KR20030080755A - 내연기관용 배기가스 경감장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관용 배기가스 경감장치에 관한 것으로서, 온천에서 용출되는 천연라듐광석을 이용하여 종래 내연기관의 흡기관 내에 간단히 장착되므로 적은 비용으로 설치할 수 있으면서도 공연비와 연료의 형태에 구애받지 않고 모든 계통의 내연기관에 폭넓게 적용될 수 있도록 된 것이다.

이를 위해 본 발명은 내연기관의 흡기관(2) 내벽에 착탈가능하게 끼워져 고정되는 환형의 케이싱(400)과, 상기 케이싱 내부에 일정간격을 두고 수평하게 설치된 알루미늄 박편(401)과, 온천으로부터 용출된 천연라듐광석을 분말 가공하여 상기 알루미늄 박편(401a)의 내부에 봉합시킨 라듐광석분말(401b)로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

내연기관용 배기가스 경감장치 및 그 제조방법{equipment for reducing exhaust of internal-combustion engine and manufacturing method of the same}

본 발명은 내연기관에 관련된 것으로서, 좀 더 상세히 기술하면 내연기관의 흡기관 내에 장착되어 내연기관으로 공급되는 공기에 일정한 방사선을 조사함으로써 내연기관의 연소률을 향상시킴과 더불어 상기 내연기관으로부터 배출되는 유해 배기가스의 양을 대폭 경감시키도록 된 것이다.

일반적으로 내연기관은 연소실 내부로 공급된 연료와 공기의 혼합기를 압축열 또는 스파크에 의해 점화하고, 이 때 발생되는 폭발력을 이용하여 동력을 얻는 형태의 기관으로서, 배기행정시 연소실 내에서 연소되지 못한 많은 양의 유해 미립자를 배출하게 된다.

특히, 상기 내연기관의 하나인 디젤기관(Diesel engine)에서는 분사된 연료가 공기의 압축열로 자기 착화를 일으켜 연소되는 과정에서 열 에너지가 기계적 에너지로 바뀌면서 입자상 물질, 질소 산화물, 미연 탄화수소, 일산화탄소, 냄새물질 등과 같은 많은 양의 유해 미립자가 외부로 배출된다.

이렇듯 내연기관의 연소과정에서 완전 연소되지 못한 연료는 매연이 되어 대기 중으로 그대로 배출되므로 오존층 파괴와 같은 엄청난 재해를 초래할 뿐만 아니라, 각종 질환을 유발하는 대기오염의 주범으로 널리 알려져 있다.

최근 들어서는 이러한 대기오염에 대한 심각성이 사회 전반의 시급한 해결과제로 대두됨에 따라 세계 각국의 환경규제 조치와 맞물리게 되면서 상기한 차량의 배기가스에 대한 규제도 날로 엄격해지고 있는 실정임은 주지할 만한 사실이다.

이러한 배기가스 중에는 대표적으로 CO와 HC, NOx와 같은 유해 미립자들이 다량 포함되어 있는데, 상기 CO와 HC는 주로 연료 및 공기의 혼합비에 따라 배출 농도가 좌우되며, NOx의 경우에는 주로 연소온도에 따라 배출 농도가 결정된다.

종래에는 상기한 유해 미립자를 정화하기 위해 통상 3원촉매 변환장치 또는배기가스 재순환장치 등을 많이 사용하고 있는데, 상기 3원촉매 변환장치는 백금, 팔라듐, 로듐 등을 사용한 촉매 컨버터로서 CO 및 HC의 산화와, NOx의 환원의 2가지 작용을 동시에 수행할 수 있는 장점을 갖는 반면, 연소실 내의 공연비(공기 및 연료의 혼합비)가 0.2정도의 범위 내에서 정밀하게 제어되어야 하기 때문에 배기가스 중 산소농도를 정확하게 측정하기 위한 부속 장치들을 반드시 구비하여야만 단점이 있었다.

또한 실화를 일으키게 되면 장치가 과열되어 정화능력이 감소될 뿐만 아니라, 특히 납 성분이 포함된 유연 연료를 사용해서는 안되므로 무연연료만 사용해야 하는 등 적용범위가 매우 제한되는 문제점이 있었다.

