KR20020039194A

KR20020039194A - 전기와 자기를 이용한 내연기관의 배기가스 정화기

Info

Publication number: KR20020039194A
Application number: KR1020000069113A
Authority: KR
Inventors: 김영호
Original assignee: 김영호
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2002-05-25

Abstract

본 발명은 내연기관에서 발생되는 유해 배기가스인 일산화탄소, 탄화수소등을 전계와 자계내에서 산화, 환원작용을 일으키는 한편 질소산화물등 불완전연소된 가스는 고전압 전계의 양극에 의하여 흡입관으로 통하여 엔진의 흡기관(Intake manifold)를 거쳐 연소실에서 재연소시켜 연소효율을 높여 완전 연소된 가스를 배출시키는 방법을 발명한 것이다.

종래의 방법으로는 촉매를 이용하는법, 연료의 개선, 첨가제를 이용하는법, 연소기구의 개량, 유해가스에 화학반응을 일으켜 감소시키는법등 여러가지 방법등이 실용화 되어있고 또한 새로운 방법들도 시도되고 있으나 엔진의 유동적인 작동상태에서는 일정한 수단 방법만으로는 결정적인 대책이 미흡하였다. 예를들면 엔진의 시동초기와 운행중에 엔진회전속도의 변화 즉 시시각각으로 변하는 다양성은 문제가 되는 배기가스의 배기량, 압력 등에 의한 가스의 성분의 변동과 배기가스의 온도 등이 변화된다. 이것들을 면밀하게 검토하여 보면 현재까지 시행되고있는 대책들의 전부가 이러한 복잡한 변화에 대응하는 유동적인 상태에서가 아닌 고정된 상태에서의 방법에 불과한 것이다.

본 발명은 2000년4월24일자에 출원한 출원번호 10-2000-0021792호에 의한 "전기와 자기를 이용한 내연기관의 배기가스 정화기"를 개량하여 동작에 필요한 소모전력을 대폭 절감시키고 엔진의 효율을 향상시켰으며 제조및 장착을 간편화한 새로운 발명인 것이다. 즉 배기가스 분자를 고전압 전계와 자계내에서 화학반응을 일으키는 한편 불완전 연소상태인 가스는 자계의 고자속밀도(high magmetic fluxdensity)속을 통과하여 자화(magneization)되어 전계내의 고전위(high electric potentiod)의 양극(positive)에 이끌려 가게되며 배기가스의 배출압력과 흡입관의 흡입력으로 양극에 흡착되지 못하고 연소실로 유입되여 재연소하게 되는 것이다. 이때의 전계의 전위는 직류15,000 ∼ 25,000V정도이며 소요전류는 1.0∼2.5mA 이하가 된다. 배출가스의 재연소는 이상과 같이 반복 순환과정을 거쳐서 외부로 배출되는 배출가스는 완전 연소되어 정화된 무공해 가스가 배출되게 되는 것이다.

Description

전기와 자기를 이용한 내연기관의 배기가스 정화기{Exhaust Gas Cleaner for Engines Using Electricity ＆ Magnetism}

본 발명은 전기와 자기를 이용한 내연기관의 배기가스 정화기로서 엔진의 시동초기와 운행중에 엔진회전속도의 변화 즉 시시각각으로 변하는 다양성은 문제가 되는 배기가스의 배기량, 압력 등에 의한 가스의 성분의 변동과 배기가스의 온도 등이 변화된다. 종래에는 촉매를 이용하는법, 연료의 개선, 첨가제를 이용하는법,연소기구의 개량, 유해가스에 화학반응을 일으켜 감소 시키는법 등이 현재까지 시행되고 있는 대책들의 전부가 이러한 복잡한 변화에 대응하는 유동적인 상태에서가 아닌 고정된 상태에서의 방법에 불과한 것임을 알게 될 것이다.

