KR20170120434A - 디젤 엔진용 연료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 기재는, 86 중량% 이상 92 중량% 이하의 디젤 연료, 7 중량% 이상 12 중량% 이하의 증류수 및 5 중량% 이하 (0을 포함하지 않음)의 계면활성제를 포함하며, 증류수는 디젤 연료에 분산되어 에멀젼 상을 가지는 디젤 엔진용 연료 조성물에 관한 것으로, 본 기재에 의하면 추가적인 장치나 장비의 부가를 최소화하면서도 배기 배출물을 저감할 수 있는 디젤 엔진용 연료 조성물을 제공할 수 있다.

Description

디젤 엔진용 연료 조성물 {FUEL COMPOSITION FOR DIESEL ENGINE}
본 기재는 디젤 엔진용 연료 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 배기 배출물을 저감할 수 있는 디젤 엔진용 연료 조성물에 관한 것이다.
디젤 엔진을 포함하는 차량의 배기 배출물 중 가솔린 차량과 비교하여 상대적으로 많은 배출이 이뤄지는 물질로는 입자상 물질(Particulate Matter, PM), 질소산화물(NOx)와 같은 물질들이 있다. 이와 같은 디젤 엔진 차량의 배기 배출물의 경우, 대기 오염의 주범이 되는 물질이기 때문에, 점차 배기 배출물의 배출에 관련된 규제가 강화되고 있다. 강화 되는 배기 배출물 규제로 인하여 국내외 여러 분야에서 배기 배출물 저감을 위한 연구가 이루어지고 있으며 디젤의 경우 전처리 및 후처리 기술 연구 개발을 통해 다양한 종류의 실험이 이뤄지고 있다.
전처리 기술의 대표적인 예로는 연료 다단분사 시스템이 있으며 후처리 기술로는 디젤 입자 필터(Diesel Particulate Filter, DPF), 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR) 등이 있다. 디젤 입자 필터 및 선택적 환원 촉매와 같은 기술들은 방식의 차이는 존재하지만 모두 입자상 물질 및 질소산화물의 저감을 위해 사용되는 기술들이다.
그러나 이와 같은 기술들은 각 차량에서 독자적으로 배기가스 처리가 이루어져야 하므로 차량 내부에 배기 배출물을 저감하기 위한 추가적인 장치 혹은 기술이 필요하게 된다.
따라서 추가적인 장치나 기술을 부가하지 않으면서도 디젤 엔진으로부터 발생되는 배기 배출물을 저감시킬 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
이와 관련된 기술로는 한국공개특허 제2007-7018828호가 있다.
본 기재는, 추가적인 장치나 장비의 부가를 최소화하면서도 배기 배출물을 저감할 수 있는 디젤 엔진용 연료 조성물을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진용 연료 조성물은, 86 중량% 이상 92 중량% 이하의 디젤 연료, 7 중량% 이상 12 중량 이하의 증류수 및 5 중량% 이하 (0을 포함하지 않음)의 계면활성제를 포함하며, 증류수는 디젤 연료에 분산되어 에멀젼 상을 가진다.
계면활성제의 친수성-친유성 비(Hydrophile-Lipophile Balance, HLB) 값은 0 초과 8 이하일 수 있다.
계면활성제는 소르비탄 스테아레이트(sorbitan stearate), 글리세릴 모노올리에이트(glyceryl monooleate), 레시틴(lecithin) 및 폴리글리세릴-4-올리에이트(polyglyceryl-4-oleate)를 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
이때, 계면활성제는, 소르비탄 스테아레이트(sorbitan stearate), 글리세릴 모노올리에이트(glyceryl monooleate), 레시틴(lecithin) 및 폴리글리세릴-4-올리에이트(polyglyceryl-4-oleate)를 포함하는 군에서 선택되는 두 가지 물질이 1:2 내지 2:1의 중량비로 혼합된 혼합물일 수 있다.
