KR20100105108A - 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 수소와 산소를 발생시키고, 이를 가솔린, 디젤 등의 연료와 혼합하여 내연기관에서 사용토록 함으로써, 연료를 저감하면서 연료 효율을 높일 수 있도록 하는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치에 관한 것이다.
본 발명의 연료를 연소하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환하는 엔진이 포함된 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치에 있어서, 하나 이상의 전극판이 스택 구조로 적층되어 있고, 물과 전해질이 혼합된 전해액을 전기분해하여 수소와 산소를 발생시키기 위한 수소산소 발생부; 상기 수소산소 발생부에 전해액을 공급하고, 상기 수소산소 발생부에서 발생된 수소와 산소를 상기 엔진에 공급하기 위한 전해액 저장부; 상기 수소산소 발생부에서 발생된 수소와 산소를 엔진에 주입함에 있어서, 수소와 산소의 양을 제어하고, 상기 센서로부터 출력된 제 1센서 값과 상기 수소와 산소의 발생량을 측정한 측정 값을 이용하여 연료가 적게 주입되도록 하는 제어 값으로 변환하여 상기 ECU에 전송하기 위한 수소 전자 제어부; 및 상기 수소 전자 제어부의 상기 제어 값을 전송받아 엔진을 제어하기 위한 ECU를 포함함에 기술적 특징이 있다.
수소, 산소, 전해액, 내연기관

Description

수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치{Device for supplying fuel using oxygen and hydrogen}
본 발명은 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 수소와 산소를 발생시키고, 이를 가솔린, 디젤 등의 연료와 혼합하여 내연기관에서 사용토록 함으로써, 연료를 저감하면서 연료 효율을 높일 수 있도록 하는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관은 흡기구를 통해 공기와 연료를 흡입한 후 실린더의 연소실내에서 폭발행정을 통해 출력을 얻고, 연소 중에 발생된 배기가스는 배기구를 통해 외부로 방출하도록 되어 있다.
이와 같은 내연기관으로부터 발생된 배기가스 중에는 불완전 연소된 다량의 유해성분이 존재하며, 그 주성분은 크게 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx)인 것으로 알려지고 있다.
이들 유해성분의 배출량을 줄이기 위해 촉매컨버터(Catalytic Converter)를 통해 정화한 후 대기 중으로 방출시키고는 있지만 정화능력에 한계가 있다.
이러한 배기가스 중의 유해성분인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx)의 발생은 이론공연비(공기와 연료의 혼합비율)와 밀접한 관계가 있으며, 특히 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC)는 산소가 부족할 경우 많이 발생되기 때문에 이에 대한 해결책이 시급하다.
종래에는 내연기관에 연료효율을 높이고, 연료를 저감하기 위하여 아세톤, 연료첨가제, 자석 등을 사용하였으나, 연료효율이 개선되지 않는 문제점이 발생하였다. 또한, 연료를 저감하기 위해서 기존에 설치된 내연기관의 구조를 개조하거나 새로운 장치로 교환해야 하기 때문에 많은 비용이 발생하여 실용적이지 못한 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 수소와 산소를 기존 공기를 대체하여 엔진에 주입함으로써, 연료의 소모량을 줄일 수 있는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 각종 센서들과 엔진을 제어하는 ECU(Engine Control Unit)의 제어신호를 수소 및 산소 발생량에 따라 변환신호로 변환하여 가솔린, 디젤 등의 연료의 소모를 저감함으로써, 배출가스를 줄일 수 있도록 하는 다른 목적이 있다.
