KR101114512B1 - 매연 저감을 위한 연료 개질 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 개질 장치에 관한 것으로서, 양단에 형성된 연료 유입구와 연료 유출구를 포함하는 관형 반응기, 그리고 상기 관형 반응기 내부에 충전되는 제1 그래뉼(granule) 및 제2 그래뉼을 포함한다. 상기 제1 그래뉼은 중공형의 실리카계 담체에 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물이 코팅된 제1 촉매를 포함하고, 상기 제2 그래뉼은 중공형의 제올라이트계 담체에 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물 및 전이금속 산화물이 코팅된 제2 촉매를 포함한다.
상기 연료 개질 장치는 연료 탱크와 연소실 사이에 설치되어 이를 통과한 연료는 촉매와의 반응으로 이온화되어 연소실에서 완전 연소됨으로써 매연의 생성을 억제한다.
매연, 저감, 디젤, 엔진, 그래뉼, 촉매, 이온화, 유동화, 선형화, 영구자석, 자력, 가우스, 중공형, 실리카, 제올라이트, 다공성, 알칼리금속산화물, 알칼리토금속산화물, 전이금속산화물

Description

매연 저감을 위한 연료 개질 장치{FUEL PRE-TREATMENT DEVICE FOR SMOKE REDUCTION}
본 발명은 연료 개질 장치에 관한 것으로서, 연료를 촉매와의 반응으로 이온화시켜 연소실에서 완전 연소시킴으로써 매연의 생성을 억제하는 연료 개질 장치에 관한 것이다.
지구환경 문제에 가장 심각한 것 중의 하나는 자동차 배기 가스에 의한 대기 오염이다. 특히, 디젤 엔진 차량의 경우 배기 가스에 의한 대기 오염의 정도는 심각한 상태이다. 또한, 가솔린 엔진 차량의 경우 디젤 엔진 차량에 비하여 배기 가스의 배출이 적으며 소량의 연료를 소비하는 희박 연소 엔진을 개발하여 탑재하고는 있으나, 배기 가스 중에 포함된 질소 산화물의 처리에는 여전히 문제점을 남겨두고 있다.
이에, 가솔린 엔진 차량에서는 삼원 촉매로 배기 가스를 처리하고 있다. 그러나 디젤 엔진 차량이나 희박 연소 엔진 차량에서는 배기 가스에 포함된 고농도의 탄소 때문에 삼원 촉매 방법으로 만족할 만한 성과를 얻지 못하고 있다.
한편, 디젤 엔진 및 가솔린 엔진에서는 이미 발생된 배기 가스를 후처리하는 방식으로 대기 오염을 방지하고 있으나 그 처리량에 한계가 있고, 희박 연소 엔진에서는 소량의 연료를 사용하지만 이 또한 배기가스를 후처리해야 하므로 그 처리에도 한계가 있다.
따라서, 연료 및 매연을 줄이기 위하여 발생된 배기 가스를 처리하는 것이 아니라 공급되는 연료를 전처리하여 배기 가스의 발생 자체를 줄이는 방법이 개발되고 있다. 이 전처리 방법에는 촉매 작용을 하는 첨가 물질을 사용하는 방법, 세라믹 등에서 방출되는 원적외선을 이용하는 방법, 그리고 특수 마그네틱에 의한 음이온 및 양이온의 자기유도 반응을 이용하는 방법 등이 있다.
그러나 상기에서 첨가 물질을 사용하는 방법은 촉매 반응이 미약하여 연료의 완전 연소가 어려우며, 원적외선을 이용하는 방법은 엔진의 고열에 의한 감자(減磁) 현상으로 제품의 질을 저하시키며, 자기장 및 스크류을 통과시키는 방식은 감자 현상의 발생 및 제품의 구조에 따른 연료의 불순물 침착으로 불완전 연소가 될 수 있으며, 연료 흡입이 충분치 못하여 엔진에 손상을 줄 우려도 있다.
본 발명은 연료 탱크와 연소실 사이에 설치되어 이를 통과한 연료는 촉매와의 반응으로 이온화되어 연소실에서 완전 연소됨으로써 매연의 생성을 억제하는 연료 저감 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질 장치는 양단에 형성된 연료 유입구와 연료 유출구를 포함하는 관형 반응기, 그리고 상기 관형 반응기 내부에 충전되는 제1 그래뉼(granule) 및 제2 그래뉼을 포함한다.
