KR20180055665A

KR20180055665A - 브라운가스를 이용한 자동차엔진 성능복원 및 카본제거 시스템

Info

Publication number: KR20180055665A
Application number: KR1020170053751A
Authority: KR
Inventors: 김건하
Original assignee: 김건하
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2018-05-25
Also published as: KR101888127B1

Abstract

본 발명은 브라운가스를 이용한 자동차엔진 성능복원 및 카본제거 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 차량의 엔진으로 외부 공기를 유입시키는 에어크리너필터박스와 연결호스 사이에 카본 제거용 특수 어댑터를 장착한 후 수소가스 발생기에서 생산된 수소가스를 공급함으로써 짧은 시간에 엔진의 밸브와 기타 부품에 누적된 카본을 완전 제거할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 상용전원을 직류 변환하여 높은 전류를 공급하고 전해질 용액을 전기 분해 함으로써 대용량의 브라운가스를 생성할 수 있다.

Description

브라운가스를 이용한 자동차엔진 성능복원 및 카본제거 시스템{Carbon removing system}

본 발명은 브라운가스를 이용한 자동차엔진 성능복원 및 카본제거 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 특수 어댑터를 이용하여 수소가스를 분사함으로써 엔진 분해 없이 연소실, 인젝터, 점화플러그, 흡배기밸브, 피스톤 헤드 등에 누적된 카본을 제거하여 자동차 엔진의 성능을 복원할 수 있도록 하는 기술에 대한 것이다. 즉, 물을 전기분해하여 나온 브라운가스로 자동차 엔진의 카본을 제거하여 자동차 엔진의 성능과 출력을 향상시키는 시스템에 관한 것이다.

자동차의 심장이라 할 수 있는 엔진은 공기와 함께 혼합되어 장치내로 흡입된 가솔린이나 디젤 또는 액화석유가스(LPG) 등의 혼합기체를 압축하여 폭발시키고, 혼합기체가 폭발할 때 발생되는 팽창력에 의하여 피스톤이 상하 왕복운동 하며, 피스톤의 왕복운동에 따라 커넥팅로드 및 크랭크 샤프트(Crank shaft)가 회전되도록 하는 한편, 크랭크 샤프트의 회전운동을 별도의 전동메카니즘을 통하여 바퀴로 전달되도록 하는 장치이다.

이러한 엔진은 처음에는 깨끗한 상태를 유지하기 때문에 엔진의 출력이 정상적으로 이루어지고, 매연과 소음도 적으며 연비성능 또한 정상적으로 유지되지만, 운행시간 및 주행거리가 증가할수록 엔진 내부에서 연소와 함께 발생되는 배출가스 및 카본의 누적으로 인하여 연소실, 인젝터, 점화플러그, 흡배기밸브 및 피스톤 헤드의 내면에 카본때와 슬러지가 지속적으로 누적되면서 엔진의 출력이 떨어지고, 연비성능이 저하되는 등 전반적인 엔진의 성능이 현저히 떨어진다는 문제가 있다.

이를 위해 대한민국공개특허 제10-1997-0062313호, 제10-2004-0046202호 등과 같이 엔진세정액을 엔진의 부품 내부에 주입하는 방식으로 엔진의 내부를 세척하고자 하는 시도가 있었다. 하지만, 기존 방식에서는 실질적으로 눈에 보이는 헤드커버 등 일부만 세척될 뿐 실린더 블럭을 구성하는 실린더의 내부까지 깨끗하게 플러싱이 이루어지지는 못한다.

더군다나 기존의 카본 제거 기술에서 사용되는 약품의 단가가 매우 높고, 세척을 위해서는 반드시 엔진을 분해하여 세척 작업을 해야하고, 세척을 마치면 다시 조립 작업이 뒤따르기 때문에, 상당한 작업 시간이 요구되며, 약품에 의해 배기촉매가 손상될 우려도 안고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 차량의 엔진으로 외부 공기를 유입시키는 에어크리너필터박스와 연결호스 사이에 카본 제거용 특수 어댑터를 장착한 후 수소가스 발생기에서 생산된 수소가스를 공급함으로써 짧은 시간에 엔진의 밸브와 기타 부품에 누적된 카본을 완전 제거할 수 있도록 하는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.

더불어 본 발명은 효율적인 카본 제거 작업을 위해 대용량의 브라운가스를 생산할 수 있도록 하는 기술을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 카본제거 시스템은, 전해조를 통해 물을 전기 분해하여 수소가스를 발생시키는 수소가스 발생기; 및 차량의 엔진 방향으로 연결되며, 상기 수소가스 발생기에서 발생하는 수소가스를 상기 차량의 엔진 측으로 분사하는 카본 제거용 특수 어댑터;를 포함함으로써, 상기 수소가스 발생기에서 발생되는 수소가스를 통해 상기 차량의 엔진에 누적된 카본을 제거하되, 상기 수소가스 발생기는, 물을 저장하는 보조물탱크; 전해질 용액을 저장하는 전해질용액탱크; 상기 전해질용액탱크의 수위를 감지하는 전해질수위센서; 상기 전해질용액탱크로부터 물을 공급받아 전기 분해하는 전해조; 상기 전해질용액탱크에 저장된 전해질 용액을 상기 전해조 측으로 공급하는 순환펌프; 상기 보조물탱크에 저장된 물을 상기 전해질용액탱크에 공급하는 물공급펌프; 및 상기 순환펌프 및 물공급펌프의 작동을 제어하되, 상기 전해조에서의 전기 분해에 따라 상기 전해질용액탱크의 수위는 낮아지고 전해질 용액의 농도는 낮아졌음을 상기 전해질수위센서를 통해 확인하면, 상기 물공급펌프를 작동시켜 상기 보조물탱크의 물이 상기 전해질용액탱크에 공급되도록 하는 제어모듈;을 포함한다.