본 발명은 연료 주입구에 영구자석을 설치함으로써, 연료를 이온화하여 연소효율을 높이도록 하는 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 연료를 연소하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환하는 엔진이 포함된 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치에 있어서, 하나 이상의 전극판이 스택 구조로 적층되어 있고, 물과 전해질이 혼합된 전해액을 전기분해하여 수소와 산소를 발생시키기 위한 수소산소 발생부; 상기 수소산소 발생부에 전해액을 공급하고, 상기 수소산소 발생부에서 발생된 수소와 산소를 상기 엔진에 공급하기 위한 전해액 저장부; 상기 수소산소 발생부에서 발생된 수소와 산소를 엔진에 주입함에 있어서, 수소와 산소의 양을 제어하고, 상기 센서로부터 출력된 제 1센서 값과 상기 수소와 산소의 발생량을 측정한 측정 값을 이용하여 연료가 적게 주입되 도록 하는 제어 값으로 변환하여 상기 ECU에 전송하기 위한 수소 전자 제어부; 및 상기 수소 전자 제어부의 상기 제어 값을 전송받아 엔진을 제어하기 위한 ECU를 포함하는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 연료가 엔진에 공급되기 전에 위치하는 연료공급관에 설치되며, 자력을 이용하여 연료를 이온화하기 위한 자석부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 수소산소 발생부는 전극판 하부에 관통공 형태로 형성되어 전해액을 공급하며, 상기 전해액 저장부로부터 전해액을 공급받기 위한 전해액 주입구; 상기 전해액 주입구로부터 주입된 전해액을 전기분해하여 수소와 산소를 발생시키기 위한 스택구조로 적층된 하나 이상의 전극판; 상기 전극판 양측에 구비되며, 산소를 발생시키기 위해 +전극을 연결하는 +전극단자판; 상기 수소산소 발생부 중앙에 구비되며, -접지를 통해 수소를 발생시키기 위한 -접지단자판; 상기 전극판 상호간에 공간 확보와 전해액의 누수 방지 및 절연을 위한 가스켓; 및 상기 전극판에 의해 발생된 수소와 산소를 배출하기 위한 배출부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 전해액 저장부는 상기 수소산소 발생부에서 발생된 수소와 산소에 전해액이 포함되어 있어서, 전해액을 분리하기 위해 상기 수소와 산소를 다시 주입하기 위한 가스 주입구; 상기 수소와 산소에 포함된 전해액을 분리하기 위한 수분제거부; 상기 수분제거부를 통해 전해액을 분리한 수소와 산소를 배출하기 위한 가스 배출부; 및 부족한 상기 전해액을 외부로부터 보충하기 위한 전해 액 공급부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 전해액 저장부 내의 전해액 온도가 소정 온도 이상일 경우에 각각의 구성요소가 가열되는 것을 방지하기 위한 냉각부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 전해액 저장부에서 상기 수소산소 발생부로 공급되는 전해액의 양을 조절하기 위해 유량조절밸브 또는 관내에 깔때기 관을 삽입하는 것을 더 포함하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치는 전해액을 전기분해하여 수소와 산소를 발생시켜 연료와 혼합하여 엔진에 제공함으로써, 연료의 소모량을 줄일 수 있는 장점이 있고, 배출되는 가스의 오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 연료 주입구에 영구자석을 설치함으로써, 연료를 이온화하여 연소효율을 높이도록 하는 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명은 각종 센서들과 엔진을 제어하는 ECU의 제어신호를 수소 발생량에 따라 변환신호로 변환함으로써, 적은 연료로 연소효율과 엔진의 출력을 높일 수 있는 또 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명은 내연기관의 구조를 변경하거나 새로운 장치로 교환하지 않아도 되므로 내연기관의 구조변경이나 새로운 장치로 인한 문제가 발생하지 않으 며, 그만큼 비용도 적게 발생하는 또 다른 효과가 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 자석부(110), 수소산소 발생부(120), 전해액 저장부(130), ECU(140), 수소 전자 제어부(150), 전원부(160), 엔진(170)으로 구성된다.
