KR20090105200A - 내연기관 옥소늄 수소가스 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관 연소실에서 불완전 연소한 배기가스가 생성될 때 이것이 연소실을 빠져나가기 전에 신속하게 완전 연소를 시켜서 연료로부터 열에너지를 충분히 뽑아내고 그 결과로 저공해의 배기가스를 배출할 수 있도록 하는 조연제인 수소가스를 공급하고 발화시키는 장치에 관한 것으로, 이를 좀 더 구체적으로 설명하면 옥소늄 용액 내에 물분자와 배위결합형태로 결합된 수소이온을 연소실로 공급하여서 연소가스의 고온 고압상태에서 수소가스 형태로 분리하여 즉시 발화시키므로써 수소가 연소를 할 때 같은 연소실 내의 연료가 완전 연소되도록 제안한 것이다.

본 발명의 전체적인 구성은 별도의 공정에서 전기분해조를 이용하여 옥소늄 용액을 생성하고 이를 내연기관에 공급할 수 있도록 결합시킨 용액통 고정 브라켓과; 상기 용액통에 담긴 옥소늄 용액을 연소실로 공급하기위한 배선 회로와; 옥소늄 용액을 공기와 혼합하는 옥소늄 증기발생 장치와; 옥소늄 증기와 연소용 공기를 섞는 비율을 조정하기위한 증기 흡입량 조절밸브와; 옥소늄 증기를 내연기관의 연소실로 흡기하여 주는 적정한 부압 인가장치와 연소 후에 지속적으로 흡기와 배기 행정이 수행되는 내연기관 연소 콘트롤 루프에 의해 통합 제어하기 위한 시스템으로 구성된 수소가스 공급장치이다.

옥소늄 수소가스 발생기

Description

내연기관 옥소늄 수소가스 공급 장치{Internal Combustion Engine Oxonium Hydrogen Gas Supplier}

본 발명은 수소가스를 내연기관 연소실에 공급하여서 연소중인 연료를 수소와 함

께 연소시키므로서 기존의 석유연료가 내연기관에 있어서 증발연소 만을 하는데 그

치지않고, 그 내부에서 발생한 수소가 발화하여 일으키는 확산연소 과정을 더하므

로서 연소를 촉진시키는 조연제 특성을 적용한 구조로서 옥소늄 가스를 내연기관에

광범위하게 사용할 수 있도록 제안된 것이다.

본 발명을 위한 배경기술은 다음과 같다.

여기서 옥소늄 가스의 구성을 설명하면, 물에 ‘수소이온 H+’이 용해되어 결합된 수용액인 H3O+ 분자식을 갖는 옥소늄 이온 용액에다가 외부의 공기 등의 에너지를 주입하여서 증발효과에 의한 증기상의 가스를 발생시켰을 때 이를 옥소늄 가스라 하며 물로부터 나온 수증기에 수소이온이 결합되어 있는 것이다.

옥소늄 이온용액은 물분자에 배위결합한 수소이온의 양성자로 인하여 플러스 전하를 갖고있기에 수용액에서 수소이온이 요구되는 화학반응에 적용되는 용도로만 알 려져왔는데 이를 증기상으로 변화시켜서 옥소늄 증기를 고온 고압의 상태에서 수소가스를 발생시키는 성질이 있다는 것은 알려져있지 않아서 증발에 의한 발생한 옥소늄가스의 용도는 사용되지 않고있다.

옥소늄 가스가 내연기관의 연소실에서 고열의 연소가스에 의해 열분해가 되면 수소가스로 분리될 수있으며 이 현상은 통상의 물에 전기분해 작용 때 발생하는 브라운가스 발생 과정에서 수소가스가 발생하는 것과 동일한 효과를 발생시키는 것은 알려져있지 않아서 그 적용이 사용되지않고 있으며, 또한 브라운 가스 발생시에 수소와 함께 산소가스가 발생하는 것과는 달리 옥소늄 가스의 열분해에서는 산소가스가 없이 오직 수소가스만이 발생하고 있기에 브라운 가스와 다른 특성을 갖는 것이 알려져있지 않아서 내연기관의 연소 과정에 사용되지 않고있다.

