KR20100118793A - 내연기관 연료유 분쇄장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관 연료유 분쇄장치를 개시한다.

본 발명은 내연기관의 연소실과 연결되어 연료유를 공급하는 연료관과; 상기 연료관의 외주면에 권회 구비되는 것으로 선택적으로 전류가 통전되는 것에 의해 전기장과 자기장으로 이루어진 전자계력을 발생시키는 유도코일과; 상기 유도코일의 단선과 과부하를 감지하는 감지기와; 상기 유도코일에 전류를 인가하는 것으로 설정된 주파수 대역폭을 반복하여 시변조 인가하는 공진 주파수 변환기를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성되는 본 발명은, 자기장과 전기장으로 이루어진 전자계력과 가변 주파수에 의한 공진을 이용하여 연료유에 포함된 슬러지 성분을 부분적으로 파괴해서 연료화함으로써 내연기관의 연소 효율의 향상과 연료 소모량을 절감시킬 수 있는 이점이 있다. 즉, 전자계력과 공진이라는 분자 교반(Molecure Agitation)을 가져오는 두 가지의 물리적인 힘에 의하여 선박 연료유에 포함된 슬러지을 미세하게 파괴시켜 연료화 함으로써 내연기관의 연소 효율을 높일 수 있는 것이다. 또한, 본 발명은 자기장을 생성하기 위한 장치를 연료유가 통과하여 흐르는 파이프 중간에 삽입시키거나 또는 영구 자석을 파이프 표면에 부착 시켜 하거나 하는 종래의 유사 장치와는 달리 처리될 연료유가 흐르는 파이프 외벽에 전기·자기장을 생성하기 위하여 한 그룹의 유도 코일 또는 복수의 유도 코일 그룹으로 간단히 감고, 설치된 전·자기장 발전 장치에 접속시키는 간소한 구조이므로 설치가 간편하고 유 지보수가 용이하며 경제적인 제작과 보급이 가능한 이점이 있다. 또한, 연료의 완전 연소를 유도하므로 엔진이 출력 향상과, 불완전 연소에 따른 오염물질의 배출을 감소시킬 수 있으므로 산업상 대단히 유용한 효과가 기대된다.

내연기관, 연료유, 전자계력, 주파수, 공진

Description

내연기관 연료유 분쇄장치{Fuel Pulverizing equipment}

본 발명은 선박 등에 적용되고 있는 내연기관의 연료유의 효율을 높일 수 있는 내연기관 연료유 분쇄장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방형파(square wave) 전류를 이용한 강한 전자 계력과 주파수 변조를 통한 공진을 이용하여 연료유를 구성하는 성분 중 슬러지을 분쇄시켜 미립화시킴으로써 산소와의 접촉을 활성화시켜 완전연소를 유도할 수 있는 내연기관 연료유 분쇄장치에 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 이루어지질 못하고, 배기 가스의 생성은 불완전연소에 의한 것이어서 내연기관의 사용수명 단축과 함께 출력저하 및 연비가 감소되는 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 제한적으로 사용되고 있으나, 선박 등과 같이 대형의 내연기관에는 적용이 곤란한 단점이 있었다.

즉, 선박을 추진하기 위한 주엔진 및 발전기용 엔진 등 내연기관의 연료유로 서 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 복합 다 분자 상태로 구성되어 있다. 이 연료유는 순간적인 폭발이 요구되는 내연 기관의 특성상 산소와의 접촉 지연으로 완전 연소를 어렵게 만든다. 특히나 내연 기관의 특성상 저속 회전과 고속 회전의 과부하 상태에서는 연료유의 10~20 % 는 에너지로서 활용되지 못하고 배기 가스로 외부 유출되고 있어 연료의 공급대비 출력이 낮은 문제점과 연료가 불완전 연소됨에 따라 환경오염물질을 배출하는 등의 문제점이 있었다. 또한, 불완전 연소에 의해서 엔진의 마모율이 높아져 소음은 커지고, 동시에 수명이 단축되는 문제점 등으로 유지비용이 증가 되는 등의 비효율적인 문제점이 있었던 것이다. 따라서, 연료유를 완전 연소시키기 위해서는 연료유의 분자구조를 변환시킴이 요구되며, 그 연료유가 이동되는 과정에서 분자구조를 변환시키는 영향을 주는 구조가 연료유가 흐르는 위치에 요구된다.