자석부(110)는 연료가 주입되어 엔진에 공급되기 전인 연료공급관을 일부 절단하고 삽입하는 것으로, 자석부에 연료가 통과하도록 한다. 이는 연료가 회류되고, 자기의 극성이 여러번 변화되어 로렌츠의 힘이 연료에 교번적으로 작용하도록 하여 연료의 탄화수소군 고리가 쉽게 분리되도록 함으로써, 엔진에서 혼합되는 수소와 연료의 탄화수소 분자 위치를 정렬시킨다.
수소산소 발생부(120)는 물을 전기분해하여 수소와 산소를 발생시키는 것으로, 하나 이상의 전극판을 소정의 간격을 두고 적층하는 형태로 형성되어 있다. 전극판은 부식을 방지하고, 수소와 산소의 발생량을 증가시키기 위해 스텐레스 재질을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않는다.
수소산소 발생부(120)는 산소 발생을 위한 +전극을 전원부(160)와 연결하고, 수소발생을 위해 어느 한 부분을 접지단자로 접지하여 -전극을 연결하여 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화나트륨(NaOH) 등이 전해질로 사용된 전해액에 전기를 통하게 하여 산소 및 수소를 발생시킨다.
전해액 저장부(130)는 수소와 산소를 발생시키기 위한 전해액을 수소산소 발생부(120)에 공급하며, 수소산소 발생부(120)는 전해액 저장부(130)에서 공급한 전해액과 전원부(160)의 전원를 이용하여 수소와 산소를 2:1의 비율로 발생시킨다.
수소산소 발생부(120)에서 발생된 수소와 산소에는 소량의 전해액이 포함되기 때문에, 전해액 분리를 위해 전해액 저장부(130)에 주입되어 전해액과 수소 및 산소를 분리하며, 전해액이 포함되지 않은 수소와 산소를 엔진(170)의 연료와 혼합하여 사용하도록 한다. 전해액을 분리하는 것은 수증기(전해액)가 가스보다 무겁기 때문에 따로 가라앉고 가스만 배출되며, 수분제거부로 분리할 수도 있는 것을 포함한다.
ECU(Engine Control Unit)(140)는 엔진과 관련된 각종 센서에서 수집된 정보 를 토대로 엔진을 최적 제어하기 위한 장치이다.
수소 전자 제어부(150)는 ECU(140)를 제어하기 위한 것으로, 수소산소 발생부(120)에서 생성된 수소와 산소가 엔진(170)에 혼합되기 때문에 ECU(140)에서 제어하는 연료분사량, 점화시기에 관한 제어신호보다 연료가 저감되도록 하는 변환신호를 생성하여 ECU(140)에 입력함으로써, ECU(140)가 연료를 적게 분사할 수 있도록 제어하는 것이다. 또한, ECU(140)에서 나온 제어신호를 수소 전자 제어부(150)에서 변환신호로 변환할 수 있는 다른 방법을 더 포함한다.
자동차에 구비되는 다수의 센서들은 자동차의 상태를 측정하고, 측정된 값을 ECU(140)에 입력한다. ECU(140)는 센서들의 측정된 값을 이용하여 연료분사량, 점화시기, 냉각 팬의 가동 등을 제어를 수행한다. 이때, 수소산소 발생부(120)에서 생성한 수소와 산소를 연료에 혼합하기 위해서 수소 전자 제어부(150)는 하나 이상의 센서에서 출력한 제 1센서 값을 제어 값으로 변환하여 ECU(140)에 입력하고, ECU(140)는 수소 전자 제어부(150)의 제어 값을 입력받아 제어 값에 대응하도록 연료분사량 등을 제어한다.
제어 값은 센서들이 출력한 제 1센서 값과 수소산소 발생부(120)에서 발생한 수소와 산소의 양을 측정한 측정 값을 이용하여 연료 분사량, 점화시기 등을 제어하기 위한 것으로, ECU(140)는 제어 값을 제 1센서 값으로 간주하는 것이다. 제어 값은 연료에 수소와 산소가 공급되기 때문에 기존의 연료보다 적게 공급되어도 출력이 동일하거나 높다.