여기서, 상기 전해질수위센서는 서로 다른 높이를 갖는 복수의 전극을 포함하며, 상기 복수의 전극 중 종단이 상기 전해질용액탱크의 바닥에 가장 가까운 것을 공통전극으로 함으로써, 상기 공통전극과 나머지 전극이 전해질 용액에 의해 도통 되는지 여부에 따라 수위를 측정할 수 있다.

또한, 상기 수소가스 발생기에는 상기 전해조에서 생성된 가스를 상기 카본 제거용 특수 어댑터 측으로 배출하는 가스아웃포트가 마련되어 있고, 상기 가스아웃포트에 연결되어 가스 발생 여부를 확인할 수 있는 가스발생확인장치;를 더 포함하되, 상기 가스발생확인장치는, 내부에 색상 있는 액체가 보관되는 투명몸체; 상기 투명몸체의 상부에 결합되고 유입포트 및 배출포트가 마련된 상부캡; 상기 유입포트에서 상기 투명몸체의 바닥을 향해 연장되는 연장배관; 및 상기 연장배관의 종단에 마련되고 미세한 구멍을 갖는 가스토출부;를 포함함으로써, 상기 수소가스 발생기의 가스아웃포트에서 배출된 수소가스가 상기 유입포트와 연장배관을 따라 이동하여 상기 가스토출부의 미세한 구멍으로 분산 배출되면, 상기 투명몸체에 보관된 액체에 거품이 발생하여 가스 발생량을 육안으로 확인할 수 있고, 상기 투명몸체에 보관된 액체를 통과한 가스가 상승하여 상기 배출포트를 통해 상기 카본 제거용 특수 어댑터 측으로 배출될 수 있다.

또, 상기 상부캡에는 안전포트가 더 마련되어 있고, 상기 안전포트에는 이탈 가능한 마개가 결합되어 있어서, 상기 투명몸체 내부의 압력이 상승하면 상기 안전포트에 결합된 마개가 이탈함으로써 상기 안전포트를 통해 상기 투명몸체 내부의 압력이 낮아질 수 있다.

본 발명에 따르면 차량의 엔진으로 외부 공기를 유입시키는 에어크리너필터박스와 연결호스 사이에 카본 제거용 특수 어댑터를 연결한 후, 수소가스 발생기에서 생산되는 수소가스(브라운가스)를 엔진 측으로 공급함으로써 연소실, 인젝터, 점화플러그, 흡배기밸브 및 피스톤 헤드 등에 누적된 카본을 완전히 제거하여 엔진 효율을 향상시킬 수 있다.

즉, 시스템의 초기 구입 비용은 상대적으로 고가이지만, 약품을 사용하지 않고 차량 배터리의 전원을 사용하며, 원료로써 물만 사용하면 되기 때문에, 본 발명에 따른 카본제거 시스템을 한번 구축해 놓으면 이후의 유지 비용이 매우 저렴하다는 장점이 있다.

또한, 엔진 분해 및 재조립 작업이 필요 없어서 작업 시간을 크게 단축(15분 내외)시키고 공임비도 절감할 수가 있다.

특히, 본 발명에서는 세척 효율을 높여주기 위해 대용량의 브라운가스가 생성되도록 설계한 것이다. 즉 상용전원을 직류 변환하여 높은 전류를 공급토록 하였는데, 이에 따라 전류제어센서를 통해 공급되는 전류를 감시하고, 제어함으로써 이상 발생시 즉각 가동이 멈추도록 하여 고장을 방지할 수 있다.

또한 원활한 전기 분해를 위해 전해질 용액을 사용하였는데, 전해질 용액의 경우 전기 분해에 따라 수분이 제거되어 농도가 높아지게 된다. 이를 위해 전해질용액탱크에 전해질수위센서를 결합하여 전해질 용액의 수위가 낮아져 농도가 높아지면, 보조물탱크의 물이 전해질용액탱크에 공급되어 적정 농도가 유지되도록 할 수 있다. 이때 전해질수위센서는 높이가 다른 복수의 전극을 통해 전기적 도통이 이루어지는 지에 따라 수위를 측정하는 방식이기 때문에, 기존 플로팅 센서 방식에서 거품에 의해 오류 측정이 발생하는 현상을 방지할 수 있다.

또, 기존에는 전해조에 물탱크의 물이 자연 낙하되는 방식을 사용하였으나, 대용량의 전기 분해를 위해서는 자연 낙하 방식으로 원활한 용액 공급이 불가능하다. 이를 위해 본 발명에서는 순환펌프를 통해 전해질용액탱크의 전해질 용액이 전해조에 강제 공급되는 방식을 채용하였다.

더불어 대용량의 전기 분해에 따라 전해조에서 발생하는 열 또한 높다. 기존에는 전해조를 직접 냉각시키는 방식을 사용하였으나, 이 방식으로는 대용량의 전기 분해 방식에서는 효과적인 냉각을 보장할 수 없다. 이를 위해 본 발명에서는 전해조를 직접 냉각시키는 것이 아니고, 전해조에서 배출되는 용액이 전해질용액탱크를 거쳐 다시 전해조 측으로 유입될 때 열교환기를 거치도록 함으로써, 용액 냉각 방식으로 효율을 향상시켰다.

또한, 전해조에서 생성된 가스는 유량계를 통해 가스 발생 사실을 확인할 수도 있지만, 본 발명에서는 가스발생확인장치를 통해 대량 발생된 가스가 워셔액 등의 색상을 갖는 액체에 거품을 발생시키도록 함으로써, 실제 가스가 발생하고 있음을 육안으로 확인할 수가 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 카본제거 시스템을 설명하기 위한 사시도.
도2는 도1에 도시된 카본제거 시스템을 다른 방향에서 바라본 사시도.
도3은 도1에 도시된 카본제거 시스템의 수소가스 발생기에서 본체 뒷면을 제거하고 바라본 사시도.
도4는 도1에 도시된 카본제거 시스템의 수소가스 발생기에서 본체 뒷면을 제거하고 다른 방향에서 바라본 사시도.
도5는 도1에 도시된 카본제거 시스템을 설명하기 위한 블록도.
도6은 도1에 도시된 카본제거 시스템의 수소가스 발생기에서 전해질용액탱크를 설명하기 위한 사시도.
도7은 전해질용액탱크의 개략적인 단면도.
도8 및 도9는 도1에 도시된 카본제거 시스템의 수소가스 발생기에서 전해조를 서로 다른 각도에서 바라본 도면.
도10은 도1에 도시된 카본제거 시스템의 수소가스 발생기에서 가스발생확인장치를 설명하기 위한 사시도.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 브라운가스를 이용한 자동차엔진 성능복원 및 카본제거 시스템(이하 '카본제거 시스템'이라 함)을 우측 전면에서 바라본 사시도이고, 도2는 카본제거 시스템을 좌측 전면에서 바라본 사시도이며, 도3 및 도4는 카본제거 시스템에서 수소가스 발생기 뒷면 케이스를 제거하고 서로 다른 방향에서 바라본 사시도이고, 도5는 카본제거 시스템의 블록도이다.

