KR20080023077A - 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄화수소계 연료를 사용하는 연소기기의 연소효율의 향상 및 배기가스의 정화개선 효과를 높일 수 있는 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치를 제공하는 것을 목적으로 하고, 이것은 비자성 금속제 원통형상 케이싱(1)에 방사성 천연광물 분말을 정착시킨 복수의 이온 플레이트(3)를 방사형상으로 장착하고, 내부에 자석(9)을 설치한 비자성 금속 파이프제 자석 파이프(4)를 원통형상 케이싱(1)의 중앙부에 설치함으로써 이루어진다.

Description

탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치{FOR HYDROCARBON-BASED FUEL COMBUSTIVE CONDITION IMPROVING DEVICE}
도 1은 본 발명의 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치의 하나의 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 동 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치를 연소용 공기흡기관에 장착한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 이온 플레이트를 나타내는 사시도이다.
도 4는 자석 파이프를 나타내는 사시도이다.
도 5는 자기 요소를 나타내는 사시도이다.
도 6은 자기 요소의 자력선을 나타내는 설명도이다.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
1 원통형상 케이싱 2 원통 지지 스프링
3 이온 플레이트 4 자석 파이프
5 자석 파이프 지지기구 6 이온 플레이트의 기판
7 방사성 천연광물 분말 8 연소용 공기흡기관
9 자석(희토류 자석) 10 요크
본 발명은 자동차, 보일러, 온수기 등의 중유, 경유, 가솔린, LPG 가스 등의 탄화수소계 연료를 사용하는 연소기기의 연소효율의 향상 및 배기가스의 정화개선을 목적으로 하는 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치에 관한 것이다.
종래, 연소 개선의 기술로서 연료 파이프의 외측으로부터 자력을 부여하는 방식과, 연소용 공기에 방사성 원소에 의한 방사선 또는 자력을 작용시키는 방식의 2종류가 알려져 있다.
그리고, 이들 방식이 실용화되어 있는 장치의 대부분은 자동차용이다.
방사성 원소의 자연 붕괴에 의해서 α선, β선, γ선 등의 방사선이 방출되지만, 연소용 공기 분자는 주로 α선과 β선에 의해 전리(이온화)됨으로써 활성화와 동시에 세분화되어 연료의 탄화수소분자(CnHm)의 산화결합을 용이하게 한다. 그 결과, 연소효율이 향상되어 연비절감 효과나 배기가스 정화의 효과가 얻어진다.
이것에 사용되는 방사성 원소는 방사성 천연광물의 미세 분말을 도료중에 혼합하고, 얇은 금속판이나 수지판의 한쪽 면에 도장이나 인쇄 등의 수단에 의해 정착시킨 시트형상으로 되어 있다. 시트의 이면은 부착시키기 위해 점착제가 처리되어 있다.
이것을 자동차에 사용하는 경우, 시트를 흡기계의 최상류부에 있는 공기 여과기 내의 내벽에 부착하는 방법이 일반적이다. 그리고, 자동차 엔진의 배기량에 따라 시트의 면적이 결정되고 있다.
상기 방식은, 시트를 장착할 때 비교적 간단하게 시공할 수 있는 이점이 있는 반면, 흡기계의 최상류부의 공기 여과기의 내벽에 시트가 위치하고 있기 때문에에 시트의 방사성 원소에 의해 전리(이온화)된 공기 분자는 공기 여과기의 여과지를 통과하여 연소용 공기흡기관의 내부를 흘러 연소부에 도달하는 행정 중에 전리(이온화)된 공기 분자 상호의 전기적 중화나 여과지나 연소용 공기흡기관의 내벽과의 마찰에 의해 전리가 소멸되는 등의 원인에 의해, 그 효과가 현저하게 낮은 결점이 있었다.
또한, 공기 분자에 대한 전리효과가 가장 큰 α선의 비정거리는 수 cm 정도이고, 그 물질 투과력은 박지 1장으로 차폐될 수 있는 정도로 약하다. 따라서, 공기 여과기 내에 장착된 시트에 의한 공기 분자의 전리효과는 한정된 좁은 범위에서 밖에 작용하지 않기 때문에 효율이 나빴다.
그런데, 상기 시트에 사용되고 있는 방사성 천연광물로는 모나자이트를 소량 함유한 원료나 토르말린을 미분말로 한 원료를 이용하고 있기 때문에, 공기 분자에 대한 전리(이온화)에 필요한 α선이나 β선의 방출이 미량이었다.
모나자이트는 셀륨, 란탄, 네오듐 등을 주성분으로 하는 인산염 광물(Ce. La. Nd)PO4이고, 방사성 원소인 토륨을 산화토륨(ThO2)으로서 1~8.5% 정도 함유하고 있다.
