KR20050007317A - 배기 가스 정화 장치 - Google Patents

Abstract

연료 탱크(16)로부터 내연 기관(14)에 이르는 연료 파이프(18)의 경로에 음이온을 발생하는 나일론과 세라믹스의 혼합 물질로 이루어지는 촉매 물질(10)을 장전한 통체(24)를 접속하여, 급송하는 석유 등의 액체 연료(12)에 음전하를 부여하도록 한다. 이에 따라, 연료 탱크로부터 내연 기관에 이르는 연료 파이프의 경로에 액체 연료에 연소전 처리를 실시하는 촉매를 개재시켜, 내연 기관으로부터 나오는 배기 가스 중의 유해 물질을 적게 한다.

Description

배기 가스 정화 장치{EXHAUST GAS PURIFYING DEVICE}

자동차에서는 내연 기관의 배기관의 중간에 3원 촉매를 부착하는 것이 일반적이고, 이것은 내연 기관으로부터 배출된 유해 물질의 후처리이다. 또한, 중간 처리는 내연 기관의 연소 효과를 올리는 린번 엔진, 또한 직분식의 디젤 엔진, 직분식의 가솔린 등으로 행해지고 있다. 그러나, 이러한 후처리나 중간 처리만으로는 유해 물질을 충분히 저감시키는 데에 한계가 있었다.

그래서, 연료 탱크로부터 내연 기관에 이르는 연료 파이프의 경로에 촉매 물질을 개재시켜, 액체 연료가 내연 기관에 이르기 전, 즉 연소 전에 처리를 실시함으로써 유해 물질의 저감을 촉진하고자 하는 시도가 이루어지고 있다.

이 종류의 촉매 물질로서는, 예컨대 이하의 특허 문헌 1, 2에 개시되어 있는 것이 있다. 일본 특허 공보인 특허 공개 평11-153319호 공보(특허 문헌 1)에 기재된 촉매 물질은 양전하로 대전되기 쉬운 나일론이나 비단, 인규석 중 어느 하나에의해서 구성되어 있다. 또한, 일본 특허 제2918880호 공보(특허 문헌 2)에 기재된 촉매 물질은 수지, 탄소원, 이산화규소원 및 유리 섬유 등으로 이루어지는 조성물을 가열 가압 성형하여 숙성시키는 것으로 구성되어 있다.

그리고, 어느 한 특허 문헌에서도 상기한 촉매 물질 중에 액체 연료를 통과시킴으로써, 그 액체 연료의 연소 효율을 향상하여, 배출 가스 중의 유해 물질의 저감을 도모할 수 있다는 취지가 기재되어 있다.

그러나, 특허 문헌 1에 기재된 촉매 물질과 같이, 나일론, 비단, 인규석 중 어느 하나를 단체(單體)로 사용하는 것인 경우에는, 유해 물질의 저감 효과는 확실히 있지만, 충분히 만족할 수 있는 효과를 얻는 데에는 이르지 않았다. 더구나, 비단이나 인규석을 사용한 경우, 성형성이 나쁘고, 제품마다 성능에 변동이 생기기 쉬워진다고 하는 문제점이 있었다.

또한, 특허 문헌 2에 기재된 촉매 물질과 같이 수 많은 소재를 소정의 중량비로 혼합한 것인 경우에, 제조 공정이 복잡하고, 제조 비용의 상승을 초래하기 쉽다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 액체 연료의 연소전 처리에 이용하는 촉매를 개량하여, 유해 물질의 저감, 연소 효율의 향상을 양호하게 도모할 수 있는 동시에, 제품 성능의 안정화나 제조 비용의 저감을 실현할 수 있는 배기 가스 정화 장치의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은 자동차나 선박, 항공기 등의 내연 기관의 배출 가스 정화 분야에서, 특히 연료 탱크로부터 내연 기관에 이르는 연료 파이프의 경로에 촉매 물질을 개재시켜, 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중의 유해 물질을 적게 하는 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배기 가스 정화 장치의 배치 개요도.