도1 내지 도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 카본제거 시스템은 크게 수소가스 발생기(1), 가스발생확인장치(200) 및 카본 제거용 특수 어댑터(100)(이하 '어댑터'라고 함)를 포함한다. 이 중 가스발생확인장치(200) 및 어댑터(100)에 대해서는 이하에서 다시 설명토록 하며, 수소가스 발생기(1)에 대한 설명을 먼저 하도록 한다.

수소가스 발생기(1)는 본체(10), 보조물탱크(30), 전해질용액탱크(40), 순환펌프(50), 전해조(60), 열교환기(80), 필터박스(82), 기액분리기(83), 역화방지기(84), 제어모듈(85), 릴레이스위치(87), 전류제어센서(88), 전원공급장치(89), 팬(81,90) 및 배선덕트(86)를 포함한다. 각각의 구성들은 물 또는 가스가 이동될 수 있도록 배관(91)으로 연결되거나, 전원공급과 제어신호 전달을 위해 전기적으로 연결되어 있다.

먼저 본체(10)를 살펴보면, 본체(10) 전방과 후방에는 각각 제품 운반용 전방손잡이(16)와 후방손잡이(17)가 마련되어 있고, 본체(10) 측면에는 보조물탱크(30)와 연통되는 보충수주입구(18)와, 전원 코드 및 가스 배관을 걸어 놓기 위한 케이블걸이부(19)가 마련되어 있다. 또한 본체(10) 전방에는 생성된 가스가 배출되는 가스아웃포트(20)가 마련되어 있고, 가스아웃포트(20) 측면의 일 지점에는 체크밸브(21)가 연결되어 있다.

본체(10) 전면의 상부에는 시스템 전원을 On/Off 하기 위한 전원스위치(11)와, 작동 상태나 사용자 메뉴가 표시되는 디스플레이(12), 가스 발생 시작이나 일시 정지를 위한 시작스위치(13), 그리고 가스 발생 시간이나 가스량 조절을 위한 시간조정볼륨(14)과 가스량조절볼륨(15)이 마련되어 있다.

본체(10) 내부에는 다른 구성품들이 실장되기 위한 공간이 상단 및 하단으로 구분되어 있으며, 본체(10)의 측면으로는 본체(10)의 내부와 외부를 연통시키는 환기구가 형성되어 있다.

보조물탱크(30)는 전해질용액탱크(40)에 공급할 물을 보관하는 저장소이며, 본체(10) 측면으로 돌출된 보충수주입구(18)의 마개를 열고 물을 투입하면 보조물탱크(30) 내에 물이 유입된다. 또한 보조물탱크(30)에는 물탱크수위센서(31)가 구비되어 있어서, 보조물탱크(30)에 남아 있는 물이 일정량 이하로 떨어지면 수위 정보가 제어모듈(85)로 전달되어 알람이 발생할 수 있다. 또한 보조물탱크(30)에 보관되는 물은 물공급펌프(32)의 작동으로 전해질용액탱크(40)에 공급된다. 이때 물공급펌프(32)에서 공급되는 물은 전해질 용액의 농도에 따라 미리 정해진 양만큼 정확하게 공급되는데, 이에 대해서는 이하에서 다시 설명토록 한다.

전해질용액탱크(40)는 전해조(60)에서 전기 분해될 전해질 용액을 보관하는 저장소이다. 이러한 전해질용액탱크(40)의 사시도가 도6에 도시되어 있고, 도7에서는 전해질용액탱크(40)의 내부 구조가 개념적으로 도시되어 있다.

전해질용액탱크(40)의 측면에는 보조물탱크(30)의 물공급펌프(32)와 연결되는 연결부1(41)이 마련되어 있고, 저면에는 열교환기(80)와 연결되는 연결부2(42)가 마련되어 있으며, 다른쪽 측면에는 전해조(60)의 용액배출포트(63)와 연결되는 연결부3(43)이 마련되어 있으며, 상부에는 기액분리기(82)와 연결되는 가스배출포트(49)가 마련되어 있다.

또한 순환펌프(50)는 열교환기(80)와 전해조(60)의 용액유입포트(61)를 연결하고 있다. 따라서 물공급펌프(32)가 작동하면 연결부1(41)을 통해 보조물탱크(30)의 물이 전해질용액탱크(40)에 공급될 수 있고, 순환펌프(50)가 작동하면 연결부2(42)를 통해 전해질용액탱크(40)의 물이 빠져나와 열교환기(80)를 거쳐 용액유입포트(61)를 통해 전해조(60)로 공급되며, 전해조(60)에서 전기 분해된 가스와 전기 분해되고 남은 전해질 용액은 용액배출포트(63)로 빠져나와 다시 전해질용액탱크(40)의 연결부3(43)을 통해 회수된다.