상기 제1 그래뉼은 중공형의 실리카계 담체에 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물이 코팅된 제1 촉매를 포함하고, 상기 제2 그래뉼은 중공형의 제올라이트계 담체에 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물 및 전이금속 산화물이 코팅된 제2 촉매를 포함한다.
상기 제1 촉매는 상기 제1 촉매는 Na2O, Al2O3, SiO2, K2O 및 CaO를 13.6 내지 16.7 : 10.9 내지 13.4 : 52.5 내지 64.3 : 3.8 내지 4.7 : 4.7 내지 5.9의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 제2 촉매는 Na2O, Al2O3, SiO2, P2O5, CaO, Fe2O3, ZrO2, La2O3, CeO2 및 Nd2O3를 7.0 내지 8.6 : 13.6 내지 16.7 : 39.3 내지 48.1 : 4.5 내지 5.6 : 3.2 내지 4.1 : 2.0 내지 2.5 : 2.7 내지 3.4 : 2.6 내지 3.2 : 5.4 내지 6.7 : 2.0 내지 2.5의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 제2 촉매는 F, MgO, SO3, K2O, TiO2, ZnO, Y2O3, MoO3, Pr6O11, Sm2O3, Gd2O3, ThO2 및 U3O8 를 0.592 내지 0.724 : 1.066 내지 1.304 : 0.198 내지 0.242 : 0.839 내지 1.026 : 0.369 내지 0.450 : 0.807 내지 0.987 : 0.586 내지 0.716 : 0.317 내지 0.388 : 0.551 내지 0.674 : 0.248 내지 0.303 : 0.227 내지 0.278 : 0.948 내지 1.158 : 0.066 내지 0.081의 중량비를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 그래뉼과 제2 그래뉼의 중량비는 6:4 내지 4:6일 수 있다.
상기 관형 반응기는 상기 연료 유입구 둘레, 상기 연료 유출구 둘레, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나에 설치된 영구 자석을 더 포함할 수 있으며, 상기 영구 자석의 자력은 3,000 내지 15,000 가우스일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질 장치는 연료 탱크와 연소실 사이에 설치되어 이를 통과한 연료는 촉매와의 반응으로 이온화되어 연소실에서 완전 연소됨으로써 매연의 생성을 억제한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질 장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 연료 개질 장치(100)는 양단에 형성된 연료 유입구(111)와 연료 유출구(112)를 포함하는 관형 반응기(110), 그리고 상기 관형 반응기(110) 내부에 충전되는 제1 그래뉼(granule, 120) 및 제2 그래뉼(130)을 포함한다.
상기 관형 반응기(110)는 양단이 개구된 원통형 몸체(113)와 상기 원통형 몸체(113)의 개구된 양단을 막음하는 제1 뚜껑(114)과 제2 뚜껑(115)을 포함할 수 있다. 상기 제1 뚜껑(114)과 상기 제2 뚜껑(115)에는 각각 연료를 상기 몸체(113) 내부로 유입시키기 위한 연료 유입구(111)와 유입된 연료를 상기 몸체(113)로부터 유출시키기 위한 연료 유출구(112)가 형성될 수 있다.
상기 관형 반응기(110)는 연료 탱크(도시하지 않음)와 연소실(도시하지 않음) 사이에 설치되며, 구체적으로 연료 분사 펌프(도시하지 않음)와 연료 필터(도시하지 않음) 사이에 설치될 수 있으며, 더욱 구체적으로 연료를 연료 분사 펌프에서 연료 필터로 이송시키는 관로 상에 설치될 수 있다. 상기 관형 반응기(110)의 연료 유입구(111)는 상기 연료 탱크와 연결되고, 상기 연료 유출구(112)는 상기 연소실과 연결된다.
도 1에서는 상기 관형 반응기(110)의 형상이 원통형인 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 내부 공간을 포함하면서 연료를 유입 또는 유출시키기 위한 개구부가 형성되어 있는 것이면 어떠한 형상으로도 구성할 수 있다. 또한, 상기 관형 반응기(110)의 원통형 몸체(113)와 제1 뚜껑(114) 및 제2 뚜껑(115)은 일체로 형성될 수 있다.