도 2는 동일한 장치의 종단면도.

도 3은 구멍이나 홈을 형성한 촉매 물질의 사시도.

도 4는 다른 실시형태에 따른 배기 가스 정화 장치의 배치 개요도.

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명에 따른 배기 가스 정화 장치는 연료탱크로부터 내연 기관에 이르는 연료 파이프의 경로에, 그 연료 파이프를 통과하는 석유 액체 연료에 음전하를 부여하는 촉매 물질을 배치하고, 그 촉매 물질이 음이온을 발생시키는 나일론과 세라믹스의 혼합 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이, 본 발명에 있어서는 나일론과 세라믹스의 혼합 물질을 석유계 액체 연료의 촉매로서 사용함으로써, 내연 기관의 연소 효과가 상승되고, 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중의 유해 물질(CO, HC, NOx)을 경감하여, 환경 보호에 도움이 되는 동시에, 단순히 나일론 구슬만의 촉매 물질인 것보다도 수십% 정도 보다 높은 유해 물질 저감 효과를 얻을 수 있으며, 또한 보다 안정된 효과가 도모된다.

또한, 세라믹스만을 사용한 촉매 물질에 비해서 경량이며, 더구나 나일론의 작용에 의해서 양호한 성형성을 갖게 되어, 촉매 물질의 크기나 형상을 대략 균일하게 하기 쉬워져 제품 성능을 안정시킬 수 있다. 또한, 수많은 소재를 혼합하여 구성하는 촉매 물질에 비해서 제조 비용을 억제할 수 있다.

구체적으로는, 촉매 물질을 수납한 통체를 연료 파이프에 개재하여, 그 연료 파이프를 통과하는 액체 연료를 촉매 물질에 접촉시키도록 하고 있다.

이것에 의해서, 내연 기관의 연소 전의 촉매 처리에 의해서 액체 연료를 음전하로 대전시킬 수 있어, 연료의 연소 효율을 올려 내연 기관으로부터 배출되는 유해 물질을 경감하여 환경 보호를 돕는 동시에, 연료도 절약할 수 있다.

또한, 촉매 물질은 나일론과 세라믹스의 분립체를 혼합하여 5∼10 mm 직경의구슬형으로 형성한 것으로, 나일론과 세라믹스의 혼합 비율은 중량비로 (85:15)∼(95:5)의 범위로 하고 있다. 또한, 촉매 물질을 형성하는 세라믹스의 주된 구성 성분은 세륨, 란탄, 불소, 네오듐, 이산화규소 중 일종 또는 이종 이상을 함유한 것이다.

또한, 통체를 양의 정전기가 발생하기 쉬운 나일론재로 형성하고, 이 통체에 음전하를 보내도록 내연 기관 차체의 팬 횡방향의 슈라우드 등의 음으로 대전되기 쉬운 개소와 통체를 결선하고 있다.

이것에 의해서, 통체에 계속적으로 음전하를 보낼 수 있어, 액체 연료를 음전하로 확실하게 대전시켜 목적을 달성할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 기초로 하여 상세히 설명한다. 본 발명의 배기 가스 정화 장치는 자동차, 선박, 항공기 등의 내연 기관의 배기 가스를 정화하는 것으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 연료 탱크(16)로부터 내연 기관(14)에 이르는 연료 파이프(18)의 경로에 그 연료 파이프(18)를 통과하는 석유 액체 연료(12)에 음전하를 부여하는 촉매 물질(10)을 배치하고 있다. 또, 20은 배기관, 22는배기 가스이다. 구체적으로는, 도 2에 도시한 바와 같이, 연료 파이프(18)에 개재하는 통체(24)에 촉매 물질(10)을 장전하도록 하고 있다.

