KR102102082B1

KR102102082B1 - 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치

Info

Publication number: KR102102082B1
Application number: KR1020190135803A
Authority: KR
Inventors: 고재형
Original assignee: (주)리콘
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2020-04-17

Abstract

본 발명은 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치에 관한 것으로서, 전력을 공급받아 변환하는 전원부; 상기 전원부로부터 변환된 전력을 공급받아 사인파로 만드는 인버터; 상기 인버터로부터 만들어진 사인파를 사용자가 설정한 주파수와 전압으로 만들어주는 증폭부; 상기 증폭부로부터 출력된 사인파를 서로 180도 위상차를 갖는 + 사인파와 - 사인파로 나누어 출력하도록 하는 변압기; 상기 변압기로부터 출력되는 + 사인파와 - 사인파를 나누어 외부로 출력하는 출력부; 상기 출력부로부터 각각 + 사인파와 - 사인파를 입력받되, 내연기관의 연료밸브에 간격을 두고 각각 설치되는 코일1;과 코일2; 및 매연 저감 장치의 온오프 제어 및 상기 인버터와 증폭부를 제어하는 MCU;로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치에 관한 것이다.

Description

연료 미립화를 통한 매연 저감 장치{Smoke Reduction Device Through Atomization}

일반적으로 가솔린이나 경유 등과 같이 화석연료인 석유류를 연료로 사용하는 모든 내연기관들은 작동시 다소 차이가 있지만, 일산화탄소나 이산화황과 같은 연소 산화물을 필연적으로 배출시킨다.

이때, 상기 연소 산화물은 대기를 오염시킬 뿐만 아니라 인체에도 아주 유해하므로 가능한 그 배출량을 줄이고자 하는 많은 연구들이 진행되어왔으며, 현재 실용화된 대표적인 기술로는 실린더 연소실에서의 연소율을 높여 연료를 완전 연소에 가깝게 연소시킴으로써 오염물질 배출량을 간접적으로 감소시키는 연비향상기술과, 연소실에서 생성된 오염물질을 배기관상에서 촉매장치로 환원시켜 제거함으로써 오염물질 배출량을 직접적으로 감소시키는 배기가스 저감기술 등이 개발되어 있는 실정이다.

이러한, 상기 두 가지 기술 분야 중 연비향상기술은 내연기관의 열효율을 높여줌으로써 연료를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 엔진의 출력도 향상시킬 수 있기 때문에 배기가스 저감기술에 비하여 상대적으로 유효성이 매우 뛰어나며, 현재 실용화되어 그 효과를 인정받고 있는 연비향상기술로서 대표적인 것으로는 자석 또는 전자석의 고주파 자장을 이용하여 연소실에 공급되는 연료의 이온화함으로서 연소실에서의 연소율을 높여 연비를 높이는 연료절감장치가 있으며, 이러한 자장을 이용한 내/외연기관용 연료절감장치는 반자성체인 내연기관용 연료에 일정 시간 이상 자장이 가해지면 내부의 자기쌍극자가 자장의 영향으로 진동함으로써 내부에너지가 증가하여 이온화되는 원리를 이용한 것이다.

한편, 상기와 같은 기술을 실현한 기술로는 연료계통의 연료공급파이프중에 결합되는 연료활성화 파이프와, 상기 연료활성화 파이프가 삽입되도록 중앙에 관통공이 형성되어 연료활성화 파이프의 외주면에 서로 같은 자극끼리 인접하도록 배열되는 다수의 자석링과, 그리고 상기 자속링들의 외부를 감싸면서 보호하는 커버를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기술이 공개특허공보 제10-1997-0070514호에서와 같이 공지된 바 있다.

그러나, 상기와 같은 기술은 내/외연기관의 연비를 향상시키기는 하지만, 내장하고 있는 영구자석의 성능에 비해서는 상대적으로 연비 개선효과가 작다는 문제점이 있는 것이다.

