KR102250132B1 - 매연저감 및 연료절감 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄화규소 입자, 실리카 입자 및 토르말린 입자를 포함하는 매연저감 조성물에 관한 것으로, 본 발명에 의한 매연저감 조성물을 내연기관의 냉각수와 혼합하는 경우, 매연물질의 배출을 현저히 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

매연저감 및 연료절감 조성물{Composition for soot-particle and fuel reduction}

본 발명은 엔진의 냉각수에 혼합함으로써 엔진에서 배출되는 매연을 현저히 저감할 수 있는 조성물에 관한 것이다.

생활 주변에서 흔히 볼 수 있는 엔진은 휘발유 등과 같은 화석연료를 구동력으로하여 원하는 출력을 얻는 장치이다. 이러한 엔진에 관한 연구에 있어서 가장 중요한 과제는 최대한의 연비로 최소한의 연료를 이용할 수 있도록 하는 것이다. 이에 더하여, 최근 온실가스 배출에 의한 지구온난화 및 미세먼지에 의한 대기오염 등으로, 엔진에서 일어나는 연소에 의해 배출되는 오염물질들을 저감하기 위한 연구들도 이루어지고 있다.

이러한 연구는 구체적으로 엔진 자체의 설계변경, 연료의 순도향상, 연료용 첨가제 개발 등이 있으며, 나아가 냉각수 등과 같이 엔진에 간접적 영향을 미치는 보조 수단에 대해서도 활발히 연구가 수행되고 있다.

냉각수는 본래 엔진의 구동 과정에서 발생하는 열을 흡수하여 엔진의 온도가 지나치게 높아지는 것을 방지하는데 목적이 있다. 그러나 최근에는 엔진의 구동에 간접적으로 영향을 미치는 냉각수에 첨가제를 첨가함으로써 불완전연소 등을 예방함으로써 엔진에서 배출되는 배출가스의 매연을 저감하는 기술에 대한 연구도 활발히 수행되고 있다. 일예로 대한민국 등록특허 10-1815015호에서 냉각수에 혼합하는 매연저감 조성물을 제공하고 있으나, 이러한 경우에도 탄화수소류의 배출저감에 있어서는 한계가 존재한다.

대한민국 등록특허 10-1010935호 대한민국 등록특허 10-1815015호

본 발명의 목적은 질소산화물, 일산화탄소 뿐만 아니라, 특히 미반응된 탄화수소류 등과 같은 내연기관에서 배출되는 오염물질의 배출을 현저히 저감시킬 수 있는 매연저감 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 매연저감 조성물은 탄화규소 입자, 실리카 입자 및 토르말린입자를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 매연저감 조성물은 흑연 또는 붕소에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 매연저감 조성물은 산화알루미늄, 제올라이트 및 이산화규소에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 매연저감 조성물은 상기 토르말린 입자 100 중량부 대비 탄화규소 입자 200 내지 400 중량부를 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 매연저감 조성물은 탄화규소 입자, 실리카 입자 및 토르말린 입자를 동시에 포함하여 내연기관에서 배출되는 매연, 구체적으로는 탄화수소류의 배출을 현저히 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명에 따른 매연저감 조성물을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명에서 사용하는 용어는 본 발명에 특별히 다른 정의가 없는 한 이 분야의 통상의 기술자의 일반적인 지식수준을 기준으로 하며, 발명의 본질을 흐리게 하는 널리 알려진 기술에 대한 설명은 생략한다.

본 발명은 탄화규소 입자, 실리카 입자 및 토르말린 입자를 포함하는 매연저감 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 의한 매연저감 조성물을 내연기관용 냉각수와 혼합하는 경우, 내연기관에서 배출되는 배기가스 중의 매연물질을 현저히 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 구체적으로, 본 발명에 의한 매연저감 조성물을 내연기관용 냉각수와 혼합한 뒤 내연기관을 운전하는 경우, 놀랍게도 특히 질소산화물류나 이산화탄소, 특히 미반응된 탄화수소류의 배출을 현저히 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

이때 본 발명에 의한 매연저감 조성물에서 매연이라 함은 탄화수소류, 일산화탄소, 질소산화물류 및 이산화탄소를 의미하며, 내연기관은 내부에서 연료를 연소하여 에너지를 생산하는 장치로, 구체적으로 자동차 또는 선박 등에 이용되는 내연기관일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 아울러, 상기 미반응된 탄화수소류는 내연기관에서 완전히 연소되지 못하고 탄소-수소 결합을 가진 화합물을 총칭한다.

