KR101665083B1 - 공기와 물의 혼합으로 연료연소율 증가에 의한 대기오염방지 및 연료절감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소실에 물을 초미립화하여 공급함으로써 연소실 내의 불완전 연소를 해소하며, 연소율 증가에 의해 유해 가스 및 매연의 발생을 획기적으로 감소시키는 대기오염방지 및 연료절감장치에 관한 발명이다.
본 발명은 물탱크; 상기 물탱크로부터 공급되는 물을 미립화 발생장치에 의해 미립화 하는 수분 미립화부; 상기 수분 미립화부로부터 공급되는 미립자 수분과 공기를 혼합하는 에어크리너 챔버; 및 상기 에어크리너 챔버와 연소실 사이 미립화배출구에는 상기 에어크리너 챔버에서 혼합된 수분과 공기를 와류 혼합시켜 상기 연소실로 유입시키는 와류혼합부;를 포함하여 구현 가능하다.
본 발명은 물을 미립화한 후 공기와 혼합한 후 연소실로 공급함으로써 물과 연료의 혼합율을 향상시키고, 연소실 내의 연소율이 증가되어 불완전 연소가 해소되며 대기오염문제를 줄일 수 있는 장점이 있다.

Description

공기와 물의 혼합으로 연료연소율 증가에 의한 대기오염방지 및 연료절감장치{Reduction fuel and emissions reduction apparatus}

본 발명은 대기오염방지 및 연료절감장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소실에 물을 초미립화하여 공기와 혼합 공급함으로써 산소공급량을 높혀 연소실 내의 불완전 연소를 해소하며, 연소율 증가에 의해 유해 가스 및 매연의 발생을 획기적으로 감소시키는 대기오염방지 및 연료절감장치에 관한 발명이다.

지구상의 연료는 한정되어 있고, 최근들어 환경오염과 대기환경에 대한 관심이 높아지고 있는 현실에서 연료를 절약하고 배기가스를 저감하는 장치의 연구는 여러 방향으로 연구되어지고 있다.

일반적으로 현대의 대부분의 자동차나 운반체에는 그 운동의 동력원으로 주로 엔진을 사용하고 있다. 이러한 엔진의 출력은 연소실로 공급된 연료가 공기와 함께 혼합되고 이 혼합기가 점화에 의해 폭발하는 폭발력의 정도에 따라 정해진다.

종래의 이러한 엔진들은 그 출력을 증강시키기 위해 많은 발전이 이루어지고 있는데, 특히 실린더 내부에서 발생되는 폭발에 의해 연료의 완전연소를 달성하고자 하는 노력이 가장 보편적이고, 효과적이라 관측되어 이 방향으로 많은 노력이 있어왔다.

물론 완전연소란 불가능하지만 완전연소에 가까운 최대의 효율을 얻기 위해 연료와 공기와의 적절한 혼합이 가장 절실하며, 가장 이상적인 혼합비는 연료 1㎏에 공기 14.5㎏ 이 가장 안정된 상태로 나타났다. 즉, 가솔린 1㎏에 대해 중량을 15배 체적으로 약 8500배의 공기가 필요하다. 그러나, 현행 가솔린 연소실의 구조상 가솔린 1㎏에 공기가 11~13배 정도 밖에 흡입되지 못하므로 열효율저하, 실린더 온도상승, 윤활유 변질, 흡입온도의 상승, 흡입효율 저하의 원인을 야기한다. 대부분의 엔진의 경우 이 산소(O₂)의 부족으로 인해 최대의 효율을 발휘하지 못하게 되는 것이다.

따라서, 엔진출력이 미비하여 자동차의 힘이 떨어지고, 자동차의 구동에 아무런 영향을 주지 못하고 버려지는 연료가 발생된다. 또한, 완전연소가 되지 않아 배기가스로 NOX, CO₂, 기타 가스 등으로 유출되어 인체에 유해한 물질을 배출하는 등의 문제점이 발생한다.

최근에는 이러한 문제점을 해소하기 위해 물과 연료를 혼합하여 연소율을 높인 장치가 개발되어 제공되고 있으나, 구조가 복잡하고 고가로 인해 상용화가 이루어지지 않고 있는 실정이며, 매연이나 유해가스 방출의 감소효과도 그다지 크지 않은 것으로 예상된다.

또한, 암모니아수를 공급하는 장치를 설치하여 매연과 유해가스를 감소시키는 기술이 일부 적용되고 있으나, 이 또한 고가임은 물론 연료 절감에는 전혀 도움이 안되는 기술이라, 이 또한 쉽게 적용이 되지 않고 있는 실정이다.

