KR20160049379A - 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치 - Google Patents

고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치 Download PDF

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Abstract

고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치는: 물을 정화하는 정화필터부와, 정화필터부를 거쳐 정화된 물을 고체고분자 전해질 수전해법에 의해 수소와 산소로 전기분해하는 고분자전해질수전해장치와, 고분자전해질수전해장치에서 생성된 수소를 엔진으로 공급하는 경로를 이루는 수소공급라인을 포함하고, 정화필터부는, 저장수탱크에 저장된 물을 여과공을 통과시키면서 정화하는 다공성필터부와, 다공성필터부를 통과한 물에 역삼투압을 가하여 정화하는 역삼투압필터와, 역삼투압필터를 통과한 물에 포함된 이온을 제거하는 이온제거필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치{DEVICE FOR COMBUSTION EFFICIENCY IMPROVEMENT OF ENGINE USING PROTON EXCHANGE MEMBRANE}
본 발명은 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고분자전해질수전해장치를 이용해 수소를 생성하여 엔진에 공급하는 것에 의해 연비를 개선하고, 유해 배출가스를 저감시키는 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관은 실린더 내에서 연료를 폭발, 연소시켜 연소 가스를 발생시키고 이를 이용하여 동력을 발생시키는 열기관을 일컫는다. 엔진 내의 연소실에 공급된 액체 또는 기체 연료는 공기와 함께 연소되어 열에너지를 역학에너지로 변화시키게 된다.
종래의 내연기관은 연료의 불완전 연소로 인해 연소 효율이 70% 내외로 낮아 에너지 자원을 효율적으로 활용하지 못하고 있으며, 연소되지 못한 연료들은 완전히 기화되지 못한 상태에서 그대로 배기가스로 배출되어 환경 오염의 주요 원인이 되고 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록실용신안공보 제0377990호(2005.02.28. 등록, 발명의 명칭: 차량 엔진의 연소 효율 개선 장치)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 엔진의 연소 효율을 향상시킴과 동시에 유해 배기 가스의 배출량을 감소시킬 수 있는 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치는: 물을 정화하는 정화필터부; 상기 정화필터부를 거쳐 정화된 물을 고체고분자 전해질 수전해법에 의해 수소와 산소로 전기분해하는 고분자전해질수전해장치; 및 상기 고분자전해질수전해장치에서 생성된 수소를 엔진으로 공급하는 경로를 이루는 수소공급라인;을 포함하고, 상기 정화필터부는, 상기 저장수탱크에 저장된 물을 여과공을 통과시키면서 정화하는 다공성필터부; 상기 다공성필터부를 통과한 물에 역삼투압을 가하여 정화하는 역삼투압필터; 및 상기 역삼투압필터를 통과한 물에 포함된 이온을 제거하는 이온제거필터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다공성필터부는, 약 1㎛ 크기의 여과공을 구비하여, 1㎛ 보다 큰 크기의 이물질을 걸러내는 세디먼트필터; 및 상기 세디먼트필터를 통과한 물에 포함된 이물질을 흡착하는 카본필터;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 역삼투압필터는, 약 0.0001㎛ 크기의 여과공이 형성된 반투막;을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 이온제거필터는, 양전하를 띤 양전하부와, 음전하를 띤 음전하부를 가지는 이온교환수지;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 정화필터부는, 상기 역삼투압필터 내부의 물을 상기 다공성필터부의 상류로 순환시키는 경로를 이루는 필터순환라인;을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 필터순환라인은, 상기 역삼투압필터와 상기 다공성필터부의 사이에 형성되는 필터순환유로부; 및 상기 필터순환유로부상에 설치되고, 상기 역삼투압필터의 반투막을 통과하지 못한 물을 상기 다공성필터부로 강제 유동시키는 필터순환펌프;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 상기 정화필터부를 거쳐 정화된 물이 저장되는 정화수탱크; 및 상기 정화수탱크에 저장된 물을 상기 고분자전해질수전해장치로 공급하는 경로를 이루는 정화수공급라인;을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 정화수공급라인은, 상기 정화수탱크와 상기 고분자전해질수전해장치의 사이에 형성되는 공급유로부; 및 상기 공급유로부상에 설치되고, 상기 정화수탱크에서 1차로 이온제거처리된 물을 2차로 이온제거처리하는 재이온제거필터;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 정화수공급라인은, 상기 공급유로부상에 설치되고, 상기 정화수탱크에 저장된 물을 상기 고분자전해질수전해장치로 강제 유동시키는 순환펌프;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 정화필터부의 상류측에 설치되고, 상기 정화필터부 내부로의 물 유입을 단속하는 유입제어밸브; 및 상기 정화필터부의 하류측에 설치되고, 상기 정화필터부 외부로의 물 배출을 단속하는 배출제어밸브;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치에 의하면, 고분자전해질수전해장치를 이용해 물을 수소와 산소로 전기분해하여 엔진에 공급함으로써, 엔진의 연소 효율을 향상시킴과 동시에 유해 배기가스의 배출량을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 정화필터부로 물을 정화하여 고분자전해질수전해장치로 공급함으로써, 수질로 인한 고분자전해질수전해장치의 전기분해 성능 저하를 방지할 수 있고, 사용자가 물을 별도로 정화하여 공급하는 번거로움을 생략할 수 있어 사용편의성을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정화필터부를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 3은 엔진의 운전 조건에 따른 유해 배출가스 저감 효과를 비교한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치의 일실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치를 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정화필터부를 개략적으로 도시한 개념도이며, 도 3은 엔진의 운전 조건에 따른 유해 배출가스 저감 효과를 비교한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 고분자전해질수전해장치(30)를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치(1)는 저장수탱크(11), 정화필터부(20), 정화수탱크(13), 고분자전해질수전해장치(30), 수소탱크(40), 정화수탱크 수위조절부(60), 수소탱크 수위조절부(70), 수소발생량조절장치(80)를 포함한다.