상기 관형 반응기(110)의 내부 공간에는 제1 그래뉼(120) 및 제2 그래뉼(130)이 충전된다. 본 발명의 명세서에서 그래뉼(granule)이란 낟알 모양의 촉매제를 의미한다. 상기 제1 그래뉼(120)은 주로 상기 관형 반응기(110) 내부를 흐르는 연료의 유로를 선형화(linearization)시켜주는 역할을 하여, 연료의 유동성을 향상시켜 준다. 상기 제2 그래뉼(130)은 주로 연료의 분자간 간격을 조밀하게 하여 주는 화학적 촉매제 역할을 한다. 특히, 상기 제2 그래뉼(130)은 이온화 작용을 통하여 연료를 미세 입자로 분할한다.
또한, 상기 제1 그래뉼(120) 및 상기 제2 그래뉼(130)은 광열파의 원적외선을 방출한다. 연료가 상기 제1 그래뉼(120) 및 상기 제2 그래뉼(130)이 방출하는 원적외선을 흡수하면, 연료 분자 내부에서 공명 및 공진이 발생한다. 이에 따라, 연료 분자의 회전 및 진동 운동이 활발해지는 등의 분자 운동이 가속화되어 쉽게 기화될 수 있도록 활성화된다.
통상적으로 자동차 연료로 사용되는 가솔린, 경유, 등유 및 LPG는 그 비점, 융점 등이 서로 다르나, 모두 탄화수소(HnCn)로 이루어져 있고, C-H, C-C 또는 C=C 의 결합을 가지고 있다. 이에 따라, 상기 연료들은 3 내지 20 um의 파장을 가진 원적외선을 흡수할 수 있다. 상기 C-H, C-C, C=C의 결합들은 원적외선을 흡수하여 공명 및 공진을 하고, 산소와 결합하기 쉬운 상태로 전이되며, 분자 체적이 증가하여 연소가 용이한 상태가 된다.
상기 제1 그래뉼(120)은 중공형의 실리카계 담체에 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물이 코팅된 제1 촉매를 포함한다. 상기 제1 그래뉼(120)은 중공형의 다공성 실리카를 담체로 사용함에 따라 연료와의 반응 표면적을 넓히고, 그 표면에 코팅된 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물은 연료의 유로를 선형화(linearization)시키는데 도움을 준다.
상기 제1 촉매는 상기 제1 촉매는 Na2O, Al2O3, SiO2, K2O 및 CaO를 13.6 내지 16.7 : 10.9 내지 13.4 : 52.5 내지 64.3 : 3.8 내지 4.7 : 4.7 내지 5.9의 중량비로 포함할 수 있고, 바람직하게는 14.3 내지 15.9 : 11.5 내지 12.8 : 55.4 내지 61.4 : 4.0 내지 4.5 : 5.0 내지 5.6의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 Na2O, Al2O3 및 SiO2는 상기 제1 촉매에서 중공형의 다공성 실리카계 담체를 구성하는 성분들이다. 상기 Na2O, Al2O3 및 SiO2는 상기 함량 범위 내에서 상기 실리카계 담체를 구성하는 경우, 구체의 내부가 빈 중공형이며 구체의 표면에는 내부의 중공과 유통되는 통공을 구비한 다공성인 실리카계 담체를 제공할 수 있다. 또한, 상기 Na2O, Al2O3 및 SiO2가 상기 함량 범위 내에서 구성하는 중공형의 다공성 담체는 강도가 우수하여 연료와의 접촉에도 쉽게 부서지지 않는다.
상기 K2O와 CaO는 상기 Na2O, Al2O3 및 SiO2로 이루어진 담체의 표면에 코팅된다. 상기 K2O와 CaO는 상기 함량 범위 내에서 연료와 접촉하여 연료의 흐름을 여러 갈래로 쪼개고 선형화시켜 연료의 유동성을 향상시키는데 도움을 준다. 또한, 상기 K2O와 CaO는 상기 실리카계 담체의 표면에 코팅되면 3 내지 20 um의 파장을 가진 원적외선을 다량으로 방출하여 연료 분자의 분자 운동을 가속시켜 연료가 쉽게 기화될 수 있도록 한다.
