KR20030044602A - Fuel supply apparatus and Brown gas engine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 물을 연료로 사용하기 위한 연료공급장치와 브라운가스엔진에 관한 것으로서, 물의 전기분해방식에 의해 생성되는 브라운가스를 최적의 연소 조건으로 엔진에 안정적으로 공급함으로써 고효율의 동력을 얻기 위한 것이다.The present invention relates to a fuel supply device and a brown gas engine for using water as a fuel, and to obtain high efficiency power by stably supplying brown gas generated by electrolysis of water to an engine under optimum combustion conditions. .
대체에너지의 중요성이 무엇보다 강조되어 왔고 대체에너지의 대표격인 태양열에너지, 풍력에너지 등의 개발에 막대한 개발비를 투입해 온 것도 사실이지만 대체에너지의 구실을 못하고 보조수단에 그치고 있다.The importance of alternative energy has been emphasized above all, and it is true that a huge development cost has been invested in the development of solar energy, wind energy, etc., which are representative of alternative energy, but it is only an auxiliary means.
그러나 물을 연료로 쓸 수만 있다면 우리는 에너지 걱정을 할 필요가 없다.But if water can be used as fuel, we don't have to worry about energy.
주지하시는 바와 같이 브라운가스란 물의 전기분해방식에 의해 생산되는 수소와 산소가 2:1로 혼합되어 있는 혼합가스를 말한다.As is well known, brown gas refers to a mixed gas in which hydrogen and oxygen are 2: 1 mixed by water electrolysis.
브라운가스는 수소와 산소가 2:1로 구성되어 있어 연소 시 완전 연소하는 특성을 가지고 있는 무공해연료로서 아주 이상적인 연료이다.Brown gas is a pollution-free fuel that is composed of hydrogen and oxygen in a 2: 1 ratio, so it is a perfect fuel.
브라운가스는 또한 브라운가스만의 임플로젼특성과 열핵반응특성이 있어 수소가스와는 그 성격이 판이하게 다르다.Brown gas also differs from hydrogen gas due to its unique gas and thermonuclear reaction characteristics.
따라서 종전의 연소방법과 같이 전기분해하여 나오는 가스를 수소가스라고 생각하여 수소가스 연소방법에 의해 연소시키는 방법이 아닌, 브라운가스의 연소방법에 대한 새로운 인식이 필요하다.Therefore, it is necessary to newly recognize the combustion method of Brown gas, not the method of combustion by the hydrogen gas combustion method, considering the gas which is electrolyzed as the conventional combustion method as hydrogen gas.
예를 들어 수소는 마이너스 195℃로 압축하여 액화하면 자동차 연료로 쓸 수있다고 알고 있고 또한 수소연료는 폭발성이 강해 수소2 대 산소1 로 혼합하여 연소시키면 폭명기라 하여 대단히 위험하다고 잘 알고 있는 사람들이 그래도 무공해연료는 수소 밖에 없다고 생각하여 수소연료에 대한 연구는 일찍부터 시작되었으나 조기점화 또는 역화와 같은 이상연소가 발생하여 진전을 보지 못한 것이 사실이고 그 어려움을 무릅쓰고 수소자동차를 만들어 실험에는 성공하였으나 결국 실패한 것으로 결론짓지 않을 수 없었다.For example, hydrogen knows that it can be used as a car fuel when it is liquefied by minus 195 ℃. Hydrogen fuel is also explosive and it is explosive. The research on hydrogen fuel began early because there was no pollution-free fuel, but it was true that abnormal combustion, such as early ignition or backfire, did not make any progress. I could not but conclude that I failed.
왜냐하면 수소연료를 태우기 위한 연소용 공기를 넣을 수밖에 없어 배기에서 NOx가 나왔기 때문이다. 물론 휘발유 자동차보다 훨씬 공해가 줄어든 것은 사실이지만 NOx가 나올 바에야 그 비싼 돈을 들여 수소자동차를 만들 필요가 없었기 때문이다.Because you have to put combustion air to burn hydrogen fuel, NOx came out of the exhaust. Of course, it is true that pollution is much lower than gasoline cars, but it was not necessary to make hydrogen cars only when NOx came out.
또한 브라운가스를 이용하고자 할 때는 종전의 가솔린이나 LPG의 이용방법과 달리 다른 착안을 하지 않으면 안 된다는 사실은 본 발명자는 실험으로 알 수 있었다. 즉 기존의 자동차 엔진에 브라운가스를 넣어 시동을 걸어보는 실험을 수차례 실시하였으나 시동을 걸 수 없었기 때문이다.In addition, when the user wants to use Brown Gas, unlike the conventional method of using gasoline or LPG, a different concept must be taken, and the inventors have found out by experiment. In other words, the experiment was performed several times to start the engine by putting brown gas into the existing car engine, but the engine could not be started.
