KR101739167B1 - 자동차 내연기관 배기 가스로부터의 co2의 온-보드 회수 및 저장을 위해 폐열을 활용하는 직접 치밀화 방법 및 시스템 - Google Patents

자동차 내연기관 배기 가스로부터의 co2의 온-보드 회수 및 저장을 위해 폐열을 활용하는 직접 치밀화 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

대기로 방출된 CO2의 양을 감소시키기 위한, 차량의 동력을 공급하기 위해 사용된 탄화수소-연료 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 CO2 함유 배기 스트림의 온-보드 처리에 대한 방법 및 시스템은 개시되며, 상기 방법 및 시스템은:
a. 열 교환을 위해 고온 배기 가스 스트림을 수용하고, 낮은 온도에서 상기 배기 스트림을 방출하기 위한 차량 온 보드의 제1 폐열 회수 구역,
상기 폐열 회수 구역은 열 교환을 위한 통과를 위해 상기 ICE로부터 뜨거운 배기 가스 스트림을 수용하기 위한 유입구 및 냉각된 배기 가스 스트림용 유출구를 갖는 적어도 하나의 열 교환기 및/또는 열 회수 기기를 포함하며,
상기 열 교환기는 제1 온도에서 열 교환 유체를 수용하기 위한 유입구 및 제2 높은 온도에서 상기 유체를 방출하기 위한 유출구를 더욱 포함하고,
상기 열 회수 기기는 동력 전달 수단 (power transmission means)을 포함하며;
b. 상기 제1 폐열 회수 구역으로부터 상기 배기 가스 스트림 방출 유출구와 유체 연통하는 치밀화 구역, 상기 치밀화 구역은 상기 CO2를 적어도 액화시키기 위해 상기 CO2의 온도 및 부피를 감소시키고, 감소된 CO2 함량의 처리된 배기 가스 스트림을 생산하기 위한 수단을 포함하며;
c. 상기 치밀화 구역과 연통하고, 상기 처리된 배기 스트림용 방출 유출구를 구비하는 분리 구역;
d. 상기 차량 온 보드에 일시적인 저장을 위해 치밀화된 CO2를 수용하기 위한 저장 구역; 및
e. 상기 분리 구역으로부터 처리된 배기 가스 스트림 유출구와 유체 연통하는 배기 가스 도관을 포함한다.

Description

자동차 내연기관 배기 가스로부터의 CO2의 온-보드 회수 및 저장을 위해 폐열을 활용하는 직접 치밀화 방법 및 시스템 {Direct Densification Method and System Utilizing Waste Heat for On-Board Recovery and Storage of CO2 From Motor Vehicle Internal Combustion Engine Exhaust Gases}
본 발명은 폐열을 생산하는 내연기관 (internal combustion engines) 및 여러 열 기관에 의해 동력이 공급되는 차량의 배기 가스 스트림 (exhaust gas stream)으로부터 이산화탄소 배출의 감소에 관한 것이다.
현재 지구 온난화는 이산화탄소 (CO2) 및 메탄 (CH4)과 같은 온실 가스의 배출 때문이라고 여겨지고 있다. 전세계적으로 사람-유래의 CO2 배출의 약 1/4은 이동 오염원, 즉, 내연기관 (ICE)에 의해 동력이 공급되는 자동차, 트럭, 버스 및 기차로부터 발생된다고 현재 추정된다. 이러한 비율적인 기여는 개발도상국에서 자동차 및 트럭 소유의 계획된 급상승으로 가까운 장래에 빠르게 성장할 것이다. 현재, 운송 업종 (transportation sector)이 원유에 대한 주시장이고, CO2 배출의 제어는 대안 기술, 예를 들면, 전기 모터 및 저장 배터리에 의해 동력이 공급되는 차량과 같은 대안 기술로부터의 도전에 직면하여 상기 운송 업종에서 원유 시장의 생존력을 유지시키기 위한 환경적인 의무이고 원하는 목표이다.
이동 오염원으로부터의 이산화탄소 관리는 공간 및 중량 제한, 어떤 규모의 경제의 부족 및 이동 오염원에 동력을 공급하는 ICE의 운전의 동적 특성을 포함하는 많은 난재들이 존재한다.
연소 가스로부터의 CO2의 포획을 위한 종래의 방법은 발전소와 같은 고정 발생원 (stationary source)에 주로 촛점이 맞춰져 있다. 이들 방법들은 산소를 사용하는 연소를 이용하고, CO2 포획제 (capture agent)의 재생 및 재사용을 위한 수단을 제공하지 않으며, 및/또는 뜨거운 오염원으로부터 회수된 폐열을 사용하지 않는, 이동 오염원으로부터의 CO2 배출을 감소시키는 문제점을 거론한다. 오직 산소를 사용하는 연소는 배기 가스로부터 CO2를 분리하는 것보다 좀더 에너지-집약적이고, 만약 차량 온 보드에 시도된다면 더욱 어려울 수 있는 산소-질소 분리 단계를 요구한다.
CO2 포획 기술의 초점은 정지된 (stationary), 또는 고정된 (fixed) 오염원에 있어 왔다. 이동 오염원으로부터 CO2의 포획은 규모의 경제를 역행하는 분산 시스템 (distributed system)을 포함하기 때문에, 일반적으로 매우 고가로 여겨져왔다. 상기 문제점에 대한 해법은 차량 온-보드 공간 제약, 부가적인 에너지 및 장치 요구조건 및 차량의 운전 사이클, 예를 들면, 급격한 가속 및 감속의 단속적 기간의 동적 특성 때문에 실행불가하다고 여겨지고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 CO2의 일시적 온-보드 저장에 의해 차량으로부터의 CO2 배출을 감소시키는 효율적이고 비용 절감의 문제점을 처리하는 방법, 시스템 및 장치를 제공하는 것이다. 이러한 시스템의 대량 생산을 위한 능력은 이들 이동 오염원의 분산 특성과 관련된 기타 비용을 적어도 부분적으로 상쇄할 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 CO2가 요구되는 다수의 상업적 및 산업적 공정 중 어느 것에 활용될 수 있거나, 또는 영구 저장부 (permanent storage site)로 보내질 수 있도록, 자동차로부터 대기로 방출될 수 있는 본질적으로 순수한 CO2를 포획 및 저장하기 위해 적용된 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에서 사용된 바와 같은, 용어 "내연 기관", 또는 ICE는 탄소-함유 연료가 동력을 생산하거나 운전하도록 연소되고, 반드시 소실되거나 제거되어야 하는 폐열을 발생시키는 열 기관을 포함한다.