저장수탱크(11), 정화필터부(20), 정화수탱크(13), 고분자전해질수전해장치(30), 수소탱크(40)는 저장수공급라인(52), 정화수저장라인(53), 정화수공급라인(54), 수소저장라인(55), 사용수순환라인(57), 산소저장라인(58)에 의해 상호 연결되고, 고분자전해질수전해장치(30)에서 생성된 수소와 산소는 수소공급라인(56)과 산소공급라인(59)을 통해 최종 배출된다.
본 발명에 따른 고분자전해질수전해장치(30)를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치(1)는, 물을 전기분해하는 고분자전해질수전해장치(30)를 이용해 수소를 생성, 엔진(2)의 흡기부로 제공함으로써, 엔진(2)의 연비를 향상시키고 유해 배출가스를 저감시키기 위한 것이다. 이하 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서는 차량에 구비되는 엔진(2)을 들어 설명하겠으나, 본 발명은 차량의 엔진(2)에만 한정되어 적용되는 것이 아니라, 발전기, 선박의 엔진(2) 등에 그 연료와 무관하게 적용할 수 있음을 밝혀둔다.
저장수탱크(11)는 수소 및 산소 생성을 위한 원료가 되는 물이 외부에서 유입, 저장되는 장치이다. 사용자는 수돗물 등의 물을 저장수탱크(11)의 입구로 유입시킴으로써, 본 발명에 따른 엔진 연소효율 개선 장치(1)로 물을 공급할 수 있다.
정화필터부(20)는 저장수탱크(11)에 저장된 물을 정화하는 필터장치이다. 저장수탱크(11)에 저장된 물은 저장수공급라인(52)을 통해 정화필터부(20)로 유동, 공급된다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 정화필터부(20)는 다공성필터부(21), 역삼투압필터(24), 이온제거필터(25), 필터순환라인(26)을 포함한다.
다공성필터부(21)는 저장수탱크(11)에 저장된 물을 여과공을 통과시키면서 정화한다. 본 발명의 일실시예에 따른 다공성필터부(21)는 세디먼트필터(22)와 카본필터(23)를 포함한다.
세디먼트필터(22)는 기계적인 여과작용에 의해 물에 존재하는 입자를 제거하는 필터로 약 1㎛ 크기의 여과공을 구비하여, 1㎛ 보다 큰 크기의 이물질을 걸러낸다. 세디먼트필터(22)는 1㎛ 보다 큰 크기의 찌꺼기와 오염 물질을 걸러줌으로써, 하류측 필터들 즉 카본필터(23), 역삼투압필터(24), 이온제거필터(25)에서의 물 정화 작용이 정상적으로 이루어질 수 있도록 한다. 세디먼트필터(22)는 폴리프로필렌(polypropylene) 등을 소재로 하여 제작될 수 있다.
일반적으로 수돗물에는 모래와 철입자, 기타 토양성분이 포함되어 있으며, 노후된 배관재를 타고 흘러 들어오는 슬러지나 배관내에서 성형된 오염물 등도 다량 포함되어 있다. 이러한 입자들은 물 속에 포함되어 있는 전체의 오염물 중에서 비교적 크기가 큰 오염물군에 속한다.
세디먼트필터(22)의 하류측에 설치된 카본필터(23), 역삼투압필터(24), 이온제거필터(25)는 1㎛보다 작은 크기의 초미세 입자들을 걸러주는 역할을 수행하기 때문에, 이보다 큰 크기의 이물질에 직접 노출되면 순식간에 여과 능력이 떨어질 수 있다. 세디먼트필터(22)는 1㎛보다 큰 크기의 입자를 1차적으로 걸러냄으로써, 그 하류측에 연결된 카본필터(23), 역삼투압필터(24), 이온제거필터(25)가 그 보다 작은 입자와 미세한 성분들을 걸러내는 정화 성능을 안정적으로 유지할 수 있도록 한다.
카본필터(23)는 활성탄의 흡착 성질을 이용하여 세디먼트필터(22)를 통과한 물에 포함된 이물질을 흡착한다. 세디먼트필터(22)를 통과한 1㎛보다 작은 크기의 초미세 입자들은 카본필터(23)에 형성된 여과공(pore)들로 진입하여 그 표면에 흡착되면서 여과공 내에 채워진다. 카본필터(23)는 그 여과공의 크기에 따라 Macro pore(1,000~100,000Å), Transitional pore(20~1,000Å), Micro pore(~20Å) 등으로 구분할 수 있다.
역삼투압필터(RO, Reverse Osmosis)(24)는 카본필터(23)를 통과한 물에 이러한 역삼투압을 가하여 정화한다. 반투막의 일측에 고농도의 용액을, 타측에 저농도의 용액을 넣었을 때, 확산 현상에 의해 저농도의 용액이 고농도의 용액측으로 이동하는 현상을 삼투 현상이라 하고, 이때 발생되는 수위의 차이를 삼투압이라 한다.
반대로, 고농도의 용액에 삼투압 이상의 압력을 가하면, 고농도의 용액이 저농도의 용액측으로 이동하는 현상이 발생되는데, 이를 역삼투 현상이라 하고, 이때 발생되는 수위의 차이를 역삼투압이라 한다. 역삼투압필터(24)는 이러한 원리를 이용하여 물분자만 반투막을 통과시키면서 물을 정화하는 장치이다.
반투막은 약 0.0001㎛(1㎛=10-6m)의 여과공 크기를 가진다. 일반적으로 박테리아는 수 마이크로미터(micrometerㆍ100만분의 1ｍ)의 크기를 가지고, 바이러스는 수백 나노미터(nanometerㆍ10억분의 1m)의 크기를 가진다. 이에 따라, 1.9Å(1Å=10-10m) 크기의 순수한 물분자는 반투막을 통과하게 되고, 박테리아, 바이러스 등의 각종 오염 물질은 반투막에 의해 걸러지게 된다.