일반적으로 기존의 연소방법은 산소를 얻기 위하여 공기를 넣는 방법을 쓸 수밖에 없었고 자동차엔진 역시 카브레타에 의해 많은 양의 공기를 넣도록 설계되어 있었기 때문이다.In general, the existing combustion method was forced to use air to obtain oxygen, and the automobile engine was also designed to inject a large amount of air by the Cabreta.
예를 들어 LPG자동차엔진의 경우, LPG를 연소시키기 위해서는 5배의 산소가 필요하므로 공기를 공급할 때는 25배의 공기를 필요로 하기 때문이다.For example, LPG engines require five times the amount of oxygen to burn LPG, so 25 times the amount of air needed to supply air.
그러나 브라운가스는 자체산소에 의해 완전연소 되므로 연소용 공기가 필요없어 단지 보충공기만 필요로 하기 때문이다.However, because Brown gas is completely burned by its own oxygen, it does not need combustion air and only needs supplemental air.
따라서 상기 실험에 있어서 본 발명자는 카브레타의 공기 흡입구에 별도의 개폐장치를 부착하여 공기량을 조절하면서 브라운가스를 공급함으로써 자동차엔진 구동실험에 성공할 수 있었다. 이 때 브라운가스 공급량의 40∼50%정도의 공기량을 투입할 때 운전상태가 비교적 양호함을 알 수 있었다.Therefore, in the above experiment, the present inventors were able to succeed in driving an automobile engine by supplying Brown gas while controlling an air amount by attaching a separate switch to the air inlet of the Cabreta. At this time, it was found that the operation state was relatively good when the air amount of 40-50% of the brown gas supply amount was introduced.
결과적으로 브라운가스를 사용하기 위해서는 기존엔진과 달리 브라운가스 만의 연료공급장치가 장착된 브라운가스 전용엔진을 만들어야 하는 것이다.As a result, in order to use Brown Gas, it is necessary to make an exclusive Brown Gas engine equipped with a fuel supply device of Brown Gas, unlike the existing engine.
한편 가솔린을 연료로 사용하는 내연기관을 살펴보면 연료를 분사하는 위치에 따라 흡기포트 내에 분사하는 방법과 연소실 내에 직접 분사하는 방법으로 대별할 수 있다.On the other hand, the internal combustion engine using gasoline as a fuel can be roughly classified into a method of injecting into an intake port and a method of directly injecting a combustion chamber according to a location of injecting fuel.
희박연소엔진(Lean Burn Engine)이 포함되는 흡기포트내 분사방법은 분무된 연료를 최대한 균질화시키고 연소실내의 강한 유동을 주어 급속히 연소시키는 방법으로 일반적으로 흡기행정 중에 연소실내 유입되어 혼합기의 흡기유량, 텀블유동(Tumble Flow) 및 스월유동(Swirl Flow) 등을 감안한 설계가 요구된다.The injection method in the intake port including the lean burn engine is a method of homogenizing the sprayed fuel as much as possible and giving a strong flow in the combustion chamber to rapidly burn it. A design that takes into account tumble flow and swirl flow is required.
이와 달리 직접분사방식의 가솔린엔진(GDI Engine)은 연소실 내부에 연료를 직접 분사하고 적절한 내부유동에 의하여 혼합기의 성층화를 통한 희박연소를 추구하는 방식이다.In contrast, the direct injection gasoline engine (GDI engine) is a method of directly injecting fuel into the combustion chamber and pursuing lean combustion through stratification of the mixer by appropriate internal flow.
LPG엔진의 경우 구조는 가솔린엔진과 거의 동일하지만 연료공급장치는 전혀 다르다. LPG 봄베에 충전된 액체상태의 LPG는 송출밸브를 통해 필터를 거쳐 여과된 후 솔레노이드 밸브에 의해 제어되어 통과한 후 프리히터에 의해 따뜻하게 만들어져 베이퍼라이저로 들어가 기체상태로 기화된 후 적정압력으로 조정되어 믹서로 들어가고 믹서에서 공기와 혼합되어 연소실에서 연소되면서 동력을 얻게 된다. LPG 연료공급의 단계는 다음과 같다.For LPG engines, the structure is almost the same as for gasoline engines, but the fuel supply system is completely different. LPG in the LPG cylinder filled with liquid is filtered through a delivery valve and then controlled by a solenoid valve, then passed through a heater, made warm by a preheater, vaporized into a vaporizer, and then adjusted to an appropriate pressure. And are mixed with air in the mixer and burned in the combustion chamber to gain power. The steps for LPG fueling are as follows.
(LPG 봄베) → (필터) → (솔레노이드밸브) → (프리히터) → (베이퍼라이저) → (믹서) → (연소실)(LPG Bomb) → (Filter) → (Solenoid Valve) → (Preheater) → (Vaperizer) → (Mixer) → (Combustion Chamber)
연료를 연소시키는데 필요한 이론 공기량과 실제로 기관이 흡입한 공기량의 비를 공기비 또는 공기 과잉률 (Excess air factor)이라 하고 일반적으로 그리스 문자 로 표시한다.The ratio of the theoretical amount of air needed to burn fuel to the amount of air actually inhaled by the engine is called the air ratio or excess air factor and is usually expressed in Greek letters.
