KR102048722B1 - 내연 기관을 추진하기 위한 산소-풍부 플라즈마 발생기 - Google Patents

내연 기관을 추진하기 위한 산소-풍부 플라즈마 발생기 Download PDF

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Abstract

내연 기관의 효율을 개선하고/하거나 배출물을 감소시키기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 상기 시스템은 물 및 소정 양의 전해질로 본질적으로 이루어진 수용액을 저장하도록 구성된 탱크를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 수용액의 전기분해를 돕도록 구성된 셀을 추가로 포함할 수 있고, 상기 셀은 서로 실질적으로 평행하게 배열된 복수개의 플레이트들을 포함할 수 있고, 상기 복수개의 플레이트들은 복수개의 플레이트들중 인접한 것들로부터 실질적으로 같은 거리만큼 이격될 수 있다. 예시적인 실시양태에서는, 하나 이상의 밀봉부가 복수개의 플레이트들 사이에 위치하여 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에 실질적인 기밀 및 실질적인 방수 밀봉을 형성시킬 수 있다.

Description

내연 기관을 추진하기 위한 산소-풍부 플라즈마 발생기{OXYGEN-RICH PLASMA GENERATORS FOR BOOSTING INTERNAL COMBUSTION ENGINES}
본 발명은 내연 기관에 사용하기 위한 기체 혼합물을 발생시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 예시적인 실시양태에서, 기체 혼합물은 내연 기관에 전달되어 내연 기관의 특정 계량(metric)을 개선할 수 있는 물을 포함하는 조성물로부터 유도될 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 내연 기관은 디젤 기관, 또는 더욱 구체적으로는 터보과급기를 갖는(turbocharged) 디젤 기관일 수 있다.
관련 출원에 대한 교차 참조
본원은 2013년 2월 26일자로 출원된 미국 특허원 제 13/777,551 호 및 2012년 2월 27일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/603,753 호에 기초한 우선권을 주장한다. 상기 선행 출원의 내용은 본원에 참고로 인용된다.
주로 화석 연료의 연소로부터 발생하는 전 세계적인 배출물(emissions)은 여태껏 기록된 최고 수준에 도달하고 있다. 몇몇 측정치에 의하면, 화석 연료 연소에 수반되는 배출물은 이미 거의 5메트릭톤(metric ton)/1인/1년에 도달했다. 디젤 기관을 비롯한 내연 기관이 화석 연료 배출물의 주요 요인이다. 실제로, 일부 측정치에 의하면, 전 세계적으로 3억 개를 초과하는 디젤 기관이 존재한다.
내연 기관, 특히 디젤 기관은 미립자 물질(PM)을 배출하고, 전 세계의 정부는 이들 배출물이 큰 문제의 원인임을 깨닫고 있다. 그 결과, 미국, 유럽 연합 및 중국을 비롯한 다수의 국가/행정부에서는, 디젤 기관을 비롯한 내연 기관으로부터의 상당히 감소된 배출물을 요구하는 규제를 통과시키고 있다.
따라서, 점점 더 많은 사업들이 자체 비용으로 이들 새로운 공기 품질 기준에 순응하도록 강제된다. 때때로, 새로운 규제를 충족시키고자 차량 군단을 변형시키는 비용은 차량 1대당 미국 달러로 30,000달러를 초과할 수 있다.
내연 기관에 의해 발생되는, 원인을 제공하는 양의 배출물은 내연 기관이 탄화수소 연료(예컨대, 가솔린 및/또는 디젤 연료)에서 이용가능한 에너지를 모두 전환하지 못한 결과이다. 이 불완전한 전환은 흔히 연료의 불완전 연소로 통상적으로 일컬어지는 현상의 결과이다. 불완전 연소는 연료 효율의 불필요한 손실 및 오염의 증가를 야기한다.
따라서, 탄화수소 연료의 더욱 완전한 연소, 감소된 배출물 및/또는 더욱 우수한 연료 경제성을 달성하는데 도움을 주거나 다르게는 내연 기관의 특정 계량을 개선하는, 내연 기관과 함께 사용하기 위한 시스템 및/또는 방법을 갖는 것이 바람직하다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 내연 기관의 연료 효율을 개선시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 내연 기관은 가솔린 기관, 디젤 기관, 터보과급기를 갖는 디젤 기관, 과급기를 갖는(supercharged) 디젤 기관, 직접 분사식 디젤 기관, 트렁크-피스톤(trunk-piston) 디젤 기관, 크로스헤드 디젤 기관, 선박 디젤 기관, 기관차 디젤 기관, 저속 디젤 기관, 중속 디젤 기관, 고속 디젤 기관, 복동 디젤 기관, 2행정(2-stroke) 기관, 4행정 기관 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 내연 기관은 5% 이상, 예를 들어 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상의 연료 효율 증가를 달성할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 연료 효율 증가는 5 내지 50%, 예를 들어 5 내지 10%, 5 내지 25%, 7 내지 12%, 10 내지 20%, 15 내지 25%, 20 내지 25%, 20 내지 30%, 20 내지 50%, 30 내지 35%, 30 내지 38%, 40 내지 50%, 40 내지 45%, 또는 44 내지 50%일 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 내연 기관 내에서 실질적인 완전 연소, 또는 적어도 더욱 완전한 연소를 달성할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 더욱 완전한 연소는 내연 기관에 제공되는 탄화수소 연료의 10%를 넘는, 예를 들어 20%를 넘거나, 30%를 넘거나, 40%를 넘거나, 50%를 넘거나, 60%를 넘거나, 70%를 넘거나, 80%를 넘거나, 90%를 넘거나 또는 99%를 넘는 연소일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 실질적인 완전 연소는 내연 기관에 제공되는 탄화수소 연료의 80%를 넘는, 예를 들어 85%를 넘거나, 90%를 넘거나, 95%를 넘거나, 96%를 넘거나, 97%를 넘거나, 98%를 넘거나, 또는 99%를 넘는 연소일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 연소량은 10% 이상, 예컨대 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상 또는 100% 이상만큼 증가할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 연소량은 10 내지 100%, 예를 들어 10 내지 20%, 10 내지 50%, 15 내지 25%, 20 내지 30%, 25 내지 35%, 30 내지 40%, 30 내지 70%, 35 내지 45%, 40 내지 50%, 45 내지 55%, 50 내지 60%, 55 내지 65%, 60 내지 70%, 60 내지 95%, 65 내지 75%, 70 내지 80%, 75 내지 85%, 80 내지 90%, 80 내지 100%, 85 내지 95% 또는 90 내지 100%만큼 증가할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 내연 기관의 작동을 개선할 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 내연 기관은 더욱 저온에서 작동될 수 있고/있거나 더욱 깨끗하게 동작할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 산소-수소 기체 혼합물을 생성시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 기체 혼합물은 저온 플라즈마일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 플라즈마는 다른 시스템 및/또는 방법에 의해 생성되는 것보다 더 깨끗한 플라즈마일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 플라즈마는 산소-풍부 플라즈마일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 기체 혼합물은 산소가 풍부하거나 수소-풍부 기체 혼합물일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 기체 혼합물은 하기 수용액 전기분해 성분중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다: 1원자 산소, 2원자 산소, 1원자 수소, 2원자 수소, 수소 이온, 산소 이온, 단핵 산소, 단핵 오존, 일중항 산소, 하이드록사이드 이온, 하이드로늄 이온, 수퍼옥사이드, 과산화수소, 하이드록사이드 라디칼, 퍼옥사이드 라디칼, 이온성 퍼옥사이드, 이들중 하나 이상의 조합 및/또는 이들의 혼합물. 예를 들어, 예시적인 실시양태에서, 기체 혼합물은 하나 이상의 수소 이온과 산소 이온, 또는 2원자 산소와 2원자 수소, 또는 산소 이온과 2원자 산소 등을 포함하는 기체 혼합물일 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 약 수소 2부 대 산소 1부(예컨대, 2:1)이거나 또는 2:1 미만(예를 들어, 175:1, 1.5:1, 1.25:1, 1:1, 0.75:1, 0.5:1 등)인 기체 혼합물을 생성시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 생성된 기체 혼합물은 내연 기관으로 전달되기 전에 개질될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시양태에서는, 기체 혼합물을 첨가제와 합칠 수 있고/있거나 기체 혼합물의 일부를 첨가하거나 재순환시키거나 또는 제거함으로써 기체 혼합물의 조성을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시양태에서, 전기분해 공정은 1.8:1 내지 2.3:1의 수소 대 산소 비, 예를 들어 2:1의 수소 대 산소 비를 생성시킬 수 있고, 시스템은 전달 전에 기체 혼합물로부터 수소의 일부를 제거하거나 재순환시킴으로써 2:1 미만의 수소 대 산소 비, 예를 들어 1.8:1 이하, 1.7:1 이하, 1.5:1 이하, 1.3:1 이하의 수소 대 산소 비를 갖는 기체 혼합물을 전달하도록 구성될 수 있다. 다르게는, 예시적인 실시양태에서, 시스템은 2:1의 수소 대 산소 비를 발생시킬 수 있으나, 수소 또는 산소, 예컨대 산소중 일부가 기포에 포획될 수 있고, 시스템은 포획된 산소를 방출하여 더 많은 산소를 내연 기관에 효과적으로 전달하도록 구성될 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 대략 산소 2부 대 수소 1부(예를 들어, 2:1) 또는 2:1 미만(예컨대, 1.75:1, 1.5:1, 1.25:1, 1:1 등)인 기체 혼합물을 생성시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 전기분해 공정은 1.8:1 내지 2.3:1의 산소 대 수소 비, 예를 들어 2:1의 산소 대 수소 비를 생성시킬 수 있고, 시스템은 전달 전에 기체 혼합물로부터 수소 또는 산소의 일부를 제거하거나 첨가하거나 재순환시킴으로써 2:1 미만의 산소 대 수소 비, 예를 들어 1.8:1 이하, 1.7:1 이하, 1.5:1 이하, 1.3:1 이하의 산소 대 수소 비를 갖는 기체 혼합물을 전달하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 시스템은 3.5:1 미만, 3:1 미만, 2.75:1 미만, 2.5:1 미만의 산소 대 수소 비를 발생시킬 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 더욱 신뢰성 있게 제어되는 기체 혼합물 발생 공정을 개발할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시양태에서는, 기체 발생을 위해 시스템에 제공되는 전류를 예를 들어 실시간으로(또는 실질적으로 실시간으로) 계속해서 또는 연달아 조절 또는 제어하여, 예를 들어 기관 속도 및/또는 요구와 관련하여 소정 양 또는 제어되는 양의 기체를 제공하도록 할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 물-시약(또는 물-전해질 또는 수용액 전기분해 성분) 혼합물의 소비를 감소시키고자 이 혼합물을 재순환시키는 실질적인 폐환(closed-loop) 시스템을 이용할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태를 이용하여 연소(예컨대, 디젤 연소) 화학작용을 변화시킴으로써 미립자 형성을 감소시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 내연 기관은 미립자 형성을 5%보다 많이, 10%보다 많이, 15%보다 많이, 20%보다 많이, 25%보다 많이, 30%보다 많이, 35%보다 많이, 40%보다 많이, 50%보다 많이, 60%보다 많이, 75%보다 많이, 80%보다 많이, 90%보다 많이, 95%보다 많이 또는 100% 가까이 감소시킬 수 있다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태를 이용하여 내연 기관에서의 산화제 농도를 증가시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 산화제 양의 증가는 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상 또는 50% 이상일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 산화제 양의 증가는 5 내지 50%, 예컨대 10 내지 20%, 15 내지 25%, 20 내지 30%, 25 내지 35%, 30 내지 40%, 35 내지 45% 또는 40 내지 50%일 수 있다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태를, 더욱 균일한 공기/연료 혼합물을 위해 산화제를 분배하는 메카니즘으로서 이용할 수 있다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태를 이용하여, 연소를 가속시키고/시키거나 연소를 향상시키고/시키거나 연소 정도를 증가시키기 위한 촉진제인 기체 혼합물을 발생시킬 수 있다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태를 이용하여 기관의 흡기 시스템 내에서 공기를 산소 및/또는 수소로 대체할 수 있다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태를 이용하여, 기관의 흡기 시스템 내의 공기를 기체 혼합물 발생기 시스템으로부터 생성되는 기체 혼합물로 대체할 수 있다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태를 이용하여, 기관 온도를 낮춤으로써 산화질소의 형성을 감소시키는 더 짧은 연소 공정을 이끌어낼 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 수용액의 전기분해부터 생성되는 기체 혼합물을 발생시킬 수 있고, 개선된 연소를 위하여 기체 혼합물의 적어도 일부, 전형적으로는 상당 부분(예컨대, 95중량%를 넘는 부분)을 기관의 흡기 시스템 내로 도입할 수 있다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 연소를 개선하기 위하여 기관의 흡기 시스템 내로의 최적화된 양 또는 부분적으로 최적화된 양의 하나 이상의 수용액 전기분해 성분을 갖는 기체 혼합물 같은 기체 혼합물을 발생시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 시스템은 1분당 1 내지 7.5리터의 기체, 예를 들어 1분당 1.2, 1.7, 2.0, 2.9, 3.5, 5.0 또는 7.0리터의 기체를 생성시키고/시키거나 기관 대체분량 1리터당 1분당 0.08 내지 0.75리터의 기체, 예컨대 기관 대체분량 1리터당 1분당 0.1, 0.12, 0.17, 0.20, 0.25, 0.29, 0.3, 0.32, 0.35, 0.4, 0.45, 0.50, 0.6 또는 0.70리터의 기체를 생성시키도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 시스템은 1분당 0.25 내지 3리터의 기체, 예를 들어 1분당 0.25 내지 2.5, 0.25 내지 2, 0.25 내지 1.5, 0.25 내지 1, 0.25 내지 0.50, 0.50 내지 0.75, 0.5 내지 2.5, 0.5 내지 1.5, 0.75 내지 1, 1 내지 2, 1 내지 3, 1 내지 1.5, 1.25 내지 1.75, 1.5 내지 2, 2 내지 2.5, 2.5 내지 3리터의 기체를 생성시키도록 구성될 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 내연 기관과 함께 사용하기 위한 기체 혼합물을 발생시키는 시스템에 관한 것이며, 이 시스템은 물 및 소정 양의 전해질(시약)로 본질적으로 이루어지는 수용액을 저장하도록 구성된 탱크를 포함할 수 있다. 시스템은 수용액의 전기분해를 돕도록 구성되는 셀(즉, 전해 셀)을 추가로 포함할 수 있다. 셀은 서로에 대해 실질적으로 평행하게 배열되고 복수개의 플레이트들중 인접한 것으로부터 실질적으로 동일한 거리만큼 이격되는 복수개의 플레이트들, 및 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에서 실질적으로 기밀(air tight) 및 실질적으로 방수(water tight) 밀봉부(seal)를 형성하여 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에 위치되는 수용액이 셀로부터 누출되는 것을 방지하는데 도움을 주기 위한 복수개의 플레이트들 사이에 위치되는 하나 이상의 밀봉부를 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 하나 이상의 밀봉부는 인접한 플레이트들 사이에서 소정 거리를 유지하기 위한 제 1 두께를 갖는 비교적 경질 플라스틱 부분, 및 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에서 실질적으로 기밀 및 실질적으로 방수 밀봉부를 유지하기 위한 제 2 두께를 갖는 비교적 연질 밀봉 부분, 전형적으로는 연질, 흔히 고무 또는 고무상 부분을 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 시스템은 탱크와 셀 사이에서 또한 다시 탱크로 수용액을 순환시키도록 구성된 펌프를 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 시스템은 기체 혼합물로부터 수분 및/또는 전해질중 적어도 일부를 제거하기 위한 스크러버(scrubber)를 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 시스템은 펄스 폭 조정된 전압을 셀에 인가하여 셀 내에서 기체 혼합물을 발생시키도록 구성된 제어기를 추가로 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 제어기는 펄스 폭 조정된 전압의 사용률(duty cycle)을 제어함으로써 셀에 제공되는 전류를 조절하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 사용률은 실시간으로 및/또는 실질적으로 실시간으로 제어될 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 시스템은 기체 혼합물을 내연 기관으로 배출하기 위한 출구를 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서는, 기체 혼합물을 내연 기관으로 배출하기 전에 탱크 내로 투입할 수 있다. 