계면활성제는 폴리글리세릴-4-올리에이트이며, 87 중량% 이상 89 중량% 이하의 디젤 연료 및 1 중량% 이상 3 중량% 이하의 계면활성제를 포함할 수 있다.
계면활성제는 소르비탄 스테아레이트이며, 87 중량% 이상 89 중량% 이하의 디젤 연료 및 1 중량% 이상 3 중량% 이하의 계면활성제를 포함할 수 있다.
계면활성제는 소르비탄 스테아레이트 및 폴리글리세릴-4-올리에이트의 혼합물이며, 87 중량% 이상 89 중량% 이하의 디젤 연료 및 1 중량% 이상 3 중량% 이하의 계면활성제를 포함할 수 있다.
혼합물은, 소르비탄 스테아레이트 및 폴리글리세릴-4-올리에이트가 1:2 내지 2:1의 중량비로 혼합될 수 있다.
전체 밀도가 일정할 때의 증류수 입자의 평균 체적(De Brouckere mean diameter, DBMD)은 20㎛ 이하(0은 포함하지 않음)일 수 있다.
증류수 입자의 동일 체적/겉넓이의 비를 가지는 구의 평균 지름(Sauter mean diameter, SMD)은 10.5㎛ 이하(0은 포함하지 않음)일 수 있다.
한편, 디젤 연료는 경유 또는 중유일 수 있다.
본 기재에 의하면, 엔진 연소실 내 높은 온도에 의해 에멀젼 연료에 포함된 증류수 입자의 미소 폭발로 인해, 엔진 연소실 내 혼합기를 보다 균질하게 미립화 할 수 있으며), 미립화된 연료는 보다 원활한 완전 연소를 이끌어 불완전 연소로 인한 생성물인 입자상 물질의 생성을 감소시킬 수 있는 디젤 엔진용 연료 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 기재의 디젤 엔진용 연료 조성물에 의하면, 에멀젼 연료의 연소 시 연료 내 포함 된 증류수 입자가 기화하며 발생되는 증발 잠열에 의해 연료의 연소온도를 낮추어 고온에서 발생하는 질소산화물의 생성 역시 억제하여 질소산화물의 배출도 감소시킬 수 있다.
따라서 별도의 추가적인 장치나 장비의 부가 없이도, 입자상 물질 및 질소산화물과 같은 배기 배출물의 발생을 저감시킬 수 있는 디젤 엔진용 연료 조성물을 제공할 수 있다.
도 1은 표 3에 기재된 실시예들의 DBMD 값은 SMD 값을 그래프로 도시한 것이다.
도 2는 도 1 및 표 3의 실시예 9 내지 11에 따른 디젤 엔진용 연료 조성물을 위상차 현미경 촬영을 통해 분산 이미지를 촬영한 사진이다.
도 3은 도 1 및 표 3의 실시예 12 내지 14에 따른 디젤 엔진용 연료 조성물을 위상차 현미경 촬영을 통해 분산 이미지를 촬영한 사진이다.
도 4는 도 1 및 표 3의 실시예 15 내지 17에 따른 디젤 엔진용 연료 조성물을 위상차 현미경 촬영을 통해 분산 이미지를 촬영한 사진이다.
도 5는 도 1 및 표 3의 실시예 18 내지 20에 따른 디젤 엔진용 연료 조성물을 위상차 현미경 촬영을 통해 분산 이미지를 촬영한 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 기재를 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 기재의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 기재를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로 본 기재가 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진용 연료 조성물은 디젤 연료, 증류수 및 계면활성제를 포함한다.
디젤 연료는 디젤 엔진에 의해 연소되면서 동력을 발생시킨다. 본 실시예에 따른 디젤 연료는 경유 또는 중유와 같이 일반적으로 디젤 엔진에 사용되는 연료가 사용될 수 있다. 이 외에도 바이오 연료와 같은 대체 연료가 사용될 수 있으며, 원활한 연소를 보조하기 위한 첨가제가 첨가될 수 있을 것이다.
