KR20180079703A

KR20180079703A - 나노 버블을 이용한 오일 제조장치

Info

Publication number: KR20180079703A
Application number: KR1020170000222A
Authority: KR
Inventors: 이명재
Original assignee: 이명재
Priority date: 2017-01-02
Filing date: 2017-01-02
Publication date: 2018-07-11

Abstract

본 발명은 윤활유, 연료유와 같은 오일에 수소 가스와 산소 가스 중 적어도 하나가 내재된 나노 크기의 버블을 공급하여 품질이 향상된 오일을 제조할 수 있는 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 관한 것으로서, 탱크부와, 수산소 가스 발생부와, 혼합공급부를 포함한다. 탱크부에는 오일(Oil)이 저장된다. 수산소 가스 발생부는 수소 가스와 산소 가스 중 적어도 하나를 배출시킨다. 혼합공급부는 탱크부에서 별도로 배출되는 오일과 수산소 가스 발생부에서 배출되는 수소 가스와 산소 가스 중 적어도 하나를 서로 혼합하여 나노 크기의 버블이 포함된 오일을 생성하고, 나노 크기의 버블이 포함된 오일을 탱크부로 재공급한다.

Description

나노 버블을 이용한 오일 제조장치{Oil manufacturing device using nano bubble}

본 발명은 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 윤활유, 연료유와 같은 오일에 수소 가스와 산소 가스 중 적어도 하나가 내재된 나노 크기의 버블을 공급하여 품질이 향상된 오일을 제조할 수 있는 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 관한 것이다.

각종 연료의 연소효율 증대와 연소 후 배기가스로 인한 대기환경 개선을 위하여 디젤 연료나 중유의 사용을 줄이고, 액화가스 연료나 천연가스 연료를 사용함으로 연소효율을 증대시키면서 대기환경 개선에 힘쓰고 있는 실정이다.

최근 자동차 연료부분에서는 휘발유와 같은 오일이 분사되는 연료분사부에 수소 가스를 혼입하는 방식의 연소기관 및 더 나아가 수소 가스 단독의 연소기관 등의 연구가 활발히 진행되고 있다.

오일이 분사되는 연료분사부에 수소 가스가 혼입되는 혼합연소엔진(HCNG engine)은 기존 엔진에 비해서 연료 소비율이 20% 절감되는 것으로 보고되고 있으며, 수소 가스의 혼입 비율이 높을수록 그에 비례하여 이산화탄소 등과 같은 온실가스의 발생이 감소된다는 것이 밝혀졌다.

통상 물을 전기분해해서 나오는 가스인 수소 가스와 산소 가스를 자동차의 내연기관이나 일반적인 버너의 연소용 공기와 혼합하여 연비를 올리는 실험이 많이 이루어졌으나, 수소 가스의 빠른 연소로 인해 발생하는 역화현상(逆火現象)에 대한 대비가 필요하며, 물을 전기분해하는 과정에서 발생되는 수증기 등의 이물질이 연료 공급라인과 엔진 등에 혼입되어 출력이 저하될 수 있으므로 이에 대한 대책이 필요하다.

대한민국 등록특허공보 제10-1352131호(등록일자 2014년01월08일, 발명의 명칭 : 수소 및 메탄을 내연엔진의 연료로 사용하는 방법 및 장치)