공기비가<1 이면 공기부족상태 즉 혼합기가 농후하다는 것을 의미하고 공기비가>1이면 공기과잉상태, 즉 혼합기가 희박하다는 것을 의미한다.Air cost <1 means that there is an air shortage or that the mixer is rich and that the air > 1 means excess air, ie the mixer is lean.
상기 내용에서 보는 바와 같이 연료에 따라 엔진에 공급되는 공기 연료의 혼합비가 중요함을 알 수 있다. 가솔린의 경우 이론공기연료비는 체적비로 59.5 : 1 (중량비로는 14.7 : 1)인데 비해 수소연료는 2.38 : 1 (중량비로는 34 : 1) 이다.As can be seen from the above, it can be seen that the mixing ratio of the air fuel supplied to the engine is important depending on the fuel. For gasoline, theoretical air fuel ratio is 59.5: 1 in volume ratio (14.7: 1 in weight ratio), while hydrogen fuel is 2.38: 1 (34: 1 in weight ratio).
여기서 이론공기연료비로 기관을 운전하는 경우를 살펴보면If you look at the case of driving an engine with theoretical air fuel costs
1) 가솔린을 흡기관에 분사하는 방식의 가솔린 기관은 행정체적 1000㎤ 중 흡입된 공기의 체적이 983㎤ 이고 흡입된 가솔린 증기의 체적은 17㎤이며 이 혼합기가 연소하면 840cal의 열량을 발생한다.1) The gasoline engine injecting gasoline into the intake pipe has a volume of inhaled air of 983 cm 3 in a stroke volume of 1000 cm 3 and a volume of inhaled gasoline vapor of 17 cm 3.
2) 이것에 비하여 수소가스를 흡기관에 분사하는 방식의 수소가스기관은 흡입된 공기의 체적은 700㎤이고 흡입된 수소가스의 체적은 300㎤이며 이 혼합기가 연소하면 710cal의 열량이 발생한다.2) On the other hand, in the hydrogen gas engine that injects hydrogen gas into the intake pipe, the volume of sucked air is 700 cm 3, the volume of sucked hydrogen gas is 300 cm 3, and when this mixer burns, 710 calories are generated.
상기 수소가스기관을 실린더 내에 직접 분사하는 방식으로 만들어 흡입행정 중에는 공기만을 흡입시키고 흡입된 공기의 체적이 행정체적 전체인 1000㎤이고 고압으로 분사된 수소가스의 체적이 420㎤이면 이 혼합기가 1010cal의 열량을 발생한다.When the hydrogen gas engine is injected directly into the cylinder, only the air is sucked in the intake stroke, and the volume of the sucked air is 1000 cm 3, which is the total stroke volume, and the volume of the hydrogen gas injected at high pressure is 420 cm 3. Generates calories.
수소연료를 직접 분사하는 방식이 가솔린에 비하여 발열량이 20%증가함을 알 수 있다.Direct injection of hydrogen fuel shows a 20% increase in calorific value compared to gasoline.
3) 본 발명의 브라운가스를 연료로 사용하는 엔진의 경우, 브라운가스 (2H2+O2)는 자체산소에 의해 완전 연소되므로 연소용 공기는 필요 없지만 실제로는 상기 본 발명자의 실험에서와 같이 일정량의 공기를 넣어주지 않으면 안되므로 브라운가스엔진설계에 있어서 무엇보다 공기비()를 정하는 것이 중요하다.3) In the case of the engine using the brown gas of the present invention, brown gas (2H 2 + O 2 ) is completely burned by its own oxygen, so no combustion air is required, but in actuality, as in the experiment of the present inventors, Air in the Brown gas engine design, the air cost ( It is important to determine).
본 발명의 일구성장비인 브라운가스발생기는 1ℓ의 물로 1860ℓ의 브라운가스를 생산한다. 브라운가스발생기 BS-2000모델(가스생산량:2000ℓ/h, 물소모량:1.08ℓ/h, 소모전력:7.5kwh, 운전압력:1kg/㎠이하)의 경우, 브라운가스의환산발열량 18.8kcal/ℓ를 적용하면 2000ℓ× 18.8kcal/ℓ= 37,600kcal의 발열량을 내는 연료공급장치이다.Brown gas generator, one component of the present invention produces 1860 liters of brown gas with 1 liter of water. Brown gas generator BS-2000 model (gas production: 2000 l / h, water consumption: 1.08 l / h, power consumption: 7.5 kwh, operating pressure: 1 kg / cm2 or less), the equivalent calorific value of Brown gas is 18.8 kcal / l When applied, it is a fuel supply device that produces calorific value of 2000ℓ × 18.8kcal / ℓ = 37,600kcal.