또한, 상기 제1 촉매는 F, MgO, P2O5, SO3, Cl, TiO2, Cr2O3, MnO, Fe2O3, NiO, CuO, ZnO, As2O3, Rb2O, SrO, ZrO2, Sb2O3, BaO, CeO2, PbO 및 ThO2를 0.080 내지 0.098 : 0.220 내지 0.270 : 0.108 내지 0.132 : 0.096 내지 0.118 : 0.042 내지 0.051 : 0.097 내지 0.119 : 0.063 내지 0.077 : 0.014 내지 0.017 : 0.448 내지 0.548 : 0.004 내지 0.005 : 0.133 내지 0.162 : 0.644 내지 0.787 : 0.393 내지 0.480 : 0.001 내지 0.002 : 0.070 내지 0.086 : 0.020 내지 0.024 : 0.167 내지 0.205 : 1.008 내지 1.232 : 0.085 내지 0.104 : 0.568 내지 0.694 : 0.017 내지 0.021의 중량비로 더 포함할 수 있다.
상기 미량의 성분들은 제1 촉매에 포함되어 연료 흐름의 선형화 및 원적외선 방출에 영향을 주는 성분으로 작용하거나, 제1 촉매의 제조 과정상에서 필연적으로 발생하는 불순물일 수도 있다.
상기 제2 그래뉼(130)은 중공형의 제올라이트계 담체에 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물 및 전이금속 산화물이 코팅된 제2 촉매를 포함한다. 상기 제2 그래뉼(130)은 중공형의 다공성 제올라이트를 담체로 사용함에 따라 연료와의 반응 표면적이 넓어지고, 그 표면에 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물 및 전이금속 산화물이 코팅됨에 따라 이온화 작용을 통하여 연료를 미세 입자로 분할한다.
상기 제2 촉매는 Na2O, Al2O3, SiO2, P2O5, CaO, Fe2O3, ZrO2, La2O3, CeO2 및 Nd2O3를 7.0 내지 8.6 : 13.6 내지 16.7 : 39.3 내지 48.1 : 4.5 내지 5.6 : 3.2 내지 4.1 : 2.0 내지 2.5 : 2.7 내지 3.4 : 2.6 내지 3.2 : 5.4 내지 6.7 : 2.0 내지 2.5의 중량비로 포함할 수 있고, Na2O, Al2O3, SiO2, P2O5, CaO, Fe2O3, ZrO2, La2O3, CeO2 및 Nd2O3를 7.4 내지 8.2 : 14.6 내지 15.9 : 41.5 내지 45.8 : 4.78 내지 5.29 : 3.46 내지 3.82 : 2.16 내지 2.39 : 2.8 내지 3.1 : 2.7 내지 3.0 : 5.7 내지 6.3 : 2.1 내지 2.3의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 제2 촉매의 Na2O, Al2O3 및 SiO2는 상기 제2 촉매에서 중공형의 다공성 제올라이트계 담체를 구성하는 성분들이다. 상기 Na2O, Al2O3 및 SiO2는 상기 함량 범위 내에서 담체를 구성하는 경우 구체의 내부가 빈 중공형이며 구체의 표면에는 내부의 중공과 유통되는 통공을 구비한 다공성인 제올라이트계 담체를 제공할 수 있다. 또한, 상기 Na2O, Al2O3 및 SiO2가 상기 함량 범위 내에서 구성하는 중공형의 다공성 제올라이트계 담체는 강도가 우수하여 연료와의 접촉에도 쉽게 부서지지 않는다.
이에 따라, 상기 제올라이트계 담체의 표면에 코팅된 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물 및 전이금속 산화물이 연료와 접촉되는 반응 표면적이 넓어져 이들이 이온화 작용을 통하여 더욱 효율적으로 연료를 미세 입자로 분할할 수 있도록 한다.
상기 P2O5는 상기 Na2O, Al2O3 및 SiO2로 이루어진 제올라이트계 담체 표면에 코팅되며, 상기 함량 범위 내에서 연료와 상기 알칼리 금속 산화물, 상기 알칼리 토금속 산화물 및 상기 전이금속 산화물 사이에서 일어나는 이온화 작용을 보다 활성화시켜 준다.