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 역화현상을 방지할 수 있고, 순도가 높은 오일을 신속하고 효율적으로 제조할 수 있는 나노 버블을 이용한 오일 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치는, 오일(Oil)이 저장된 탱크부; 물을 전기분해하여 수소 가스와 산소 가스 중 적어도 하나를 발생시키는 수산소 가스 발생부; 및 상기 탱크부에서 별도로 배출되는 오일과 상기 수산소 가스 발생부에서 배출되는 수소 가스와 산소 가스 중 적어도 하나를 서로 혼합하여 나노 크기의 버블이 포함된 오일을 생성하고, 상기 나노 크기의 버블이 포함된 오일을 상기 탱크부로 재공급하는 혼합공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 있어서, 상기 혼합공급부는, 상기 탱크부에서 별도로 배출되는 오일이 유입되고 제1단면적을 갖는 제1구간과, 상기 제1구간과 연속되고 상기 제1단면적보다 좁은 제2단면적을 갖으며 부압에 의해 상기 수산소 가스 발생부에서 배출되는 수소 가스와 산소 가스 중 적어도 하나가 흡입되는 제2구간과, 상기 제2구간과 연속되고 상기 제1단면적보다 넓은 제3단면적을 갖으며 마이크로 크기의 버블이 발생되는 제3구간과, 상기 제3구간과 연속되고 상기 제3단면적보다 좁은 제4단면적을 갖는 제4구간과, 상기 제4구간과 연속되고 상기 제4단면적보다 넓은 제5단면적을 갖으며 상기 마이크로 크기의 버블이 나노 크기의 버블로 변환되는 제5구간을 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 있어서, 상기 탱크부에 저장된 오일에서 비용해되어 나온 수소 가스 또는 산소 가스가 상기 탱크부의 상부공간에 채워지고, 상기 탱크부의 상부공간의 압력이 규정압력에 도달하면, 상기 탱크부의 상부공간에 있는 수소 가스 또는 산소 가스를 외부로 배출시키는 벤트부; 및 상기 탱크부에서 별도로 배출되는 오일과 상기 벤트부에서 배출된 수소 가스 또는 산소 가스를 서로 혼합하고, 이를 상기 혼합공급부로 공급하는 보조 혼합공급부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 있어서, 상기 탱크부의 상부공간의 압력이 규정압력에 도달하면, 상기 탱크부로 공급되는 수소 가스 또는 산소 가스의 양이 줄어들도록 상기 수산소 가스 발생부의 가동을 정지시키는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 있어서, 상기 혼합공급부에서 배출되는 오일의 압력을 상승시켜 상기 탱크부로 공급하는 가압펌프부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 있어서, 상기 오일은, 점성(viscosity)을 갖는 윤활유이고, 상기 탱크부는, 상기 탱크부에 저장된 오일의 온도가 일정온도 이상이 되도록 상기 탱크부를 가열하여, 상기 탱크부에 저장된 오일의 점도가 낮아지도록 하는 히터유닛을 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 있어서, 상기 오일은, 휘발성(volatility)을 갖는 연료유이고, 상기 탱크부는, 상기 탱크부에 저장된 오일의 온도가 일정온도 이하가 되도록 상기 탱크부를 냉각하여, 상기 탱크부에 저장된 오일의 휘발성이 낮아지도록 하는 냉각유닛을 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 있어서, 상기 수산소 가스 발생부에 물을 공급하는 원수관에 결합되어 상기 물에 포함된 스케일을 제거하는 스케일 제거부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 있어서, 상기 수산소 가스 발생부에서 발생된 수소 가스 또는 산소 가스가 배출되는 배출관에 결합되어 상기 수소 가스 또는 산소 가스에 포함된 이물질을 제거하는 필터부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 있어서, 상기 필터부는, 상기 배출관으로부터 수소 가스 또는 산소 가스가 유입되는 입구와 상기 혼합공급부로 수소 가스 또는 산소 가스를 배출하는 출구를 구비하는 유동채널과, 상기 유동채널에 열을 가하여 상기 유동채널에 흐르는 수소 가스 또는 산소 가스에 포함된 수분을 일차적으로 제거하는 히팅유닛과, 상기 히팅유닛에 의해 가열된 수소 가스 또는 산소 가스에 남아있는 수분을 이차적으로 제거하는 유수분리유닛을 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 있어서, 상기 탱크부에 저장된 오일은 내연기관의 연료분사부로 공급되고, 상기 연료분사부는, 상기 탱크부에서 배출된 오일을 공급받는 유입노즐과, 상기 유입노즐에서 전달된 오일과 상기 수산소 가스 발생부에서 별도로 배출되는 수소 가스와 산소 가스 중 적어도 하나를 서로 혼합하는 혼합노즐과, 상기 혼합노즐에서 전달된 오일을 상기 내연기관으로 분사하는 분사노즐을 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 있어서, 상기 수산소 가스 발생부에서 발생된 수소 가스와 산소 가스 중 적어도 하나를 별도로 배출하여 상기 연료분사부로 공급하는 공급관에 결합되어 상기 수소 가스와 산소 가스에 포함된 수분을 제거하는 보조필터부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 있어서, 상기 수산소 가스 발생부에서 수소 가스 또는 산소 가스가 배출되는 배출관에 결합되어 상기 수소 가스 또는 산소 가스의 유량을 조절하는 유량조절부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 따르면, 수소 가스의 빠른 연소로 인해 발생하는 역화현상을 원천적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 따르면, 수소 가스 또는 산소 가스의 용존율을 높일 수 있고, 일정수준의 농도를 갖는 오일을 효율적으로 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 따르면, 연비 및 출력 을 향상시킬 수 있고, 온실가스 발생을 절감할 수 있는 오일을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 따르면, 윤활유에 적용할 경우 보다 향상된 윤활 성능을 발휘할 수 있다.

