KR20080009374A - 전자계력을 이용한 내연기관의 연료유 절감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관에 공급되는 연료의 분자구조를 전자 제공하여 연소 효율을 극대화 할 수 있는 전자 계력을 이용한 연료유 절감장치에 관한 것으로, 이러한 연료절감장치는 연료관에 흐르는 연료유의 물리량을 감지하는 감지기와; 연료관 외주연에 감긴 유도코일에서 발생시키는 전자계력에 의하여 유체관 속의 연료의 분자구조를 재배열하는 이온입자 공진기 및 상기 감지기에서 감지된 신호를 수신하고, 수신된 유속과 비중에 대응하여 주파수와 진폭을 조절하며 제어하는 변환장치로; 구성된다. 이와 같은 구성에 의해 공급관을 지나는 연료의 분자구조를 재배열하여 극 미립화 및 분자 이온화시켜 내연기관에서 완전 연소되게 유도하여 출력의 향상과, 엔진의 마모 및 소음 등을 감소시키는 한편 연료유를 5~15% 절감할 수 있다.

Description

전자계력을 이용한 내연기관의 연료유 절감장치{fuel saving appartus of internal combustion engine}

본 발명은 방형파 전류에 의해 내연기관으로 공급되는 연료의 분자구조를 재배치하여 산소와의 접촉을 활성화시켜 완전연소되게 하는 전자계력을 이용한 연료유 절감장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연료유는 가솔린(휘발유), 등유, 경유 및 중유로 대별된다. 이렇게 대별되는 연료유 중 가솔린은 거의 무색이고, 극히 유동하기 쉬운 액체이며, 원소성분은 탄소 84%, 수소 16% 정도이며, 자연발화온도는 섭씨 400℃ 정도이나, 극히 누설되기 쉽고, 휘발성이 강하므로 섭씨 0℃ 이상의 온도에서도 폭발성 가스를 형성하므로 인화될 수 있다.

가솔린 다음으로 증류되는 유분인 등유(Kerosin)는 비점온도가 섭씨 150~250℃이고, 인화점이 섭씨 35~45℃, 비중이 0.77~0.85%정도이고, 원소성분은 탄소 86.5%. 수소 13.5 ~ 14.5% 정도의 무색인 액체로 구분된다. 등유 다음으로 증류되는 경유(gas oil)는 고속 디이젤 기관에 많이 사용된다.

또한, 경유 다음으로 증류되는 중유는 비중이 0.9 ~ 1.0% 이상의 것도 있으며, 수분이 0,2 ~ 1.0 %, 탄분이 0.02 ~ 0.1 %, 인화점이 섭씨 80~130℃ 정도이고 발열량이 9,500~10,900 ㎉/㎏ 정도의 흑갈색으로 고 점성 연료이다.

이처럼 분류되는 연료유들은 내연기관의 연소실에 공급하여 압축과 점화 작용으로 연소될 때 열이 발생함과 동시에 팽창력을 형성되어 동력을 내연기관의 외부로 출력하는 것이며, 연료유가 연소 됨에 따라서 자연적 배기가스도 배출하게 되었다. 이러한 연소과정에서 연소실 내 공급되는 연료유가 연소실 내로 유입되는 공기와의 혼합이 효율적으로 이루어져야만 배출되는 배기가스가 감소 되고 출력이 향상되는 데, 점화 직전의 연료유와 공기와의 혼합비가 안정적으로 이루어 지질 못하고, 배기 가스의 생성은 불완전연소에 의한 것이어서 내연기관의 사용수명 단축과 함께 출력저하 및 연비가 감소 되는 등의 문제점이 있었다.

따라서 큰 출력이 요구되는 내연기관에는 현재 완전연소의 유도를 위한 연료유 처리장치가 요구되는 실정이며, 현재 사용되는 연료유 처리 장치는 가솔린 자동차 엔진에 사용되어 지는 자기장 및 초음파 기술을 이용한 장치들이 있지만 전부 자동차용 가솔린 기관에 적용하거나, 대개는 마력이 50마력 이하의 소형 엔진에 사용된 적이 있을 뿐이다

선박을 추진하기 위한 주엔진 및 발전기용 엔진 등 내연기관의 연료유로서 가지는 성질은 지구 자기장의 영향으로 안정적인 구조를 가지고 있던 원유가 정유과정에서 각각의 비슷한 성분으로 (가솔린, 등유, 경유, 중유 등) 물리, 화학적인 처리과정을 거치면서 각 연료유의 각각의 특질이 결정되는 데, 이 모든 연료유는 큰 클러스트 상태로 구성되어 있다.