본 실시예에 따른 디젤 엔진용 연료 조성물은 디젤 연료에 섞이기 어려운 증류수가 디젤 연료에 원활하게 분산되어 분포할 수 있도록 계면활성제를 포함한다.
이때, 본 실시예에 따른 디젤 엔진용 연료 조성물은 86 중량% 이상 92 중량% 이하의 디젤 연료, 7 중량% 이상 12 중량% 이하의 증류수 및 5 중량% 이하 (0을 포함하지 않음)의 계면활성제를 포함하며, 보다 바람직하게는 87 중량% 이상 89 중량% 이하의 디젤 연료, 10 중량% 이하의 증류수 및 1 중량% 이상 3 중량% 이하의 계면활성제를 포함한다. 이때, 증류수는 계면활성제에 의해 디젤 연료에 분산되어 에멀젼(emulsion) 상으로 존재한다.
본 실시예와 같은 디젤 엔진용 연료 조성물은 혼합이 어려운 디젤 연료와 증류수를 계면활성제를 통해 혼합하여 에멀젼 상으로 만드는 것이기 때문에, 각 구성들의 함량비가 매우 중요한 요소이다. 따라서 디젤 연료, 증류수 및 계면활성제 사이의 적절한 함량비 조합에 의해 디젤 엔진용 연료 조성물의 원활한 성능이 발휘될 수 있다.
디젤 엔진용 연료 조성물에 있어서 디젤 연료가 86 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 디젤 엔진의 원활한 연소가 어려울 수 있으며, 92 중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 첨가되는 증류수가 디젤 연료에 고르게 분산되기 어렵기 때문에 증류수의 분산에 의해 발휘되는 효과가 미비할 수 있다.
디젤 엔진용 연료 조성물에 있어서 증류수가 7 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 첨가되는 양이 적어 디젤 연료의 연소에 의해 증류수 입자의 미소 폭발 효과가 감소될 수 있으며, 증류수가 12 중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 지나치게 많은 양의 증류수가 첨가되어 증류수 입자가 작게 형성되기 어려우며, 따라서 증류수 입자의 크기가 불균일할 수 있으며 디젤 연료에 고르게 분산되기에도 어려움이 있다. 또한, 증류수의 함량이 지나치게 많을 경우에는 연료의 연소에 악영향을 미칠 수 있으며, 엔진의 부식을 촉진시킬 수도 있어 바람직하지 않다.
계면활성제는 디젤 연료 및 증류수의 함량비 및 계면활성제 자체의 물성에 따라 양이 가감될 수 있으나, 5 중량% 이하로 포함될 수 있다. 디젤 연료와 증류수의 혼합을 위해 사용되는 계면활성제의 양은 제한적이기 때문에 필요 이상으로 많은 양의 계면활성제를 첨가하게 되면 오히려 디젤 엔진용 연료 조성물의 연소를 방해할 수 있다.
본 실시예에 따른 디젤 엔진용 연료 조성물에 사용되는 증류수는 증류수일 수 있으며, 본 실시예에 따른 디젤 엔진용 연료 조성물에 사용되는 계면활성제는 디젤 연료에 증류수가 원활하게 분산될 수 있도록, 0 초과 8 이하의 친수성-친유성 비(Hydrophile-Lipophile Balance, HLB) 값을 가지는 물질일 수 있으며, 보다 바람직하게는 3 내지 6의 친수성-친유성 비 값을 가질 수 있다.
친수성-친유성 비(Hydrophile-Lipophile Balance, HLB) 값은 계면활성제의 친수성과 친유성의 균형을 나타내기 위한 지표로, 0 내지 20의 값을 가진다. 계면활성제의 친수성-친유성 비 값이 0에 가까울수록 친유성 성질이 크며, 20에 가까울수록 친수성 성질이 크다.
