KR20040016668A - 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치 - Google Patents

자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치 Download PDF

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KR20040016668A
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

개시된 발명은 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 연료활성화를 도모하기 위한 자성체, 자성체를 유도부재에 부착시켜 자장이 미치는 공간을 확대하며 표면에서의 활성화저하를 방지하기 위해 비자성체로 피막처리한 전도감응 유도부재, 자성체를 부착시키지 않고 간접적으로 자장이 미치는 공간을 확대하기 위한 간접감응 유도부재 및 휠터 역할을 하며 연료를 재차 활성화하기 위한 코일다발로 된 휠터형유도감응부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 연료가 자장의 강도가 다른 상태에서 충분한 시간을 가지고 활성화되어 연소효율을 높이고 유해배출가스와 매연을 줄일 수 있는 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화장치를 제공한다.

Description

자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치{Superconductive induction feul - activated apparatus using magnetic bodies }
본 발명은 가솔린, 경유, 액화 석유가스를 연료로 하는 내연기관에서 완전연소에 가까운 상태로 만들어 주어 연소효율을 향상시킴과 동시에 운행시 배기가스의 배출에 따른 매연을 방지하도록 하기 위하여 자성체를 이용하여 연료의 활성화를 높여 연소효율의 증대를 의도한 장치에 관한 것으로서, 특히 내부에 연료활성화를도모하기 위한 자성체, 자성체를 유도부재에 부착시켜 자장이 미치는 공간을 확대하고 표면에서 자력에 의한 활성화가 저해되는 것을 방지하기 위해 비자성체로 피막을 형성한 전도감응 유도부재, 자성체를 부착시키지 않고 간접적으로 자장이 미치는 공간을 확대하기 위한 간접감응 유도부재 및 휠터 역할과 연료를 활성화하기 위한 코일다발로 된 휠터형유도감응부재를 구비한 것을 특징으로 한다.
자성체에 의한 연료의 활성화 방법에 대한 선행기술로 국내특허 공개번호 특1999-028139에서는 자기장에 의하여 연료가 활성화되는 원리를 설명하고 있는데, 상기 특허에 의하면 다음과 같다.
자성체에 의한 연료의 활성화방법은 이미 알려져 있는 물리학의 원리인 핵자기 공명이론을 이용한 것으로 자기장과 연료공급관의 내부를 따라 흐르는 유체연료에 대한 연구 결과, 연료공급관을 따라 흐르는 연료가 핵자기 공명효과에 의해 완전연소될 수 있는 정도로 세분화되기 위해서는 연료공급관의 내부에 약 3000가우스 정도의 핵자기장이 전달되어야 한다.
핵자기공명이론은 미국의 I.I.라비가 최초로 원자빔·분자빔에 의한 핵자기공명법을 개발하였으며, F.블로흐와 E.M.퍼셀이 고체 및 액체에 대한 핵자기공명을 관측하였다. 원자핵을 구성하는 양성자나 중성자는 근소하나마 자기모멘트를 가지고 있으므로 원자핵 전체로서도 자기모멘트를 가지게 되는 경우가 있다. 이와 같은 원자핵을 자기장 내에 놓으면 원자핵은 어떤 몇 개의 정해진 방향만을 향하게 된다. 이 방향은 각각 미소한 에너지 차(差)의 상태에 있으므로 하나의 핵자기가 어떤 방향을 향하고 있을 때 그들의 차에 해당하는 에너지를 외부로부터 공급해 주면, 그 에너지를 공명흡수하여 허용된 다른 방향을 향하게 된다. 이 현상을 핵자기공명흡수라고 한다. 일반적으로 이 차에 해당되는 에너지는 마이크로파(波) 정도이므로 마이크로파의 진동수, 요컨대 에너지를 바꾸면서 자기장 안에 놓인 시료(試料)를 조사(照射)하면, 그중의 필요한 에너지의 마이크로파만을 흡수함으로써 핵자기공명흡수 스펙트럼을 얻을 수 있다.
본 발명에서 상기한 바와 같은 효과를 발휘할 수 있는 영구자석으로서는 네오디뮴 (Ne:Neodymium) 또는 프라세오디뮴(Pr: Prasedymium)과 같은 원소주기율표의 ⅢA에 속하는 희귀토류원소와 천이금속 (transfer metal) 및 붕소(B :Boron)를 소정비율로 균질상태를 이루도록 섞어 용융시킨 후 급냉시켜 만든 고보자력(高保磁力)의 마그네틱합금으로 만들어진 영구자석을 만들 수가 있다.