또한, 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 따르면, 탱크부의 상부공간에 비용해된 수소 가스 또는 산소 가스가 채워져 오일의 수압이 높아짐으로써, 오일에 포함된 수소 가스 또는 산소 가스의 농도가 신속하게 일정수준으로 도달할 수 있고, 이를 안정적으로 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 따르면, 벤트부를 통해 탱크부의 손상을 방지할 수 있고, 탱크부의 상부공간에 존재하는 수소 가스 또는 산소 가스를 혼합공급부로 재공급함으로써, 오일에 포함된 수소 가스 또는 산소 가스의 농도가 신속하게 일정수준으로 도달할 수 있고, 이를 안정적으로 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 따르면, 가압펌프부로 오일의 압력을 높여 탱크부로 공급함으로써, 탱크부에 담긴 오일의 농도를 신속하게 일정수준으로 도달하게 할 수 있고, 이를 안정적으로 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 따르면, 탱크부의 상부공간의 압력이 규정압력에 도달하면, 제어부에 의해 수산소 가스 발생부의 전원이 OFF됨으로써, 탱크부가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 따르면, 스케일에 의해 유속이 저하되거나 관이 막히는 것을 방지할 수 있고, 물의 전기분해 과정에서 각종 불순물들이 생성되는 것을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 따르면, 산소 가스와 수소 가스에 포함된 수분을 미리 제거함으로써, 내연기관의 불완전 연소, 내연기관의 부식 및 고장, 연료필터와 같은 주기성 교환품목의 교체주기 단축 등의 문제점을 해소할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 버블을 이용한 오일 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 포함된 혼합공급부의 세부 구조를 나타낸 도면이고,
도 3은 도 1의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 포함된 필터부의 세부 구조를 나타낸 도면이고,
도 4는 도 1의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치의 변형례이고,
도 5는 도 4의 "A" 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 오일 제조장치의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명과 관련하여 공지된 기술에 대한 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 공지된 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명은 윤활유, 연료유와 같은 오일에 수소 가스와 산소 가스 중 적어도 하나가 내재된 나노 크기의 버블을 공급하여 품질이 향상된 오일을 제조할 수 있는 나노 버블을 이용한 오일 제조장치에 관한 것으로서, 탱크부(100)와, 수산소 가스 발생부(200)와, 혼합공급부(300)를 포함한다.

상기 탱크부(100)에는 오일(I)이 저장된다. 오일(I)은 탄화수소를 주성분으로 하는 가연성의 유류를 모두 포함한다.

탱크부(100)에는 히터유닛(110)과 냉각유닛(120)이 구비될 수 있는데, 오일(I)이 점성(viscosity)을 갖는 윤활유이면, 히터유닛(110)은 탱크부(100)에 저장된 오일(I)의 온도가 일정온도 이상이 되도록 탱크부(100)를 가열하여 탱크부(100)에 저장된 오일(I)의 점도가 낮아지도록 할 수 있다. 또한, 오일(I)이 휘발성(volatility)을 갖는 연료유이면, 냉각유닛(120)은 탱크부(100)에 저장된 오일(I)의 온도가 일정온도 이하가 되도록 탱크부(100)를 냉각하여 탱크부(100)에 저장된 오일(I)의 휘발성이 낮아지도록 할 수 있다.

상기 수산소 가스 발생부(200)는 수소 가스(H)와 산소 가스(O) 중 적어도 하나를 배출한다. 수산소 가스 발생부(200)는 도시되지는 않았으나, 수소 가스(H)와 산소 가스(O) 중 적어도 하나가 저장된 봄베통(고압용기) 형태로 마련될 수도 있고, 물(w)을 전기분해하여 수소 가스(H)와 산소 가스(O) 중 적어도 하나를 발생시켜 배출하는 전해조 형태로 마련될 수도 있다.

후자의 경우, 수산소 가스 발생부(200)는 산소 가스(O)를 생성하는 (+)극과, 수소 가스(H)를 생성하는 (-)극을 구비하며, 복수의 솔레노이드 밸브(S)가 선택적으로 개폐되면서 수소 가스(H)와 산소 가스(O) 중 적어도 하나가 후술되는 혼합공급부(300)로 공급될 수 있다.