본 실시예에서는 디젤 엔진용 연료 조성물에 포함되는 성분 중 디젤 연료의 함량이 86 중량% 이상 92 중량% 이하인 유중수적형 연료이기 때문에, 친유성의 성질을 가지는 계면활성제를 첨가하여야 증류수가 디젤 연료 내에서 작고 고른 입자를 가지도록 분산될 수 있다. 그러므로 0 초과 8 이하의 친수성-친유성 비 값을 가지는 계면활성제를 첨가할 수 있으며, 보다 바람직하게는 3 내지 6의 값을 가지는 계면활성제를 첨가할 수 있다.
본 실시예에 따라 0 초과 8 이하의 친수성-친유성 비 값을 가지는 구체적인 계면활성제로는 소르비탄 스테아레이트(sorbitan stearate), 글리세릴 모노올리에이트(glyceryl monooleate), 레시틴(lecithin) 및 폴리글리세릴-4-올리에이트(polyglyceryl-4-oleate)와 같은 물질들이 있으며, 본 실시예의 계면활성제는 이들을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
아래 기재된 [표 1]에는 본 실시예에 따라 사용되는 계면활성제의 종류 및 친수성-친유성 비 값과 각 계면활성제의 제조사 및 상품명이 기재되어 있다.
계면활성제 HLB 제조사 및 상품명
소르비탄 스테아레이트
(sorbitan stearate)		 4.3 Sigma-aldrich
Span80
글리세릴 모노올리에이트
(glyceryl monooleate)		 8.0 Sigma-aldrich
Lanolin
레시틴(lecithin) 4.0 TCI
Lecithin
폴리글리세릴-4-올리에이트
(polyglyceryl-4-oleate)		 5.0 Making cosmetic
PGO
한편, [표 1]에 기재된 소르비탄 스테아레이트, 글리세릴 모노올리에이트, 레시틴 및 폴리글리세릴-4-올리에이트와 같은 물질들은 단독으로 사용될 수 있으며, 혹은 둘 이상의 물질이 혼합되어 사용될 수도 있다.
이때 본 실시예에 따른 계면활성제는 소르비탄 스테아레이트, 글리세릴 모노올리에이트, 레시틴 및 폴리글리세릴-4-올리에이트를 포함하는 군에서 선택되는 두 가지의 물질이 1:2 내지 2:1의 중량비로 혼합된 혼합물로 제공될 수 있다.
[표 2]에는 계면활성제의 함량 변화에 따른 디젤 연료의 특성 변화를 평가하기 위하여, 증류수의 함량비를 10 중량%로 고정시키고, 디젤 연료 및 계면활성제의 중량%를 변화시킨 다양한 실시예가 기재되어 있다. [표 2]에 기재된 것과 같이 본 실시예의 계면활성제는 단독으로 사용되거나, 두 가지의 물질이 1:2 내지 2:1의 중량비로 혼합되어 사용될 수 있다.
구분 디젤 연료
(중량%)		 증류수
(중량%)		 계면활성제
(중량%)
1 89 10 소르비탄 스테아레이트 1
2 88 10 소르비탄 스테아레이트 2
3 87 10 소르비탄 스테아레이트 3
4 88 10 글리세릴 모노올리에이트 2
5 87 10 글리세릴 모노올리에이트 3
6 89 10 레시틴 1
7 88 10 레시틴 2
8 87 10 레시틴 3
9 89 10 폴리글리세릴-4-올리에이트 1
10 88 10 폴리글리세릴-4-올리에이트 2
11 87 10 폴리글리세릴-4-올리에이트 3
12 89 10 소르비탄 스테아레이트
폴리글리세릴-4-올리에이트		 1
2
13 88 10 소르비탄 스테아레이트
폴리글리세릴-4-올리에이트		 1.5
1.5
14 87 10 소르비탄 스테아레이트
폴리글리세릴-4-올리에이트		 2
1
15 89 10 소르비탄 스테아레이트
글리세릴 모노올리에이트		 1
2
16 88 10 소르비탄 스테아레이트
글리세릴 모노올리에이트		 1.5
1.5
17 87 10 소르비탄 스테아레이트
글리세릴 모노올리에이트		 2
1
18 89 10 폴리글리세릴-4-올리에이트
글리세릴 모노올리에이트		 1
2
19 88 10 폴리글리세릴-4-올리에이트
글리세릴 모노올리에이트		 1.5
1.5
20 87 10 폴리글리세릴-4-올리에이트
글리세릴 모노올리에이트		 2
1
디젤 연료, 증류수 및 계면활성제를 혼합하여 1시간 내지 2시간 동안 연료제조기를 구동하여 이들을 혼합하면 증류수가 미세한 입자로 분리되어 디젤 연료에 분산되는 에멀젼 상을 가지는 디젤 엔진용 연료 조성물이 된다.