예시적인 실시양태에서는, 기체 혼합물을 탱크 내로 투입하지 않고 내연 기관으로 배출할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 탱크로부터의 수용액의 유동은 제 1 유속일 수 있고, 셀 내로의 수용액의 유동은 제 1 유속과는 상이한 제 2 유속일 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 제 2 유속은 제 1 유속 미만일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 유동비는 0.25 내지 5:1보다 크고(또는 미만이고), 예를 들어 0.25:1, 0.50:1, 0.75:1, 0.1:1, 1.25:1, 1.50:1, 1.75:1, 2:1, 2.5:1, 3:1, 3.5:1, 4:1 또는 4.5:1 등일 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 시스템은 수용액이 탱크로 복귀하기 전에 셀에서 나가는 수용액을 냉각시키도록 구성된 방열기(radiator)를 추가로 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서는, 수용액을 20℃ 이하, 30℃ 이하, 40℃ 이하, 50℃ 이하, 60℃ 이하, 70℃ 이하, 또는 80℃ 이하 등으로 유지하는 것이 바람직할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서는, 비전도성인 물질로 탱크를 제조할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 전해질은 KOH, NaOH, Na2CO3, NaHCO3, NaCl, K2CO3, KHCO3, H2SO4 및 CH3COOH로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 탱크의 크기는 수용액이 작동 동안 탱크 부피의 1/4 미만, 1/3 미만, 1/2 미만, 2/3 미만 또는 3/4 미만을 차지하도록 선택될 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 탱크는 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10리터의 용량을 가질 수 있다. 더 큰 용도의 경우, 탱크는 더 클 수 있거나, 또는 예시적인 실시양태에서는 다수개의 탱크가 존재할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 셀은 둘 이상의 플레이트를 포함할 수 있고, 이 때 제 1 플레이트는 전원의 양극 단자에 연결되도록 구성되고, 제 2 플레이트는 전원의 음극 단자에 연결되도록 구성된다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 셀은 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트에 직렬 관계로 구성되는 하나 이상의 중립(neutral) 플레이트를 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 셀은 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상, 5개 이상, 6개 이상, 7개 이상, 8개 이상, 9개 이상, 10개 이상, 11개 이상, 12개 이상, 13개 이상, 14개 이상 또는 15개 이상의 중립 플레이트를 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 중립 플레이트의 수는 플레이트들 사이에서 목적하는 전압 강하를 수득하도록 선택될 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 밀봉부의 연질 고무 부분은 밀봉부의 경질 플라스틱 부분의 내측 가장자리 위에 위치할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 연질 고무 부분은 경질 플라스틱 부분의 외측 가장자리 위에 위치할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 밀봉부는 둘 이상의 연질 플라스틱 부분을 포함할 수 있으며, 이 때 제 1 연질 플라스틱 부분은 경질 플라스틱 부분과 인접한 플레이트의 제 1 플레이트의 계면 사이에 위치할 수 있고, 제 2 연질 플라스틱 부분은 경질 플라스틱 부분과 인접한 플레이트의 제 2 플레이트의 계면 사이에 위치할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 연질 플라스틱 부분은 밀봉부의 경질 플라스틱 부분을 둘러쌀 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 연질 고무 부분의 두께는 밀봉부의 경질 플라스틱 부분의 두께보다 더 클 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 경질 플라스틱 부분은 두께가 0.002", 0.003", 0.004", 0.005", 0.006", 0.007", 0.008", 0.009", 0.010", 0.0125", 0.025", 0.0375", 0.050", 0.0625" 또는 0.075"일 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 연질 고무 부분은 두께가 0.002", 0.003", 0.004", 0.005", 0.006", 0.007", 0.008", 0.009", 0.010", 0.011", 0.012", 0.013", 0.014", 0.030", 0.038", 0.055", 0.0675" 또는 0.080"일 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 경질 플라스틱 부분은 경질 플라스틱 부분이 수용액과 유의적으로 반응하지 않도록 선택되는 물질로부터 제조될 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 경질 플라스틱 부분은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프탈아미드(PPA), 스타이렌 또는 이들의 조합으로부터 제조될 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 연질 고무 부분은 연질 고무 부분이 수용액과 유의적으로 반응하지 않도록 선택되는 물질로부터 제조될 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 연질 고무 부분은 에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체(EPDM)로부터 제조될 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 내연 기관은 터보과급기를 갖는 디젤 기관일 수 있고, 기체 혼합물은 터보 팬 이전에 터보과급기를 갖는 디젤 기관 내로 투입될 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 스크러버는 기체 스트림중 기포 형태의 과량의 액체 및/또는 수분을 감지하고 전기분해 공정을 차단하여 과량의 수분이 내연 기관에 들어가지 못하도록 방지하고/하거나 기체 혼합물의 축적을 방지하도록 구성된 스위치를 포함할 수 있다.
예시적인 실시양태에서, 예시적인 방법은 5% 이상, 예를 들어 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상의 연료 효율 증가를 실현할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 연료 효율의 증가는 5 내지 50%, 예를 들어 5 내지 10%, 5 내지 25%, 7 내지 12%, 10 내지 20%, 15 내지 25%, 20 내지 25%, 20 내지 30%, 20 내지 50%, 30 내지 35%, 30 내지 38%, 40 내지 50%, 40 내지 45% 또는 44 내지 50%일 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 방법은 내연 기관 내에서 실질적인 완전 연소 또는 적어도 더욱 완전한 연소를 달성할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 더욱 완전한 연소는 내연 기관에 제공되는 탄화수소 연료의 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상 또는 99% 이상의 연소일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 실질적인 완전 연소는 내연 기관에 제공되는 탄화수소 연료의 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 96% 이상, 97% 이상, 98% 이상, 또는 99% 이상의 연소일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 연소 양을 5% 이상 증가시킬 수 있고, 예를 들어 연소 양을 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상 또는 100% 이상 증가시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서는, 연소 양을 5 내지 100%, 예를 들어 10 내지 20%, 10 내지 50%, 15 내지 25%, 20 내지 30%, 20 내지 70%, 25 내지 35%, 30 내지 40%, 35 내지 45%, 40 내지 50%, 40 내지 90%, 45 내지 55%, 50 내지 60%, 55 내지 65%, 60 내지 70%, 60 내지 95%, 65 내지 75%, 70 내지 80%, 75 내지 85%, 75 내지 100%, 80 내지 90%, 85 내지 95% 또는 90 내지 100%만큼 증가시킬 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 내연 기관의 작동을 개선할 수 있는 방법을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 내연 기관은 더욱 저온에서 작동될 수 있고/있거나 더욱 깨끗하게 동작할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 산소-풍부 산소-수소 기체 혼합물 또는 수소-풍부 산소-수소 기체 혼합물 같은 산소-수소 기체 혼합물을 생성시키는 방법을 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 기체 혼합물은 저온 플라즈마일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 플라즈마는 다른 시스템 및/또는 방법에 의해 생성되는 것보다 더욱 깨끗한 플라즈마일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 플라즈마는 산소-풍부 플라즈마일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 기체 혼합물은 산소가 풍부하거나 수소-풍부 기체 혼합물일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 기체 혼합물은 하기 수용액 전기분해 성분중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다: 1원자 산소, 2원자 산소, 1원자 수소, 2원자 수소, 수소 이온, 산소 이온, 단핵 산소, 단핵 오존, 일중항 산소, 하이드록사이드 이온, 하이드로늄 이온, 수퍼옥사이드, 과산화수소, 하이드록사이드 라디칼, 퍼옥사이드 라디칼, 이온성 퍼옥사이드, 이들중 하나 이상의 조합 및/또는 이들의 혼합물. 예를 들어, 예시적인 실시양태에서, 기체 혼합물은 적어도 수소 이온 및 산소 이온, 또는 2원자 산소 및 2원자 수소, 또는 산소 이온 및 2원자 산소 등을 포함하는 기체 혼합물일 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 대략 수소 2부 대 산소 1부(예컨대, 2:1) 또는 2:1 미만(예를 들어, 1.75:1, 1.5:1, 1.25:1, 1:1, 0.75:1, 0.5:1 등)인 기체 혼합물을 생성시킬 수 있는 방법을 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서는, 생성되는 기체 혼합물을 내연 기관에 전달하기 전에 개질시킬 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시양태에서는, 기체 혼합물을 첨가제와 합칠 수 있고/있거나 기체 혼합물의 일부를 첨가하거나 제거함으로써 기체 혼합물의 조성을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시양태에서, 전기분해 공정은 1.8:1 내지 2.3:1의 수소 대 산소 비, 예를 들어 2:1의 수소 대 산소 비를 생성시킬 수 있고, 본 방법은 전달하기 전에 기체 혼합물로부터 수소의 일부를 제거하거나 재순환시킴으로써 2:1 미만의 수소 대 산소 비, 예를 들어 1.8:1 이하, 1.7:1 이하, 1.5:1 이하, 1.3:1 이하의 비를 갖는 기체 혼합물을 전달할 수 있다. 다르게는, 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 수소 대 산소의 2:1 비를 생성시킬 수 있으나, 수소 또는 산소중 일부, 예를 들어 산소는 기포에 포획될 수 있고, 본 방법은 포획된 산소를 방출시켜 더 많은 산소를 내연 기관에 효과적으로 전달할 수 있도록 구성될 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 대략 산소 2부 대 수소 1부(예컨대, 2:1) 또는 2:1 미만(예를 들어, 1.75:1, 1.5:1, 1.25:1, 1:1 등)인 기체 혼합물을 생성시킬 수 있는 방법을 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 전기분해 공정은 1.8:1 내지 2.3:1의 산소 대 수소 비, 예를 들어 2:1의 산소 대 수소 비를 발생시킬 수 있고, 본 방법은 2:1 미만의 산소 대 수소 비, 예를 들어 1.8:1 이하, 1.7:1 이하, 1.5:1 이하, 1.3:1 이하의 산소 대 수소 비를 갖는 기체 혼합물을 전달할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 3.5:1 미만, 3:1 미만, 2.75:1 미만, 2.5:1 미만의 산소 대 수소 비를 발생시킬 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 더욱 신뢰성 있게 제어되는 기체 혼합물 발생 공정을 개발하는 방법을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시양태에서는, 기체 발생을 위해 제공되는 전류를 예를 들어 실시간으로(또는 실질적으로 실시간으로) 계속해서 또는 연달아 조절 또는 제어하여, 소정 양의 기체를 일정하게 제공하도록 할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 물-시약(또는 물-전해질 또는 수용액 전기분해 성분) 혼합물의 소비를 감소시키고자 이 혼합물을 재순환시키는 실질적인 폐환 전기분해 방법을 이용할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 연소(예컨대, 디젤 연소) 화학작용을 변화시켜 미립자 형성을 감소시킬 수 있는 방법을 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 내연 기관으로부터의 미립자 형성을 5%보다 많이, 예를 들어 10%보다 많이, 15%보다 많이, 20%보다 많이, 25%보다 많이, 30%보다 많이, 35%보다 많이, 40%보다 많이, 50%보다 많이, 60%보다 많이, 75%보다 많이, 80%보다 많이, 90%보다 많이, 95%보다 많이 또는 100% 가까이 감소시킬 수 있다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태를 이용하여 내연 기관에서의 산화제 농도를 증가시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 산화제 양의 증가는 5% 이상, 예를 들어 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상 또는 50% 이상일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 산화제 양의 증가는 5 내지 50%, 예컨대 5 내지 25%, 10 내지 20%, 10 내지 40%, 15 내지 25%, 20 내지 30%, 25 내지 35%, 25 내지 50%, 30 내지 40%, 40 내지 50%, 35 내지 45% 또는 40 내지 50%일 수 있다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태를, 더욱 균일한 공기/연료 혼합물을 위해 산화제를 분배하는 메카니즘으로서 이용할 수 있다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태를 이용하여, 연소를 가속시키고/시키거나 연소 종결 정도를 증가시키기 위한 촉진제인 기체 혼합물을 발생시킬 수 있다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태를 이용하여, 기관의 흡기 시스템 내에서 공기를 산소 및/또는 수소로 대체할 수 있다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태를 이용하여, 기관 온도를 낮춤으로써 산화질소의 형성을 감소시키는 더 짧은 연소 공정을 이끌어낼 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 연소를 개선하기 위하여 기관의 흡기 시스템 내로의 최적화된 양 또는 부분적으로 최적화된 양의 기체 혼합물, 예를 들어 하나 이상의 수용액 전기분해 성분을 갖는 기체 혼합물을 발생시키는 방법을 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 1분당 1 내지 7.5리터의 기체, 예를 들어 1분당 1.2, 1.7, 2.0, 2.9, 3.5, 5.0 또는 7.0리터의 기체를 생성시키고/시키거나 기관 대체분량 1리터당 1분당 0.08 내지 0.75리터의 기체, 예컨대 기관 대체분량 1리터당 1분당 0.1, 0.12, 0.17, 0.20, 0.25, 0.29, 0.3, 0.32, 0.35, 0.4, 0.45, 0.50, 0.6 또는 0.70리터의 기체를 생성시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 1분당 0.25 내지 3리터의 기체, 예를 들어 1분당 0.25 내지 2.5, 0.25 내지 2, 0.25 내지 1.5, 0.25 내지 1, 0.25 내지 0.50, 0.50 내지 0.75, 0.5 내지 2.5, 0.5 내지 1.5, 0.75 내지 1, 1 내지 2, 1 내지 3, 1 내지 1.5, 1.25 내지 1.75, 1.5 내지 2, 2 내지 2.5, 2.5 내지 3리터의 기체를 생성시킬 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 내연 기관의 미립자 배출물을 감소시키는 방법에 관한 것일 수 있고, 본 방법은 내연 기관 내에서 사용하기 위한 기체 혼합물을 발생시키는 단계 및 이 기체 혼합물을 내연 기관의 작동 동안 내연 기관에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시양태에서는, 기체 혼합물의 소비와 관련하여 실질적으로 실시간으로 기체 혼합물을 발생시킬 수 있다.