한편, 제어 값은 차량의 종류, 주행거리, 자동차 연식 등에 따라 제어 값을 정한 데이터베이스를 통해 그에 대응되게 설정할 수 있는 것을 포함한다.
센서들 중에서는 센서 값을 그에 대응하는 제 1전압 값으로 변환하여 ECU(140)에 제공할 수 있는데, 이때 수소 전자 제어부(150)는 ECU(140)에 전송되는 제 1전압 값(제 1센서 값)을 제 2전압 값(제어 값)으로 변환하여 ECU(140)에 전송한다. 또한, 센서 값이 온도일 경우에는 수소 전자 제어부(150)는 제 1온도 값(제 1센서 값)을 제 2온도 값(제어 값)으로 변환하여 ECU(140)에 전송한다. 즉, 제어 값은 하나 이상의 센서들로부터 수집되는 값이 전압 값인지 온도 값인지에 따라서 값의 형태가 달라진다.
물론 각 센서들의 제 1센서 값을 제어 값으로 변환함에 있어서, 각 부품마다 특징이 다르고, 같은 센서여도 기종마다 다를 수 있기 때문에 이에 대응되는 제어를 수행해야 한다.
전원부(160)는 공급장치의 각 부품의 전원을 공급하도록 하며, 엔진(170)은 연료가 연소되어 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 곳으로, 자동차를 움직이기 위한 핵심적인 부품이다. 엔진(170)은 자석부(110)를 통해 이온화된 연료와 수소산소 발생부(120)에서 발생된 수소와 산소를 혼합하여 기존 연료의 사용량보다 저감된 연료량을 사용토록 한다.
연료는 연료공급관을 일부 대체한 자석부(110)를 통해 이온화되어 엔진(170)에 공급된다. 엔진(170)에는 이온화된 연료이외에도 수소산소 발생부(120)에서 발생시킨 수소와 산소도 공급된다.
이때, 발생시킨 수소와 산소에는 전해액이 미세하게 남는 경우가 발생하므 로, 전해액 저장부(130)를 거쳐 전해액을 모두 분리하고 전해액이 남지 않은 수소와 산소를 엔진(170)에 공급토록 한다.
엔진(170)에 수소, 산소 및 이온화된 연료가 섞여서 연소되며 연소된 연료의 에너지를 각 기관(미도시)에 공급하여 동작토록 한다. 이때, 각 기관에 에너지를 공급하기 위해서는 ECU(140)의 제어가 필요하다.
또한, 수소 전자 제어부(150)는 수소산소 발생부에서 발생시킨 수소와 산소의 양을 제어하여 엔진(170)에 주입한다. 엔진(170)에서 연료가 연소되면서 생성되는 배기가스는 외부로 배출된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 공급 장치에 대한 한 부분을 구체화한 구성도이다. 도 2를 참조하면, 냉각부(122), 수소산소 발생부(120), 솔레노이드 밸브(124), 전해액저장부(130), 수분제거부(132), 공기흡입부(134)로 구성된다.
냉각부(122)는 따로 구비할 수도 있으나, 기존 차량에 부착된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 내부 장치를 작동함에 있어서 발생하는 열을 냉각시켜 주는 것으로 전해액 저장부(130) 내의 전해액 온도가 소정 온도 이상일 경우에 냉각부(122)를 가동시켜 내부 장치가 가열되는 것을 방지하도록 한다. 또한, 전해액 저장부(130)뿐만 아니라 열을 냉각시켜야 하는 엔진에 관련된 장치의 가열을 방지하는 것을 포함한다. 냉각부(122)는 공랭식이 바람직하나, 이에 한정하지 않는다.