전해질용액탱크(40)의 상부에는 전해질수위센서(44)가 조립된다. 전해질수위센서(44)는 전해질용액탱크(40)의 바닥으로부터 서로 다른 높이를 가지는 복수의 전극을 포함한다. 즉 가장 길이가 긴 공통전극(45)으로부터 순차적으로 전극1(46), 전극2(47) 및 전극3(48)이 짧은 길이를 가지고 있다. 따라서 공통전극(45)의 종단은 전해질용액탱크(40)의 거의 바닥과 맞 닿아 있고, 전극1(46) 내지 전극3(48)의 종단은 바닥으로부터 소정거리 떨어진 높이에 위치한다. 따라서 전해질용액탱크(40)의 수위가 전극1(46)의 종단보다 낮을 경우 공통전극(45)과 도통되는 전극이 없기 때문에 제어모듈(85)에서는 전해질수위센서(44)의 도통 신호를 통해 전해질용액탱크(40)의 수위가 전극1(46)의 종단 높이보다 낮다는 것을 알 수 있고, 수위가 약간 차올라서 전극1(46)과 공통전극(45) 사이의 도통이 가능하다면 제어모듈(85)은 전해질용액탱크(40)의 수위가 전극1(46)과 전극2(47)의 종단 높이 사이에 있다는 것을 알 수 있으며, 전극2(47)와 공통전극(45) 사이의 도통이 가능하다면 제어모듈(85)은 전해질용액탱크(40)의 수위가 전극2(47)와 전극3(48)의 종단 높이 사이에 있다는 것을 알 수 있다.

전극1(46) 내지 전극3(48)의 높이는 전해질용액탱크(40) 내에 채워지는 전해질 용액의 농도에 따라 미리 설정되어 있다. 예컨대 전극2(47)의 종단 높이의 수위를 이루었을 경우 전해질 용액의 농도가 A라고 설정되었다면, 전해조(60)에서 물이 전기 분해됨에 따라 수위는 낮아지게 되고, 전해질 용액의 농도는 높아지게 된다. 만약 전해질용액탱크(40)의 수위가 전극1(46)의 종단 높이까지 줄어들었다면, 전해질 용액의 농도가 허용 범위 이상까지 높아진 것으로 판단하여, 제어모듈(85)이 물공급펌프(32)를 작동시켜 전해질용액탱크(40)에 물을 보충시켜 다시 A의 농도가 되도록 한다.

제어를 위해 측정해야 하는 전해질 용액의 농도(수위에 대응함)는 카본제거 시스템에 따라 다르며, 이에 따라 전극들의 개수나 높이는 다르게 설정될 수 있다.

전해조(60)는 도8에 도시된 바와 같이 복수의 전해조셀을 구비하고 있고, 전해조셀들의 양측에 구비된 엔드플레이트(65)가 볼트로 결합되어 전해조셀들을 고정하게 된다. 전해조(60)의 일측 하단에는 순환펌프(50)와 배관(91)으로 연결되는 용액유입포트(61)가 마련되어 있고, 타측 상단에는 전해조(60)에서 전기 분해된 가스와, 전기 분해되고 남은 전해질 용액이 함께 배출되는 용액배출포트(63)가 마련되어 있다. 용액배출포트(63)는 전해질용액탱크(40)의 연결부3(43)과 연결되어 있다.

또한 전해조(60)는 누수 방지를 위한 구조를 가지고 있다. 즉 전해조셀은 일정 크기의 전극판과 전극판의 둘레를 감싸도록 사출 성형되는 셀프레임을 포함한다. 이때 셀프레임의 둘레에서 돌출되도록 전극(69)이 마련되어 있으며, 이웃하는 전극판에는 서로 다른 극성의 직류 전원이 공급된다.

또한 전해조(60)의 타측 하단에는 잔류 용액을 배출하는 드레인포트(64)가 마련되어 있다.

열교환기(80)는 전해질용액탱크(40)의 연결부2(42)와 연결되어 있고 열교환기(80)와 인접하여 팬1(81)이 설치되어 있다. 따라서 전해조(60)에서 온도가 상승한 전해질 용액이 전해질용액탱크(40)를 거쳐 다시 전해조(60) 측으로 유입될 때, 열교환기(80)의 가늘고 긴 경로를 통과하면서 냉각된다. 실시하기에 따라 열교환기(80)는 전해조(60)의 용액배출포트(63)와 전해질용액탱크(40)의 연결부3(43) 사이에 위치하여 전해조(60)에서 가열된 전해질 용액이 열교환기(80)에서 냉각된 후 전해질용액탱크(40)에 회수될 수도 있다.

전해조(60)에서 전기 분해된 가스가 전해질 용액과 함께 전해질용액탱크(40)에 다시 유입되면, 가스는 상승하여 전해질용액탱크(40) 상부의 가스배출포트를 통해 필터박스(82)로 유입되고, 필터박스(82)에서 가스에 포함된 불순물이 걸러진다.

기액분리기(83)는 필터박스(82)를 통과한 가스에서 수분을 제거하기 위한 구성이고, 역화방지기(84)는 차량 엔진 측으로부터 화염 등의 높은 열이 역류하는 것을 방지하기 위한 구성이다.

한편 전원공급장치(SMPS)(89)는 상용전원인 AC전원을 DC전원으로 전환하여 시스템에 공급하기 위한 장치이고, 전류제어센서(88)는 전원공급장치(89)에서 변환되어 전해조(60)에 공급되는 전류를 감시하고 적정한 전류가 공급되도록 제어한다. 즉, 전류 감시를 통해 전해질 용액의 교체나 필터 교체 시기 등을 사용자에게 바로 알릴 수 있어서 장비의 손상을 줄이고 내구성을 유지할 수 있다.

릴레이스위치(87)는 가스 발생의 On-Off를 제어하는 스위치이다. 또한 배선덕트(86)는 본체(10) 내의 각종 케이블을 정리하기 위해 마련되고, 팬2(90)는 전원공급장치(89)에서 발생하는 역을 식혀주기 위해 마련된다. 더불어 전원공급장치(89)에는 별도의 전류감지센서가 설치되어 전원공급장치(89)의 부하를 감시하고, 과부하가 걸리면 자동으로 직류전원의 출력을 차단하여 시스템을 보호할 수 있다.