디젤 연료에 분산되어 있는 증류수 입자들은, 디젤 엔진에 연료 분사 시 엔진 내부의 높은 온도에 의해 미소 폭발을 일으킬 수 있다. 따라서 연료의 미립화 특성을 보다 향상시킬 수 있으며, 디젤 엔진 내에서 연료가 완전 연소되도록 함으로써 입자상 물질의 생성을 감소시킬 수 있다.
또한 증류수 입자의 증발 잠열로 인해 엔진 내부의 연소 온도가 감소될 수 있기 때문에, 고온에서 진행되는 산소와 질소의 화학반응을 감소시킬 수 있어 질소산화물의 생성 역시 감소될 수 있다.
이와 같은 효과를 발휘하기 위해서는 디젤 연료 내에 분산되는 증류수 입자의 크기가 작고 고르게 생성되어야 한다. 증류수 입자의 크기가 크면 동점도가 증가되고 미소폭발 현상이 지연된다. 또한 증발 특성 역시 저하되어 앞서 서술한 효과가 원활하게 발휘되기 어렵다.
본 실시예에서는 디젤 연료 내에 분산되어 있는 증류수 입자의 입도 분포 및 입경을 측정하여 아래 [표 3]에 기재하고, 도 1에 그래프로 도시하였다. [표 3]에는 전체 밀도가 일정할 때의 증류수 입자의 평균 체적을 나타내는 지표인 De Brouckere mean diameter(DBMD) 값 및 동일 체적/겉넓이의 비를 가지는 구의 평균 지름을 나타내는 지표인 Sauter mean diameter(SMD) 값이 각각 기재되어 있으며, 도 1은 [표 3]에 기재된 실시예들의 DBMD 값은 SMD 값을 그래프로 도시한 것이다. DBMD 값은 가장 큰 비중을 차지하는 입자의 사이즈를 측정하기 위해 사용되는 것이며, 실제 입자의 평균 입경을 분석하기 위해서는 SMD 값이 사용된다. DBMD 값은 SMD 값에 비하여 항상 큰 값을 가지며, 두 값의 차이가 적을수록 고른 분포를 가지는 것으로 볼 수 있다. 따라서 [표 3]에는 DBMD 값과 SMD 값의 차이 역시 함께 기재되어 있다.