이 마그네틱합금은 보자력이 높기 때문에 현재까지 개발된 최대의 자기장 발생장치를 사용하면, 일반적인 훼라이트(ferrite)재질로 만들어진 영구자석으로는 엄두도 낼 수 없는 최대 일만(10000)가우스(Gause)의 강력한 핵자기장을 발생하는 강력한 영구자석을 만들 수 있다.
자성체에 의한 연료의 활성화 방법에 대한 선행기술로는 미국특허 제456,891호와 제 4,933,151호의 연료활성화 장치가 있다. 선행기술에 의하면, 여러 개의 자석이 연료관을 감싸고 있거나 여러 개의 자석 중앙부에 뚫린 작은 공간부를 통하여 연료가 흐르도록 되어 있어 자성체로부터 발산되는 자력이 연료에 직접적으로 인가되도록 구성되므로 연료가 활성화되는데 효과적이지 못하였다.
자성체에 의한 보다 효과적인 연료의 활성화 기술은 본 출원인에 의하여 제안된 특허 제 095,061호, 제105,638호, 제 0,317,791호(미국특허 제 6,183,700B1호)가 있다. 상기 특허에서는 자석이 부착된 자력유도부재와 자석이 부착되지 않은 간접감응유도부재를 사용하여 자력과 자장을 증폭시키고 격판을 사용하여 자력과 자장이 미치는 범위를 보다 넓게 형성하여 연료가 장시간 체류하는동안 자력에 의해 활성화가 원활하도록 하였으나 자석이 부착된 전도감응유도부재가 작고 자장증폭부재의 체적이 커서 연료가 머무르는 공간이 좁으며 연료를 분사하는 휠터형 부재가 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 열거한 특허들을 개선한 것으로서, 자성체에 의한 자기장에 의해 자화된 면적을 넓힌 전도감응유도부재를 사용하여 연료에 대한 자력과 자장이 미치는 범위를 넓게 보완하고, 자성체와 전도감응유도부재의 유도자기에 의해 자화된 면적을 넓힌 간접감응유도부재에 의해 재차 연료의 활성화를 도모하며, 코일을 휠터형으로 감아 제작한 휠터형 유도감응부재에 의해 재차 연료의 활성화를 촉진함에 있다. 그리고, 자력이 방사되는 자성체의 표면에서 활성화가 저해되는 현상을 방지하기 위해 자성체가 부착된 전도감응유도부재의 표면에 비자성체인 합성수지로 피막을 형성하여 연료의 활성화를 극대화하는데에도 그 목적이 있다.
또한, 유입구쪽의 간접감응유도부재에 두꺼운 피막을 형성하여 자기장의 세기를 약화시켜 연료가 여러 회에 걸쳐 자장의 강도가 다른 상태에서 충분한 시간을가지고 활성화될 수 있어서 연소에 적절한 상태로 연료를 개질시키데에도 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치의 단면도.
도 2a는 본 발명에 따른 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치의 휠터형유도부재를 설치하기 전 A - A' 단면도.
도 2b는 본 발명에 따른 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치의 휠터형유도부재를 설치한 A - A' 단면도.
도 3a는 본 발명에 따른 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치의 휠터형유도부재를 설치하기 전 B-B' 단면도.
도 3b는 본 발명에 따른 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치의 휠터형유도부재를 설치한 B- B' 단면도.
도 4a는 본 발명에 따른 자성체가 부착된 전도감응유도부재의 고정전 구성도.
도 4b는 본 발명에 따른 자성체가 부착된 전도감응유도부재의 고정후 구성도.
도 4c는 본 발명에 따른 자성체가 부착된 전도감응유도부재의 고정후 동선으로 재고정한 상태의 구성도.
도 5a는 본 발명에 따른 제 1차 간접감응유도부재의 고정전 구성도.
도 5b는 본 발명에 따른 제 1차 간접감응유도부재의 고정후 구성도.
