KR20040008744A - 내연기관의 연소 활성화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유로에 영구자석을 설치하되 영구자석의 내부통공을 관통하는 1차 자화관과 자기력이 내주면에 비하여 월등한 자석의 외주면이 형성하는 2차 고주파 주사관으로 연료가 통과되도록 구성하여 핵자기 공명현상을 발생시킴으로써 연소효율을 현저히 증대시키고, 불완전연소에 의한 유독배기가스를 저감시키며, 엔진을 보호하고 연료비용을 획기적으로 절감토록 하는 동시에 고갈되어가는 에너지자원을 절약하고 지구환경을 보호토록 하는 내연기관의 연소 활성화장치에 관한 것이다.

본 발명은 연료탱크와 연소실 사이에 구비되어 연료의 연소효율을 향상시키기 위한 장치에 있어서, 연료탱크측에 연결되는 연료 유입구를 일측에 구비하고 다른 일측은 관통단으로 형성되는 1차 자화관과, 상기 1차 자화관의 외주면에 다수의 영구자석링과, 상기 다수의 영구자석링이 외주면에 구비된 1차 자화관을 내치시켜 상기 영구자석링의 외주면과의 사이에 고주파 유로를 형성하며, 연소실로 연결되는 연료 배출구가 일측에 구비되는 2차 고주파 주사관과, 상기 1차 자화관의 관통단을 상기 2차 고주파 주사관에 유로를 형성하며 지지하기 위한 유로공간이 구비된 지지자를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 것이다.

Description

내연기관의 연소 활성화장치{A APPARATUS ACTIVATING COMBUSTION IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES}

본 발명은 내연기관의 연소효율을 증가시키기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 연료의 유로에 영구자석을 설치하되 영구자석의 내부통공을 관통하는 1차 자화관과 자기력이 내주면에 비하여 월등한 자석의 외주면이 형성하는 2차 고주파 주사관으로 연료가 통과되도록 구성하여 핵자기 공명현상을 발생시킴으로써 연소효율을 현저히 증대시키고, 불완전연소에 의한 유독배기가스를 저감시키며, 엔진을 보호하고 연료비용을 획기적으로 절감토록 하는 동시에 고갈되어가는 에너지자원을 절약하고 지구환경을 보호토록 하는 내연기관의 연소 활성화장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 내연기관에서 연소되는 연료는 완전연소가 되지 못함으로 시동성이나 엔진효율을 떨어뜨리고 더 많은 연료를 투입하게 되며, 필요 이상으로 투입된 연료는 무의미한 연소를 일으키거나 배기가스에 섞여서 그대로 대기중으로 방출되어 대기 오염의 주범이 된다,

이와 같은 연료의 불완전 연소는 연료비의 부담을 가중시킬 뿐만 아니라 불완전 연소시 일산화탄소, 탄화수소, 탄화질소 등이 과다하게 포함되는 매연이 배출되어 인체 및 생태계에 위해를 가하고 지구환경을 파괴하는 문제점이 있다.

이러한 문제점에 대한 대안으로 연소효율을 향상시키기 위하여 다양한 기술들이 제안 실시되고 있으며, 그 중에서도 본 발명과 관계되는 기술로서 자석을 이용하여 연료를 미립화시키기 위한 연소 활성화 장치가 사용되고 있다.

상기 종래 기술의 연소 활성화장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 연료 공급관(110)의 외주면에 영구자석링(120)이 구비되고, 연료공급관(110)과 영구자석 링(120) 사이에는 상기 연료공급관에 자력이 고르게 작용하도록 자력확산부(130)와 연료공급관의 내부에 망사형의 작용판(140)이 소정 간격으로 구비된 것으로서,

연료공급관(110)으로 유입된 연료를 영구자석링(120)의 자력으로 활성화시켜 연소효율을 증가시키도록 하는 것이다.

그러나 이와 같은 종래 기술은 영구자석(120)의 자력이 연료에 직접 전달되지 못하고 연료공급관을 통하여 간접 전달되며, 그것도 영구자석링의 내부 관통공의 자력을 이용하는 것이었다.

자석의 내주면은 외주면에 비하여 8대 10 정도로 자석 밀도가 낮은 데다 자장을 발생시키는 자석의 내주면의 표면적은 외주면의 표면적에 비하여 현저히 작아, 내주면을 이용하는 내부 관통공의 자기력은 외주면을 이용하는 경우에 비하여 현저히 비효율적이다.

