KR20130038113A - 내연기관의 물 연료 혼합장치 및 연료 분자 이온화 장치 - Google Patents

Abstract

내연기관에서 물과 연료가 혼합하여 연소되기 직전 미리 수성가스화 열분해 반응이 일어 나도록 하여 발열량의 증가에 따른 효율의 대폭적인 증가를 이룩하기 위한 발명의 구성이며 그 수단으로써 물과 연료를 미리 가열하고 믹싱기를 이용한 완전하게 혼합, 초음파를 이용한 미립화, 자기장을 이용한 이온화 효과 유도 장치 등을 이용하여 효과가 이루어지도록 하며, 또한 그 보조 수단으로써 지금까지의 연료 미립화 및 분자 이온화 유도 장치의 단점을 대폭 개선하여 연료가 자기장 내로 완전하게 통과되고 가열이 이루어지도록 장치를 개선한 연료 분자 자기장 이온화 유도 장치를 추가로 부착, 또는 경우에 따라 연료 분자 자기장 이온화 유도장치만을 단독으로 부착할 시에도 기관의 효율이 대폭적으로 증가될 수 있도록 연구된 장치 발명이다.

Description

내연기관의 물 연료 혼합장치 및 연료 분자 이온화 장치{water and fuel mixing equipment and fuel molecular equipment of internal combustion}

열 화학 공학

연료의 전량 수성가스화 검토

수성가스 연소반응

등유, 경유 분자식, C 의 개수 16 으로 가정 [C16Hx]하여 물의 연료화 검토.

1. 중량비 대비 검토

--> 모두 수성가스화 하기 위한 물의 비율 (탄소 분자 한 개당 1개의 물분자 필요)

- 기름[C16H4(가정), 분자량 160] 의 X 단위 중량당 몰수 = X / (160*1) EA

- 기름의 분자 당 탄소분자의 수 = 16 EA

- 기름의 X 단위 중량당 탄소분자 수 = X * 16 / (160*1) EA = 0.1 X EA

- 물의 X 단위 중량당 분자수 = X / (18 * 1) EA = 0.0555 X EA

- 따라서 기름과 물, 동일 X 단위 중량당 탄소와 물의 분자 개수 비 = 0.1 : 0.0555 = 1.8

(즉, 물의 분자수가 동일 중량당 기름의 탄소 분자수보다 1.8 배 적다. - 물은 수소결합)

--> 따라서 기름 C16Hx 의 단위 중량당 기름에 함유된 탄소를 모두 수성가스화 시키기 위한 물의 중량은 C16Hx 중량보다 1.8 배의 중량비가 되어야 한다.

(탄소분자 하나에 하나의 물분자가 대응하여 수성가스 발생)

--> 그러므로 경유 1KG을 모두 수성가스화 시키기 위한 물의 중량은 1.8 KGf 이 필요하다.

--> 그러므로 1 KGf 의 경유를 모두 수성가스화 했을 경우는 "1+1.8" [KGf] 의 수성가스가 발생한다.

--> 수성가스화 총발열량 : 2.8 * 4369 = 12233 [Kcal]

--> 물의 증발잠열 손실과 가열현열 손실을 빼야 하므로 (물을 대기압에서 1000도까지 가열)

12233 -(1790*2.8) = 7221 [Kcal/Kg]

(기름보다 약간 하강, 수성가스 -31 kcal/KG 흡열반응 고려 필요 ,연료자체 수소분 포함 필요.)

(뜨거운 수성가스이므로 물의 잠열, 현열 손실은 연소시 보일러에서 상당량 회수된다.)

(만약 기름을 전량 수성가스화 시키지 않을시 10000 -(1790*2.8) = 4988 [Kcal/Kg] 가된다.)

2. 체적 대비 검토

--> 모두 수성가스화 했을 시 수성가스의 체적

- 기름 1KGf 의 몰수 = 1000/160 = 6.25 mol ,

- 기름의 분자 당 탄소분자의 수 = 16 EA

- 탄소분자 하나와 물분자 하나 =>"일산화탄소 분자하나 + 수소분자 하나" 이므로 탄소분자 하나는 44.8 L 의 수성가스를 발생시킨다.

