균 크기는 300 내지 50,000메시인 것이 바람직하며, 각 광물질별로 더 자세하게는, 일라이트는 300 내지 1,000메시이고, 칠보석은 300 내지 1,000메시이고, 흑운모는 300 내지 1,000메시이고, 게르마늄은 1,000 내지 4,000메시이고, 토르마린은 1,500 내지 6,000메시이고, 포졸란은 300 내지 1,000메시이고, 귀양석은 15,000 내지 50,000메시이고, 의왕석은 300 내지 1,000메시이고, 황운모는 300 내지 1,000메시이고, 자옥석은 300 내지 1,000메시이고, 란탄석은 300 내지 1,000메시이고, 아나타제는 300 내지 1,000메시이고, 모나자이트는 1,000 내지 4,000메시이고, 제올라이트는 300 내지 1,000메시인 것이 효과적이다. 분말의 크기가 300메시보다 작은 경우에는 분말의 표면적이 커져 분말이 서로 반응하기 쉬워, 고온의 내연기관에 사용될 경우 폭발의 위험이 있으며, 분말의 크기가 50,000메시보다 큰 경우에는 원적외선 및 음이온의 방출량이 줄어들어 매연과 같은 양이온 등을 환원시키는 능력이 떨어질 수 있다. 각 광물질의 크기는 광물질의 특성에 의한다.
상기 목초액은 나무를 숯으로 만들 때 발생하는 연기가 외부 공기와 접촉하면서 액화되어 떨어지는 것을 채취한 것으로, 목재로 여러 종류의 나무가 사용될 수 있으며, 대나무 목초액, 참나무 목초액 및 은행나무 목초액을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 더 바람직하게 참나무 목초액이 가장 효과적임이 실험에 의하여 밝혀졌다. 목초액은 약 3.5pH 정도의 강산성으로, 목초액 내의 높은 농도의 수소이온은 이온화를 활성화시킨다.
목초액에 유기 게르마늄 또는 제2 광물질 중 적어도 하나를 더 포함하는 것이 바람직하다.
유기 게르마늄은 (GeCH2CH2COOH)2O3로, 게르마늄의 순도가 약 42.8%인 것이 바람직하며, 이는 수용성이다. 유기 게르마늄은 다량의 음이온을 방출시켜 양이온을 중화시키는 역할을 한다.
제2 광물질은 붕소 또는 규소 등의 성분이 포함되어 음이온을 발생시키며 증류수에 원적외선 복사 광물질을 투입하여 제조한다. 이에 대해서는 제조방법에서 자세히 한다.
목초액, 유기 게르마늄 및 제2 광물질의 조성은 목초액 100중량부에 대하여, 유기 게르마늄 50 내지 75중량부이고, 제2 광물질은 50 내지 75중량부인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 목초액 100중량부에 대하여, 유기 게르마늄은 60 내지 70중량부이고, 제2 광물질은 60 내지 70중량부인 것이 효과적이다. 수차례의 실험에 의해서 목초액, 유기 게르마늄 및 제2 광물질의 혼합비율을 상기와 같이 하는 경우 음이온의 발생량이 극대화되는 것을 알았다. 산성인 목초액만을 사용하는 것보다는 유기 게르마늄 또는 제2 광물질을 목초액과 혼합함으로써 음이온의 방출량을 증가시키는 효과를 가져온다.
상기 전이금속은 백금, 바나듐, 팔라듐 또는 은 중 적어도 하나인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 백금으로는 염화백금산, 바나듐으로는 오산화바나듐, 은으로는 은나노 입자가 더욱 효과적이다. 음이온에 의해 유해물질이 이온화가 되고, 이온화된 원자는 백금, 바나듐, 팔라듐, 은 등의 비철금속류 전이금속에 의해 환원되어 H2O, CO2로 변환시킨다. 따라서 내연기관용 산성촉매용액에 전이금속을 포함하는 것은 이온화된 원자의 환원을 하게 하여, 내연기관의 매연이 줄어듦으로써, 공연비에 획기적인 상승효과를 가져온다. 전이금속의 조성은 염화백금산 100중량부에 대하여, 오산화바나듐 150 내지 250중량부이고, 팔라듐은 120 내지 200중량부이고, 은나노 입자는 40 내지 65중량부인 것이 바람직하다. 이는 수차례의 실험에 의해서 이와 같은 혼합비율이 이온화된 원자를 환원시키는 것에 가장 효과적임을 밝혔다.
