KR20040091278A - 자동차용 연료 및 공기 개질 부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어크리너에 장착함으로써 그 에어크리너를 통과하는 공기에 의해 연료가 미세분산화하고 대전함에 의해, 연료의 물리 또는 화학특성을 개질할 수있는 연료 및 공기 개질부재를 제공하기 위한 것으로서, 다수의 구멍이 균일하게 형성된 부직포로 또는 면직물로 된 기재 상에 수지층이 피복되어 이루어지며, 상기 수지층에는 토루말린의 미세분말이 혼합되어 있는 구성으로 되어 있으며, 상기 수지층에는 식물성탄화물, 흑연, 규산과 그 염류, 2가의 금속염의 산화물 및 염류에서 선택되는 1종 이상의 미세분말이 더 혼합될 수도 있다. 이에 따라, 신규차량 및 기존차량에 용이하게 부착함으로써, 연소효율을 높임과 동시에 배기가스중에 포함되는 유해물질을 저감할 수 있다.

Description

자동차용 연료 및 공기 개질 부재 {MEMBER FOR MODIFYING FUEL AND AIR FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차의 에어크리너에 장착함으로써, 연료 및 유입공기를 개질하여, 내연기관의 연소효율 향상 및 배기정화의 개선에 기여할 수 있는, 연료 및 공기 개질부재에 관한 것이다.

최근, 자동차의 사용대수가 현저히 증가함에 따라, 자동차의 연료로 사용되는 석유의 소비량이 증가하고 있으며, 지구자원의 고갈 및 차량 유지비용의 증가로 인한 물질적 경제적 손실을 감소시키기 위해, 자동차의 연소효율을 증가시켜 연료의 사용량을 감소시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 자동차의 배기 가스에 의한 환경오염에 따른 인체 독성물질 축적 및 이산화탄소(CO₂)에 의한 지구온난화의 촉진이 큰 사회문제로 되고 있다. 이 때문에, 자동차분야에 있어서는 배기가스중의 입자상 물질, 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC) 등의 유해물을 삭감하는 배기정화기술 및 연소효율을 개선하여 사용하는 연료를 감소시켜 CO₂의 배출량을 감소시키는 연비향상기술의 개발이 필수과제로 되고 있다.

이 때문에, 일부신형의 가솔린엔진을 장착한 차량에 있어서는 직접분사방식을 채용하여, 연료를 내연기관내에 직접분무하여 연료를 미세화함으로써, 연소효율의 높이고 연비향상을 도모하고 있으나, 차량가격이 고가로 되고 기존의 차량에는 적용할 수 없는 문제가 있다.

더욱이, 기존의 차량에 있어의, 배기가스에 포함되는 입자상 물질, NOx 등의 유해배출물 및 CO₂등의 배출량의 저감하고, 연소효율을 향상시키기 위해서는 산소를 함유하는 화합물을 연료에 첨가하여 연소효율을 높이는 연료 개질방식과, 촉매에 의한 후처리방식과, 배기가스에 전자선을 인가하여 물리화학적으로 분해하고 배기가스를 방전 플라즈마화하여 열분해 처리하는 방전처리방식이 채용되고 있다.

그러나, 산소함유화합물을 연료에 첨가하는 방식은 무첨가 연료에 비하여 연료가 고가가 되고, 연소실에 탄소가 퇴적되며, 첨가제로 인해 배기가스로부터 악취가 발생하는 등의 문제점을 가진다. 또한, 촉매에 의한 후처리 방식은, 이를 위한장치를 구성하기가 곤란하고, 촉매에 이물이 부착하여 기능이 저하하며, 고비용 및보수의 곤란성으로 인해 실용화되지 못하고 있는 실정이다. 또한, 방전처리방식은 장치가 복잡하여 고가일 뿐아니라, 장치가 대형화하여 설치장소를 적절치 않다는 문제가 있다.

본 발명은 종래의 연료 및 공기 개질에 있어서의 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로서, 에어크리너에 장착함으로써 그 에어크리너를 통과하는 공기에 의해 연료가 미세분산화하고 대전함에 의해, 연료의 물리 또는 화학특성을 개질할 수있는 연료 및 공기 개질부재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 신규차량 및 기존차량에 용이하게 부착함으로써, 연소효율을 높임과 동시에 배기가스중에 포함되는 유해물질을 저감할 수 있는 연료 및 공기 개질부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료 및 공기 개질부재를 나타내는 사시도이다.

도2a 및 도2b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료 및 공기 개질부재의 저면도로서, 도2a는 직사각형 구멍을 나타내고 도2b는 원형구멍을 나타낸다.

도3a 및 도3b는 본 발명의 연료 및 공기 개질부재가 에어크리너에 장착된 상태를 각각 나타내는 사시도이다.