토르말린은 전기석이라는 별명으로 부르고 있는 규산염 광물(Silicates)의 일종으로, 약한 압전효과를 가지고 있다.
압전효과는 결정체에 응력을 가하면 결정에 전기분극이 생기고 응력과 함께 나열되어 있는 결정체 수에 비례하여 전압을 발생시킨다. 그 전압이 높을 경우, 기중방전효과에 의해 극근방의 공기를 전리(이온화)시키지만, 그 효과는 매우 약하다.
상기 시트에 상기 2종류의 원료를 사용하여 공기 분자의 전리작용을 행하게 하면, 모나자이트의 경우 방사성 원소인 산화토륨(ThO2)에 함유된 토륨원소(Th)의 비율이 약 80%이기 때문에, 모나자이트에는 0.8~6.8%의 방사성 원소가 함유되어 있게 된다. 그 이외의 방사성 원소로서는 산화우라늄(U3O8)이 0.01% 정도 함유되어 있다.
이러한 미량의 방사성 원소를 함유하는 광물을 분말화하여 도료 중에 혼합하고, 도장이나 인쇄의 수단으로 시트에 정착시켰을 경우, 도료 중에 혼입가능한 분말량은 도장이나 인쇄방법에 따라 다르지만, 약 50%가 한도이다.
이와 같이, 이들 방법으로 시트에 정착된 방사성 원소는 극미량이며, 또한 도료 중에 매몰된 분말은 α선의 물질 투과능력이 극단으로 낮기 때문에 α선의 기중 방출은 기대할 수 없다.
따라서, 시트에 정착된 방사성 원소를 방출하는 분말은 도장 표면에 노출되어 있는 분말만이 α선 방출효과를 갖게 되어 극히 효율이 낮았다.
여기에서, 토르말린의 경우에는, 압전효과에 의한 기중방전에 의해 공기 분 자를 전리(이온화)시키는 방식이 있지만, 시트에 정착된 결정체의 절대수가 극히 희박하고 또한 결정체에 가하는 응력도 연소용 공기가 통과할 때의 마찰력에 한정되기 때문에, 유효하다라는 근거에는 의문이 있다.
본 발명은, 상기 종래의 연소 개선의 기술이 가진 문제점을 감안하여, 탄화수소계 연료를 사용하는 연소기기의 연소효율의 향상 및 배기가스의 정화개선의 효과를 높일 수 있는 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 보다 구체적으로는 α선, β선을 표리면으로부터 방출이 가능하고, 사용하는 방사성 천연광물의 미분말을 독자적인 방법으로 정제하는 동시에 그 정착방법도 종래의 수단과 다른 방식을 채용함으로써 신규로 고효율의 이온 플레이트를 개발하고, 복수의 이온 플레이트가 방사형상으로 장착된 원통형상의 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치에 스프링 기능을 가진 원통 지지 스프링을 부착하고, 연소용 공기의 흡기계통의 최하류부에 장착가능하게 하는 것이다.
또한, 연소용 공기흡기계의 연소용 공기흡기관의 내벽에 발생하는 공기의 점성에 의한 흡기저항을 저감시켜 흡기효율을 향상시키기 위해서, 희토류 자석에 의한 로렌츠력(Lorentz force)을 발생시키는 자석 파이프를 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치의 중앙부에 부착함으로써, 연소효율의 향상과 배기가스의 정화촉진이 가능한 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치는 비자성 금속제의 원통형상 케이싱에 방사성 천연광물 분말을 정착한 복수의 이온 플레이트를 방사형상으로 장착하고, 내부에 자석을 설치한 비자성 금속 파이프제의 자석 파이프를 상기 원통형상 케이싱의 중앙부에 설치한 것을 특징으로 한다.
이 경우에 있어서, 이온 플레이트 및 자석 파이프를 장착한 원통형상 케이싱에 상기 원통형상 케이싱의 접선방향으로 스프링 기능을 갖는 복수의 원통 지지 스프링을 장착할 수 있다.
또한, 자석 파이프는 각각 동일 자극을 요크에 밀접시킨 복수의 자석 및 요크를 내장하고, 자석 파이프의 양단부는 평판형상의 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치는 연소용 공기의 흡기계통에 있어서 흡기계통의 최하류부의 연소용 공기흡기관의 내부에 장착이 가능하고, 자동차나 보일러 등의 연소용 공기흡기관의 사이즈가 다소 달라도 장착할 수 있도록 방사형상으로 배치된 이온 플레이트를 지지하기 위한 비자성 금속제의 원통형상 케이싱의 외주의 접선방향으로 복수의 스프링 기능을 가진 원통 지지 스프링을 구비하고, 비자성 금속제의 원통형상 케이싱의 중앙부에 자석 파이프가 부착되어 있다.