문헌 1 : 대한민국 등록특허 제10-1103037호

본 발명은 물을 미립화한 후 공기와 혼합하여 연소실로 공급함으로써 물과 연료의 혼합율을 향상시킴으로써, 연소실 내의 연소율이 증가하고 불완전 연소가 해소되도록 하고 대기오염문제를 해결하도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 공기와 물을 효과적으로 혼합하여 연소실에 공급하는 장치의 구조가 간단하면서도 설치비가 저렴하도록 하는데 다른 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 해결하기 위해 물탱크; 상기 물탱크로부터 공급되는 물을 미립화 발생장치에 의해 미립화 하는 수분 미립화부; 상기 수분 미립화부로부터 공급되는 미립자 수분과 공기를 혼합하는 에어크리너 챔버; 및 상기 에어크리너 챔버와 연소실 사이 미립화배출구에는 상기 에어크리너 챔버에서 혼합된 수분과 공기를 와류 혼합시켜 상기 연소실로 유입시키는 와류혼합부;를 포함하여 구현 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수분 미립화부의 배출구에는 상기 수분 미립화부에 의해 미립화된 미립수분 중 응축수를 걸러 에어크리너 챔버로 유입되도록 하는 응축수걸름부가 더 결합될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 응축수걸름부는 상기 수분 미립화부에서 배출되어 상승하는 미립수분 중 응축수를 거르기 위해, 응축본체의 내벽면에서 반원형의 1차 응축판과 2차 응축판이 서로 상하 이격되어 지그재그 형태로 결합되되, 상기 응축본체의 양측 내벽면에서 중앙부로 갈수록 점차 높아지도록 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 물탱크에는 내부에 수용되는 물에 의해 부식의 염려를 줄이기 위해 0.5 ~ 1%의 탄산나트륨(Na₂Co₃)를 첨가하거나, 자외선 살균장치를 더 부착하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수분 미립화부에는 물의 양을 자동으로 측정하고, 상기 물탱크로부터 공급되는 물의 양을 조절하기 위한 수량자동조절부가 더 마련되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 와류혼합부는, 원통형의 본체; 상기 본체의 내부에 결합되어 공기와 미립수분을 혼합하기 위해 중앙부에 완충대가 형성되고, 상기 완충대의 외측으로는 미립자관통공이 다수 형성되는 1차 미립자판체; 상기 1차 미립자판체 하단에 이격되어 구비되며, 중앙부에 와류유통공이 관통 형성되고 가장자리 측에서 상기 와류유통공의 하단 측으로 와류팬이 톱니 형태로 뾰족하게 비틀려 형성되어 수분과 공기에 와류를 형성시키는 와류가이드대; 및 상기 와유가이드대의 하단에 이격되어 구비되며, 상기 와류가이드대를 통과한 수분과 공기가 부딪쳐 미립화 되도록 미립자관통공이 다수 관통 형성되는 2차 미립자판체;를 포함할 수 있다.

본 발명은 물을 미립화한 후 공기와 혼합한 후 연소실로 공급함으로써 물과 연료의 혼합율을 향상시키고, 연소실 내의 연소율이 증가되어 불완전 연소가 해소되며 대기오염문제를 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 공기와 물을 효과적으로 혼합하여 연소실에 공급하는 장치의 구조가 간단하면서도 설치비가 저렴한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대기오염방지 및 연료절감장치의 구성을 개념적으로 도시한 예시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대기오염방지 및 연료절감장치에서 응축수걸름부를 분리하여 절개 및 단면처리하여 도시한 개념도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 대기오염방지 및 연료절감장치에서 에어크리너 챔버의 구성 개념도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대기오염방지 및 연료절감장치에서 와류혼합부를 분리하여 절개 및 분해하여 도시한 개념도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 대기오염방지 및 연료절감장치에서 와류혼합부를 분리하여 단면처리하여 도시한 개념도

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 대기오염방지 및 연료절감장치는 물탱크(100)와 물을 미립화 하는 수분 미립화부(200) 및 응축수걸름부(300), 그리고, 에어크리너 챔버(400), 미립화 된 수분을 와류를 형성시키는 와류혼합부(500) 및 연소실(600)을 포함할 수 있다.

여기서 물탱크(100)는 공지와 마찬가지로 물을 수용하기 위한 것으로서, 물탱크(100)에는 물을 회전시켜 주기 위한 물 회전부(110)가 구비될 수 있으며, 0.5 ~ 1%의 탄산나트륨(Na₂Co₃)을 첨가하거나, 유해균을 살균하는 자외선 살균장치(120)를 더 부착하여 물탱크(100) 내부에 수용되는 물에 의해 물탱크(100)가 부식되는 것을 방지할 수 있다. 물 주입구(130) 및 물배출구(140) 측에는 필터(150)가 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 겨울철 동파를 방지하기 위해 DC를 AC로 전환하는 AC 히터(160)를 설치하는 것이 바람직하다.