또한 배기가스 재순환장치는 흡기계통으로 배기가스의 일부를 재순환시켜 연소할 때의 최고 온도를 낮춤으로써 NOx의 발생을 억제하는 장치로서, 연소가 끝난 배기가스의 일부를 연소실 내로 유입시켜 연소 가능 혼합기를 줄임으로써 최고 연소온도를 낮추어 NOx를 줄일 수 있으나, 이 또한 내연기관에 설치시 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라, 장치의 부피 또한 커지게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하고자 안출한 것으로, 온천에서 용출되는 천연라듐광석을 이용하여 종래 내연기관의 흡기관 내에 간단히 장착되므로 적은 비용으로 설치할 수 있으면서도 공연비와 연료의 형태에 구애받지 않고 모든 계통의 내연기관에 폭넓게 적용될 수 있는 내연기관용 배기가스 경감장치 및 그 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 내연기관의 구성도

도 2는 본 발명 장치의 구성을 보인 사시도

도 3은 도 2의 I-I선 단면도

도 4는 본 발명의 설치 상태도

도 5는 본 발명 장치의 제조공정을 도시한 플로우 챠트

도 6a, 6b는 각각 본 발명의 다른 실시예를 보인 정면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 연소실 2 : 흡기관

400: 케이싱 401: 알루미늄 박편

401b: 라듐광석분말

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 내연기관의 흡기관 내벽에 탈착가능하게 끼워져 고정되는 환형의 케이싱과, 상기 케이싱 내부에 일정간격을 두고 수평하게 설치된 알루미늄 박편과, 온천으로부터 용출된 라듐광석을 분말 가공하여 상기 알루미늄 박편의 내부에 봉합시킨 라듐광석분말로 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 경감장치가 제공된다.

또한 본 발명에 따르면, 온천에서 용출된 천연라듐광석 중 적합한 방사능량을 갖는 광석을 추출하는 제1공정; 상기 선택된 천연라듐광석을 적당한 크기로 자른 후, 분쇄장치를 통해서 광석을 분말로 가공하는 제2공정; 상기 가공된 분말에 온도를 조절하여 불순물을 제거하는 제3공정; 알루미늄 박편의 내부에 상기 라듐광석분말을 삽입한 후, 밀봉하는 제4공정; 최종적으로 내연기관의 흡기관 직경과 일치하도록 환형의 케이싱을 형성하고, 상기 케이싱의 내부에 복수개의 알루미늄 박편을 일정간격으로 수평하게 고정시켜 완성하는 제5공정이 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 경감장치의 제조방법이 제공된다.

이하 본 발명을 도 2 내지 도 4를 참고로 하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 2는 본 발명 장치의 구성을 보인 사시도이고, 도 3은 도 2의 I-I선 단면도이며, 도 4는 본 발명의 설치 상태도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 장치의 요부 구성을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명 장치(4)는 내연기관의 연소실(1)과 연결되는 흡기관(2)과 배기관(3) 중 흡기관의 내벽에 착탈가능하게 끼워져 고정되는 환형의 케이싱(400)과, 상기 케이싱 내부에 일정간격을 두고 수평하게 설치된 알루미늄 박편(401a)과, 온천으로부터 용출된 천연라듐광석을 분말 가공하여 상기 알루미늄 박편의 내부에 봉합시킨 라듐광석분말(401b)로 구성된다.

이 때, 상기 라듐광석분말(401b)의 방사능량은 온천에서 용출될 당시의 19.90 ×currie/kg ~ 19.90 ×currie/kg 정도로서, 인체에는 무해한 양이나, 공기 중의 산소분자와 그 밖의 원자분자에 전리(電離) 또는 여기를 발생시켜 이온화를 촉진시키는 데에는 충분한 양이다.

이러한 구성의 배기가스 경감장치(4)는 자동차 등의 내연기관 연소실(1)과 통하는 흡기관(2) 내벽에 간단히 장치의 케이싱(400)을 끼워 고정하면 설치가 완료되는데, 이에 따라 상기 장치(4)의 알루미늄 박편(401a) 내부에는 일정량의 라듐광석분말(401b)이 포함되어 있음을 감안할 때, 상기 알루미늄 박편(401a)을 통해 계속적으로 외부로 미량의 방사선을 조사하게 됨은 이해 가능하다.

이에 따라 내연기관의 연소실(1)로 공급되는 공기는 상기 알루미늄 박편(401a)의 사이를 각각 통과함에 따라 방사선에 의해 산소분자가 전리 또는 여기되고, 이에 따라 공기 중의 산소농도가 높아지므로 같은 공기량으로도 연료가 보다 완전 연소하도록 촉진된다.

그러므로 상기와 같이 흡기관(2)을 통과한 공기가 연소실(1) 내에서 연료와혼합시 거의 완전 연소가 이루어지도록 함으로써 배기관(3)을 통해 외부로 빠져나가는 배기에는 CO와 HC의 양이 대폭 경감됨은 이해 가능하다.