본 발명에서 사용된 바와 같은, 용어 "이동 오염원 (mobile source)"은 CO2를 함유하는 배기 가스 스트림을 생산하는 하나 이상의 내연 기관에 의해 동력이 공급되는, 물품 및/또는 사람을 운송하는데 사용될 수 있는 어떤 폭넓게 다양한 알려진 수송기관 (conveyance)을 의미한다. 이러한 수송기관은 기차 및 선박뿐만 아니라 육상을 이동하는 모든 타입의 자동차를 포함하고, 여기서 상기 ICE로부터의 배기는 대기로 방출되기 전에 함유 도관 (containing conduit)으로 방출된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "차량"은, 상기 사용된 바와 같이, "이동 오염원"과 같은 의미로서 편리하게 약칭되었고 "수송기관"으로도 사용됨을 알 수 있을 것이다.
본 발명에서 사용된 바와 같은, 용어 "폐열"은 전형적인 엔진이 생산하는 열이며, 상기 열은 뜨거운 배기 가스 (~300-650℃) 및 뜨거운 냉각수 (~90-120℃)에 주로 함유된다. 부가적인 열은 엔진 블럭 및 상기 엔진 블럭과 관련된 구성요소, 및 매니폴드 (manifold), 파이프, 촉매 변환기 및 머플러를 포함하는, 배기 가스가 통과하는 여러 구성요소로부터 대류 및 복사에 의해 배출 및 손실된다. 이러한 열 에너지를 다 합치면 전형적인 탄화수소 (HC) 연료가 제공하는 에너지의 약 60%이다.
본 발명에 사용된 바와 같은, 용어 "열 회수 (HR) 기기"는 현열 (sensible heat)을 전기적 에너지 또는 기계적 일, 예를 들어, CO2를 압축하는데 사용될 수 있는 운동으로 전환시키는 어떤 다양한 장치이다.
본 발명에 의해 얻어진 상기 목적 및 여러 장점은 대기로 방출되는 CO2의 양을 감소시키기 위하여 차량에 동력로 사용된 탄화수소-연료 내부 연소 엔진 (ICE)에 의해 방출된 CO2 함유 배기 스트림의 온-보드 처리에 대한 방법 및 시스템으로 넓게 이해되고 다음을 포함한다:
a. 열 교환을 위해 고온 배기 가스 스트림을 수용하고, 낮은 온도에서 상기 배기 스트림을 방출하기 위한 차량 온 보드의 제1 폐열 회수 구역,
상기 폐열 회수 구역은 열 교환을 위한 통과를 위해 상기 ICE로부터 뜨거운 배기 가스 스트림을 수용하기 위한 유입구 및 냉각된 배기 가스 스트림용 유출구를 갖는 적어도 하나의 열 교환기를 포함하고,
상기 열 교환기는 제1 온도에서 열 교환 유체를 수용하기 위한 유입구 및 제2 높은 온도에서 상기 유체를 방출하기 위한 유출구를 더욱 포함하며;
b. 상기 제1 폐열 회수 구역으로부터 상기 배기 가스 스트림 방출 유출구와 유체 연통하는 치밀화 구역, 상기 치밀화 구역은 상기 CO2의 온도 및 부피를 감소시키고, 감소된 CO2 함량의 처리된 배기 가스 스트림을 생산하기 위한 장치를 포함하며;
c. 상기 치밀화 구역과 연통하고, 상기 처리된 배기 스트림의 통과를 위한 방출 유출구를 구비하는 분리 구역;
d. 상기 차량 온 보드에 일시적인 저장을 위해 치밀화된 CO2를 수용하는 저장 구역; 및
e. 상기 분리 구역으로부터 처리된 배기 가스 스트림 유출구와 유체 연통하는 배기 가스 도관을 포함하는 탄화수소-연료 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 CO2 함유 배기 가스 스트림의 온-보드 처리 시스템.
전술된 방법 및 시스템에 대한 선택적인 구체 예에 있어서, 단계 (a)에 기술된 열 교환은 현열의 직접 회수 및 이의 에너지로의 전환, 예를 들어, 전기로 전환을 위해 하나 이상의 열전 소자 (thermoelectric devices)로 뜨거운 배기 가스를 통과시켜 달성될 수 있고, 이하 더욱 상세히 설명할 것이다. 다중 열전 소자가 사용된다면, 이들은 동일한 온도에서 평행 또는 더 낮은 온도에서 연속적인 직렬로 운전될 수 있다. 본 구체 예에 있어서, 열 교환기의 사용은 선택적이고 생략될 수 있다.
본 발명은 엔진 배기 가스로부터 실질적으로 순수한 CO2의 직접 치밀화 및 분리를 위한 방법 및 시스템을 제공하며, 나중에 차량 온-보드에 치밀화된 CO2의 임시 저장은 알려진 상업적 및 산업적 용도의 어떤 광범위한 다양성, 또는 영구 저장부로 수송을 위해 사용한다. 상기 치밀화 단계에 대한 에너지 요구의 전부 또는 일부는 엔진의 폐열로부터 유도되고, 이것은 배기 가스 스트림, 엔진의 냉각 시스템, 및 엔진 블럭 및 관련 금속 구성성분을 포함할 수 있다. 본 발명의 환경적 장점은 분명하다.
본 발명의 방법 및 시스템은 치밀화에 의한 효과적인 후-연소 CO2 포획 및 차량에 동력으로 사용된 탄화 수소 연료의 연소에 의해 발생된 폐열을 사용하는 일시적 온-보드 저장에 대한 다양한 구성요소를 통합한다. 전술된 바와 같이, 통상적 엔진의 폐열은 통상적 탄화수소 (HC) 연료가 제공하는 총 에너지의 약 60%를 생산한다. 이러한 에너지는 도 1에 나타낸 바와 같이 뜨거운 배기 가스 (~300-650℃) 및 뜨거운 냉각수 (coolant) (~90-120℃)에서 주로 함유된다. 부가적인 열은 또한 배출되고, 엔진 블럭 및 이의 관련 구성요소, 및 매니폴드, 배기 파이프, 촉매 변환기 및 머플러를 포함하는, 배기 가스가 통과하는 여러 구성요소로부터 대류 및 복사에 의해 손실된다.