특히, 최근 들어 국제 유가의 계속적인 가파른 가격 상승으로 점점 더 각 선박 회사를 비롯한 모든 회사들은 더욱 경비를 줄이기 위해 불가피하게 질이 떨어진 연료유를 사용하는 경우가 증가 추세에 있으므로, 연료유의 효율을 높일 수 있는 기술 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 방형파( square wave) 전류를 이용한 전자 계력과 주파수 변조를 통한 공진을 복합 적용하여 연료유(중유·경유·디젤유)의 성분 중 10~20%의 슬러지 성분을 분쇄시켜 연료화시킴으로써 선박 등에 적용되고 있는 대형의 내연기관이 연료유의 효율을 개선시킬 수 있는 내연기관 연료유 분쇄장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내연기관 연료유 분쇄장치는 내연기관의 연소실과 연결되어 연료유를 공급하는 연료관과; 상기 연료관의 외주면에 권회 구비되는 것으로 선택적으로 전류가 통전되는 것에 의해 전기장과 자기장으로 이루어진 전자계력을 발생시키는 유도코일과; 상기 유도코일의 단선과 과부하를 감지하는 감지기와; 상기 유도코일에 전류를 인가하는 것으로 설정된 주파수 대역폭을 반복하여 시변조 인가하는 공진 주파수 변환기를 포함하여 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징으로서, 상기 연료탱크 또는 연료관 내에 구비되는 것으로 연료의 성분을 검출하여 공진 주파수 변환기로 신호를 인가하는 외부 센서를 더 포함하여 구성되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 공진 주파수 변환기는, 상기 유도코일에 인가되는 전류의 주파수를 가변하는 가변 주파수모듈과; 사용자로부터 조 작력을 입력받는 것으로 키패드를 포함하는 입력모듈과; 동작 상태를 화면 및 음향을 통해 표시하는 표시모듈과; 상기 주파수 변조모듈과 입력모듈 및 표시모듈 및 감지기 그리고 외부 센서와 와 전기적으로 연결되어 선택적으로 제어신호를 출력하는 제어모듈과; 상기 연료탱크 또는 연료관 내에 구비되는 것으로 연료의 성분을 검출하여 공진 주파수 변환기로 신호를 인가하는 외부 센서와; 상기 제어모듈로부터 제어신호를 인가받아 유도코일에 전류를 인가하는 전원공급모듈를 포함하여 구성되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 주파수 변환기는 100Hz~100,000 Hz의 대역폭을 갖는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 주파수 변환기는 전류의 방향을 초당 10~50번 변화시켜 유도코일에 인가하는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 전원공급모듈은 10~300Watt의 전력을 갖는 것에 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 내연기관 연료유 분쇄장치는, 자기장과 전기장으로 이루어진 전자계력과 가변 주파수에 의한 공진을 이용하여 연료유에 포함된 슬러지 성분을 부분적으로 파괴해서 연료화함으로써 내연기관의 연소 효율의 향상과 연료 소모량을 절감시킬 수 있는 이점이 있다.

즉, 전자계력과 공진이라는 분자 교반(Molecure Agitation)을 가져오는 두 가지의 물리적인 힘에 의하여 선박 연료유에 포함된 슬러지 인자를 미세하게 파괴시켜 연료화 함으로써 내연기관의 운영 효율을 높일 수 있는 것이다.

또한, 본 발명은 자기장을 생성하기 위한 장치를 연료유가 통과하여 흐르는 파이프 중간에 삽입시키거나 또는 영구 자석을 파이프 표면에 부착 시켜 하거나 하는 종래의 유사 장치와는 달리 처리될 연료유가 흐르는 파이프 외벽에 전기·자기장을 생성하기 위하여 한 그룹의 유도 코일 또는 복수의 유도 코일 그룹으로 간단히 감고, 설치된 전·자기장 발전 장치에 접속시키는 간소한 구조이므로 설치가 간편하고 유지보수가 용이하며 경제적인 제작과 보급이 가능한 이점이 있다.

또한, 연료의 완전 연소를 유도하므로 엔진의 출력 향상과, 불완전 연소에 따른 오염물질의 배출을 감소시킬 수 있으므로 산업상 대단히 유용한 효과가 기대된다.