예시적인 실시양태에서는, 내연 기관의 작동 동안 차량 탑재 상태에서 기체혼합물을 발생시킬 수 있다.
예시적인 실시양태에서는, 물 및 소정 양의 전해질(시약)로 본질적으로 이루어진 수용액으로 탱크를 적어도 부분적으로 채울 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 본 방법에서는 수용액의 전기분해를 돕도록 구성되는 셀(즉, 전해 셀) 내에서 수용액의 전기분해를 수행할 수 있다. 셀은 서로에 대해 실질적으로 평행하게 배열되고 복수개의 플레이트들중 인접한 것으로부터 실질적으로 동일한 거리만큼 이격되는 복수개의 플레이트들, 및 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에서 실질적으로 기밀 및 실질적으로 방수 밀봉부를 형성하여 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에 위치되는 수용액이 셀로부터 누출되는 것을 방지하는데 도움을 주기 위한 복수개의 플레이트들 사이에 위치되는 하나 이상의 밀봉부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시양태에서, 본 방법은 하나 이상의 밀봉부가 인접한 플레이트들 사이에서 소정 거리를 유지하기 위한 제 1 두께를 갖는 비교적 경질 플라스틱 부분, 및 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에서 실질적으로 기밀 및 실질적으로 방수 밀봉부를 유지하기 위한 제 2 두께를 갖는 비교적 연질 고무 부분을 포함할 수 있도록 셀을 조립함을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 탱크에서 셀로 또한 다시 탱크로 수용액을 펌핑시킴을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 기체 혼합물을 스크러빙하여 기체 혼합물로부터 수분 및/또는 전해질중 적어도 일부를 제거함을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 펄스 폭 조정된 전압을 셀에 인가하여 셀 내에서 기체 혼합물을 발생시킴으로써 전기분해 공정을 제어함을 추가로 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 펄스 폭 조정된 전압의 사용률을 제어함으로써 셀에 제공되는 전류를 조절함을 추가로 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 사용률은 실시간으로 및/또는 실질적으로 실시간으로 제어될 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 기체 혼합물을 내연 기관으로 배출시킴을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 기체 혼합물을 내연 기관으로 배출하기 전에 탱크 내로 투입함을 추가로 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 기체 혼합물을 탱크 내로 투입하지 않고 내연 기관으로 배출함을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 탱크로부터의 수용액의 유동을 제 1 유속으로 발생시키고 셀 내로의 수용액의 유동을 제 1 유속과는 상이한 제 2 유속으로 발생시킴을 추가로 포함할 수 있다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 제 2 유속은 제 1 유속 미만일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 유동비는 0.25 내지 5:1보다 크고(또는 미만이고), 예를 들어 0.25:1, 0.50:1, 0.75:1, 0.1:1, 1.25:1, 1.50:1, 1.75:1, 2:1, 2.5:1, 3:1, 3.5:1, 4:1 또는 4.5:1 등일 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 방열기를 통해 수용액을 냉각시킴을 추가로 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 방열기는 수용액이 탱크로 복귀하기 전에 셀에서 나가는 수용액을 냉각시키도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시양태에서는, 수용액을 20℃ 이하, 30℃ 이하, 40℃ 이하, 50℃ 이하, 60℃ 이하, 70℃ 이하, 또는 80℃ 이하 등으로 유지하는 것이 바람직할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 비전도성인 물질로 탱크를 제조함을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 KOH, NaOH, Na2CO3, NaHCO3, NaCl, K2CO3, KHCO3, H2SO4 및 CH3COOH로 이루어진 군으로부터 선택되는 전해질을 제공함을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 수용액이 작동 동안 탱크 부피의 1/4 미만, 1/3 미만, 1/2 미만, 2/3 미만 또는 3/4 미만을 차지하도록 탱크를 선택함을 추가로 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 탱크는 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10리터의 용량을 가질 수 있다. 더 큰 용도의 경우, 탱크는 더 클 수 있거나, 또는 예시적인 실시양태에서는 다수개의 탱크가 존재할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 둘 이상의 플레이트를 포함하는 셀을 조립함을 추가로 포함할 수 있고, 이 때 제 1 플레이트는 전원의 양극 단자에 연결되도록 구성되고, 제 2 플레이트는 전원의 음극 단자에 연결되도록 구성된다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 제 1 양극 단자 플레이트 및 제 2 음극 단자 플레이트에 직렬 관계로 구성되는 하나 이상의 중립 플레이트를 갖는 셀을 조립함을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상, 5개 이상, 6개 이상, 7개 이상, 8개 이상, 9개 이상, 10개 이상, 11개 이상, 12개 이상, 13개 이상, 14개 이상 또는 15개 이상의 중립 플레이트를 갖는 셀을 조립함을 추가로 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 중립 플레이트의 수는 플레이트들 사이에서 목적하는 전압 강하를 수득하도록 선택될 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 밀봉부의 연질 고무 부분을 밀봉부의 경질 플라스틱 부분의 내측 가장자리 위에 위치시킴을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 연질 고무 부분을 경질 플라스틱 부분의 외측 가장자리 위에 위치시킴을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 둘 이상의 연질 플라스틱 부분을 포함하는 밀봉부를 선택함을 추가로 포함할 수 있으며, 이 때 제 1 연질 플라스틱 부분은 경질 플라스틱 부분과 인접한 플레이트의 제 1 플레이트의 계면 사이에 위치할 수 있고, 제 2 연질 플라스틱 부분은 경질 플라스틱 부분과 인접한 플레이트의 제 2 플레이트의 계면 사이에 위치할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 밀봉부의 연질 플라스틱 부분으로 밀봉부의 경질 플라스틱 부분을 둘러쌈을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 연질 고무 부분의 두께가 밀봉부의 경질 플라스틱 부분의 두께보다 더 클 수 있도록 연질 고무 부분의 두께를 선택함을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 경질 플라스틱 부분은 두께가 0.002", 0.003", 0.004", 0.005", 0.006", 0.007", 0.008", 0.009", 0.010", 0.0125", 0.025", 0.0375", 0.050", 0.0625" 또는 0.075"일 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 연질 고무 부분은 두께가 0.002", 0.003", 0.004", 0.005", 0.006", 0.007", 0.008", 0.009", 0.010", 0.011", 0.012", 0.013", 0.014", 0.030", 0.038", 0.055", 0.0675" 또는 0.080"일 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 경질 플라스틱 부분이 수용액과 유의적으로 반응하지 않도록 선택되는 물질로부터 경질 플라스틱 부분을 제조함을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프탈아미드(PPA), 스타이렌 또는 이들의 조합으로부터 경질 플라스틱 부분을 제조함을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 연질 고무 부분이 수용액과 유의적으로 반응하지 않도록 선택되는 물질로부터 연질 고무 부분을 제조함을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체(EPDM)로부터 연질 고무 부분을 제조함을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 터보과급기를 갖는 디젤 기관일 수 있는 내연 기관에 기체 혼합물을 제공하고, 기체 혼합물을 터보 팬 이전에 터보과급기를 갖는 디젤 기관 내로 투입함을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 본 방법은 기체 스트림중 기포 형태의 과량의 액체 및/또는 수분을 감지하고 전기분해 공정을 차단하여 과량의 수분이 내연 기관에 들어가지 못하도록 방지하고/하거나 기체 혼합물의 축적을 방지함을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서는, 내연 기관과 함께 사용하기 위한 기체 혼합물을 발생시키는 시스템을 제공할 수 있다. 이 시스템은 물 및 소정 양의 전해질로 본질적으로 이루어지는 수용액을 저장하도록 구성되는 탱크; 수용액의 전기분해를 돕도록 구성되는 셀; 수용액을 탱크와 셀 사이에서 또한 탱크로 다시 순환시키도록 구성되는 펌프; 기체 혼합물로부터 수분 및 전해질의 적어도 일부를 제거하기 위한 스크러버; 펄스 폭 조정된 전압을 셀에 인가하여 셀 내에서 기체 혼합물을 발생시키도록 구성되는 제어기; 기체 혼합물을 내연 기관으로 배출하기 위한 출구를 포함할 수 있고, 이 때 상기 셀은 서로 실질적으로 평행하게 배열된 복수개의 플레이트들, 및 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에 실질적으로 기밀 및 실질적으로 방수 밀봉부를 형성함으로써 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에 위치하는 수용액이 셀로부터 누출되지 않도록 방지하는데 도움을 주기 위하여 복수개의 플레이트들 사이에 위치하는 하나 이상의 밀봉부를 포함하고, 이들 복수개의 플레이트들은 복수개의 플레이트들중 인접한 것들로부터 실질적으로 동일한 거리만큼 이격되며, 상기 기체 혼합물은 내연 기관으로 배출되기 전에 탱크 중으로 투입된다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서는, 내연 기관과 함께 사용하기 위한 기체 혼합물을 발생시키는 시스템이 제공되는데, 이 시스템은 물 및 소정 양의 전해질로 본질적으로 구성되는 수용액을 저장하도록 구성되는 탱크; 수용액의 전기분해를 돕도록 구성되는 셀; 수용액을 탱크와 셀 사이에서 또한 탱크로 다시 순환시키도록 구성되는 펌프; 기체 혼합물로부터 수분 및 전해질의 적어도 일부를 제거하기 위한 스크러버; 펄스 폭 조정된 전압을 셀에 인가하여 셀 내에서 기체 혼합물을 발생시키도록 구성되는 제어기; 기체 혼합물을 내연 기관으로 배출하기 위한 출구를 포함할 수 있고, 이 때 상기 셀은 서로 실질적으로 평행하게 배열되는 복수개의 플레이트들, 및 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에 실질적으로 기밀 및 실질적으로 방수 밀봉부를 형성함으로써 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에 위치하는 수용액이 셀로부터 누출되지 않도록 방지하는데 도움을 주기 위하여 복수개의 플레이트들 사이에 위치하는 하나 이상의 밀봉부를 포함하고, 상기 복수개의 플레이트들은 복수개의 플레이트들중 인접한 것들로부터 실질적으로 같은 거리만큼 이격되고, 상기 기체 혼합물은 내연 기관으로 배출되기 전에 탱크 중으로 투입되며, 탱크로부터의 수용액의 유동은 제 1 유속이고, 셀 내로의 수용액의 유동은 제 1 유속과는 상이한 제 2 유속이다.
이제 하기 첨부 도면을 참조하여 예로서 예시적인 실시양태를 기재한다.