이 연료유의 큰 클러스트 내부 안쪽에 있는 분자는 순간적인 폭발이 요구되는 내연기관의 특성상 산소와의 접촉지연으로 완전연소를 어렵게 만든다. 특히나 내연기관의 특성상 저속 회전과 고속 회전의 과부하 상태에서는 연료유의 10~20%는 에너지로서 활용되지 못하고, 배기가스로 외부 유출되고 있는 실정이므로 연료의 공급대비 출력이 낮은 문제점과, 연료가 불완전 연소됨에 따라서 대기오염의 주 원인으로 대두 되는 등의 문제점이 있었던 것이다.

또한, 불완전 연소에 의해서 엔진의 마모율이 높아져 소음은 커지고, 동시에 수명이 단축되는 문제점 등으로 유지비용이 증가 되는 등의 비효율적인 문제점이 있었던 것이다.

따라서, 연료유를 완전연소시키기 위해서는 연료유의 분자구조를 변환시킴이 요구되며, 그 연료유가 이동되는 과정에서 분자구조를 변환시키는 영향을 주는 구조가 연료유가 흐르는 위치에 요구된다.

유체 처리 장치의 적용환경에 있어서 그 장치의 운용 효율은 처리될 유체의 유속에 크게 좌우된다. 실제로 유속은 여건에 따라 수시로 변화되면 추론되는 평균유속은 그 처리 효율과는 거리가 멀다. 좀더 자세하게 말하자면, 변하는 유속의 값에 따라 적당한 크기의 자기장의 세기가 생성되도록 하기 위하여 자기장의 세기를 유속이 감소함에 따라 강하게 해야 하고, 유속이 증가하는 반대의 경우에는 자기장의 세기는 감소 되어야 한다. 고정된 자기장의 세기를 가지는 장치에서는 유속이 최소로 설정된 값 이하로 떨어진다면 그 장치의 유용한 효과는 전혀 기대할 수 없다. 낮은 유속에서 만족할 만한 효과를 얻기에 충분한 강한 자기장을 생성할 수 있도록 설계하는 것이 문제가 아니라, 장치의 효과적인 운용 여부가 지속적으로 감시되어 대응될 수 있어야 한다.

본 발명은 연료유가 흐르는 통로 즉, 연료유 파이프에 유도코일을 감아 전자계력 에너지를 이용하여 연료분자의 클러스트를 극미립화 시킴과 동시에 부분적으로 재배열,이온화 함으로서 선박 주기관 및 발전기용 엔진의 연소를 완전 연소시킴으로 엔진의 마력을 향상시키고, 활용되지 못하고 있는 10~20% 정도의 연료유의 에너지를 활용함으로서 5~15%의 연료유를 절감하도록 함을 목적으로 한다.

이러한 본 발명의 목적은 연료 공급관에 흐르는 연료의 물리량을 감지하는 감지기와; 연료 공급관 외부 라인에 감긴 유도코일에서 발생시키는 전자계력에 의하여 유체관속의 연료의 분자구조를 재배열하는 이온 입자 공진기 및 상기 감지기에서 감지된 신호를 수신하고, 수신된 유속과 비중에 대응하여 주파수와 진폭을 조절하며, 제어되는 구성을 제공함에 의하여 충분히 달성될 것이다.

본 발명은 A/D 변환회로 기술을 적용하여 유체관 안의 유체 속도의 변화를 감시하여 최적의 전기,자기장의 세기 (로렌츠 힘)를 생성할 수 있도록 하는 장치의 운용을 감시하는 수단을 포함하고 있다.

이러한 감시 수단은 만일 유속이 증가한다면, 좀 더 빈번하게 자기장이 형성될 수 있도록 변환된 신호의 주파수를 증가시키고, 만일 유속이 감소하는 경우 그 반대가 되도록 하는 기능을 본 발명의 장치에서 제공한다.

또한, 주파수 변조 기술을 사용하여 연료유의 분자 결합상태를 분리하기에 효과적인 주파수 대역인 약 100Hz 에서 100,000Hz 까지의 주파수 범위를 변화시킴으로써 보다 폭 넓은 유속에서 그 유용한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 다양한 크기의 변환 장치를 제공하여 폭 넓은 운용 환경에서 최적의 운용 효과를 갖도록 하였으며, 외부 교류 전원의 과부하 및 유도코일의 단선 및 과부하를 감시할 수 있는 수단을 제공하고 있다.

본 발명은 주파수가 변환기에는 변환 상태를 표시하기 위한 수단과 최적의 변환 상태가 아닐 경우 작동하는 경보수단을 포함하고 있다.