브라운가스가 내연기관 연소실에 공급되면 연소실에 상존하는 발화 스파크에 의해 자체의 수소와 산소가 서로 반응하며 자연 연소하면서 폭발지속시간 백만분의 44초 동안에 압력 최고치 0.5MPa 에 이르자마자 즉시 내폭과 동시에 수소분자H2 1몰당 40 KJoul 의 기화열을 내놓게 되어서 수소연료의 연소에너지로서 효과를 발생시키는 것은 잘알려져 있는데 반하여, 옥소늄 가스가 연소실에서 발생하면 단지 수소가스만 발생하기에 이미 연소실 내에 존재하는 배기가스 중의 산소가스와 반응을 하여서 브라운가스와 같은 연소반응을 하여서 만일 0.1g의 수소분자가 연소되는 경우 40KJ x 0.1 x 6x1023 의 에너지를 발생시키며 배기가스 내의 산소분자만이 아니라 기타의 탄화수소와 일산화탄소, 질소화합물의 완전연소를 촉진시키며 배기가스의 배출량을 절감시키는 사실은 알려져 있지않아서 내연기관 배기가스 억제재로는 사 용하지 않아 왔다.

등록특허 10-0378851 “열핵반응 특성을 이용한 브라운가스 발열장치”에서는 종전의 화석연료 대신에 청정연료인 브라운가스를 연료로 사용하는 발열장치에 관한 것이다. 브라운가스는 주지하는 바와같이 물의 전기분해 방식에 의해 생산되는 수소와 산소가 2 : 1의 혼합비로 혼합된 혼합가스를 말하며 브라운가스만의 4대특성 즉 ①완전무공해 특성, ②완전연소특성, ③임플로젼(Implosion)특성, ④열핵반응특성 등을 가지고 있는 아주 이상적인 연료로서 완전연소 조건을 갖추고 있는 청정연료 발열 장치이다. 그러나 이 장치는 브라운가스를 즉시 발생원으로서 전기분해조를 갖추고 전기를 통전하는 회로설비를 갖추어야하는 사전 준비가 요구된다.

그러므로 전기분해의 공정이 없이도 수소가스를 발생시켜서 열핵반응특성을 보여주는 간편하고 안전한 수소가스 공급용 옥소늄 가스용액이 필요하다고 하겠다.

또한 브라운가스의 열반응의 속도가 여타의 연료에 비해 수백 수천배 빠른 특성으로 인해 대량의 발열장치에는 역화방지 회로가 필수적으로 요구되며 역화는 방지하더라도 소화가 되므로 연소작용이 중지된다는 운용의 제한이 있는데 이러한 반응의 속도를 늦추어서 기존의 내연기관에 간단하게 추가하는 회로만을 부착시켜서 내연기관의 열핵반응을 촉진하고 역화현상을 방지하는 옥소늄 가스용액 공급장치가 필요하다고 할수있다.

등록특허 10-0377912-0000 “브라운가스 역화방지 장치Flowing backward protecting apparatus of Brown gas” 에서는 브라운가스 발생기에서 대량으로 생산되는 브라운가스를 가열로, 보일러 등의 연료로 사용할 때 버너측으로부터 역진 하는 화염을 차단하기 위한 브라운가스 역화방지장치에 관한 것으로서 브라운가스에서만 발생되는 임프로젼(Implosion) 특성을 수밀식 역화방지 원리에 적용한 구조를 갖추어 사용도중에 역화되는 화염을 효과적으로 차단하여 브라운가스를 일반산업이나 난방용 보일러의 연료로서 광범위하게 사용할 수 있도록 제안된 것이다.

그러나 이 기술은 역화를 방지하기위해 후렛쉬 백 어레스터 등의 감지장치가 요구되고 가스 중의 수분을 제거하는 회로가 요구되는 등 복잡한 사전 장치가 설치되어야 하는 문제가 있으므로 이런 설비없이 역화를 방지하는 수소가스의 공급장치가 요구되고 있다.