솔레노이드 밸브(124)는 전해액 저장부(130)로부터 수소산소 발생부(120)에 전해액을 공급/차단하기 위한 밸브로, 전해액 양의 상관없이 시동이 켜지면, 솔레노이드 밸브(124)가 온(on)되어 전해액 저장부(130)에 있는 전해액을 수소산소 발 생부(120)로 공급하고, 시동이 꺼지면, 솔레노이드 밸브(124)를 오프(off)되어 더이상 전해액이 수소산소 발생부(120)에 공급되지 않도록 차단한다.
한편, 솔레노이드 밸브(124)는 전해액 저장부(130)로부터 수소산소 발생부(120)로 유입되는 전해액의 공급/차단을 수행할 수 있으나, 전해액의 양을 조절하지는 못한다. 따라서 전해액 저장부(130)와 수소산소 발생부(120) 사이에 깔때기 형상 즉, 전해액을 공급하는 전해액 저장부(130) 방향은 입구가 큰 원통이고, 전해액이 주입되는 수소산소 발생부(120) 방향에는 출구가 작은 원통으로 된 깔때기 관(미도시)을 삽입하거나 유량조절밸브(미도시)를 설치하여 전해액 저장부(130)에서 수소산소 발생부(120)에 주입되는 전해액의 양을 일정하게 하도록 조절하는 것을 포함한다.
전해액 저장부(130)는 많은 전해액을 필요로 할 경우, 제 2의 전해액 저장부(미도시)를 추가하여 상호 전해액 저장부(130)와 연결할 수 있도록 전해액 연결부(미도시)를 별도로 구비토록 한다. 또한, 제 2의 전해액 저장부(미도시)를 통해 전해액 저장부(130)에 일정한 양의 전해액을 공급하도록 한다.
수분제거부(132)는 수소산소 발생부(120)에서 생성한 수소와 산소내에 포함된 전해액을 제거할 수 있다. 즉, 수소산소 발생부(120)에서 생성되는 수소 및 산소에는 소량의 수분이 포함되어 있어 수분 제거부(132)를 통해 수분을 제거하며, 수분이 제거된 수소와 산소는 공기흡입부(134)를 통해 엔진에 공급토록 한다.
또한, 수분제거부(132)는 전해액 저장부(130) 상부에 구비된 수분제거 필터(미도시)로 구성될 수 있는 것을 포함한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수소산소 발생부의 정면도이다. 도 3을 참조하면, 수소산소 발생부는 하나 이상의 전극판(310)이 적층되어 있으며, 양측에 +전극단자판(320), 접지를 통해 -전극 역할을 하는 -접지단자판(330)이 +전극단자판(320)에 위치하고, +전극단자판(320)에 전원부를 연결하여 전원을 공급한다.
+전극단자판(320)을 양측에 설치하고, -접지단자판(330)을 +전극단자판(320) 중앙에 구성함으로써, 수소산소 발생부를 병렬로 연결한 효과를 나타낼 수 있다. 즉, 12V의 전압이 들어간다면, -접지단자판(330)을 기준으로 일측도 +,-가 있고, 타측도 +,-가 있어서 양 측에서 12V 전압을 이용하여 수소와 산소를 발생시킬 수 있다. 또한, 대형차 등 큰 전압을 사용하는 차량은 수소와 산소가 소형차보다는 많은 양이 필요하므로, 필요에 따라서 하나 이상의 수소산소 발생부를 병렬로 설치하여 연장이 가능하도록 함으로써, 연료, 공급되는 전류 등에 비례하게 수소와 산소를 발생시킬 수 있도록 한다.
또한, 전원부에서 수소산소 발생부에 제공되는 전류량에 따라 전해액의 농도를 다르게 조절함으로써, 많은 양의 수소와 산소를 발생토록 한다. 전해액의 높은 농도는 전해액 낮은 농도보다 상대적으로 많은 전류가 필요하고, 전해액의 농도가 낮으면 전해액의 농도가 높은 것보다 상대적으로 적은 전류가 필요하다. 따라서, 전류에 대응되도록 전해액의 농도를 조절한다. 한편, 짙은 농도의 전해액이 공급되면 전기분해로 인한 수소산소 발생부의 온도가 상승되고, 기존의 온도보다 상승되면 거품이 많이 발생하여 표면장력에 의하여 오히려 수소와 산소의 발생률을 저하시킨다.
