KR102588003B1 - 배기 시스템을 위한 유체 처리 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

유체 물질을 처리하기 위한 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 어레이를 포함하는 배기 시스템이 설명된다. 상기 복수의 유체 처리 장치 각각은, 둘레 벽에 의해 형성된 반응기 챔버; 처리될 유체 물질의 외부 공급으로부터 상기 반응기 챔버로 유체 연통을 제공하여 상기 유체 물질을 상기 반응기 챔버 내로 그리고 상기 반응기 챔버를 통과시키도록 구성된 유체 입구; 상기 반응기 챔버로부터 유체 연통을 제공하여 상기 유체 물질을 상기 반응기 챔버로부터 통과시키도록 구성된 유체 출구; 및 상기 반응기 챔버 내에 동작 가능하게 결합되고, 적어도 하나의 미리 결정된 파장의 전자기 복사선을 상기 반응기 챔버를 통과하는 유체 물질에 결합시키도록 구성된, 도파로 입력 포트 및 도파로 출력 포트를 갖는 적어도 하나의 전자기 복사선(EMR) 도파로를 포함하고; 상기 반응기 챔버의 상기 둘레 벽은, 상기 유체 입구로부터 수용된 상기 유체 물질이 상기 반응기 챔버를 통과하며 상기 유체 출구를 향해 연속적인 소용돌이 흐름으로 강제하도록 구성된다. 일 실시예에서 상기 배기 시스템은 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 상기 어레이를 동작 가능하게 수용하고 둘러싸도록 구성된, 적어도 하나의 배기 입구 포트 및 적어도 하나의 배기 출구 포트를 갖는 하우징, 및 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 상기 어레이의 적어도 하나의 외부 표면과 상기 하우징의 내부 표면 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공하기 위해, 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 상기 어레이의 적어도 외부 표면과 맞물리도록 구성된 적어도 하나의 유체 기밀 밀봉 부재를 더 포함한다.

Description

배기 시스템을 위한 유체 처리 장치 및 그 방법

본 발명은 일반적으로 유체 스트림을 처리하는 분야 및 유체 스트림의 특정 성분 물질의 레벨을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 물리적 및 화학적 공정의 유체 생성물에서, 특히 연소 공정의 연소 생성물에서 유해 성분 물질의 레벨을 감소시키는 것에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 연소 공정의 배기 가스로부터 원치 않는 배출량의 레벨을 더 감소시키기 위한 배기 장치와 같은 장치에 관한 것이다.

원치 않는 성분 물질을 포함하는 1차 생성물 또는 부산물로든지, 1차 생성물에 잠재적으로 유해한 것이든지, 또는 인간의 건강 또는 환경에 잠재적으로 유해한 것이든지 상관없이, 유체 출력을 생성하는 광범위한 물리적 및 화학적 산업 공정이 있다. 특히, 건강 또는 생물권에 잠재적으로 유해한 원치 않는 물질의 높은 레벨을 여전히 포함하는 부산물 유체를 환경으로 방출하는 원치 않는 가능성을 의식하는 일이 증가하고 있다.

특히, 일반적으로 대기로 배기되는 연소 연도 가스 스트림과 같은 부산물 가스 스트림에서 이러한 유해한 성분 물질의 레벨을 감소시키는 것이 바람직하다. 이러한 유해한 성분 물질은 종종 "배출물(emission)"이라고 지칭된다. 본 명세서에서는 이러한 문맥에서 그리고 다른 문맥에서 가스 스트림이라는 언급은 주로 가스이지만 스트림 내에서 동반되고 운반되는 증기 액적, 미립자 등을 포함할 수 있는 스트림을 포함한다는 것으로 이해된다. 본 명세서에서 가스 스트림에서 "배출물"이라는 언급은 가스 스트림의 가스상 성분뿐만 아니라 유체에 동반된 증기 액적, 미립자 등을 포함할 수 있다.

