KR20180076166A - 고체 알코올 연료 - Google Patents

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Abstract

본원은 고체 알코올 연료 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 상기 고체 알코올 연료는 우수한 발열 효율 및 안정성을 나타내고, 가공도 용이한 장점이 있다.

Description

고체 알코올 연료{SOLID ALCOHOL FUEL}
본원은 고체 알코올 연료 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 상기 고체 알코올 연료는 우수한 발열 효율 및 안정성을 나타내고, 가공도 용이한 장점이 있다.
종래의 알코올 연료는 유독가스 발생, 저장 도중 안정성 결여, 짧은 연속지속시간 및 연소시 액화로 인한 취급 부주의시의 화재의 위험성 등 여러 가지 문제점이 있었다. 이러한 액체 알코올 연료의 단점을 보완하기 위하여, 겔 또는 졸 형태의 알코올 연료가 개발되었다.
하지만, 상기 겔 또는 졸 형태의 알코올 연료는 저장 안정성을 획기적으로 향상시키지 못하였다. 그리고, 상기 겔 또는 졸 형태의 알코올 연료는 주된 알코올로서 열량이 낮은 메탄올을 함유하여 열량이 부족하였다. 상기 부족한 열량을 보충하기 위하여, 탄소 수가 2 개 이상인 알코올을 첨가하는 시도가 있었으나, 이 경우 겔 또는 졸이 잘 형성되지 못하였다. 나아가, 이렇게 형성된 겔 또는 졸은 상온에서 파괴되는 문제점이 있다(한국 등록특허 제 10-1315993호).
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 우수한 발열 효율 및 안정성을 나타내고, 가공도 용이한 고체 알코올 연료 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 알코올, 글리세린 에스테르 지방산, 분산제 및 물을 포함하는, 고체 알코올 연료를 제공하는 것이다.
본원의 제 2 측면은, 알코올과 글리세린 에스테르 지방산을 교반하면서 혼합하여 제 1 용액을 형성하고, 상기 제 1 용액을 가열하며, 상기 제 1 용액에 분산제와 물을 첨가하여 제 2 용액을 형성하고, 상기 제 2 용액을 경화시켜 고체 알코올 연료를 제조하는 것; 을 포함하는, 고체 알코올 연료의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 고체 알코올 연료는 우수한 발열 효율 및 안정성을 나타내고, 가공도 용이한 장점이 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.
본원의 제 1 측면은, 알코올, 글리세린 에스테르 지방산, 분산제 및 물을 포함하는, 고체 알코올 연료에 관한 것이다.
알코올
본원의 일 실시형태에서, 상기 알코올은 고체 알코올 연료의 주된 열량원이다.
본원의 일 실시형태에서, 상기 알코올은 탄소수 5 이하의 알코올을 포함할 수 있다. 상기 알코올은, 예를 들어, 1가 알코올, 2가 알코올, 3가 알코올 및 이들 각각의 기능기화물의 조합에서 선택되는 것을 포함할 수 있다.
본원의 일 실시형태에서, 상기 알코올이 알콕시 알코올과 알킬렌 글리콜의 조합을 포함하는 경우, 인화점이 상대적으로 높고, 연소성도 양호하며, 보존시의 감량도 감소한다. 예를 들어, 상기 알코올이 44℃ 의 인화점 및 135℃ 의 비등점을 가지는 에톡시 에탄올과 99℃ 의 인화점 및 187℃ 의 비등점을 가지는 프로필렌 글리콜의 조합을 포함하는 경우, 상기 고체 알코올 연료는 44℃ 이상의 인화점을 나타내므로, 상온에서의 안정성이 우수하다.
본원의 일 실시형태에서, 상기 알코올은 80 내지 90 중량부로 포함될 수 있다. 상기 중량부 범위 미만일 경우, 고체 알코올 연료의 열량이 부족하거나 그을음 및 연기가 발생할 수 있으며, 상기 중량부 범위 초과일 경우, 고체 알코올 연료 모양이 변형되는 문제가 발생할 수 있다.
글리세린 에스테르 지방산
본원의 일 실시형태에서, 상기 글리세린 에스테르 지방산은 글리세린과 지방산의 에스테르화된 중합체를 의미하는 것이다.
본원의 일 실시형태에서, 상기 글리세린 에스테르 지방산은 상기 알코올을 고체화할 수 있다.