상기 CaO는 상기 Na2O, Al2O3 및 SiO2로 이루어진 제올라이트계 담체의 표면에 코팅된다. 상기 CaO는 상기 함량 범위 내에서 상기 제올라이트계 담체의 표면에 코팅되면 3 내지 20 um의 파장을 가진 원적외선을 다량으로 방출하여 연료 분자 의 분자 운동을 가속시켜 연료가 쉽게 기화될 수 있도록 한다.
상기 Fe2O3, ZrO2, La2O3, CeO2 및 Nd2O3와 같은 전이금속 산화물은 연료의 분자간 간격을 조밀하게 하여 주는 화학적 촉매제 역할을 한다. 특히, 상기 Fe2O3, ZrO2, La2O3, CeO2 및 Nd2O3가 상기 함량 범위로 포함되는 경우 영구 자석에서 발생하는 자기력과의 상호 작용으로 연료 분자 사이의 인력을 약화시켜 연료를 더욱 미세한 분자로 분할시킨다.
상기 제2 촉매는 F, MgO, SO3, K2O, TiO2, ZnO, Y2O3, MoO3, Pr6O11, Sm2O3, Gd2O3, ThO2 및 U3O8 를 0.592 내지 0.724 : 1.066 내지 1.304 : 0.198 내지 0.242 : 0.839 내지 1.026 : 0.369 내지 0.450 : 0.807 내지 0.987 : 0.586 내지 0.716 : 0.317 내지 0.388 : 0.551 내지 0.674 : 0.248 내지 0.303 : 0.227 내지 0.278 : 0.948 내지 1.158 : 0.066 내지 0.081의 중량비를 더 포함할 수 있다.
상기 F, MgO, SO3, K2O, TiO2, ZnO, Y2O3, MoO3, Pr6O11, Sm2O3, Gd2O3, ThO2, 또는 U3O8은 상기 제2 촉매가 이온화 작용을 통하여 연료를 미세 입자로 분할하는 작용을 보다 활성화시켜 주고, 원적외선을 보다 많이 방출하도록 하여 연료 분자의 분자 운동을 더욱 가속시켜 연료가 보다 쉽게 기화될 수 있도록 하며, 영구 자석에 서 발생하는 자기력과의 상호 작용을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제2 촉매는 Cl, MnO, SrO, BaO, Er2O3, Yb2O3, Lu2O3, HPO2, PbO 및 U3O8를 0.019 내지 0.023 : 0.045 내지 0.055 : 0.013 내지 0.017 : 0.055 내지 0.067 : 0.029 내지 0.035 : 0.031 내지 0.038 : 0.023 내지 0.028 : 0.054 내지 0.066 : 0.046 내지 0.057 : 0.066 내지 0.081의 중량비로 더 포함할 수 있다..
상기 미량의 성분들은 상기 제2 촉매에 포함되어 연료의 미세화 및 활성화에 영향을 주는 성분으로 작용하거나, 상기 제1 촉매의 제조 과정상에서 필연적으로 발생하는 불순물일 수도 있다.
상기 제1 그래뉼(120)과 상기 제2 그래뉼(130)의 중량비는 6:4 내지 4:6일 수 있고, 5:5인 것이 가장 바람직하다. 상기 제1 그래뉼(120)은 주로 관형 반응기(110) 내부를 흐르는 연료의 유로를 선형화(linearization)시켜 주는 역할을 하여 연료의 유동성을 향상시켜주고, 상기 제2 그래뉼(130)은 주로 연료의 분자간 간격을 조밀하게 하여 주는 화학적 촉매제 역할을 한다.
따라서, 상기 제1 그래뉼(120)의 함량이 상기 중량비의 범위를 초과하는 경우 상기 제2 그래뉼(130)의 함량이 상대적으로 부족하여 연료의 유로를 선형화한다고 하여도 연료 분자가 쉽게 기화될 수 있도록 충분히 개질시키지 못한다. 또한, 상기 제2 그래뉼(130)의 함량이 상기 중량비의 범위를 초과하는 경우 상기 제1 그 래뉼(110)의 함량이 상대적으로 부족하여 연료를 충분히 유동화시키지 못함에 따라 제2 그래뉼(130)의 반응성도 감소한다.