여기서 수분 미립화부(200)는 물탱크(100)의 물배출구(140)와 연결되어 공급되는 물을 미립화 하기 위한 것으로서, 물탱크(100)로부터 수분 미립화부(200)로 공급되는 물의 양을 자동으로 측정하고 조절하도록 하기 위한 수량자동조절부(210)가 더 마련될 수 있다. 또한, 또한, 물을 미립화 하기 위해, 예를들어 초음파 발생장치 등의 미립화 발생장치(220)가 구비될 수 있다.

여기서 응축수걸름부(300)는 수분 미립화부(200)의 배출구(230) 측에 구비되어 수분 미립화부(200)로부터 미립화되어 배출되는 미립수분 중 응축수를 거르는 역할을 한다.

응축수걸름부(300)의 구조를 보다 구체적으로 설명하면, 원통형의 응축본체(310)가 구비되고, 응축본체(310)의 내벽에는 반원형의 1차 응축판(320)과 2차 응축판(330)이 서로 반대되는 방향에 상하 소정의 간격으로 이격되어 지그재그 형태로 결합된다. 특히, 1차 응축판(320)과 2차 응축판(330)의 중앙부 측으로 갈수록 높이가 점차 높아지록 경사지게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 응축본체(310)의 벽면과 접하는 1차 응축판(320)과 2차 응축판(330)에는 응축수배출공(322)(332)이 관통 형성되도록 하여, 1차 응축판(320)과 2차 응축판(330) 상면에 떨어지는 응축수가 배출되도록 하는 것이 바람직하다.

여기서 에어크리너 챔버(400)는 공기를 흡입하여 필터에 의해 여과하고, 수분 미립화부(200)에 의해 미립화 된 수분과 함께 혼합하는 역할을 한다. 에어크리너 챔버(400)에는 공기를 여과하기 위한 필터(410)가 구비되고, 수분 미립화부(200)로부터 공급되는 미립수분과 혼합하기 위한 고속혼합팬(fan)(420)이 구비되고, 습도감지기(430)도 구비될 수 있다.

여기서 와류혼합부(500)는 에어크리너 챔버(400)에서 혼합된 공기와 수분에 와류를 형성시켜 연소실(600)로 공급한다. 이를 위해 와류혼합부(500)는 에어크리너 챔버(400)의 미립화 배출구(440)에 구비될 수 있다.

와류혼합부(500)는 원통형의 본체(510)와 1차 미립자판체(520) 및 와류가이드대(530)와 2차 미립자판체(540)를 포함할 수 있다. 1차 미립자판체(520)는 본체(510)의 내부 상측에 결합되며, 중앙부에는 중심부가 상측으로 돌출되도록 만곡 형성되는 완충대(522)가 형성되고 완충대(522)의 외측으로는 다수의 미립자관통공(524)이 관통 형성된다. 와류가이드대(530)는 1차 미립자판체(520)의 하부에 이격되어 결합되며, 중앙부에 와류유통공(532)이 관통 형성되고 가장자리 측에서 와류유통공(532) 측으로는 와류팬(534)이 돌출 형성된다. 와류팬(534)은 와류유통공(532)의 하단 측으로 톱니 형태를 이루며 뾰족하게 형성되고, 팬(fan) 형태로 비틀려 형성되는 것이 바람직하다. 2차 미립자판체(540)는 와류가이드대(530)의 하부에 이격되어 결합되며, 와류가 형성된 수분과 공기가 부딪치도록 하여 미립화 하기 위해 전체면에 걸쳐서 미립자관통공(542)이 다수 관통 형성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 작용을 설명한다.

물탱크(100)로부터 수분 미립화부(200) 측으로 공급되는 물은 수분 미립화부(200)에서 초음파진동부 등의 미립화 발생장치(220)에 의해 아주 작은 크기로 미립화 된다.

이때, 수분 미립화부(200)의 수분은 수량자동조절부(210)에 의해 측정되어 설정 범위 이하이면 물탱크(100)로부터 물을 자동으로 공급받도록 제어하고, 설정 범위 이상이 되면 다시 물탱크(100)로부터 물의 공급을 차단하게 된다.

미립화 된 수분은 에어크리너 챔버(400)로 공급되는데, 응축수걸름부(300)에서는 수분 미립화부(200)에서 미립화 된 수분 중 무거운 형태의 응축수를 걸러 공급한다. 즉, 미립수분이 응축수걸름부(300)의 응축본체(310)를 지나면서 1차 응축판(320)과 2차 응축판(330)의 하부에 부딪치면서 상승하게 되고, 무거운 응축수는 상승하여 배출되지 못하고 하강하게 된다. 또한, 1차 응축판(320)과 2차 응축판(330)의 상면에 떨어진 응축수는 응축수배출공(322)(332)을 통해 하부로 배출된다.