즉, 본 발명에 의한 매연저감 조성물은 탄화규소 입자, 실리카 입자 및 토르말린 입자를 동시에 포함함으로써, 내연기관에서 배출되는 오염물질 중 하나인 미반응된 탄화수소를 현저히 저감시킬 수 있는 장점이 있다. 이러한 탄화수소는 지구 온난화를 유발하는 온실기체 중 하나로, 이산화탄소 대비 지구온난화 지수가 높아 이러한 미반응된 탄화수소의 저감으로 지구온난화를 예방할 수 있는 장점이 있다. 구체적으로, 이러한 탄화규소 입자, 실리카 입자의 직경은 서로 독립적으로 1 내지 200 ㎛, 구체적으로 10 내지 100 ㎛일 수 있으며 토르말린 입자 직경은 0.1내지 3㎛일 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 매연저감 조성물은 토르말린 입자 100 중량부 대비 탄화규소 입자 200 내지 400 중량부를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 매연저감 조성물이 상기 범위의 토르말린 입자 및 탄화규소 입자를 포함하는 경우, 매연저감 조성물을 사용하지 않은 경우 대비 미반응된 탄화수소류의 배출을 최대 95%까지 저감할 수 있는 장점이 있다.

또한 미반응 탄화수소류의 저감 뿐만 아니라 상승효과에 의해 소량의 토르말린 입자 사용으로도 냉각수와 혼합 후 냉각수 전체의 열전도도를 상승시켜, 냉각수 본래의 기능인 열흡수 또한 효율적으로 수행할 수 있는 장점이 있는 것으로 보이고, 결과적으로 내연기관의 매연방지 효과 또한 우수한 장점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 매연저감 조성물은 흑연 및 붕소에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 흑연 및 붕소에서 선택되는 하나 이상이 냉각수에 첨가되는 경우, 내연기관의 연료의 연소를 촉진하여 연료의 완전연소를 보조하는 것으로 보여, 연소효율이 증가된다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 매연저감 조성물이 상술한 탄화규소, 토르말린 입자 및 실리카 입자와 함께 흑연 및 붕소에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 경우, 특이하게도 상승효과를 일으켜 내연기관 내에서 연료의 연소가 촉진되는 특징이 있으며, 결과적으로 이러한 연소의 촉진에 의해 일산화탄소 등과 같은 매연물질의 배출을 더욱 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 매연저감 조성물은 토르말린 입자 100 중량부 대비 흑연 및 붕소 조성물을 각각 16 내지 32 중량부 포함할 수 있으며, 이러한 범위에서 상술한 완전연소 촉진 효과가 극대화 될 수 있다. 이때, 상기 흑연 및 붕소는 냉각수와 균일하게 혼합될 수 있는 입자상인 경우 제한이 없으나, 좋게는 흑연 및 붕소는 서로 독립적으로 직경이 1 내지 200 ㎛, 구체적으로는 직경이 10 내지 100 ㎛일 수 있다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 의한 매연저감 조성물이 탄화규소, 토르말린 및 실리카 입자와 함께 흑연 및 붕소를 상기 수치 범위로 모두 포함하는 경우, 상술한 바와 같이 질소산화물류, 일산화탄소 및 미반응된 탄화수소류의 배출을 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 질소 산화물의 배출 또한 일정량 저감할 수 있어, 온실가스 배출 저감에 더욱 효율적일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 매연저감 조성물은 산화알루미늄, 제올라이트 및 이산화규소에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 더 포함할 수 있으며, 구체적으로는 산화알루미늄, 제올라이트 및 이산화규소에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 금속 입자를 포함할 수 있다. 실험에 의해서 관찰한 바로는 이를 사용함으로써 매연저감 조성물의 응집이 현저하게 저하되는 것이 관찰되는데, 이러한 응집 저하 및 균일한 분산에 의해 유도되는 효과에 의해 가스배출 저감이 향상되는 것으로 판단된다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 매연저감 조성물은 토르말린 100 중량부 대비 산화알루미늄, 제올라이트 및 이산화규소 선택되는 하나 또는 둘 이상의 금속입자 15 내지 20 중량부를 포함할 수 있으며, 이러한 범위에서 냉각수 내에서의 금속입자의 응집을 예방하고 연소효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