구분 계면활성제 조합 제조
시간		 DBMD
(㎛)		 SMD
(㎛)		 DBMD-SMD(㎛)
1 소르비탄 스테아레이트 1% 1h 5.92 5.06 0.86
2h 3.46 2.76 0.7
2 소르비탄 스테아레이트 2% 1h 1.92 1.4 0.52
2h 3.05 2.78 0.27
3 소르비탄 스테아레이트 3% 1h 2.81 1.56 1.25
2h 1.65 1.29 0.36
4 글리세릴 모노올리에이트 2% 1h 11.47 7.32 4.15
2h 11.12 7.36 3.76
5 글리세릴 모노올리에이트 3% 1h 9.85 7.06 2.79
2h 8.89 6.85 2.04
6 레시틴 1% 1h 14.44 8.76 5.68
2h 18.12 10.04 8.08
7 레시틴 2% 1h 16.37 9.49 6.88
2h 12.12 7.92 4.2
8 레시틴 3% 1h 16.27 9.11 7.16
2h 9.83 5.54 4.29
9 폴리글리세릴-4-올리에이트 1% 1h 2.5 1.1 1.4
2h 4.35 2.65 1.7
10 폴리글리세릴-4-올리에이트 2% 1h 0.72 0.49 0.23
2h 1.76 0.51 1.25
11 폴리글리세릴-4-올리에이트 3% 1h 1.62 0.47 1.15
2h 1.7 0.52 1.18
12 소르비탄 스테아레이트 1% + 폴리글리세릴-4-올리에이트 2% 1h 8.06 1.02 7.04
2h 3.53 0.84 2.69
13 소르비탄 스테아레이트 1.5% + 폴리글리세릴-4-올리에이트 1.5% 1h 3.57 0.89 2.68
2h 1.03 0.81 0.22
14 소르비탄 스테아레이트 2% + 폴리글리세릴-4-올리에이트 1% 1h 3.19 0.55 2.64
2h 1.39 0.54 0.85
15 소르비탄 스테아레이트 1% + 글리세릴 모노올리에이트 2% 1h 4.09 3.33 0.76
2h 3.7 3.53 0.17
16 소르비탄 스테아레이트 1.5% + 글리세릴 모노올리에이트 1.5% 1h 2.45 2.33 0.12
2h 2.89 2.66 0.23
17 소르비탄 스테아레이트 2% + 글리세릴 모노올리에이트 1% 1h 5.77 1.68 4.09
2h 2.1 1.88 0.22
18 폴리글리세릴-4-올리에이트 1% + 글리세릴 모노올리에이트 2% 1h 1 0.53 0.47
2h 1.08 0.59 0.49
19 폴리글리세릴-4-올리에이트 1.5% + 글리세릴 모노올리에이트 1.5% 1h 1.3 0.46 0.84
2h 0.46 0.43 0.03
20 폴리글리세릴-4-올리에이트 2% + 글리세릴 모노올리에이트 1% 1h 0.87 0.43 0.44
2h 1.05 0.43 0.62
[표 3] 및 도 1을 참조하면, 혼합시간이 길어지면 입경이 작아지는 경향을 보인다. 그러나 혼합시간이 길어질수록 입경이 작아지는 것은 아니다. 혼합시간이 길어 질수록 입자간의 반데르발스 인력에 의해 입자간의 재결합으로 입경이 커지는 일이 발생한다. 이러한 결과는 연료 제작 시간 역시 고려되어야 하는 부분임을 알 수 있다.
[표 3] 및 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 디젤 엔진용 연료 조성물은 0 초과 20㎛ 이하의 DBMD 값을 가지며, 0 초과 10.5㎛ 이하의 SMD 값을 가진다.
[표 3] 및 도 1과 같이 DBMD-SMD 값의 차가 0에 가까운 실시예로, 한 가지 종류의 계면활성제만 사용한 경우에는 실시예 10과 같이 폴리글리세릴-4-올리에이트를 2 중량% 포함한 실시예 및 실시예 1 내지 3과 같이 소르비탄 스테아레이트를 1 중량% 내지 3 중량% 포함한 실시예가 있으며, 두 가지의 계면활성제를 혼합하여 사용한 경우에는 실시예 13 및 14와 같이 1.5 중량% 내지 2 중량%의 소르비탄 스테아레이트 및 1 중량% 내지 1.5 중량%의 폴리글리세릴-4-올리에이트를 혼합한 실시예 및 폴리글리세릴-4-올리에이트 및 글리세릴 모노올리에이트를 혼합한 실시예가 존재한다.