도4는 본 발명에 따른 연료 및 공기 개질부재가 에어크리니어 장착된 차량내부 구조를 나타내는 사시도.

도5는 본 발명의 연료 및 공기 개질부재에 있어서의 연료의 미세분산화 현상을 나타내는 도면이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 구성에 따라 제공되는 연료 및 공기 개질 부재는, 다수의 구멍이 균일하게 형성된 부직포로 된 기재 상에 수지층이 피복되어 이루어지며, 상기 수지층에는 토루말린의 미세분말이 혼합되어 있는 구성으로 되어 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 수지층에는 식물성탄화물, 흑연, 규산과 그 염류, 2가의 금속염의 산화물 및 염류에서 선택되는 1종 이상의 미세분말이 더 혼합되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 기재의 전체면적에 대해 구멍이 차지하는 비율이 30 ~ 95%, 더 바람직하게는 50 ~ 70% 이다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 구멍의 형상은 사각형, 원형이며, 이중 사각형이 더 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 기재상에 형성되는 수지층은 토루말린 단독의 미세분말 또는 그와의 혼합물의 미세분말이 분산되어 있는 수지를 스프레이에 의해 기재상에 직접분사하거나, 페인팅에 의해 기재상에 부착함으로써 형성된다.

본 발명에서는 개질재로서, 토루말린(tourmaline)을 이용한다. 토루말린은 자발 분극특성을 갖는 광석이고, 붕소의 규산염 결합광물이다. 그 화학조성식은 (Ca, Na)X₃Al₆(BO₃)₃Si₆O₁₈(OH,F)₄로 표시된다. 단, X 는 Mg, Fe, Mn, Li 및 Al 중 어느하나, 또는 이들의 조합이다. 토루말린은 외부전계를 인가하지 않아도 자발분극하고, 전자파 및 음이온을 방사하는 특성이 있다. 특히, 미세분말화하면, 매우 강한 전계를 발생시키고, 그 전계강도는 수미크론으로하면 10⁴V/m ~ 10⁷V/m 가 되는 것으로 알려져 있다.

또한, 토루말린에는 압전기성 및 온도변화전기성이라고 하는 특성이 있고, 압력을 가함으로써 열을 가하면 전자파의 방사가 증대됨과 아울러, 토루말린주위에 피에조전기 및 피로전기라 불리는 전류가 강하게 발생하는 것으로 알려져 있다.특히 온도변화전기성은 온도가 10℃ 상승할 때 마다, 2배 증가하는 것으로 판명되어 있다. 본 발명은 기본적으로는 토루말린 미세분말의 자발분극에 의한 강력한 전자파 방사를 이용하여, 연료 및 유입공개를 개질하고, 연료의 연소효율을 향상시킴과 아울러, 배기가스의 정화를 도모하는 것이다. 따라서, 토루말린을 분쇄하여 평균입경 약 3㎛ 이하의 것을 이용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 토루말린 분말 단독 또는, 이것과 식물성탄화물, 흑연, 규산과 그 염류, 2가의 금속염의 산화물 및 염류에서 선택되는 적어도 1종의 분말과의 혼합물을 이용한다. 또한, 이들을 무기염을 함유하는 수용액 또는 물에서, 혼련하여 고화한 후 소결한 것을 이용할 수도 있다.

특히, 망간 등의 2가의 금속의 산화물 및 염류와의 혼화(混和)에 의해, 토루말린의 전자파방사성이 증강되었다. 그 이유는 이론적으로는 불명한 부분이 많지만, 상기의 금속과 그 산화물 및 염류의 대부분은 천이성을 가지므로, 토루말린의 자발분극성을 향상시키기 때문인 것으로 생각된다. 흑연은 육각형의 망상을 이루고 있고, 탄소원자의 평균막이 겹쳐진 층상구조를 이루는 거대분자이고, 양호한 전기전도성을 갖는 물질이다. 이 흑연과의 혼화에 의해 토루말린의 전자파의 발생이 증강되었다. 그 이유에 대해서도 이론적으로는 명확하지 않지만 흑연과의 균일한 혼화에 의해 토루말린이 발생시키는 전자파가 균일하고도 일정한 방향성을 갖게되고, 결과적으로 전자파효과를 증강시키는 것으로 생각된다. 식물성 탄화물, 규산 및 그 염류도 흑연과 마찬가지로 전기전도성이 양호한 것으로 알려져 있고, 이들과의 균일한 혼화에 의해 토루말린의 전자파의 발생이 증가되었다.