수산소 가스 발생부(200)에 물(w)을 공급하는 원수관(P1)에는 물(w)에 포함된 스케일(미도시)을 제거하는 스케일 제거부(700)가 결합된다. 스케일이란 오존 산소, 중금속이온, 물에 함유되어 있는 불순물, 녹과 같은 고형 침전물 등을 의미한다. 스케일 제거부(700)는 초음파를 이용하여 물(w)에 포함된 스케일을 제거할 수 있다. 물(w)에 포함된 스케일이 초음파에 의해 분쇄되면, 스케일 입자의 표면적은 증대되고 증대된 표면에 다시 스케일 입자가 결합되어 다시 분쇄되는 과정을 반복하면서 스케일은 미세하게 분쇄된다.

스케일 제거부(700)를 통해 스케일을 미리 제거하지 않으면, 스케일이 관 내부에 침착되면서 유속이 저하되거나 관이 막힐 수 있고, 물(w)의 전기분해 과정에서 스케일이 화학적으로 반응하면서 생성된 각종 불순물들이 내연기관의 불완전 연소를 초래하므로 연비가 저하됨은 물론, 장비 내구성을 떨어뜨리고 대기환경에 악영향을 미친다.

수산소 가스 발생부(200)에서 발생된 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)의 순도를 더욱 높이기 위해 필터부(800)가 더 포함될 수 있다. 필터부(800)는 수산소 가스 발생부(200)에서 발생된 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)가 배출되는 배출관(P2)에 결합되어 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)에 포함된 이물질을 추가적으로 제거한다.

필터부(800)는 도 3에 도시된 바와 같이 배출관(P2)으로부터 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)가 유입되는 입구(811)와 혼합공급부(300)로 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)를 배출하는 출구(812)를 구비하는 유동채널(810)과, 유동채널(810)에 열을 가하여 유동채널(810)에 흐르는 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)에 포함된 수분(미도시)을 일차적으로 제거하는 히팅유닛(820)과, 히팅유닛(820)에 의해 가열된 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)에 남아있는 수분을 이차적으로 제거하는 유수분리유닛(830)을 구비한다. 유수분리유닛(830)은 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)에 남아있는 수분만을 별도로 분리하여 드레인(840)을 통해 외부로 배출한다.

오일(I)에 수분이 포함되어 있으면, 내연기관의 불완전 연소, 내연기관의 부식 및 고장, 연료필터와 같은 주기성 교환품목의 교체주기 단축 등의 문제를 유발하게 되므로, 필터부(800)를 통해 산소 가스(O)와 수소 가스(H)에 포함된 수분을 미리 제거하는 것이 바람직하다.

상기 혼합공급부(300)는 도 1에 도시된 바와 같이 탱크부(100)에서 별도로 배출되는 오일(I1)과 수산소 가스 발생부(200)에서 배출되는 수소 가스(H)와 산소 가스(O) 중 적어도 하나를 서로 혼합하여 나노 크기의 버블(V2)이 포함된 오일(I2)을 생성하고, 나노 크기의 버블(V2)이 포함된 오일(I2)을 탱크부(100)로 재공급한다.

오일이 분사되는 연료분사부에 수소 가스가 혼입되는 기존 방식과는 달리, 수소 가스(H)와 산소 가스(O)를 오일(I)에 미리 혼합하여 내연기관 등에 제공함으로써, 수소 가스(H)의 빠른 연소로 인해 발생하는 역화현상을 원천적으로 방지할 수 있다.

혼합공급부(300)는 도 2에 도시된 바와 같이 탱크부(100)에서 별도로 배출되는 오일(I1)이 유입되고 제1단면적을 갖는 제1구간(L1)과, 제1구간(L1)과 연속되고 제1단면적보다 좁은 제2단면적을 갖으며 부압에 의해 수산소 가스 발생부(200)에서 배출되는 수소 가스(H)와 산소 가스(O) 중 적어도 하나가 흡입되는 제2구간(L2)과, 제2구간(L2)과 연속되고 제1단면적보다 넓은 제3단면적을 갖으며 마이크로 크기의 버블(V1)이 발생되는 제3구간(L3)과, 제3구간(L3)과 연속되고 제3단면적보다 좁은 제4단면적을 갖는 제4구간(L4)과, 제4구간(L4)과 연속되고 제4단면적보다 넓은 제5단면적을 갖으며 마이크로 크기의 버블(V1)이 나노 크기의 버블(V2)로 변환되는 제5구간(L5)을 구비한다.

나노 크기의 버블(V2)은 마이크로 크기의 버블(V1)이 제4구간(L4)을 통과하는 과정에서 수축되면서 생성된다. 나노 크기의 버블(V2)은 수면으로의 상승속도가 상대적으로 느리고, 자기 가압 특성이 있으며, 표면 대전에 의해 장시간 안정된 형태를 유지할 수 있다.