이러한 매연 저감 조성물은 이용되는 내연기관의 종류 및 냉각수의 양에 따라 달리 첨가될 수 있으나, 자동차를 기준으로 바람직하게는 냉각수 100 ℓ 당 30 내지 300 g 혼합될 수 있다. 나아가, 이러한 매연저감 조성물의 혼합은 내연기관에 포함된 냉각수에 매연저감 조성물을 혼합할 수 있는 수단을 이용하는 경우 제한이 없으나, 물, 시판되는 부동액과 혼합되어 분산액의 형태로 투입되거나, 냉각수 내에서 용해 가능한 캡슐의 형태로 투입될 수 있다. 이때 이용되는 캡슐은 냉각수 내에서 용해 가능한 물질인 경우 제한이 없으나, 구체적으로 젤라틴, 콜라겐 또는 이들의 혼합물 일 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 의한 매연저감 조성물은 알카리 이온수와 혼합되어 분산된 뒤 냉각수와 혼합될 수 있다. 이때, 알카리 이온수라 함은 알카리 전해수라고도 하며, 통상적인 생수, 수돗물 또는 지하수에 전기적인 힘을 가해 얻어지는 물로, 음극전극에 모인 물을 알카리 이온수라 한다. 이러한 알카리 이온수를 이용하여 매연저감 조성물을 분산한 뒤 냉각수와 혼합하는 경우, 본 발명의 일 실시예에 의한 매연저감 조성물의 매연저감 효과를 장기간 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 나아가 냉각수 자체의 수명을 연장시켜 장기간 사용에도 부식으로 인한 차량의 손상을 예방할 수 있는 장점이 있다. 이때 알카리 이온수는 중량 기준으로 매연저감 조성물 : 알카리 이온수의 중량 비가 2:5 내지 1:2의 비율로 혼합되어 냉각수에 추가될 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 의한 매연 저감 조성물은 양친매성(amphipathic) 용매와 혼합 된 뒤 냉각수에 첨가될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 매연저감 조성물 및 양친매성 용매가 혼합 된 뒤 냉각수에 첨가되는 경우, 상술한 매연 저감 효율이 더욱 증대될 뿐만 아니라, 매연저감 조성물이 냉각수 내에서 용이하게 분산되도록 하며, 나아가 매연저감 조성물의 첨가 후 냉각수에 의한 스케일의 형성을 방지할 수 있는 장점이 있다. 구체적으로, 이러한 양친매성 용매는 통상적인 의미의 양친매성 용매인 경우 제한이 없으나, 구체적으로 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜네오부틸에테르, 디프로필렌글리콜네오부틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 트리프로필렌글리콜메틸에테르 및 1,3-부탄다이올디아세테이트에서 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 아울러, 이러한 양친매성 용매는 상기 매연저감 조성물 100 중량부 대비 10 내지 1000 중량부, 구체적으로는 20 내지 300 중량부 혼합될 수 있다. 상기 범위에서 매연저감 효과의 저하 없이 스케일 방지 효과를 극대화 할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래에서 설명하는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래에서 설명하는 실시예에 의해 제한되지 않는다.

[실시예 1]

평균 직경이 1㎛인 토르말린 입자 25 g, 평균 직경이 35 ㎛인 탄화규소 입자 60 g, 평균직경이 25 ㎛인 실리카 입자 15 g, 평균 직경이 35 ㎛인 흑연입자 4 g을 혼합하여 매연저감 조성물을 제조하였다.

제조된 매연저감 조성물을 알카리 이온수 1리터와 혼합하여 매연저감 조성물 분산액을 제조한 뒤, 여기에 초음파를 30분간 조사하여 균일하게 분산되도록 하였다.

[실시예 2]

실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 탄화규소입자 60 g 및 실리카 입자 15 g 대신, 탄화규소 입자 120g 및 실리카 입자 30g을 혼합하여 매연저감 조성물 분산액을 제조하였다.

[실시예 3]

실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 토르말린 입자를 25 g이 아닌 50 g 첨가하여 매연저감 조성물 분산액을 제조하였다.

[실시예 4]

실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 흑연입자 4 g을 제외하고 다른 붕소입자 8 g을 혼합하여 매연저감 조성물 분산액을 제조하였다.

[실시예 5]

실시예 1의 제조방법으로 제조된 매연저감 조성물 분산액 100 g과 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 100 g을 혼합하고 30분간 초음파를 조사하여 균일하게 분산되도록 함으로써 매연저감 조성물 분산액을 제조하였다.

[비교예 1]

실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 탄화규소를 제외한 다른 구성만을 혼합하여 매연저감 조성물 분산액을 제조하였다.

[비교예 2]

실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 실리카 입자를 제외한 다른 구성만을 혼합하여 매연저감 조성물 분산액을 제조하였다.

[비교예 3]

실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 토르말린 입자를 제외한 다른 구성만을 혼합하여 매연저감 조성물 분산액을 제조하였다.