다음으로 브라운가스를 연료로 사용하기 위해서는 완벽한 역화방지 시스템을 고려하지 않으면 안 된다.Next, to use Brown Gas as fuel, a complete flashback system must be considered.
기체연료 중 보통의 탄화수소와 공기의 혼합기체 연소속도는 40∼50 cm/s로 비교적 느리지만 수소와 공기혼합기체의 연소속도 291 cm/s 이고 아세틸렌은 154 cm/s로 대단히 빠르다.The combustion rate of the mixture of normal hydrocarbons and air in gas fuel is relatively slow, 40-50 cm / s, but the combustion rate of hydrogen and air mixture is 291 cm / s and acetylene is 154 cm / s.
연소속도의 크기는 가연한계 내에서 혼합기체의 농도에 의해 크게 영향을 받는다. 또 혼합기체 중 불활성 기체나 양에도 좌우된다. 따라서 산화제로써 순수한 산소를 사용했을 때 연소속도가 최대가 된다.The magnitude of the combustion rate is greatly influenced by the concentration of the gas mixture within the flammable limits. It also depends on the inert gas and the amount of the mixed gas. Therefore, the combustion rate is maximized when pure oxygen is used as the oxidant.
예를 들면 브라운가스와 같은 수소-산소혼합기체는 1,400cm/s이고 아세틸렌-산소 혼합기체는 1,140cm/s로서 공기혼합기체에 비하여 5배에서 7배 정도 연소속도가 증가한다.For example, the hydrogen-oxygen mixed gas such as Brown gas is 1,400 cm / s and the acetylene-oxygen mixed gas is 1,140 cm / s, which increases the combustion speed by 5 to 7 times compared to the air mixed gas.
그러므로 브라운가스를 연료로 쓰기 위해서는 공기를 혼합시키거나 연소속도가 느린 탄화수소용액을 통과시켜 탄화수소가 증기형태로 브라운가스에 혼입되도록 함으로써 전체의 연소속도를 늦춰주는 것이 바람직한 것이다.Therefore, in order to use brown gas as fuel, it is desirable to slow down the overall combustion rate by mixing air or passing a slow burning hydrocarbon solution into the brown gas in the form of vapor.
상기와 같이 브라운가스는 자체산소에 의해 완전 연소되는 특성을 가지고 있을 뿐만 아니라 원천적으로 환경공해를 일으키지 않는 무공해연료로서 우리가 바라는 꿈의 연료이므로 본 발명은 물을 연료로 사용하기 위한 브라운가스 연료공급장치와 브라운가스엔진을 제안한 것이다.As described above, Brown Gas is a fuel of our dream as a pollution-free fuel that not only completely burns by its own oxygen but also does not cause environmental pollution. Therefore, the present invention provides Brown Gas fuel for using water as a fuel. The device and Brown's gas engine are proposed.
본 발명은 상기와 같은 여러 가지 사항을 고려하여 제안하기에 이른 것으로 본 발명의 목적은 브라운가스발생기에서 생산되는 브라운가스를 브라운가스엔진의 연료로 사용하여 엔진을 구동함으로써 결과적으로 물을 연료로 하는 브라운가스엔진을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made in consideration of the various matters as described above, and an object of the present invention is to use brown gas produced in a brown gas generator as a fuel of a brown gas engine to drive an engine, thereby resulting in water as a fuel. To provide Brown's gas engine.
또한 본 발명은 브라운가스엔진에 연동하며 구동되는 발전기에 의해 전기에너지를 생산하기 위한 것이다.In another aspect, the present invention is to produce electrical energy by the generator driven in conjunction with the Brown Gas engine.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료공급장치의 구성은 급수탱크로부터 정량의 물을 공급받아 전기분해방식에 의해 브라운가스를 발생시키는 브라운가스 발생기와; 내부에 일정량의 물이 충만된 후레쉬백 어레스터와 브라운가스에 함유되어있는 수분을 완전하게 제거하기 위한 수분제거필터와; 핵산이 충만된 후레임 모디파이어와; 상기 후레임 모디파이어를 통과한 브라운가스를 균일한 압력으로 조절하는 압력조정기와; 실린더에 장착된 압력센서에 의해 정량의 브라운가스를 실린더에 분사시키는 가스분사노즐로 구성된 것이다.The configuration of the fuel supply apparatus of the present invention for achieving the above object is a brown gas generator for generating a brown gas by the electrolysis method by receiving a quantity of water from the water supply tank; A water removal filter for completely removing the water contained in the fresh bag arrestor and the brown gas filled with a predetermined amount of water therein; Frame modifiers filled with nucleic acids; A pressure regulator for adjusting brown gas passing through the frame modifier to a uniform pressure; It consists of a gas injection nozzle that injects a certain amount of Brown gas into the cylinder by a pressure sensor mounted on the cylinder.