또한, 장치 운용 전체에 걸쳐 영향을 줄 수 있는 어떠한 외부의 전자기적 간섭으로 부터 유도코일을 보호하기 위한 수단을 포함하고 있다.

본 발명은 다양한 크기의 변환 장치를 위한 케이스를 제공하여 다양한 운용 조건들 아래서 장치의 기대수명을 극대화하며 또한, 전자기적 간섭뿐만 아니라, 기계적 충격 등과 같은 외부 환경으로부터 변환 장치를 보호하는 수단을 가지고 있다.

이뿐만 아니라 본 발명의 장치에 사용되는 솔레노이드 유형의 유도 코일의 두 끝이 변환 장치의 신호 출력단자에 접속하는 폐쇄시스템으로 구성되어 있어, 개방시스템에 관련된 모든 불편함을 피할 수 있도록 제공한다.

도 1에 도시된 바와 같이 연료탱크에 저장된 연료유를 내연기관으로 공급하는 연료관(3)과, 상기 연료관(3)의 외주연에는 한쌍의 유도코일을 감아 전류의 통전시 자기장을 형성하여 연료유의 분자구조에 파동공명을 일으키는 솔레노이드 형태의 이온입자 공진기(2)와, 상기 이온입자 공진기(2)에 변환신호를 생성하는 변환 장치(1) 로 구성된다.

상기 변환 장치(1)의 신호출력단자(10,11)에는 상기 이온입자 공지기(2)가 연결되고, 신호 입력단자(12)에는 유체의 흐름(유량 또는 유속), 온도 등 주변 물리량을 전기적 신호로 바꾸어 변환장치가 인지할 수 있는 신호를 생성하는 감지기(14)가 접속된다.

상기 감지기(14)는 상기 이온입자 공진기(2)가 설치된 연료관(3)의 내부 혹은 외주연에 설치되는 구성으로, 이동하는 연료유와 접촉할 때 유량과 유속 및 온도 그리고 점도 등에 대한 물리량의 정보를 전기적 신호로 변환한다.

상기 변환 장치(1)에는 Tast S/W 와 같은 인력에 의한 신호 및 정보입력등을 수신할 수 있는 수조작의 신호 입력기(7)와 변환 신호의 세기를 나타내는 LED 표현기(5), 변환 장치의 동작 상태와 정보 및 장치의 이상 상태를 나타내는 표시기(4, 혹은 액정화면표시기)가 장착되어 있다. 그리고, 전기적 신호로 변환된 유속, 온도 등과 같은 주변 물리량 변화를 처리하기 위한 제어 신호 입력장치(8)가 장착되어 있다.

상기 변환장치(1)에 대하여 도 2를 참조하여 상술하면 먼저, 동력공급부(22)를 통해 변환 장치(1)의 동작에 필요한 전원(DV 15V)이 인가되면 중앙처리부(16)는 대기 상태를 유지하게 된다.

상기 중앙처리부(16)는 수조작의 신호 입력기(7)를 통해 주파수 및 진폭 변환에 필요한 정보를 입력받아 변환 장치(1)의 신호 출력 단자(10,11)로 출력되어야 하는 출력 신호를 발생시키도록 주파수 조절부(17)를 구동하도록 한다.

이러한 변환 장치(1)의 출력 신호의 생성순서는 중앙처리부(16)에 의해 제어되는 주파수 조절부(17)와 솔레노이드 유형의 이온입자공진기(2)를 접속하기 위한 출력단자(10,11)들에 접속되는 변환 신호 출력을 위한 출력부(19)와의 신중하고도 유기적인 동조를 통해 생성된다. 출력 신호가 생성되는 순간부터 중앙처리부(16)는 주변의 물리량 변화를 감지하는 감지기(14)로 부터 입력되는 전기적인 신호를 제어 신호 입력장치(8)를 통해 입력 받을 수 있다.

도면에 도시된 화살표 선들은 하나의 신호를 의미하는 것이 아니라 신호들의 흐름으로 임의의 장치에서 또 다른 임의의 장치로 필요한 정보 또는 신호를 주고 받을 수 있다는 것을 의미한다.

상기 제어 신호 입력장치(8)로 입력되는 감지기(14)로 부터의 제어신호 및 입력신호는 상기 변환 장치(1)의 동작의 필요에 따라 매초 또는 매분 마다 입력신호 정보가 새롭게 변경될 수 있다. 제어신호 입력단자(12)에 접속된 감지기(14)는 연료유가 흐르는 연료관(3)안에 삽입한 직접 접촉 방식의 것이거나, 또는 연료관(3) 주변에 설치한 간접 접촉방식의 표준측정기 유형을 의미한다.