도 5c는 본 발명에 따른 제 1차 간접감응유도부재의 고정후 고정후 동선으로 재고정한 상태의 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 일정직경으로 감은 휠터형 유도감응부재의 구성도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 몸체 21 : 유입구
22, 25 : 간접감응유도부재 23, 26 : 휠터형유도감응부재
24 : 전도감응유도부재 27 : 비자성체 피막
28 : 자성체 29 : 공간부
30 : 유출구 31 : 고정동선
위와 같은 목적을 달성하기 위한 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치는, 연료 유입구와 연료 유출구를 갖는 중공형 원통형 몸체, 상기 몸체의 유입구를 통하여 유입된 연료를 차단하며 자성체 및 전도감응유도부재에 의해 자화되어 넓은 면적에 형성된 자장에 의해 연료의 활성화를 유도하는 제 1차간접감응유도부재, 제 1차간접감응유도부재와 상기 몸체사이의 공간부에 위치하여 연료를 분사되게 하여 활성화를 유도하는 휠터형 유도감응 부재, 연료와 접촉하는 면적을 넓게 하여 자장이 연료에 미치는 범위를 넓게 하며 표면에서 자기장에 의한 연료의 활성화가 저해되는 것을 방지하기 위해 표면을 비자성체로 피막처리한 자성체가 부착된 전도감응유도부재, 강한 자장을 발생하여 연료의 활성화를 촉진하고 전도감응유도부재, 간접감응유도부재 및 휠터형 유도부재가 유도자기에 의해 자화되게 하는 자성체, 상기 자성체와 전도감응유도부재에 의해 자화되어 넓은 면적의 자장에 의해 연료의 활성화를 유도하는 제 2차간접감응유도부재, 상기 몸체와 제 2차 간접감응유도부재사이의 공간부에 위치하여 연료의 분사 및 활성화를 촉진하는 휠터형유도감응부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치를 포함한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치의 단면도를 나타낸다.
본 발명은 크게 양단에 유입구(21)와 유출구(30)를 형성한 중공형통체로 이뤄진 몸체(10), 이 몸체(10)내부에 형성된 자성체(28), 자성체를 부착하고 있는 전도감응유도부재(24), 전도감응유도부재(24)의 좌우측에 밀착되어 있는 간접감응유도부재(22,25), 간접감응유도부재(22,25)와 몸체사이의 공간부(29)에 위치한 휠터형유도감응부재(23,26)로 이루어 진다.
상기 몸체(10)는 알려진 대로 소직경의 유입구(21), 유출구(30)와 이에 일체로 연결된 비철금속재의 대직경원통체로 이루어진다. 따라서 몸체(10)는 유입구 (21)와 유출구(30)사이에 소정의 연료유동공간을 형성한 원통체를 이룬다.
상기 자성체(28)는 전도감응유도부재(24)의 내부 중간부위에 내접하여 고정되어 있다. 상기 자성체(28)는 유입구(21)를 통해 유입된 연료가 유출구(30)로 나가기 전까지 몸체(10)내부에 머무르는 동안 핵자기공명효과에 의해 완전연소될 수 있을 정도의 초미립자상태로 세분화되는데, 그러한 효과를 이루기 위해서는 몸체 내부에 연료가 활성화되기에 적절한 핵자기장이 형성되게 한다.
상기 전도감응유도부재(24)는 내부에 자성체(28)를 부착하고 제 1차 간접감응유도부재(22) 와 제 2차 간접감응유도부재(25)에 밀착되어 몸체(10)내에 고정되어 있다. 상기 전도감응유도부재(24)는 구리로 구성되고 자성체(28)에 의해 자기유도되어 자성을 띤다. 상기 전도감응유도부재(24)는 연료가 장시간 몸체(10)내에 머무를 수 있도록 소량의 연료가 지나갈 수 있는 공간부(29)를 제외하고는 최대의면적이 되도록 형성되며, 연료가 와류가 되어 흐르게 유도하기 위하여 제 1차 간접감응유도부재(27) 및 제 2차 간접감응유도부재(25)와 측대칭을 이루면서 설치되어 있다. 그리고 상기 전도감응유도부재(24)는 그 외면이 비자성체인 합성수지로 피막처리되어 있어 연료와 접촉하는 부분에서 활성화가 저해되는 현상을 방지하도록 되어있다.
상기 제 1차 및 제 2차 간접감응유도부재(22,25)는 자성체(28)가 부착되어 있는 전도감응유도부재(24)의 양편에 밀착형성되어 있다. 상기 간접감응유도부재는 자성체(28), 전도감응유도부재(24)에 의해 형성된 자기장의 자기유도에 의해서 자화되어 연료의 활성화를 촉진시킨다. 상기 간접감응유도부재는 전도감응유도부재와 마찬가지로 구리로 구성되어 있고, 몸체(10)내에 넓은 면적을 가지고 형성되어 연료의 흐름을 방해하여 연료가 장시간 몸체내에서 활성화될 수 있도록 한다.
상기 휠터형유도감응부재(23.26)는 제 1차 및 제 2차 간접감응유도부재 (22,25)와 몸체(10) 사이의 공간부(29) 8곳에 위치한다. 상기 휠터형유도감응부재 (23,26)는 코일이 감겨져 있는 뭉치로서 연료를 코일사이와 코일과 몸체사이의 틈으로 분사되게 하여 연료가 분사되면서 휠터형유도감응부재에 형성된 자기장에 의하여 활성화되는 것을 촉진한다.