이온 플레이트에 정착된 방사성 천연광물 분말에 함유된 방사성 원소의 자연 붕괴에 의해 α선, β선, γ선 등의 방사선이 방출되지만, 주로 공기 분자를 전리(이온화)시키는 효과가 큰 것은 α선과 β선이다.
α선은 정으로 대전된 미립자이고, 헬륨원자(He)가 2개의 전자를 잃어버린 상태와 동등하고, 2개의 양자와 2개의 중성자로 구성되어 있다. 방사성 원소가 α붕괴할 때, 초속도 2×104km로 방사되고, 그 비정거리(Range)는 수 cm로 짧고, 물질 에 대한 투과력은 박지 1장으로 차폐될 수 있을 만큼 작다.
α선은 기체중을 비정하는 동안에, 그 기체분자와 충돌하여 고도로 이온화되는 능력이 있다. 예컨대 1개의 α입자는 그 비정중에 20만개의 이온쌍을 생성한다.
β선은 전자로서 부의 전하를 가지고 있다. β선의 초속도는 광속의 30%~80%로 매우 고속이고, 그 투과력은 수 mm의 금속판을 통과한다. 그러나, 그 질량은 α선과 비교하면 약 1/1800로 매우 가볍고, 기체에 대한 이온화의 능력은 α선의 1/100~1/200 정도로 강하지 않다.
연소용 공기에 함유된 산소분자(O2)는 2개의 산소원자가 전자의 공유결합에 의해서 결합되어 안정하다.
이 상태의 산소분자(O2)에 α선이나 β선을 조사하면, 정전하를 가진 α선의 에너지에 의해 공유결합이 해리되는 동시에, β선인 전자(e-)나 해리되어서 자유전자가 된 전자(e-)를 받아 들여서 프리 라디칼 산소(O-) 2개로 변환된다.
산소분자(O2)는 이 반응 이외에도 전자(e-)를 1개 받아 들여서 슈퍼옥사이드(superoxide)(O2 -)가 되는 반응이나, α선의 에너지를 흡수해서 여기상태로 되어 홀전자 1개가 전자스핀의 방향을 바꾸어서 일중항 산소(atomic oxygen)(1O-)로 변환된다. 이 일중항 산소는 강력한 산화력이 있고, 또한 전자(e-)를 받아 들여서 슈퍼옥사이드(super oxide)(O2 -)로 된다.
연소용 공기에 함유된 산소분자(O2)는 상기 반응에 의해 강력한 산화력을 가진 활성산소로 되어, 그 결과 탄화수소계 연료(CnHm)와의 산화반응(연소)이 촉진된다.
일반적인 산소분자(O2)가 연소에 기여하는 경우, 단독의 산소원자(O)로 해기되어 산화반응을 행하지만, 이때 산소분자(O2)를 해리하기 위해서 필요한 에너지는 산소분자 1mol당 498kJ이다.
따라서, 산화반응(연소) 이전에 α선이나 β선에 의해 산소분자(O2)가 프리 라디칼 산소(O-)로 해리되면, 연소에 의해 얻어지는 열량은 그 해리 에너지가 불필요되는 결과 증대한다.
연소용 공기에는 약 78%의 질소분자(N2)가 함유되지만, 이 질소분자(N2)도 α선에 의해 해리되어 산소와 화합해서 그 대부분이 질산분자를 핵으로 하는 이온(NO3 -)으로 된다.
전리(이온화)된 기체분자는 상호의 전기적 반발력에 의해 기체분자 집단이 이산되어 세분화됨으로써 기체 점성이 저하된다.
산소분자(O2)에 대한 전리작용도 동일한 효과가 있어, 그 결과 연료의 탄화수소분자(CnHm)와의 산화결합이 용이하게 되어 흡기효율의 향상과 함께 산화반응(연소)이 촉진된다.
그러나, 전리(이온화)된 기체분자는 불안정하여 수명이 짧고, 연소용 공기흡기관내와의 마찰이나 전리(이온화)된 정부의 전기적 중화 등에 의해 소멸하는 경우가 있기 때문에, 연소용 공기의 전리(이온화)는 연소부위의 직전인 것이 바람직하다.
본 발명의 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치의 이온 플레이트에 정착시키는 방사성 천연광물 분말은 기체의 전리효과가 큰 α선과 β선을 효율좋게 방출하기 위해서 우라늄 계열과 토륨 계열을 중심으로 하는 핵종이 적당하다.
그 원자붕괴의 상태식을 이하에 나타낸다.
Figure 112006080767749-PAT00001
프로탁티늄(Pa234) 이후의 붕괴는 우라늄, 포로늄, 비스무트 등의 동위원소를 경유하여, 최종적으로 안정한 원소인 납(Pb206)으로 된다. 이 동안에 8회의 α붕괴와 6회의 β붕괴를 반복한다.