예컨대, 자석의 내주면의 지름이 17㎜이고 외주면의 지름이 27㎜일 경우, 내주면 표면적은 53.38㎟이고 외주면의 표면적은 84.78㎟로 자석 내주면의 자기력과 외주면의 자기력을 합한 것을 자기력의 최대치라고 할 때 총 자기력의 33％ 밖에사용하지 못하는 것이다.

따라서 자기력이 간접 전달되고, 내부 관통공을 이용하는 종래 기술은 연료의 활성화 촉진효율이 미흡하여 소기의 성과를 거두지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서,

본 발명의 목적은, 연료의 유로에 영구자석을 설치하되 영구자석의 내부통공을 관통하는 1차 자화관과 자기력이 내주면에 비하여 월등한 자석의 외주면이 형성하는 2차 고주파 주사관으로 연료가 직접 통과하도록 구성됨으로써,

연료가 강력한 핵 자기 공명현상을 일으켜 고에너지화 되고 미립화됨에 따라 연소효율을 현저히 증대시키고, 불완전연소에 의한 유독배기가스를 저감시키며, 엔진을 보호하고 연료비용을 획기적으로 절감토록 하는 동시에 고갈되어가는 에너지자원을 절약하고 지구환경을 보호토록 하는 내연기관의 연소 활성화장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술의 구성을 보이는 단면도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구성을 보이는 단면도

도 3은 도 2의 A-A선 단면도

도 4는 도 2의 B-B선 단면도

도 5는 본 고안에 따른 일 실시예의 영구자석의 배열상태도

도 6은 도 4의 자석 배열시 발생되는 자기장 발생상태도

도 7은 일반적인 영구자석의 배열상태도

도 8은 도 6의 자석 배열시 발생되는 자기장 발생상태도

도 9는 영구자석의 자속과 자속간에 간격에 따른 자속밀도를 보이는 그래프

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 본 발명의 내연기관의 연소 활성화장치

10: 1차 자화관 11: 연료 유입구

13: 고정자 20: 영구자석링

30: 2차 고주파 주사관 31: 연료 배출구

40: 지지자 43: 지지편

45: 단턱 100: 종래 기술의 연소 활성화장치

상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 내연기관의 연소 활성화장치는,

연료탱크와 연소실 사이에 구비되어 연료의 연소효율을 향상시키기 위한 장치에 있어서,

연료탱크측에 연결되는 연료 유입구를 일측에 구비하고 다른 일측은 관통단으로 형성되는 1차 자화관과;

상기 1차 자화관의 외주면에 장착 구비되는 다수의 영구자석링과;

상기 다수의 영구자석링이 외주면에 구비된 1차 자화관을 내치시켜 상기 영구자석링의 외주면과의 사이에 고주파 유로를 형성하며, 연소실로 연결되는 연료 배출구가 일측에 구비되는 2차 고주파 주사관과;

상기 1차 자화관의 관통단을 상기 2차 고주파 주사관에 유로를 형성하며 지지하기 위한 유로공간이 구비된 지지자를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 일 실시예로서,

상기 다수의 영구자석링은 인접하는 영구자석링과 서로 같은 극끼리 인접되도록 배열 고정됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 일 실시예로서,

상기 다수의 영구자석링은 인접하는 영구자석링과 밀착 조립됨을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 내연기관의 연소 활성화장치에 대한 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 단면도이며, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이고, 도 4는 도 2의 B-B선 단면도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일 실시예의 내연기관의 연소 활성화장치(1)는, 연료탱크와 연소실 사이에 구비되어 연료의 연소효율을향상시키기 위한 연료장치에 있어서, 연료탱크측에 연결되는 연료 유입구(11)를 일측에 구비하고 다른 일측은 관통단으로 형성되는 1차 자화관(10)과, 상기 1차 자화관(10)의 외주면에 장착 구비되는 다수의 영구자석링(20)과, 상기 다수의 영구자석링(20)이 외주면에 구비된 1차 자화관(10)을 내치시켜 상기 영구자석링의 외주면과의 사이에 고주파 유로를 형성하며 연소실로 연결되는 연료 배출구(31)가 일측에 구비되는 2차 고주파 주사관(30)과, 상기 1차 자화관(10)의 관통단(12)을 상기 2차 고주파 주사관(20)에 유로를 형성하며 지지하기 위한 유로공간(41)이 구비된 지지자(40)를 포함하여 구성된다.

본 발명은 링형 영구자석의 자속밀도가 내주면 8, 외주면 10의 정도로 외주면의 자속밀도다 높다는 점에 착안하여 자석의 내, 외주면이 모두 연료에 영향을 끼치도록 구성된 것이다.

상기 다수의 영구자석링(20)은 상기 1차 자화관에 부여되는 고정자(13)와 상기 지지자(40)에 의하여 고정되어도 무방하다.