이온제거(DI, DeIonize)필터(25)는 역삼투압필터(24)를 통과한 물에 포함된 이온을 제거한다. 이온제거필터(25)는 양전하를 띤 양전하부와, 음전하를 띤 음전하부를 가지는 이온교환수지(ion exchange resin)를 포함한다.
수돗물, 천연수 등에 포함된 이물질(불순물) 중 이온 상태로 존재하는 대표적인 물질은 Ca. Mg, Na, HCO3, Cl, SO4, SiO2 등이다. 물에 포함된 불순물 중 이러한 이온 물질은 이온교환수지의 화학반응에 의해 제거된다. 이러한 이온교환수지를 이용한 이온제거필터(25)는 공지 기술을 따르는 바, 그 구체적인 구조, 원리, 작용에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
저장수공급라인(52)을 통해 정화필터부(20)로 유입된 물은 세디먼트필터(22), 카본필터(23), 역삼투압필터(24), 이온제거필터(25)를 순차적으로 거치면서 다단으로 정화된 후, 정화수저장라인(53), 정화수탱크(13), 정화수공급라인(54)을 통과하여 고분자전해질수전해장치(30)로 공급된다. 고분자전해질수전해장치(30)는 정화필터부(20)에 의해 이물질이 제거된 상태의 물분자를 안정적으로 전기분해할 수 있다.
필터순환라인(26)은 역삼투압필터(24) 내부의 물을 세디먼트필터(22)의 상류로 순환시키는 경로를 이룬다. 본 발명의 일실시예에 따른 필터순환라인(26)은 필터순환유로부(27)와 필터순환펌프(28)를 포함한다.
필터순환유로부(27)는 역삼투압필터(24)에서 세디먼트필터(22)까지 연장되게 형성된다. 필터순환펌프(28)는 필터순환유로부(27)상에 설치되어, 역삼투압필터(24)의 반투막을 통과하지 못한 물을 세디먼트필터(22)로 강제 유동시킨다. 필터순환펌프(28)의 구동 시 역삼투압필터(24)에서 생성된 폐수는 필터순환유로부(27)를 통해 세디먼트필터(22)측으로 다시 순환되고, 세디먼트필터(22), 카본필터(23), 역삼투압필터(24)를 거치면서 재정화된다.
이와 같이 역삼투압필터(24)에서 생성된 폐수를 재순환시키는 과정을 거침으로써, 역삼투압필터(24)에서 발생되는 폐수를 별도로 배출처리하거나, 이러한 폐수에 대응되는 양의 물을 저장수탱크(11)에 지속적으로 보충할 필요가 없다. 또한, 정량의 물을 세디먼트필터(22), 카본필터(23), 역삼투압필터(24)를 복수회 반복하여 통과시키면서 보다 명확하게 정화할 수 있어, 정화필터부(20)의 운용 효율성을 향상시킬 수 있다.
필터순환유로부(27)상에는 필터순환유로부(27)상의 유압을 일정하게 유지시키기 위한 감압밸브(PRV, Pressure Relief Valve)가 설치된다. 감압밸브는 필터순환유로부(27)의 일측부에 역삼투압필터(24)의 역삼투압에 해당되는 압력으로 걸리는 수압을 보다 낮추어 세디먼트필터(22)측으로 순환시킨다. 이에 따라, 필터순환펌프(28)에 일정한 압력이 작용하게 되므로, 필터순환펌프(28)의 성능을 일정하게 유지할 수 있다.
정화필터부(20)의 상류측에는, 예를 들어 저장수공급라인(52)상에는 정화필터부(20) 내부로의 물 유입을 단속하는 유입제어밸브(91)가 설치된다. 또한, 정화필터부(20)의 하류측에는, 예를 들어 정화수저장라인(53)상에는 정화필터부(20) 외부로의 물 배출을 단속하는 배출제어밸브(92)가 설치된다. 유입제어밸브(91)와 배출제어밸브(92)를 개폐 조절하는 것에 의해, 정화필터부(20) 내외부로의 물 유입과 배출을 단속할 수 있다.
정화수탱크(13)는 정화필터부(20)를 거쳐 정화된 물이 저장되는 장치이다. 상기와 같이 정화필터부(20)를 거쳐 정화된 물은 정화수저장라인(53)을 통해 정화수탱크(13)로 공급, 저장된다.
또한, 정화수탱크(13)는 고분자전해질수전해장치(30)에 사용된 물, 즉 고분자전해질수전해장치(30)의 전해질막을 통과하지 못한 폐수가 고분자전해질수전해장치(30)에서 생성된 산소와 함께 저장되는 장치이다. 고분자전해질수전해장치(30)에서 생성된 산소와, 고분자전해질수전해장치(30)에 사용된 물은 산소저장라인(58)을 통해 정화수탱크(13)로 공급, 저장된다.
정화수탱크(13)에 저장된 물은 정화수공급라인(54)을 통해 고분자전해질수전해장치(30)로 공급된다. 고분자전해질수전해장치(30)는 정화수탱크(13)에 저장된 물을 정화수공급라인(54)을 통해 공급받아 고체고분자 전해질 수전해법(PEME, Proton Exchange Membrane Electrolyser)에 의해 수소와 산소로 전기분해한다.
물은 고분자전해질수전해장치(30)상에서 전기분해에 의해 수소와 산소로 분리되고, 산소보다 작은 크기를 가지는 수소만이 전해질막을 통과하게 되면서, 전해질막을 기준으로 하여 일측에는 수소가, 타측에는 산소와, 전기분해되고 남은 물이 존재하게 된다. 전해질막을 통과한 수소는 수소저장라인(55)을 통해 수소탱크(40)로 유동되고, 전해질막을 통과하지 못한 산소와 물은 산소저장라인(58)을 통해 정화수탱크(13)로 유동된다.