본 실시예에서 오일(I)에 혼합하려고 하는 산소 가스(O) 또는 수소 가스(H)는 전기적으로 편향되지 않은 비극성 물질로서, 극성 물질인 오일(I)에 쉽게 용해되지 않는다. 이로 인해, 오일(I)에 용해되는 산소 가스(O) 또는 수소 가스(H)의 용존율, 즉 농도를 일정수준으로 유지하기 어렵게 된다.

산소 가스(O) 또는 수소 가스(H)가 오일(I)에 쉽게 용해되고 그 안에 지속적으로 존재한다면, 상대적으로 적은 양의 산소 가스(O) 또는 수소 가스(H)를 투입하여 원하는 농도(산소 가스 또는 수소 가스의 용존율)를 갖는 오일(I)을 제조할 수 있다. 하지만, 산소 가스(O) 또는 수소 가스(H)는 이와 반대되는 특성을 가지므로, 같은 농도를 갖는 오일(I)을 제조하기 위해서는 그 이상의 산소 가스(O) 또는 수소 가스(H)를 투입해야 한다. 비효율적인 것이다.

이에 반해, 본 실시예는 산소 가스(O) 또는 수소 가스(H)가 나노 크기의 버블(V2)에 내재되어 장시간 안정된 형태를 유지할 수 있고, 버블(V2)이 나노 크기로 세분화되어 존재하므로 오일(I)과 접촉하는 표면적이 넓어지며, 버블(V2)이 단면적이 연속적으로 변하는 혼합공급부(300)를 통과하는 과정에서 정체되면서 오일(I)에 체류하는 시간이 길어지고, 수면으로의 상승속도가 상대적으로 느려 오일(I)과 접촉되는 시간이 늘어남으로써, 오일(I)에 포함된 산소 가스(O) 또는 수소 가스(H)의 용존율이 그만큼 높아질 수 있다. 기존의 문제점들을 모두 해소할 수 있는 것이고, 산소 가스(O) 또는 수소 가스(H)의 용존율이 높아진다는 것은 내연기관의 연비 및 출력 향상, 온실가스 발생 절감 등의 효과도 마찬가지로 얻을 수 있다는 것이다.

특히, 마찰 저감 용도로 쓰이는 윤활유에 나노 크기의 버블(V2)을 생성시키면, 도시되지는 않았으나, 전기 이중층(electric double layer) 효과에 의해 극성의 윤활유와 접하고 있는 마찰체(미도시)의 표면은 음전하를 띄며, 마찰체의 표면 주변에 있는 윤활유는 양전하를 띄게 된다. 윤활유에 포함된 나노 크기의 버블(V2)은 음전하를 띄므로, 이 버블은 전기적 인력에 의해 마찰체의 벽면에 달라붙게 됨으로써, 마찰체 주변에 기체상(gas phase)을 형성한다. 이 기체상에 의해 벽 미끄러짐(wall slip) 현상이 일어나면서 보다 향상된 윤활 성능을 발휘할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)는 오일(I)에 쉽게 용해되지 않는 비극성 물질로서, 오일(I)의 압력이 높을수록, 오일(I)과 접촉하는 기회가 많을수록, 오일(I)과 접촉하는 면적이 넓을수록, 오일(I)에 체류하는 시간이 길수록 오일(I)에 포함된 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)의 농도가 신속하게 일정수준으로 도달할 수 있고, 더욱 안정적으로 유지될 수 있다.

오일(I)의 압력을 높이기 위해 탱크부(100)는 다음과 같이 구성된다. 탱크부(100)는 내부가 밀폐된 구조로 마련되고, 탱크부(100)에 저장된 오일(I)에서 비용해되어 나온 수소 가스(H1) 또는 산소 가스(O1)가 탱크부(100)의 상부공간(101)에 채워지면서, 탱크부(100)의 상부공간(101)의 압력이 점점 상승한다. 그에 따라 오일(I)의 수압도 점점 상승하고, 수압이 상승된 만큼 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)의 용존율도 높아지게 된다. 이는 곧, 오일(I)에 포함된 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)의 농도가 신속하게 일정수준으로 도달할 수 있다는 것이고, 더욱 안정적으로 유지될 수 있다는 의미이다.