상기 글리세린 에스테르 지방산은, 식물성 지방산에서 유래된 식물성 글리세린 에스테르 지방산 및 동물성 지방산에서 유래된 동물성 글리세린 에스테르 지방산을 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 동물성 글리세린 에스테르 지방산은 고체 연료의 연소시 발생하는 악취가 더 심하고, 고체 연료의 색상이 쉽게 변하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 식물성 지방산에서 유래된 식물성 글리세린 에스테르 지방산이 더 바람직할 수 있다.
상기 지방산은, 예를 들어, 탄소수 6 내지 25의 직쇄형 포화 지방산 또는 불포화 지방산을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 실시형태에서, 상기 글리세린 에스테르 지방산은 3 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 중량부 범위 미만일 경우, 상기 알코올 고체화되지 않을 수 있으며, 상기 중량부 범위 초과일 경우, 고체 알코올 연료의 연소시에 불순물이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
분산제
본원의 일 실시형태에서, 상기 분산제는 고체 알코올 연료의 제조 과정에서 상기 알코올과 상기 글리세린 에스테르 지방산을 각각 독립적으로 분산시켜, 서로 잘 섞이게 할 수 있다.
본원의 일 실시형태에서, 상기 분산제는 알칼리 화합물을 포함할 수 있다. 상기 알칼리 화합물은, 예를 들어, 수산화나트륨, 탄산나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨 등의 무기알칼리 화합물 및 암모니아수 등의 유기알칼리 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 실시형태에서, 상기 분산제는 0.5 내지 0.7 중량부로 포함될 수 있다. 상기 중량부 범위 미만일 경우, 고체 연료 모양이 변형되는 문제가 발생할 수 있으며, 상기 중량부 범위 초과일 경우, 고체 알코올 연료의 열량이 부족하거나 그을음 및 악취가 발생할 수 있다.
물
본원의 일 실시형태에서, 상기 물은 6 내지 7 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본원의 제 2 측면은, 알코올과 글리세린 에스테르 지방산을 교반하면서 혼합하여 제 1 용액을 형성하고, 상기 제 1 용액을 가열하며, 상기 가열된 제 1 용액에 분산제와 물을 첨가하여 제 2 용액을 형성하고, 상기 제 2 용액을 경화시켜 고체 알코올 연료를 제조하는 것; 을 포함하는, 고체 알코올 연료의 제조방법에 관한 것이다.
본원의 일 실시형태에서, 용기에 알코올과 글리세린 에스테르 지방산을 교반하면서 혼합하여 제 1 용액을 형성할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 용액을 가열하여 제 1 용액을 완전히 용해시킨 후에, 상기 제 1 용액에 분산제와 물을 첨가하여 제 2 용액을 형성할 수 있으며, 이때 교반하면서 첨가하는 것이 좋다. 이후, 제 2 용액을 경화시켜 고체 알코올 연료를 제조할 수 있다.
본원의 일 실시형태에서, 상기 제 1 용액 형성시에 교반은 40 rpm 내지 50 rpm 에서 50 분 내지 60 분 동안 수행하는 것이 바람직하다. 상기 제 2 용액 형성시에 교반은 40 rpm 내지 50 rpm 에서 40 분 내지50 분 동안 수행하는 것이 바람직하다.
본원의 일 실시형태에서, 상기 제 1 용액을 50 ℃ 내지 60 ℃ 에서 제 1 용액이 완전히 용해될 때까지 가열하는 것이 바람직하다.
본원의 일 실시형태에서, 상기 제2용액은 10 ℃ 내지 20 ℃ 에서 20 분 내지 30 분 동안 방치함으로써 경화될 수 있다.
본원의 제 2 측면에 따른 고체 알코올 연료의 제조방법에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.
이하에서는, 실시예를 통해 본 발명에 따른 고체 알코올 연료의 효과를 구체적으로 확인한다. 다만, 본원이 이하의 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
실시예1 : 고체 알코올 연료의 제조
고체 알코올 연료를 하기 표 1에 기재된 중량부로 제조하였다.