상기 출력부(19)로 부터 정보를 받는 주파수 조절제어부(18)에서 변환장치(1)동작에 필요한 정보를 받는 중앙처리부(16)는 주파수 조절제어부(18)로 부터 받은 정보를 토대로 주파수 조절부(17)와 출력부(19)들의 운용을 제어한다.

주파수 조절부(17)는 프로그램을 넣을 수 있는 유형이며, 출력부(19)에 의해 사용될 수 있는 출력신호의 형태들을 생성한다. 기본적인 출력 신호의 형태는 100Hz ~ 100,000Hz 주파수를 1초마다 10~20회 반복 출력하는 형태이다.

상기 제어 신호 입력장치(8)를 통해 얻어지는 연료유의 물리량 변화 정보를 토대로 중앙처리부(16)는 유체가 흐르는 유체관(3)안의 유속이 증가한다면 주파수 조절부(17)의 출력 신호의 주파수와 진폭수을 감소시켜 출력부(19)의 출력이 감소하도록 제어하는 방식으로 유속의 증가에 따른 적절한 출력신호의 주파수와 진폭이 출력되도록 한다.

만일, 유속이 감소한다면 주파수 조절부(17)를 제어하여 출력부(19)의 출력신호의 주파수와 진폭이 증가하도록 한다.

따라서, 중앙처리부(16)는 유체의 유속, 유체의 온도 및 주변 온도 등과 같은 입력 조건들의 변화에 따라 변환 장치(1)의 출력신호를 제어하는 기능이 있으며, 필요에 따라 신호 출력 단자(10,11)에서 요구된 신호의 순서를 생성하기 위해 제어기능의 방식으로 해당 시간 안에 교류 신호의진폭과 주파수에 변화를 줄 수 있다.

또한, 상기 중앙처리부(16)는 주파수 조절 제어부(18)를 통해 신호 출력 단자(10,11)에 접속된 솔레노이드 유형의 유도 코일의 단선과 과부하에 대한 정보를 입력받아 주파수 조절부(17)의 동작을 중단하도록 하는 제어기능을 수행할 수도 있다.

상기 주파수 조절부(17)는 상기 주파수 조절 제어부(18)에서 입력되는 정보를 토대로 상기 중앙처리부(16)에 의해 제어되고, 제어 신호에 의해 주파수를 조정할 수 있는 전자회로로 구성되어 있다. 따라서 하나의 상기 변환 장치(1)에 적용되는 상기 주파수 조절부(17)의 수는 상기 주파수 조절 제어부(18)의 수와 다를 수 있다.

연료유의 완전연소를 위해 요구되는 효율적인 변환신호의 주파수는 100Hz ~ 100,000Hz 범위에서 변화하는 것이 모든 유속 변화에서 그 유용한 효과를 얻을 수 있다는 것이 밝혀졌다. 그리고 1초에 초소한 10회에서 20회정도의 범위에서 방형파(Squar wave) 교류 신호가 생겨나게 하는 주파수 변조는 실제에 있어 연료유의 분자결합을 분열시키는 것에 탁월한 결과를 얻어냈다.

신호입력 장치는 한 개의 유도코일(이온입자공진기,2)과 코일을 접속하기 위한 한 쌍의 변환 신호가 제공되어야 한다는 것은 명백하다.

각 장치의 상태는 데이터 버스 라인(21)을 통해 보고되고, 장치의 동작 상태 전부 또는 일부분을 LED표현기(5), 액정화면 표현기(4) 및 LED 모듈(6)을 이용해 나타내어 진다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 연료탱크의 연료유가 내연기관으로 공급될 때 연료관(3) 외벽에 감긴 유도코일(Solenoid Coil)로 이루어진 이온입자공진기(2)에 전류를 통과시키면 암페어(Amper)의 법칙에 의하여 자기장(Magnetic Field)이 형성되고, 교류전류에 의한 자기장은 시간의 흐름에 따라 방향이 변하게 된다.

변하는 자기장은 Faraday의 전자가 유도법칙에 의하여 전기장(Electric Field)이 형성된다.

상기 전기장도 시간의 흐름에 따라 방향이 변하고, 이 변하는 전기장이 다시 자기장을 형성한다.

상기 두 가지 자기장 힘이 전자계력이며, 이 힘은 연료유의 이온들을 움직에게 하는 힘(Lorentz Force)이다. (이 힘은 자계/전계에서 하전입자를 움직이는 힘을 가르킨다.)