물(증류수)과 전해질을 혼합한 전해액을 전기분해하여 수소와 산소를 발생시켜 배출부(340)로 배출하나, 수소 배출부와 산소 배출부로 각각 배출될 수도 있다.
또한, 가스켓(350)은 전극판(310)과 전극판(310) 사이의 공간 확보와 전해액의 누수방지 및 절연을 위해 사용하는 것으로, 전해액의 화학적 반응이 생기지 않고, 열에 강한 엔지니어링 플라스틱을 사용하고, 가스켓(350)을 둘러싸는 고무링(미도시)은 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)을 사용하는 것이 바람직하다.
고정 볼트(362)는 절연체로 하나 이상의 전극판(310), +전극단자판(320)을 고정시키기 위한 것으로, +전극단자판(320)에 부착하며, 고정 볼트(362)와 함께 사용되는 너트(미도시)도 절연체로 구성된다.
또한, +전극단자판(320) 일측에 별도의 절연된 지지체인 고정수단(360)을 사용할 수 있는 것을 더 포함한다.
수소산소 발생부 하부에 관통공 형태로 형성된 전해액 주입구(370)가 있어서, 전해액 저장부에서 전해액을 공급하여 수소와 산소를 발생시킨다. 전해액 주입구(370)의 타측은 세척부(380)로, 전기분해로 발생된 전극판(310) 등의 부식물, 이물질 등을 제거한다.
한편, 수소산소 발생부에 초음파를 이용하여 수소와 산소의 발생량을 증가시키는 방법도 포함할 수 있다. 전해액 주입구에 초음파 노즐(미도시)을 설치하고, 초음파 노즐에는 진동자(미도시)를 반대의 분극 방향으로 설치하여 고정시켜 초음파를 발생하므로써, 기존의 전기분해에 추가하여 더 많은 산소와 수소를 발생토록 할 수 있는 것을 포함한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전해액 저장부에 관한 도면이다. 도 4를 참조하면, 가스 주입구(410), 가스 배출구(420), 전해액 배출구(430), 전해액 연결부(440), 전해액 공급부(450), 수분제거부(460)로 구성된다.
가스 주입구(410)는 수소산소 발생부에서 발생시킨 수소와 산소를 주입하는 곳으로, 수소와 산소가 발생되어도 전해액이 소량 포함되어 있다. 이를 제거하기 위해 전해액 저장부로 주입시켜서 전해액을 분리하여 가스 배출구(420)로 수소와 산소를 배출한다.
전해액 공급부(450)는 부족한 전해액을 보충하기 위한 곳이며, 전해액 배출구(430)는 전해액을 배출하는 곳이다. 또한, 전해액 연결부(440)는 많은 양의 전해액이 필요하거나 하나 이상의 전해액 저장부가 필요할 경우, 전해액 저장부를 연결하기 위한 것이다.
수분제거부(460)는 가스 주입구(410)에서 주입된 수소와 산소 내에 소량 포함되어 있는 전해액을 분리하기 위한 것으로, 도 2와 같이 분리된 구성일 수 있고, 전해액 저장부에 포함될 수도 있으며, 전해액 저장부에서 분리하고, 분리된 구성으로 다시 한번 분리할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자석부에 관한 구성도이다. 도 5를 참조하면, 자석관(510), 차폐부(520), 하우징(530)으로 구성된다.
자석부는 연료가 주입되어 엔진에 공급되기 전인 연료공급관을 일부 절단하고, 이에 자석부를 삽입하는 것으로, 연료가 회류될 수 있도록 하고, 자기의 극성이 여러번 변화되어 로렌츠의 힘이 연료에 교번적으로 작용하도록 함으로써, 연료 의 탄화수소군 고리가 쉽게 분리한다. 또한, 엔진에서 혼합되는 수소와 연료의 탄화수소 분자 위치를 정렬시킨다.