그 때문에, 본 발명의 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치에 사용하는 이온 플레이트에는 종래 사용되고 있는 모나자이트 광석이나 토르말린 광석을 미분말로 한 것이 아니라, 특정 온천의 온천원 근방에서 산출되는 진흙상의 방사성 광물을 원료로 하고 있다.
이 원료를 윌플레이(Will Fley) 테이블에 의한 비중선광법에 의해서 비중이 큰 우라늄과 토륨을 선별하고, 또한 습식의 볼밀로 평균 입지직경을 3μm로 정제하여 미분말의 절대수를 많게 하고 있다. 이 공정에 의해서 정제된 미분말은 우라늄 성분(U3O8)을 0.2%, 토륨 성분(ThO2)을 20% 함유한다.
이 방법에 의해서 얻어진 미분말을 알루미늄판의 양면에 정착시켜서 이온 플레이트로 하지만, 본 발명의 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치에 사용하는 이온 플레이트로의 방사성 천연광물 분말의 정착에는 알루미늄판의 표면에 박층형상을 이루도록 접착제를 도포하고, 이 접착제에 의한 접착층의 표면이 경화하는 전단계에서, 접착층의 상면으로부터 상기 미분을 뿌려서 알루미늄판의 표면에 접착층을 통해서 미분말을 고밀도로 정착하는 방법(일본특허공개 2002-103508호 참조)을 적용할 수 있다.
또한, 종래의 정착방법은 모나자이트 광석이나 토르말린 광석 등의 방사성 천연광물 분말을 비닐계나 아크릴계 도료에 적당량 배합하고, 교반혼합에 의해서 슬러리상 혼합 도료로 한다. 그리고, 이 도료를 도장이나 실크인쇄 등의 수단으로 기판에 정착시키고 있었다.
도료 중에 함유되는 방사성 천연광물 중의 방사성 원소는 원자붕괴에 의해 α선이나 β선을 방출한다.
공기 분자의 전리(이온화)에 효력이 있는 α선과 β선 중에서 특히 α선은 헬륨(He)의 원자핵과 동일 구조이고, 양자 2개와 중성자 2개로 구성되어 있고, 정의 전하를 가지고 있다. 전자(e-)인 β선과 비교하여 그 질량은 1800배인 것도 있다. 따라서, 기체에 대한 전리(이온화) 작용은 크지만, 반면 그 비정거리는 수 cm로 짧고, 물질에 대한 투과력은 박지 1장으로 차폐될 수 있는 정도로 약하다.
종래의 방법으로 도료 중에 혼합된 방사성 천연광물 분말은 도장이나 인쇄 등의 수단으로 기판 상에 정착시키는 과정에서 그 대부분의 분말은 도막을 형성하는 도료 중에 매몰되어 있다. 따라서, 매몰되어 있는 분말로부터 방출된 α선은 대부분이 도막에 의해 차폐되어 대기중으로 방출될 수 없어, α선의 방출효과는 도막 표면에 노출되어 있는 분말에 한정되어 현저하게 그 효과가 낮았다.
이 방법에 대하여, 상기 본 출원의 발명에서 채용하고 있는 방법에 의하면, 도료 중에 매몰되는 방사성 분말은 미량이어서, α선의 방출효과는 매우 크다.
방사성 물질의 취급량, 방사선의 피폭량, 방사선 강도 등은 엄밀한 국제 기준에 의해 규제되고 있어, 보다 소량의 방사성 물질에 의해 고효율의 효과를 발휘시키는 것은 매우 중요하다.
상기 제법에 의해 얻어진 이온 플레이트를 작은 조각으로 절단하여, 본 발명의 상기 이온 플레이트로 하여 원통형상 케이싱에 방사형상으로 부착한다.
원통형상 케이싱의 외주에는 그 접선방향으로 스프링 기능을 가진 복수의 원통 지지 스프링을 부착하여, 이 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치를 연소용 공기흡기관 내의 최하류부에 수납 고정할 수 있는 구조로 한다.
원통형상 케이싱의 중앙부에는 복수의 희토류 자석을 요크에 끼운 자석 요소(Magnet element)를 내장한 자석 파이프를 지지기구를 통해서 장착하도록 한다. 자석 요소를 구성하는 자석의 극성은 요크를 통해서 동극방향으로 한다. 예컨대, 요크를 통해서 자석의 극성을 이극으로 한 경우, 1개의 막대자석과 마찬가지로 자속은 자석 자신을 흘러 자석 양단으로부터 외부로 방출되기 때문에 자속 밀도가 낮아 진다. 이에 대하여, 요크를 통해서 자극을 동극으로 하면, 상호 자석의 자력은 요크에 집중되어 반발하기 때문에 자속 밀도는 2배가 되어 요크에 대하여 직각방향으로 방출되어 2장의 요크간에 고밀도한 자속을 얻을 수 있다.