- 기름 1 KGf 에 의한 수성가스 체적 : 6.25*16*44.8 = 4480 L = 4.5 m＾3

--> 기름 1 KGf를 모두 수성가스화 했을 시 수성가스의 발열량 :

4.5 * 2800 = 12600 _Kcal

===> 따라서 기름을 모두 수성가스화시 이득이 있다.

(그러므로 수성가스화 비율이 높을수록 유리)

그러므로 선 수성 가스화가 유리하다.

(*** 물이 연료로 사용되는 효과가 있다.***)

내연기관의 대폭적인 효율 증가 및 유해 배기가스의 감소

디젤 기관의 연료 인젝터에 연료와 고온의 물을 완전하게 믹실 혼합주입 할수 있도록 도1과 같은 물 연료 초음파 혼합 장치를 만들어 부착하고 연료가 실린더 내로 분사 직전에 물과 연료가 완전 믹싱 혼합된 상태에서 강자기장 내를 통과와 더불어 열을 가하여 분자의 이혼화 상태가 이루어지도록 도2와 같은 장치를 통과하도록 하고 배경 기술에서 제시된 내용과 같이 물이 연료화되는 효과가 나타나도록 한다. 연료와 물이 혼합되어 완전한 수성가스화가 되기 위해서는 고온의 조건이 필요하므로 디젤 기관의 실린더 내는 이러한 조건이 충족되어 여러 가지로 유리한 배경을 가진다.

지금까지와는 다른 매우 효율이 높은 디젤기관을 이용할 수 있고 유해 배기가스 감소 효과가 매우 탁월하다.

도1은 물 연료 초음파 혼합 장치 의 개략도.
도2는 물 연료 분자 자성 이온화 장치의 단면도

1) 물연료 초음파 혼합 장치의 구성

먼저 연료와 물을 물 연료 펌프(10)를 통하여 혼합시킨 다음, 히터(3)를 통하여 가열시키고 1차적으로 물 연료 혼합기(4)에서 물과 연료를 더욱 완전하게 혼합시킨 후에 1차 초음파 혼합기(9)를 통하여 물과 연료를 미세화 및 완전 믹싱시키고 2차 초음파 혼합기(8)에서 같은 과정을 반복하게 한 후에 자기장 이온기(7)를 거치게 하여 분자의 이온화 상태를 유도함으로써 연료와 물 분자가 완전하게 혼합됨으로써 실린더 내에서 수성가스화 열분해 반응이 쉽게 일어날 수 있도록 연료와 물 입자를 세분화 하고 완전하게 분자를 혼합할 수 있도록 구성된다.

2) 물 연료 분자 자성 이온화 장치의 구성

지금까지 물과 연료를 혼합하지 않은 채로 연료를 자기장 내로 통과하게 하여 분자의 이온화 상태를 유도하여 연료 입자를 세분화 시킨 후에 연소효과를 크게 하는 자기장 이온화 장치들이 있으나 이러한 장치들은 구조와 원리적으로 문제점을 내포하고 있다. 그것은 먼저 연료 통로의 파이프는 일반적으로 강자성체이므로 연료에 자기장을 가했을 때 자기장이 강자성체 만을 통과하는 차폐 현상이 일어나므로 실제로 연료가 자기장 내로 통과하는 비율이 매우 낮으며 또한 연료에 열을 가하지 못하는 단점이 있다, 지금까지의 자기장을 이용한 연료 이온화 장치는 연료가 고압의 분사 이전 즉, 플런저를 통과하기 전에 부착되어야 하므로 고온을 가할 경우 연료의 기화가 일어나고 만약 고온의 열을 가할 경우 분사직전 가압 플런저에서의 역할이 수행될 수 없고 또한 기화되어 오히려 탱크 쪽으로 역류가 일어나고 하여 장치의 원활한 역할을 위한 연료에 열을 가할 수가 없었다. 즉 연료파이프의 강자성으로 인한 자기장 차폐로 인하여 실제로 연료가 자기장 내로 통과하는 비율이 낮으며 열을 가할 수 없음으로 인하여 지금까지의 연료 자기장 이온화 유도 장치들은 그 성능이 매우 낮았다, 또한 물과 혼합되지 않은 상태에서의 연료만의 이온화 유도는 큰 효과를 볼 수 없다.