이들과 같은 실시예에 따른 디젤 엔진용 연료 조성물의 경우, 87 중량% 내지 89 중량% 의 디젤 연료 및 1 중량% 이상 3 중량% 이하의 계면활성제를 포함한다.
도 2는 [표 3] 및 도 1의 실시예 9 내지 11에 따라, 폴리글리세릴-4-올리에이트를 계면활성제로 사용하고, 계면활성제의 함량이 1 중량% 내지 3 중량%인 경우를 1시간 및 2시간 혼합한 뒤, 위상차 현미경 촬영을 통해 분산 이미지를 촬영한 사진이다.
도 3은 [표 3] 및 도 1의 실시예 12 내지 14에 따라, 1 중량% 이상 2 중량% 이하의 소르비탄 스테아레이트 및 1 중량% 이상 2 중량% 이하의 폴리글리세릴-4-올리에이트의 혼합물을 계면활성제로 사용하고, 계면활성제의 함량이 1 중량% 내지 3 중량%인 경우를 1시간 및 2시간 혼합한 뒤, 위상차 현미경 촬영을 통해 분산 이미지를 촬영한 사진이다.
도 4는 [표 3] 및 도 1의 실시예 15 내지 17에 따라, 1 중량% 이상 2 중량% 이하의 소르비탄 스테아레이트 및 1 중량% 이상 2 중량% 이하의 글리세릴 모노올리에이트의 혼합물을 계면활성제로 사용하고, 계면활성제의 함량이 1 중량% 내지 3 중량%인 경우를 1시간 및 2시간 혼합한 뒤, 위상차 현미경 촬영을 통해 분산 이미지를 촬영한 사진이다.
도 5는 [표 3] 및 도 1의 실시예 18 내지 20에 따라, 1 중량% 이상 2 중량% 이하의 폴리글리세릴-4-올리에이트 및 1 중량% 이상 2 중량% 이하의 글리세릴 모노올리에이트의 혼합물을 계면활성제로 사용하고, 계면활성제의 함량이 1 중량% 내지 3 중량%인 경우를 1시간 및 2시간 혼합한 뒤, 위상차 현미경 촬영을 통해 분산 이미지를 촬영한 사진이다.
도 2 내지 도 5에 도시된 것과 같이 2시간 혼합하였을 때의 증류수 입자의 분산상이 보다 고르게 형성된 것을 알 수 있으며, 대부분의 입자가 큰 차이 없이 고른 분포를 가지는 것을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 다양한 실시예에 다른 디젤 엔진용 연료 조성물에 대하여 설명하였다. 본 실시예들에 따른 디젤 엔진용 연료 조성물의 경우, 엔진 연소실 내 높은 온도에 의해 에멀젼 연료에 포함된 증류수 입자의 미소 폭발로 인해, 엔진 연소실 내 혼합기를 보다 균질하게 미립화 할 수 있으며, 미립화된 연료는 보다 원활한 완전 연소를 이끌어 불완전 연소로 인한 생성물인 입자상 물질의 생성을 감소시킬 수 있는 디젤 엔진용 연료 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 기재의 디젤 엔진용 연료 조성물에 의하면, 에멀젼 연료의 연소 시 연료 내 포함 된 증류수 입자가 기화하며 발생되는 증발 잠열에 의해 연료의 연소온도를 낮추어 고온에서 발생하는 질소산화물의 생성 역시 억제하여 질소산화물의 배출도 감소시킬 수 있다.