고분자전해질수전해장치(30)는 물을 전기분해하여 수소와 산소를 생성하므로, 알칼리 전해액을 사용하여 수소를 발생시키는 알칼리수전해 방식과 비교해, 알칼리 전해액으로 인한 전극 및 전해조의 부식, 이로 인한 장치의 수명 및 안정성 저하를 해결할 수 있다. 또한, 강알칼리의 부식성 용액을 사용하지 않고 물을 사용하므로 보수 유지가 쉽고, 양쪽 전해실(양극실 및 음극실)이 비(非)다공질막으로 분리돼, 양쪽 전해실의 압력차를 높게 유지하는 것이 가능하고, 이에 따라 장치의 고압화가 용이하다.
또한, 고체고분자 전해질 수전해법에 의하면 알칼리수전해 방식과 비교해 보다 낮은 전력이 소비되므로 보다 에너지 효율적인 운용이 가능하다. 무엇보다도, 고체고분자 전해질 수전해법에 의하면 수돗물 등의 물을 사용하므로, 사용자가 인체에 치명적인 알칼리 전해액을 별도로 구입, 취급할 필요 없이, 언제 어디서든 안전하고 용이하게 원료를 획득, 취급할 수 있다. 고분자전해질수전해장치(30)의 구체적인 구조와 작용에 대해서는 공지 기술을 따르는 바 그 상세한 설명을 생략한다.
수소탱크(40)는 고분자전해질수전해장치(30)에서 생성된 수소가 저장되는 장치이다. 또한, 고분자전해질수전해장치(30)에서 생성된 수소가 전해질막을 통과함에 있어서, 의도치 않게 수소와 함께 고분자전해질수전해장치(30)의 전해질막을 통과한 물이 저장되는 장치이다. 고분자전해질수전해장치(30)에서 생성된 수소와, 수소와 함께 고분자전해질수전해장치(30)의 전해질막을 통과한 물은 수소저장라인(55)을 통해 수소탱크(40)로 공급, 저장된다.
고분자전해질수전해장치(30)의 전해질막을 물과 함께 통과한 수소는, 수소탱크(40)를 거치면서 물과 안정적으로 분리된 후, 수소탱크(40)의 상부에 연결된 수소공급라인(56)을 통해 엔진(2)의 흡기부로 공급된다. 또한, 수소와 함께 고분자전해질수전해장치(30)의 전해질막을 통과한 물은 수소탱크(40)에 저장되고, 사용수순환라인(57)을 통해 정화수탱크(13)로 순환되어 다시 고분자전해질수전해장치(30)로 공급된다.
이와 같이 고분자전해질수전해장치(30)에서 생성된 폐수를 재순환시키는 과정을 거침으로써, 고분자전해질수전해장치(30)에서 발생되는 폐수를 별도로 배출처리하거나, 이러한 폐수에 대응되는 양의 물을 저장수탱크(11)에 지속적으로 보충할 필요가 없다.
저장수공급라인(52)은 저장수탱크(11)에 저장된 물을 정화필터부(20)로 공급하는 경로를 이룬다. 정화수저장라인(53)은 정화필터부(20)를 거쳐 정화된 물을 정화수탱크(13)로 공급하는 경로를 이룬다. 정화수공급라인(54)은 정화수탱크(13)에 저장된 물을 고분자전해질수전해장치(30)로 공급하는 경로를 이룬다. 본 발명의 일실시예에 따른 정화수공급라인(54)은 공급유로부(541), 순환펌프(542), 재이온제거필터(543)를 포함한다.
공급유로부(541)는 정화수탱크(13)에서 고분자전해질수전해장치(30)까지 연장되게 형성된다. 순환펌프(542)는 공급유로부(541)상에 설치되고, 정화수탱크(13)에 저장된 물을 공급유로부(541)를 통해 고분자전해질수전해장치(30)로 강제 유동시킨다. 재이온제거필터(543)는 정화수탱크(13)에서 1차로 이온제거처리된 물을 공급유로부(541)상에서 2차로 이온제거처리한다.
재이온제거필터(543)는 이온제거필터(25)와 동일한 구조를 가지고 공급유로부상에 설치된다. 정화필터부(20)를 거쳐 정화된 후 공급유로부(541)로 진입된 물은, 최종적으로 재이온제거필터(543)를 거쳐 다시 이온제거처리된 후 고분자전해질수전해장치(30)로 공급된다.
정화필터부(20)를 거쳐 정화된 물이, 정화수탱크(13), 공급유로부(541), 순환펌프(542)를 거치면서 다시 새로운 이온 물질로 오염되더라도, 재이온제거필터(543)에 의해 최종적으로 이온제거처리가 다시 이루어진 후, 고분자전해질수전해장치(30)로 공급되므로, 이온 물질로 인한 성능의 저하 및 불안정 없이 고분자전해질수전해장치(30)의 성능을 안정적으로 구현, 유지할 수 있다.
수소저장라인(55)은 고분자전해질수전해장치(30)의 전해질막을 통과한 수소와 물을 수소탱크(40)로 공급하는 경로를 이룬다. 수소공급라인(56)은 수소탱크(40)에 저장된 수소를 엔진(2)으로 공급하는 경로를 이룬다. 사용수순환라인(57)은 수소탱크(40)에 저장된 물을 정화수탱크(13)로 순환시키는 경로를 이룬다.
본 발명의 일실시예에 따른 수소공급라인(56)은 수소공급유로부(561), 압력조절밸브(565), 리버스밸브(564)를 포함한다.