탱크부(100)의 내부가 밀폐되어 있어 자칫 탱크부(100)의 상부공간(101)이 규정압력 이상으로 높아지게 되면, 탱크부(100)가 그 압력에 견디지 못하고 파손될 수 있다. 이를 방지하기 위해 벤트부(400)와 보조 혼합공급부(500) 및 제어부(미도시)가 더 포함될 수 있다.

상기 벤트부(400)는 탱크부(100)의 상부공간(101)의 압력이 규정압력에 도달하면, 탱크부(100)의 상부공간(101)에 있는 수소 가스(H1) 또는 산소 가스(O1)를 외부로 배출시키고, 상기 보조 혼합공급부(500)는 탱크부(100)에서 별도로 배출되는 오일(I1)과 벤트부(400)에서 배출된 수소 가스(H1) 또는 산소 가스(O1)를 서로 혼합하고, 이를 후술되는 혼합공급부(300)의 제1구간(L1)으로 공급한다.

즉, 벤트부(400)는 탱크부(100) 내부의 압력을 낮추는 안전밸브 기능도 하면서 탱크부(100)의 상부공간(101)에 존재하는 수소 가스(H1) 또는 산소 가스(O1)를 보조 혼합공급부(500)로 재공급하는 기능도 한다. 오일(I)에 혼합되는 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)의 양과, 오일(I)과 접촉하는 기회가 그만큼 많아지므로, 오일(I)의 농도가 신속하게 일정수준으로 도달할 수 있고, 더욱 안정적으로 유지될 수 있다.

보조 혼합공급부(500)는 벤트부(400)에서 배출되는 수소 가스(H1) 또는 산소 가스(O1)와 탱크부(100)에서 별도로 배출되는 오일(I1)을 단순히 혼합할 수도 있으나, 혼합되는 과정에서 버블이 발생할 수 있도록 보조 혼합공급부(500)는 혼합공급부(300)와 동일하게 구조로 하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는 탱크부(100)의 상부공간의 압력이 규정압력에 도달하면, 탱크부(100)로 공급되는 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)의 양이 줄어들도록 수산소 가스 발생부(200)의 가동을 정지시킨다. 즉, 탱크부(100)의 상부공간(101)의 압력이 규정압력까지 높아지면, 제어부는 탱크부(100)가 파손될 위험이 있다고 판단하여, 수산소 가스 발생부(200)의 전원을 OFF시킨다. 이후, 다시 탱크부(100)의 상부공간(101)의 압력이 규정압력 아래로 낮아지면 수산소 가스 발생부(200)의 전원을 ON시킨다.

탱크부(100)에 저장된 오일(I)의 압력을 높이기 위해 가압펌프부(600)가 더 포함될 수 있다. 가압펌프부(600)는 혼합공급부(300)에서 배출되는 오일(I2)의 압력을 상승시켜 탱크부(100)로 공급한다. 가압펌프부(600)로 오일(I2)의 압력을 높여 탱크부(100)로 공급함으로써, 탱크부(100)에 담긴 오일(I)의 농도를 신속하게 일정수준으로 도달하게 할 수 있고, 이를 안정적으로 유지할 수 있다.

수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)가 오일(I)과 접촉하는 면적을 넓게 하고, 오일(I)에 체류하는 시간이 길어지도록 하기 위해, 혼합공급부(300)를 거쳐 순환되는 오일(I)이 유입되는 탱크부(100)의 유입구(100a)에는 혼합공급부(300)와 동일한 구조를 갖는 말단용 혼합공급부(1100)가 추가적으로 설치될 수 있다.

이와 같은 부가적인 구성을 통해 일정수준의 농도를 갖으며 품질이 우수한 오일을 신속하게 제조할 수 있으며, 같은 양의 물을 투입하여 더 많은 양의 오일을 제조할 수 있다.

본 실시예에서 오일(I)에 포함된 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)의 농도를 조절할 수 있도록 유량조절부(1000)가 더 포함될 수 있다. 유량조절부(1000)는 수산소 가스 발생부(200)에서 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)가 배출되는 배출관(P2)에 결합되어 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)의 유량을 조절한다. 이는 오일(I)의 용도에 맞게 오일(I)에 포함된 수소 가스(H) 또는 산소 가스(O)의 용존율을 조절하여 사용하기 위함이다.

한편, 도 4 또는 도 5에 도시된 바와 같이 탱크부(100)에 저장된 오일(I)은 내연기관(10)의 연료분사부(11)로 공급될 수 있는데, 연료분사부(11)에 분사되는 오일(I)의 농도(수소 가스 또는 산소 가스의 용존율)을 더욱 높이기 위해 연료분사부(11)는 본 발명에 따른 나노 버블을 이용한 오일 제조장치와 다음과 같이 연결될 수 있다.