카본 제거용 특수 어댑터(100)는 가스아웃포트(20)와 배관(91)으로 연결되어, 전해조(60)에서 생성된 브라운가스를 차량 엔진 측으로 공급하기 위해 마련된다. 이러한 어댑터(100)는 차량 엔진 측으로 외부 공기를 공급하는 에어크리너필터박스 출구에 연결된 연결호스를 분리한 후 삽입 설치될 수 있다. 즉 어댑터(100)의 전후방은 개방되고 측면에서 가스가 유입되는 구조로 제작될 수 있는데, 이에 따라 어댑터(100) 내에 유입된 가스가 에어크리너필터박스를 통과한 외부공기와 혼합되어 엔진 측으로 유입될 수 있다.

가스발생확인장치(200)는 본체(10) 전면으로 노출된 가스아웃포트(20)와 연결되어, 가스아웃포트(20)를 통해 배출되는 가스를 사용자가 육안으로 확인할 수 있도록 하는 구성이다.

즉 별도의 유량계를 설치하더라도 생성되는 가스의 양을 확인할 수는 있지만, 가스발생확인장치(200)를 사용할 경우 가스 생성 과정을 더욱 실감나게 확인할 수 있다.

도10에 도시된 바와 같이 가스발생확인장치(200)는 투명몸체(210), 상부캡(220), 하부캡(240), 연장배관(230) 및 가스토출부(231)를 포함한다.

대략 원통형의 투명몸체(210)는 상하부가 개방되어 있으며, 상부에 상부캡(220)이 씌워지고 하부에 하부캡(240)이 결합된다. 상부캡(220)에는 유입포트(221), 배출포트(222) 및 안전포트(223)가 마련되어 있다.

유입포트(221)는 수소가스 발생기(1)의 가스아웃포트(20)와 배관(91)으로 연결되며, 유입포트(221)에서 투명몸체(210)의 아래쪽으로 연장배관(230)이 연결되어 있다. 또한 연장배관(230)의 끝단에 가스토출부(231)가 마련되어 있다. 가스토출부(231)는 연장배관(230)을 따라 유입되는 가스를 미세한 구멍으로 분산시켜 배출하는 것으로, 예컨대 에어스톤 등의 다공성 구조체로 제작될 수 있다.

배출포트(222)는 투명몸체(210)에서 상승한 가스가 배출되는 곳이며, 배출포트(222)가 배관(91)을 통해 카본 제거용 특수 어댑터(100)에 연결된다.

안전포트(223)는 투명몸체(210) 내부의 압력이 급격히 상승하였을 시, 가스를 배출시켜 투명몸체(210)의 폭발을 막아주기 위한 것으로, 평상시에는 이탈 가능한 마개로 막혀 있다. 마개의 예시로 실리콘호스(224)가 접혀진 상태로 케이블 타이가 묶여 있는 것을 도10에 도시하였는데, 이러한 실리콘호스(224)가 안전포트(223)에 끼워져 있는 것을 확인할 수 있다.

한편 하부캡(240)의 저면에는 가스발생확인장치(200)에 채워진 워셔액 등의 색상을 가진 액체를 배출하기 위한 드레인부(241)가 마련되어 있다.

가스발생확인장치(200)의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 투명몸체(210)에서 상부캡(220)을 제거하고 투명몸체(210) 내에 워셔액 등의 색상을 갖는 액체를 일정량 채워준다. 바람직하게 워셔액은 투명몸체(210)에 반 이상 채워주는 것이 좋다. 이후 상부캡(220)을 투명몸체(210) 상부에 끼워준다. 이때 상부캡(220)과 하부캡(240)은 투명몸체(210)와 결합될 시 견고한 밀폐를 수행한다. 따라서 액체나 가스가 원치 않는 곳으로 새어나가는 것을 방지할 수 있다.

상부캡(220)에 마련된 유입포트(221)는 수소가스 발생기(1)의 가스아웃포트(20)와 연결되어 있고, 배출포트(222)는 배관(91)을 통해 카본 제거용 특수 어댑터(100)에 연결되어 있다. 또한 안전포트(223)는 실리콘호스(224) 등의 마개로 막혀 있다. 물론 드레인부(241) 역시 막힌 상태이다. 더불어 유입포트(221)의 아래쪽으로 연장된 연장배관(230)의 끝에 설치된 가스토출부(231)는 워셔액에 잠기게 된다.

이후 수소가스 발생기(1)가 작동되어 전해조(60)에서 전해질 용액이 전기 분해되고, 이렇게 생성된 브라운가스가 가스아웃포트(20)를 통해 배출되면, 가스발생확인장치(200)의 유입포트(221), 연장배관(230)을 거쳐온 가스가 가스토출부(231)의 미세한 구멍을 통해 분산 배출된다. 따라서 무수히 많은 미세 구멍을 통해 배출된 가스는 워셔액 내에서 거품을 발생시키게 되고, 이를 통해 가스가 생성되고 있음을 육안으로 확인할 수가 있다.

물론 워셔액 내로 배출된 가스는 상승하여 배출포트(222)로 배출되며, 배관(91)을 통해 어댑터(100) 측으로 전달되어 엔진 세척용으로 사용할 수 있다.

이때 엔진 측으로부터 역화가 발생할 수 있는데, 가스발생확인장치(200)의 투명몸체(210)에 워셔액이 담겨져 있기 때문에, 수소가스 발생기(1) 측으로 역화가 더 이상 진행하지 못하게 된다. 즉 가스발생확인장치(200)는 생성되는 가스를 육안으로 확인하는 기능 뿐만 아니라, 역화 방지의 기능도 수행할 수 있다.

또한 배출포트(222)와 어댑터(100)를 연결하는 배관(91)이 꺾이거나, 어댑터(100)를 통해 엔진 측으로 가스가 원활하게 배출되지 못하는 현상이 발생할 수 있다. 즉, 수소가스 발생기(1)에서는 지속적으로 가스가 생성되어 가스발생확인장치(200) 측으로 유입되지만, 가스발생확인장치(200)에서는 더 이상 가스를 배출하지 못하는 상황을 말한다. 이 현상이 지속되면 투명몸체(210) 내부의 압력이 매우 높아져 폭발 위험성이 있다.