수소공급유로부(561)는 수소탱크(40)에 저장된 수소를 엔진(2)의 흡기부로 공급하는 유로를 이루는 부분으로, 수소탱크(40)의 상부에서 엔진(2)의 흡기부까지 연장되게 형성된다. 수소탱크(40)에 충진된 수소는 수소공급유로부(561)를 통해 엔진(2)의 흡기부까지 공급될 수 있다.
압력조절밸브(565)는 수소탱크(40) 내부의 수소 충진 압력을 조절하기 위한 밸브로, 수소공급유로부(561)상에 설치된다. 압력조절밸브(565)를 폐쇄시킨 상태에서 수소탱크(40)상에 수소를 대기압을 초과한 설정 압력으로 저장할 수 있고, 압력조절밸브(565)의 개방 시점을 조절하는 것에 의해 엔진(2)측으로의 수소 공급을 조절할 수 있다.
압력조절밸브(565)로는 전자적인 제어가 가능한 릴리프밸브, 안전밸브 등을 적용할 수 있다. 압력조절밸브(565)는 폐쇄상태를 유지하다가, 기설정된 설정 압력이 되면 수소탱크(40) 등에 과압이 걸리지 않도록 자동으로 그 개방이 이루어지면서 수소탱크(40) 내부의 압력을 대기압을 초과한 설정 압력으로 유지하게 된다. 예를 들어, 압력조절밸브(565)의 설정 압력을 1.3bar로 설정한 경우, 수소탱크(40)에서는 수소를 그 압력이 1.3bar가 될 때까지 충진, 유지할 수 있다.
또한, 압력조절밸브(565)는 전자적인 제어가 가능하여, 엔진(2)의 운전 조건에 따라 보다 다량의 수소가 필요한 경우, 압력조절밸브(565)를 개방시킴으로써 고분자전해질수전해장치(30)에서 실시간으로 생성된 수소량보다 더 많은 양의 수소를 엔진(2)으로 공급할 수 있다. 이러한 작용은 수소탱크(40)상에 대기압을 초과한 압력으로 수소가 충진된 상태에서 이루어진다.
예를 들어, 시속 40km로 저속 주행하다가 시속 80km 정도의 고속 주행 시, 엔진(2)의 연료 소모량이 증가됨에 따라 보다 다량의 수소가 필요하게 되는데, 이때 연비 향상 및 유해 배출가스 저감을 도모하고자 하는 경우, 압력조절밸브(565)를 개방시킴으로써 고분자전해질수전해장치(30)에서 실시간으로 생성할 수 있는 최대수소량보다 더 많은 양의 수소를 엔진(2)으로 공급할 수 있어, 고속 주행 시에도 본 발명을 유용하게 활용할 수 있다.
압력조절밸브(565)를 구비함으로써, 수소탱크(40)에서는 상기와 같이 압력조절밸브(565)의 설정 압력에 도달될 때까지 수소의 고압 축적이 이루어질 수 있다. 또한, 엔진(2)에 제공되는 최대수소량을, 고분자전해질수전해장치(30)에서 실시간으로 생성할 수 있는 최대수소량 보다 증가시킬 수 있다.
리버스밸브(564)는 수소공급유로부(561)상에 설치되어 수소의 역류를, 즉 엔진(2)측에서 수소탱크(40)측으로의 수소 유동을 방지한다. 리버스밸브(564)로는 역류방지밸브(check valve)를 적용할 수 있다. 엔진(2)의 구동 시 엔진(2)의 흡기부는 배기부에 비해 압력이 낮은 부압 상태가 되어, 1차적으로 수소의 역류가 방지되는데, 리버스밸브(564)를 적용함으로써 보다 다중으로 수소의 역류를 방지할 수 있어 본 발명의 작동 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 수소공급유로부(561) 중 수소탱크(40)와의 연결부는 리버스밸브(564)가 설치되는 제1유로부(562)와, 압력조절밸브(565)가 설치되는 제2유로부(563)가 병렬되게 형성된 구조를 가진다.
이에 따라, 압력조절밸브(565)가 폐쇄되거나, 고장 등으로 인해 개폐조절이 정상적으로 이루어지지 않는 상태에서, 제1유로부(562)와 리버스밸브(564)를 이용해 엔진(2)측으로의 수소 공급을 조절할 수 있다. 또한 압력조절밸브(565)가 개방된 상태에서는 수소탱크(40)상에 고압으로 충진된 수소가 리버스밸브(564)를 거치지 않고 부압 상태의 엔진(2)으로 안정적으로 공급될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 사용수순환라인(57)은 순환유로부(571)와 솔레노이드밸브(572)를 포함한다.
순환유로부(571)는 수소탱크(40)에 저장된 물을 정화수탱크(13)까지 공급하는 유로를 이루는 부분으로, 수소탱크(40)에서 정화수탱크(13)까지 연장되게 형성된다. 솔레노이드밸브(572)는 순환유로부(571)상에 설치되고, 수소탱크 수위센서(71)에서 감지된 수위에 따라 개폐조절된다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에서 정화수탱크(13), 정화수공급라인(54), 고분자전해질수전해장치(30), 수소저장라인(55), 수소탱크(40), 사용수순환라인(57)은, 물이 유동될 수 있는 연속된 폐경로를 이루게 된다. 또한, 정화수공급라인(54)상에는 물을 강제 유동시키는 순환펌프(542)가 설치된다.
이에 따라, 순환펌프(542)에 해당되는 하나의 펌프부재를 이용해 정화수탱크(13), 정화수공급라인(54), 고분자전해질수전해장치(30), 수소저장라인(55), 수소탱크(40), 사용수순환라인(57) 전체에 걸쳐 물 공급 및 순환을 구현할 수 있고, 이에 따라 복수개의 펌프부재를 사용하는 경우와 비교해 본 발명을 보다 에너지 효율적으로 운용할 수 있다.