본 발명은 2000년4월24일자에 출원한 출원번호 10-2000-0021792호에 의한 "전기와 자기를 이용한 내연기관의 배기가스 정화기"는 소비전력면에서 20,000V/ 30mA의 전력으로 600W정도와 고주파 전류가 필요하며 복잡한 2중발진회로 등외에도 자력공급 전력등이 추가로 필요한 어려움이 있었으나 본 발명에서는 종래의 출원한 것을 개량하여 동작에 필요한 소비전력을 대폭 절감시키고 엔진의 효율을 향상시켰으며 제조및 장착을 간편화한 새로운 발명인 것이다. 즉 배기가스의 정화를 전기와 자기를 이용하면서도 DC 15,000 ∼ 25,000V의 전압으로 1.0∼ 2mA이하의 전류만으로 충분하며 소비전력으로는 40W 이하이며 직류전압만 사용하므로서 종래의 고압고주파의 2중복합 주파수의 발진전류가 불필요한 장점이 있다. 배기가스 분자를 고전압 전계와 자계내에서 화학반응을 일으키는 한편 불완전 연소상태인 가스는 자계의 400∼1,200gauss의 고자속밀도(high magmetic flux density)속을 통과하여 자화 (magneization) 되어 전계내의 고전위(high electric potentiod)의 양극(positive) 에 이끌려 가게되며 배기가스의 배출압력과 흡입관의 흡입력으로 양극에 흡착되지 못하고 연소실로 유입되여 재연소하게 되는 것이다. 이때 전계의 전위는 직류 15,000∼25,000V 정도이며 소요전류는1.0∼ 2.5mA 이하가 된다. 배출가스의 재연소는 이상과 같이 반복 순환과정을 거쳐서 외부로는 정화된 무공해 가스가 배출되게 되는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제로서 화학반응을 일으키는 근원이 되는 고전압 전계는 방전현상이 따르지 않는 정전계이며 1.0∼ 2.5mA 이하의 제한전류를 사용하게되어 방전화염이나 방전주 현상이 없으며 다만 배출가스 분자가 고자속밀도 (high magmetic flux density)속에서 자화되고 이 자화된 분자가 고전위의 양자를 통과하면서 산화와 환원현상을 일으키면서 미연소가스나 입자등을 양극판에 유도시키고 외부로 배출되는 배출압력이 굴곡이진 전계내를 순환하면서 양극판에 접촉되는 미연소가스는 흡입관의 흡입력에 의하여 엔진 연소실속으로 유도되어 재연소를 반복하게 하여 완전연소에 가깝게 되여 배출시켜 대기오염을 방지하는 기술을 과제로 한다.

도1 : 본 발명의 배가가스 정화기 단면도

도2 : 도1에서의 전기와 자기를 이용하는 장치의 단면도

<도면중 주요부분에 대한 부호설명>

10:정화기 입구 11:몸체 12-1, 12-2:절연세라믹스 13:영구자석

14:자계형성코아 14-1:지지봉 15:고압단자 15-1:절연세라믹스

16:양극판 16-1:연결봉 17:음극판 18:지지봉 19:음극 콘

20:정화기출구 21:가스통로 22: 가스흡입구 23: 양극지지봉

2a:내부평면상세도 2b:음극판평면도 3c:영구자석평면도

본 발명의 배기가스 정화기의 구성을 도1에 도시한 도면을 상세히 설명하면 정화기입구(10)에 배기가스가 유입되어 영구자석(13)의 자속밀도가 형성되어 코아 (14)를 지나면서 배기가스의 가스분자가 자화가 된다. 이 자화된 가스분자는 자장을 형성한 코아(14)에 가까운 고전위의 양극판(16)과 이와 접근한 음극쪽인 콘(19)에 다다른다. 이 가스분자는 엔진의 배출압력을 받은 배기가스이므로 상당한 속도로 콘(19)에 충돌하여 콘(19)전후의 양극판 사이로 유입된다. 그러나 가스가 진입한 공간인 가스통로(21)는 배출구(20)에 이르는 공간에 비하여 미소한 공간으로 가스와 접하는 부분에서 반발하여 음극판(17)인 중심부로 다시 되돌아오게 된다. 그러나 배기가스중 미연소 부분인 입자를 포함한 미연소가스는 고전위인 양극판(16)이 통로의 상당부분을 점유하여 음극판(17)으로 못가고 양극판(16)을 거쳐서 가스통로(21)에 흡입 되고만다. 여기서 설명되어야 할것은 양극판(16)의 형태이며 도2에 도시한 바와같이 양극판(16)은 원형이므로 가스의 진입은 원의 중심부인 좁은부분이 된다. 그러나 진입된 가스는 원의 외경의 넓은 부분에서 가스가 반전하여 다시 원의 중심부로 가게된다. 그런데 이 원판은 고전위의 양극인 가스의 흡착판이 된다. 다시말하면 미연소 성분은 흡입측(21)으로 가기는 쉽지만 음극판(17)이 있는 중심부로 가기는 어렵다. 즉 일방통행에 가까운 상태가 된다.