예를 들어, 옥탄은 C8H18의 분자구조이며, 메탄은 CH4의 분자구조이다. 메탄은 적은 에너지로 연소가 가능하다는 장점이 있어서, 옥탄을 메탄의 분자구조로 만들려면 이온화가 필요하다. 또한, 옥탄이 메탄의 분자구조가 되기 위해서 수소가 부족하기 때문에 부족한 수소는 수소산소 발생부를 통해 공급받아서, 불완전한 분자구조를 완전한 메탄의 분자구조로 만든다.
자석관(510)은 연료 공급관을 일부 절단하고 연료 공급관을 대체한 원형의 형태로, 하나 이상의 영구자석이 N극과 S극이 서로 교차하여 연결되어 있도록 한다.
차폐부(520)는 자석관(510)을 감싸고 있는 형태로, 자석밀도 확산을 방지하기 위한 것으로 알류미늄 합금을 사용한다.
하우징(530)은 자석관(510)과 차폐부(520)를 감싸는 덮개로, 연료를 이온화하는데 있어서, 온도도 중요하기 때문에 열 전달 및 온도 유지를 위해 알류미늄 재질을 사용한다. 또한, 온도 유지 및 열 전달을 위하여 원통형이 아닌 하우징을 단면으로 봤을 때, 일정 간격으로 홈을 가지도록 형성한다.
또한, 자석부는 연료 공급관과 니플(nipple)(540)을 이용하여 접합하는 것이 바람직하나, 이에 한정하지는 않는다.
자석부는 연료를 이온화시키기 위한 것으로, 냉각부(라디에이터) 상단에 설 치하거나 냉각부와 연결된 냉각부 호스 상단에 설치하며, 냉각부(라디에이터)에서 공급되는 냉각수의 열을 이용하여 가열함으로써, 이온화를 가속화시킬 수 있는 것을 포함한다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 공급 장치에 대한 한 부분을 구체화한 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수소산소 발생부의 정면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전해액 저장부에 관한 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자석부에 관한 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 자석부 120 : 수소산소 발생부
122 : 냉각부 124 : 솔레노이드 밸브
130 : 전해액 저장부 132 : 수분제거부
134 : 공기흡입부 140 : ECU
150 : 수소 전자 제어부 160 : 전원부
170 : 엔진 310 : 전극판
320 : +전극단자판 330 : -접지단자판
340 : 배출부 350 : 가스켓
360 : 고정수단 362 : 고정 볼트
370 : 전해액 주입구 380 : 세척부
410 : 가스 주입구 420 : 가스 배출구
430 : 전해액 배출구 440 : 전해액 연결부
450 : 전해액 공급부 510 : 자석관
520 : 차폐부 530 : 하우징
540 : 니플

Claims (14)

  1. 연료를 연소하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환하는 엔진이 포함된 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치에 있어서,
    하나 이상의 전극판이 스택 구조로 적층되어 있고, 물과 전해질이 혼합된 전해액을 전기분해하여 수소와 산소를 발생시키기 위한 수소산소 발생부;
    상기 수소산소 발생부에 전해액을 공급하고, 상기 수소산소 발생부에서 발생된 수소와 산소를 상기 엔진에 공급하기 위한 전해액 저장부;
    상기 수소산소 발생부에서 발생된 수소와 산소를 엔진에 주입함에 있어서, 수소와 산소의 양을 제어하고, 상기 센서로부터 출력된 제 1센서 값과 상기 수소와 산소의 발생량을 측정한 측정 값을 이용하여 연료가 적게 주입되도록 하는 제어 값으로 변환하여 상기 ECU에 전송하기 위한 수소 전자 제어부; 및
    상기 수소 전자 제어부의 상기 제어 값을 전송받아 엔진을 제어하기 위한 ECU
    를 포함하는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연료가 상기 엔진에 공급되기 전에 위치하는 연료공급관에 설치되며, 자력을 이용하여 연료를 이온화하기 위한 자석부를 더 포함하는 것을 특징으로 하 는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 연료 공급관의 일부를 절단하고 삽입한 상기 자석부는,