상기 브라운가스엔진에 있어서 LPG나 가솔린 엔진과 다른 점은 공기연료 혼합비이므로 브라운가스만의 특성을 고려하여 연료공급시스템을 제안하지 않으면 안 된다.The difference between the LPG and the gasoline engine in the Brown gas engine is the air fuel mixing ratio, so the fuel supply system must be proposed in consideration of the characteristics of Brown gas.
또한 브라운가스만의 임플로전(Implosion)특성은 연소시 5%이상의 산소를 추가시키면 익스플로전(Explosion)으로 바뀌게 되기 때문에 적당량의 공기를 공급할 필요가 있다.In addition, Brown's unique impulsion characteristics are changed to explosion when more than 5% of oxygen is added during combustion, so it is necessary to supply an appropriate amount of air.
즉, 브라운가스는 자체산소에 의해 완전연소 되는 특성이 있으므로 연소용 공기를 필요로 하지 않지만 폭발행정을 가지고 있는 엔진의 연료로 쓰기 위해서는 브라운가스공급량의 40∼50%정도의 공기를 공급하는 것이 필요하다.In other words, Brown gas does not need combustion air because it is completely burned by its own oxygen, but it needs to supply 40-50% of Brown gas supply to use it as fuel of an explosion stroke engine. Do.
상기와 같이 필요로 하는 공기의 총량은 "브라운가스 역화방지장치"에서 역화방지용액으로 사용하였기 때문에 증기형태로 브라운가스에 혼입된 소량의 Hexane(C6H14)를 태워주기 위한 공기와 연소효율을 높이기 위한 희박연소상태를 만들어주기 위한 과잉공기상태 즉>1이 되도록 하는 추가공기를 전부 포함하는 것이다.Since the total amount of air required as above was used as a flashback prevention solution in the "brown gas flashback prevention apparatus", air and combustion efficiency for burning a small amount of Hexane (C 6 H 14 ) mixed in the brown gas in the form of steam. Excess air condition to create lean burn condition to increase It includes all the additional air that makes it> 1.
따라서 브라운가스엔진의 연료공급은 브라운가스 2 : 공기 1의 비율로 실린더에 공급하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to supply the fuel of Brown Gas Engine to the cylinder at the ratio of Brown Gas 2: Air 1.
본 발명의 연료공급수단은 브라운가스발생기에서 발생하는 압력(운전압력이 1.1∼1.2kg/㎠)을 이용할 수 있으므로 브라운가스분사노즐에 의해 흡입행정의 시작과 종료시점의 중간에서 흡기밸브가 닫히도록 하고 흡기밸브가 닫히는 순간에 가스분사를 시작하여 압축행정직전에 행정체적의 2배에 해당하는 브라운가스 분사를 종료하여 연료공기비가 2:1이 되도록 한다.Fuel supply means of the present invention can use the pressure (operating pressure 1.1 ~ 1.2kg / ㎠) generated in the Brown gas generator so that the intake valve is closed in the middle of the start and end of the suction stroke by the Brown gas injection nozzle The gas injection starts at the moment the intake valve is closed, and finishes the injection of Brown gas, which is twice the volume of the stroke, immediately before the compression stroke so that the fuel air ratio is 2: 1.
본 발명의 브라운가스엔진의 연료공급장치에 의한 연소는 연료량에 비해 공기량이 상대적으로 적기 때문에 기존 엔진과 달리 연소조건이 좋은 것이 장점이다.Combustion by the fuel supply device of the brown gas engine of the present invention has a good combustion condition unlike the existing engine because the air amount is relatively small compared to the fuel amount.
따라서 압축비를 높일 필요가 없으므로 본 발명은 실린더헤드부분에 공간을 만들어 간극체적을 크게 함으로써 압축비를 적게 하였다.Therefore, since the compression ratio does not need to be increased, the present invention reduces the compression ratio by making a space in the cylinder head portion to increase the gap volume.
본 발명은 물을 에너지화하면 물이 기름보다 약 3.8배의 에너지가 더 있다는 점에 착안하여 물을 엔진의 연료로 사용하기 위한 방법으로 브라운가스만의 특성과 장점을 이용하여 브라운가스 엔진을 만들고 브라운가스엔진의 구동력으로 전기에너지 등을 생산하기 위한 것으로 결국 물을 연료로 사용하기 위한 목적을 달성하기 위한 것이다.The present invention focuses on the fact that water is about 3.8 times more energy than oil when water is energized, and uses Brown Gas's unique characteristics and advantages as a method for using water as a fuel for the engine. The driving force of Brown's gas engine is to produce electric energy and so on to achieve the purpose of using water as fuel.
도 1은 본 발명의 연료공급장치 구성 및 계통도1 is a fuel supply device configuration and system diagram of the present invention
도 2는 본 발명의 브라운가스엔진의 실린더 내부 구조도2 is a cylinder internal structure diagram of a Brown gas engine of the present invention
도 3은 본 발명의 일구성요소인 가스분사노즐의 구성상태를 예시한 횡단면도3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a gas injection nozzle which is one component of the present invention.