자석 파이프는 그 양단면을 지지기구에 용이하게 고정시키고 기류의 마찰저항을 경감시킬 목적에서, 평판형상으로 가공하여 흡기의 기류방향으로 장착시킨다.
이온 플레이트에 의해 전리된 공기 분자는 하전 입자화되어 있기 때문에 자석 파이프의 자력에 의해 로렌츠력을 받는다.
로렌츠력은 전자장 중의 운동하는 하전입자가 받는 힘이며, 하전입자의 진행 방향과 직각방향으로 작용한다. 힘의 강도는 자속밀도, 하전입자속도, 전하량에 각각 비례한다.
연소용 공기흡기관 내의 연소용 공기의 기류상태를 고찰하면, 연소용 공기흡기관의 내벽의 표면에 접하는 기류는 기체의 점성에 따라서 그 유속은 0으로 된다. 그러나, 표면으로부터 조금 떨어지면 유속은 상당히 빨라진다. 그 때문에, 표면으로부터 조금 떨어진 부위에서는 유속이 급격하게 변화되는 곳이 발생한다. 이 속도변화가 큰 부위를 경계층이라고 부르고, 기류의 정체나 난류 등의 발생에 의해 기류속도가 저하하기 때문에 흡기효율의 감소 원인으로 되고 있다.
이 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치의 자석 파이프의 극성을 기류방향에 대하여, 상류부를 S극으로 하고 하류부를 N극으로 하면, 정으로 대전된 하전입자는 로렌츠력에 의해 연소용 공기흡기관의 중심부에서 외주방향을 향해서 힘이 발생한다.
정으로 대전된 공기 분자는 수소이온(H+)이나 암모늄이온(NH3 +)이 주체이고, 로렌츠력과 기류속도의 벡터 합성력에 의해 나선운동을 그리면서 연소용 공기흡기관의 내부의 경계층에 속도성분을 부여한다.
반대로, 부로 대전된 공기 분자에는 프리 라디칼 산소(O-), 슈퍼옥사이드(super oxide)(O2 -), 일중항 산소(1O-) 등의 활성산소와 질산 분자핵이온(NO3 -nH2O)이 함유되어 있다. 그리고 정으로 대전된 공기 분자와는 반대로 로렌츠력에 의해 연소용 공기흡기관의 중앙부에 집중하는 기류로 된다.
이 현상에 의해 전리된 연소용 공기 분자는 연소용 공기흡기관 내를 하전의 극성에 의해 도넛형상으로 분류되어 흐르기 때문에, 하전의 정부분자 상호간의 전기적 중화에 의한 소멸이나, 연소에 불가결한 산소분자가 분류에 의해 연소용 공기 흡기관의 내벽과의 마찰의 영향이 적어지는 동시에, 분류에 의해 각각 동극의 하전입자로 분리되는 결과, 상호의 전기적 반발력에 의해 기체분자의 집단이 이산되어서 기체점성이 저하된다. 이러한 효과에 의해, 흡기효율이나 연소효율이 향상된다.
탄화수소(CnHm)계 연료는 산화반응(연소)에 의해 열량을 방출하는 동시에 무해한 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 변환된다.
자동차용 가솔린 엔진의 경우, 배기가스 중에 함유되는 유해물질은 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 등이 대표적인 것이고, 그 발생 원인은 일산화탄소(CO)에 대해서는 산소 공급량의 부족에 의한 경우가 많고, 충분한 산소가 있을 경우에는 이산화탄소(CO2)로 되어서 무해화된다. 또한, 탄화수소(HC)에 대해서는 연료의 탄화수소(CnHm)가 산화반응의 도중에 저분자화된 상태 그대로 불완전 연소에 의해 배출된 것이다. 또한, 질소산화물(NOx)에 대해서는 상기 조건과는 전혀 다르고, 연료가 고온고압 하에서 연소됨으로써 본래 반응이 곤란한 공기 중의 질소분자(N2)가 산소분자(O2)와 반응하여 주로 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2) 등의 유해물질로 된다.
질소산화물(NOx)의 생성 반응은
N2 + O2 → 2NO
N2 + 2O2 → 2NO2
가 대표적인 것으로, 특히 이산화질소(NO2)는 독성이 강하다.
본 발명의 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치는 산화반응(연소)에 필요한 산소분자(O2)를 α선이나 β선에 의해 프리 라디칼 산소(O-), 슈퍼옥사이드(O2-), 일중항 산소(1O-) 등의 강력한 산화력을 가진 활성산소로 변환시켜서 연소효율을 향상시키는 동시에, 상호 분자간의 전기적 반발력에 의해 공기 분자의 집단을 세분화하여 흡기효율을 향상시킨다.