공고실용신안20-0203330 “물가스 맥반석 가열로의 구조”에서는 가열로의 벽판을 얇은 판재형상으로 하여 브라운가스에 의해 직화되어 1000℃ 이상으로 가열된 발열부로부터 간접 열을 받아 가열되도록 구성된 브라운가스 맥반석 가열로의 구조에 관한 것으로서, 특히 가열로에서 일반적으로 필요로 하는 연소용 공기투입구와 굴뚝이 필요 없는 반밀폐 형태의 가열로로서 벽판을 블록이 아닌 얇은 맥반석 판재를 사용하여 가열로의 승온시간을 획기적으로 단축할 수 있도록 한 물가스 맥반석 가열로의 구조를 제공하는데 있다. 본 고안은 상기 브라운가스의 4대 특성이 적용되는 가스 연소실에서 고온의 물분자가 적외선을 흡수하면서 이온화되고 재연소하는 연속사이클에 의해 막대한 열을 발생하는 에너지 창출장치를 개발하게 된 것이다.

그러나 이 방법은 적외선이 방출되기위해 1000 도가 넘는 발열장치가 사전에 가동되어야 하는 조건이 요구되고있다. 그리고 수소분자의 열핵반응을 촉진하기위해 사전에 역화방지 회로를 설치하지 않고서도 간편하면서 안전하게 연소반응을 일으킬 수있는 장치가 필요하며 사전의 발열장치를 통한 적외선의 방출 과정을 하지않고서도 기존의 내연기관을 통해서 연소실내에서 수소가스가 생성되며 발화하는 조건이 충족되는 자연스럽고 지속적인 연소촉진 과정의 실현을 발명하고자 한다.

본 발명은 상기의 여러가지 사정을 감안해서 제안하기에 이른 것으로서 전기분해를 통한 브라운가스발생 공정을 별도로 분리하여서 옥소늄 용액 통으로 대체하여 옥소늄 증기 상으로 수소가스를 공급하기로 한다. 이를 위해 옥소늄 충전용액에서 증기발생 공정을 인가하여서 수소이온이 결합된 옥소늄 증기를 발생시키고, 이를 고압의 연소실에 투입하여서 기존의 석유연료의 발화공정에 투입하여 여기서 발생하는 고열에 의해 수소분자를 분해하고 이와 동시에 역시 실린더 내의 고열에 의해 산소분자와 결합하는 내폭(Implosion) 공정을 형성하므로서 실린더 내의 연료를 완전하게 연소하는 조연제의 역할을 하도록 제안한 옥소늄 증기가스 발생장치를 제안한다.

본 발명의 다른 목적은 연료와 옥소늄 증기가스의 혼합비를 조절하기위한 증기발생 압력의 조절방법에 관한 것으로서 외부의 공기유입에 의한 옥소늄 증기 기포발생량 조절을 위한 외부공기 조절밸브의 설치와 옥소늄 증기 유입량과 연료의 혼합비를 조절하는 내부 증기 조절밸브 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 수소이온의 양성자가 물분자에 배위결합을 한 옥소늄 용액에 대하여 적절한 외부에너지를 공급하여서 수소가스 분자와 물분자를 생성하는 화학적 가역반응을 제공하면서 이 과정의 옥소늄 용액 내의 수소이온이 증기상의 액 체로부터 열분해되어서 수소가스 상으로 변화할 때 흡열에너지 반응을 하고 이로써 생성된 수소가스가 발화열에 의하여 산소와 결합하여 물분자와 산소로 화학반응을 할 때 폭발 지속시간이 백만분의 44초 이내에 열핵반응을 일으키며 기화열을 내놓는 발열에너지 반응을 하는 과정에서 연료의 연소를 촉진하는 장치에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전체적인 구성은 옥소늄 용액을 생성하여서 이를 내연기관에 공급할 수 있도록 결합시킨 용액통 고정 브라켓과; 상기 용액통에 담긴 옥소늄 용액을 연소실로 공급하기위한 배선 회로와; 옥소늄 용액을 공기와 혼합하는 옥소늄 증기발생 장치와; 옥소늄 증기와 연소용 공기를 섞는 비율을 조정하기위한 증기 흡입량 조절밸브와; 옥소늄 증기를 내연기관의 연소실로 흡기하여 주는 적정한 부압 인가장치와 연소 후에 지속적으로 흡기와 배기 행정이 수행되는 내연기관 연소 콘트롤 루프에 의해 통합 제어하기 위한 시스템으로 구성된 수소가스 공급장치이다