제1 광물질 외에 유기 게르마늄 또는 제2 광물질이 포함된 목초액과 전이금속을 함께 혼합된 물질을 사용함으로써, 원적외선 및 음이온의 방출량을 극대화할 수 있으며 방출된 음이온으로 인해 이온화된 물질이 산화·환원될 수 있도록 하는데 탁월한 효과를 가져온다.
다음으로, 본 발명의 내연기관용 산성촉매용액의 형성방법은 도 1의 순서도에 도시된 바와 같이, 준비단계(S10), 교반단계(S20) 및 숙성단계(S30)을 포함하여 이루어진다.
준비단계(S10)은 제1 광물질을 포함하는 혼합물, 목초액 및 전이금속 혼합물을 준비하는 단계로, 원적외선이나 음이온을 발생시키는 각각의 물질을 제조하는 단계이다.
준비단계(S10)에서의 제1 광물질의 혼합물은 원적외선 복사 광물로 이루어지고 제1 광물질은 산성백토, 일라이트, 칠보석, 흑운모, 게르마늄, 토르마린, 포졸란, 귀양석, 의왕석, 황운모, 자옥석, 란탄석, 아나타제, 모나자이트, 제올라이트, 티타늄, 히게리온, 견운모, 카오린 또는 벤토나이트 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 제1 광물질을 포함하는 혼합물은 산성백토 100중량부에 대하여, 일라이트 80 내지 130중량부, 칠보석 80 내지 130중량부, 흑운모 40 내지 70중량부, 게르마늄 40 내지 70중량부, 토르마린 120 내지 200중량부, 포졸란 80 내지 130중량부, 귀양석 120 내지 200중량부 및 의왕석 80 내지 130중량부로 혼합하여 제조하는 것이 바람직하다.
준비단계(S10)에서의 목초액은 유기 게르마늄 또는 제2 광물질 중 적어도 하나를 더 포함하여 제조할 수 있다. 목초액 100중량부에 대하여, 유기 게르마늄 50 내지 75중량부이고, 제2 광물질은 50 내지 75중량부로 혼합하는 것이 바람직하다.
목초액과 유기 게르마늄 및/또는 제2 광물질의 혼합시, 10 내지 50℃의 온도에서 2 내지 20시간동안 교반하여 혼합하며, 목초액의 산 성분으로 인하여 2 내지 5의 pH가 형성된다. 온도가 10℃보다 낮은 경우에는 각 성분이 적절하게 혼합되지 않아 음이온 발생의 효과가 떨어질 수 있으며, 온도가 50℃가 넘는 경우에는 목초액에 포함된 성분의 증발로 음이온 발생 효과 현저하게 떨어질 수 있다. 바람직하게는 10 내지 35℃의 온도가 더욱 효과적이다. 목초액은 강산 성분이 있어, 2 내지 5의 pH에서 교반이 이루어지게 된다. 교반하는 시간이 2시간보다 짧은 경우에는 각 물질이 혼합되지 않아 음이온의 발생효과가 떨어질 수 있으며, 교반하는 시간이 20시간을 초과하는 경우에는 유기 게르마늄 또는 제2 광물질의 성분에 목초액과의 상호작용이 일어나 음이온의 발생량이 줄어들게 되는 문제점이 있다. 바람직하게는 3 내지 12시간이 더욱 효과적이다.
상기 제2 광물질은 증류수에 게르마늄, 제올라이트, 일라이트, 황운모, 흑운모, 자옥석 또는 칠보석 중 적어도 하나 이상을 투입하고 1.5 내지 7일동안 숙성하여 제조하는 것을 포함한다. 게르마늄, 제올라이트, 일라이트, 황운모, 흑운모, 자옥석 또는 칠보석에는 붕소 또는 규소 등의 성분이 포함되어 있어, 광물질 혼합물의 음이온 발생효과를 더욱 상승시킨다. 1.5 내지 7일동안 숙성시키는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2 내지 5일동안 숙성시킴으로써 발효단계를 거치게 된다.