무기염 함유수는 통상의 물과 비교하여 전기전도성이 크다. 이 무기염 함유수에서, 토루말린, 2가를 나타내는 금속의 산화물 및 염류, 흑연, 식물성 탄화물, 규산 및 그 염류의 미세분말을 혼련함으로써, 전자파 방사성이 더한층 증강되었다.

토루말린 분말의 전술한 특성을 이용하여 연소효율을 촉진하고 배기가스를 변화시키는 수단이 종래에도 있었다. 이는 토루말린 분말과 금속염의 혼합물을 건조하고 팰릿형상으로 성형하여 관내에 충전하고, 그 관내에 연료를 직접 접촉시키면서 통과시키고 연료분자의 결합을 변화시켜, 연소효율을 높이는 방법을 취하고 있다. 그러나, 이 방법은 배기기스중의 일산화탄소, 탄화수소를 저감하고, 연비개선에 효과가 있지만, 연료가 개질재에 직접 접촉하여 통과하기 때문에 연료성분 또는 연료중의 수분이나 불순물에 의해 개질재의 기능이 열화하거나, 개질재의 일부가 박리 또는 용해하여 내연기관내에 유입할 가능성이 있고, 장기간의 사용이 곤란한 문제가 있다.

본 발명의 개질부재에 따르면 내연기관내에 유입되는 연료가 직접 개질부재와 접촉하지 않고 공기가 개질부재에 접촉하기 때문에 이러한 문제는 발생하지 않는다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 및 공기 개질부재의 사시도이다. 도시된 바와 같이 연료 및 공기개질 부재(100)는 다수의 구멍(101)이 형성된 기재(102) 상에 수지층(103)이 피복되어 이루어진다. 기재(102)에 형성된 구멍(101)은 공기를 통과시키는 기능을 하는 것으로서, 기재 전체에 걸쳐 일정하게형성되는 것이 바람직하며, 그 형상이 특정되는 것은 아니지만, 도2에 저면도로 도시한 바와같이, 직사각형 또는 원형의 구멍(101)이 바람직하며, 직사각형이 더 바람직하다. 또한, 그 구멍은 일정하게 형성된다면 특히 제한되는 것은 아니다.

기재(102)의 전체면적에 대해 구멍이 차지하는 비율은 30 ~ 95% 가 바람직하며, 50 ~ 70% 가 더 바람직하다. 구멍이 차지하는 비율이 적은 경우에는 공기의 흐름을 방해하고, 또한 그 비율이 지나치게 큰 경우에는 개질재가 차지하는 비율이 작아져 연료 및 공기의 개질효과가 저감된다. 상기 기재는 일반적으로는 부직포 또는 면직물을 사용하는 것이 그 위에 수지층을 형성하는데 바람직하지만, 특히 제한되는 것은 아니다.

수지층(103)의 내부에는 미세하게 분쇄된 토루말린이 분산되어 있다. 이러한 토루말린은 단독으로 사용될 수도 있지만, 식물성탄화물, 흑연, 규산과 그 염류, 2가의 금속염의 산화물 및 염류에서 선택되는 1종 이상의 미세분말과의 혼합물로서 사용됨으로써, 그 연소효율 및 배기정화효율을 더욱 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 식물성탄화물, 흑연, 규산과 그 염류, 2가의 금속염의 산화물 및 염류에서 선택되는 1종 이상의 미세분말과, 상기 토루말린의 혼합물은, 무기염을 함유하는 수용액 또는 물에서, 혼련하여 고화한 후 소결된 것을 사용할 수도 있다.

기재(102)상에 수지층(103)을 도포하는 방법은, 토루말린의 미세분말 및/또는 금속염이 분산되어 있는 수지를 스프레이에 의해 기재상에 직접분사하여 수지층을 기재상에 형성하거나, 수지를 페인팅 방식으로 덧칠하여 기재상에 수지층을 형성할 수 있다.

또한, 상기 수지층에 사용하는 수지는 기재에 대한 접착성이 양호한 수지라면 특히 제한되지 않으며, 개질재로 사용되는 토루말린 및 상기 혼합물을 기재상에 부착하는 역할을 하는 것이다. 아울러, 수지의 접착성이 떨어질 경우에는 기재상에 먼저 접착제를 도포한 후 그 위에 수지층을 형성할 수도 있다.