산소저장라인(58)은 고분자전해질수전해장치(30)의 전해질막을 통과하지 못한 산소와 물을 정화수탱크(13)로 공급하는 경로를 이룬다. 산소공급라인(59)은 정화수탱크(13)에 저장된 산소를 설정 위치로 공급하는 경로를 이룬다.
산소공급라인(59)을 엔진(2)의 흡기부까지 연장하면, 고분자전해질수전해장치(30)에서 생성된 산소를 엔진(2)에 공급하는 것에 의해 엔진(2)의 폭발력, 즉 출력을 상승시킬 수 있다. 또한, 산소공급라인(59)을 엔진(2)이 설치된 차량의 실내, 또는 차량의 실내 공기를 조절하는 공기조화기(air conditioner)까지 연장하면, 고분자전해질수전해장치(30)에서 생성된 산소를 차량의 실내에 공급함으로써 차량의 실내 공기를 보다 쾌적하게 조성할 수 있다.
정화수탱크 수위조절부(60)는 정화수탱크(13)의 수위를 설정 범위로 유지하기 위한 장치이다. 본 발명의 일실시예에 따른 정화수탱크 수위조절부(60)는 정화수탱크 수위센서(61)와 펌프제어부(62)를 포함한다. 정화수탱크 수위센서(61)는 정화수탱크(13)에 설치되어 정화수탱크(13)의 수위를 감지한다. 펌프제어부(62)는 정화수탱크 수위센서(61)의 신호에 연동하여 순환펌프(542)와 필터순환펌프(28)의 구동을 제어한다.
정화수탱크 수위센서(61)에서 감지된 수위가 설정 범위를 초과하면, 펌프제어부(62)는 순환펌프(542)를 구동시켜 정화수탱크(13)의 수위를 하향 조절한다. 정화수탱크 수위센서(61)에서 감지된 수위가 설정 범위 미만이면, 펌프제어부(62)는 정화필터부(20)에 구비되는 필터순환펌프(28)를 구동시켜 정화수탱크(13)의 수위를 상향 조절한다. 상기와 같이 정화수탱크 수위센서(61)의 신호에 연동하여 순환펌프(542)와 필터순환펌프(28)의 구동을 제어하면서 정화수탱크(13)의 수위를 설정 범위로 유지할 수 있다.
수소탱크 수위조절부(70)는 정화수탱크(13)의 수위를 설정 범위로 유지하기 위한 장치이다. 본 발명의 일실시예에 따른 수소탱크 수위조절부(70)는 수소탱크 수위센서(71)와 밸브제어부(72)를 포함한다. 수소탱크 수위센서(71)는 수소탱크(40)에 설치되어 수소탱크(40)의 수위를 감지한다. 밸브제어부(72)는 수소탱크 수위센서(71)의 신호에 연동하여 솔레노이드밸브(572)의 작동을 제어한다.
수소탱크 수위센서(71)에서 감지된 수위가 설정 범위를 초과하면, 밸브제어부(72)는 사용수순환라인(57)상에 설치된 솔레노이드밸브(572)를 개방시켜 수소탱크(40)의 수위를 하향 조절한다. 수소탱크 수위센서(71)에서 감지된 수위가 설정 범위 미만이면, 밸브제어부(72)는 솔레노이드밸브(572)를 폐쇄시켜 수소탱크(40) 외부로의 물 배출을 제한한다. 상기와 같이 수소탱크 수위센서(71)의 신호에 연동하여 솔레노이드밸브(572)의 구동을 제어하면서 수소탱크(40)의 수위를 설정 범위로 유지할 수 있다.
수소발생량조절장치(80)는 엔진(2)의 운전조건에 연동하여, 즉 엔진(2)의 출력에 연동하여 고분자전해질수전해장치(30)로 공급되는 전류의 세기를 증감 조절하는 장치이다. 본 발명의 일실시예에 따른 수소발생량조절장치(80)는 부하입력부(81), 전류설정부(82), 전류조절부(83)를 포함한다.
부하입력부(81)는 엔진(2)의 출력에 관한 정보를 입력받는 부분이다. 일반적으로 차량의 계기판(3)은 0~5V 사이의 전압에 의해 그 표시상태가 변동되는데, 부하입력부(81)는 상기와 같이 엔진(2)의 출력을 표시하기 위해 차량의 계기판(3)으로 전압을 공급하는 전압공급라인(4)으로부터 전압값을 입력받는다.
예를 들어, 전압공급라인(4)상의 전압이 0~5V이고, 이에 대응되는 엔진(2)의 출력 범위가 0~4000RPM이면, 전압공급라인(4)상의 전압값이 2V일때, 엔진(2)의 출력은 1600RPM이 된다. 부하입력부(81)는 상기와 같이 전압공급라인(4)으로부터 전압값을 입력받는 것에 의해, 엔진(2)의 출력에 관한 정보를 입력받는다.
전류설정부(82)는 부하입력부(81)에 입력된 엔진(2)의 출력에 따라, 고분자전해질수전해장치(30)로 공급되는 전류의 세기를 다르게 설정하는 부분이다. 예를 들어, 전압공급라인(4)상의 전압이 0~5V이고, 이에 대응되는 엔진(2)의 출력 범위가 0~4000RPM이면, 전류설정부(82)는 배터리(5)의 출력을 이에 대응하여 0~20A로 설정할 수 있다. 전압공급라인(4)상의 전압값이 2V일때, 엔진(2)의 출력은 1600RPM이고, 전류설정부(82)에서는 배터리(5)에서 고분자전해질수전해장치(30)로 출력시킬 전류를 8A로 설정할 수 있다.