상기 다수의 영구자석링(20)은 도 5에 도시된 바와 같이 인접하는 영구자석링(20)과 서로 같은 극끼리 인접되도록 배열 고정됨이 바람직하다.

상기 다수의 영구자석링(20)은 인접하는 영구자석링(20)과 밀착 조립됨이 바람직하다.

상기 연료유입구(11)가 구비된 1차 자화관(10)의 입구와 연료배출구(31)가 구비된 2차 고주파 주사관(30)의 입구는 커버(60)로 마감되었다.

상기 2차 고주파 주사관(30)의 내면과 영구자석링(20)의 외주면 간의간격(L)은 3㎜로 형성됨이 바람직하다.

상기 지지자(40)는 연료의 흐름을 원활하게 하며 상기 1차 자화관(10)과 영구자석(20)을 고정 지지하도록 방사상 지지편(43)이 다수 구비되고 상기 지지편에는 각각 단턱(45)이 형성되었다.

상기 연료 유입구(11)와 연료 배출구(31)에는 각각 연결 호스에 접속되기 위한 리플이 구비된다.

본 발명에 사용되는 자석은 영구적으로 자성을 가지며 400℃ 열에도 자성이 변치 않는 산화철을 원료로 한 자석이 사용된다.

이와 같은 구성을 지닌 본 발명에 따른 내연기관의 연소 활성화장치(1)의 작용 상태를 살펴 본다.

본 발명의 특징 및 이점들을 이해하기 위하여 우선 자석의 성질을 이해할 필요가 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 자석을 서로 다른 극이 인접하도록 배치했을 경우, 자기장의 힘은 양극으로 집중된다. 대략 1300가우스의 자속 밀도를 가진 자석들을 10개 배열했을 경우 외측 극단의 자속 밀도가 S극 1550가우스, N극 1620 가우스이고, 그 안쪽부터 자속 밀도가 급속히 감소하여 자기장이 불안정해지는 것을 볼 수 있는데 이것은 자석의 개수를 더 추가할수록 불안정해진다.

이 때 쇳가루를 가지고 자기장의 형태를 조사해보면 도 8에 도시된 바와 같이, 양극으로 힘이 집중된 단일 자기장의 형태로 나타나는 것이다.

그러나 도 5에 도시된 바와 같이. 자석을 같은 극끼리 인접하도록 배열하면 양 외측 극만 빼고는 거의 비슷한 크기의 자기장이 평균 2400가우스의 크기로 연속적이고 안정적으로 발생된다는 것을 알 수 있다.

또한 이것의 쇳가루를 이용한 자기장의 모양을 살펴보면 도 6에 도시된 바와 같이, 안정적인 자기장의 모습을 볼수 있다.

즉, 도 6과 도 8을 비교해 보면 도 5의 배열 즉 같은 극끼리 인접시키는 배열이 자석을 안정적이고 효과적으로 이용하는 방법임을 알 수 있다.

표 1은 자석과 자석을 같은 극끼리 최대한 밀접하게 인접시켰을 경우(a), 자석과 자석 사이에 1㎜의 부도체를 삽입했을 경우(b), 자석과 자석 사이에 2㎜의 부도체를 삽입했을 경우(c)의 자속 밀도와, 그런 상태에서 자석의 외주면으로 부터 1㎜, 2㎜, 3㎜, 4㎜, 5㎜ 떨어뜨렸을 경우의 자속 밀도를 측정한 것이며(단 이 측정에 사용된 자석들은 모두 동일한 자석을 동일한 순서대로 동일한 지점을 측정한 것이다), 도 9는 상기 표 1의 결과를 그래프로 나타낸 것이다.

표 1 및 도 9에서 볼 수 있듯이, 자석과 자석 사이에는 같은 자극끼리 최대한 밀착 시켰을때 최고의 자속 밀도를 얻을 수 있으며 가장 효과적으로 이용할 수 있는 자석과의 거리는 3㎜라는 결론이 나온다.

따라서 본 발명의 상기 2차 고주파 주사관의 내면과 영구자석링의 외주면 간의 간격(L)을 3㎜로 형성한 것이다.

또한 영구자석링의 자기력에 있어서 외주면은 내주면에 비하여 현저하게 크다는 특징을 가짐으로 본 발명은 자석의 자성을 최대한 이용하는 구조, 즉 영구자석의 내주면과 외주면의 자기력이 모두 연료에 영향을 미치도록 구성되었다.