준비단계(S10)에서 전이금속 혼합물은 산 처리하여 증류수에 투입할 수 있다. 산 처리에 사용되는 산은 주로 인산이며, 인산으로 pH농도를 조절할 수 있게 된다. 인산은 금속 및 그 산화물을 결렬하게 침식시키는 성질이 있어 전이금속 혼합물을 인산으로 처리하는 경우에 산화·환원의 효과를 극대화시킬 수 있는 장점이 있다. 유해물질인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질산화물(NOX)가 이온화되어 전이금속 혼합물에 의해 환원되어 무해한 물질로 변환되는 것이므로, 산 처리를 통한 pH의 조절은 중요한 단계이다.
준비단계(S10)를 거쳐, 교반단계(S20)에서는 제1 광물질을 포함하는 혼합물, 목초액 또는 유기 게르마늄이나 제2 광물질이 포함된 목초액, 및 전이금속 혼합물을 교반하는 단계이다. 교반단계에서는 원적외선, 음이온을 다량으로 포함하는 물질을 음이온 발생 효과를 극대화할 수 있도록 최적의 배합 비율로 혼합하여 내연기관용 산성촉매용액을 제조하는 단계이다.
교반단계(S20)에서의 조성은 제1 광물질을 포함하는 혼합물 100중량부에 대하여, 목초액은 25 내지 90중량부이고 전이금속은 0.01 내지 40중량부가 바람직하다.
교반단계(S20)은 제 1교반단계(S21)와 제 2교반단계(S22)를 포함하여 이루어진다. 제 1교반단계(S21)는 목초액에 제1 광물질을 포함하는 혼합물을 투입하고 교반하여 희석용액을 만드는 단계이고, 제 2교반단계(S22)는 희석용액에 전이금속 혼합물을 투입하여 교반시키는 단계이다. 목초액에는 산 성분이 포함되어 있어, 먼저 제1 광물질을 포함하는 혼합물을 혼합하고, 그 후에 산과 반응성이 강한 전이금속 혼합물을 혼합하는 것이 효과적이다. 목초액과 전이금속 혼합물을 먼저 혼합하는 경우, 전이금속의 큰 반응성으로 인하여 목초액의 산 성분과 반응할 염려가 있어 안전하지 않다는 문제점이 있다. 따라서, 제1 광물질을 포함하는 혼합물과 목초액을 혼합하여 희석한 후에, 전이금속 혼합물을 혼합하는 것이 바람직하다.
이어서, 숙성단계(S30)에서는 제조된 내연기관용 산성촉매용액을 숙성시키는 단계로, 원적외선과 음이온이 충분히 함유된 용액을 제조하기 위한 단계이다. 숙성단계(S30)에서는 제조된 내연기관용 산성촉매용액을 30 내지 60℃의 온도숙성시킨다. 더욱 바람직하게는 35 내지 50℃의 온도가 효과적이다. 숙성 온도가 30℃보다 낮은 경우에는 제1 광물질을 포함하는 혼합물의 음이온을 충분히 얻어낼 없을 수 있으며, 숙성 온도가 60℃보다 높을 때에는 발생되는 음이온이 용액 밖으로 이탈하게 되어 음이온 수가 줄어들게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 숙성 시간은 7 내지 15일이며, 바람직하게는 9 내지 12일이 음이온 발생에 효과적이다. 이 때, 숙성되는 시간동안 제조된 내연기관용 산성촉매용액이 외부의 영향을 받지 않게 하기 위해서는 스테인리스 용기에서 숙성시키는 것이 바람직하다.