본 발명에서 사용되는 전류는 주파수 변조 기술을 통해 100Hz ~ 100,000Hz 까지 광범위하게 Shift 하기 때문에 주파수 대역이 넓다. 연료유의 이온입자는 각각 고유 진동수를 가지고 있으며, 이 주파수 대역에서 공진효과에 의한 파동이 많아진다. 즉, 방출된 전자가 연료 분자 간의 결합을 깨는 역할을 한다.

이처럼 상기 이온입자공진기(2)는 방형파(Square wave)전류를 이용한 강한 전자계력(電子界力)과, 폭 넓은 주파수 대역으로 행하는 주파수 변조(Frequency Modulation)를 통한 공진효과(共振效果)등 두가지 기술을 이용하여 연료유의 분자 구조에서 파동공명을 일으키게 한다

이와 같이 전자계력 및 공진이라는 분자교반(Molecular agitaion)을 가져오는 두가지의 물리적인 힘에 의하여 연료유 분자 클러스트의 분자결합을 부분 적으로 파괴하고, 꺼내어진 이온 입자를 극미세 시킴으로 산소와의 결합을 안정화 시켜서 내연기관의 연소효율을 극대화할 수 있는 환경을 제공한다.

이상에서와 같이 본 발명은 연료관을 흐르는 연료유의 이온 입자들을 전류에 의한 주파수 변조를 이용하여 파동공명을 일으켜 분자간의 결합을 교란시켜 이온입자를 극미세시켜 내연기관에서 산소와의 접촉을 활성화 시킴으로 완전연소를 유도하는 것이다. 다시 말해서 연료유가 흐르는 통로 즉, 연료유 파이프에 유도코일을 감아 전자계력 에너지를 이용하여 연료분자의 클러스트를 극미립화 시킴과 동시에 부분적으로 이온화 함으로서 선박 주기관 및 발전기용 엔진의 연소를 완전 연소시킴으로 엔진의 마력을 향상시키고, 불완전 연소에 따른 오염물질의 방출을 상대적으로 감소시키는 효과 즉, 배기가스 중의 Co, HC 함유량이 획기적으로 개선되는 이점이 있으며, 이로 인하여 엔진의 마모율이 감소됨과 동시에 엔진의 소음이 감소되는 이점이 있을 뿐만 아니라, 활용되지 못하고 있는 10~20% 정도의 연료유의 에너지를 활용함으로서 결국 5~15%의 연료유가 절감되는 이점이 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 네트워크에 의하여 유체관의 상태를 관리하는 유체처리 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시, 즉 소비전력이 10와트에서 300와트 까지 세분할 수 있고, 산업용 뿐만 아니라, 가정용으로도 적용가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시스템의 개략적인 전체구성도.

도 2는 도 1에 도시된 변환장치의 구성도.

도 3은 본 발명에 의해 연료관에 전자계력을 형성하는 상태를 보인 상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 변환장치 2 : 이온입자공진기 3 : 연료관

4 : 표시기 13 : 송신부 14 : 감지기

16 : 중앙처리부 17 : 주파수 조절부 18 : 주파수 조절 제어부

19 : 출력부 21 : 데이터베이스 22 : 동력공급부

Claims (3)

1. 내연기관의 연소실과 연결되어 연료유를 공급하는 연료관(3)과; 상기 연료관(3설치되어 흐르는 연료유의 유속 및 비중을 감지하는 감지기(14);

   상기 연료관(3)의 외주연에 한 쌍 이상으로 감긴 유도코일로 공급되는 전력에 의하여 전자계력을 발생시키고, 이로 인하여 연료유의 분자구조에 파동공명을 일으키는 이온입자 공진기(2);

   상기 감지기(14)에서 감지된 신호를 수신하고, 수신된 유속 및 비중에 대응하여 상기 이온입자공진기(2)에서 발생되는 주파수와 진폭을 조절하는 변환장치(1); 로 구성되는 전자계력을 이용한 연료유 절감장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 변환장치(1)는 상기 감지기(14)에서 수신된 연료유 데이타에 연동되어 데이터 베이스(21)에 저장된 데이터를 호출하고 출력신호를 제어하는 중앙처리부(16)와; 상기 중앙처리부(16)에서 전송되는 신호에 따라 설정된 주파수를 상기 이온입자공진기(2)로 출력하는 출력부(19)와; 동력을 공급하는 동력공급부(22); 및 상기 데이터를 송수신하는 송수신부(13)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자계력을 이용한 연료유 절감장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 중앙처리부(16)와 상기 데이터 베이스(21)를 경유하여 연결되고, 동작상태를 외부에 디스플레이되는 표시부(4)가 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자계력을 이용한 연료유 절감장치.