그러므로 이러한 문제점들을 개선하기 위하여 본 장치는 연료와 물이 혼합된 상태에서 자기장을 통과 하도록 하고 또한 플런저의 후단에 부착함으로써 가열을 할 수 있게 하며 분자 이온화 장치의 내부 통로 파이프를 비자성체로 하고, 외부 케이스는 자기장이 누설되지 않도록 강자성체로 이루어진다.

이러한 원리로부터 본 장치는 연료통로(12-4)는 비자성체로 이루어지고, 연료통를 감싸는 비자성체 연료통로 케이스(12-5)가 부착되고 그 위로 코일(12-1)이 감겨 자기장을 발생시키고, 코일의 외부에는 강자성체 케이스(12-3)를 씌워 자기장의 통로와 더불어 누설이 없게 하며 또한 열의 속성을 이용하여 전류가 흐를시 방열을 시켜 주지 않으면 내부의 온도가 계속해서 올라가는 효과가 적용되도록 되는 원리가 적용되어 연료가 가열되도록 외부 전체 케이스는 단열 케이스(12-2)로 하여 연료와 물의 혼합체를 포화온도 이전(약 300도)까지 가열시키도록 장치가 구성된다. 이러한 상태에서 연료가 실린더 내로 유입될 시에는 고온고압, 연료와 물의 완전 이온화 상태가 되므로 수성가스화 반응이 일어나고 또한 수성가스화 반응시에는 부피가 매우 증가되므로 더욱 기관의 효율이 상승하게 된다.

또한 일반적으로 디젤 기관에 물을 혼합 분사시에는 만약 수성가스화 열분해 반응이 전혀 일어나지 않는다고 하더라도 디젤 기관의 최고압력을 낮추고 최저압력을 올리는 효과가 있다.

매우 열효율이 높은 내연기관을 이룩할 수 있으므로 연료의 대폭적 절감을 이룰수 있고 유해 배기가스의 감소에도 많은 도움이 된다.

1: 물 탱크 2: 연료 탱크 3: 히터 4: 물 연료 혼합기
5: 케이스 6: 물 연료 혼합파이프 7: 자기장 이온화기
8: 2차 초음파 혼합기 9: 1차 초음파 혼합기 10: 물 연료 펌프
11: 엔진 플런져 펌프 12: 코일 히팅 자기장 이온기
12-1: 코일 12-2: 단열 케이스 12-3: 강자성체 케이스 12-4: 연료통로
12-5: 비자성체 연료통로 케이스 12-6: 비자성체 코일 잡이

Claims (2)

1. 디젤 기관의 실린더 내로 분사되기 전 물과 연료를 미립화 시키고 분자끼리 완전하게 혼합될 수 있도록 히터(3), 물 연료 혼합기(4), 자기장 이온화기(7), 1,2차 초음파 혼합기(8,9), 물 연료 펌프(10), 케이스(5)등으로 구성하여 도1과 같이 조합하여 이루어진 물연료 초음파 혼합 장치
2. 내연기관에서 연료가 실린더 내로 유입되기 전에 연료와 물 또는 연료만을 자기장을 통한 분자 이온화 유도를 위해 비자성체로 이루어진 연료통로(12-4), 연료통로를 감싸는 비자성체 연료통로 케이스(12-5), 그 위로 코일(12-1)이 감겨지고, 코일의 외부에는 강자성체 케이스(12-3), 외부 전체 케이스는 단열 케이스(12-2) 등으로 구성된 물 연료 분자 자성 이온화 장치

Images