비자성체피막(27)은 제 1차 간접감응유도부재의 유입구(21)쪽 도포된 피막으로서, 유입구(21)로부터 유입되는 연료가 약한 자기장의 영향을 받도록 하여 이후 자성체와 유도자기에 의한 전도감응유도부재 및 제 1차 및 제 2차 간접감응유도부재에 의해 형성된 자기장과 자력의 세기에 차이가 형성되게 한다. 그리하여 자력의강도가 다른 상태에서 연료가 활성화되게 하여 최적의 활성화가 이루어질 수 있도록 한다.
공간부(29)는 유입구(21)에서 유입된 연료가 유출구(30)로 유출될 수 있도록 몸체(10)내에서 연료가 지나갈 수 있는 공간을 형성한다.
도 2a는 본 발명에 따른 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치의 휠터형유도부재를 설치하기 전 A - A' 단면도를 나타낸다. 피막도포면(27)은 제 1차간접감응유도부재(22)에 비자성체가 두껍게 도포되어 유입구(21)에서 유입된 연료가 약한 자기장에 노출될 수 있게 한다. 그리고 제 1차 간접감응유도부재(22)의 표면에서 연료의 활성화가 저해되는 것을 방지한다.
도 2b는 본 발명에 따른 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치의 휠터형유도부재를 설치한 A - A' 단면도를 나타낸다. 휠터형유도감응부재(23)는 제 1차 간접반응유도부재의 외각사면에 설치된다.
도 3a는 본 발명에 따른 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치의 휠터형유도부재를 설치하기 전 B-B' 단면도를 나타낸다. 휠터형유도감응부재(26)는 제 2차 간접감응유도부재의 외각사면에 설치된다.
도 4a는 본 발명에 따른 자성체가 부착된 전도감응유도부재의 고정전 구성도를 나타낸다. 전도감응유도부재(24)는 얇은 동판을 좁은 공간에 넓은 면적으로 형성하기 위하여 긴 직사각형의 동판을 정사각형의 넓은 면과 직사각형의 좁은 면으로 여러번 반복 절곡하여 이어지게 하고 중간 부에 위치한 정사각형의 넓은 면의 중앙에 초소형(직경 3mm, 두께 1mm 의 원형자석)의 자석을 양면에 마주보게 부착시키고 전체를 비자성체인 합성수지로 코팅한다. 그리하여 전도감응유도부재(24)는 연료와 표면이 직접 접하지 않아 표면에서 연료의 활성화가 저해되는 것을 방지하면서 넓은 면적에 형성된 자기장으로 연료를 장시간 동안 활성화를 촉진한다.
도 4b는 본 발명에 따른 자성체가 부착된 전도감응유도부재의 고정후 구성도를 나타낸다. 자성체가 부착된 전도감응유도부재(24)를 압축하여 몸체(10)내에 설치되기 적합한 상태를 형성한다.
도 4c는 본 발명에 따른 자성체가 부착된 전도감응유도부재의 고정후 동선으로 재고정한 상태의 구성도를 나타낸다. 고정동선을 사용하여 절곡된 전도감응유도부재(24)의 부피를 축소한다.
도 5a는 본 발명에 따른 제 1차 간접감응유도부재의 고정전 구성도를 나타낸다. 상기 제 1차 간접감응유도부재(22)는 전도감응유도부재(24)와 동일하게 제작되나 유입구(21)쪽의 정사각형모양의 면에는 비자성체를 도포한 비자성체 피막(27)을 구비하며 중간부에는 자성체가 부착되지 않는다.
도 5b는 본 발명에 따른 제 1차 간접감응유도부재의 고정후 구성도를 나타낸다. 제 1차 간접감응유도부재(22)를 압축하여 몸체(10)내에 설치되기 적합한 상태를 형성한다.
도 5c는 본 발명에 따른 제 1차 간접감응유도부재의 고정후 동선으로 재고정한 구성도를 나타낸다. 고정동선을 사용하여 절곡된 제 1차 간접감응유도부재(22) 의 부피를 축소한다.
도 6은 본 발명에 따른 일정직경으로 감은 휠터형 유도감응부재의 구성도를나타낸다. 상기 휠터형 유도감응부재(23,26)는 세 선의 동선을 일정 직경으로 감은 것을 꼬아서 만든 것으로 제 1차 간접감응유도부재 및 제 2차 간접감응유도부재와 몸체사이의 공간부에 설치되어 연료를 압축분사하여 연료의 활성화를 촉진하는 역할을 한다.