도 1은 본원에 기재되는 예시적인 실시양태에 따라 차량에 설치되는 기체 혼합물 발생 시스템의 개략도이다.
도 2는 본원에 기재되는 예시적인 실시양태에 따른 기체 혼합물 발생 시스템의 개략도이다.
도 3은 본원에 기재되는 예시적인 실시양태에 따른 다른 기체 혼합물 발생 시스템의 개략도이다.
도 4는 본원에 기재되는 예시적인 실시양태에 따른 다른 기체 혼합물 발생 시스템의 개략도이다.
도 5는 본원에 기재되는 예시적인 실시양태에 따른 다른 기체 혼합물 발생 시스템의 개략도이다.
도 6은 본원에 기재되는 예시적인 실시양태에 따른 다른 기체 혼합물 발생 시스템의 개략도이다.
도 7은 본원에 기재되는 예시적인 실시양태에 따른 다른 기체 혼합물 발생 시스템의 개략도이다.
도 8은 본원에 기재되는 예시적인 실시양태에 따른 기체 혼합물 발생 시스템과 함께 사용하기 위한 전해 셀의 개략도이다.
도 9a 내지 도 9f는 본원에 기재되는 예시적인 실시양태에 따른 기체 혼합물 발생 시스템과 함께 사용하기 위한 전해 셀에 사용되는 플레이트의 다른 디자인의 개략도이다.
도 10a 내지 도 10c는 본원에 기재되는 예시적인 실시양태에 따른 기체 혼합물 발생 시스템과 함께 사용하기 위한 전해 셀에 사용되는 밀봉부의 예시적인 실시양태의 개략도이다.
작동시, 내연 기관(예를 들어, 디젤 기관)은 일반적으로 각 사이클에서 실린더에 제공되는 연료를 모두 사용하지는 않는다. 달리 말해, 내연 기관은 연료의 연소가 불완전할 수 있기 때문에 연료에서 이용가능한 에너지를 모두 전환시키지는 않는다. 다수의 경우, 불완전 연소의 결과는 연료 효율의 손실 및/또는 탄화수소 오염일 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태를 이용하여 내연 기관의 연소(즉, 디젤 연소) 화학작용을 변화시켜 미립자 형성을 감소시킬 수 있다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태를 이용하여 내연 기관의 산화제 농도를 증가시킬 수 있다. 더욱 균일한 공기/연료 혼합물을 위해 산화제를 분배시키기 위한 메카니즘으로서 본원에 기재되는 예시적인 실시양태를 이용할 수 있다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태를 이용하여 하나 이상의 수용액 전기분해 성분을 갖는 기체 혼합물 같은 기체 혼합물을 발생시킬 수 있으며, 이 기체 혼합물은 연소를 가속화시키고/시키거나 연소를 향상시키고/시키거나 연소를 변화시키고/시키거나 연소 패턴을 변화시키고/시키거나 연소 챔버 내에서 화염 전파를 변화시키고/시키거나 연소 개시, 연소 시간 및/또는 연소 정도를 향상시키고/시키거나 연소의 완결 정도를 증가시키는 촉진제이다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태를 이용하여 기관의 흡기 시스템 내에서 공기를 산소 및/또는 수소로 대체할 수 있다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태를 이용하여, 기관 온도를 낮출 수 있는 더 짧은 연소 공정을 형성시킴으로써 미연소 부산물 및/또는 산화질소(NOx)의 형성을 감소시킬 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 연소를 개선하기 위하여 기관의 흡기 시스템 내로의 최적화되거나 또는 부분적으로 최적화된 양의 기체 혼합물을 발생시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 시스템은 기관 대체물질 1리터당 1분당 0.01리터 이상의 기체 혼합물, 예를 들어 기관 대체물질 1리터당 1분당 0.025리터 이상, 0.05리터 이상, 0.075리터 이상, 0.1리터 이상, 0.2리터 이상, 0.3리터 이상, 0.4리터 이상, 0.5리터 이상, 0.6리터 이상, 0.7리터 이상, 또는 0.75리터 이상의 기체 혼합물을 발생시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 시스템은 기관 대체물질 1리터당 1분당 0.01 내지 0.75리터의 기체 혼합물, 예를 들어 기관 대체물질 1리터당 1분당 0.01 내지 0.1리터, 0.01 내지 0.2리터, 0.01 내지 0.3리터, 0.01 내지 0.4리터, 0.01 내지 0.5리터, 0.01 내지 0.6리터, 0.01 내지 0.03리터, 0.02 내지 0.04리터, 0.03 내지 0.05리터, 0.05 내지 0.075리터, 0.075 내지 0.1리터, 0.1 내지 0.15리터, 0.1 내지 0.2리터, 0.1 내지 0.3리터, 0.1 내지 0.5리터, 0.1 내지 0.7리터, 0.015 내지 0.2리터, 0.2 내지 0.3리터, 0.2 내지 0.4리터, 0.2 내지 0.6리터, 0.3 내지 0.4리터, 0.4 내지 0.5리터, 0.4 내지 0.7리터, 0.45 내지 0.55리터, 0.5 내지 0.6리터, 0.55 내지 0.75리터, 0.6 내지 0.7리터, 또는 0.65 내지 0.75리터의 기체 혼합물을 발생시킬 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 연료 소적(예를 들어, 디젤 연료 소적)에 적어도 부분적으로 결합하는 산소와 수소의 이온화된 기체 혼합물을 발생시킬 수 있다. 산화제(예를 들어, 원자 산소)의 증가된 이용가능성은 내연 기관 내에서 더욱 완전한 연소를 달성하는데 도움을 줄 수 있는 연소 공정을 도울 수 있다. 기체 혼합물의 존재는 연료의 연소가 완결되도록 가속화시킬 수 있다. 연료가 더욱 신속하게 연소되기 때문에, 연소 사이클 후 잔재, 미연소 연료가 더 적게 존재할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 미연소 연료는 5%보다 많이 감소될 수 있고, 예를 들어, 10%보다 많이, 15%보다 많이, 20%보다 많이, 25%보다 많이, 30%보다 많이, 35%보다 많이, 40%보다 많이, 45%보다 많이, 50%보다 많이, 55%보다 많이, 60%보다 많이, 65%보다 많이, 70%보다 많이, 75%보다 많이, 80%보다 많이, 85%보다 많이, 90%보다 많이, 95%보다 많이 또는 100%보다 많이 감소될 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 미연소 연료는 5 내지 100%, 예를 들어 5 내지 25%, 5 내지 50%, 5 내지 75%, 10 내지 30%, 10 내지 60%, 10 내지 90%, 25 내지 40%, 25 내지 65%, 25 내지 80%, 40 내지 60%, 40 내지 75%, 40 내지 90%, 50 내지 70%, 50 내지 95%, 60 내지 80%, 60 내지 100%, 75 내지 95%, 80 내지 100%, 또는 90 내지 100% 감소될 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서 기체 혼합물을 발생시키기 위하여, 물을 시약(전해질 또는 전해질의 혼합물)과 혼합하고 전기분해 공정에 적용시킨다. 순수한 물 자체는 절연체이기 때문에, 시약은 물의 전기 전도율을 증가시키도록 선택되고/되거나 동결, 침착물, 잔류물 및/또는 다른 인자를 피하도록 선택될 수 있다. 물-시약 혼합물을 전해 셀을 통해 유동시켜 기체 혼합물을 발생시킨다. 예시적인 실시양태에서, 기체 혼합물은 플라즈마 또는 저온 플라즈마일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 플라즈마는 산소-풍부 플라즈마일 수 있다. 기체 혼합물을 내연 기관 내로(예를 들어, 디젤 기관의 터보팬 내로 또는 터보팬 이전에) 분사하고 기관 실린더에서 연료와 합친다. 기관 실린더에서 연료(예컨대, 디젤 연료)의 더욱 완전한 연소를 달성하는데 도움을 주는 다양한 품질의 기체 혼합물, 예를 들어 기체 혼합물중 산소의 증가된 밀도 및/또는 수소의 첨가가 존재하는 것으로 생각된다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서는, 시스템을 차량(예를 들어, 디젤 트럭)에 조립할 수 있다. 시스템은 염 또는 유사한 물질과 합쳐진 물 같은 저 저항성 유체를 갖는 탱크를 포함할 수 있다. 시스템을 트럭 위에 또는 트럭의 기관 격납실 내에 장착시킬 수 있다. 시스템은 내장형(self contained) 시스템 또는 몇 가지 부품으로 구성되는 시스템일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 시스템은 전해 셀 및 저 저항성 용액을 한 말단에서는 셀 내로 또한 다른 말단에서는 셀 밖으로 펌핑하기 위한 펌프를 포함할 수 있다. 직류 또는 교류(예를 들어, 구형파)를 셀 내의 금속 플레이트에 인가하여 물을 전기분해시킨다. 저 저항성 유체 및 전기분해에 의해 발생된 기체 혼합물을 탱크로 복귀시킬 수 있고, 기체 혼합물을 차량의 기관으로 전달할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 시스템은 또한 스크러버를 포함하여, 유체를 기체 혼합물로부터 분리하고/하거나 유체가 차량의 기관에 들어가지 못하도록 방지하는데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 스크러버는 소정 양의 수분이 검출될 때 시스템을 끄는 접촉 스위치를 갖는다. 예시적인 실시양태에서, 시스템은 또한 펌프의 입구와 셀로의 입구 사이에서 상이한 유동을 형성하기 위한 유동 우회(flow diversion) 메카니즘을 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 시스템은 또한 저 저항성 유체를 냉각시키기 위한 방열기를 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 시스템은 또한 기포를 감소시키는데 도움을 주는 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 탱크에서 유체의 표면 위에 진공을 형성하기 위하여 기포가 셀 및/또는 에너지 회수 관으로부터 탱크로 들어갈 때 기포를 터트리기 위한 소포기(bubble buster)를 포함할 수 있다.
작동시, 사용자는 차량을 출발시키는데, 이는 또한 본원에 기재되는 시스템이 켜지도록 한다. 시스템은 에너지를 셀에 인가하여 셀 내에 위치하는 유체에 대해 전기분해를 수행한다. 유체가 탱크와 셀 사이에서 순환되기 때문에, 유체는 전기분해 공정에 의해 발생되는 기체 혼합물을 다시 탱크로 되돌린 다음 차량의 기관으로 내보낸다. 예시적인 실시양태에서는, 사용자가 차량 기관을 끄면, 시스템도 꺼진다. 이러한 방식으로, 기관이 동작하지 않을 때에는 실질적으로 기체 혼합물이 생성되지 않는다. 예시적인 실시양태에서, 사용자는 시스템을 저 저항성 유체로 주기적으로 재충전시켜 시스템 내에서 특정 양의 유체를 유지할 수 있다.
본원에 기재되는 예시적인 실시양태는 도 1 및 도 2에 도시된 시스템 같은 기체 혼합물 발생 시스템을 이용할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 시스템(100)은 탱크(110), 펌프(120), 전해 셀(130), 제어기(140) 및 스크러버(150)를 포함한다. 도 1은 차량에 탑재되는 시스템(100)의 예시적인 실시양태를 도시한다. 도 2는 시스템(100)의 더욱 상세한 예시적인 실시양태를 도시한다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 탱크(110)는 물-시약 혼합물을 보유한다. 예시적인 실시양태에서, 시약은 동결 방지, 침착 방지, 폐색 방지, 잔류 방지, 증발 방지, 부식 방지, 누출 방지중 일부 및 전부를 포함하는 다른 디자인상의 관심사도 다룰 수 있는 전기분해를 돕는 수용액을 제공하기 위하여, 예를 들어 수산화칼륨(KOH), 염화나트륨(NaCl), NaOH, Na2CO3, NaHCO3, NaCl, K2CO3, KHCO3, H2SO4, CH3COOH 및/또는 이들 시약중 둘 이상, 셋 이상의 혼합물일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 혼합물은 혼합되는 전도성 물질로서의 시약, 예를 들어 염, 예컨대 KOH 또는 KOH와 NaOH의 혼합물과 증류수일 수 있으며, 혼합물은 물(예를 들어, 증류수) 1갤런과 혼합되는 KOH 1 내지 25테이블스푼, 예를 들어 물(예컨대, 증류수) 1갤런과 혼합되는 KOH 2테이블스푼 이상, 3테이블스푼 이상, 4테이블스푼 이상, 5테이블스푼 이상, 6테이블스푼 이상, 7테이블스푼 이상, 8테이블스푼 이상, 9테이블스푼 이상, 10테이블스푼 이상, 11테이블스푼 이상, 12테이블스푼 이상, 13테이블스푼 이상, 14테이블스푼 이상, 15테이블스푼 이상, 16테이블스푼 이상, 17테이블스푼 이상, 18테이블스푼 이상, 19테이블스푼 이상 또는 20테이블스푼 이상일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 탱크(110)는 6쿼트(quart) 탱크일 수 있고, 시스템이 작동되고 있을 때 대략 절반이 차있을 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 탱크의 크기는 0.5 내지 100쿼트, 예를 들어 0.5쿼트 이상, 1쿼트 이상, 2쿼트 이상, 3쿼트 이상, 4쿼트 이상, 5쿼트 이상, 6쿼트 이상, 7쿼트 이상, 8쿼트 이상, 9쿼트 이상, 10쿼트 이상, 20쿼트 이상, 30쿼트 이상, 40쿼트 이상, 또는 50쿼트 이상일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 탱크는 0.25 이상, 0.33 이상, 0.50 이상, 또는 0.75 이상 차있을 수 있다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 탱크(110)는 호스(210)를 통해 펌프(120)와 유체 연결되어 있다. 펌프(120)는 관(220)을 통해 전해 셀(130)와 유체 연결되어 있고, 전해 셀(130)은 다시 관(230)을 통해 탱크(110)로 유체 연결되어 있다. 당 업자가 용이하게 알게 되는 바와 같이, 본원 전체에서 예시되는 관은 하나 이상의 관일 수 있다. 관은 다양한 디자인 선택에 따라 강성 및/또는 유연성일 수 있고, 관은 소구경 관, 고압 관, 고온 관, 부식 방지 관 및/또는 내열성 파이프를 비롯한 파이프 등의 다양한 물질로 제조될 수 있다. 예시적인 실시양태에서는, 관 또는 다른 구성요소와 기체 혼합물 및/또는 물-시약 혼합물의 반응성을 감소시키고/시키거나 최소화하도록 물질을 선택할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 관은 수퍼탄-에터(superthane-ether)로 불리는 시판중인 폴리우레탄 제품일 수 있다.