도 3에는 유해 배출가스 중 NOX 수치를 엔진(2)의 출력에 따라 구분하여 측정한 결과가 도시되어 있다. 본 발명을 적용하지 않은 경우 NOX 수치를 측정한 결과는 BASE, 엔진(2)의 출력에 비례하여 배터리(5)의 출력을 조절하면서 본 발명을 적용한 경우 NOX 수치를 2회 측정한 결과는 각각 TEST1, TEST2로 표시되어 있다. 도 3으로부터 엔진(2)의 출력이 증가할수록 본 발명에 의한 유해 배출가스 저감 효과가 점차 감소되는 것을 확인할 수 있다.
따라서 배터리(5)의 출력을 엔진(2)의 출력에 비례하여 조절하는 방법 이외에, 도 3의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 수소 첨가의 효과가 명확한 엔진(2)의 출력 구간에서는 엔진(2)에 수소를 공급하고, 도 3의 (e), (f)에 도시된 바와 같이 수소 첨가의 효과가 미미한 구간에서는 엔진(2)으로의 수소 공급을 중지하는 방법을 적용할 수도 있다. 상기와 같이 엔진(2)으로의 수소 공급을 중지함에 있어서는, 고분자전해질수전해장치(30)의 가동을 정지하거나, 압력조절밸브(565)에 의해 수소탱크(40) 내에 수소를 보다 고압으로 축적하는 과정에 의해 이루어질 수 있다.
고분자전해질수전해장치(30)를 상시 구동시키는 것이 아니라, 상기와 같이 엔진(2)의 출력에 따라 구분되는 일부 구간에서 그 구동을 정지시키면, 본원 발명을 보다 에너지 효율적으로 운용할 수 있으며, 본 발명의 내구 시간, 즉 수명을 보다 연장시킬 수 있다.
전류설정부(82)는 상기와 같은 검사 결과를 참조하여, 배터리(5)에서 고분자전해질수전해장치(30)로 출력되는 전류의 세기를 엔진(2)의 출력에 따라 다르게 설정한다.
보다 구체적으로는 전류설정부(82)는 엔진(2)의 출력이 제1범위에 속하는 경우, 고분자전해질수전해장치(30)로 공급되는 전류의 세기를 제1전류값으로 설정하고, 엔진(2)의 출력이 제1범위와 다른 제2범위에 속하는 경우, 고분자전해질수전해장치(30)로 공급되는 전류의 세기를 제1전류값과 다른 제2전류값으로 설정한다. 여기서 제2범위가 제1범위보다 큰 엔진(2)의 출력값을 가지는 경우, 제2전류값은 제1전류값보다 큰 값으로 설정될 수 있으며, 제1전류값보다 작게, 예를 들어 0으로 설정될 수도 있다.
전류조절부(83)는 고분자전해질수전해장치(30)로 공급되는 전류의 세기를 전류설정부(82)에서 설정된 세기로 조절하는 부분이다. 전류조절부(83)는 배터리(5)에서 고분자전해질수전해장치(30)로 전류를 공급하는 경로상에 설치되고, 배터리(5)에서 고분자전해질수전해장치(30)로 출력되는 전류의 세기를 조절한다. 전류조절부(83)로는 배터리(5)의 출력측 전류를 조절할 수 있는 전류조절장치를 적용할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 엔진부하입력단계(S1), 전류조절단계(S2), 수소생성단계(S3), 수소공급단계(S4)를 순차적으로 거쳐 엔진(2)의 연비를 향상시키고, 유해 배출가스를 저감시킬 수 있다.
엔진부하입력단계(S1)에서는 부하입력부(81)를 통해 엔진(2)의 출력에 관한 정보를 입력받고, 전류조절단계(S2)에서는 엔진부하입력단계(S1)를 통해 입력받은 엔진(2)의 출력에 따라, 전류설정부(82)와 전류조절부(83)에 의해 고분자전해질수전해장치(30)로 공급되는 전류의 세기를 설정, 조절한다. 본 발명의 일실시예에 따른 전류조절단계(S2)는 전류값설정단계(S2-1)와 전류값조절단계(S2-2)를 포함한다.
전류값설정단계(S2-1)에서는 전류설정부(82)를 이용해, 엔진부하입력단계(S1)를 통해 입력받은 엔진(2)의 출력에 대응하여 고분자전해질수전해장치(30)로 공급되는 전류값을 설정한다. 전류값조절단계(S2-2)는 전류조절부(83)를 이용해, 고분자전해질수전해장치(30)로 공급되는 전류의 세기를 전류값설정단계(S2-1)에서 설정된 전류값으로 조절한다.
수소생성단계(S3)에서는 전류조절단계(S2)를 통해 조절된 전류값으로 고분자전해질수전해장치(30)에 전류를 공급하면서 전류의 세기에 비례하여 수소량을 가변 생성한다. 수소공급단계(S4)에서는 고분자전해질수전해장치(30)에서 생성된 수소를 수소공급라인(56)을 통해 엔진(2)에 공급한다. 본 발명의 일실시예에 따른 수소공급단계(S4)는 수소저장단계(S4-1)와 가변공급단계(S4-2)를 포함한다.
수소저장단계(S4-1)에서는 수소생성단계(S3)를 거쳐 생성된 수소를 수소탱크(40)에 설정 압력으로 저장한다. 여기서 설정 압력은 대기압 또는 대기압보다 큰 압력일 수 있다. 가변공급단계(S4-2)에서는 엔진(2)의 운전조건에 따라 수소공급라인(56)을 선택적으로 개방시키면서 수소탱크(40)에 충진시킨 수소를 엔진(2)으로 가변 공급한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 고분자전해질수전해장치(30)를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치(1)에 의하면, 고분자전해질수전해장치(30)를 이용해 물을 수소와 산소로 전기분해하여 엔진(2)에 공급함으로써, 엔진(2)의 연소 효율을 향상시킴과 동시에 유해 배기가스의 배출량을 감소시킬 수 있다.
