한국폐기물자원순환학회 학술대회자료집 2013년 추계학술발표회 논문집 (p.19-19)

브라운가스와 가솔린 증기 혼소에 의한 100% 이상 연비향상 실험과 물리적 기전 해석 연구

키워드 :
자동차연비,브라운가스,버블 다이내믹스,가솔린엔진,가솔린 증기

초록

가솔린 증기와 브라운 가스를 혼합한 연료를 사용하여 변형을 가하지 않은 다양한 종류의 가솔린 엔진을 성공적으로 작동하였다. 이 때 일정한 ‘rpm’ 상태에서 사용된 가솔린 증기와 브라운가스 (또는 브라운 가스 발생 전기에너지)의 총열량 소모를 순수한 액상 가솔린을 사용한 경우와 비교하였을 때 일반적으로 연료가 50% 이하로 소모되는 획기적인 결과를 나타내었다. 가솔린 분무에 의한 엔진의 작동의 근본적인 문제점 중의 하나는 분무 연소(spray combustion)에 따른 무화(atomization)와 기화(evaporation) 그리고 산소와의 난류혼합(turbulent mixing) 과정에 소요되는 시간상의 지연과 산화제 공기에 포함된 질소 분자의 존재 때문에 액상 가솔린 연료의 에너지는 짧은 엔진 작동 시간동안에 효율적으로 동력으로 전환되지 못하고 높은 온도의 배기가스로 방출된다. 그러므로 현대의 자동차 엔진은 에너지 효율이 20 ~ 30% 정도에 머무르고 있으며 따라서 가솔린의 열량의 70 ~ 75%는 유용한 동력으로 전환되지 못하고 배기가스에서 열로 소모되고 있는 것으로 나타난다. 본 연구에서는 가솔린 증기와 브라운 가스를 혼합한 기상상태의 연료를 공기와 예혼합하였다. 예혼합하는 방식은 전기분해를 통해 발생하는 브라운 가스를 가솔린 통을 통과시켜 브라운 가스 버블과 액상 가솔린간에 버블 동역학적인 물질전달현상에 의하여 가솔린 증기와 브라운가스가 혼합되는 장치를 고안하였다. 결론적으로 본 연구에서는 액상 가솔린 연료의 분무 연소에 따른 시간상의 지연에 따른 문제점을 보완하기 위하여 가솔린 수증기를 사용하였으며 순수한 가솔린 수증기의 절대 열량의 부족을 브라운가스의 폭발적인 연소 특성과 질소분자의 양을 줄이는 독창적인 아이디어를 고안하였으며 그에 요구되는 장치를 구현하였다. 전산해석적인 방법에 의하여 액상 가솔린과 가솔린 증기와 브라운 가스를 혼소한 경우 각각의 연료와 산화제의 조성을 가지고 3차원 원통형 연소로에서 연소를 시켜 정상상태의 화염특성을 비교하였다. 연료의 양과 조성이 매우 상이함에도 불구하고 화염의 양상과 온도 분포가 매우 유사한 결과는 가솔린증기와 브라운가스의 혼소한 경우 작은 양의 연료에도 불구하고 같은 수준의 동력이 나타남을 의미하는 것으로서 실험과 일치하는 결과라 할 수 있다. 위의 결과는 전체 열량의 관점에서는 액상 가솔린 사용시 산화제 공기에 포함된 질소분자의 가열에 필요한 불필요한 열량손실을 줄인 반면에 브라운가스와 가솔린 증기 혼소에 의하여 효과적인 연소를 촉진한 결과로 해석된다.