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KR20070117902A - 액체 연료의 연비를 향상시키는 토르마린 혼합 세라믹촉매의 제조방법 - Google Patents

액체 연료의 연비를 향상시키는 토르마린 혼합 세라믹촉매의 제조방법 Download PDF

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KR20070117902A
KR20070117902A KR1020060052122A KR20060052122A KR20070117902A KR 20070117902 A KR20070117902 A KR 20070117902A KR 1020060052122 A KR1020060052122 A KR 1020060052122A KR 20060052122 A KR20060052122 A KR 20060052122A KR 20070117902 A KR20070117902 A KR 20070117902A
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fuel
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이동재
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Abstract

본 발명은 토르마린 광석 분말과 ZrSiO4, FeTiO3, TiO2, (Ce, Th, U)PO4 및 YPO4의 성분들을 함유하고 있는 광석 모래 분말을 특정비율로 혼합하여 고온에서 환원 소성한 토르마린 혼합 세라믹 촉매 제조법이다. 이 촉매를 이용하면 방출되는 원적외선, 음이온 및 자연 방사선에 의하여 액체 연료 덩어리들은 세분화되며 연료분자들은 이온화 및 라디칼로 변하여 매우 활성화된다. 이러한 이온 또는 라디칼은 산소분자들과 매우 잘 반응하므로 연료의 연소가 급격히 촉진된다. 즉 본 발명은 액체 연료의 완전 연소를 촉진시키는 매우 우수한 성능을 가진 토르마린 혼합 세라믹 촉매의 제조방법을 제공함에 목적이 있다.
토르마린 광석 분말, 특정한 성분들을 함유하고 있는 광석 모래 분말, 환원 소성한 토르마린 혼합 세라믹 촉매, 광석모래.