에너지는 상기 배기 가스로부터 CO2를 분리하고, 효과적인 온-보드 저장을 위한 생산된 CO2의 전부 또는 일부를 압축 및 액화 또는 냉동시키는데 필요하다. 이러한 에너지는 통상적으로 일 및 열 에너지의 혼합이다. 상기 에너지의 일 구성요소는 이러한 일을 생산하기 위해 폐열의 일부를 사용하여 발생된다.
CO2 치밀화 사이클의 시작 동안에, 또는 특별한 필요를 위해, 엔진 동력의 일부, 또는 배터리 온-보드에 저장된 전기는 일/에너지 요구조건의 전부 또는 일부를 제공하는데 사용될 수 있다. 정상적인 운전 동안, 치밀화 및 포획에 대해 요구된 에너지의 적어도 일부는 상기 폐열로부터 올 것이다.
상기 배기 가스로부터 CO2 분리는 가스성 질소, 수증기 및 어떤 나머지 CO2로부터 쉽게 분리될 수 있는 액체 또는 고체를 형성하기 위한 가스성 CO2의 상 변화에 의해 영향을 받는다, 효과적인 일시적 온-보드 저장에 대한 CO2의 치밀화는, 예를 들어, 460-1600 ㎏/㎥의 범위의 최종 밀도를 갖는, 드라이 아이스를 형성하기 위해, 압축, 액화 및/또는 냉동에 의해 달성된다. 상기 치밀화 단계를 위해 요구된 일 에너지의 전부 또는 일부는 시스템의 특별한 요구 및 운전 환경에 기초하여 선택된 열을 동력으로 전환시키는 기기를 사용에 의한 대기로의 정상적인 열 손실로부터 유도된다. 이러한 상 변화에 효과적인 방법은 기술 분야에 잘 알려져 있다. 이동 오염원 온-보드에 이용가능한 제한된 부피에서의 특별한 사용은 다양한 관련 요인의 분석을 요구한다.
상 변화에 의한 CO2 포획은 냉각, 압축 및/또는 냉장이 필요하다. 후자의 두 개의 공정 단계는 폐열의 회수와 관련된 에너지를 활용하여 부분 또는 전체적으로 달성될 수 있다. 내부 냉각은 압축된 가스의 팽창에 의해 상대적으로 쉽게 달성될 수 있다. 특히, 열 교환에 의해 압축기 (compressor) 및/또는 가스 수송 도관으로부터 열을 제거하는 동안, 상기 CO2는 압축될 수 있고, CO2의 전부 또는 일부의 상 변화에 영향을 주기 위하여 상기 압축된 CO2의 팽창을 수반한다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 공정에 따르면, 상기 CO2는 액체 또는 고체 (드라이 아이스)를 형성하기 위해 냉각, 압축 및/또는 냉장에 의해 배기 가스 스트림으로부터 분리된다. 주변 온도에서, CO2는 액체로 존재할 수 있다. CO2의 임계점은 31℃ 및 73 bar이다. 상기 고체 드라이 아이스를 형성하기 위한 액체의 어는점은 -78℃이다. 따라서, 냉동은 더 높은 온도 감소를 요구하지만, 밀도는 약 1.4 내지 1.6 g/㎤로 높고, 이에 의한 공간의 감소는 적절한 수용 설비에 재급유 및/또는 전달까지 온-보드에 CO2를 저장하는데 요구된다.
냉장을 위한 에너지 요구는 하기에 기술된 공정으로부터 유도될 수 있다.
1. 압축 냉장 사이클에서 압축을 위해 요구된 기계적 에너지는 폐열을 전기 또는 기계적 일로 전환시키는 열 회수 (HR) 유닛으로부터 얻어진다. 부가적으로, 약간의 기계적 에너지는 대기로 방출되는 CO2 배기 가스를 팽창시켜 회수된다.
2. 상기 폐열은 흡착 또는 흡수 냉장 사이클에 직접적으로 공급되고, 이런 사이클은 이동 부분을 갖지 않고, 따라서 엔진의 동력 트레인 (train)으로부터 어떤 일을 소비하지 않는다.
3. 고속 팽창을 위한 아음속 (subsonic) 또는 초음속 노즐의 사용 및 상기 배기 가스의 냉각은 수집 및 일시적 온-보드 저장을 위한 액체 또는 고체 형태에서 상기 CO2의 침전을 결과할 것이다.
부분적 압축은 터보차저 (turbocharger)를 통해 배기 가스를 통과시켜 달성될 수 있고, 따라서 상기 배기 가스 스트림의 약간의 유동 에너지를 회수한다.
본 발명은 CO2가 차량으로부터 제거될 수 있고 재급유시 또는 다른 적절한 설비에서 회수될 수 있을 때까지 상기 CO2의 적어도 일부를 고밀도화시키고 이에 의해 일시적 저장을 위해 이의 부피를 상당히 감소시키기 위해, 폐열로서 차량 온 보드에 이용가능한 자유 에너지를 사용하여 공간 제한 및 보조 동력 요구의 문제점을 해결한다. 본 발명은 (a) 엔진 배기 가스로부터의 상기 CO2의 전부 또는 실질적인 부분을 제거하기 위해 포획제를 활용하는 흡수 분리 방법; (b) 약간의 엔진 폐열을 사용하는 실질적으로 순수 CO2 회수; (c) 약간의 엔진의 폐열이 동력, 즉, 일 에너지로의 전환; 및 (d) 만약 필수적이라면, 일시적 온-보드 저장을 위해 CO2의 밀도를 더욱 증가시키는 동력의 이용을 포함한다. 치밀화에 의해 포획하기 위한 에너지를 제공하는데 상기 폐열의 사용은 배기 스트림에서의 질소로부터 CO2의 분리 공정을 단순히하고, 비용을 상당하게 감소시키며, 상기 치밀화는 CO2의 일시적 온-보드 저장을 위한 부피 요구를 감소시킨다.
본 발명은 하나 이상의 압축기를 운전하기 위한 상기 엔진 일의 일부분의 선택적 사용을 더욱 포함한다. 상기 엔진의 일은 상기 엔진이 감속 모드에서 운전되는 경우 활용될 수 있고, 상기 엔진이 공회전하는 경우, 엔진을 느리게 하기 위해 제공될 것이다. 온-보드 프로세서 및 제어기는 적절히 미리결정된 엔진 운전 조건에서 상기 엔진에 CO2 압축기 구동 링크를 연결시키는데 활용될 수 있다.