실린더의 연소시 흡입된 공기와 산성촉매용액의 기체는 휘발유 또는 경유를 연소시키는 연소시에 유해물질인 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물 또는 황산화물등이 형성된다. 산성촉매용액의 기체는 저온 폭발시에 형성되는 일산화탄소, 탄화수소를 산화시키면서 이온화가 되고, 이온화가 된 원자는 전이금속에 의해 환원되어 물, 이산화탄소와 같은 무해한 물질로 변환시켜준다. 또한 고온 폭발에 형성되는 질소산화물, 황산화물은 전이금속에 의해 질소기체(N2), 일산화황(SO)으로 환원되므로 매연은 감소한다. 또한 광물질의 음이온은 실린더내의 미연소된 가스를 이온교환하여 산소로 변환시켜 매연을 더욱 감소시킨다. 산소의 생성으로 차량의 공기량은 증가하고, 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물 및 황산화물 등의 유해물질은 이온화 및 환원이 되어 매연이 약 60 내지 70% 줄어들어 결국 공연비의 상승 효과를 가져오게 된다.
아래는 차량에 상기 방법에 의하여 제조된 산성촉매용액을 장착하여 차량의 휘발유 연소시 발생하는 유해물질의 감소효과에 대한 결과치를 실험하였다. 실험 대상 차량은 휘발유용 그랜저XG로, 2001년 11월에 출시되었으며 누적주행거리 223,045km이다.
| 휘발유 |
배출기준값 | 측정값 | |
| 일산화탄소(CO) | 0.46/1.2 % | 0.1/0.3 | |
| 탄화수소(HC) | 90.0/222.0 ppm | 37.0/92.0 | |
| 질소산화물(NOX) | 9100 ppm | 715.0 | |
| 공기과잉률(π) | 0.1 | 0 |
상기 표의 산성촉매용액을 장착한 차량의 유해물질의 배출량을 살펴보면, 일산화탄소, 탄화수소 및 질소산화물의 배출량이 모두 감소한 것을 확인할 수 있다. 일산화탄소와 탄화수소는 배출기준값에 비해 3 내지 4배 감소하여 매연의 감소량은 줄어들었다. 또한 질소산화물은 배출기준값을 기준으로 약 12배 정도로 현저하게 감소하여 상기 산성촉매용액은 질소산화물의 배출량 감소에 탁월한 효과가 있음을 알 수 있다.
아래는 내연기관용 산성촉매용액을 사용하여 pH에 따른 매연측정감소효과를 보여주는 실험예이다. 제조된 산성촉매용액은 본네트에 설치하고 엔진의 열이나 상온에서 기체상태가 되고 에너크리너에 외부공기 흡입시 외부공기와 용액상의 기체가 혼합되어 실린더의 연소과정을 거치게 된다.
- 실험예 1 -
제1 광물질은 산성백토, 귀양석, 모나자이트, 흑운모, 토르마린, 칠보석, 일라이트 및 아나타제를 혼합하여 제조하였다. 목초액에 유기 게르마늄(Ge-132) 및 제2 광물질을 혼합하여 제조하였고, 염화백금, 오산화바나듐, 질산은 및 수산화마그네슘을 산 처리하여 전이금속 혼합물을 제조하여 본 실험을 행하였다. 제조된 내연기관용 산성촉매용액은 1,000ml이고, pH값이 약 3.8이다. (실험 대상 차량은 휘발유용 그랜저XG로, 2001년 11월에 출시되었으며 누적주행거리 223,045km이다.)
| NO (매연농도%) |
1차 | 17.8 |
| 2차 | 21.0 | |
| 3차 | 19.0 | |
| 평균 | 19.0 |
※ 공인 매연 기준치는 25%이다.
- 실험예 2 -
실험예 1과 동일하나, 제조된 내연기관용 산성촉매용액 1,000ml을 pH0.4의 인산 200ml로 희석한다. 이 때 pH값은 약 3.0이다.
| NO (매연농도%) |
1차 | 14.6 |
| 2차 | 13.9 | |
| 3차 | 16.6 | |
| 평균 | 15.0 |
※ 공인 매연 기준치는 25%이다.
- 실험예 3 -
실험예 1과 동일하나, 제조된 내연기관용 산성촉매용액 1,000ml을 pH0.4의 인산 300ml로 희석한다. 이 때 pH값은 약 2.2이다.
| NO (매연농도%) |
1차 | 12.4 |
| 2차 | 11.7 | |
| 3차 | 10.4 | |
| 평균 | 11.0 |
※ 공인 매연 기준치는 25%이다.