연료분사부(11)는 탱크부(100)에서 배출된 오일(I)을 공급받는 유입노즐(11a)과, 유입노즐(11a)에서 전달된 오일(I)과 수산소 가스 발생부(200)에서 별도로 배출되는 수소 가스(H2)와 산소 가스(O2) 중 적어도 하나를 서로 혼합하는 혼합노즐(11b)과, 혼합노즐(11b)에서 전달된 오일(I)을 내연기관(10)으로 분사하는 분사노즐(11c)을 구비한다.

내연기관(10)에 별도로 공급되는 수소 가스(H2)와 산소 가스(O2)에 수분이 포함되어 있을 수 있으므로, 수산소 가스 발생부(200)에서 발생된 수소 가스(H)와 산소 가스(O) 중 적어도 하나를 별도로 배출하여 연료분사부(11)로 공급하는 공급관(P3)에 결합되어 수소 가스(H)와 산소 가스(O)에 포함된 수분을 제거하는 보조필터부(900)가 더 포함되어 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치는, 수소 가스와 산소 가스를 오일에 미리 혼합하여 내연기관 등에 제공함으로써, 수소 가스의 빠른 연소로 인해 발생하는 역화현상을 원천적으로 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치는, 수소 가스 또는 산소 가스를 나노 크기의 버블에 내재시킴으로써, 수소 가스 또는 산소 가스의 용존율을 높일 수 있고, 일정수준의 농도를 갖는 오일을 효율적으로 제조할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치는, 수소 가스 또는 산소 가스의 용존율이 높아짐으로써, 연비 및 출력 향상, 온실가스 발생 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치는, 윤활유에 적용할 경우 보다 향상된 윤활 성능을 발휘할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치는, 탱크부의 상부공간에 비용해된 수소 가스 또는 산소 가스가 채워져 오일의 수압이 높아짐으로써, 오일에 포함된 수소 가스 또는 산소 가스의 농도가 신속하게 일정수준으로 도달할 수 있고, 이를 안정적으로 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치는, 벤트부를 통해 탱크부의 손상을 방지할 수 있고, 탱크부의 상부공간에 존재하는 수소 가스 또는 산소 가스를 혼합공급부로 재공급함으로써, 오일에 포함된 수소 가스 또는 산소 가스의 농도가 신속하게 일정수준으로 도달할 수 있고, 이를 안정적으로 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치는, 가압펌프부로 오일의 압력을 높여 탱크부로 공급함으로써, 탱크부에 담긴 오일의 농도를 신속하게 일정수준으로 도달하게 할 수 있고, 이를 안정적으로 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치는, 탱크부의 상부공간의 압력이 규정압력에 도달하면, 제어부에 의해 수산소 가스 발생부의 전원이 OFF됨으로써, 탱크부가 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치는, 스케일 제거부를 통해 스케일을 미리 제거함으로써, 스케일에 의해 유속이 저하되거나 관이 막히는 것을 방지할 수 있고, 물의 전기분해 과정에서 각종 불순물들이 생성되는 것을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 나노 버블을 이용한 오일 제조장치는, 필터부를 통해 산소 가스와 수소 가스에 포함된 수분을 미리 제거함으로써, 내연기관의 불완전 연소, 내연기관의 부식 및 고장, 연료필터와 같은 주기성 교환품목의 교체주기 단축 등의 문제점을 해소할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100 : 탱크부
200 : 수산소 가스 발생부
300 : 혼합공급부
I : 오일
I1 : 탱크부에서 별도로 배출되는 오일
W : 물
H :수소 가스
O : 산소 가스
V2 :나노 크기의 버블