상기 관형 반응기(110)는 영구 자석(150)을 포함할 수 있고, 상기 영구 자석(150)은 상기 연료 유입구(111) 둘레에 설치될 수 있다. 상기 영구 자석(150)은 상기 제1 그래뉼(120)에 의해 선형화된 연료의 흐름을 더욱 가속시켜 연료의 유동력과 운동에너지를 증가시켜 연료를 물리적으로 활성화시키며, 상기 제2 그래뉼(130)에 의하여 미세화된 입자를 더욱 미세화시키고 미세화된 입자의 산소 친화력을 향상시킨다.
상기 영구 자석(150)은 자력이 3,000 내지 15,000 가우스인 것이 바람직하고, 9,000 내지 11,000인 것이 더욱 바람직한데, 상기 자력 범위 내에서 상기 영구 자석(150)이 형성하는 자기력은 연료 분자와 충돌하면서 흡착, 이온교환, 공명 및 공진 등을 일으키며, 연료의 분자 구조 중 복잡하게 연결된 탄소의 연결을 흐트러뜨림으로써 연료 분자 구조의 결합각을 변화시킨다.
도 1에서는 상기 영구 자석(150)이 상기 연료 유입구(111) 둘레에 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 영구 자석(150)은 상기 연료 유출구(112) 둘레에 설치되거나 상기 연료 유입구(111)와 상기 연료 유출구(112)에 나누어 설치될 수도 있다. 상기 연료 유출구(112)와 상기 연료 유입구(111)에 모두 영구 자석(150)이 설치되는 경우, 설치되는 영구 자석(150)의 자력은 적절하게 분배하여 설치하는 것이 가능하다.
[ 제조예 : 연료 개질 장치의 제조]
하기 표 1에 나타낸 것과 같은 성분과 함량을 가지도록 각 재료를 혼합하고, 300℃에서 3 시간 동안 소성하여 제1 그래뉼을 제조하였고, 하기 표 2에 나타낸 것과 같은 성분과 함량을 가지도록 각 재료를 혼합하고, 600℃에서 4 시간 동안 소성하여 제2 그래뉼을 제조하였다. 또한, 상기 제조한 제1 그래뉼과 제2 그래뉼을 도 2에서 도시된 원통형의 반응기에 투입하고, 상기 원통형 반응기의 연료 유입구 측에 자력이 10,000 가우스인 연구 자석을 설치하여 연료 개질 장치를 제조하였다.
상기 제조된 제1 그래뉼과 제2 그래뉼의 사진을 하기 도 3에 나타내었다. 도 3을 참조하면, 제1 그래뉼과 제2 그래뉼이 혼합되어 있는 것을 확인할 수 있다.
[표 1]
성분 단위 함량 성분 단위 함량
F 중량% 0.0889 Fe2O3 중량% 0.4988
Na2O 중량% 15.1240 NiO 중량% 0.0054
MgO 중량% 0.2451 CuO 중량% 0.1481
Al2O3 중량% 12.1257 ZnO 중량% 0.7159
SiO2 중량% 58.4058 As2O3 중량% 0.4367
P2O5 중량% 0.1203 Rb2O 중량% 0.0022
SO3 중량% 0.1077 SrO 중량% 0.0788
Cl 중량% 0.0471 ZrO2 중량% 0.0226
K2O 중량% 4.2492 Sb2O3 중량% 0.1865
CaO 중량% 5.3290 BaO 중량% 1.1206
TiO2 중량% 0.1088 CeO2 중량% 0.0948
Cr2O3 중량% 0.0708 PbO 중량% 0.6317
MnO 중량% 0.0161 ThO2 중량% 0.0192
[표 2]
성분 단위 함량 성분 단위 함량
F 중량% 0.6585 ZrO2 중량% 3.0311
Na2O 중량% 7.8349 MoO3 중량% 0.3533
MgO 중량% 1.1855 BaO 중량% 0.0616
Al2O3 중량% 15.1435 La2O3 중량% 2.9146
SiO2 중량% 43.6921 CeO2 중량% 6.0606
P2O5 중량% 5.0398 Pr6O11 중량% 0.6132
SO3 중량% 0.2204 Nd2O3 중량% 2.2545
Cl 중량% 0.0218 Sm2O3 중량% 0.2759
K2O 중량% 0.9328 Gd2O3 중량% 0.2529
CaO 중량% 3.6448 Er2O3 중량% 0.0325
TiO2 중량% 0.4097 Yb2O3 중량% 0.0352
MnO 중량% 0.0500 Lu2O3 중량% 0.0262
Fe2O3 중량% 2.2809 HPO2 중량% 0.0607