하지만 안전포트(223)는 실리콘호스(224) 등의 이탈 가능한 마개로 막혀 있는 상태이다. 따라서 투명몸체(210) 내부의 압력이 상승한다면 실리콘호스(224) 등의 마개가 투명몸체(210) 내부의 압력에 의해 자연스럽게 빠져나가게 되고, 이에 따라 투명몸체(210) 내의 압력을 낮춰줄 수가 있다.

이하에서는 도1 내지 도10을 통해 설명한 본 발명의 실시예에 따른 카본제거 시스템의 작동 과정을 설명토록 한다. 설명에 앞서 전해질용액탱크(40)에는 미리 설정된 농도와 수위로 전해질 용액이 채워져 있고, 보조물탱크(30)에도 일정량의 물이 채워져 있는 상태라고 가정한다.

엔진 세척을 위해 수소가스 발생기(1)의 가스아웃포트(20)와 연결된(더욱 구체적으로는 가스발생확인장치(200)의 배출포트(222)와 연결된) 카본 제거용 특수 어댑터(100)를 차량의 에어크리너필터박스와 연결호스 사이에 연결한다. 이후 수소가스 발생기(1)의 전원스위치(11)를 On 시킨 후 차종에 따라 적절하게 가스량조절볼륨(15) 및 시간조정볼륨(14)을 세팅한다. 이후 시작스위치(13)를 누르면 작동이 시작된다. 즉 전원공급장치(89)로 공급된 교류전원이 직류전원으로 변환되어 전해조(60)나 제어모듈(85) 등으로 전원을 공급한다.

또한 순환펌프(50)가 작동되어 전해질용액탱크(40)의 전해질 용액이 전해조(60)로 공급된다. 물론 전해조(60)에는 전해질 용액이 이미 채워진 상태일 수 있으며, 순환펌프(50)는 전해조(60)의 온도가 일정 수준 이상일 때, 또는 전해조(60)에 채워진 전해질 용액의 온도가 일정 수준 이상일 때, 또는 전해조(60)에 채워진 전해질 용액의 수위가 일정 수준 아래로 떨어졌을 때 작동함으로써, 전해질 용액이 전해질용액탱크(40), 열교환기(80) 및 전해조(60)를 거쳐가도록 함으로써 냉각되도록 할 수 있다.

한편, 전원공급장치(89)를 통해 전해조(60)에 직류 전원이 공급됨으로써 전해조(60)에 유입된 전해질 용액이 전기 분해되어 브라운 가스가 발생한다. 전해조(60)에서 생성된 브라운 가스는 용액배출포트(63)를 통해 전해질 용액과 함께 다시 전해질용액탱크(40)로 유입되고, 전해질용액탱크(40)에서 상승한 가스는 가스배출포트(49)를 통해 배출되어 필터박스(82)에서 이물질이 제거되고, 기액분리기(83)를 거쳐 수분이 제거되며, 역화방지기(84)를 거쳐 가스아웃포트(20)로 배출된다.

역화방지기(84)는 차량 엔진에서 발생하는 고온의 열이 이전 단계, 즉 기액분리기(83)나 전해질용액탱크(40) 측으로 전달되지 못하도록 차단하는 구성이며, 깔때기 형태의 내부 공간에 구리 재질의 부드러운 솜을 뭉쳐 놓은 형태로 제작될 수 있다. 즉 구리 재질의 부드러운 솜을 통해 가스는 관통할 수 있지만, 역화가 발생하면 구리솜이 녹으면서 통로를 막아 역화가 더 이상 진행되지 못하도록 하는 것이다.

가스아웃포트(20)를 통해 배출된 브라운가스는 가스발생확인장치(200)를 통과한 후 어댑터(100)를 통해 차량 엔진 측에 공급되고, 외부공기에 희석된 수소가스(브라운가스)는 연소실, 인젝터, 점화플러그, 흡배기밸브 및 피스톤 헤드 등을 통과하면서 누적되어 있는 카본을 환원시켜 제거한다.

여기서 전해질 용액의 전기 분해를 통해 생산되는 가스를 수소가스라고 언급하였지만, 엄밀하게 말하면 수소와 가스가 2:1의 부피비로 혼합되어 있는 브라운가스이다.

수소가스는 연소시 물질을 본래성질로 환원시키는 물질이다. 즉 엔진 연소시 85%의 불완전 연소를 96% 내지 99%의 완전연소로 유도함으로써, 연소실 내부의 각 부품과 내벽에 붙어 있는 카본 및 불순물을 완전히 태워 배출시킬 수 있다. 이에 따라 엔진실 내부의 카본과 불순물을 제거하여 엔진 성능을 복원할 수 있고, 엔진의 출력과 연료효율을 상승시킬 수 있다.

한편, 전해조(60)에서 전기 분해가 지속되면, 전해질 용액에서 수분이 줄어든다. 따라서 전해질용액탱크(40)의 수위가 낮아지고, 이에 따라 전해질 용액의 농도도 높아지게 되는데, 이는 전해질용액탱크(40) 내에 마련된 전해질수위센서(44)를 통해 확인할 수 있다.

예컨대 전해질수위센서(44)의 전극2(47)의 종단 높이의 수위가 적정한 전해질 용액의 수위(농도)라고 가정하고, 전극1(46)의 종단 높이의 수위가 물 보충이 필요한 시점의 수위(농도)라고 가정하자. 즉 공통전극(45)과 전극2(47)가 도통되고 있는 상태라면 제어모듈(85)은 적정한 전해질 용액의 수위(농도)인 것을 확인할 수 있으며, 공통전극(45)과 전극2(47)가 도통하지는 않지만 공통전극(45)과 전극1(46)이 도통되고 있다면 제어모듈(85)은 적정한 전해질 용액의 수위(농도)는 아니지만 물 보충까지는 필요치 않은 수위(농도)라고 판단하는 것이다. 만약 수위가 더 낮아져서 공통전극(45)과 전극1(46)도 전기적으로 도통되지 않는다면, 제어모듈(85)은 비로소 물 보충이 필요한 시점이라고 판단한다.