또한, 정화필터부(20)로 물을 정화하여 고분자전해질수전해장치(30)로 공급함으로써, 수질로 인한 고분자전해질수전해장치(30)의 전기분해 성능 저하를 방지할 수 있고, 사용자가 물을 별도로 정화하여 공급하는 번거로움을 생략할 수 있어 사용편의성을 도모할 수 있다.
또한, 수소발생량조절장치(80)를 이용해 배터리(5)에서 고분자전해질수전해장치(30)로 공급되는 전류의 세기를 엔진(2)의 운전조건에 따라 다르게 조절함으로써, 배터리(5)의 전기에너지를 보다 효율적으로 운용할 수 있고, 고분자전해질수전해장치(30)에 걸리는 부하를 저감시키는 것에 의해 내구성 및 수명을 보다 연장시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 엔진 연소효율 개선 장치 2 : 엔진
3 : 계기판 4 : 전압공급라인
5 : 배터리 11 : 저장수탱크
13 : 정화수탱크 20 : 정화필터부
21 : 다공성필터부 22 : 세디먼트필터
23 : 카본필터 24 : 역삼투압필터
25 : 이온제거필터 26 : 필터순환라인
27 : 필터순환유로부 28 : 필터순환펌프
30 : 고분자전해질수전해장치 40 : 수소탱크
52 : 저장수공급라인 53 : 정화수저장라인
54 : 정화수공급라인 55 : 수소저장라인
56 : 수소공급라인 57 : 사용수순환라인
58 : 산소저장라인 59 : 산소공급라인
60 : 정화수탱크 수위조절부 61 : 정화수탱크 수위센서
62 : 펌프제어부 70 : 수소탱크 수위조절부
71 : 수소탱크 수위센서 72 : 밸브제어부
80 : 수소발생량조절장치 81 : 부하입력부
82 : 전류설정부 83 : 전류조절부
91 : 유입제어밸브 92 : 배출제어밸브
541 : 공급유로부 542 : 순환펌프
543 : 재이온제거필터 561 : 수소공급유로부
562 : 제1유로부 563 : 제2유로부
564 : 리버스밸브 565 : 압력조절밸브
571 : 순환유로부 572 : 솔레노이드밸브
S1 : 엔진부하입력단계 S2 : 전류조절단계
S2-1 : 전류값설정단계 S2-2 : 전류값조절단계
S3 : 수소생성단계 S4 : 수소공급단계
S4-1 : 수소저장단계 S4-2 : 가변공급단계

Claims (10)

  1. 물을 정화하는 정화필터부;
    상기 정화필터부를 거쳐 정화된 물을 고체고분자 전해질 수전해법에 의해 수소와 산소로 전기분해하는 고분자전해질수전해장치; 및
    상기 고분자전해질수전해장치에서 생성된 수소를 엔진으로 공급하는 경로를 이루는 수소공급라인;을 포함하고,
    상기 정화필터부는,
    상기 저장수탱크에 저장된 물을 여과공을 통과시키면서 정화하는 다공성필터부;
    상기 다공성필터부를 통과한 물에 역삼투압을 가하여 정화하는 역삼투압필터; 및
    상기 역삼투압필터를 통과한 물에 포함된 이온을 제거하는 이온제거필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다공성필터부는,
    약 1㎛ 크기의 여과공을 구비하여, 1㎛ 보다 큰 크기의 이물질을 걸러내는 세디먼트필터; 및
    상기 세디먼트필터를 통과한 물에 포함된 이물질을 흡착하는 카본필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 역삼투압필터는,
    약 0.0001㎛ 크기의 여과공이 형성된 반투막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이온제거필터는,
    양전하를 띤 양전하부와, 음전하를 띤 음전하부를 가지는 이온교환수지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 정화필터부는,
    상기 역삼투압필터 내부의 물을 상기 다공성필터부의 상류로 순환시키는 경로를 이루는 필터순환라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 필터순환라인은,
    상기 역삼투압필터와 상기 다공성필터부의 사이에 형성되는 필터순환유로부; 및
    상기 필터순환유로부상에 설치되고, 상기 역삼투압필터의 반투막을 통과하지 못한 물을 상기 다공성필터부로 강제 유동시키는 필터순환펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 정화필터부를 거쳐 정화된 물이 저장되는 정화수탱크; 및
    상기 정화수탱크에 저장된 물을 상기 고분자전해질수전해장치로 공급하는 경로를 이루는 정화수공급라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 정화수공급라인은,
    상기 정화수탱크와 상기 고분자전해질수전해장치의 사이에 형성되는 공급유로부; 및
    상기 공급유로부상에 설치되고, 상기 정화수탱크에서 1차로 이온제거처리된 물을 2차로 이온제거처리하는 재이온제거필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 정화수공급라인은,
    상기 공급유로부상에 설치되고, 상기 정화수탱크에 저장된 물을 상기 고분자전해질수전해장치로 강제 유동시키는 순환펌프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 정화필터부의 상류측에 설치되고, 상기 정화필터부 내부로의 물 유입을 단속하는 유입제어밸브; 및
    상기 정화필터부의 하류측에 설치되고, 상기 정화필터부 외부로의 물 배출을 단속하는 배출제어밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자전해질수전해장치를 이용한 엔진 연소효율 개선 장치.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2021070836A (ja) * 2019-10-29 2021-05-06 日立造船株式会社 水電解装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3460099A1 (en) * 2017-09-21 2019-03-27 Hymeth ApS Method and system for producing a gas mixture
WO2019057764A1 (en) * 2017-09-21 2019-03-28 Hymeth Aps PROCESS AND SYSTEM FOR PRODUCING GASEOUS MIXTURE
US11584895B2 (en) 2017-09-21 2023-02-21 Hymeth Aps Method and system for producing a gas mixture
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