본 발명은 화석-계, 또는 탄화수소 연료의 연소를 통해 운전되는 승용차, 트럭, 버스, 중장비 차량, 기차, 배, 비행기 등과 같은 광범위한 범위의 이동 오염원에 사용될 수 있다. 본 발명의 시스템 및 장치는 새로운 이동 오염원 및/또는 현존하는 이동 오염원을 개량하여 설치될 수 있다,
본 발명은 차량의 ICE로부터 회수된 폐열을 사용하여, 수송기관 온 보드에서의 효율적인 후-연소 CO2 포획, 치밀화 및 이어지는 일시적 저장을 위한 시스템을 형성하는 다양한 구성요소의 통합에 기초한다. 상기 시스템은 (a) 폐열 및 연관된 에너지의 일부를 회수하고, 이에 의해 CO2의 온도 및 상기 엔진 배기 가스 스트림의 다른 구성요소를 감소시키기 위한 제1 열 교환 구역; (b) 약간의 폐열이 동력 (일 에너지)으로 전환되는 전환 구역; 및 (c) 상기 폐열로부터 유도된 동력이 일서적 온-보드 저장을 위해 포획된 CO2의 밀도를 증가시키는데 사용된 치밀화 구역을 포함할 수 있다. 본 발명의 방법의 실시에 있어서, 상기 시스템을 운전시키기 위한 전부 또는 실질적인 부분의 에너지가 상기 엔진의 폐열로부터 나온다.
상기 치밀화를 위해 요구된 총 일 에너지의 적어도 일부는 열의 동력 전환을 사용하여 폐열로부터 얻어진다. 본 발명의 구체 예에 있어서, 상기 치밀화된 CO2의 일부는 액체로서 보관 및 저장될 것이고, 또 다른 부분은 고체 형태이다. CO2 포획 사이클의 시작 동안, 또는 다른 특별한 운전 필요의 요구를 만족시키기 위해, 엔진 동력의 일부, 또는 선택적으로, 온-보드 배터리에서 저장된 전기는 사용될 수 있다. 상기 시스템의 정상적 안정-상태 작동 동안, CO2 치밀화 및 포획에 대해 요구된 에너지의 적어도 일부는 ICE의 폐열로부터 올 것이다.
고정된 발생원으로부터의 CO2 배출을 감소시키기 위한 종래 공정에 대한 본 발명의 하나의 장점은 폐열을 함유하는 적당한 온도 유체에 대해 상대적으로 높은 준비된 이용가능성이다. 상기 열 에너지의 비용은, 석탄- 또는 가스-발화된 발전 설비로부터의 연도 가스의 온도가 상기 연료의 에너지 값을 최대화하고, 주변 환경으로의 폐열의 SOx과 같은 공해물질의 방출을 또한 최소화하기 위하여 감소되기 때문에, 고정된 발생원으로부터의 CO2 포획을 위한 지출이 주요 항목이다.
본 발명은 폐열을 생산하는 내연기관 및 여러 열 기관에 의해 동력이 공급되는 차량의 배기 가스 스트림으로부터 이산화탄소 배출을 경제적으로 감소시킬 수 있다.
이하 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 좀더 구체적으로 설명하며, 첨부된 도면에서 동일하거나 유사한 요소는 동일한 참조번호에 의해 표시된다:
도 1은 전형적인 내연 기관에 의해, 탄화수소 연료 에너지를 열 및 동력으로의 전환을 개략적으로 나타낸 도면이고;
도 2는 본 발명의 방법을 도 1을 통합하여 개략적으로 도시한 블럭도이며;
도 3은 본 발명의 시스템에서 사용된 방법 및 장치의 일 구체 예를 개략적으로 설명하는 도면이고;
도 4는 본 발명의 시스템에 사용된 방법 및 장치의 또 다른 구체 예를 개략적으로 설명하는 도면이며;
도 5는 본 발명의 시스템에 사용된 방법 및 장치의 또 다른 구체 예를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 2의 개략적인 도시는 연료의 연소로부터의 폐열 에너지가 치밀화에 영향을 줄 수 있는 다른 형태로 전환되는 배기 가스 스트림에서 CO2의 액화 및/또는 고체화에 의해 분리하기 위한 본 발명의 직접 치밀화 방법의 개요를 제공한다.
본 발명의 세 가지 특별한 구체 예는 또한 도 3-5에서 개략적으로 도시된다. 도 3은 압축-계 공정을 도시한다. 뜨거운 배기 가스 스트림 (20)은 약간의 폐열을 상기 시스템에서 사용하기 위한 회수된 전기적 또는 기계적 에너지로 전환하기 위해 고온 (300-650℃)에서 운전하는 제1 열 회수 (HR) 유닛 (30)을 통해 통과한다. 냉각된 배기 가스 스트림 (22)은 그 다음 이의 압력을 증가시키고, 또한 상기 배기 가스 스트림을 분리 (split)하기 위해 터보차저 (turbocharger) (100)로 선택적으로 통과되고, 여기서 분획 부분 (24)은 CO2 치밀화를 위해 처리되고, 나머지 (27)는 대기로 직접 방출된다. 이러한 선택적 분리 (split)는 CO2 치밀화 및 온-보드 저장을 위해 이용가능한 에너지와 관련한 배기 가스 스트림 유량 (flow rate)에 기초하여 주로 결정된다.
그 다음 상기 압축된 배기 가스 스트림 (24)은 이전 HR (30)보다 더 낮은 온도에서 운전하는 제2 열 회수 유닛 (32)를 통해 통과한다. 제공된 대부분의 응축가능한 수증기는 액체 스트림 (25)으로서 제거되고, 부가적 폐열은 전기적 또는 기계적 에너지로 전환된다. 그 다음 냉각된 가스는 또 다른 공정이 액체 또는 고체 CO2를 산출하는 포인트 (point)에서 이의 압력을 증가시키기 위해 압축기 (110)로 진행한다. 이러한 압축 단계 (110)는 상기 배기 가스 스트림의 온도를 상승시키므로, 제3 열 회수 유닛 (34)를 통하는 이의 통로는 부가적인 전기 또는 기계적 에너지를 회수한다. 열 회수 유닛 (34)은 또한 작은 외부 냉동 사이클 (60)의 일부로 기능한다. HR 유닛 (34)에서 냉각된 배기 가스 스트림 (28)은 그 다음 스로틀링 밸브 (throttling valve) (62)를 통해 통과하고, 여기서 이것은 빨리 냉각되고 상기 CO2의 전부 또는 일부는 액체 또는 고체 상으로 응축되며, 분리 용기 (80)로 스트림 (64)으로서 통과한다. 질소는 휠씬 더 낮은 126°K의 임계점을 갖기 때문에, 이들 운전 조건하에서 응축되지 않는다. 상기 응축된 CO2 (66)는 분리 용기 (80)에서 주로 질소 및 약간의 응축되지 않은 CO2인 나머지 가스로부터 분리된다. 상기 CO2는 따라서 나머지 배기 가스로부터 직접 치밀화되고 동시에 분리된다. 상기 질소 및 다른 가스는 터보 팽창기 (turboexpander), 또는 고압 가스가 팽창되고, 터빈 샤프트의 회전을 일으키는 블레이드에 악영향을 미치는 팽창 터빈 (112)을 통해 통과된다. 기계적 일의 추출에 따라, 감소된 CO2 함량의 나머지 배기 가스 스트림 (52)은 대기로 방출된다. 압축기 (110)을 작동하기 위해 요구된 에너지는 열 회수 기기 및/또는 팽창 터빈 (112)에 의해 공급될 수 있다.