본 발명은 특히 "배출물"을 감소시키는 것에 관한 것으로, 열 생성기, 내연 엔진 등과 같은 연소 장치로부터 배기 연도 가스를 "정화"하는 것에 관한 것이다. 산업화된 세계는 광범위한 상황에서 일을 하기 위해 기계적 에너지를 제공할 수 있는 연소 엔진 주변으로 주로 진화했다. 그러나, 연소 엔진을 사용하는 것은 산업 생산량을 상당히 증가시켰지만, 확실히 해가 없는 것은 아니다. 예를 들어, 연소 엔진은 주로 원유의 정제에 의해 유도되며 이동 엔진(자동차, 선박, 비행기 등)을 위해 쉽게 운반할 수 있는 에너지 저장소를 제공하는 가솔린 및 디젤 연료(예를 들어, 탄화수소)와 같은 화석 연료에서 대부분 동작한다. 그러나, 이러한 엔진에서 연료의 연소는 완벽히 효율적인 것은 아니어서, 종래의 가스 및 디젤 연료를 사용하는 엔진은 과도한 연료 소비 및 낮은 엔진 효율을 나타낸다. 또한, 배기 연소 연도 가스에서 잠재적으로 유해한 배출물은 NO_x(질소 산화물), 미연소 HC(탄화수소), CO(일산화탄소), NO₂(이산화질소), NO(산화질소)와 같은 오염물 및 온실 가스를 대기로 배출하는 데 기여할 수 있다.

따라서, 이들 배출물을 감소시킬 수 있는 임의의 장치 또는 방법이 매우 바람직할 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 배기 연도 가스를 "정화"하고 "배출물"을 감소시키기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예(들)는 종래 기술의 상기 단점 중 하나 이상의 단점을 극복하는 것을 추구한다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, 배기 시스템으로서,

유체 물질을 처리하기 위한 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 어레이를 포함하고, 상기 유체 처리 장치 각각은,

반응기 챔버;

처리될 유체 물질의 외부 공급으로부터 상기 반응기 챔버로 유체 연통을 제공하여 상기 유체 물질을 상기 반응기 챔버 내로 그리고 상기 반응기 챔버를 통과시킬 수 있도록 구성된 유체 입구;

상기 반응기 챔버로부터 유체 연통을 제공하여 상기 유체 물질을 상기 반응기 챔버로부터 통과시키도록 구성된 유체 출구; 및

상기 반응기 챔버 내에 동작 가능하게 결합되고, 적어도 하나의 미리 결정된 파장의 전자기 복사선을 상기 반응기 챔버를 통과하는 유체 물질에 결합시키도록 구성된, 적어도 하나의 제1 도파로 입력 포트 및 적어도 하나의 제1 도파로 출력 포트를 갖는 적어도 하나의 전자기 복사선(EMR) 도파로를 포함하고;

상기 반응기 챔버의 상기 둘레 벽(perimeter wall)은, 상기 유체 입구로부터 수용된 상기 유체 물질이 상기 반응기 챔버를 통과하며 상기 유체 출구를 향해 연속적인 소용돌이 흐름으로 강제하도록 구성된, 상기 배기 시스템이 제공된다.

유리하게는 유체 물질을 처리하기 위한 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 어레이가 공통 하우징 내에 제공된다. 이 경우, 본 발명의 배기 시스템은,

복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 상기 어레이를 동작 가능하게 수용하고 둘러싸도록 구성된, 적어도 하나의 배기 입구 포트 및 적어도 하나의 배기 출구 포트를 갖는 하우징, 및

복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 상기 어레이의 적어도 하나의 외부 표면과 상기 하우징의 내부 표면 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공하기 위해, 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 상기 어레이의 적어도 외부 표면과 맞물리도록 구성된 적어도 하나의 유체 기밀 밀봉 부재를 더 포함한다.