수분 미립화부(200)에서 미립화 된 수분은 에어크리너 챔버(400)로 공급되고 필터(410)를 통해 주입되는 공기와 함께 고속혼합팬(420)에 의해 혼합된다. 그리고, 혼합된 미립수분과 공기는 연소실(600)로 공급되기 전 연소실(600)의 연료와 혼합이 용이하도록 하기 위해 와류혼합부(500)를 거치면서 더욱 더 미립화되어 공급된다.

즉, 에어크리너 챔버(400)에서 혼합된 수분과 공기는 와류혼합부(500)의 본체(510)를 통과하면서 먼저 1차 미립자판체(520)에 부딪치며 더욱 더 미립화 된다. 이때, 중앙부의 완충대(522)에 부딪치면서 외측의 미립자관통공(524)을 통해 하부로 배출된다. 그리고, 비틀려 형성된 와류가이드대(530)의 와류팬(534)에 의해 와류가 형성되어 강한 힘이 형성되게 되고, 이는 다시 2차 미립자판체(540)에 강하게 부딪치면서 미립화 되어 미립자관통공(542)을 통과하면서 연소실(600)로 공급된다.

따라서, 수분과 공기는 미립화 된 상태로 연소실(600)로 공급됨으로써, 수분 속의 수소와 산소가 연료와 효율적으로 혼합되어 연소효율을 향상시키고, 유해 가스 및 매연의 발생 염려를 획기적으로 감소시키게 된다. 이는 대기 오염을 방지하는 것은 룰론 연료의 절감효과를 가지게 된다.

100 : 물탱크 200 : 수분 미립화부
210 : 수량자동조절부 220 : 미립화 발생장치
300 : 응축수걸름부 310 : 응축본체
320 : 1차 응축판 330 : 2차 응축판
322,332 : 응축수배출공 400 : 에어크리너 챔버
500 : 와류혼합부 510 : 본체
520 : 1차 미립자판체 530 : 와류가이드대
540 : 2차 미립자판체 600 : 연소실

Claims (6)

1. 물탱크;
   상기 물탱크로부터 공급되는 물을 초음파 발생장치의 진동에 의해 미립화 하는 수분 미립화부;
   공기를 여과하기 위한 필터가 구비되고, 상기 수분 미립화부로부터 공급되는 미립자 수분과 공기를 혼합하는 고속혼합팬이 구비되는 에어크리너 챔버;
   상기 수분 미립화부의 배출구에 구비되며, 상기 수분 미립화부에 의해 미립화된 미립수분 중 응축수를 걸러 에어크리너 챔버로 유입되도록 응축본체의 내벽면에서 반원형의 1차 응축판과 2차 응축판이 서로 상하 이격되어 지그재그 형태로 결합되되, 상기 응축본체의 양측 내벽면에서 중앙부로 갈수록 점차 높아지도록 경사지게 형성되는 응축수걸름부; 및
   상기 에어크리너 챔버와 연소실 사이 미립화배출구에는 상기 에어크리너 챔버에서 혼합된 수분과 공기를 와류 혼합시켜 상기 연소실로 유입시키는 와류혼합부;를 포함하며,
   상기 와류혼합부는, 원통형의 본체, 상기 본체의 내부에 결합되어 공기와 미립수분을 혼합하기 위해 중앙부에 완충대가 형성되고, 상기 완충대의 외측으로는 미립자관통공이 다수 형성되는 1차 미립자판체, 상기 1차 미립자판체 하단에 이격되어 구비되며, 중앙부에 와류유통공이 관통 형성되고 가장자리 측에서 상기 와류유통공의 하단 측으로 와류팬이 톱니 형태로 뾰족하게 비틀려 형성되어 수분과 공기에 와류를 형성시키는 와류가이드대 및 상기 와류가이드대의 하단에 이격되어 구비되며, 상기 와류가이드대를 통과한 수분과 공기가 부딪쳐 깨지며 분쇄되어 미립화 되도록 미립자관통공이 다수 관통 형성되는 2차 미립자판체를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기오염방지 및 연료절감장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 물탱크에는 내부에 수용되는 물에 의해 부식의 염려를 줄이기 위해 0.5 ~ 1%의 탄산나트륨(Na₂Co₃)를 첨가하거나, 자외선 살균장치를 더 부착하는 것을 특징으로 하는 대기오염방지 및 연료절감장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 수분 미립화부에는 물의 양을 자동으로 측정하고, 상기 물탱크로부터 공급되는 물의 양을 조절하기 위한 수량자동조절부가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 대기오염방지 및 연료절감장치.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

Images