Claims

오일(Oil)이 저장된 탱크부;
수소 가스와 산소 가스 중 적어도 하나를 배출하는 수산소 가스 발생부; 및
상기 탱크부에서 별도로 배출되는 오일과 상기 수산소 가스 발생부에서 배출되는 수소 가스와 산소 가스 중 적어도 하나를 서로 혼합하여 나노 크기의 버블이 포함된 오일을 생성하고, 상기 나노 크기의 버블이 포함된 오일을 상기 탱크부로 재공급하는 혼합공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 오일 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 혼합공급부는, 상기 탱크부에서 별도로 배출되는 오일이 유입되고 제1단면적을 갖는 제1구간과, 상기 제1구간과 연속되고 상기 제1단면적보다 좁은 제2단면적을 갖으며 부압에 의해 상기 수산소 가스 발생부에서 배출되는 수소 가스와 산소 가스 중 적어도 하나가 흡입되는 제2구간과, 상기 제2구간과 연속되고 상기 제1단면적보다 넓은 제3단면적을 갖으며 마이크로 크기의 버블이 발생되는 제3구간과, 상기 제3구간과 연속되고 상기 제3단면적보다 좁은 제4단면적을 갖는 제4구간과, 상기 제4구간과 연속되고 상기 제4단면적보다 넓은 제5단면적을 갖으며 상기 마이크로 크기의 버블이 나노 크기의 버블로 변환되는 제5구간을 구비하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 오일 제조장치.
제2항에 있어서,
상기 탱크부에 저장된 오일에서 비용해되어 나온 수소 가스 또는 산소 가스가 상기 탱크부의 상부공간에 채워지고,
상기 탱크부의 상부공간의 압력이 규정압력에 도달하면, 상기 탱크부의 상부공간에 있는 수소 가스 또는 산소 가스를 외부로 배출시키는 벤트부; 및
상기 탱크부에서 별도로 배출되는 오일과 상기 벤트부에서 배출된 수소 가스 또는 산소 가스를 서로 혼합하고, 이를 상기 혼합공급부로 공급하는 보조 혼합공급부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 오일 제조장치.
제3항에 있어서,
상기 탱크부의 상부공간의 압력이 규정압력에 도달하면, 상기 탱크부로 공급되는 수소 가스 또는 산소 가스의 양이 줄어들도록 상기 수산소 가스 발생부의 가동을 정지시키는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 오일 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 혼합공급부에서 배출되는 오일의 압력을 상승시켜 상기 탱크부로 공급하는 가압펌프부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 오일 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 오일은, 점성(viscosity)을 갖는 윤활유이고,
상기 탱크부는, 상기 탱크부에 저장된 오일의 온도가 일정온도 이상이 되도록 상기 탱크부를 가열하여, 상기 탱크부에 저장된 오일의 점도가 낮아지도록 하는 히터유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 오일 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 오일은, 휘발성(volatility)을 갖는 연료유이고,
상기 탱크부는, 상기 탱크부에 저장된 오일의 온도가 일정온도 이하가 되도록 상기 탱크부를 냉각하여, 상기 탱크부에 저장된 오일의 휘발성이 낮아지도록 하는 냉각유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 오일 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 수산소 가스 발생부에 물을 공급하는 원수관에 결합되어 상기 물에 포함된 스케일을 제거하는 스케일 제거부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 오일 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 수산소 가스 발생부에서 발생된 수소 가스 또는 산소 가스가 배출되는 배출관에 결합되어 상기 수소 가스 또는 산소 가스에 포함된 이물질을 제거하는 필터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 오일 제조장치.
제9항에 있어서,
상기 필터부는, 상기 배출관으로부터 수소 가스 또는 산소 가스가 유입되는 입구와 상기 혼합공급부로 수소 가스 또는 산소 가스를 배출하는 출구를 구비하는 유동채널과, 상기 유동채널에 열을 가하여 상기 유동채널에 흐르는 수소 가스 또는 산소 가스에 포함된 수분을 일차적으로 제거하는 히팅유닛과, 상기 히팅유닛에 의해 가열된 수소 가스 또는 산소 가스에 남아있는 수분을 이차적으로 제거하는 유수분리유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 오일 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 탱크부에 저장된 오일은 내연기관의 연료분사부로 공급되고,
상기 연료분사부는, 상기 탱크부에서 배출된 오일을 공급받는 유입노즐과, 상기 유입노즐에서 전달된 오일과 상기 수산소 가스 발생부에서 별도로 배출되는 수소 가스와 산소 가스 중 적어도 하나를 서로 혼합하는 혼합노즐과, 상기 혼합노즐에서 전달된 오일을 상기 내연기관으로 분사하는 분사노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 오일 제조장치.
제11항에 있어서,
상기 수산소 가스 발생부에서 발생된 수소 가스와 산소 가스 중 적어도 하나를 별도로 배출하여 상기 연료분사부로 공급하는 공급관에 결합되어 상기 수소 가스와 산소 가스에 포함된 수분을 제거하는 보조필터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 오일 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 수산소 가스 발생부에서 수소 가스 또는 산소 가스가 배출되는 배출관에 결합되어 상기 수소 가스 또는 산소 가스의 유량을 조절하는 유량조절부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 버블을 이용한 기능성 용수 제조장치.