상기 표 2 내지 4을 살펴보면, 일산화질소(NO)의 매연농도%가 공인 매연 기준치인 25%에 크게 미치지 못해 매연 감소에 효과적임을 알 수 있다. 숙성하여 제조된 산성촉매용액은 음이온과 원적외선이 다량으로 방출되면서 내연기관의 연소기에 투여되어 유해한 물질 즉, 일산화탄소, 질산화물, 황산화물 등을 중화 및 산화·환원시켜 배기가스 및 매연의 정도를 저감시키게 되는 것이다. 표 2 내지 4은 인산에 의해 산 처리한 것에 차이가 있는데 pH가 낮을수록 매연 감소에는 탁월한 효과를 가져와, 표 4의 경우에는 매연농도%는 공인 매연 기준치인 25%의 절반도 되지 않는 11%에 불과하다. pH를 약 2.2로 조절하였을 때, 매연농도%는 현저하게 줄어든다. pH의 농도가 낮을수록 매연농도%가 낮아지는 것은 이온화의 활성화 정도가 커져 산화·환원 능력이 강해지는 것을 보여준다.
매연농도%가 20 내지 29%일 때에는 L/10km의 공연비가 형성되고, 매연농도가 14 내지 16%일 때에는 L/11km의 공연비가 형성되어 매연농도%가 낮으면 연료절감의 효과를 가져온다. 산성촉매용액은 매연 감소 효과가 평균적으로 60 내지 70%가 있어, 공연비 역시 효과적으로 상승시킨다. 공연비의 상승으로 연료소비가 줄어듦으로써 연료비가 줄어들게 자원고갈의 문제 또는 환경오염의 문제를 해결할 수 있는 방안이 된다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실험예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
Claims (23)
- 제1 광물질, 목초액 및 전이금속을 포함하고,
상기 제1 광물질은 원적외선 복사 광물인 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액. - 제 1항에 있어서,
상기 제1 광물질 100중량부에 대하여, 상기 목초액은 25 내지 90중량부이고 상기 전이금속은 0.01 내지 40중량부인 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 제1 광물질은 산성백토, 일라이트, 칠보석, 흑운모, 게르마늄, 토르마린, 포졸란, 귀양석, 의왕석, 황운모, 자옥석, 란탄석, 아나타제, 모나자이트, 제올라이트, 티타늄, 히게리온, 견운모, 카오린 또는 벤토나이트 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액. - 제 1항에 있어서,
상기 제1 광물질은 산성백토 100중량부에 대하여, 일라이트 80 내지 130중량부, 칠보석 80 내지 130중량부, 흑운모 40 내지 70중량부, 게르마늄 40 내지 70중량부, 토르마린 120 내지 200중량부, 포졸란 80 내지 130중량부, 귀양석 120 내지 200중량부, 의왕석 80 내지 130중량부을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액. - 제 1항에 있어서,
상기 제1 광물질은 분말 형태이고, 상기 분말의 평균 크기는 300 내지 50,000메시인 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액. - 제 4항에 있어서,
상기 일라이트는 300 내지 1,000메시이고, 상기 칠보석은 300 내지 1,000메시이고, 상기 흑운모는 300 내지 1,000메시이고, 상기 게르마늄은 1,000 내지 4,000메시이고, 상기 토르마린은 1,500 내지 6,000메시이고, 상기 포졸란은 300 내지 1,000메시이고, 상기 귀양석은 15,000 내지 50,000메시이고, 상기 의왕석은 300 내지 1,000메시이고, 상기 황운모는 300 내지 1,000메시이고, 상기 자옥석은 300 내지 1,000메시이고, 상기 란탄석은 300 내지 1,000메시이고, 상기 아나타제는 300 내지 1,000메시이고, 상기 모나자이트는 1,000 내지 4,000메시이고, 상기 제올라이트는 300 내지 1,000메시인 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액. - 제 1항에 있어서,
상기 목초액에 게르마늄, 제올라이트, 일라이트, 황운모, 흑운모, 자옥석 및 칠보석으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 제2 광물질 또는 유기 게르마늄 중 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액. - 제 8항에 있어서,
상기 목초액 100중량부에 대하여, 상기 유기 게르마늄은 50 내지 75중량부이고, 상기 제2 광물질은 50 내지 75중량부인 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액. - 제 1항에 있어서,