ZnO 중량% 0.8977 PbO 중량% 0.0522
SrO 중량% 0.0155 ThO2 중량% 1.0534
Y2O3 중량% 0.6513 U3O8 중량% 0.0740
[ 실험예 : 연료 개질 장치의 효과 실험]
( 실시예 1)
상기 제조예에서 제조된 연료 개질 장치의 내부에 상기 제1 그래뉼과 상기 제2 그래뉼을 5:5 중량비로 충전하였고, 이 연료 개질 장치를 이용하여 엔진동력계 무부하 및 부하시험법에 의하여 엔진 회전속도가 각각 1200rpm, 1500rpm, 1800rpm, 2100rpm 및 2400rpm인 경우에 대하여 매연 발생 정도를 측정하였고, 그 결과를 도 4 내지 8에 나타내었다.
상기 매연 발생 정도의 측정에 사용된 시스템은 수냉식, 4기통, 4행정 간접분사식 디젤기관을 엔진으로 사용하였으며, 시동모터에 의해서 시동이 되고 기관부하와 기관 회전속도가 에디 커런트 타입(eddy current type) 엔진 동력계(W-130, SCHENCK)에 의해 임의로 조정할 수 있도록 하였다. 실험에 사용된 엔진의 주요 사 양을 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3]
Item Specification
Engine model HD D4BB
Number of cylinder 4
Bore × stroke 91.1 × 100(㎜)
Displacement 2607 (㎤)
Compression ratio 22
Combustion chamber Pre-combustion chamber
Coolant temperature 80±2℃
Injection type In-direct injection
Injection pressure 140 bar
또한, 엔진 냉각수의 온도는 80±2℃로 일정하게 제어하였으며, 각 엔진 회전수에서 엔진 부하를 0, 25, 50, 75, 90, 100%까지 변화시켜 가면서 실험을 수행하였다.
또한, 연료 개질 장치의 장착 유무에 따른 성능을 평가하기 위하여 엔진 동력계에 장착된 실험용 엔진의 배기다기관으로부터 후방 5m 위치에 Opacimeter(OP-120)를 설치하여 매연 발생 정도를 측정하였다.
( 비교예 1)
상기 연료 개질 장치를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 매연 발생 정도를 측정하였고, 그 결과도 도 4 내지 도 8에 나타내었다.
도 4 내지 도 8을 참조하면, 상기 실시예 1의 결과가 상기 비교예 1의 결과 보다 모든 엔진 회전 속도에서 매연 발생량이 적음을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질 장치를 사용하는 경우 매연 발생량이 현저하게 줄어드는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발 명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제조예에서 제조된 연료 개질 장치의 사진이다.
도 3은 본 발명의 제조예에서 제조된 제1 그래뉼과 제2 그래뉼이 혼합되어 있는 사진이다.
도 4는 엔진 회전 속도가 1200rpm인 경우 실시예 1 및 비교예 1의 매연 발생 정도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 엔진 회전 속도가 1500rpm인 경우 실시예 1 및 비교예 1의 매연 발생 정도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 엔진 회전 속도가 1800rpm인 경우 실시예 1 및 비교예 1의 매연 발생 정도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 엔진 회전 속도가 2100rpm인 경우 실시예 1 및 비교예 1의 매연 발생 정도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 엔진 회전 속도가 2400rpm인 경우 실시예 1 및 비교예 1의 매연 발생 정도를 나타내는 그래프이다.