또한, 상기 종래의 내/외연기관용 연료절감장치에서 형성되는 자력선은 각 영구자석의 자력의 일부가 인접하는 다른 영구자석에 흡수되어 소멸 되며, 연료활성화 파이프를 사이에 두고 같은 자극으로 마주보게 되어 있어서 연료활성화 파이프 내에서는 연료의 진행방향과 평행한 자력선을 형성하므로, 연료에는 실제 영구자석이 가진 능력보다는 훨씬 작은 자력이 작용 되게 되는 것이며, 이러한 작용으로 인해 연료가 낮은 비율로 활성화 및 이온화되어 내/외연기관에 대한 연비 개선효과가 미흡하였으며, 이에 유해 배기가스의 저감 효과도 미미한 문제점이 있는 것이었다.

그리고, 상기와 같은 기술은 연료활성화 파이프와 니플의 브레이징 결합부분이 연료의 유압이나 내연기관의 진동 등으로 균열이 발생 되어 연료가 누유되는 경우도 발생됨으로 누유된 연료로 인해 화재의 위험성도 내포하고 있는 문제점이 있는 것이었다.

따라서, 상기와 같은 종래의 문제점을 해결한 연료의 미립화 및 이온화 수단을 갖는 연료절감 및 배기가스 저감장치가 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-1997-0070514호(1997.11.07)

본 발명인 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 다음과 같은 목적을 가진다.

(1) 본 발명의 목적은 간단한 구조로써 연료호스 내를 이동하는 연료에는 연료의 양에 대응되는 사인파를 방사하여 연료를 미립화함으로써, 내연기관에서 미립화된 연료가 완전연소되도록 하여 연료의 절감을 도모함에 있다.

(2) 본 발명의 또다른 목적은 연료의 완전연소로 인해 유해물질을 포함하는 배기가스를 저감시키는 연료의 미립화 수단을 갖는 배기가스 저감장치를 제공하는 데에 있다.

(3) 본 발명의 또다른 목적은 기 제작되고 구동되는 내연기관의 연료밸브에 간편하게 장착할 수 있는 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치를 제공함에 있다.

본 발명인 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치는 전력을 공급받아 변환하는 전원부; 상기 전원부로부터 변환된 전력을 공급받아 사인파로 만드는 인버터; 상기 인버터로부터 만들어진 사인파를 사용자가 설정한 주파수와 전압으로 만들어주는 증폭부; 상기 증폭부로부터 출력된 사인파를 서로 180도 위상차를 갖는 + 사인파와 - 사인파로 나누어 출력하도록 하는 변압기; 상기 변압기로부터 출력되는 + 사인파(+SW)와 - 사인파(-SW)를 나누어 외부로 출력하는 출력부; 상기 출력부로부터 각각 + 사인파와 - 사인파를 입력받되, 내연기관의 연료밸브(FV)에 간격을 두고 각각 설치되는 코일1(L1);과 코일2(L2); 및 매연 저감 장치의 온오프 제어 및 상기 인버터와 증폭부를 제어하는 MCU;로 구성된다.

상기 전원부는 정격 출력 DC 10-28V인 배터리부로부터 전원을 입력받는 입력부; 역전류 방지 및 외란에 의해 교류 입력시 이를 정류하는 정류부; 및 상기 정류부로부터 입력받은 전력을 변환하여 상기 MCU에 전원을 공급하고, 인버터에 전력을 출력하는 DC/DC 컨버터;로 구성한다.

상기 사용자가 설정한 주파수 범위는 1000Hz ~ 2100Hz 이며, 출력전압의 크기는 0.2 ~ 1V인 것을 특징으로 한다.

상기 코일1(L1)과 코일2(L2)의 턴수는 30 내지 1000이며, 코어가 없는 공심코일을 사용함이 바람직하다.