상기와 같이 본 발명은 옥소늄가스를 내연기관 연소실에 공급하여서 내연기관의 엔진의 행정기간동안 미처 연소하지 못하고 불완전 연소한 연료를 배기가스 형태로 배출하는 현상을 현저하게 개선하여서 행정사이클 기간내에 연료를 완전연소시켜서 연료의 연소에너지를 충분히 뽑아내주어 내연기관의 출력을 향상시키고 배기가스 배출을 억제한다. 또한 기존의 내연기관에 설치한 브라운가스 발생기에서 필수적으 로 장착되던 전기분해조 시설을 분리하여 별도의 생산공정을 통해 수소가스 충전용액을 제공하므로서 보다 간편한 설비의 구축이 가능해졌으며 그간 수소가스를 취급하는데 상당한 위험요소가 상존하던 것을 수용액 상에 보관하기에 안전한 수소가스 공급이 되도록 하고 수소가스를 내연기관에 공급할 때 문제가 되던 역화현상을 제거한 안정적인 수소가스 공급 장치로서 유용한 발명인 것이다.

이하 본 발명의 일실시예 및 이로부터 얻게되는 특유의 효과 등에 대하여 첨부 도1

과 도면2 을 이용하여 상세히 설명하면 하기와같다.

이하 본 발명의 실시예의 화학반응식을 상세히 설명하면 다음과 같다.

2H3O+[Liquid]<- -> H2[Gas] + 2H2O[Gas] - Q[Energy]

옥소늄 수용액은 수소분자가 물분자에 하나 더 추가된 배위결합의 형태를 갖는데 이는 외부 유입 공기에 의한 기포효과에 의해 옥소늄 증기의 형태를 취하는데 상의 변화는 없다. 이 옥소늄 증기가 연소실에 들어가면 고온 고압의 열에너지 Q 가 흡수되어 수소가스 H2 와 수증기 H2O 로 상변화를 한다. 상변화로 인해 수소가스가 발생하지만 이는 연소실내에 발생한 산소와 결합하여 내폭현상과 함께 발화하여서 확산연소를 하게되고 이로 인하여 연소실 내의 불완전 연소한 연료는 완전하게 연소하게 된다. 이 공정은 경유 연료가 1/100 내지 1/500 초 이내에 연소하는데 비하여 수소가스의 열핵반응은 백만분의 44초 이내에 이뤄지게 되므로 연료의 연소가 완전하게 되도록 도와주게 된다.

이 반응의 결과로 수소가스 한 개 분자와 두개 분자의 수증기가 발생하고 연소실의 연소열은 다시 흡열반응하므로 온도가 저하되는 효과가 있다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

전체적인 구성은 별도의 공정을 통해서 옥소늄 충전용액을 생성하는 전기분해조(도 1의 1, 2) 설비와 옥소늄수용액(도1의 3)으로 이뤄지며 생성된 옥소늄 용액을 내연기관의 연소실에 전달하고 그곳에서 연료와 옥소늄 가스가 혼합되어서 수소가스의 발화로 인해 열핵반응을 거친후 배기가스를 배출하는 배기구로 구성된 것이다.

상기 구성중 옥소늄 용액 충전을 위한 구성은 여러대의 전기분해조(1, 2) 에 전압을 인가하여 발생하는 수소가스를 포집하기위한 수용액통(3) 을 갖추고 발생한 수소가스가 목적하는 수용액 통(3)으로 이동하는 기동력을 발생시키는 기포 발생풍로(10) 와 기포튜브(11)을 갖추고 수소가스가 이동할 경로를 튜브(12)로 연결하고 인접한 통을 튜브로 연결해서 기체의 통기경로를 확보하는 경로선(13, 23) 을 구성하여 상기의 구성중 전해조(1, 2) 의 구성을 마이너스 - 전압단자(4) 와 전압연결선(15) 전극 연결핀(6, 8) 과 플러스 + 전압단자(17) 전극을 전해조 수용액에 전달하는 리드선(7, 9, 21, 22)으로 구성되어서 전압의 인가와 함께 전해조에서 수소가스가 발생하도록 이뤄진 것이다.