그 결과, 연소부의 산소부족이나 불완전 연소가 해소됨으로써, 일산화탄소(CO)나 탄화수소(HC)의 배출량을 억제할 수 있다.
질소산화물(NOx)에 관해서는, 연소용 공기 중의 질소분자(N2)나 산소분자(O2)가 α선이나 β선에 의해 전리(이온화)된 결과, 다른 이온 화합물의 분자로 변환되어 있기 때문에, 상기 질소산화물 생성반응이 성립할 확률이 저하됨으로써 배출량이 억제된다.
이상의 이유에 의해 배기가스 정화가 개선된다.
이하, 본 발명의 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다.
실시예 1
도 1~도 6에 본 발명의 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치의 하나의 실시예를 나타낸다.
이 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치는 탄화수소계 연료를 대상으로 하고, 방사성 원소의 α선이나 β선의 방출에 의해 연소용 공기의 개질을 행하고, 연비개선, 배기가스 정화를 목적으로 하는 것으로, 도 1 및 도 2에 나타나 있는 바와 같이 연소용 공기흡기관(8) 내에 장착할 수 있도록 원통형상 케이싱(1), 원통 지지 스프링(2), 이온 플레이트(3), 자석 파이프(4) 및 자석 파이프 지지기구(5)로 그 주요부가 구성되어 있다.
이 실시예는 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치의 장착부위가 약 80mm인 자동차용 가솔린 엔진의 연소용 공기흡기관(8)을 대상으로 한 것이다.
원통형상 케이싱(1)은 도 3에 나타낸 이온 플레이트(3)를 부착하기 위한 지지체이고, 그 재질은 비자성과 내구성을 고려하여 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 스테인레스제의 스프링 강판을 사용하고, 이온 플레이트(3)를 부착하기 위한 부착구멍 및 이온 플레이트(3)를 관통시키기 위한 긴직사각형의 구멍을 등 피치로 형성하도록 한다.
원통형상 케이싱(1)에 대한 이온 플레이트(3)의 부착 피치는 연소용 공기의 통과량과 이온 플레이트(3)의 설치 매수 등에 따라서 증감하지만, 본 실시예에서는 특별히 한정하는 것은 아니지만 원통형상 케이싱(1)의 직경을 50mm, 길이를 60mm으로 하고, 이온 플레이트(3)의 설치 매수는 8장으로 하고 있다.
원통형상 케이싱(1)에 이온 플레이트(3)를 부착하는 수단으로는 부착구멍(6-1)에 볼트에 의해 조이는 수단 등이 고려되지만, 느슨함에 의한 탈락을 방지하기 위해서 원통형상 케이싱(1)과, 이온 플레이트(3) 외에 원통 지지 스프링(2), 자석 파이프(4) 및 자석 파이프 지지기구(5)를 전부 리벳에 의한 고정방식으로 행할 수도 있다.
또한, 고정방식으로는 그 밖에 스폿용접 등도 고려되지만, 고정방식은 이들 방식에 한정되지 않고 임의의 방식을 채용할 수 있다.
이온 플레이트(3)는 특별히 한정하는 것은 아니지만 도 3에 나타나 있는 바와 같은 부착방법을 고려한 형상으로 형성하도록 하고, 폭방향의 치수를 40mm, 높이방향의 치수를 25mm, 두께를 0.8mm로 설정하도록 하고 있다.
이 이온 플레이트(3)는 기판(6)으로 알루미늄판을 사용하고, 이 알루미늄판의 표면에 박층형상을 이루도록 접착제를 도포하고, 이 접착제에 의한 접착층의 표면이 경화하는 전단계에서 접착층의 상면으로부터 상기 미분을 뿌려서 알루미늄판의 표면에 접착층을 통해서 방사성 천연광물 분말(7)을 고밀도로 정착하는 방법을 사용함으로써, 알루미늄판의 양면에 방사성 천연광물 분말(7)을 정착하도록 하고 있다.
이 이온 플레이트(3)를 원통형상 케이싱(1)에 부착하면, 이온 플레이트(3)는 원통형상 케이싱(1)의 중심을 기점으로 하여 방사형상으로 배치되고, 그 일부는 원통형상 케이싱(1)으로부터 돌출된다.
이와 같이 이온 플레이트(3)를 설치한 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치를 연소계의 연소용 공기흡기관(8)에 장착하면, 연소용 공기의 기류는 각각의 이온 플레이트(3)에 끼워져 있었던 공간을 통과한다.
이 공간은 이온 플레이트(3)의 양면에 정착된 방사성 천연광물 분말(7)이 방 출하는 α선이나 β선의 최대 영역이며, 특히 비정거리가 짧은 α선의 효과를 얻기 위해서는 매우 효과적이다.