즉, 연료가 상기 1차 자화관을 통하여 자석의 내주면을, 2차 고주파 주사관을 통하여 자석의 외주면을 통과하면서, 자석의 내, 외주면의 자기력을 2중으로 온전히 이용하게 된다.

이와 같는 본 발명에 따른 자기장의 영향력은,

첫째, 연료 이온을 안정화시키는데 있다. 지구 전체가 하나의 거대한 자석이기 때문에 지구상에 있는 모든 것은 자기력의 영향력에 노출되어 있다.

그러한 관점에서 한 곳에 고정되어있는 식물과 같은 것은 이온이 안정화되어 있지만 움직이고 있는 사람을 포함하는 동물, 유체 등은 움직이는 곳의 자성이 다르고 S극, N극의 비중이 다르기 때문에 이온이 불안정하다고 볼 수 있다.

이렇게 불안정한 유체가 본 발명의 내연기관의 연소 활성화장치를 통해서 강력한 S극과 N극에 노출됨으로써 안정적인 이온의 형태를 갖게 되는 것이다.

둘째, 연료의 분자구조를 미분화, 미립화시킨다.

즉, 우리가 물의 분자구조를 보더라도 순수한 물은 H₂O이지만 여기에 나트륨이온(Na⁺), 마그네슘이온(Mg²⁺), 염화물 이온(Ci^-) 등의 여러가지 물질들이 혼합되어 있다.

이와 같이 연료분자도 여러가지 이온들과 결합된 혼합물질로 되어 있으며, 본 발명의 내연기관의 연소 활성화장치를 통과시키면 이런 불필요한 물질들과의 연결고리를 파괴시켜 미립화시킨다. 분자구조를 파괴한다는 것은 본 장치에 콜라나 맥주 같은 탄산이 섞인 유체를 통과시켜 보면 쉽게 확인할 수 있다. 본 발명의 장치에 콜라나 맥주 등의 탄산음료를 통과시켜보면 탄산은 많은 거품과 함께 사라져서 톡 쏘는 맛이 없어진 설탕물과, 김빠진 느끼한 맥주로 변하는 것을 볼수 있다.

셋째, 본 발명의 핵심인 핵 자기 공명현상의 발생이다.

본 발명의 내연기관의 연소 활성화장치는 연료가 1차 자화관을 통과하면서자기장 안에서 자화상태로 되고, 2차 고주파 주사관을 지나면서 일정한 주파수의 강력한 고주파를 가해주면 원자핵들이 고주파 에너지를 흡수하여 높은 에너지 상태로 전이되는 공명현상이 일어난다.

그러므로 연로가 연소하면서 연료 자체가 가지고 있는 에너지보다 더 큰 에너지를 낼 수 있는 것이고, 그래서 본 발명의 내연기관의 연소 활성화장치가 가져온 놀라운 결과들이 발생되는 것아다.

본 발명에서 자기장을 배열할 때 중점을 둔 부분은 어떻게 하면 가장 자연스런 자기장 배열을 만들까 하는 것이었다. 많은 측정 결과 S극이 N극보다 자속밀도의 평균이 낮은 것을 발견하였고 도 7에서 보듯이 자기장 배열상 양외측 극의 자속밀도가 낮게 형성되는 점에 착안 S극을 외측에 배열하였다. 그럼으로써 약,강,약, 강,약의 자연스런 자기장 배열을 만들어 내었고, 1차 자화관과 2차 고주파 주사관에서 연료가 동일한 순서대로 자기장의 영향력에 노출되어 미립화 되도록 하였다.

표 2, 3, 4는 본 발명의 내연기관의 연소 활성화장치를 차량에 장착하지 않은 상태에서와 장착한 후의 주행실험에서 배기가스 및 연료소모를 측정한 결과를 나타낸 것이다.

측정방법은 연료가 엔진으로 들어가는 호스와 연소되고 남은 연료가 연료탱트로 되돌아가는 두 호스를 절단하여 밖에 별도로 제작 부여한 연료탱크에 연결하고 주행 전후 무게를 재어 리터로 환산하는 방법을 택하였으며, 휘발유 차량과 디젤차량의 결과를 구하기 위해 두 차종 중 가장 대표적인 차량을 설정 실험했다.

단, 본 발명의 내연기관의 연소 활성화장치는 차량에서 연료가 불완전하게연소되던 것을 연료 자체의 고에너지화로 폭발력이 커지게 된다. 그러므로 본 장치를 장착하면 디젤차량 배기가스 실험결과를 보이는 표 2에 나타난 장착 직후의 결과에서 보듯이 엔진 내부에 끼어있던 카본 등의 불순물들이 떨어져 나가게 되므로 점차적으로 엔진 성능도 나아지고 연비도 좋아지게 된다. 그런 관점에서 본 발명의 실험도 장착후 500㎞를 주행한 후의 결과를 구했다면 10％ 내외의 더 나은 결과를 구할 수 있지만 똑 같은 주행상태나 여러가지 여건을 맞추기가 어렵기 때문에 부득이 당일에 실험을 끝냈다.