도 4는 흡수 냉동 사이클-계 공정을 설명하는 개략적인 블럭도이다. 이러한 공정은 고-온 열 발생원 및 저온 히트 싱크 (heat sink)에 기초하여 운전하는 냉각 유닛 (refrigeration unit) (90)을 사용한다. 상기 뜨거운 배기 가스 스트림 (20)은 열 교환기 (31)에서 냉각제 (refrigerant) (92)를 접촉하는 고온 열 발생원을 제공하고, 이것과 주변 공기 열 교환기 (94) 사이의 온도 차이는 상기 냉각 유닛 (90)의 운전을 위한 저온 히트 씽크를 제공하는데 일반적으로 충분하다. 상기 터보차저 (100) 및 열 회수 유닛 (32)은 도 3과 함께 전술된 바와 같은 동일한 방식으로 기능한다. 상기 차가운 냉각제 구역 (96)은 액체 또는 고체 CO2 (64)가 형성되는 온도로 차가운 배기 가스 스트림 (26)의 온도를 낮추는데 사용된다. 전술된 바와 같이, 질소는 더 낮은 임계점 때문에 이들 운전 조건에서 응축되지 않는다. 상기 응축된 CO2 생산 스트림 (64)은 분리 용기 (80)로 통과되고, 여기서 이것은 부가적인 에너지를 발생시키는 터보팽창기 (112)에서 선택적 팽창 단계 이후에 스트림 (52)으로서 대기로 방출되는 나머지 배기 가스로부터 분리된다.
도 5는 고속 팽창 노즐 (rapid expansion nozzle)을 사용하는 직접 치밀화 공정을 나타내는 개략적인 블럭도이다. 상기 압축-계 공정에 대해 도 3과 관련되어 상술된 압축 단계 이후에, 압축기 (110)를 나가는 상기 배기 가스 스트림 (27)은 고속 팽창 노즐 (120)로 통과되고, 여기서 이것은 상기 노즐 방출 하부로부터 치밀화된 CO2 생산물 (66)로 수집되는 응축된 CO2 상을 형성하기 위해 소용돌이 치고, 팽창하고, 냉각된다. 상기 나머지 응축되지 않은 가스는 CO2 감소된 배기 스트림 (52)으로 대기로 방출되기 전에, 터보팽창기 (112)로부터 에너지를 회수하기 위한 팽창 단계에 선택적으로 적용될 수 있다. 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 이러한 공정은 이들의 각각 잘 정의된 물리적 특징에 기초하여 다른 배기 가스 성분으로부터 상기 CO2를 직접적으로 분리하기 위해 가스의 부피를 팽창하고 온도를 감소시키는 현존하는, 잘 알려진 원리에 기초한다.
이들 실시 예는 또한 상기 시스템의 치밀화 장치 및 자동화 밸브, 압력 및 온도 센서, 및 제어기와 같은, 다른 보조 설비를 운전하는데 사용될 수 있는 일 또는 전력으로 열을 전환시키는 열 회수 (HR) 구성요소를 위한 선택적인 위치를 나타낸다.
상기 HR 구성요소의 크기 또는 용량, 위치 및 운전 조건은 폐열, 예를 들어, 엔진 배기 스트림의 이용가능성에 기초하여 결정된다. 이것은 배기 또는 엔진 냉각수의 유무에 따라, 폐열 스트림의 온도 및 부피 유량 모두를 포함할 것이다. 단일 또는 하나 이상 타입의 열 회수 구성요소는 폐열 스트림의 특성 및 이의 온도 및 유동 조건에 의존하여 사용될 수 있다. 만약 상기 가스 스트림의 온도가 충분히 높지 않은 경우에 발생할 수 있는 바와 같은, 일 또는 전기로의 열 전환 효율이 충분하지 않다면, 몇몇 열 회수 유닛은 가스 스트림을 냉각하기 위한 열 교환기로 선택적으로 대체될 수 있다. 열 교환 기기의 대체는 장비 비용 절감을 제공할 것이다.
상기 열/에너지 회수 시스템의 운전은 유량-조절 밸브와 연통되어 제어되며, 온도 및 유량 센서로부터 데이터를 받는 제어기 및 미리-프로그램된 프로세서에 의해 제어될 수 있다. 더 낮은 온도를 갖는 배기 가스는 그 다음 전기를 생산하기 위해 열전 소자와 더욱 열 교환할 수 있다. 최종적으로, 상대적으로 낮은 온도의 배기 가스는 대기로 방출되기 전에 이의 CO2 함량의 감소를 위한 흡착제 영역으로 도입될 수 있다.
가솔린 또는 디젠 연료 ICE로부터 배기 가스 스트림은 약 13% 수증기를 함유한다. 상기 수증기는 치밀화 공정의 초기 단계 동안 액체를 형성하기 위해 응축될 것이고, 기술 분야에서 잘 알려진 방법 및 장치에 의해 상기 공정으로부터 제거될 수 있다. 물은 액체 형태로 대기에 방출될 수 있거나, 또는 증기 형태로 전환하기 위해 뜨거운 표면과 접촉하여 통과되고, 부가적인 동력을 위한 작은 스팀 터빈을 작동하는데 사용된다. 여하튼, 실질적으로 상기 수증기의 전부는 단독 또는 질소와 함께 및 희박 배기 가스 스트림에서 어떤 나머지 CO2로 대기로 방출될 것이다.