아울러 상기에서 재료로 이용된 라듐광석분말(401b)은 성분조사를 통해 탄산칼슘이 98%이상을 차지하고, 온천에서 용출된 것을 원료로 이용하므로 인체에 접촉하거나 부주의로 이를 마신 경우에도 상기 방사선에 의해 인체에는 전혀 무해하며, 더 나아가서는 장치를 폐기 처분한 경우에도 환경의 오염시킬 우려가 없다.

또한 상기 라듐광석분말(401b)은 라듐의 반감기가 약 1602년인 것을 고려할 때 한번 설치시에는 거의 반영구적으로 사용이 가능하므로 매우 실용적인 장점이 있다.

참고로 상기 흡기관(2) 내의 산소농도를 증가시키는 주체는 결국 라듐이라 할 수 있는데, 엄밀하게는 이 때 상기 라듐은 그 전후의 핵종; 예를 들어 라돈과 토리움이 함께 혼재해 있는 상태이며, 각각의 핵종이 각각의 단계에서 파괴와 변형을 계속하는 상태이므로 결과적으로 알파선, 베타선, 감마선에 의한 영향과 효과라고 판단함이 바람직할 것이다.

그러므로 보통의 화학변화에서는 원자와 원자가 서로 결속되어져 있다거나 떨어져 있다는 것만으로 원자 자체는 변화하지 않는다 하겠으나, 이와 달리 방사선원소의 자연변형은 원자핵 하나로도 방사선을 방출하여 별종의 원자핵이 된다.

또한 이에 비해 인공방사선 원소는 인공적으로 전자핵에 양자(수소의 원자핵), 알파입자(헬륨의 원자핵), 중성자 등을 첨가하여 별종의 원자핵을 생성한다.

이처럼 어느 쪽의 방사성 원소도 원자핵이 안정된 물질이 되기까지 파괴와변형을 계속하며, 그 도중에 알파 괴변(壞變;파괴와 변형), 베타 괴변의 발생, 그 직후에는 원자핵이 괴변을 동반해 에너지를 보유한 상태가 되므로 그것을 조정하는 것으로 감마선이 방출되는 것이다.

또한 알파선은 일반적으로 투과력이 약해 두꺼운 종이 정도로 차단이 가능할 정도이므로 상기 알파선이 본 발명 장치(4)의 알루미늄 박편(401b)을 투과하여 직접 흡입공기를 이온화하는 것은 불가능하다.

그러므로 이 때에는 상기 알파선과 함께 투과력이 강한 베타선, 감마선이 방출되고 있음을 감안할 때, 상기 베타선과 감마선이 흡입공기중의 산소분자와 그 밖의 원자분자에 전리(電離) 또는 여기를 발생시켜 이온화를 촉진함으로써 산소농도를 증가시킴이 자명하다.

그러나, 상기한 알파선은 내부에서 물과 탄산칼슘의 분자, 원자를 투과시켜 전리와 여기를 이온화하는 2차적인 효과를 발생시키므로 이 역시도 중요한 역할을 함은 간과하여서는 않될 것이다.

이하 상기한 바와 같은 본 발명 장치의 제조공정을 첨부된 도 5를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

제1공정(P1): 온천(라듐천)에서 용출되는 천연라듐광석 중 적합한 방사능량을 갖는 광석을 추출한다.

제2공정(P2): 상기 제1공정에서 추출된 광석을 적당한 크기로 자른 후, 분쇄장치를 통해서 광석을 분말로 가공한다.

제3공정(P3): 상기 제2공정에서 가공된 분말을 대상으로 온도를 조절하여 불순물을 제거한다.

이 때, 상기 제3공정은 열처리에 의해 라듐광석분말을 정제하는 공정에 해당되며, 유기물을 산화 및 제거하는 등의 포괄적인 처리조작을 의미한다.

제4공정(P4): 알루미늄 박편(401a)의 내부에 상기 라듐광석분말(401b)을 삽입시킨 후, 새어 나오지 않도록 알루미늄 박편(401a)의 양단을 열압착하여 밀봉한다.

제5공정(P5): 최종적으로 내연기관의 흡기관(2) 내경에 일치하도록 환형의 케이싱(400)을 형성하고, 상기 케이싱의 내부에 복수개의 알루미늄 박편(401a)을 일정간격으로 수평하게 고정시켜 본 발명 내연기관용 배기가스 경감장치(4)를 완성한다.

또한 본 발명의 소재로 이용되는 천연라듐광석을 얻을 수 있는 온천은 일본의 후타마타 온천(라듐천)을 비롯하여 국내에서도 이미 여러 곳에서 이러한 라듐천이 발견되어 온천으로 성업중인 상태이다.

이 중 전체의 96%에 이르는 122개소는 라듐천으로 인정가능한 방사선량의 수준에 도달하지 못하고, 라듐천(또는 라돈천)으로 명명되는 곳 중에서 대표적으로 홋카이도의 후타마타 온천에 대해 중점적으로 살펴보기로 한다.