도 4는 본 발명의 물연료 에너지화 계통을 설명하는 계통도Figure 4 is a system diagram illustrating the water fuel energy system of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1…급수탱크 3…자동급수펌프 5…브라운가스 발생기One… Water supply tank 3... Automatic water supply pump 5.. Brown's Gas Generator
6…후레쉬백 어레스터 7…수분제거필터 8…후레임모디파이어6... Freshback arrester 7... Water removal filter 8.. Frame Modifier
S1…솔레노이드밸브 S2…솔레노이드밸브 S3…솔레노이드밸브S1... Solenoid valve S2.. Solenoid valve S3.. Solenoid valve
P…공급파이프 9…압력조정기 20…가스분사노즐P… Supply pipe 9... Pressure regulator 20.. Gas Injection Nozzle
21…압력센서 22…제1솔레노이드밸브 24…제2솔레노이드밸브21... Pressure sensor 22.. First solenoid valve 24.. Second solenoid valve
30…브라운가스엔진 31…실린더 32…실린더헤드30... Brown's Gas Engine 31 Cylinder 32.. Cylinder head
33…피스톤 34…흡기밸브 35…배기발브33.. Piston 34.. Intake valve 35.. Exhaust valve
36…플러그 40…ECU(Electrical Control Unit) 50…발전기36.. Plug 40.. ECU (Electrical Control Unit) 50... generator
이하 본 발명의 전체적인 구성상태 및 이로부터 얻게되는 특유의 효과 등에 대하여 첨부도면을 이용하여 상세히 설명하면 하기와 같다.Hereinafter, the overall configuration of the present invention and specific effects obtained therefrom will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 전체적인 구성상태를 예시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일구성요소인 브라운가스엔진의 실린더 내부구조도이고, 도 3은 가스분사노즐의 구성상태를 예시한 횡단면도이다.1 is a block diagram illustrating the overall configuration of the present invention, Figure 2 is a structural diagram of the cylinder of the Brown gas engine of one component of the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the gas injection nozzle.
동 도면에 예시되어있는 바와 같이, 본 발명의 물을 연료로 사용하기 위한 전체적인 구성은 급수탱크로부터 자동으로 급수가 이루어지는 브라운가스 발생기(5)와, 브라운가스의 역화를 방지하기 위한 후레쉬백 어레스터"Flashback Arrester"(6)와 브라운가스에 함유되어있는 수분제거필터(7)와, 플레임 모디파이어 "Flame modifier"(8)와, 실린더에 브라운가스를 균일한 압력으로 공급하기 위한 압력조정기(9)와, 일정한 압력으로 조정된 브라운가스를 실린더에 분사하는 브라운가스 분사노즐(20)과 연료공급 제어시스템으로 구성된 연료공급장치와 이를 연소시켜구동력을 일으키는 브라운가스엔진(30)으로 구성된 것으로서, 각각의 구성을 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.As illustrated in the figure, the overall configuration for using water of the present invention as a fuel includes a brown gas generator 5 in which water is automatically supplied from a water supply tank, and a fresh bag arrester for preventing backfire of brown gas. Flashback Arrester (6), moisture removal filter (7) contained in Brown gas, flame modifier (Flame modifier) (8), and pressure regulator (9) for supplying brown gas at uniform pressure to the cylinder And a brown gas injection nozzle 20 for injecting brown gas adjusted to a constant pressure to a cylinder, and a fuel supply device composed of a fuel supply control system and a brown gas engine 30 that generates a driving force by burning it. The configuration in more detail is as follows.
상기 브라운가스 발생기(5)는 급수탱크(1)에 저장된 정수된 물을 자동급수펌프(3)에 의해 공급받아 내부에 내설된 (+)(-)전극판의 전기분해방식에 의해 수소와 산소의 혼합가스인 브라운가스를 생산하는 것으로, 이는 압력스위치에 의해서 상한(1.2kg/㎠)과 하한(1.1kg/㎠)사이에서 자동운전되는 것이다.The brown gas generator 5 is supplied with purified water stored in the water supply tank 1 by an automatic water supply pump 3 to obtain hydrogen and oxygen by electrolysis of the (+) (-) electrode plate installed therein. Produces a mixed gas of Brown gas, which is automatically operated between the upper limit (1.2kg / ㎠) and the lower limit (1.1kg / ㎠) by the pressure switch.
이렇게 생산되는 브라운가스의 공급은 별도로 부설되어있는 런닝스위치의 ON/OFF 작동에 의해 공급파이프(P)상에 장착되어있는 제1솔레노이드밸브(S1)와 제2솔레노이드밸브(S2) 및 제3솔레노이드밸브(S3)를 동시에 개/폐되도록하여 브라운가스의 공급 및 차단하게 되는 것이다.The brown gas supplied in this way is supplied to the first solenoid valve S1, the second solenoid valve S2, and the third solenoid mounted on the supply pipe P by the ON / OFF operation of the running switch separately installed. By opening and closing the valve (S3) at the same time is to supply and shut off the brown gas.