예시적인 실시양태에서, 펌프(120)는 예를 들어 용이하게 입수가능한 기성품인 유형 같은 12볼트 써지(surge) 펌프일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 펌프는 0.25갤런/분 이상, 0.50갤런/분 이상, 0.75갤런/분 이상, 1.00갤런/분 이상, 1.25갤런/분 이상, 1.50갤런/분 이상, 1.75갤런/분 이상, 또는 2.00갤런/분 이상 등으로 펌핑할 수 있다. 바람직하게는, 상기 펌프의 유속은 약 0.125갤런/분, 0.25갤런/분, 0.375갤런/분, 0.5갤런/분, 0.625갤런/분, 0.75갤런/분, 0.875갤런/분, 1갤런/분, 약 1.125갤런/분, 1.25갤런/분, 1.375갤런/분, 1.5갤런/분, 1.625갤런/분, 1.75갤런/분, 1.875갤런/분 또는 2갤런/분이다.
예시적인 실시양태에서는, 작동 동안 펌프(120)를 통해 물-시약 혼합물을 전해 셀(130) 내로 공급할 수 있다. 셀(130)에 전압 및 전류를 가해, 전기분해로 공지되어 있는 공정을 통해 물을 산소와 수소로 전환시킬 수 있다. 전해 셀(130)의 배출물은 실질적인 폐환에서 탱크(110)로 다시 전달되는 물-시약 혼합물 및 새로 형성된 기체 혼합물일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 실질적인 폐환 시스템은 물-시약 혼합물의 손실을 감소시킴으로써, 첨가 유체가 시스템에 첨가되어야 하는 빈도를 감소시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 시스템은 실질적으로 폐쇄되지 않을 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 전해 셀은 건식 셀, 습식 셀 및/또는 두 디자인 사이의 하이브리드(hybrid)일 수 있다. 예시적인 실시양태에서는, 다양한 빈도로, 예를 들어 1000마일당 0.50컵 미만, 예컨대 1000마일당 1컵 미만, 1000마일당 1.50컵 미만, 1000마일당 2컵 미만, 1000마일당 2.50컵 미만, 또는 1000마일당 3컵 미만으로 물-시약 혼합물을 시스템에 첨가할 수 있거나, 또는 보유 탱크가 필요하지 않고 용기를 지지하는 일단의 물이 발전기 내에서 전기분해되기에 충분히 전도성일 수 있는 선박 용도에서는 시스템을 통해 흘러들어갈 수 있다.
기체 혼합물이 탱크(110)에 축적됨에 따라, 이를 관(240)을 통해 스크러버(150)로 배출할 수 있다. 스크러버(240)는 기체 혼합물을 물 및/또는 시약으로부터 분리함으로써 기체 혼합물을 건조시킬 수 있다. 기체 혼합물을 관(260)을 통해 기관으로(예를 들어, 터보팬 이전으로) 보낼 수 있고, 물 및 시약을 관(250)을 통해 탱크로 복귀시킨다. 관(250)이 물 및 시약을 수위 아래에서 탱크로 다시 전달하는 것으로 도시되어 있으나, 이 관은 탱크(110) 내에서 수위 위로 이를 수행할 수도 있다. 도 2에서 전해 셀(130)에 연결되어 있으나 본원에 기재되는 예시적인 실시양태의 다른 부분[예를 들어, 스크러버(150), 펌프(120) 및/또는 탱크(110)]에도 연결될 수 있는 도 2에 도시된 제어기(140)에 의해 공정을 제어할 수 있다.
예시적인 실시양태에서는, 상기 기재된 바와 같이 3개 이상의 포트를 갖는 실질적으로 내약품성이고/이거나 실질적으로 밀봉된 용기를 이용하여 스크러버(150)를 조립할 수 있다. 스크러버(150)에는 플라스틱 강모가 채워질 수 있고, 탱크(150) 꼭대기의 포트는 관(240)에 의해 스크러버(150)의 측부에 있는 포트에 연결될 수 있다. 스크러버(150) 바닥의 포트는 탱크(110)의 수위 아래의 포트에 연결될 수 있고, 스크러버(150) 꼭대기의 포트는 관(260)에 의해 내연 기관 흡기 시스템에(예를 들어, 터보과급기를 갖는 디젤 기관의 터보팬 이전에) 연결될 수 있다.
예시적인 실시양태에서, 스크러버 꼭대기에는 예를 들어 역화(flash back) 및/또는 바람직하지 못한 압력의 축적이 존재하는 경우, 포획된 기체 혼합물을 시스템으로부터 방출시키도록 구성될 수 있는 고무 뚜껑[팝오프(pop off)]이 포함될 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 기체 혼합물은 관(260)을 통해 스크러버의 꼭대기에서 나가고, 내연 기관에 흡기되기 전에 흡기관 내부의 벤투리(venturi)형 전달 부품에 전달될 수 있다. 벤투리형 부품은 기체 혼합물이 스크러버(150)로부터 흡기관으로 이동하는데 도움을 줄 수 있는 약간의 진공을 형성시킬 수 있다.
예시적인 실시양태에서, 시스템(100)은 증류수를 사용할 수 있고, 시약은 KOH일 수 있다. KOH(또는 다른 시약)를 사용하여, 전기분해 동안 물 분자에서 산소-수소 결합을 파괴하고/하거나 물을 통해 전류를 통과시켜 물 분자를 구성성분 부분으로 분리하기 위하여 전해 셀(130)에 의해 요구되는 전기 에너지의 양을 감소시킬 수 있다. 펌프(120)는 물-시약 혼합물을 전해 셀(130) 내로 펌핑하고, 제어기(140)에 의해 전해 셀(130)에 공급되는 전기를 이용하여 물 분자의 산소-수소 결합을 파괴한다. 결과는 예시적인 실시양태에서 이온화될 수 있는 기상 산소 및 수소이다. 셀(130)은 각 플레이트가 그의 인접 플레이트 및/또는 플레이트들과 실질적으로 평행하도록 위치되는 다수의 금속 플레이트로 구성될 수 있다.
예시적인 실시양태에서, 시스템은 제어기(140) 내의 논리를 통해 실행되는 안전 프로토콜을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시양태에서는, 제어기 내에서 신호를 발생시켜 전력을 펌프(120) 및/또는 전해 셀(130)에 전달할 것인지의 여부를 제어할 수 있다. 예를 들어, 스크러버(150)의 센서가 내연 기관에서 정상적인 작동 및 오일 압력을 이용할 수 있음을 나타내는 경우에 신호를 발생시킬 수 있다. 신소가 발생되지 않으면, 펌프(120)가 차단될 수 있고, 전해 셀(130)에는 전력이 공급되지 않을 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 이러한 안전 프로토콜은 내연 기관이 동작하는 않을 때 기체 혼합물의 생성을 피하는데 바람직할 수 있다. 특히, 전기분해 공정은 용이하게 연소될 수 있는 산소 및 수소 기체를 생성시킨다. 따라서, 내연 기관에 의해 기체가 소비되지 않으면, 기체 혼합물의 의도치 않은 연소를 피하기 위하여 기체를 안전하게 저장할 필요가 있을 수 있다. 따라서, 예시적인 실시양태에서는, 내연 기관에 의해 소비되지 않는 경우 기체 혼합물의 생성을 최소화하거나 없애도록 안전 프로토콜을 디자인할 수 있다.
예시적인 실시양태에서, 안전 프로토콜은 또한 내연 기관의 보호 수단으로서 바람직할 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 스크러버(150)는 기체로부터 물 및 시약을 제거한다. 예시적인 실시양태에서, 물 및/또는 시약이 기관의 작동에 유해할 수 있기 때문에 물 및/또는 시약의 이러한 제거는 기관을 보호하는데 바람직할 수 있다. 따라서, 예시적인 실시양태에서, 스크러버는 과량의 물(수분) 및/또는 시약이 검출되는 경우 제어기가 시스템을 끄도록 하는 스위치를 포함할 수 있다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 본원에 기재되는 예시적인 실시양태에서, 탱크(110)는 4개의 포트를 갖는(즉, 하나 이상의 포트가 꼭대기 부근 또는 꼭대기에 있고, 하나 이상의 포트가 바닥 부근 또는 바닥에 있으며, 하나 이상의 포트가 수위 위에서 측부를 따라 꼭대기 포트 아래에 또한 바닥 포트 위에 있고, 하나 이상의 포트가 수위 아래에서 측부를 따라 꼭대기 포트 아래에 또한 바닥 포트 위에 있음) 내약품성의 실질적으로 기밀 및/또는 실질적으로 방수 용기일 수 있다. 예시적인 실시양태에서는, 탱크(110)의 바닥 포트를 관(210)에 의해 펌프(120)의 입구 포트에 연결함으로써 탱크(110)를 조립할 수 있다. 도 2가 탱크의 바닥에 위치되는 탱크(110)의 바닥 포트를 도시하지만, 이 포트는 물-시약 혼합물이 시스템(100)의 이후 구성요소로 전달되기만 한다면 탱크의 어느 곳에나 위치할 수 있다. 유사하게, 예시적인 실시양태에서는 기체 혼합물 및 물-시약 혼합물을 탱크로 복귀시키는 관(230)이 수위 위의 포트에서 탱크(110)에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 포트는 탱크의 꼭대기에 및/또는 수위 아래에(예를 들어, 수위 아래의 탱크 측부에) 및/또는 탱크 바닥에 위치할 수 있다. 또한, 기체 혼합물을 스크러버에 전달하기 위한 탱크 꼭대기의 포트는 탱크의 측부에 위치할 수 있다.
예시적인 실시양태에서, 펌프(120)는 임의적일 수 있다. 이러한 펌프가 없는 예시적인 시스템이 도 3에 도시되어 있다. 펌프(120)가 없이 도시된 바와 같이, 탱크(110)의 출구는 관(210)을 통해 전해 셀(130)에 연결된다. 이러한 상황에서는, 중력이 제공되는 배열에 의해 물-시약 혼합물이 유동할 수 있다. 이러한 예시적인 배열에서, 탱크(110)는 셀(130) 주변에 위치할 수 있다. 다른 예시적인 실시양태에서는, 펌프가 셀(130) 이후에 또는 탱크(110) 내부에 위치할 수 있다.
또한, 도시되지는 않았으나, 예시적인 실시양태에서는, 부속 시스템(subsystem)을 시스템에 추가하여 증류되지 않은 물 또는 예시적인 실시양태에서는 다른 유체를 사용할 수 있도록 할 수 있다.
도 4는 도 4의 예시적인 실시양태가 셀(130)의 출구와 탱크(110)의 입구 사이에 연결된 방열기(160)를 추가로 포함하는 것을 제외하고는 도 2와 관련하여 기재된 예시적인 실시양태와 유사한 시스템의 예시적인 실시양태를 도시한다. 예시적인 실시양태에서는, 방열기를 사용하여 물-시약 혼합물이 탱크에 다시 들어가기 전에 이 혼합물을 냉각시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 가수분해 공정은 물-시약 혼합물의 온도를 높이는 열을 발생시킨다. 온도의 증가는 물-시약 혼합물의 비저항을 감소시키고, 예시적인 실시양태에서는 심지어 물이 끓게 만들 수도 있다. 예시적인 실시양태에서는, 방열기(160)를 사용하여 온도 증가를 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 방열기는 단순히 비교적 차가운 공기 공급원에 노출된 일련의 관일 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시양태에서, 방열기(160)는 차량의 내연 기관의 방열기에 근접하여 위치할 수 있다. 다르게는, 방열기는 기관에 의해 발생되는 추가적인 열 때문에 내연 기관으로부터 비교적 멀리 위치할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 방열기는 주위 공기 온도에 노출되는 실질적인 강성 플라스틱 파이프로 제작되어 물 시약 혼합물의 냉각을 도울 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 방열기는 시스템 내의 다른 위치에 위치할 수 있다. 예를 들어, 방열기(160)는 탱크(110)와 펌프(120) 사이 또는 펌프(120)와 전해 셀(130) 사이에 위치할 수 있다. 다르게는, 예시적인 실시양태에서, 방열기(160)는 탱크와 함께 고유의 폐환으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 방열기는 탱크로부터 물-시약 혼합물을 제거하고 이 혼합물을 냉각시키고 이 혼합물을 탱크로 복귀시키도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 방열기는 수동형 시스템 또는 능동 냉각 시스템(예를 들어, 냉장 단위장치 또는 유사한 다른 것)일 수 있다.