대기환경보전법 시행규칙 제92조의 규정에 의해 시설된 송파자동차검사소에서 본 발명을 설치한 자동차의 배출가스검사를 실시하였다. 본 발명에 사용된 자동차는 서울32사8434이고 차종은 레간자2.0LPGMT이며 연식은 1999년식이다. 배출가스검사시 사용되었던 자동차는 발명에 의한 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화장치를 설치하여 다음과 같은 적합판정을 받았다.
구륜 검사항목 허용기준 측정치 판정
휘발유가스자동차 일산화탄소(CO) 1.2% 0% 적합
탄화수소(HC) 190ppm 14ppm 적합
질소산화물(NOx) 1440ppm 23ppm 적합
공기과잉물(N) - - -
상기 표 1에 의하면 본 발명에 의한 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화장치를 설치하여 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물의 배출가스가 허용기준치 보다 상당한 차이를 보이는 소량의 측정치를 기록하였고 적합판정을 받았다. 본 검사에서는 일산화탄소함유율 0%, 탄화수소함유율 14ppm, 질소산화물 23ppm로 배출가스에서 소량의 불순물이 검출되었다. 그리고, 일반적으로 자동차배출가스는 일산화탄소와 탄화수소의 양이 작아지면 질소산화물의 양이 많아지는 경향을 보이나 본 발명인 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화장치를 사용한 결과 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물의 배출가스가 모두 소량이 배출된 것으로 확인되었으며 이는 향후 본 발명의 개량과 다수의 성능검사를 통해 연료의 효율을 높이고 배출가스의 불순물을 크게 줄일 수 있는 개선의 여지를 남긴다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 자성체가 부착된 전도감응유도부재 및 간접감응유도부재를 사용하여 연료에 대한 자력과 자장이 미치는 범위를 넓게 보완하여 연료를 활성화하며, 휠터형의 간접감응유도부재를 사용하여 연료가 분사되면서 재차 활성화를 유도하고, 유출구로 배출되기전 연료가 몸체내에서 장시간 체류하도록 하여 연료활성화가 촉진되게 한다. 그리고, 본 발명은 자력이 방사되는 자성체의 표면에서 활성화가 저해되는 현상을 방지하기 위해 자성체 및 전도감응부재에 비자성체인 합성수지로 피막을 형성하여 연료의 활성화를 극대화하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치에 있어서,
    연료 유입구와 연료 유출구를 갖는 중공형 원통형 몸체;
    상기 몸체의 유입구를 통하여 유입된 연료를 차단하며 자성체 및 전도감응유도부재에 의해 자화되어 넓은 면적에 형성된 자장에 의해 연료의 활성화를 유도하는 제 1차간접감응유도부재;
    제 1차간접감응유도부재와 상기 몸체사이의 공간부에 위치하여 연료를 분사되게 하여 활성화를 유도하는 휠터형 유도감응 부재;
    연료와 접촉하는 면적을 넓게 하여 자장이 연료에 미치는 범위를 넓게 하며 표면에서 자기장에 의한 연료의 활성화가 저해되는 것을 방지하기 위해 표면을 비자성체로 피막처리한 자성체가 부착된 전도감응유도부재;
    강한 자장을 발생하여 연료의 활성화를 촉진하고 전도감응유도부재, 간접감응유도부재 및 휠터형 유도부재가 유도자기에 의해 자화되게 하는 자성체;
    상기 자성체와 전도감응유도부재에 의해 자화되어 넓은 면적의 자장에 의해 연료의 활성화를 유도하는 제 2차간접감응유도부재;
    상기 몸체와 제 2차 간접감응유도부재사이의 공간부에 위치하여 연료의 분사 및 활성화를 촉진하는 휠터형유도감응부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 자성체가 부착된 전도감응유도부재의 표면에서 활성화가 저해되는 현상을 방지하기 위해 그 표면이 비자성체인 합성수지로 피막을 형성한 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 자성체가 부착된 전도감응유도부재는 연료의 흐름을 차단하기 위하여 제 1차 및 제 2차 간접감응유도부재와 측대칭을 이루면서 설치된 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1차 간접감응유도부재는 몸체내부로 연료가 초기진입시 연료유입구와 가까운 제 1차 간접감응유도부재의 한쪽면에 비자성체인 합성수지를 두껍게 도포하여 초기에는 약한 자기장에 의해 활성화가 이루어지다가 이후 강한 자기장에 의해 활성화가 이루어 질 수 있도록 하여 자장의 강도가 다른 상태에서 활성화가 극대화 될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 초전도 감응 연료활성화장치.
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