상기 후타마다 온천은 홋카이도 나가요로즈부 후타마타역에서 약 8㎞떨어진 후타마타천의 상류 캬슈리나이천 부근에서 용출하는 온천으로 순도가 높은 광천수의 용출에 의해 그 침전물이 거대한 퇴적층을 이룬다.

이 후타마타 온천은 다이쇼우 9년에 온천 침전물을 조사한 결과, 주성분은탄산 및 칼슘이고, 그 밖에 규산, 철, 망간, 마그네슘, 티탄 등의 미네럴성분이 다량으로 함유되어 있으며, 특히 의료용으로 각광받고 있는 천연라듐을 많이 함유하고 있는 것에 기인하여 라듐천으로 불린다.

하기 표는 상기 홋카이도 후타마타 온천에서 용출되는 천연 탄산칼슘광석의 주요 화학성분 및 성분비, 라듐의 방사능량 측정결과이다.

탄산칼슘		95.75%5
규산		0.67%
황산		1.29%
철		0.98%
알루미늄		0.51%
마그네슘		0.18%
망간		0.16%
염소		0.89%
수분		0.12%
라듐	19.90 ×currie/kg

상기 후타마타 온천에서 용출된 라듐은 미량의 방사선을 방출함으로써 인체에는 무해하나, 그 의학적 효능은 이미 국내에서 널리 알려진 바와 같이 목욕용으로 처방될 때에는 류마티스성 질환, 운동기장애, 촬과상, 만성습진 및 각화증, 자궁발육부진 및 월경장애, 난소기능 부전증, 허약아동, 만성간, 담도질환, 요산소질, 동맥경화증, 고혈압증, 갱년기장애 등에 좋을 뿐만 아니라, 또한 식음용으로 처방될 때에는 류마티스성 질환, 요산소질, 만성소화기 질환, 만성간, 담도질환, 당뇨병, 만성경비 등에 효험이 있는 것으로 알려져 있다.

아울러 첨부된 도 6a, 6b는 각각 본 발명의 다른 실시예를 보인 정면도로서, 도 6a는 알루미늄 박편이 케이싱의 내부에서 수직하게 형성된 것이고, 도 6b는 벌집형태로 형성된 된 것을 도시한다.

본 발명 내연기관용 배기가스 경감장치는 사용시 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 내연기관의 연소실에 보내지는 공기중의 산소농도를 높게 하므로 연료의 소비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 내연기관의 성능이 대폭 향상된다.

둘째, 상기한 이유로 환경오염의 주범인 배기가스 중의 CO와 HC가 대폭 경감된다.

셋째, 온천에서 용출하여 침전퇴적되는 천연라듐광석을 주원료로 하므로 이를 부주의로 마신 경우에도 인체에는 전혀 무해할 뿐만 아니라, 장치를 폐기 처분한 경우에도 환경을 오염시키지 않는다.

넷째, 천연라듐광석을 이용하여 제조되므로 생산비가 저렴할 뿐만 아니라, 부품수가 적어 기존의 내연기관에 설치시 적은 비용으로 간단히 설치할 수가 있으므로 소비자의 경제적인 부담이 해소된다.

Claims (3)

1. 내연기관의 흡기관 내벽에 착탈가능하게 끼워져 고정되는 환형의 케이싱과, 상기 케이싱 내부에 일정간격을 두고 수평하게 설치된 알루미늄 박편과, 온천으로부터 용출된 천연라듐광석을 분말 가공하여 상기 알루미늄 박편의 내부에 봉합시킨 라듐광석분말로 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 경감장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 라듐광석분말의 방사능량은 19.90 ×currie/kg ~ 19.90 ×currie/kg 이내인 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 경감장치.
3. 온천에서 용출된 천연라듐광석 중 적합한 방사능량을 갖는 광석을 추출하는 제1공정;

   상기 선택된 천연라듐광석을 적당한 크기로 자른 후, 분쇄장치를 통해서 광석을 분말로 가공하는 제2공정;

   상기 가공된 분말에 온도를 조절하여 불순물을 제거하는 제3공정;

   알루미늄 박편의 내부에 상기 라듐광석분말을 삽입한 후, 상기 알루미늄 박편의 양단을 열압착하여 밀봉하는 제4공정;

   최종적으로 내연기관의 흡기관 중 내경부에 끼워질 수 있도록 환형의 케이싱을 형성하고, 상기 케이싱의 내부에 복수개의 알루미늄 박편을 일정간격으로 고정시켜 완성하는 제5공정이 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 경감장치의 제조방법.