촉매 물질(10)은 음이온을 발생하는 나일론과 세라믹스의 혼합 물질로 이루어지고, 이 촉매 물질(10)에 액체 연료(12)를 접촉시킴으로써 음이온을 부여하고, 액체 연료(12)를 음전하로 대전시켜, 음으로 이온화시키도록 되어 있다. 이것은 내연 기관(14)에 액체 연료(12)가 들어가기 직전에 행하는 것이 바람직하다.

또한, 촉매 물질(10)은 수 ㎛∼수백 ㎛의 분립체로 이루어지는 나일론과 세라믹스를 혼합하여, 5∼10 mm 직경의 구슬형으로 형성하는 것이 바람직하며, 이 나일론과 세라믹스의 혼합 비율을 중량비로 (85:15)∼(95:5)의 범위로 하는 것이 바람직하다. 촉매 물질(10)이 5 mm 직경보다 작으면 액체 연료(12)의 통과 저항이 커지기 쉽고, 10 mm 직경보다 크면 음이온의 부여 효율이 저하하여 바람직하지 못하다. 또한, 나일론과 세라믹스의 혼합 비율이 상기한 범위를 벗어나면 음이온의 부여 효율이 저하하여 바람직하지 못하다.

또한, 세라믹스의 주된 구성 성분으로서는 음이온을 많이 발생하는 세륨(Ce), 란탄(La), 불소(F), 네오듐(Nd), 이산화규소(SiO₂)를 함유하는 것이 바람직하며, 이들의 일종 또는 이종 이상을 함유한 것으로 할 수 있다.

이와 같이, 촉매 물질(10)을 나일론과 세라믹스의 혼합 물질로부터 구성하고 있기 때문에, 예컨대 세라믹스만을 사용한 촉매 물질에 비해서 경량이며, 또한 나일론의 작용에 의해서 양호한 성형성을 갖게 되어, 상기와 같은 구슬형의 가공이간단해져 대략 균일한 입자 지름의 촉매 물질(10)을 용이하게 갖출 수 있어, 제품마다의 성능 변동을 억제할 수 있게 된다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 구슬형으로 형성한 촉매 물질(10)에 대하여, 구멍(30)이나 홈(31)을 또한 간단히 형성할 수도 있고, 이것에 의해서 촉매 물질(10)의 표면적을 확대시켜, 액체 연료(12)와의 접촉 면적을 증대시킬 수 있어, 촉매로서의 기능을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 나일론과 세라믹스만으로 구성되어 있기 때문에 수 많은 소재를 혼합하여 구성하는 촉매 물질에 비해서 제조 비용을 억제할 수 있다.

상기 구성에 있어서 연료 탱크(16)로부터 내연 기관(14)에 이르는 연료 파이프(18)에 개재시킨 촉매 물질(10)에 액체 연료(12)를 접촉시켜 액체 연료(12)를 음으로 이온화시킨다. 한편, 혼합기가 되는 공기는 차체와의 마찰에 의해 전하를 빼앗기고 있기 때문에 양으로 이온화되고 있다. 이들 음으로 이온화한 연료(12)와 양으로 이온화한 공기는 혼합기가 될 때 정전기를 이용한 정전 도장과 같이 서로의 전하가 서로 끌어당기기 때문에 균일한 혼합을 이룰 수 있어, 이것에 의해서 액체 연료(12)의 연소 효율을 상승시킬 수 있다.

도 4는 통체(24)를 양으로 대전되기 쉬운 나일론으로 형성하여, 이 통체(24)에 음전하를 대전시키도록 내연 기관의 차체의 팬(28) 횡방향의 슈라우드 등의 음으로 대전되기 쉬운 개소와 통체(24)를 결선하여, 통체(24)에 계속적으로 음전하를 보내도록 하여 액체 연료(12)를 음전하로 대전시킴으로써 액체 연료(12)의 연소 효율을 상승시키도록 한 것이다.

또, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범위 내에서 상기 실시형태에 많은 수정 및 변경을 가하여 얻는 것은 물론이다.