또한 상기 급수탱크(1)는 브라운가스 발생기(5)에 내설된 기수분리탱크의 수위레벨센서에 의해 자동급수펌프(3)가 작동하므로서 하위수면과 상위수면사이에서 자동으로 급수가 이루어지는 것이다.In addition, the water supply tank (1) is automatically supplied between the lower and upper water surface by operating the automatic water supply pump (3) by the water level level sensor of the water separation tank in the brown gas generator (5).
상기 후레쉬백 어레스터(6)는 수밀식역화방지기로 물이 채워져 있고 브라운가스는 물 속에 침지된 관을 통해 물을 통과하므로 화염이 역진해 오더라도 물을 통과할 수 없게 된다.The flashback arrestor 6 is filled with water with a watertight backfire prevention system, and Brown gas passes through the water immersed in the water, so that the flame can not pass through the water even though the flame is reversed.
또한 후레쉬백 어레스터(6)는 역화시 브라운가스의 임플로전특성에 의해 순간적으로 진공상태가 되므로 LPG나 아세틸렌처럼 문제를 일으키지 않아 가장 확실하게 역화를 방지한다.In addition, since the flashback arrestor 6 is instantaneously vacuumed due to the impurity characteristics of the brown gas at the time of backfire, the flashback arrester 6 does not cause a problem like LPG or acetylene and most certainly prevents backfire.
상기 수분제거필터(7)는 브라운가스 중에 섞여 있을 수 있는 미세수분까지도완벽하게 제거하여 화염의 질을 좋게 한다.The water removal filter 7 completely removes even fine moisture which may be mixed in the brown gas, thereby improving flame quality.
상기 후레임 모디파이어(8)는 후레임 어레스터와 같은 원리이지만 역화방지용액으로는 물이 아닌 Hexane(C6H14)을 사용한다. 브라운가스는 후레임 모디파이어(8)를 통과하면서 소량의 헥산이 증기형태로 혼입된다. 헥산은 연소시 열량을 증가시켜주며 화염의 속도를 지연시켜주므로 근본적으로 역화가 일어나지 않게 하며 실린더에서의 연소조건을 좋게하여 준다.The frame modifier 8 uses the same principle as the frame arrester but uses Hexane (C 6 H 14 ), not water, as a flashback preventing solution. Brown gas passes through the frame modifier 8, where a small amount of hexane is incorporated in the form of a vapor. Hexane increases heat during combustion and slows down the speed of flame, thus essentially preventing backfire and improving combustion conditions in cylinders.
상기와 같이 구성된 본 발명의 브라운가스엔진의 연료공급단계는 요약하여 도시하면 다음과 같다.The fuel supply step of the brown gas engine of the present invention configured as described above is summarized as follows.
(물공급) → (브라운가스발생기) → (후레쉬백 어레스터) → (수분제거필터) (후레임 모디파이어) → (압력조정기) → (가스분사밸브) → (실린더)(Water supply) → (Brown gas generator) → (Fresh bag arrester) → (Water removal filter) (Frame modifier) → (Pressure regulator) → (Gas injection valve) → (Cylinder)
다음으로 본 발명의 브라운가스엔진(30)의 구성과 작용은 다음과 같다. 상기 압력조정기(9)를 통과한 브라운가스는 실린더헤드(32)에 장착된 가스분사노즐(20)에 의해 실린더(31)의 내부로 분사하게되는 것으로서, 실린더(31)내부의 압력을 감지하는 압력센서(21)에 의해 작동하는 제1솔레노이드 밸브(22)와 실린더(31)의 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이의 지정된 어느 위치에 따라 작동하는 제2솔레노이드 밸브(24)의 연동작동에 의해 브라운가스를 실린더(31)의 내부로 공급하게 되는 것이다.Next, the configuration and operation of the Brown gas engine 30 of the present invention are as follows. Brown gas passing through the pressure regulator 9 is to be injected into the cylinder 31 by the gas injection nozzle 20 mounted on the cylinder head 32, to sense the pressure inside the cylinder 31 The first solenoid valve 22 actuated by the pressure sensor 21 and the second solenoid valve 24 actuated according to a specified position between the top dead center TDC and the bottom dead center BDC of the cylinder 31. The brown gas is supplied into the cylinder 31 by the interlocking operation.