상기 DC/DC 컨버터는 비절연형 컨버터로서 벅 컨버터 또는 벅부스트 컨버터, 절연형 컨버터로서 플라이백 컨버터 또는 포워드 컨버터 중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 증폭부와 변압기 사이에 공급되는 교류의 주파수를 변형하여 출력하는 싸이클로 컨버터를 더 포함함이 바람직하다.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명은 간단한 구조로써 연료호스 내를 이동하는 연료에는 연료의 양에 대응되는 사인파를 방사하여 연료를 미립화함으로써, 내연기관에서 미립화된 연료가 완전연소되도록 하여 연료를 절감시킨다.

(2) 본 발명은 연료의 완전연소로 인해 유해물질을 포함하는 배기가스를 저감시킨다.

(3) 본 발명은 기제작 구동되는 내연기관의 연료밸브에 간편하게 장착할 수 있어 사용자 편의적이다.

도 1은 본 발명인 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치의 대략적인 컨셉을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명인 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치의 전원부를 상세하게 구분하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명인 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치의 구성요소로서 실제 연료 밸브에 설치되는 코일1과 코일2를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명인 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치가 실제 차량의 연료밸브에 설치된 사진이다.
도 5는 본 발명인 연료 미립화를 통한 매연 자감 장치가 동일한 차량(노후화된 디젤 차량)을 대상으로 설치된 경우와 설치되지 않은 경우의 매연의 양을 알 수 있도록 한 동영상을 캡쳐한 도면을 비교한 것이다.

먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라 질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "연료 미립화를 통한 매연 저감 장치"를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명인 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치의 대략적인 컨셉을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명인 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치의 전원부를 상세하게 구분하여 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명인 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치의 구성요소로서 실제 연료 밸브에 설치되는 코일1과 코일2를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명인 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치가 실제 차량의 연료밸브에 설치된 사진이며, 도 5는 본 발명인 연료 미립화를 통한 매연 자감 장치가 동일한 차량(노후화된 디젤 차량)을 대상으로 설치된 경우와 설치되지 않은 경우의 매연의 양을 알 수 있도록 한 동영상을 캡쳐한 도면을 비교한 것이다.

도 1을 참조하면 본 발명인 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치는 전력을 공급받아 변환하는 전원부; 상기 전원부로부터 변환된 전력을 공급받아 사인파로 만드는 인버터; 상기 인버터로부터 만들어진 사인파를 사용자가 설정한 주파수와 전압으로 만들어주는 증폭부; 상기 증폭부로부터 출력된 사인파를 서로 180도 위상차를 갖는 + 사인파와 - 사인파로 나누어 출력하도록 하는 변압기; 상기 변압기로부터 출력되는 + 사인파(+SW)와 - 사인파(-SW)를 나누어 외부로 출력하는 출력부; 상기 출력부로부터 각각 + 사인파와 - 사인파를 입력받되, 내연기관의 연료밸브(FV)에 간격을 두고 각각 설치되는 코일1(L1);과 코일2(L2); 및 매연 저감 장치의 온오프 제어 및 상기 인버터와 증폭부를 제어하는 MCU;로 구성된다.

도 3을 참조하면 본 발명인 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치에서 실제 미립화가 이뤄지는 구간은 상기 코일 1과 코일 2 사이로서 이를 본 명세서상 연료의 미립화 구간(AS:Atomization Section)이라 칭한다.

이러한 미립화 구간은 코일 1의 끝단과 코일 2의 끝단 간격을 말하는 바, 그 간격은 설치 양태에 따라 0.5cm에서 10cm까지 다양하게 설정될 수 있음이 바람직하다.

도 3을 참조하면 상기 코일 1과 코일 2은 + 사인파와 - 사인파를 공급받아 방사하는 방사안테나 역할을 함으로써, 상기 연료의 미립화 구간에서 방사되는 + 사인파와 - 사인파로 인해 연료에 포함된 큰 분자량의 탄화수소 분자클러스터(대략 600분자량이라 가정)가 더 작은 분자클러스터(대략 200 에서 10분자량)가 잘게 나눠지게 되어 연료가 미립화되는 것이다.