도 5는 기체 혼합물을 발생시키기 위한 시스템의 다른 예시적인 실시양태를 도시한다. 도 5에 도시된 예시적인 실시양태는 전해 셀의 배향이 상이한 것을 제외하고는 도 2에 도시된 실시양태와 유사하다. 도 2에서, 셀(130)은 실질적으로 수직 위치로 도시되었다. 따라서, 물-시약 혼합물은 바닥에서 셀(130)에 들어갔고, 꼭대기에서 셀(130)을 나오기 전에 실질적으로 셀(130)을 채웠다. 도 5에서, 셀(130)은 실질적으로 수평 위치로 위치할 수 있다. 이러한 방식에서는, 물-시약 혼합물이 왼쪽에서 오른쪽으로 셀을 가로질러 유동한다. 예시적인 실시양태에서는, 수평으로 위치된 셀보다 수직으로 위치된 셀을 사용하는 바람직할 수 있거나, 또는 그 반대일 수 있다. 예를 들어, 물-시약 혼합물이 셀(130) 내의 각 플레이트의 최대 표면을 덮을 때 전기분해 공정이 더욱 효율적일 것으로 생각된다. 예시적인 실시양태에서는, 다양한 셀 형상, 크기 및/또는 배향의 조합으로 최대(또는 적어도 증가된) 적용 범위를 수득할 수 있다. 다양한 플레이트의 형상을 비롯한 셀의 구조에 대한 더욱 상세한 설명은 본원의 다른 부분에 제공된다.
도 6은, 도 6의 예시적인 실시양태가 유동 우회 메카니즘(280)을 추가로 포함하는 것을 제외하고는 도 4와 관련하여 기재된 예시적인 실시양태와 유사한 시스템의 예시적인 실시양태를 도시한다. 본원에 기재되는 예시적인 실시양태(예컨대, 도 2)에서, 탱크(110)로부터의 유속은 셀(130)로의 유속과 실질적으로 동일하였다. 그러나, 예시적인 실시양태에서는 이것이 항상 바람직한 것은 아닐 수 있다. 예시적인 실시양태에서는, 탱크로부터의 제 1 유속 및 셀 내로의 제 2 유속을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 구체적으로, 제 2 유속은 제 1 유속보다 더 빠를 수 있거나 더 느릴 수 있다. 예시적인 실시양태에서는, 예를 들어 셀 내로의 더 느린 유속이 전기분해 공정에는 유리할 수 있으나 탱크(100)의 작동에 대해서는 유해할 수 있기 때문에 이 배열이 바람직할 수 있다. 유속이 더 빠를 때 탱크가 더욱 효율적으로 작동될 수 있다(예를 들어, 본원의 다른 곳에서 논의되는 발포 문제 및/또는 기체 조성 문제를 다루기 위하여). 따라서, 예시적인 실시양태에서는, 펌프(120) 이후의 물-시약 혼합물이 전해 셀(130)로 들어가기 전에 이들 혼합물중 일부를 탱크로 다시 우회시킬 수 있다. 이는 셀(130) 내로보다 탱크(110) 밖으로의 더 높은 유속을 유지한다. 예시적인 실시양태에서, 탱크로부터의 유속은 1갤런/분일 수 있는 반면 셀 내로의 유속은 0.25갤런/분이거나, 또는 탱크로부터 유속은 1갤런/분일 수 있는 반면 셀 내로의 유속은 0.33갤런/분이거나, 또는 탱크로부터의 유속은 1갤런/분일 수 있는 반면 셀 내로의 유속은 0.50갤런/분이거나, 또는 탱크로부터의 유속은 1갤런/분일 수 있는 반면 셀 내로의 유속은 0.66갤런/분이다. 예시적인 실시양태에서, 탱크로부터 나오는 유속 대 셀 내로 들어가는 유속의 비는 1.25;1 이상, 1.50:1 이상, 1.75:1 이상, 2:1 이상, 3:1 이상, 4:1 이상, 5:1 이상, 6:1 이상 또는 7:1 이상 등일 수 있다.
도 7은 도 7의 예시적인 실시양태가 탱크(110) 내에서 발생되는 기포의 양을 감소시키기 위한 구성요소를 포함하는 것을 제외하고는 도 6과 관련하여 기재된 예시적인 실시양태와 유사한 시스템의 예시적인 실시양태를 도시한다. 특정 상황에서, 전기분해 공정은 시스템 내에서 기포를 발생시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서는, 기체 혼합물 및 물-시약 혼합물을 관(230, 270)을 통해 셀(130)로부터 탱크(110)로 이동시킬 수 있고, 먼저 소포기(310)를 통해 통과시킴으로써 탱크 내로 넣을 수 있다. 소포기(310)는 복귀되는 용액중의 임의의 기포/포말의 표면 장력을 파괴하는데 사용될 수 있는 증가된 표면적을 갖는 구조체(스폰지와 유사함)일 수 있다.
예시적인 실시양태에서는, 제 2 기포 방지기 및 소포 시스템을 또한 사용할 수 있다. 이러한 시스템은 수용액의 수위 위에서 탱크(110)의 표면과 연결되는 에너지 경감 관 또는 ERT(320)로 공지되어 있는 하나 이상의 관일 수 있다. 관의 다른 말단은 펌프(120) 이전의 관(210)에 연결될 수 있다. 작동시, 이들 관은 용액의 꼭대기에서 기포를 감소시키는데 도움을 줄 수 있으며, 또한 예를 들어 탱크(110) 내에 약간의 진공을 형성함으로써 기포가 발생되지 않도록 방지하는데 도움이 될 수 있다.
예시적인 실시양태에서는, 발포 지연제를 사용하여 발포를 감소시킬 수 있다. 그러나, 예시적인 실시양태에서, 이러한 조성물은 그들의 효능을 상실하고 결국에는 기포가 다시 발생한다. 적절할 수 있는 지연제중 몇몇은 붕산, 온수 욕조 및/또는 스파(spa) 소포제를 포함한다.
예시적인 실시양태에서, 제어기(140)는 물-시약 혼합물의 전도율이 온도 증가에 따라 변화하는 경우 또는 추가적인 시약이 시스템에 첨가되는 경우에 전해 셀(130)에서의 기체 혼합물 생성이 실질적으로 일정하도록 보장하는데 도움을 주기 위하여 예를 들어 일정한 전원을 사용하여 전해 셀(130)에 전달되는 전류를 모니터링할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 제어기(140)에 의해 전해 셀(130)에 공급되는 전력은 약 12V일 수 있다 전압 전달은 예를 들어 0.1kHz, 0.25kHz, 0.5kHz, 0.6kHz, 0.75kHz, 0.85kHz, 1kHz, 2kHz, 2.2kHz, 2.5kHz, 2.7kHz, 3kHz, 3.5kHz, 4kHz, 5kHz, 6kHz, 또는 6.5kHz에서 작동되는 구형파를 통한 것일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 제어기(140)는 전해 셀(13)에 전달되는 전류를 측정하기 위하여 보정된 분류기(calibrated shunt)를 사용할 수 있다.
예시적인 실시양태에서, 제어기(140)는 예를 들어 12V DC 전압을 전환하고 펄스 파형(pulsed waveform)을 발전 셀에 전달하는 디지털 펄스 폭 조정기(Pulse Width Modulator; PMW) 제어기일 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 제어기는 특정 내연 기관 또는 특정 기관 부하에 요구되거나 기관 부하에 따라 변하거나 기관의 RPM에 따라 변하거나 둘 다의 함수로서 변하는 기체의 요구량을 조절하기 위하여 전류량 요구조건에 따라 전류 값을 설정하기 위한 조정가능한 사용률을 가질 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 제어기(140)는 저온 개시 온도에서 높은 작동 용액 온도까지 용액의 실질적으로 모든 온도 범위에 걸쳐 전류량 설정을 유지하도록 프로그래밍될 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 제어기(140)는 0 내지 80A, 예를 들어 약 5A, 10A, 15A, 18A, 20A, 22A, 25A, 30A, 35A, 40A, 50A, 60A, 70A, 또는 80A에서 작동될 수 있다. 제어기(140)는 또한 다양한 차단 특징부 및 안전 특징부와 연통되고, 작업자를 위해 원거리 계기에 정보를 제공하고, 전체 시스템의 자동 온/오프 스위치로서의 역할을 할 수 있다. 예시적인 실시양태에서는, 유압 센서(예를 들어, 터보로의 오일 라인에 위치한 유압 센서)에 의해 차단시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 안전 특징부의 존재는 기관이 동작하지 않을 때 기체가 생성되지 않아 기체를 저장할 필요가 없음을 보장하는데 유리할 수 있다.
도 8은 본원에 기재된 시스템의 예시적인 실시양태와 함께 사용될 수 있는 전해 셀(130)의 예시적인 실시양태이다. 도시되는 바와 같이, 셀(130)은 절연 볼트에 의해 가압될 때 실질적인 기밀 밀봉 단위장치 및 방수 밀봉 단위장치를 형성하는 밀봉부(420)(예컨대, 가스켓 및/또는 스페이서를 갖는 가스켓)에 의해 분리된, 적층되고 균일하게 이격된 27개의 스테인레스 강 플레이트(410, 430)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시양태에서, 스테인레스 강 플레이트(410)는 하나의 표면 또는 두 표면 상에 십자 눈금이 있는 조직, 대각선 조직, 홈이 있는 조직 및/또는 에칭된 조직을 가질 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 플레이트(410)의 표면에 조직을 부가하면 전기분해 공정의 효율을 증가시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 플레이트는 물-시약 혼합물이 플레이트들 사이에서 유동할 수 있도록 하는 구멍(도 9의 510)을 가질 수 있다. 플레이트는 서로 전기적으로 단리될 수 있고/있거나 다르게는 애노드 및 캐쏘드일 수 있으며, 이 때 애노드는 제어기(140)로부터의 양의 전원에 연결되고 캐쏘드는 통상적인 음의 전원에 연결된다. 예시적인 실시양태에서, 셀(130)의 외부 플레이트는 하나의 말단(예컨대, 바닥)에 관 포트(520)를 가져서 물-시약 혼합물을 펌프(120)로부터 받아들이고, 다른 말단(예를 들어, 꼭대기)에 포트(520)를 가져서 기체 혼합물을 탱크(110)로 내보낼 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 전해 셀(130)은 전해 셀(130)을 2개의 개별적인 전기분해 단위장치로 기능 면에서 분리하는, 구멍을 갖지 않는 솔리드(solid) 스테인레스 강 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 예시적인 실시양태에서, 전해 셀은 27개의 스테인레스 강 플레이트를 포함할 수 있다. 이 구성에서, 1개의 플레이트(430)는 솔리드일 수 있고, 24개의 플레이트(410)는 예컨대 십자 눈금 대각선 및 구멍을 갖도록 에칭될 수 있으며, 2개의 플레이트(410)는 (말단에서) 각각 2개의 포트(예를 들어, 플레이트 꼭대기에 위치한 포트 및 플레이트 바닥에 위치한 포트)만 갖고 솔리드일 수 있다. 예시적인 실시양태에서는, 예컨대 다음과 같은 순서로 전기 절연 밀봉부(420)와 각 층을 교대시켜 플레이트(410)를 적층시킬 수 있다: 2개의 포트를 갖는 1개의 솔리드 플레이트, 12개의 십자 눈금이 그어진 플레이트, 1개의 솔리드 플레이트, 12개의 십자 눈금이 그어진 플레이트, 및 2개의 포트를 갖는 1개의 솔리드 플레이트. 플레이트 적층체를 절연 볼트로 함께 결합시켜[구멍(510)을 통해], 실질적인 방수 및 기밀 밀봉된 전해 셀(130)을 생성시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서는, 펌프(120)의 출구를 관으로 y-연결부에 연결할 수 있으며, y-연결부의 두 면을 관으로 셀(130)의 2개의 낮은 입구 포트와 연결할 수 있다. 셀(130)의 2개의 출구 포트를 y-연결부에 연결할 수 있고, 이를 다시 관을 통해 수위 위의 탱크 측부에 있는 탱크(110)의 입구 포트에 연결한다.
예시적인 실시양태에서, 전해 셀(130)은 전해 셀의 작업 부품을 함유하는, 예컨대 UHMW 플라스틱으로 제조되는 2개의 말단 부품을 포함할 수 있다. 이 실시양태에서, 셀(130)은 약 0.030인치의 두께를 갖는 밀봉부(예컨대, 스페이서/가스켓)에 의해 분리되는, 18게이지-316L 스테인레스 강으로 제조되는 25개의 플레이트를 포함할 수 있다. 예를 들어 볼트가 플레이트와 접촉하지 않도록 방지하는 테플론(Teflon) 절연체를 갖는 예컨대 22개의 SS 볼트에 의해 셀을 함께 유지시킬 수 있다. 볼트를 SS NYLOCK 넛트 내로 약 13인치-파운드까지 회전시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 스페이서/가스켓 시스템은 유체가 셀로부터 나오지 못하도록 밀봉할 수 있으며, SS 플레이트를 예컨대 0.020인치, 0.025인치, 0.030인치, 0.035인치, 0.040인치, 0.045인치, 또는 0.05인치까지 정확하게 이격시킬 수 있다. 예시적인 실시양태에서는, 심하게 연마된 기관 실린더 벽에 일치되도록 스테인레스 강 플레이트를 마모시킬 수 있다.