상기 CO2는 장착된 차량에 촉매 변환기의 배기 가스 다운스트림으로부터 제거되는 것이 바람직하다. 이는 상기 배기가 치밀화 공정에 악영향을 미칠 수 있는 오염 물질을 줄일 수 있기 때문이다. 부가적으로, 상기 엔진이 시동시 차가운 경우, 상기 촉매 변환기의 배기 가스 다운스트림은 상기 변환기에서 발생하는 발열 반응 때문에 업스트림보다 더 뜨거울 수 있다.
일 구체 예에 있어서, 상기 CO2 치밀화는 압축을 위한 가압 및 일시적 온-보드 저장을 위한 CO2의 액화 또는 고체화를 보장하기 위하여 적절한 능동/수동 냉각 시스템을 갖는 단일 또는 다중 단계 압축기에 의해 수행된다. 상기 CO2는 이동 오염원 온 보드의 단일 탱크 또는 다중 탱크에 저장될 수 있다. 상기 연료 탱크는 또한 연료 측 및 CO2 저장 측 사이에 이동 칸막이 (moving partition)를 갖는 치밀화된 CO2를 저장하는데 사용될 수 있다.
열 관리 및 제어는 상기 시스템의 효과적인 운전을 담당하는데 요구된다. 열은 열 회수 기기에 의해 뜨거운 배기 가스로부터 제거된다. 열은 전기 발생 또는 일을 위해 요구된 열을 제공하기 위해 다른 구성요소에 공급된다. 열의 공급 및 제거는 전도, 대류, 방사 및/또는 이들 방법의 조합을 포함하는 다른 방법을 사용하여 달성될 수 있다. 상기 시스템의 모든 구성요소의 제어는 성능을 최적화하기 위해 이동 오염원의 제어 시스템 또는 분리 제어 시스템으로 통합될 수 있다.
전도의 경우에 있어서, 열은 금속과 같은 열 전도 물질을 사용하여 공급 또는 제거된다. 만약 상기 배기 가스가 튜브를 통해 통과되고, 상기 열은 튜브 쉘을 통한 전도를 사용하여 튜브의 외부면으로부터 제거될 수 있다. 유체는 상기 튜브의 외부 쉘로부터 열을 공급 또는 제거하기 위해 사용될 수 있다.
핀 (Fins), 상기 튜브 및 다른 디자인 내부의 금속 메쉬 및 공지의 기술은 상기 뜨거운 가스와 접촉하는 표면적을 증가시키고, 열 전이를 향상시키는데 사용될 수 있다, 핀 및 다른 표면 변화는 또한 시스템의 열 전이를 향상시키기 위해 튜브의 외부 쉘에 사용될 수 있다. 상기 CO2 배기 가스는 또한 열 전이 유체를 공급 또는 제거하는데 사용된 상기 튜브의 외부 및 튜브의 내부를 통과될 수 있다.
일반적으로, 상업적으로 이용가능한 판-형의 컴팩트한 열 교환기는 상기 배기 가스 스트림의 온도를 감소시키는데 효과적이라고 알려져 있다. 이들은 다양한 크기 및 물질로 제조되어 이용가능하다. 큰 열 전이 표면은 상대적으로 보다 작은 기기의 사용을 가능하게 하여, 차량에 부가된 부피 및 중량 모두를 줄인다.
도 3 및 4는 HR 구성요소의 배치에 대한 위치를 확인한다. 단일 또는 다중 기술은 상기 CO2를 압축하고, 보조 장비에 동력을 공급하기 위해 상기 폐열을 전기적 에너지 또는 일로 전환하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시에서 사용된 열 회수 (HR) 구성요소는 하기 타입의 장치들을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
1. 상기 폐열을 전기 에너지로 전환시키는데 사용된 열전 소자는 에너지 전환을 최적화하기 위한 상이한 위치 및 배열에 위치될 수 있다.
상기 열전 소자는 상기 소자의 뜨거운 측으로 배기 파이프, 포획 구성요소, 엔진 블럭 또는 다른 엔진 구성요소와 가열 전도성 접촉이 보장된다. 상기 열전 소자의 차가운 측, 또는 다리 (leg)는 상기 소자를 냉각하도록 공기 대류에 노출될 수 있다. 상기 열전 소자의 차가운 측은 또한 능동형 냉각 시스템, 예를 들면, 순환하는 액체와 접촉할 수 있어, 열 전이를 용이하게 하고, 또한 열전 모듈의 성능을 제어한다.
상기 열전 모듈의 뜨거운 측 또는 다리는 상기 배기 가스 측에 설치되고, 상기 차가운 측은 능동 시스템으로 언급된 폐쇄 냉각 시스템에 설치되거나 또는 수동 시스템으로 공기에 노출된다. 상기 열전 모듈은 상기 뜨거운 측으로부터 열의 일부를 제거하고, 치밀화 장치 및/또는 다른 온-보드 장비를 운전하기 위해 사용될 수 있는 전력을 발생시킨다.
상기 열전 소자는 배기 가스에서의 압력 강하 영향을 최소화하는 원통형 파이프 또는 직사각형 파이프와 같은 상이한 형상을 취할 수 있다. 내부 핀 및/또는 외부 핀은 또한 열전 소자의 열 전달과 이에 따른 상기 열전 소자의 성능을 향상시키도록 사용될 수 있다. 열전 소자는 고온에 사용되도록, 엔진 블럭 상에 또는 상기 엔진 블럭과 매우 근접하여 장착될 수 있다. 적당한 재료가 고온을 견디도록 선택된다.
2. 열전 모듈을 사용해 발생된 전력은 전기 저장 시스템, 예를 들면, 전력을 치밀화 장치 및/또는 다른 설비에 순차적으로 공급하는 전기적 배터리에 공급된다.
상기 열전 모듈을 위한 반도체의 선택은 적용의 온도 범위에 기초된다. 다른 열전 소자의 스택킹 (Stacking)은 열 회수 및 전기 에너지 발생을 최적화한다.
3. 실린더에서의 가스를 팽창시켜 상기 ICE 배기로부터의 폐열이 상기 엔진의 하나 이상의 실린더의 벽에 공급되는 스터링 엔진 (Stirling engine)은 상기 CO2를 액화하거나 고화시키기 위한 차가운 냉각제를 제공하는 압축 냉동 사이클 유닛의 압축기를 가동시키거나 치밀화 압축기를 가동시키는 필요한 기계적인 일을 실행할 수 있는 피스톤을 구동시킨다.