원통형상 케이싱(1)의 중앙부에는 원통형상 케이싱(1)에 대하여 자석 파이프 지지기구(5)에 의해 자석 파이프(4)의 양단부(4-1)가 고정된다.
이 자석 파이프(4)의 내부에는 도 5에 나타나 있는 바와 같이 자석으로서의 희토류 자석(9)이 요크(10)를 통해서 밀접되어 있다.
본 실시예에서는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 직경이 6mm이고 길이가 10mm인 원주형상의 희토류 자석(9) 3개와 투자력이 큰 순철제의 직경이 6mm이고 두께가 2mm인 요크(10) 2장으로 구성된 자석 요소를 채용하였다.
목적으로 하고 있는 로렌츠력을 효과적으로 얻기 위해서는, 자력선을 자석 파이프(4)의 외부로 방출시키는 동시에, 연소용 공기의 기류방향으로 자력선의 방향을 가지런히 정돈하지 않으면 안된다.
그래서, 도 6에 나타나 있는 바와 같이 희토류 자석(9)은 요크(10)를 통하여 서로 반발하도록 배치하여, 그 반발 자계에 의해 자속을 자석 파이프(4)의 외부방향으로 방출하도록 하는 동시에, 자속 밀도를 2배로 높이도록 하였다.
희토류 자석(9)의 단체 자력은 0.4T(Tesula)를 사용하였지만, 이번의 실제 측정에서는 자석 파이프(4)의 표면자력은 0.75T이었다.
자석 파이프(4)의 양단부(4-1)는 도 4에 나타나 있는 바와 같이 가압 성형에 의해 평판형상으로 가공하였다.
이것에 의해, 자석 파이프(4)를 자석 파이프 지지기구(5)에 용이하게 고정할 수 있고, 또한 연소용 공기흡기관(8)에 장착했을 때 연소용 공기의 기류에 의한 마찰저항을 경감시킬 수 있다.
원통형상 케이싱(1)의 외주부에는 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치를 연소용 공기흡기관(8)의 내부에 장착하기 위한 수단으로서 원통 지지 스프링(2)이 설치되도록 되어 있다.
자동차를 예로 들면, 연소용 공기흡기관(8)은 가솔린차, 디젤차의 차종, 엔진의 배기량 등에 따라 다르기 때문에 어느 정도의 연소용 공기흡기관의 사이즈의 차이에 대응할 수 있도록 한 동시에 용이하게 장착할 수 있는 것이 바람직하다.
그래서, 본 실시예에서는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 도 1에 나타나 있는 바와 같이 원통 지지 스프링(2)을 원통형상 케이싱(1)의 외주 접선방향으로 120도의 각도로 3곳에 설치하도록 하였다.
그리고, 도 2에 나타나 있는 바와 같이 연소용 공기흡기관(8)에 이 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치를 장착함으로써, 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치는 원통 지지 스프링(2)의 반발력에 의해 연소용 공기흡기관(8)의 내부에서 동심원을 그리도록 장착되기 때문에 장착위치가 치우치는 일이 없고, 이 때문에 연소용 공기의 기류는 이온 플레이트(3)에 끼워진 공간을 균일하게 흐르기 때문에 α선이나 β선에 의한 연소용 공기의 전리(이온화)와 자석 파이프(4)의 로렌츠력에 의해 연소용 공기의 개질이 행해져서 연소효율의 향상과 배기가스 정화촉진의 효과가 향상된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 이 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치는 자 동차, 보일러, 온수기 등의 중유, 경유, 가솔린, LPG 가스 등의 탄화수소계 연료를 사용하는 연소기기에 있어서, 이온 플레이트(3)에 정착한 방사성 천연광물의 방사성 원소가 방출하는 α선이나 β선을 연소용 공기에 조사하여 그 공기 분자를 전리시켜 산소분자(O2)를 프리 라디칼 산소(0-)로 변환하고, 연소 시의 산소분자 해리에너지를 불필요하게 함으로써 연소열량을 증대시키고, 또한 산화의 활성력이 강한 활성산소의 슈퍼옥사이드(O2 -), 일중항 산소(10-) 등으로 변환시킴으로써 연소시의 산화반응(연소)을 향상시킬 수 있다.