여기서 전해질수위센서(44)가 기존의 수위 센서인 플로팅 센서 방식을 사용하지 않고 높이가 서로 다른 높이의 전극 도통 방식을 사용하는 이유는 정확한 전해질 용액의 수위를 측정하기 위함이다. 즉 전해질용액탱크(40) 내부의 물은 순환펌프(50)의 작동에 의해 지속적으로 순환된다. 따라서 전해질용액탱크(40) 내에는 전해질 용액의 유동이 발생하고, 전해조(60)에서 생성된 가스가 전해질 용액과 섞여서 전해질용액탱크(40)로 유입되기 때문에 거품이 발생할 여지가 있다. 플로팅 센서의 경우 거품에 의해서도 상승할 수가 있는데, 이에 따라 잘못된 수위 측정이 발생할 수 있다.

하지만 본 실시예에 따른 전해질수위센서(44)는 전극 도통 방식을 사용하는데, 거품에서는 전기적인 도통 현상이 발생하지 않는다. 따라서 거품이 발생하더라도 오류 없이 수위를 정확하게 측정할 수가 있는 것이다.

이에 따라 제어모듈(85)은 보조물탱크(30)의 물공급펌프(32)를 작동시켜 보조물탱크(30)의 물이 전해질용액탱크(40)에 채워지도록 한다. 이때 보충될 물의 양은 전극1(46)의 종단에서부터 전극2(47)의 종단까지 양이며, 이는 물공급펌프(32)의 작동 시간에 의해 미리 설정되어 있다. 즉 제어모듈(85)에는 물공급펌프(32)의 초당 물 공급량과 적정한 전해질 용액 농도를 맞춰주기 위해 공급해야 할 물의 양이 설정되어 있는데, 공급해야할 물의 양에서 초당 물 공급량을 나눈 시간만큼 물을 공급하면, 전해질용액탱크(40)에 물이 공급되어 적정한 전해질 용액의 농도(수위)를 맞춰 줄 수 있다.

한편 수소가스 발생기(1)의 외부로 노출된 가스아웃포트(20) 일측에는 체크밸브(21)가 마련되어 있다. 따라서 차량 엔진 측에서 강한 음압이 발생하면 배관(91) 내부에도 강한 음압이 발생하게 되고, 이에 따라 전해조(60)에 보관되는 전해질 용액이 가스아웃포트(20) 측으로 빨려 나오는 현상이 발생할 수도 있다. 하지만 배관(91) 내에 강한 음압이 발생하면 체크밸브(21)가 열려 외부의 공기가 유입될 수 있어서, 전해조(60)의 용액이 가스아웃포트(20) 측으로 빨려 나오는 현상을 방지할 수가 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 차량의 엔진으로 외부 공기를 유입시키는 에어크리너필터박스와 연결호스 사이에 카본 제거용 특수 어댑터(100)를 연결한 후, 수소가스 발생기(1)에서 생산되는 수소가스(브라운가스)를 엔진 측으로 공급함으로써 연소실, 인젝터, 점화플러그, 흡배기밸브 및 피스톤 헤드 등에 누적된 카본을 완전히 제거하여 엔진 효율을 향상시킬 수 있다.

특히, 본 발명에서는 세척 효율을 높여주기 위해 대용량의 브라운가스가 생성되도록 설계한 것이다. 즉 상용전원을 직류 변환하여 높은 전류를 공급토록 하였는데, 이에 따라 전류제어센서(88)를 통해 공급되는 전류를 감시하고, 제어함으로써 이상 발생시 즉각 가동이 멈추도록 하여 고장을 방지할 수 있다.

또한 원활한 전기 분해를 위해 전해질 용액을 사용하였는데, 전해질 용액의 경우 전기 분해에 따라 수분이 제거되어 농도가 높아지게 된다. 이를 위해 전해질용액탱크(40)에 전해질수위센서(44)를 결합하여 전해질 용액의 수위가 낮아져 농도가 높아지면, 보조물탱크(30)의 물이 전해질용액탱크(40)에 공급되어 적정 농도가 유지되도록 할 수 있다. 이때 전해질수위센서(44)는 높이가 다른 복수의 전극을 통해 전기적 도통이 이루어지는 지에 따라 수위를 측정하는 방식이기 때문에, 기존 플로팅 센서 방식에서 거품에 의해 오류 측정이 발생하는 현상을 방지할 수 있다.

또, 기존에는 전해조(60)에 물탱크의 물이 자연 낙하되는 방식을 사용하였으나, 대용량의 전기 분해를 위해서는 자연 낙하 방식으로 원활한 용액 공급이 불가능하다. 이를 위해 본 발명에서는 순환펌프(50)를 통해 전해질용액탱크(40)의 전해질 용액이 전해조(60)에 강제 공급되는 방식을 채용하였다.

더불어 대용량의 전기 분해에 따라 전해조(60)에서 발생하는 열 또한 높다. 기존에는 전해조(60)를 직접 냉각시키는 방식을 사용하였으나, 이 방식으로는 대용량의 전기 분해 방식에서는 효과적인 냉각을 보장할 수 없다. 이를 위해 본 발명에서는 전해조(60)를 직접 냉각시키는 것이 아니고, 전해조(60)에서 배출되는 용액이 전해질용액탱크(40)를 거쳐 다시 전해조(60) 측으로 유입될 때 열교환기(80)를 거치도록 함으로써, 용액 냉각 방식으로 효율을 향상시켰다.

또한, 전해조(60)에서 생성된 가스는 유량계를 통해 가스 발생 사실을 확인할 수도 있지만, 본 발명에서는 가스발생확인장치(200)를 통해 대량 발생된 가스가 워셔액 등의 색상을 갖는 액체에 거품을 발생시키도록 함으로써, 실제 가스가 발생하고 있음을 육안으로 확인할 수가 있다.