    원통의 형태로, N극과 S극이 서로 교차하여 연결되어 있어 연료를 이온화 하기 위해 하나 이상의 영구자석으로 구성된 자석관;
    상기 자석관을 감싸고 있는 얇은 막으로, 자석밀도 확산을 방지하기 위한 차폐부; 및
    상기 차폐부를 감싸고 있는 덮개로, 열 전달과 온도 유지를 위하여 일정 간격의 홈을 가지도록 형성되어 있는 하우징
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 자석부는 냉각부에서 공급되는 높은 열을 이용하여 연료의 이온화를 가속화 시키도록 하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 수소산소 발생부는,
    전극판 하부에 관통공 형태로 형성되어 전해액을 공급하며, 상기 전해액 저 장부로부터 전해액을 공급받기 위한 전해액 주입구;
    상기 전해액 주입구로부터 주입된 전해액을 전기분해하여 수소와 산소를 발생시키기 위한 스택구조로 적층된 하나 이상의 전극판;
    상기 전극판 양측에 구비되며, 산소를 발생시키기 위해 +전극을 연결하는 +전극단자판;
    상기 수소산소 발생부 중앙에 구비되며, -접지를 통해 수소를 발생시키기 위한 -접지단자판;
    상기 전극판 상호간에 공간 확보와 전해액의 누수 방지 및 절연을 위한 가스켓; 및
    상기 전극판에 의해 발생된 수소와 산소를 배출하기 위한 배출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 수소산소 발생부는 초음파를 이용하여 수소와 산소 발생을 촉진시킬 수 있는 초음파 발생부를 더 포함하며, 상기 초음파는 초음파 노즐에 진동자를 분극 방향으로 설치하여 발생하도록 하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 +전극단자판과 하나 이상의 전극판을 고정하기 위한 절연체로 구성된 고정 볼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 전해액 주입구 타측에 형성되고, 전기분해로 인한 전극판의 부식물 또는 이물질을 제거하기 위한 세척부를 더 포함하는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 전해액 저장부는,
    상기 수소산소 발생부에서 발생된 수소와 산소에 전해액이 포함되어 있어서, 전해액을 분리하기 위해 상기 수소와 산소를 다시 주입하기 위한 가스 주입구;
    상기 수소와 산소에 포함된 전해액을 분리하기 위한 수분제거부;
    상기 수분제거부를 통해 전해액을 분리한 수소와 산소를 배출하기 위한 가스 배출부; 및
    부족한 상기 전해액을 외부로부터 보충하기 위한 전해액 공급부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 전해액 저장부는 하나 이상의 제 2전해액 저장부를 구비하며, 상기 전해액 저장부와 제 2전해액 저장부를 연결하기 위한 전해액 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액 저장부 내의 전해액 온도가 소정 온도 이상일 경우에 각각의 구성요소가 가열되는 것을 방지하기 위한 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액 저장부에서 상기 수소산소 발생부로 공급되는 전해액의 양을 조절하기 위해 유량조절밸브 또는 관내에 깔때기 관을 삽입하는 것을 더 포함하는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액 저장부에서 상기 수소산소 발생부로 공급되는 전해액을 공급 또는 차단하기 위하여 솔레노이드 밸브를 구비하는 것을 더 포함하는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 수소산소 발생부에 공급되는 전해액의 농도는 상기 수소산소 발생부에 공급되는 전류량에 대응되도록 하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소를 이용한 연료 공급 장치.
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