(실시예 1)

나일론의 구슬(직경 8 mm)을 직경 30 mm, 길이 95 mm로 한 통체(24) 속에 넣은 것으로, 나일론과 세라믹스의 2∼5 ㎛의 분체를 90:10의 중량비로 혼합한 구슬(직경 8 mm)을 통체(24)(직경 30 mm, 길이 95 mm) 속에 넣은 나일론과 세라믹스의 혼합 물질에 의한 연료 이온화의 배기 가스 정화 장치의 2종류를 가솔린 1800 cc의 동일한 자동차 연료 파이프에 접속하여 배기 가스(22)의 CO와 HC 농도를 조사했다. 그 결과, 다음 표와 같았다.

가솔린 엔진 1800 cc	CO(%)	HC(ppm)
노멀장치 부착(나일론)장치 부착(나일론과 세라믹스)	0.290.120.08	2428344

상기한 측정의 사용 기계는 CO-HC 애널라이저 EIR2105(가부시키가이샤 야나가와 세이사쿠쇼)이고, 아이들링시의 배기 가스를 계측한 것이다. 이 실험 결과로부터 나일론과 세라믹스의 혼합 물질에 의한 연료 이온화의 배기 가스 정화 장치는 배기 가스에 포함되는 유해 물질을 저감시키는 데에 매우 안정적이고 또한 효과적인 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

가솔린 엔진 3000 cc의 자동차로, 실시예 1과 동일하게 실험하였다. 그 결과는 다음 표와 같다.

가솔린 엔진 3000 cc	CO(%)	HC(ppm)
노멀장치 부착(나일론)장치 부착(나일론과 세라믹스)	0.380.060.01	111136

이 실험의 결과로부터도 나일론과 세라믹스의 혼합 물질에 의한 연료 이온화의 배기 가스 정화 장치는 보다 안정적이고 또한 효과적으로 배기 가스에 포함되는 유해 물질의 저감이 가능하다고 판단할 수 있다.

이와 같이 엔진이 1800 cc나 3000 cc의 약간 큰 자동차 등에서, 특히 안정적이고 또한 효과적으로 배기 가스에 포함되는 유해 물질의 저감이 가능하다고 판단할 수 있다.

본 발명은 자동차용, 선박용 등의 석유 연료를 이용하는 각종 내연 기관용의 촉매로서 유용하다.

Claims (6)

1. 자동차, 선박 등의 내연 기관의 배기 가스를 액체 연료를 이온화하여 정화하는 배기 가스 정화 장치로서,

   연료 탱크로부터 내연 기관에 이르는 연료 파이프의 경로에 그 연료 파이프를 통과하는 석유 액체 연료에 음전하를 부여하는 촉매 물질을 배치하고, 그 촉매 물질은 음이온을 발생하는 나일론과 세라믹스의 혼합 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 촉매 물질을 수납한 통체를 연료 파이프에 개재하여, 그 연료 파이프를 통과하는 액체 연료를 촉매 물질에 접촉시키는 것인 배기 가스 정화 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 촉매 물질은 나일론과 세라믹스의 분립체를 혼합하여 5∼10 mm 직경의 구슬형으로 형성한 것인 배기 가스 정화 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 물질을 형성하는 나일론과 세라믹스의 혼합 비율을 중량비로 (85:15)∼(95:5)의 범위로 한 것인 배기 가스 정화 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 물질을 형성하는 세라믹스의 주된 구성 성분은 세륨, 란탄, 불소, 네오듐, 이산화규소의 일종 또는 이종 이상을 함유한 것인 배기 가스 정화 장치.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통체를 양으로 대전되기 쉬운 나일론재로 형성하고, 이 통체에 음전하를 보내도록 내연 기관의 차체의 팬 횡방향의 슈라우드 등의 음으로 대전되기 쉬운 개소와 상기 통체를 결선한 것인 배기 가스 정화 장치.