상기 브라운가스를 연료로 사용하는 브라운가스엔진(30)은 흡기행정중에 흡기밸브(34)가 개방되면서 일정량의 공기를 흡입함과 동시에 흡기밸브(34)가 닫히고 동시에 가스분사노즐(20)에서 공기흡입량의 2배에 해당되는 브라운가스의 공급이 이루진 후 압축행정과 폭발행정을 거쳐 배기행정시 배기발브(35)가 열리면서 연소시 생성된 수증기를 배출하게 된다.The brown gas engine 30 using the brown gas as the fuel inhales a certain amount of air while the intake valve 34 is opened during the intake stroke, and at the same time the intake valve 34 is closed and at the same time the air in the gas injection nozzle 20. After supplying the brown gas corresponding to twice the suction amount, the exhaust valve 35 is opened during the exhaust stroke through the compression stroke and the explosive stroke, thereby discharging water vapor generated during combustion.
또한 본 발명의 브라운가스엔진(30)은 기존 엔진과 달리 공기량에 비해 연료인 브라운가스의 양이 상대적으로 많기 때문에 연소조건이 좋은 것이 장점이므로 실린더헤드(32)부분과 피스톤(33)헤드부분에 공간(S)을 설정하여 주체적을 크게 함으로써 압축비를 낮게 구성하여 고효율을 내는 것이 특징이다.In addition, the Brown gas engine 30 of the present invention has a relatively good combustion condition because the amount of Brown gas, which is fuel, is higher than the amount of air. By setting the space (S) to increase the subjective volume is characterized by low compression ratio and high efficiency.
상기 브라운가스엔진(30)은 ECU(Electrical Control Unit)(40)에 의해 제어되는 시스템을 갖추고 있으며 본 엔진은 실린더(31)의 내압을 측정할 수 있는 압력센서(21)를 설치하고 흡기행정중의 흡기밸브(34)가 닫히는 시점에서 브라운가스를 1.1kg/㎠의 압력으로 분사하여 실린더 행정체적에 비례하는 일정량의 브라운가스가 공급됨으로써 높아지는 압력은 센서(21)에 의해 감지된 후 제1솔레노이드밸브에 의해 제어될 뿐만 아니라 엔진 전체적으로 ECU(40)에 의해 제어되는 시스템으로 이루어진 것이다.The Brown Gas Engine 30 is equipped with a system controlled by an ECU (Electric Control Unit) 40, and the engine is installed with a pressure sensor 21 capable of measuring the internal pressure of the cylinder 31 and in the intake stroke. When the intake valve 34 is closed, the Brown gas is injected at a pressure of 1.1 kg / cm 2, and the pressure that is increased by supplying a certain amount of Brown gas proportional to the cylinder stroke volume is detected by the sensor 21 and then the first solenoid. In addition to being controlled by a valve, the engine is composed of a system controlled by the ECU 40 as a whole.
다음으로, 도 4의 본 발명의 물연료 에너지화 계통을 설명하는 계통도에서 보시는 바와 같이 본 발명은 물을 브라운가스발생기(5)에 공급하여 생산되는 브라운가스를 브라운가스엔진(30)에 공급하여 엔진을 구동하고 그 구동력으로 발전기를 구동하여 전기를 생산함으로써 결과적으로 본 발명은 물을 연료로 사용하여 전기에너지를 생산하는 것이다.Next, as shown in the schematic diagram illustrating the water fuel energy system of the present invention of FIG. 4, the present invention supplies brown gas produced by supplying water to the brown gas generator 5 to the brown gas engine 30. As a result, the present invention produces electric energy by using water as a fuel by driving an engine and driving a generator with the driving force.
대체에너지의 중요성에도 불구하고 마땅한 대체에너지를 찾지 못하고 있는 실정에서 본 발명은 물을 연료로 사용하는 시대를 열어 놓은 것이다.Despite the importance of alternative energy, the present invention opens the age of using water as a fuel in a situation where no suitable alternative energy is found.
본 발명은 브라운가스발생기에 기름이 아닌 물을 붓고 스위치를 올리면 자동으로 생산되는 브라운가스를 최적의 연소조건으로 브라운가스엔진에 안정적으로 공급함으로써 고효율의 동력을 얻어낸 것이다.The present invention obtains high efficiency power by stably supplying brown gas, which is automatically produced by pouring water and not oil into the brown gas generator, and then automatically switching to brown gas engine under optimum combustion conditions.
브라운가스엔진에 발전기를 연동하여 구동하는 경우 발전기에서 생산되는 전기의 일부는 다시 브라운가스발생기의 전기분해용 전력으로 사용하고 나머지 대부분은 상업용 전력으로 사용할 수 있다.When driving the generator in conjunction with the brown gas engine, some of the electricity produced by the generator can be used again for the electrolysis power of the brown gas generator, and the rest can be used as commercial power.
결과적으로 본 발명은 기름이 아닌 물을 연료로 사용하여 고효율의 동력을 얻을 수 있고, 또한 전기에너지도 생산할 수 있는 아주 유용한 발명인 것이다.As a result, the present invention is a very useful invention that can obtain high-efficiency power by using water rather than oil as a fuel, and can also produce electrical energy.
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