또 한가지 음극 콘(19)에 충돌한 가스분자중 제일먼저 진입공간이 되는 양극판(16)의 간격에 다량의 미연소가스가 분리되어 가스통로(21)로 가게 된다. 이하 양극간의 입자나 미연소가스의 처리량은 2단계, 3단계, 4단계 하는식으로 점차 감소하게 된다. 양극판(16)은 6장으로 도시되어 있으나 실제로는 처리량에 비례하여 수량이 증가할수 있으며 흡입통로(21)는 간격이 좁을수록 효율이 증기된다. 절연세라믹스 (12-1,12-2)는 양극판(16)이 고전위를 유지하기 위한 절연재료이며 고압단자 절연세라믹스(15-1)도 같은 목적으로 사용된다. 음극판을 지지하는 지지봉(18)은 3-4개의 지지대로 형성되며 영구자석(13)도 같은 형태로 구성되어 있다. 도2의 도시한 도면을 상세히 설명하면 2a는 내부평면 상세도, 2b는 음극판 평면도 3c는 영구자석 평면도를 나타낸 것이다.

본 발명에서는 미소전류를 이용한 고전압 전계와 높은 자속밀도를 병행하여 엔진의 배기가스를 산화, 환원의 화학적인 방법으로 미연소입자와 가스를 고전위의양극판에 집합하여 엔진 연소실내로 유도시켜 재순환 연소시키는 방법으로서 DC15,000∼25,000V 정도의 직류 전계에 미소한 제한전류로 높은 전위만을 유지시키고 가스분자를 강한 자속 밀도속으로 통과시켜 자화된 가스는 전계내에 운동이 활성화되어 고전위 양극판의 흡수, 흡입작용이 완전하게 이루어지게 되는 것이다. 이렇게하여 흡착된 미연소가스나 입자등은 좁은 가스통로를 통과하면서 엔진 연소실로 통하는 흡입다지관(Intake manifold)로 유입되어 엔진의 배기가스를 정화하는 효과를 목적으로 하고 있다.

[실시예1]

자동차용 내연기관 2,000CC급을 기준으로 하여 DC 22,000V, 전류 2.5mA 배기온도 150℃로 실시하여 초기전압과 전류는 가동시 5초 정도후부터 배기온도 상승으로 200℃를 초과 하면서 잠정적으로 전압이 6000V로 하강하고 전류는 전류제한장치로 1.5∼2.0 mA로 작동하게 되며 영구자석은 7,000GAUSS 로 동작이 되고 다음과 같은 무공해 배기가스를 생성 하였다.

2CO + O₂→2CO₂.

[실시예2]

자동차 2,000CC 내연기관에 초기전압 DC20,000V, 전류 2mA로 실시예1과 동일한 조건하에서 실시하였다. 시동초기 3초부터 전압이 5,000V정도의 전압으로 하강되면서 화학반응이 진행되고 전류는 2mA이하의 전류제한으로 다음과 같은 무공해 배기가스를 생성 하였다.

HC + O₂→CO₂+ H₂O

Claims

엔진의 배기가스정화기에 있어서 도1의 정화기입구(10)를 통하여 내부구조 상태에 따라 자장이4,000∼12,000 gauss의 영구자석(13)을 장착한 코아(14)가 위치하고 자장내의 중심부에 가스통로가 있으며 고전계의 음극이 되는 콘(19)을 따라 전기적으로 연결된 음극판 (17)이 일정간격으로 설치되어 있고 음극판(17) 간격중심 외부에 원판형의 양극판(16)이 일정간격으로 구성되어 DC 15,000∼25,000V 정도의 전계를 형성시켜 1.0∼2.5mA의 미소 전류만으로 배출가스를 정화하는 것을 특징으로 하는 전기와 자기를 이용한 내연기관 배기가스 정화기.
1항에서 영구자석(13)과 코아(14)로 구성된 자속밀도내를 통과하여 자화된 배기가스가 배출압력과 고전계의 양극의 집진력과 가스통로(21)의 엔진의 흡입능력으로 엔진의 미연소가스와 입자등을 가스흡입구(22)로 송출하는 것을 특징으로하는 전기와 자기를 이용한 내연기관 배기가스 정화기.
1,2항에서 정화기입구(10)로 유입되는 배기가스가 영구자석(13)과 코아(14)의 자속밀도속에서 자화되어 운동이 활성화된 상태로 전극인 음전극 콘(19)과 양전극판(16) 사이의 고전계내를 통과하는 과정에서 원형인 도2에서 도시한 양극판(16)에 집진되는 미연소가스입자등이 좁은간격의 가스통로에 흡입되어 엔진 연소실로 유입되도록 구성되어 있고 음극판(17)의 콘(19)으로 역류되지 못하도록 구성하는것을 특징으로 하는 전기와 자기를 이용한 내연기관 배기가스 정화기.