한편 본 발명에 따른 브라운가스를 이용한 자동차엔진 성능복원 및 카본제거 시스템은 자동차 엔진 마력에 따라 1차 브라운가스 발생을 제어하며, 2차적으로 자동차 엔진의 온도를 직접 측정하여 엔진의 온도에 따라 브라운가스의 발생량을 2차적으로 제어하여 엔진 카본을 제거하므로 자동차 엔진의 손상을 예방하며 자동차 엔진에 누적된 카본을 완전히 제거할 수 있다.

자동차 엔진의 카본을 제거하는 과정을 설명하면, 장치의 전원 코드를 AC220전원을 연결하고 시스템의 전원스위치(11)를 ON하여 자동차 엔진 출력 50cc에서 1500cc까지 다이얼 선택 후 시작스위치(13)를 누르면 제거에서 종료까지 자동으로 이루어진다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

1 : 수소가스 발생기
10 : 본체
11 : 전원스위치
12 : 디스플레이
13 : 시작스위치
14 : 시간조정볼륨
15 : 가스량조절볼륨
16 : 전방손잡이
17 : 후방손잡이
18 : 보충수주입구
19 : 케이블걸이부
20 : 가스아웃포트
21 : 체크밸브
30 : 보조물탱크
31 : 물탱크수위센서
32 : 물공급펌프
40 : 전해질용액탱크
41 : 연결부1
42 : 연결부2
43 : 연결부3
44 : 전해질수위센서
45 : 공통전극
46 : 전극1
47 : 전극2
48 : 전극3
49 : 가스배출포트
50 : 순환펌프
60 : 전해조
61 : 용액유입포트
63 : 용액배출포트
64 : 드레인포트
65 : 엔드플레이트
69 : 전극
80 : 열교환기
81 : 팬1
82 : 필터박스
83 : 기액분리기
84 : 역화방지기
85 : 제어모듈
86 : 배선덕트
87 : 릴레이스위치
88 : 전류제어센서
89 : 전원공급장치
90 : 팬2
91 : 배관
100 : 카본 제거용 특수 어댑터
200 : 가스발생확인장치
210 : 투명몸체
220 : 상부캡
221 : 유입포트
222 : 배출포트
223 : 안전포트
224 : 실리콘호스
230 : 연장배관
231 : 가스토출부
240 : 하부캡
241 : 드레인부

Claims

전해조를 통해 물을 전기 분해하여 수소가스를 발생시키는 수소가스 발생기; 및
차량의 엔진 방향으로 연결되며, 상기 수소가스 발생기에서 발생하는 수소가스를 상기 차량의 엔진 측으로 분사하는 카본 제거용 특수 어댑터;를 포함함으로써,
상기 수소가스 발생기에서 발생되는 수소가스를 통해 상기 차량의 엔진에 누적된 카본을 제거하되,
상기 수소가스 발생기는,
물을 저장하는 보조물탱크;
전해질 용액을 저장하는 전해질용액탱크;
상기 전해질용액탱크의 수위를 감지하는 전해질수위센서;
상기 전해질용액탱크로부터 물을 공급받아 전기 분해하는 전해조;
상기 전해질용액탱크에 저장된 전해질 용액을 상기 전해조 측으로 공급하는 순환펌프;
상기 보조물탱크에 저장된 물을 상기 전해질용액탱크에 공급하는 물공급펌프; 및
상기 순환펌프 및 물공급펌프의 작동을 제어하되, 상기 전해조에서의 전기 분해에 따라 상기 전해질용액탱크의 수위는 낮아지고 전해질 용액의 농도는 낮아졌음을 상기 전해질수위센서를 통해 확인하면, 상기 물공급펌프를 작동시켜 상기 보조물탱크의 물이 상기 전해질용액탱크에 공급되도록 하는 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 카본제거 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전해질수위센서는 서로 다른 높이를 갖는 복수의 전극을 포함하며, 상기 복수의 전극 중 종단이 상기 전해질용액탱크의 바닥에 가장 가까운 것을 공통전극으로 함으로써, 상기 공통전극과 나머지 전극이 전해질 용액에 의해 도통 되는지 여부에 따라 수위를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 카본제거 시스템.
제1항에 있어서,
상기 수소가스 발생기에는 상기 전해조에서 생성된 가스를 상기 카본 제거용 특수 어댑터 측으로 배출하는 가스아웃포트가 마련되어 있고,
상기 가스아웃포트에 연결되어 가스 발생 여부를 확인할 수 있는 가스발생확인장치;를 더 포함하되,
상기 가스발생확인장치는,
내부에 색상 있는 액체가 보관되는 투명몸체;
상기 투명몸체의 상부에 결합되고 유입포트 및 배출포트가 마련된 상부캡;
상기 유입포트에서 상기 투명몸체의 바닥을 향해 연장되는 연장배관; 및
상기 연장배관의 종단에 마련되고 미세한 구멍을 갖는 가스토출부;를 포함함으로써,
상기 수소가스 발생기의 가스아웃포트에서 배출된 수소가스가 상기 유입포트와 연장배관을 따라 이동하여 상기 가스토출부의 미세한 구멍으로 분산 배출되면, 상기 투명몸체에 보관된 액체에 거품이 발생하여 가스 발생량을 육안으로 확인할 수 있고, 상기 투명몸체에 보관된 액체를 통과한 가스가 상승하여 상기 배출포트를 통해 상기 카본 제거용 특수 어댑터 측으로 배출되는 것을 특징으로 하는 카본제거 시스템.
제3항에 있어서,
상기 상부캡에는 안전포트가 더 마련되어 있고, 상기 안전포트에는 이탈 가능한 마개가 결합되어 있어서, 상기 투명몸체 내부의 압력이 상승하면 상기 안전포트에 결합된 마개가 이탈함으로써 상기 안전포트를 통해 상기 투명몸체 내부의 압력이 낮아지는 것을 특징으로 하는 카본제거 시스템.