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시스템의 개략적인 전체구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 변환장치의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 의해 연료관에 전자계력을 형성하는 상태를 보인 상태도이다.

이에 나타내 보인 바와 같이, 연료 탱크에 전·자기장된 연료유를 내연기관으로 공급하는 연료관(3)과, 이 연료관(3)의 외주연에 권회 구비되는 유도코일(5)과, 상기 유도코일(5)의 단선과 부하를 감지하는 감지기(7) 그리고 상기 유도코일(5)에 전류를 인가하는 것으로 설정된 주파수 대역폭을 반복하여 시변조 인가하는 공진 주파수 변환기(9)로 이루어진다.

유도코일(5)은 공진 주파수 변환기(9)로부터 시변조되는 전류를 인가받아 전자계력을 발생시키는 요소이다. 즉, 연료관(3)의 외주면에 권회 구비되는 유도코 일(5)은 전류가 인가되면 Ampere의 법칙에 의하여 자기장 (Magnetic Field )이 형성된다. 교류 법칙에 의한 자기장은 시간의 흐름에 따라 방향이 변하게 되며, 변하는 자기장은 Faraday의 전자기 유도법칙에 의하여 전기장 (Electric Field ) 이 형성된다. 이 두 가지의 장(Field)의 힘이 전자계력이며, 이 힘은 연료유의 슬러지 성분을 분쇄시켜 미립화하게 된다.

한편, 상기 유도코일(5)에 인가되는 전류는 주파수 대역이 넓은 특징을 갖는다. 유체속의 이온입자는 각각 고유 진동수를 가지고 있으며, 이 주파수대역에서 공진현상을 일으켜 전자의 방출량이 많아진다. 이때 방출된 전자가 연료유에 포함된 슬러지 성분의 결합을 깨는 역할을 한다.

감지기(7)는 상기 유도코일(5)의 일측에 설치되어 단선과 과부하를 감지하고, 감지된 신호를 후술할 주파수 변환기(9)의 제어모듈로 인가한다.

주파수 변환기(9)는 상기 유도코일(5)에 주파수를 시변조시켜 전류를 인가하는 요소이다.

이러한 주파수 변환기(9)는 가변주파수모듈과, 입력모듈과, 표시모듈과, 제어모듈과, 전원공급모듈로 이루어진다.

상기 가변주파수모듈은 상기 유도코일(5)에 인가되는 전류를 주파수를 가변하는 것이다. 이러한 가변주파수모듈은 다양한 주파수 대역폭과 변조 시간을 가질 수 있다. 본 발명은 바람직한 실시예로 상기 가변주파수모듈의 주파수 대역폭을 100Hz~100,000 Hz인 것을 제안하며, 인가되는 전류의 방향을 초당 10~50번 변화시키도록 구성되는 것이다.

상기 입력모듈은 사용자로부터 조작력을 입력받는 것으로 키패드, 버튼, 스위치 형태로 제공된다.

상기 표시모듈은 기기의 동작상태를 화면을 통해 표시하거나 또는 부저음과 같이 음향을 통해 인지할 수 있도록 하는 요소이다.

상기 제어모듈은 상기 주파수변조모듈과 입력모듈 및 표시모듈 그리고 감지기와 전기적으로 연결되어 선택적으로 제어신호를 출력하는 것으로, 공지의 마이컴 또는 PC가 사용될 수 있으며 메모리를 포함하는 구성이다.

상기 전원공급모듈은 10~300Watt의 전력을 갖는 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 내연기관 연료유 분쇄장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

연료관(3) 외벽에 유도코일(5)( Solenoid Coil )을 감고 전류를 통과시키면 Ampere의 법칙에 의하여 자기장 (Magnetic Field )이 형성된다. 교류 법칙에 의한 자기장은 시간의 흐름에 따라 방향이 변하게 된다. 변하는 자기장은 Faraday의 전자기 유도법칙에 의하여 전기장 (Electric Field ) 이 형성된다 .이 두 가지 전기장 ,자기장의 힘이 전자 계력이며 ,이 힘은 연료유의 슬러지 를 분쇄,극 미립화 시키는 힘( Lorentz Force )이다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 연료관(3)의 외주에 유도 코일을 감고 전류를 흘린다. 그러면 자기장(Magnet Field)이 형성되고 이와 동시에 전류의 방향을 초당 최대 10~50번 ( 10~50/sec) 변화시키면 전기장(Electric Field) 가 형성된다. 또한, 사용되는 전류는 주파수 변조 기술을 통해 100~100,000 Hz까지 주파수를 광범위하게 변조하기 때문에 주파수 대역이 넓다. 연료유의 슬러지 성분은 매우 미세하여 기계 장치로는 분쇄,극 미립화키는 어려우나 전자 계력을 이용한 로렌스힘으로는 분쇄,극미립화 가능하다.