[매연저감 조성물의 매연배출 저감률 측정 - 디젤 차량]

2003년식 무쏘 픽업 (2874 cc) 차량을 이용하여 매연의 실시예 및 비교예의 매연배출 저감률을 측정하였다. 상세하게는, 이미 주입된 냉각수를 제거한 뒤, 물을 이용하여 3회 이상 공회전하여 세척을 수행한다. 이후, 부동액(중외 부동액 사계절용)과 물을 1:1의 부피 비율로 혼합한 냉각수 9.7 ℓ와 실시예 및 비교예에 의한 매연저감 조성물 분산액 300 ㎖을 차량에 주입하고, 10 km를 운전한 뒤 매연저감 조성물의 투입 전 대비 매연물질 배출 저감률을 식 1과 같이 계산하고, 표 1로 나타내었다.

[식 1]

는 매연저감 조성물의 투입 전 각 매연물질의 배출량이며,

은 매연저감 조성물의 투입 후 각 매연물질의 배출량이다.

	실시예					비교예
	1	2	3	4	5	1	2	3
매 연	25.4 %	20.7 %	27.6 %	28.4 %	21.6 %	46.6 %	47.2 %	45.4 %

[매연저감 조성물의 연비향상 측정 - 디젤 차량]

2003년식 무쏘 픽업 (2874 cc) 차량을 이용하여 실험을 진행하였으며, 실시예 1에 의한 매연저감 조성물 투입 전 대비, 실시예 1에 의한 매연저감 조성물을 투입하고 10 km를 운전한 이후의 연비를 비교하였으며, 그 결과 실시예 1에 의한 매연저감 조성물의 투입 후 차량의 연비가 17.6 % 증가한 것을 확인하였다.

[매연저감 조성물의 매연배출 저감률 측정 - 가솔린 차량]

1999년식 카스타(1997 cc) 차량을 이용하여 매연의 실시예 및 비교예의 매연배출 저감률을 측정하였다. 상세하게는, 이미 주입된 냉각수를 제거한 뒤, 물을 이용하여 3회 이상 공회전하여 세척을 수행한다. 이후, 부동액(중외 부동액 사계절용)과 물을 1:1의 부피 비율로 혼합한 냉각수 9.7 ℓ와 실시예 및 비교예에 의한 매연저감 조성물 분산액 300 ㎖을 차량에 주입하고, 10 km를 운전한 뒤 매연저감 조성물의 투입 전 대비 매연물질 배출 저감률을 식 1과 같이 계산하고, 표 2로 나타내었다.

[식 1]

는 매연저감 조성물의 투입 전 각 매연물질의 배출량이며,

은 매연저감 조성물의 투입 후 각 매연물질의 배출량이다.

	실시예					비교예
	1	2	3	4	5	1	2	3
질소산화물	83.5 %	80.7 %	51.6 %	49.2 %	55.3 %	28.7 %	30.2 %	19.4 %
일산화탄소	82.7 %	81.2 %	84.4 %	76.5 %	85.7 %	34.6 %	41.1 %	42.6 %
탄화수소류	90.3 %	70.8 %	87.5 %	88.6 %	91.7 %	8.2 %	12.8 %	14.5 %

[매연저감 조성물의 연비향상 측정 - 가솔린 차량]

1999년식 카스타(1997 cc) 차량을 이용하여 실험을 진행하였으며, 실시예 1에 의한 매연저감 조성물 투입 전 대비, 실시예 1에 의한 매연저감 조성물을 투입하고 10 km를 운전한 이후의 연비를 비교하였으며, 그 결과 실시예 1에 의한 매연저감 조성물의 투입 후 차량의 연비가 13.4 % 증가한 것을 확인하였다.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (4)

1. 냉각수 100ℓ당 30-300g 혼합되는 매연저감 조성물 분산액에 있어서,
   상기 매연저감 조성물 분산액은 매연저감 조성물과 알카리 이온수가 2:5 내지 1:2의 중량비로 혼합되어 만들어지되,
   상기 매연저감 조성물은 입경이 0.1-3㎛인 토르말린 100중량부에 대해, 입경이 10-100㎛인 탄화규소 200-400중량부와; 입경이 10-100㎛인 흑연 및 붕소 16-32중량부와; 산화알루미늄, 제올라이트, 이산화규소 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 금속입자 15-20중량부로 이루어지고;
   상기 매연저감 조성물 100중량부에 대해, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜네오부틸에테르, 디프로필렌글리콜네오부틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 트리프로필렌글리콜메틸에테르 또는 1,3-부탄다이올디아세테이트 중에서 선택된 어느 하나가 20-300중량부 더 첨가된 것을 특징으로 하는 매연저감 조성물 분산액.
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