<도면 부호의 설명>
100: 연료 개질 장치 110: 관형 반응기
111: 연료 유입구 112: 연료 유출구
113: 몸체 114: 제1 뚜껑
115: 제2 뚜껑 120: 제1 그래뉼
130: 제2 그래뉼 150: 영구 자석

Claims (7)

  1. 양단에 형성된 연료 유입구와 연료 유출구를 포함하는 관형 반응기, 그리고
    상기 관형 반응기 내부에 충전되는 제1 그래뉼(granule) 및 제2 그래뉼을 포함하며,
    상기 제 1 그래뉼은 중공형의 실리카계 담체에 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물이 코팅된 제1 촉매를 포함하고,
    상기 제 2 그래뉼은 중공형의 제올라이트계 담체에 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물 및 전이금속 산화물이 코팅된 제2 촉매를 포함하며,
    상기 제 1 그래뉼과 제 2 그래뉼의 중량비는 6:4 내지 4:6인 것인
    연료 개질 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 촉매는 Na2O, Al2O3, SiO2, K2O 및 CaO를 13.6 내지 16.7 : 10.9 내지 13.4 : 52.5 내지 64.3 : 3.8 내지 4.7 : 4.7 내지 5.9의 중량비로 포함하는 것인
    연료 개질 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 촉매는 Na2O, Al2O3, SiO2, P2O5, CaO, Fe2O3, ZrO2, La2O3, CeO2 및 Nd2O3를 7.0 내지 8.6 : 13.6 내지 16.7 : 39.3 내지 48.1 : 4.5 내지 5.6 : 3.2 내지 4.1 : 2.0 내지 2.5 : 2.7 내지 3.4 : 2.6 내지 3.2 : 5.4 내지 6.7 : 2.0 내지 2.5의 중량비로 포함하는 것인
    연료 개질 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 촉매는 F, MgO, SO3, K2O, TiO2, ZnO, Y2O3, MoO3, Pr6O11, Sm2O3, Gd2O3, ThO2 및 U3O8 를 0.592 내지 0.724 : 1.066 내지 1.304 : 0.198 내지 0.242 : 0.839 내지 1.026 : 0.369 내지 0.450 : 0.807 내지 0.987 : 0.586 내지 0.716 : 0.317 내지 0.388 : 0.551 내지 0.674 : 0.248 내지 0.303 : 0.227 내지 0.278 : 0.948 내지 1.158 : 0.066 내지 0.081의 중량비로 더 포함하는 것인
    연료 개질 장치.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 관형 반응기는 상기 연료 유입구 둘레, 상기 연료 유출구 둘레, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나에 설치된 영구 자석을 더 포함하는 것인
    연료 개질 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 영구 자석은 자력이 3,000 내지 15,000 가우스인 것인
    연료 개질 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012022817A2 (es) * 2010-08-09 2012-02-23 Ion Oil Sl Dispositivo neutralizador de campos de influencia externa en hidrocarburos
ES2628949B1 (es) * 2016-02-04 2018-05-18 Isidro MORENO LORENTE Dispositivo y procedimiento para la reducción de emisiones de gases contaminantes
CN114941594A (zh) * 2022-05-30 2022-08-26 包头稀土研究院 机动车燃料催化器及其生产方法和用途
KR102538430B1 (ko) * 2022-10-17 2023-06-01 만승에너지 주식회사 탄화수소와 가스용 내연기관 연료절감과 배연가스 저감장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1089164A (ja) 1996-09-18 1998-04-07 Niitosu:Kk 液体燃料良質化装置
JPH1112022A (ja) * 1997-06-24 1999-01-19 Hachiro Maruchi セラミック塊状体及び燃料改質装置
JP2007113438A (ja) 2005-10-19 2007-05-10 Hideaki Nogami 液体燃料等の流体燃料改質器
KR20080014340A (ko) * 2006-08-10 2008-02-14 에스케이에너지 주식회사 디젤엔진의 배기가스 정화용 산화촉매

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1089164A (ja) 1996-09-18 1998-04-07 Niitosu:Kk 液体燃料良質化装置
JPH1112022A (ja) * 1997-06-24 1999-01-19 Hachiro Maruchi セラミック塊状体及び燃料改質装置
JP2007113438A (ja) 2005-10-19 2007-05-10 Hideaki Nogami 液体燃料等の流体燃料改質器
KR20080014340A (ko) * 2006-08-10 2008-02-14 에스케이에너지 주식회사 디젤엔진의 배기가스 정화용 산화촉매

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