4. 스팀 발생기는 CO2를 액화하거나 고화시키기 위한 차가운 냉각제를 제공하는 압축 냉동 사이클 유닛의 압축기를 가동시키거나 치밀화 압축기를 가동시키는 기계적인 일을 발생시키는 터빈에 스팀을 제공한다.
5. 소형의 형상 기억 합금 엔진이나 압축기가 (CuSn, InTi, TiNi, 및 MnCu와 같은) 합금의 형상을 변경시키는 폐열을 사용하고, 포획된 CO2의 밀도를 증가시키는데 사용되는 기계적인 일을 발생시킨다. 엔진 압축기가 필요한 압축을 발생시키도록 합금의 고온 측과 냉각 측을 구비함으로써 운전한다. 아래 기재된 특허문헌은 이들 타입의 진귀한 합금에 기초한 열 기관을 기술하고 있다: USP 3,913,326; USP 4,055,955; USP 5,442,914; USP 7,444,812; 및 공개특허문헌 2009/0315489. 이들 특허문헌의 내용은 참조로서 본 발명의 명세서에 도입된다.
6. 단일 또는 다수의 열 회수 시스템은 상기 배기 가스 및 냉각수 시스템에 설치될 수 있다.
7. 단일의 또는 다수의 열 회수 시스템은 필요한 동력을 생성하고, 배기 가스의 온도를 효과적으로 제어하도록 설치될 수 있고, 이에 의해 CO2의 압축, 액화 및/또는 고체화하기 위해 요구된 다운스트림 에너지를 감소시킨다.
본 발명의 다른 구체 예에 있어서, 상기 CO2의 일부는, 포획제의 재생이 적당한 도관을 통해 엔진의 공기 흡입부로 회수되어 대기 공기 및 연료와 혼합된 이후에, 회수된다. 시스템 운전의 이러한 특징은 엔진 운전 온도를 낮추고 이에 따라 연료의 연소 동안에 만들어진 NOx 화합물의 양을 감소시키도록 현재 사용된 배기 가스 재순환 (EGR)용 공지된 방법과 유사하다. 배기 가스 부피의 5 내지 15 퍼센트에 상당하는 CO2의 양이 흡입으로 회수될 수 있다. CO2의 회수가 또한 연료 혼합물에서 같이, 빼내어진 대기 질소의 양을 감소시키고, 이는 또한 배기에서의 NOx 화합물을 감소시키는 유리한 효과를 갖는다. 배기 가스 스트림에서의 CO2의 퍼센트는 또한 증가되어, 회수를 향상시킨다.
CO2의 재순환은 자동차에서의 배기 가스 재순환을 위해 전통적으로 사용된 동일한 기기와 제어 시스템에 의해 실행될 수 있다. 상기 CO2의 재순환은 또한 현 EGR 시스템과 관련하여 수행될 수 있다. 상기 CO2는 엔진 운전 조건에 기초하여 또는 현 실시에 따르면, 엔진이 차가울 때의 시동시, 또는 급격한 가속 동안 및/또는 ICE가 과부하 상태일 때에서와 같이 전반적으로 재순환을 중단시키는 것에 기초하여 배기 가스의 전부 또는 사전결정된 부분을 대체할 수 있다.
본 발명의 다른 구체 예에 있어서, 배기 가스 스트림 또는 고밀도화된 저장 컨테이너로부터 직접적으로 회수된 CO2의 일부는 물과 혼합되고, 공지된 방법을 사용하여 촉매적으로 반응하며, 인시튜 형성된 수소 및 일산화탄소의 일시적 (interim) 반응에 의해 메탄 및 물을 형성한다. 상기 메탄 및 물은 이후 엔진 흡입부에 공급된 종래의 탄화수소 연료를 보충하는데 사용된다. 상기 CO2와 반응된 물은 이러한 목적을 위해 제공된 배기 가스 스트림 또는 별도의 온-보드 발생원 (source)으로부터 회수될 수 있다.
본 발명의 방법 및 시스템의 또 다른 장점은 차량의 공기 조화 시스템 (air conditioning system)에 사용하기 위한 차량 온 보드에 가압된 CO2의 이용가능성이다. 상기 CO2는 인공의 수소불화탄소 화학약품 및 주변환경을 위해할 위험을 노출시키는 프레온 타입 (Freon type)의 냉각제 대신에 사용된다.
본 발명은 이동 오염원으로부터의 후-연소 CO2 포획 및 온-보드 저장을 설명한다. 작동 비용 및 설비 요구조건을 최소화하기 위하여, 대기로 통상적으로 방출된 이용가능한 열은 효율적인 온-보드 저장을 위해 생산된 CO2의 전부 또는 일부를 액화 및/또는 고체화시키는 압축에 의해 연소 가스로부터 상기 CO2를 분리시키는데 요구된 에너지를 제공하도록 실질적인 최대량으로 사용된다. 그렇게 포획된 상기 CO2는 연료 공급기에서 회수를 위해 방출되거나 제거되는 경우, 재급유까지 온 보드에 저장될 수 있다. 본 발명의 장치는 개질 (reforming)과 같은 화학적 반응, 또는 CO2로 투과가능한 실린더 벽을 제공하는 것과 같은 엔진 디자인의 주요 변경을 포함하는 제안된 방법과 비교하여 온 보드에 배치하는데 용이하다.
비록 본 발명의 다양한 구체 예가 전술되고 첨부된 도면에서 설명되었지만, 본 발명에 대한 다른 변경 및 변화는 하기 청구범위에 의해 결정된 본 발명의 범주 및 전술한 상세한 설명 내에서 행해질 수 있다는 것을 당업자라면 알 수 있을 것이다.