이렇게 본원 발명에 의해 미립화된 연료는 완전 연소 효과를 가져오며, 이러한 완전 연소로 인해 매연이 저감되도록 한 것이다.

즉 본 발명은 발생한 매연을 저감하는 장치가 아닌 완전 연소로 인해 매연 자체가 발생하지 않도록 한 것에 특징이 있다.

도 2를 참조하면 상기 전원부는 정격 출력 DC 10-28V인 배터리부로부터 전원을 입력받는 입력부; 역전류 방지 및 외란에 의해 교류 입력시 이를 정류하는 정류부; 및 상기 정류부로부터 입력받은 전력을 변환하여 상기 MCU에 전원을 공급하고, 인버터에 전력을 출력하는 DC/DC 컨버터;로 구성한다.

도 1 및 3을 참조하면 상기 코일1(L1)과 코일2(L2)의 턴수는 30 내지 1000이며, 코어가 없는 공심코일을 사용함이 바람직하다.

유량이나, 가솔린이나 디젤등의 연료의 종류나 고급유나 보통유등 연료의 품질에 따라 알맞은 주파수를 사용자가 설정할 수 있게 함으로서, 연료 절감 및 배기가스 효과를 효율적으로 얻기 위함이다.

도 4 및 5를 참조하면 본원 발명인 매연 저감 장치가 차량에 설치된 모습을 알 수 있으며, 또한 동일한 차량을 대상으로 본 발명인 매연 저감 장치가 차량을 대상으로 설치된 초기 시동 모습의 매연의 양과 설치되지 않은 초기 시동 모습의 매연의 양을 비교하도록 한 것을 보여준 것이다.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

FV : 연료밸브 L1, L2 : 코일1, 코일2
AS : 미립화구간(Atomization Section) +SW,-SW : + 사인파, - 사인파

Claims

매연 저감 장치에 있어서,
상기 매연 저감 장치는
전력을 공급받아 변환하는 전원부; 상기 전원부로부터 변환된 전력을 공급받아 사인파로 만드는 인버터; 상기 인버터로부터 만들어진 사인파를 사용자가 설정한 주파수와 전압으로 만들어주는 증폭부; 상기 증폭부로부터 출력된 사인파를 서로 180도 위상차를 갖는 + 사인파와 - 사인파로 나누어 출력하도록 하는 변압기; 상기 변압기로부터 출력되는 + 사인파와 - 사인파를 나누어 외부로 출력하는 출력부; 상기 출력부로부터 각각 + 사인파와 - 사인파를 입력받되, 내연기관의 연료밸브에 간격을 두고 각각 설치되는 코일1;과 코일2; 및 매연 저감 장치의 온오프 제어 및 상기 인버터와 증폭부를 제어하는 MCU;로 구성되며,
상기 전원부는 정격 출력 DC 10-28V인 배터리부로부터 전원을 입력받는 입력부; 역전류 방지 및 외란에 의해 교류 입력시 이를 정류하는 정류부; 및 상기 정류부로부터 입력받은 전력을 변환하여 상기 MCU에 전원을 공급하고, 인버터에 전력을 출력하는 DC/DC 컨버터;로 구성되며,
상기 DC/DC 컨버터는 비절연형 컨버터로서 벅 컨버터 또는 벅부스트 컨버터, 절연형 컨버터로서 플라이백 컨버터 또는 포워드 컨버터 중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 사용자가 설정한 주파수 범위는 1000Hz ~ 2100Hz 이며, 출력전압의 크기는 0.2 ~ 1V인 것을 특징으로 하는 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 코일1과 코일2의 턴수는 30 내지 1000이며, 코어가 없는 공심코일을 사용하는 것을 특징으로 하는 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 증폭부와 변압기 사이에 싸이클로 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 미립화를 통한 매연 저감 장치.