또한, 자석 파이프(4)의 자력에 의해 전리된 공기 분자에 로렌츠력을 가하여, 정전하를 가진 수소이온(H+)이나 암모늄이온(NH3 +)과 부전하를 가진 활성산소(O-), (O2 -), (1O-) 등을 분류시킨다. 로렌츠력에 의해 정전하 입자는 연소용 공기흡기관의 중심부로부터 외주방향으로 나선운동을 그리면서 연소용 공기흡기관의 내벽부 표면에 발생하여 있는 경계층에 속도성분을 가하여 흡기효율을 개선시킨다. 부전하입자에는 연소에 필요한 산소가 함유되어 있고 정전하 입자와는 반대의 로렌츠력을 받기 때문에 연소용 공기흡기관의 중앙부에 집중하는 기류를 형성한다. 전리된 연소용 공기 분자는 연소용 공기흡기관 내를 하전 극성에 따라 분류되기 때문에, 전기적 중화에 의한 소멸이나 연소에 불가결한 산소원자나 분자가 연소용 공기흡기관의 중앙부를 흐르는 결과, 연소용 공기흡기관의 내벽과의 마찰의 영향이 적 어져서 효과의 저감을 막을 수 있다. 공기 분자의 전리에 의한 분류는 동 극의 원자나 분자 상호간의 전기적 반발에 의해 기체분자 집단의 결합이 해리되어, 기체점성이 저하됨으로써 흡기효율의 향상이 이루어져서, 연소효율이 향상되는 동시에 배기가스의 정화가 촉진된다.
보다 구체적인 실시예로서 폭스바겐 베틀 2.0 A4 2D 승용차 총 배기량 1984cc 아이들링 회전수 800rpm 참고차량 중량 1439kg의 가솔린차를 테스트 대상차로 하여 시가지 주행과 고속도로 주행으로 나누어서 연료 소비 테스트(테스트 환경: 기온 24.7℃, 상대 습도 38.1%, 사용 연료: 무연 95 가솔린)를 행하였다.
그 결과, 시가지 주행에서는 본 발명에 의한 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치의 장착 전의 주행거리 10.13km/ℓ에 대해서, 장착 후는 11.32km/ℓ의 결과를 얻었다.
고속도로 주행에서는 본 발명에 의한 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치의 장착 전의 주행거리 14.62km/ℓ에 대해서, 장착 후는 16.89km/ℓ의 결과를 얻었다.
또한 배기가스의 계측을 도요타 GX90 가솔린차의 아이들링 상태에서 JIS K0104, JIS D1030 및 JIS D1028에 기초하여 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC) 및 일산화탄소(CO)의 배출량을 계측하였다.
그 결과, 본 발명에 의한 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치의 장착 전의 NO2의 배출량 11.0vo1.ppm에 대해서 장착 후는 8.0vo1.ppm이고, 동 HC가 11.9%에 대 해서 장착 후는 5.89%이고, 동 CO가 120.0vo1.ppm에 대해서 장착 후는 80.0vo1.ppm으로 각각 감소하였다.
또한, 닛산 KC-AKP66ER 디젤차의 아이들링 상태에서 상기의 계측방법에 의해 더스트 농도, 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC) 및 일산화탄소(CO)의 배출량을 계측하였다.
그 결과, 본 발명에 의한 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치 장착 전의 더스트 농도가 0959g/N㎥에 대하여 장착 후는 0.752g/gN㎥이고, 동 NO2의 배출량이 14.0vo1.ppm에 대하여 장착 후는 6.0vo1.ppm이고, 동 HC이 5.88%에 대하여 장착 후는 4.7%이고, 동 CO가 127.0vo1.ppm에 대하여 장착 후는 114Ovo1.ppm으로 각각 감소하였다.
상기 계측결과에 의해, 본 발명의 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치는 연소효율의 개선에 의한 연비절감 효과와 함께 배기가스의 정화촉진 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명의 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치에 대해서 그 실시예 에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 기재한 구성에 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적당하게 그 구성을 변경할 수 있다.
본 발명의 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치는 탄화수소계 연료를 사용하는 연소 기기의 연소효율의 향상 및 배기가스의 정화 개선의 효과를 높일 수 있 기 때문에, 자동차, 보일러, 온수기 등의 중유, 경유, 가솔린, LPG 가스 등의 탄화수소계 연료를 사용하는 연소기기에 널리 적용할 수 있다.

Claims (3)

  1. 비자성 금속제의 원통형상 케이싱에 방사성 천연광물 분말을 정착한 복수의 이온 플레이트를 방사형상으로 장착하고, 내부에 자석을 설치한 비자성 금속 파이프제의 자석 파이프를 상기 원통형상 케이싱의 중앙부에 설치한 것을 특징으로 하는 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치.
  2. 제1항에 있어서, 이온 플레이트 및 자석 파이프를 장착한 원통형상 케이싱에 상기 원통형상 케이싱의 접선방향으로 스프링기능을 가진 복수의 원통 지지 스프링을 장착한 것을 특징으로 하는 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 자석 파이프는 각각 동일 자극을 요크에 밀접시킨 복수의 자석 및 요크를 내장하고, 자석 파이프의 양단부는 평판형상의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 탄화수소계 연료의 연소상태 개선장치.
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