즉, 연료유에 포함된 슬러지 성분의 고유 진동수를 가지고 있는데 이 주파수 대역에서 공진 효과에 의한 파동 공명을 일으키는 최적의 주파수가 주어지면, 공진 현상을 일으켜 로렌스의 힘과 공진 효과에 따른 연료유의 분쇄는 극대화 된다. 본 발명에서는 폭 넓은 주파수 대역으로 주파수를 변조하기 때문에 높은 확률로 공진의 효과를 일으키게 된다.

이와 같은 전자 계력 및 공진이라는 분자 교반( Molecure Agitation)을 가져오는 두 가지의 물리적인 힘에 의하여 선박 연료유 슬러지 부분을 부분적으로 파괴해서 연료화 함으로 내연기관의 연소 효율 및 연료소모량을 최적의 상태로 만드는 것이다.

또한 본 발명품은 자기장을 생성하기 위한 장치를 연료유가 통과하여 흐르는 연료관(3)의 중간에 삽입시키거나 또는 영구 자석을 파이프 표면에 부착시키는 종래의 유사 장치와는 달리 처리될 연료유가 흐르는 연료관(3) 외벽에 전기,자기장을 생성하기 위하여 한 그룹의 유도 코일 또는 두 개 이상의 유도 코일 그룹을 구비시키고 이를 전,자기장 발전 장치에 접속하는 간소한 작업만으로 설치가 이루어진다.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 적용 부위를 변경하여 사용하는 것이 가능하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 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,

도 4는 본 발명에 따른 주파수 변환기의 구성을 설명하기 위한 블록도.

Claims (6)

1. 내연기관의 연소실과 연결되어 연료유를 공급하는 연료관(3)과;

   상기 연료관(3)의 외주면에 권회 구비되는 것으로 선택적으로 전류가 통전되는 것에 의해 전기장과 자기장으로 이루어진 전자계력을 발생시키는 유도코일(5)과;

   상기 유도코일(5)의 단선과 과부하를 감지하는 감지기(7)와;

   상기 유도코일(5)에 전류를 인가하는 것으로 설정된 주파수 대역폭을 반복하여 시변조 인가하는 공진 주파수 변환기(9);

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료유 분쇄장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 연료탱크 또는 연료관 내에 구비되는 것으로 연료의 성분을 검출하여 공진 주파수 변환기(9)로 신호를 인가하는 외부 센서를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료유 분쇄장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 공진 주파수 변환기(9)는,

   상기 유도코일(5)에 인가되는 전류의 주파수를 가변하는 가변 주파수모듈(9a)과;

   사용자로부터 조작력을 입력받는 것으로 키패드를 포함하는 입력모듈(9b)과;

   동작 상태를 화면 및 음향을 통해 표시하는 표시모듈(9c)과;

   상기 주파수 변조모듈과 입력모듈 및 표시모듈 및 감지기 그리고 외부 센서와 전기적으로 연결되어 선택적으로 제어신호를 출력하는 제어모듈(9d)과;

   상기 연료탱크 또는 연료관 내에 구비되는 것으로 연료의 성분을 검출하여 공진 주파수 변환기(9)로 신호를 인가하는 외부 센서(9e)와;

   상기 제어모듈로부터 제어신호를 인가받아 유도코일(5)에 전류를 인가하는 전원공급모듈(9f);

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관 연료유 분쇄장치.
4. 제 1항 또는 제2항에 있어서, 주파수 변환기(9)는 100Hz~100,000 Hz의 대역폭을 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료유 분쇄장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 주파수 변환기(9)는 전류의 방향을 초당 10~50번 변화시켜 유도코일(5)에 인가하는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료유 분쇄장치.
6. 제 3항에 있어서, 상기 전원공급모듈은 10~300Watt의 전력을 갖는 것을 특징 으로 하는 내연기관 연료유 분쇄장치.

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