상기 전이금속은 백금, 바나듐, 팔라듐 또는 은 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액. - 제 1항 또는 제 10항에 있어서,
상기 전이금속은 염화백금산 100중량부에 대하여, 오산화바나듐 150 내지 250중량부이고, 팔라듐은 120 내지 200중량부이고, 은나노 입자는 40 내지 65중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액. - 제1 광물질을 포함하는 혼합물, 목초액 및 전이금속 혼합물을 준비하는 준비단계;
상기 목초액에 상기 제1 광물질을 포함하는 혼합물 및 상기 전이금속 혼합물을 투입하고 교반하여 내연기관용 산성촉매용액을 제조하는 교반단계; 및
상기 내연기관용 산성촉매용액을 숙성시키는 숙성단계;를 포함하고,
상기 제1 광물질은 원적외선 복사 광물인 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액의 형성방법. - 제 12항에 있어서,
상기 준비단계에서 상기 제1 광물질은 산성백토, 일라이트, 칠보석, 흑운모, 게르마늄, 토르마린, 포졸란, 귀양석, 의왕석, 황운모, 자옥석, 란탄석, 아나타제, 모나자이트, 제올라이트, 티타늄, 히게리온, 견운모, 카오린 또는 벤토나이트 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는인 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액의 형성방법. - 제 12항에 있어서,
상기 제1 광물질을 포함하는 혼합물은 산성백토 100중량부에 대하여, 일라이트 80 내지 130중량부, 칠보석 80 내지 130중량부, 흑운모 40 내지 70중량부, 게르마늄 40 내지 70중량부, 토르마린 120 내지 200중량부, 포졸란 80 내지 130중량부, 귀양석 120 내지 200중량부 및 의왕석 80 내지 130중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액의 형성방법. - 제 12항에 있어서,
상기 준비단계에서 상기 목초액은 유기 게르마늄 또는 제2 광물질을 더 포함하여 제조하고,
상기 제2 광물질은 게르마늄, 제올라이트, 일라이트, 황운모, 흑운모, 자옥석 또는 칠보석 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액의 형성방법. - 제 15항에 있어서,
상기 목초액 100중량부에 대하여, 상기 유기 게르마늄은 50 내지 75중량부이고, 상기 제2 광물질은 50 내지 75중량부인 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액의 형성방법. - 제 15항에 있어서,
상기 준비단계에서 상기 목초액, 상기 유기 게르마늄 및 상기 제2 광물질을 10 내지 50℃의 온도, 2 내지 5의 pH 조건 하에서 2 내지 20시간 동안 혼합하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액의 형성방법. - 제 15항에 있어서,
상기 제2 광물질은 증류수에 상기 제2 광물질을 투입하고 1.5 내지 7일 동안 숙성하여 준비되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액의 형성방법. - 제 12항에 있어서,
상기 준비단계에서 전이금속을 산 처리하여 증류수에 투입하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액의 형성방법. - 제 19항에 있어서,
상기 산은 인산인 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액의 형성방법. - 제 12항에 있어서,
상기 교반단계에서 상기 제1 광물질을 포함하는 혼합물 100중량부에 대하여, 상기 목초액은 25 내지 90중량부이고 상기 전이금속 혼합물은 0.01 내지 40중량부인 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액의 형성방법. - 제 12항 또는 제 21항에 있어서,
상기 교반단계는 상기 목초액에 상기 제1 광물질을 포함하는 혼합물을 투입하고 교반하여 희석용액을 만드는 제 1 교반단계; 및
상기 제 1 교반단계에서의 상기 희석용액에 상기 전이금속 혼합물을 투입하여 교반시키는 제 2 교반단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액의 형성방법. - 제 12항에 있어서,
상기 숙성단계는 상기 내연기관용 산성촉매용액을 30 내지 60℃의 온도에서 7 내지 15일간 숙성시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 산성촉매용액의 형성방법.
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