먼저, 알코올과 글리세린 에스테르 지방산을 40 rpm 내지 50 rpm 으로 교반하면서 50 분 내지 60 분 동안 혼합하여 제 1 용액을 형성하였다. 다음에, 상기 제 1 용액을 50 ℃ 내지 60 ℃ 에서 제 1 용액이 완전히 용해될 때까지 가열하였다. 이후, 상기 제 1 용액에 분산제와 물을 첨가하였으며, 이 때, 40 rpm 내지 50 rpm 으로 40 분 내지50 분 동안 교반하면서 제 2 용액을 형성하였다. 이후, 상기 제 2 용액을 10 ℃ 내지 20 ℃ 에서 20 분 내지 30 분 동안 방치하여 경화시켜 고체 알코올 연료를 제조하였다.
비교예 1 내지 3 : 고체 알코올 연료의 제조
표 1 과 같은 중량부로 고체 알코올 연료를 제조하였으며, 상기 중량부를 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 고체 알코올 연료를 제조하였다.
중량부 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
알코올 80~90 50 80~90 80~90
글리세린 에스테르 지방산 3~5 3~5 3~5 0
분산제 0.5~0.7 0.5~0.7 0 0.5~0.7
물 6~7 6~7 6~7 6~7
알코올: 메탄올
글리세린 에스테르 지방산: 식물성 글리세린 에스테르 지방산
분산제: 수산화 나트륨
실험예 : 발열량 및 발열 온도 측정
위 실시예와 비교예의 발열량 및 발열 온도를 측정하여 표 2 에 나타내었다. 이러한 발열량 및 발열 온도는 상업적으로 입수할 수 있는 ASA-671-5(아세아기공사), GM1150A(윌 사이언스사) 등을 사용할 수 있다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
발열량 ○ △ × ×
발열 온도 350℃ 200℃- 230℃ 250℃- 280℃ 250℃
○: 고체 알코올의 전소시 까지 꺼지지 않고, 발열량 양호
△: 고체 알코올의 전소시 까지 꺼지지 않으나, 발열량 미흡
×: 고체 알코올의 전소 전에 꺼짐
표 2 에서 나타낸 바와 같이, 실시예 1 은 우수한 발열량 및 발연 온도를 나타내었다. 알코올의 함량이 적은 비교예 1 은 발열량이 미흡하였다. 분산제의 함량이 적은 비교예 2 는 주연소원인 알코올이 고체 알코올 연료에 골고루 분산되지 못하여, 고체 알코올의 전소 전에 꺼졌다. 글리세린 에스테르 지방산의 함량이 적은 비교예 3 은 주연소원인 알코올을 충분히 고체화시키지 못하여 고체 알코올의 전소 전에 꺼졌다. 나아가, 비교예 3 은 연소 시에 심한 악취까지 풍겼다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 알코올, 글리세린 에스테르 지방산, 분산제 및 물을 포함하는, 고체 알코올 연료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알코올은 80 내지 90 중량부이고, 상기 글리세린 에스테르 지방산은 3 내지 5 중량부이며, 상기 분산제는 0.5 내지 0.7 중량부이고, 상기 물은 6 내지 7 중량부인 것인,
    고체 알코올 연료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 알코올은 탄소수 5 이하의 알코올 포함하는 것인,
    고체 알코올 연료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 글리세린 에스테르 지방산은 식물성 글리세린 지방산 에스테르를 포함하는 것인,
    고체 알코올 연료.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분산제는 알칼리 화합물을 포함하는 것인,
    고체 알코올 연료.
  6. 알코올과 글리세린 에스테르 지방산을 교반하면서 혼합하여 제 1 용액을 형성하고,
    상기 제 1 용액을 가열하며,
    상기 가열된 제 1 용액에 분산제와 물을 첨가하여 제 2 용액을 형성하고,
    상기 제 2 용액을 경화시켜 고체 알코올 연료를 제조하는 것;
    을 포함하는, 고체 알코올 연료의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 알코올은 80 내지 90 중량부이고, 상기 글리세린 에스테르 지방산은 3 내지 5 중량부이며, 상기 분산제는 0.5 내지 0.7 중량부이고, 상기 물은 6 내지 7 중량부인 것인,
    고체 알코올 연료의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 알코올은 탄소수 5 이하의 알코올 포함하는 것인,
    고체 알코올 연료의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 글리세린 에스테르 지방산은 식물성 글리세린 지방산 에스테르를 포함하는 것인,
    고체 알코올 연료의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 분산제는 알칼리 화합물을 포함하는 것인,
    고체 알코올 연료의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 가열의 온도는 50 ℃ 내지 60 ℃ 인 것인,
    고체 알코올 연료의 제조방법.
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