이와 같이 제조된 연료 및 공기 개질부재는 차량의 에어 크리너에 직접장착되는데, 도 3a 및 도3b는 에어크리너에 본 발명에 따른 개질부재를 장착한 상태를 나타내는 사시도이다. 차량의 에어크리너는 가솔린엔진, 디젤엔진 등의 엔진 종류에 따라, 또는 차종에 따라 다양하며, 본 발명의 개질부재는 그에 맞추어 적절한 형상 및 크기로 재단하여 장착한 후, 에어크리너의 케이스를 닫는 것 만으로 장착되므로, 그 장착이 매우 용이하다. 도3a는 사각형의 에어크리너(20)에 본 발명의 개질부재(100)를 장착한 것을 나타내며, 도3b는 원통형의 에어크리너(30)에 본 발명의 개질부재(100)를 장착한 상태를 나타낸다. 도4는 본 발명의 개질부재(100)가 장착된 차량 내부구조를 나타내는 도면이다. 에어 크리너는 공기중의 먼지(산화규소, 산화철)와 이물질을 제거하고, 여과에 의해 연료절감, 매연 감소 및 엔진출력을 증진시키는 효과를 갖는 것이지만, 본 발명의 연료 및 개질부재를 장착함으로써, 토루말린 단독 또는 토루말린과 금속염의 혼합물이 갖는 특유의 연소효율 증가 및 배기가스 정화의 효과를 도모할 수 있다.

본 발명에 따른 연료 및 공기개질부재를 에어크리너에 장착하면, 이 에어크리너를 통과한 공기가 연료와 혼합하여 연료의 미세분산화, 즉, 클러스터화를 일으키고, 또한, 대전시킨다. 이러한 연료의 미세분산화를 도5에 나타내었으며 그중(A) 개질부재가 장착되지 않은 에어크리너를 통과한 공기가 연료와 혼합된 경우이고 (B)는 개질부재를 통과한 공기가 연료와 혼합하여 미세분산화를 일으키는 것을 나타낸 것이다.

따라서, 연소실에 있어서 연소효율이 현저히 향상하고, 배기가스중의 유해물질이 현저히 저감된다.

(실시예)

본 발명에 따른 연료 및 공기 개질부재 차량에 장착하여 연비 및 배기가스 정화효과를 측정한 결과를 표 1에 나타낸다.

실험에 있어서는, 삼성르노 자동차 제조의 모델명 SM5, 2001년식, 배기량 2500cc 의 가솔린엔진 차량을 사용하였으며, 배기가스의 측정은 아이들링상태에서 행하였다.

	장착전	장착후
주행연비 (km/L)	7.8	10.6
NOx (ppm)	37	2
CO (%)	33	1
HC (ppm)	158	45

상기 표로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 개질부재를 장착하면, 장착전과 비교하여 연비가 36% 증가하였으며, 배기가스중의 NOx, CO, HC 의 양도 현저하게 감소하였다.

전술한 본 발명에 따른 연료 및 공개 개질부재는, 차량의 에어 크리너에 장착하여 사용되는 것으로서, 그 장착이 용이할 뿐만아니라, 배기가스를 정화하여 매연을 감소시키고 차량의 수명을 연장시키며, 연비향상, 파워증가, 언덕길주행력증가 등의 효과가 있다.

Claims (10)

1. 다수의 구멍이 균일하게 형성된 기재 상에 수지층이 피복되어 이루어지며, 상기 수지층에는 토루말린의 미세분말이 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 및 공기 개질부재.
2. 제1항에 있어서, 상기 수지층에는 식물성탄화물, 흑연, 규산과 그 염류, 2가의 금속염의 산화물 및 염류에서 선택되는 1종 이상의 미세분말이 더 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 및 공기 개질부재.
3. 제2항에 있어서, 상기 식물성탄화물, 흑연, 규산과 그 염류, 2가의 금속염의 산화물 및 염류에서 선택되는 1종 이상의 미세분말과, 상기 토루말린의 혼합물이, 무기염을 함유하는 수용액 또는 물에서, 혼련하여 고화한 후 소결된 것임을 특징으로 하는 연료 및 공기 개질 부재.
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재의 전체면적에 대해 구멍이 차지하는 비율이 30 ~ 95% 인 것을 특징으로 하는 연료 및 공기 개질부재.
5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재의 전체면적에 대해 구멍이 차지하는 비율이 50 ~ 70% 인 것을 특징으로 하는 연료 및 공기 개질부재.
6. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 구멍의 형상이 사각형, 원형 또는 마름모꼴중에서 선택되는 일종인 것을 특징으로 하는 연료 및 공기 개질부재.
7. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 수지층은 토루말린의 미세분말 단독, 또는 상기 혼합물이 분산되어 있는 수지를 스프레이에 의해 기재상에 직접분사하여 기재상에 부착됨으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 및 공기 개질부재.
8. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 수지층은 토루말린의 미세분말 단독, 또는 상기 혼합물이 분산되어 있는 수지를 기재상에 페인팅에 의해 부착됨으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 및 공기 개질부재.
9. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 수지층이 접착제층을 매개로 기재상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 및 공기 개질부재.
10. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재는 부직포 또는 면직물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 및 공기 개질부재.