예시적인 실시양태에서, 플레이트의 형상은 변할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시되는 바와 같이, 플레이트는 실질적으로 직사각형일 수 있다. 다른 예시적인 실시양태에서, 플레이트는 도 9a에 도시된 것과 같은 비대칭형 형상을 가질 수 있거나, 또는 도 9b에 도시된 것과 같은 다른 대칭형 형상을 가질 수 있으며, 여기에서는 직사각형 형상에서 모서리중 하나 또는 둘을 제거하였다. 도 9c 내지 도 9f는 도 8과 관련하여 상기 논의된 바와 같은 플레이트의 예시적인 실시양태를 도시한다. 구체적으로, 도 9c는 단일 셀을 2개의 독립적인 전해 셀로 분리하는데 사용될 수 있는 중심 (솔리드) 플레이트의 예시적인 실시양태이다. 도 9d는 셀의 어느 쪽 말단에나 사용될 수 있는 말단 플레이트(전력 플레이트)의 예시적인 실시양태이다. 도 9e는 에칭되고 적층되어 전력 플레이트들 사이에서의 전압 강하를 감소시킬 수 있는 상기 기재된 것과 같은 중립 플레이트의 예시적인 실시양태이다. 도 9f는 셀의 어느 말단에나 사용되어 셀로의 다양한 관 및 포트의 부착을 가능케 할 수 있는 나일론 말단 플레이트의 예시적인 실시양태이다. 예시적인 실시양태에서는, 이러한 말단 플레이트를 사용하여 셀에 관을 부착시킬 수 있도록 하는 것이 유리하고/하거나 바람직할 수 있다.
예시적인 실시양태에서는, 도 10a 및 도 10b에 도시되는 바와 같이, 밀봉부(420)는 둘 이상의 부분, 즉 인접한 플레이트 사이의 거리를 유지하기 위한 제 1 두께를 갖는 비교적 경질 플라스틱 부분(610), 및 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에서 실질적인 기밀 및 실질적인 방수 밀봉을 형성시키기 위한 제 2 두께를 갖는 비교적 연질 고무 부분(620)을 포함할 수 있다. 이러한 구성에서는, 셀(130)의 볼트가 죄어지면, 스페이서(610)가 플레이트들 사이에서 소정 거리를 유지하는 한편, 가스켓이 인접한 플레이트(410)들 사이에서 압착되어 실질적인 방수 및 기밀 밀봉을 형성한다. 도 10c는 예시적인 치수 및 추가적인 세부사항을 보여주는 본원에 기재된 것과 같은 밀봉부의 예시적인 실시양태이다. 예를 들어, 도 10c에 도시된 가스켓에서, 경질 플라스틱 부분은 셀을 함께 유지시키기 위하여 상기 기재된 볼트를 수용하기 위한 23개의 구멍을 포함한다. 이 도면은 또한 이러한 구멍의 예시적인 레이아웃(layout)도 도시한다. 물론, 경질 플라스틱 부분은 플레이트의 구멍 위에 놓이지 않는 상황에서는 구멍을 포함하지 않을 수 있다.
[실시예]
하기 실시예는 본 발명의 특정 실시양태로서 제시되며, 본 발명의 이점을 입증하기 위한 것이다. 실시예는 예시로서 제시되며, 명세서 또는 첨부된 특허청구범위를 어떤 방식으로든 제한하는 것으로 의도되지 않음이 이해된다.
차량: 후술되는 마일리지 시험 및 디젤 스냅 시험에 다음 차량을 사용하였다. 이 차량은, 단일 배기의 6-실린더, 6.6 L, 디젤 엔진을 갖는, 수동 변속기 GMC 박스 트럭 모델 TOPKICK C7H042(본원에서 이 차량은 "GMC 박스 트럭"으로 지칭됨)였다. GMC 박스 트럭에 디젤 연료를 주입하고, 후술되는 실시예에서, 미국 워싱턴주의 버넌 산에서 동일한 운전자가 주행하였다.
실시예 1
마일리지 시험: GMC 박스 트럭에 본원에 기술된 시스템의 예시적 실시양태를 장착하였다. 특히, 상기 트럭에, 흐름 전환 메커니즘을 포함하는 시스템의 하나의 실시양태를 장착하였다. 상기 차량을 각각 111.8 마일씩 총 6회의 사이클 동안 주행하고, 각각의 특정 사이클 동안 소모된 연료량 및 마일/갤론을 기록하였다. 처음 3회의 사이클 동안, 상기 시스템을 켰다. 3번째 사이클이 끝날 무렵에 배기의 매연을 측정하였다. 이어서, 상기 시스템을 끄고, 나머지 3회의 사이클(총 6회의 사이클 중)을 완료하고, 6번째 사이클(즉, 시스템을 끄고 3회의 사이클)이 끝날 무렵에 다시 매연을 측정하였다. 55%의 매연 한계를 갖는 휴대용 배기 가스 분석기 모델 번호 5001(4&5 가스)(에미션 시스템스 인코포레이티드(Emissions Systems, Inc.))를 사용하여 매연 측정을 수행하였다. 마일리지 시험 결과를 하기 표 1에 제시한다.
사이클 시스템 커버되는
마일 		사용된 연료량 [갤론] 마일/ 갤론 매연 (%)
1 ON 111.8 8.356 13.4 --
2 ON 111.8 8.668 12.9 --
3 ON 111.8 8.798 12.8 0.37
4 OFF 111.8 11.887 9.4 --
5 OFF 111.8 11.4 9.8 --
6 OFF 111.8 11.51 9.7 3.42
실시예 2
디젤 스냅 시험: 본원에 기술된 시스템의 하나의 예시적 실시양태를 장착한 GMC 박스 트럭으로부터의 배기의 매연을 시험하였다. 본 시험에서, 상기 시스템은 도 2에 대하여 기술된 시스템과 유사하였다. GMC 박스 트럭의 기어를 중립에 놓은 상태로(시스템을 켜거나 끈 상태로), 사전결정된 횟수만큼 운전자가 가속장치를 스냅(snap)한 후, 차량 배기의 매연을 측정하였다. 워싱턴주 방출 점검 시설(Washington State Emissions Check facility)에서 매연 측정을 수행하였다. 결과를 하기 표 2에 제시한다.
시험 날짜 시스템 스냅 횟수 매연 한계 (%) 매연 판독 (%)
1 비축 OFF 3 55 71
2 4/7/2010 ON 5 55 13
3 4/9/2010 ON 3 55 7
4 4/9/2010 ON 3 55 11
5 5/6/2010 ON 3 55 4
6 5/6/2010 ON 3 55 5
7 11/12/2011 ON 3 55 12
8 12/27/2012 ON 3 55 27.9
9 12/31/2012 ON 3 55 13.7
10 12/31/2012 ON 3 55 18.7
실시예 3
분사(blast)-시험 장치: 분사-시험 장치는, 폭발로부터 유래한 압력을 함유하거나 제한하지 않도록 개질된 플라스틱 발진(launch) 용기를 포함한다. 상기 장치는 또한 용기 발진기를 포함하며, 상기 용기 발진기는, 저 마찰 내부 표면을 갖는 실질적으로 튜브형 발진 가이드, 상기 발진 용기 위쪽에 위치하는 상기 튜브형 발진 가이드 내에 수용되는 플런저, 및 폭발의 결과적인 높이를 측정하기 위해 상기 발진 가이드를 따라 위치하는 눈금이 있는 수치 표시를 포함한다. 상기 분사-시험 장치는 또한, 발진 용기를 수용하고 발진 동안 발진 가이드를 제자리에 유지하기 위한 기제 부품을 포함한다.
분사-시험: 상기 발진 용기를, 기체 발생기 시스템으로부터 포획된 기체 혼합물 시료로 채워진 플런저 아래쪽의 발진 가이드 내에 두었다. 상기 발진 용기가 기체로 일정하게 충전되도록 하기 위해, 상기 발진 용기가 물로 충전되도록 상기 발진 용기를 물속에 거꾸로 침지하였다. 기체 발생기 시스템으로부터의 기체 혼합물을 상기 발진 용기의 내부로 (예컨대, 튜브(260)를 통해) 공급하였으며, 기체가 상기 발진 용기에 충전되면, 이것이 물을 대체하였다. 모든 물을 대체하는데 걸린 시간을 기록하였다. 충전 시간 및 여분으로 2초를 이용하여, 상기 발진 용기를 전술된 분사-시험 장치 내에 두고, 적절한 충전 시간 동안 기체 혼합물로 반복적으로 충전하였다. 이 기체 혼합물은 ERT가 있는 예시적 시스템(흐름 전환 포함)으로부터, 또는 ERT는 없고 제한된 흐름(표시됨)을 갖는 예시적 시스템으로부터 생성된 것이다. 각각의 시험에서, 셀에 공급되는 전류는 30 amp로 제한되었다. 이 기체에 점화하고, 불을 붙여 폭발성 분사를 생성하여, 발진 가이드 내의 플런저에 대해 발진 용기를 추진시켰다. 튜브형 지지체 내에서 상기 용기 및 플런저가 이동한 최대 거리를 발진 가이드 내의 플런저의 위치로 기록하였다. 이 결과를 하기 표 3에 제시한다.
시험 ERT 유무 거리( inch )
1 있음 16 7/8
2 있음 17 1/8
3 있음 16 3/16
4 없음 13 7/16
5 없음 13 1/4
6 없음 13 7/8
실시예 4
소포(defoaming) 시험: 본원에 기술된 시스템의 예시적 실시양태를 4가지 다른 방식으로 구성하였다: (1) ERT 또는 소포기가 없는 예시적 시스템, (2) ERT만 있는 예시적 시스템, (3) 소포기만 있는 예시적 시스템, 및 (4) ERT 및 소포기가 둘 다 있는 예시적 시스템. 상기 시스템을 각각의 구성에 대해 5회씩 시험하였다. 모든 시험은 50 amp 및 1.478 kHz 주파수에서 펄스 폭 조정된 전압 공급원에 대해 수행하였다. 구성 1의 경우, 시스템이 정지하기 이전의 시간을 기록하였다. 구성 2, 3 및 4의 경우, 상기 시스템을 3분 2초 동안 시험하고, 포말의 높이를 측정하였다. 소포 시험의 결과를 하기 표 4에 제시한다.
시스템 설명 (1) ERT 또는 소포기가 없는 예시적 시스템
시험 번호 1 2 3 4 5
시스템 정지시까지의 시간 (분:초) 2:18 2:41 3:28 3:08 3:36
시스템 설명 (2) ERT 만 있는 예시적 시스템
시험 번호 1 2 3 4 5
3:02 이후의 포말 높이( inch ) 4.0 3.75 4.25 4.5 4.75
시스템 설명 (3) 소포기만 있는 예시적 시스템
시험 번호 1 2 3 4 5
3:02 이후의 포말 높이( inch ) 5.25 5.25 5.0 5.2 5.5
시스템 설명 (4) ERT 및 소포기가 둘 다 있는 예시적 시스템
시험 번호 1 2 3 4 5
3:02 이후의 포말 높이( inch ) 4.0 3.5 3.375 3.5 3.5
예시적 실시양태가 본원에 제시되고 기술되었지만, 이러한 예시적 실시양태는 단지 예로서 제공됨이 당업자에게 자명할 것이다. 첨부된 특허청구범위가 본 발명의 범주를 정의하며, 이로써 이러한 특허청구범위 및 이의 균등물의 범주 이내의 방법 및 구조가 커버되는 것으로 의도된다.

Claims (54)

  1. 물 및 사전결정된 양의 전해질로 본질적으로 구성되는 수용액을 저장하도록 구성된 탱크;
    서로 실질적으로 평행하게 배열되는 복수개의 플레이트들, 및 상기 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에서 실질적인 기밀(air tight) 및 실질적인 방수(water tight) 밀봉을 형성하여 상기 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에 위치하는 수용액이 셀로부터 누출되지 않도록 방지하는데 도움을 주기 위하여 상기 복수개의 플레이트들 사이에 위치하는 하나 이상의 밀봉부를 포함하는, 수용액의 전기분해를 돕도록 구성된 셀;
    수용액을 상기 탱크와 상기 셀 사이에서, 또한 상기 탱크로 다시 순환시키도록 구성된 펌프;
    상기 탱크 내 수용액 위쪽의 유입구 및 상기 펌프의 유입구와 유체 연통되어 있는 배출구를 포함하는 진공 라인;
    상기 탱크 및 상기 펌프와 직접 유체 연통되어 있어 상기 펌프와 상기 셀 사이에서 수용액의 일부를 상기 탱크로 다시 되돌리는 흐름 우회기(flow diverter);
    기체 혼합물로부터 수분 및 전해질의 적어도 일부를 제거하기 위한 스크러버(scrubber);
    펄스 폭 조정된(pulse width modulated) 전압을 상기 셀에 인가하여 상기 셀 내에서 기체 혼합물을 발생시키도록 구성된 제어기; 및
    기체 혼합물을 내연 기관으로 배출하기 위한 출구
    를 포함하는, 내연 기관과 함께 사용하기 위한 기체 혼합물을 발생시키는 시스템으로서, 이 때
    상기 복수개의 플레이트들이 상기 복수개의 플레이트들중 인접한 것들로부터 실질적으로 같은 거리만큼 이격되고,
    상기 하나 이상의 밀봉부가, 인접한 상기 플레이트들 사이에서 거리를 유지하기 위한 제 1 두께를 갖는 비교적 경질 플라스틱 부분, 및 상기 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에서 실질적인 기밀 및 실질적인 방수 밀봉을 유지하기 위한 제 2 두께를 갖는 비교적 연질 고무 부분을 포함하며,
    상기 기체 혼합물을 내연 기관으로 배출하기 전에 상기 기체 혼합물을 상기 탱크 내로 투입하는,
    시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탱크로부터의 수용액의 유동이 제 1 유속 하에 있고, 상기 셀 내로의 수용액의 유동이 제 1 유속과는 상이한 제 2 유속 하에 있는, 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 유속이 제 1 유속 미만인, 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    수용액이 상기 탱크로 복귀하기 전에 상기 셀에서 나가는 수용액을 냉각시키도록 구성된 방열기(radiator)를 추가로 포함하는 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크가 비전도성인 물질로 제조되는, 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질이 KOH 및 NaOH로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질인, 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크의 크기가, 작동 동안 수용액이 상기 탱크 부피의 1/4 미만, 1/2 미만 또는 3/4 미만을 차지하도록 선택되는, 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀이 둘 이상의 플레이트를 포함하며, 이 때 제 1 플레이트가 전원의 양극 단자에 연결되도록 구성되고, 제 2 플레이트가 전원의 음극 단자에 연결되도록 구성되는, 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 셀이 하나 이상의 중립(neutral) 플레이트를 추가로 포함하고, 이들 하나 이상의 중립 플레이트가 상기 제 1 플레이트 및 상기 제 2 플레이트와 직렬 관계로 구성되는, 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 셀이 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상, 5개 이상, 6개 이상, 7개 이상, 8개 이상, 9개 이상, 10개 이상, 11개 이상, 12개 이상, 13개 이상, 14개 이상 또는 15개 이상의 중립 플레이트를 포함하는, 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연질 고무 부분이 상기 경질 플라스틱 부분의 내측 가장자리 상에 위치하는, 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연질 고무 부분이 상기 경질 플라스틱 부분의 외측 가장자리 상에 위치하는, 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉부가 둘 이상의 연질 플라스틱 부분을 포함하고, 이 때 제 1 연질 플라스틱 부분이 상기 경질 플라스틱 부분과 상기 인접 플레이트들중 제 1 플레이트의 계면 사이에 위치하고, 제 2 연질 플라스틱 부분이 상기 경질 플라스틱 부분과 상기 인접 플레이트들중 제 2 플레이트의 계면 사이에 위치하는, 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 연질 플라스틱 부분이 상기 경질 플라스틱 부분을 둘러싸는, 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연질 고무 부분의 두께가 상기 경질 플라스틱 부분의 두께보다 더 큰, 시스템.