Description

액체 연료의 연비를 향상시키는 토르마린 혼합 세라믹 촉매의 제조방법{A mixed tourmaline ceramic catalyst for decrease of consumption of liquid fuel and its production method}
대한민국특허 등록번호 20-0126372-0000
대한민국특허 등록번호 10-0226423-0000
대한민국특허 공개번호 특1995-0010945
대한민국특허 공개번호 특2000-00384220
본 발명은 자동차 등의 내연기관에서 액체 연료를 연소 촉진시키는데 매우 유용한 토르마린이 혼합된 세라믹 촉매의 제조방법들에 관한 것이다.
기존의 토르마린 세라믹 촉매의 제조방법은 통상 다음과 같다. 일정한 크기의 토르마린 분말과 점토 또는 토르마린 분말과 점토 그리고 다른 광석을 일정한 비율로 혼합하여 성형한 다음 섭씨 1,250도 이상의 고온에서 소성한다. 이렇게 제조된 세라믹은 토르마린 원광석 또는 분말보다 약 300배 이상 원적원선과 음이온을 방출한 다는 점이며 매우 견고하여 다양하게 이용되고 있다.
본 발명은 액체 연료 연소를 촉진시키는 성능이 기존의 촉매보다 탁월한 토르마린 세라믹 촉매의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 전기석(이하 토르마린광석)과 특정한 성분을 함유하고 있는 광석을 이용하여 액체연료 연소를 촉진시키는 기능의 세라믹촉매의 제조방법이다. 이용되는 토르마린광석은 규산염의 일종으로 자연계에는 13종류의 다양한 토르마린 광석들이 있는데 그중에서 NaMg3Al6(BO3)3Si6O18(OH)4의 분자식을 갖는 드라바이트(dravite)토르마린, Na(Li1 .5,Al1 .5)Al6(BO3)3Si6O18(OH)4로 표현되는 엘바이트(elvite)토르마린, 그리고 NaFe+2 3Al6(BO3)3Si6O18(OH)4로 표기되는 숄(Schorl)토르마린을 이용하며, 특정한 성분을 함유한 광석은 ZrSiO4, FeTiO3, TiO2, (Ce, Th, U)PO4 및 YPO4의 성분들을 함유하고 있는 광석을 이용한다.
ZrSiO4, FeTiO3, TiO2, (Ce, Th, U)PO4 및 YPO4의 성분들을 함유하고 있는 광석 모래(heavy mineral sand)에서 부산물로 방사선 원소인 Ce, Th 또는(및) U의 인산염 을 포함하고 있는 데, 우수한 광석 모래는 (Ce, Th, U)PO4 함유량은 3~4%이며 동위원소들 중에 방사선을 방출하는 방사능 동위원소는 8%이하이다. 이러한 방사선은 방사능의 분류에 의하면 매우 미약하므로 유해방사능으로 분류되지 않지만, 방사선은 원적외선보다 훨씬 강하므로 액체 원료 덩어리를 세분화시키는 데는 원적외선보다 더 효과적이다. 또한 이 방사선은 탄소-탄소 또는 탄소-수소의 결합을 분해하여 매우 불안정한 라디칼을 만든다. 라디칼들은 산소와 매우 쉽게 반응하며 완전 연소된다. 또한 광석 함유물 중의 ZrSiO4은 화학 반응이 잘 일어나도록 하는 촉매 역할을 하며 YPO4와 티타늄 화합물(FeTiO3, TiO2)은 각 음이온 및 원적외선을 잘 전도하는 역할을 한다.
광석 결정을 분쇄하여 150mesh의 분말가루를 만든다. 이 광석분말과 150~350mesh인 토르마린 분말을 균질분포 되게 혼합시킨다. 토르마린 분말과 광석모래의 혼합 비율은 90:10에서 80:20의 범위에서 선택한다. 광석모래의 비율이 증가하면 증가할 수 록 성능이 증가하지만 비용 면에서 매우 부담스럽다. 혼합 분말을 5~8%정도의 물과 혼합한 다음 반죽하여 적절한 형태로 성형한 다음 저온상태로부터 점진적으로 온도를 증가시켜 섭씨 1,150도 부터 1,190도 사이에서 72시간 이상 1차 환원 소성한 후 온도를 500도 이하로 천천히 내린다. 다시 온도를 천천히 상승시켜 1,150~1,190도에서 24시간동안 2차 환원 소성시키면 본 발명에 의하여 촉매가 제조된다. 이러한 무산소 상태에서 소성은 촉매의 구조의 변화를 주지 않기 위함이다. 산소상태에서 소성한 후 XRD등을 이용하여 분석결과 구조의 변화가 있음이 측정되 었다.
본 발명의 세라믹을 연소촉진장치 촉매로 사용한 실시 예를 통하여 보다 상세하게 설명한다.
액체 연료의 연소촉진촉매로 사용한 연비측정 실시 예
시험 승용차(차종:2001년식 SM520 자동, 중량:1,675㎏, 배기량:1,998㏄,사용연료: 무연휘발유)로 시험주행 기간(2006.03.10-2006.05.31)동안 연소촉진 장치를 설치하지 않은 경우와 본인 발명 출원품(출원번호 10-2006-0051539)을 촉매로 사용한 경우 그리고 본 발명촉매를 사용한 경우의 연비변화가 표1과 같다. 시험주행 결과에 나타난 것처럼 사용된 촉매의 양은 본인 발명 출원품(출원번호 10-2006-0051539)보다 20%정도 작지만 연비는 13%가 증가되었다. 이는 본 발명품이 본인 발명 출원품(출원번호 10-2006-0051539)보다 약 30%정도 우수하다는 것을 의미한다. 이용된 혼합 촉매의 구성비(토르마린 광석:광석 모래)는 80:20 이다. 결과와 같이 순수한 토르마린 세라믹 촉매 단일 품을 이용한 것보다 순수한 토르마린 세라믹 촉매와 발명된 혼합 세라믹 촉매를 함께 사용한 개수가 33%(180:120)가 감소되었지만 연료 절감율은 오차 범위 내에서 같다. 이러한 실험 결과는 광석 모래에 있는 성분들 이 연료 연소촉진에 큰 영향을 미친다는 것을 의미한다.
장치설치여부 *주행거리(㎞) 연료소모량(ℓ) 주행연비(㎞/ℓ) ****비고
미설치 570.2 51.4 11.3 등록증에 기재된공식연비: 11㎞/ℓ
511.1 46.5 11.1
519.3 45.6 11.4
평균연비 11.3
**본인 발명 출원품 (출원번호 10-2006-0051539)인 순수한 토르마린 세라믹 촉매를 사용한 연소촉진장치설치 185.5 11.1 16.7 연료 절감율: 45.1(49.1)%
447.5 27.8 16.1
447.5 27.3 16.4
185.5 11.1 16.7
745.2 46.1 16.2
평균연비 16.4
***본 발명품 촉매를 사용한 연소촉진장치설치 185.7 10.9 17.0 연료 절감율: 46.0(50.0)%
447.8 27.7 16.1
447.6 27.6 16.2
185.5 11.2 16.6
745.2 45.9 16.4
평균연비 16.5
주 * 주행거리 항목에서 주행거리라 함은 고속도로 주행이며 평균속도는 100㎞/h이다.
** 연소촉진장치에 본인 발명 출원품(출원번호 10-2006-0051539)인 순수한 토르마린 세라믹 촉매를180개(270g) 투입 사용함
*** 연소촉진장치에 **에 사용된 세라믹촉매 115개(150g) 와 본 발명세라믹촉매5개(7.5g)투입 사용함.
**** 비고항의 연료절감율은 미설치 측정평균과의 비교절감율 이며 괄호안은 공식연비와의 비교절감율임.
이상의 설명으로부터 알 수 있듯이 본 발명품은 원적외선, 음이온 및 자연 방사선(감마선, 베타선 및 알파선)이 방사뿐만 아니라 티타늄 등의 화합물들이 액체 연료를 더 쉽게 연소시키도록 촉진시켜준다. 따라서 본 발명에 의해 제조된 세라믹 촉매는 액체 연료(휘발유, 경유 등)를 이용하는 자동차, 선박, 발전기 등의 내연기관 보일러 등의 외연기관의 연소촉진 촉매로 이용될 수 있다.

Claims (4)

  1. 드라바이트 토르마린 분말과 ZrSiO4, FeTiO3, TiO2, (Ce, Th, U)PO4 및 YPO4의 성분을 갖고 있는 광석모래 분말의 구성비의 범위가 90:10에서 80:20인 범위에서 5~8%(중량비)의 물과 혼합하여 원하는 모양으로 성형한 다음, 온도를 서서히 상승시켜 온도 1,150~1,180도에서 72시간 이상 1차 환원 소성시킨 다음,다시 24시간 동안 같은 온도에서 2차 소성하는 방법을 특징으로 하는 토르마린 혼합 세라믹 촉매의 제조 방법.
  2. 청구항 1에서 제조한 드라바이트 토르마린 분말 혼합 세라믹 촉매를 원통형으로 성형하여 내연기관 및 외연기관의 연료연소 촉진촉매로 이용하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서 혼합 세라믹 촉매의 제조방법에서 드라바이트 토르마린 분말 대신에 엘바이트 토르마린 또는 숄 토르마린의 분말을 이용한 혼합 세라믹 촉매 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서 제조한 드라바이트 토르마린 혼합 세라믹 촉매대신에 대신에 엘바이트 토르마린 혼합 세라믹 촉매 또는 숄 토르마린 혼합 세라믹 촉매를 원통형으로 성형하여 내연기관 및 외연기관의 연료연소 촉진촉매로 이용하는 방법
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