상기 표 2 내지 표 4에서 알 수 있듯이 본 발명의 내연기관의 연소 활성화장치를 장착한 후에는 장착하기 전에 비하여 50％ 내외의 배기가스가 감소되고, 연료는 100㎞ 정속 주행 기준에서 40％ 내외의 연료 절감효과를 내었으며, 엔진출력의 상승으로 가속성능이 향상되었고, 상당한 엔진 소음 감소의 효과를 볼 수 있었다.

본 발명은 링형 영구자석의 자속밀도가 내주면 8, 외주면 10의 정도로 외주면의 자속밀도다 높다는 점에 착안하여 자석의 내, 외주면이 모두 연료에 영향을 끼치도록 구성되어 불안정한 연료의 이온들을 안정적으로 배열시키고, 각 분자들을 활성화시켜서 연료 분사노즐에서 더욱 미립화된 입자로 분사되며,

연료가 상기 1차 자화관(10)을 거쳐 자화된 연료의 원자핵에 2차 고주파 주사관(20) 을 통과시 강력한 고주파를 가해 주어서 자기공명현상이 발생되도록 하는 것이다.

이상과 같이 본 발명의 내연기관의 연소 활성화장치는 연료의 유로에 영구자석링을 설치하되 영구자석링의 내부통공을 관통하는 1차 자화관과, 자기력이 내주면에 비하여 월등한 자석의 외주면이 형성하는 2차 고주파 주사관을 연료가 통과하도록 구성됨으로써,

연료는 상기 1차 자화관을 통과하며 1차적으로 자화되고, 상기 2차 고주파 주사관을 통과하면서 영구자석의 안정된 고주파 자기력이 직접 주사되어 강력한 핵 자기 공명현상이 발생되어 고에너지화 되고 미립화됨에 따라 연소효율을 현저히 증대시키고, 배기가스를 저감시키며, 엔진을 보호하고 연료비용을 획기적으로 절감토록 하는 것이다.

이상의 실시예에서는 본 발명을 주로 차량의 연소장치에 적용한 경우에 대하여 설명하였지만, 이는 차량뿐만 아니라, 보일러의 버너 등, 연소장치를 적용할 수 있는 분야의 경우에는 어느 경우에라도 마찬가지로 적용될 수 있음은 자명할 것이다,

또한, 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것은 아니다.

이상에서 상세히 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 내연기관의 연소 활성화장치는,

연료의 유로에 영구자석을 설치하되 영구자석의 내부통공을 관통하는 1차 자화관과 자기력이 내주면에 비하여 월등한 자석의 외주면이 형성하는 2차 고주파 주사관으로 연료가 직접 통과하도록 구성됨으로써,

연료에 강력한 핵 자기 공명현상이 발생되어 고에너지화 되고 미립화됨에 따라 연소효율을 현저히 증대시키고, 불완전연소에 의한 유독배기가스를 저감시키며, 엔진을 보호하고 연료비용을 획기적으로 절감토록 하는 동시에 고갈되어가는 에너지자원을 절약하고 지구환경을 보호토록 하는 대단히 획기적인 기술이다.

Claims (3)

1. 연료탱크와 연소실 사이에 구비되어 연료의 연소효율을 향상시키기 위한 장치에 있어서,

   연료탱크측에 연결되는 연료 유입구를 일측에 구비하고 다른 일측은 관통단으로 형성되는 1차 자화관과;

   상기 1차 자화관의 외주면에 다수의 영구자석링과;

   상기 다수의 영구자석링이 외주면에 구비된 1차 자화관을 내치시켜 상기 영구자석링의 외주면과의 사이에 고주파 유로를 형성하며, 연소실로 연결되는 연료 배출구가 일측에 구비되는 2차 고주파 주사관과;

   상기 1차 자화관의 관통단을 상기 2차 고주파 주사관에 유로를 형성하며 지지하기 위한 유로공간이 구비된 지지자를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 내연기관의 연소 활성화장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 다수의 영구자석링은 인접하는 영구자석링과 서로 같은 극끼리 인접되도록 배열 고정됨을 특징으로 하는 내연기관의 연소 활성화장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 다수의 영구자석링은 인접하는 영구자석링과 밀착 조립됨을 특징으로 하는 내연기관의 연소 활성화장치.