따라서 별도의 추가적인 장치나 장비의 부가 없이도, 입자상 물질 및 질소산화물과 같은 배기 배출물의 발생을 저감시킬 수 있는 디젤 엔진용 연료 조성물을 제공할 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 86 중량% 이상 92 중량% 이하의 디젤 연료;
    7 중량% 이상 12 중량% 이하의 증류수; 및
    5 중량% 이하 (0을 포함하지 않음)의 계면활성제를 포함하며,
    상기 증류수는 상기 디젤 연료에 분산되어 에멀젼 상을 가지는, 디젤 엔진용 연료 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계면활성제의 친수성-친유성 비(Hydrophile-Lipophile Balance, HLB) 값은 0 초과 8 이하인, 디젤 엔진용 연료 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 계면활성제는 소르비탄 스테아레이트(sorbitan stearate), 글리세릴 모노올리에이트(glyceryl monooleate), 레시틴(lecithin) 및 폴리글리세릴-4-올리에이트(polyglyceryl-4-oleate)를 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는, 디젤 엔진용 연료 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 계면활성제는, 상기 소르비탄 스테아레이트(sorbitan stearate), 상기 글리세릴 모노올리에이트(glyceryl monooleate), 상기 레시틴(lecithin) 및 상기 폴리글리세릴-4-올리에이트(polyglyceryl-4-oleate)를 포함하는 군에서 선택되는 두 가지 물질이 1:2 내지 2:1의 중량비로 혼합된 혼합물인, 디젤 엔진용 연료 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 계면활성제는 폴리글리세릴-4-올리에이트이며,
    87 중량% 이상 89 중량% 이하의 상기 디젤 연료; 및
    1 중량% 이상 3 중량% 이하의 상기 계면활성제를 포함하는, 디젤 엔진용 연료 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 계면활성제는 소르비탄 스테아레이트이며,
    87 중량% 이상 89 중량% 이하의 상기 디젤 연료; 및
    1 중량% 이상 3 중량% 이하의 상기 계면활성제를 포함하는, 디젤 엔진용 연료 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 계면활성제는 소르비탄 스테아레이트 및 폴리글리세릴-4-올리에이트의 혼합물이며,
    87 중량% 이상 89 중량% 이하의 상기 디젤 연료; 및
    1 중량% 이상 3 중량% 이하의 상기 계면활성제를 포함하는, 디젤 엔진용 연료 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 혼합물은,
    상기 소르비탄 스테아레이트 및 상기 폴리글리세릴-4-올리에이트가 1:2 내지 2:1의 중량비로 혼합된, 디젤 엔진용 연료 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    전체 밀도가 일정할 때의 상기 증류수 입자의 평균 체적(De Brouckere mean diameter, DBMD)은 20㎛ 이하(0은 포함하지 않음)인, 디젤 엔진용 연료 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 증류수 입자의 동일 체적/겉넓이의 비를 가지는 구의 평균 지름(Sauter mean diameter, SMD)은 10.5㎛ 이하(0은 포함하지 않음)인, 디젤 엔진용 연료 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 디젤 연료는 경유 또는 중유인, 디젤 엔진용 연료 조성물.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06322382A (ja) * 1993-03-17 1994-11-22 Kao Corp 重質油エマルジョン燃料組成物
US20060048443A1 (en) * 1998-09-14 2006-03-09 Filippini Brian B Emulsified water-blended fuel compositions
KR20110119132A (ko) * 2010-04-26 2011-11-02 주식회사 그린에너존 디젤 에멀젼유용 유화제 조성물
KR20140029350A (ko) * 2010-08-31 2014-03-10 고쿠리츠다이가쿠호우진 도쿄다이가쿠 Ｗ／ｏ 나노에멀젼 및 그 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06322382A (ja) * 1993-03-17 1994-11-22 Kao Corp 重質油エマルジョン燃料組成物
US20060048443A1 (en) * 1998-09-14 2006-03-09 Filippini Brian B Emulsified water-blended fuel compositions
KR20110119132A (ko) * 2010-04-26 2011-11-02 주식회사 그린에너존 디젤 에멀젼유용 유화제 조성물
KR20140029350A (ko) * 2010-08-31 2014-03-10 고쿠리츠다이가쿠호우진 도쿄다이가쿠 Ｗ／ｏ 나노에멀젼 및 그 제조방법

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