또한 상기의 전해조에서 수소가스가 발생하여서 전해조 수용액에 포집된 것은 기체 형태로 수용액 바깥에 잘 발생되도록 외부 공기를 유입하여 수용액에 와류로 인한 힘있는 기포를 발생시키는 튜브를 통해 발생시키고 있으며 전체 전해조의 수소가스가 목적하는 통(3) 수용액에 잘 녹을 수있도록 장착한 구성을 하며 수소가스 유입으로 인하여 Ph 5 ~ 6 의 저산도 용액을 제조하는 공정으로 이뤄지며 이 공정은 1리터 이내의 물에 약 50분에서 60분 간의 수소가스가 충만해지도록 공급한다.

상기 구성중 도 2에서 옥소늄 가스 발생기(1)의 구성은 외부의 공기를 공급하는 통기구(2)와 내연기관 연소실에서 발생한 흡기 부압을 전달하는 통로(3)를 가진 옥소늄 가스발생기로 형성하고 이는 내연기관의 부압이 연결되는 결속부(5) 와 연결되고 이때 적정한 부압이 유지되도록 하여 과도한 옥소늄 가스가 공급되는 것을 미연에 방지하는 체크조절밸브(4)로 형성된다. 이때 공급된 옥소늄 가스는 부압이 걸리는 연결통에서 연소용 공기와 혼합되어 흡기다기관(7)에 이동되고 이 옥소늄과 공기 혼합가스는 내연기관(8) 의 흡기행정때 흡기밸브(9)를 통하여 연소실(10) 로 공급되며 이곳에서 연료탱크(12) 로부터 연료가 연료조절밸브(11)에 의햐여 연소실(10) 로 들어와서 옥소늄 공기혼합가스와 섞여 발화되며 이때 발생하는 수소가스에 의해 열핵반응이 일어난다.

내연기관의 연소실에서 옥소늄가스와 연료가 열핵반응을 일으키면서 수소의 발화시 수소분자당 57.7Kcal/mol 의 열에너지를 내놓게 된다. 수소의 열에너지는 연소실에서 신속하게 연료 발화공정에 전달되어서 연료의 연소를 도와주게 되는데 경유의 평균 연소시간보다 최대 200 여배 빠른 속도로 연소되기에 경유연료의 불완전 연소를 완전연소로 바꿔주는 역할을 한다.

도면1 옥쇼늄 수용액 제조공정

도면2 옥쇼늄 가스 공급장치

Claims (4)

1. 옥소늄 용액통에 외부 공기 유입회로를 설치하여서 수용액 내에서 옥소늄 증기가

   발생하여 이를 내연기관 연소실로 공급하여 발화할수 있도록 하는 용액통의 설치와

   증기관 연결회로의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서 공급되는 옥소늄 가스로 인하여 내연기관 금속재질의 산화 현상을

   미연에 방지하도록 Ph 5 ~ 6 사이의 저산도 옥소늄 용액을 제조하도록

   전기분해조(1, 2)를 설치하여서 전기분해의 결과 수소가스가 수용액에 잘 용해되도

   록 하는 튜브연결관(10, 12, 18)의 구성 및 이를 적절한 시간동안 용해시키므로서

   포화된 옥소늄 용액통(3) 의 제조방법
3. 제1항에 있어서, 상기 용액통에 내연기관으로부터 발생하는 부압을 인가하는 진공

   호스부(5) 와 부압의 세기를 조절하는 체크조절밸브(4) 로 구성되며, 상기 부압에

   의해 외부 공기가 용액통으로 유입되며 유량을 조절할수 있도록하는 통기구노즐(2)

   의 설치와, 용액통에 유입된 공기가 옥소늄 용액 내에서 포말을 형성하며 용액속

   의 강한 와류로 인해 포말이 잘 발생하도록 공기 유입호스를 용액통 밑바닥에 깔려

   서 하단부에 늘어뜨려 설치한 옥소늄 증기가스 발생장치(1)
4. 옥소늄 증기가 내연기관의 부압이 크게 걸리는 공기 투입구 에 공기와 합류하도록

   직접 결선하는 회로의 설치()와, 공기와 혼합된 옥소늄 증기가 연소실린더에 투입

   되어서 연료와 혼재된 상태에서 액체에서 기체인 수소가스로 상변화를 일으킴과 동

   시에 산소와 결합하여서 열핵반응을 일으켜서 연료의 연소를 도와주는 옥소늄 증기

   가스 조연제 공급장치

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