20: 뜨거운 배기 가스 스트림 30: 열 회수 (HR) 유닛
60: 외부 냉동 사이클 80: 분리 용기
90: 냉각 유닛 100: 터보차저
110: 압축기

Claims (17)

  1. 자동차의 동력을 공급하기 위해 사용된 탄화수소-연료 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 고온의 배기 가스 스트림으로 대기로 방출된 CO2의 양을 감소시키는 방법으로서,
    a. 자동차 온-보드 (on-board)의 제1 폐열 회수 구역으로 고온의 배기 가스 스트림을 도입시키는 단계 및 적어도 하나의 열 회수 기기 및/또는 열 교환기로 열 교환을 위해 고온의 배기 가스 스트림을 통과시키는 단계 및 낮은 온도에서 상기 제 1 폐열 회수 구역으로부터 상기 배기 가스 스트림을 방출하는 단계;
    b. 제1 폐열 회수 구역으로부터 치밀화 구역으로 냉각된 배기 가스 스트림을 도입시키는 단계 및 상기 CO2를 적어도 액화시키기 위해 상기 CO2의 온도 및 부피를 감소시켜 상기 CO2를 치밀화시키는 단계 및 감소된 CO2 함량의 처리된 배기 가스 스트림을 생성시키는 단계;
    c. 분리 구역에서 치밀화된 CO2 및 남은 처리된 배기 가스 스트림을 분리시키는 단계;
    d. 상기 분리 구역으로부터 상기 처리된 배기 가스 스트림을 방출시키는 단계; 및
    e. 상기 자동차 온-보드의 일시적 저장을 위해 저장 구역에서 상기 치밀화된 CO2를 유지시키는 단계를 포함하는 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 고온의 배기 가스 스트림으로 대기로 방출된 CO2의 양을 감소시키는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 방법은 상기 자동차의 ICE의 시동 이후에 연속적으로 작동하는 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 고온의 배기 가스 스트림으로 대기로 방출된 CO2의 양을 감소시키는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고온의 배기 가스 스트림의 열 에너지의 일부는 단계 (b)에서 상기 CO2의 온도 및 부피를 감소시키는데 활용되는 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 고온의 배기 가스 스트림으로 대기로 방출된 CO2의 양을 감소시키는 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열 회수 기기는 열전 소자, 열전 모듈, 스털링 엔진, 증기 발생기 및 연관 터빈, 형상 기억 합금 엔진, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 고온의 배기 가스 스트림으로 대기로 방출된 CO2의 양을 감소시키는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기 가스 스트림의 CO2 함량은 부피가 적어도 5% 만큼 감소되는 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 고온의 배기 가스 스트림으로 대기로 방출된 CO2의 양을 감소시키는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 폐열 회수 구역에서 적어도 하나의 열 교환기를 통하여 주변 공기가 통과되는 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 고온의 배기 가스 스트림으로 대기로 방출된 CO2의 양을 감소시키는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 방법은 상기 제 1 폐열 회수 구역에서 적어도 하나의 열 교환기를 통하여 공기를 통과시키기 전에 주변 공기를 냉각시키는 단계를 포함하는 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 고온의 배기 가스 스트림으로 대기로 방출된 CO2의 양을 감소시키는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 방법은 상기 배기 가스 스트림으로부터 상기 ICE로 회수된 CO2의 일부를 순환시키는 단계를 포함하는 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 고온의 배기 가스 스트림으로 대기로 방출된 CO2의 양을 감소시키는 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    열 회수 기기는 전기적 및/또는 기계적 에너지를 생산하고, 상기 열 회수 기기에 의해 생산된 전기적 및/또는 기계적 에너지의 적어도 일부는 상기 자동차 온 보드의 보조 전기적 및/또는 기계적 시스템의 동력을 공급하기 위해 사용되는 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 고온의 배기 가스 스트림으로 대기로 방출된 CO2의 양을 감소시키는 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각된 배기 가스 스트림으로부터 회수된 상기 CO2의 일부는 자동차 온 보드의 공기 조화 장치에서 냉각제 가스로 활용되는 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 고온의 배기 가스 스트림으로 대기로 방출된 CO2의 양을 감소시키는 방법.
  12. 대기로 방출된 CO2의 양을 감소시키기 위한, 자동차의 동력을 공급하기 위해 사용된 탄화수소-연료 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 CO2 함유 배기 가스 스트림의 온-보드 처리 시스템으로서,
    a. 열 교환을 위해 고온의 배기 가스 스트림을 수용하고, 낮은 온도에서 상기 배기 가스 스트림을 방출하기 위한 자동차 온 보드의 제1 폐열 회수 구역,
    상기 제1 폐열 회수 구역은 열 교환을 위한 통과를 위해 상기 ICE로부터 고온의 배기 가스 스트림을 수용하기 위한 유입구 및 냉각된 배기 가스 스트림용 유출구를 갖는 적어도 하나의 열 교환기를 포함하고,
    상기 열 교환기는 제1 온도에서 열 교환 유체를 수용하기 위한 유입구 및 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 상기 유체를 방출하기 위한 유출구를 더욱 포함하며;
    b. 상기 제1 폐열 회수 구역으로부터 상기 배기 가스 스트림 방출 유출구와 유체 연통하는 치밀화 구역, 상기 치밀화 구역은 상기 CO2를 적어도 액화시키기 위해 상기 CO2의 온도 및 부피를 감소시키고, 감소된 CO2 함량의 처리된 배기 가스 스트림을 생산하기 위한 장치를 포함하며;
    c. 상기 치밀화 구역과 연통하고, 상기 처리된 배기 스트림의 통과를 위한 방출 유출구를 구비하는 분리 구역;
    d. 상기 자동차 온 보드에 일시적인 저장을 위해 치밀화된 CO2를 수용하는 저장 구역; 및
    e. 상기 분리 구역으로부터 처리된 배기 가스 스트림 유출구와 유체 연통하는 배기 가스 도관을 포함하는 탄화수소-연료 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 CO2 함유 배기 가스 스트림의 온-보드 처리 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 시스템은 처리를 위해 상기 제1 폐열 회수 구역으로 통과하는 상기 배기 가스 스트림의 부피 양을 조절하기 위한 변환 밸브 (diverter valve)를 포함하는 탄화수소-연료 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 CO2 함유 배기 가스 스트림의 온-보드 처리 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 변환 밸브는 상기 ICE의 작동 조건에 기초한 엔진 관리 제어 유닛에 의해 제어되는 탄화수소-연료 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 CO2 함유 배기 가스 스트림의 온-보드 처리 시스템.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 CO2를 적어도 액화시키기 위한 상기 치밀화 구역에서의 상기 장치의 용량에 기초하여 제어되는 탄화수소-연료 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 CO2 함유 배기 가스 스트림의 온-보드 처리 시스템.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 시스템은 상기 제1 폐열 회수 구역을 통한 상기 스트림의 통과없이 상기 배기 가스 스트림의 전부 또는 일부를 대기로 방출하기 위한 제어 수단을 포함하는 탄화수소-연료 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 CO2 함유 배기 가스 스트림의 온-보드 처리 시스템.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 치밀화 구역에서의 장치는 유체-냉각 압축기 (fluid-cooled compressor) 및 냉각 유닛, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄화수소-연료 내연기관 (ICE)에 의해 배출된 CO2 함유 배기 가스 스트림의 온-보드 처리 시스템.
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