  16. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경질 플라스틱 부분의 두께가 0.002", 0.003", 0.004", 0.005", 0.006", 0.007", 0.008", 0.009", 0.010", 0.0125", 0.025", 0.0375", 0.050", 0.0625", 또는 0.075"인, 시스템.
  17. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연질 고무 부분의 두께가 0.002", 0.003", 0.004", 0.005", 0.006", 0.007", 0.008", 0.009", 0.010", 0.011", 0.012", 0.013", 0.014", 0.030", 0.038", 0.055", 0.0675" 또는 0.080"인, 시스템.
  18. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경질 플라스틱 부분이, 상기 경질 플라스틱 부분이 수용액과 유의적으로 반응하지 않도록 선택되는 물질로부터 제조되는, 시스템.
  19. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경질 플라스틱 부분이 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및/또는 폴리프탈아미드(PPA)로부터 제조되는, 시스템.
  20. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연질 고무 부분이, 상기 연질 고무 부분이 수용액과 유의적으로 반응하지 않도록 선택되는 물질로부터 제조되는, 시스템.
  21. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연질 고무 부분이 에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체(EPDM)로부터 제조되는, 시스템.
  22. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연 기관이 터보과급기를 갖는(turbocharged) 디젤 기관이고, 상기 기체 혼합물이 터보 팬 상류의 터보과급기를 갖는 디젤 기관 내로 투입되는, 시스템.
  23. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스크러버가, 기체 스트림중 기포 형태의 과량의 수분을 감지하고 전기분해 공정을 차단시켜 과량의 수분이 내연 기관으로 들어가지 못하게 방지하도록 구성된 스위치를 포함하는, 시스템.
  24. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크가 작동 동안 상기 탱크에 존재하는 기포 양을 감소시키기 위한 소포(defoaming) 시스템을 추가로 포함하고, 이 소포 시스템이
    상기 셀로부터의 기체 혼합물과 함께 상기 탱크에 들어가는 기포를 파괴시키기 위하여 상기 탱크로의 입구 위에 위치하는 소포기(bubble buster)
    를 포함하는, 시스템.
  25. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기가, 펄스 폭 조정된 전압의 사용률(duty cycle)을 실질적으로 실시간으로 조정함으로써 상기 셀에 인가되는 전류를 제한하도록 구성되는, 시스템.
  26. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펄스 폭 조정된 전압의 진동수(frequency)가 1kHz, 1.25kHz, 1.5kHz, 1.75kHz, 2kHz, 2.25kHz, 2.5kHz, 2.75kHz, 3kHz, 3.25kHz, 3.5kHz, 3.75kHz 또는 4kHz인, 시스템.
  27. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프의 유속이 0.125갤런/분, 0.25갤런/분, 0.375갤런/분, 0.5갤런/분, 0.625갤런/분, 0.75갤런/분, 0.875갤런/분, 1갤런/분, 1.125갤런/분, 1.25갤런/분, 1.375갤런/분, 1.5갤런/분, 1.625갤런/분, 1.75갤런/분, 1.875갤런/분 또는 2갤런/분인, 시스템.
  28. 물 및 사전결정된 양의 전해질로 본질적으로 구성되는 수용액을 저장하도록 구성된 탱크;
    서로 실질적으로 평행하게 배열되는 복수개의 플레이트들, 및 상기 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에서 실질적인 기밀 및 실질적인 방수 밀봉을 형성하여 상기 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에 위치하는 수용액이 셀로부터 누출되지 않도록 방지하는데 도움을 주기 위하여 상기 복수개의 플레이트들 사이에 위치하는 하나 이상의 밀봉을 포함하는, 수용액의 전기분해를 돕도록 구성된 셀;
    수용액을 상기 탱크와 상기 셀 사이에서, 또한 상기 탱크로 다시 순환시키도록 구성된 펌프;
    상기 탱크 내 수용액 위쪽의 유입구 및 상기 펌프의 유입구와 유체 연통되어 있는 배출구를 포함하는 진공 라인;
    상기 탱크 및 상기 펌프와 직접 유체 연통되어 있어 상기 펌프와 상기 셀 사이에서 수용액의 일부를 상기 탱크로 다시 되돌리는 흐름 우회기(flow diverter);
    펄스 폭 조정된(pulse width modulated) 전압을 상기 셀에 인가하여 상기 셀 내에서 기체 혼합물을 발생시키도록 구성된 제어기;
    기체 혼합물에서 과량의 수분을 감지하고 전기분해 공정을 차단하도록 하기 위한 스위치를 포함하는, 기체 혼합물로부터 수분 및 전해질의 적어도 일부를 제거하기 위한 스크러버; 및
    기체 혼합물을 내연 기관으로 배출하기 위한 출구
    를 포함하는, 내연 기관과 함께 사용하기 위한 기체 혼합물을 발생시키는 시스템으로서, 이 때
    상기 복수개의 플레이트들이 상기 복수개의 플레이트들중 인접한 것들로부터 실질적으로 같은 거리만큼 이격되고,
    상기 기체 혼합물을 내연 기관으로 배출하기 전에 상기 기체 혼합물을 상기 탱크 내로 투입하며,
    상기 탱크로부터의 수용액의 유동이 제 1 유속 하에 있고, 상기 셀 내로의 수용액의 유동이 제 1 유속과는 상이한 제 2 유속 하에 있는,
    시스템.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 2 유속이 제 1 유속 미만인, 시스템.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 밀봉부가, 인접한 플레이트 사이에서 거리를 유지하기 위한 제 1 두께를 갖는 비교적 경질 플라스틱 부분, 및 상기 복수개의 플레이트들중 인접한 것들 사이에서 실질적인 기밀 및 실질적인 방수 밀봉을 유지하기 위한 제 2 두께를 갖는 비교적 연질 고무 부분을 포함하는, 시스템.
  31. 제 28 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서,
    수용액이 상기 탱크로 복귀하기 전에 상기 셀에서 나가는 수용액을 냉각시키도록 구성된 방열기를 추가로 포함하는 시스템.
  32. 제 28 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크가 비전도성인 물질로 제조되는, 시스템.
  33. 제 28 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질이 KOH 및 NaOH로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질인, 시스템.
  34. 제 28 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크의 크기가, 작동 동안 수용액이 상기 탱크 부피의 1/4 미만, 1/2 미만 또는 3/4 미만을 차지하도록 선택되는, 시스템.
  35. 제 28 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀이 둘 이상의 플레이트를 포함하며, 이 때 제 1 플레이트가 전원의 양극 단자에 연결되도록 구성되고, 제 2 플레이트가 전원의 음극 단자에 연결되도록 구성되는, 시스템.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 셀이 하나 이상의 중립 플레이트를 추가로 포함하고, 이들 하나 이상의 중립 플레이트가 상기 제 1 플레이트 및 상기 제 2 플레이트와 직렬 관계로 구성되는, 시스템.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 셀이 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상, 5개 이상, 6개 이상, 7개 이상, 8개 이상, 9개 이상, 10개 이상, 11개 이상, 12개 이상, 13개 이상, 14개 이상 또는 15개 이상의 중립 플레이트를 포함하는, 시스템.
  38. 제 30 항에 있어서,
    상기 연질 고무 부분이 상기 경질 플라스틱 부분의 내측 가장자리 상에 위치하는, 시스템.
  39. 제 30 항에 있어서,
    상기 연질 고무 부분이 상기 경질 플라스틱 부분의 외측 가장자리 상에 위치하는, 시스템.
  40. 제 30 항에 있어서,
    상기 밀봉부가 둘 이상의 연질 플라스틱 부분을 포함하고, 이 때 제 1 연질 플라스틱 부분이 상기 경질 플라스틱 부분과 상기 인접 플레이트들중 제 1 플레이트의 계면 사이에 위치하고, 제 2 연질 플라스틱 부분이 상기 경질 플라스틱 부분과 상기 인접 플레이트들중 제 2 플레이트의 계면 사이에 위치하는, 시스템.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 연질 플라스틱 부분이 상기 경질 플라스틱 부분을 둘러싸는, 시스템.
  42. 제 30 항에 있어서,
    상기 연질 고무 부분의 두께가 상기 경질 플라스틱 부분의 두께보다 더 큰, 시스템.
  43. 제 30 항에 있어서,
    상기 경질 플라스틱 부분의 두께가 0.002", 0.003", 0.004", 0.005", 0.006", 0.007", 0.008", 0.009", 0.010", 0.0125", 0.025", 0.0375", 0.050", 0.0625", 또는 0.075"인, 시스템.
  44. 제 30 항에 있어서,
    상기 연질 고무 부분의 두께가 0.002", 0.003", 0.004", 0.005", 0.006", 0.007", 0.008", 0.009", 0.010", 0.011", 0.012", 0.013", 0.014", 0.030", 0.038", 0.055", 0.0675" 또는 0.080"인, 시스템.
  45. 제 30 항에 있어서,
    상기 경질 플라스틱 부분이, 상기 경질 플라스틱 부분이 수용액과 유의적으로 반응하지 않도록 선택되는 물질로부터 제조되는, 시스템.
  46. 제 30 항에 있어서,
    상기 경질 플라스틱 부분이 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및/또는 폴리프탈아미드(PPA)로부터 제조되는, 시스템.
  47. 제 30 항에 있어서,
    상기 연질 고무 부분이, 상기 연질 고무 부분이 수용액과 유의적으로 반응하지 않도록 선택되는 물질로부터 제조되는, 시스템.
  48. 제 30 항에 있어서,
    상기 연질 고무 부분이 에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체(EPDM)로부터 제조되는, 시스템.
  49. 제 28 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연 기관이 터보과급기를 갖는 디젤 기관이고, 상기 기체 혼합물이 터보 팬 상류의 터보과급기를 갖는 디젤 기관 내로 투입되는, 시스템.
  50. 제 28 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스크러버가, 기체 스트림중 기포 형태의 과량의 수분을 감지하고 전기분해 공정을 차단시켜 과량의 수분이 내연 기관으로 들어가지 못하게 방지하도록 구성된 스위치를 포함하는, 시스템.
  51. 제 28 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크가 작동 동안 상기 탱크에 존재하는 기포 양을 감소시키기 위한 소포 시스템을 추가로 포함하고, 이 소포 시스템이
    상기 셀로부터의 기체 혼합물과 함께 상기 탱크에 들어가는 기포를 파괴시키기 위하여 상기 탱크로의 입구 위에 위치하는 소포기; 및
    상기 탱크 내의 수용액 위에 진공을 형성하는, 상기 탱크로부터 상기 펌프로의 하나 이상의 연결부
    를 포함하는, 시스템.
  52. 제 28 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기가, 펄스 폭 조정된 전압의 사용률을 실질적으로 실시간으로 조정함으로써 상기 셀에 인가되는 전류를 제한하도록 구성되는, 시스템.
  53. 제 28 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펄스 폭 조정된 전압의 진동수가 1kHz, 1.25kHz, 1.5kHz, 1.75kHz, 2kHz, 2.25kHz, 2.5kHz, 2.75kHz, 3kHz, 3.25kHz, 3.5kHz, 3.75kHz 또는 4kHz인, 시스템.
  54. 제 28 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프의 유속이 0.125갤런/분, 0.25갤런/분, 0.375갤런/분, 0.5갤런/분, 0.625갤런/분, 0.75갤런/분, 0.875갤런/분, 1갤런/분, 1.125갤런/분, 1.25갤런/분, 1.375갤런/분, 1.5갤런/분, 1.625갤런/분, 1.75갤런/분, 1.875갤런/분 또는 2갤런/분인, 시스템.
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