상기 배기 시스템은, 하나 이상의 특정 성분 물질의 레벨을 제어하기 위해 다수의 성분 물질을 갖는 유체 물질을 처리하기 위한 유체 처리 장치로서, 제1항

반응기 챔버;

처리될 유체 물질의 외부 공급으로부터 상기 반응기 챔버로 유체 연통을 제공하여 상기 유체 물질을 상기 반응기 챔버 내로 그리고 상기 반응기 챔버를 통과시킬 수 있도록 구성된 유체 입구;

상기 반응기 챔버로부터 유체 연통을 제공하여 상기 유체 물질을 상기 반응기 챔버로부터 통과시킬 수 있도록 구성된 유체 출구; 및

상기 반응기 챔버 내에 동작 가능하게 결합되고, 미리 결정된 제1 파장의 전자기 복사선을 상기 반응기 챔버를 통과하는 유체 물질에 결합시키도록 구성된, 제1 도파로 입력 포트 및 제1 도파로 출력 포트를 갖는 적어도 하나의 제1 전자기 복사선(EMR) 도파로를 포함하는, 상기 유체 처리 장치의 원리에 기초하고 상기 유체 처리 장치를 구현한다.

상기 장치는 상기 반응기 용적을 가로질러 전자기 복사선의 미리 결정된 파장의 전자기 복사선의 "결합"이 반응기 용적을 통과하는 유체 스트림을 처리하기 위한 에너지 원을 제공할 수 있다는 장점을 제공한다. 전자기 복사선 파장 및 반응기 챔버의 치수 및 구성, 특히 이와 관련하여 제1 도파로 입력 포트 및 제1 도파로 출력 포트의 위치를 적절히 선택하면, 에너지가 유해한 성분 물질의 레벨을 제어, 수정 및 원하는 경우 감소시키는 방식으로 반응기 챔버 내에 형성된 반응 구역을 통과하는 유체 물질의 성분에 부여될 수 있다. 본 발명의 이 양태는 장치에 관한 것이지만 임의의 물리적 이론으로 제한되지 않고, 조건을 적절히 선택하는 것에 의해 "결합" 전자기 복사선은 유체 스트림으로부터 성분 재료를 분리하고 제거하는데 요구되는 것과 일치될 수 있는 것으로 고려된다.

연소 공정의 배기 가스로부터 원치 않는 배출물의 레벨을 더 감소시키기 위해 배기 가스 스트림에 장치를 적용하는 경우 연소로부터 임의의 잠재적인 배기 가스 배출량을 최소화하는 특정 장점이 예상된다. 본 발명의 장치는 기존의 연소 엔진에서, 예를 들어, 기존의 배기 시스템 내에서 배기 가스 배출물을 감소시키기 위한 구성 요소 또는 그 변형으로서 이용될 수 있다.

일반적인 실시예에서, 상기 반응기 챔버는 둘레 벽에 의해 형성될 수 있고, 상기 제1 도파로 입력 포트 및 제1 도파로 출력 포트는 상기 반응기 챔버 내에 형성된 반응기 용적을 가로질러 동작 가능하게 서로 결합되도록 상기 둘레 벽의 이격된 위치에 동작 가능하게 결합된다. 바람직하게는, 상기 반응기 챔버는 상기 유체 물질이 상기 반응기 챔버를 통과하며 상기 유체 입구로부터 상기 유체 출구를 향해 연속적인 소용돌이 흐름으로 강제하도록 구성될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 반응기 챔버의 상기 둘레 벽은 상기 유체 입구로부터 수용된 상기 유체 물질이 상기 반응기 챔버를 통과하며 상기 유체 출구를 향해 연속적인 소용돌이 흐름으로 강제하도록 구성될 수 있다. 이는 유체 물질이 반응기 챔버 내에 장기간 유지되어 EMR로부터 유체 물질로 더 많은 에너지가 결합될 수 있다는 장점을 제공한다.

이 실시예에서, 상기 제1 전자기 복사선(EMR) 도파로는 상기 반응기 챔버 내에 형성된 반응기 용적을 가로질러 이격된 제1 및 제2 부분, 상기 제1 도파로 입력 포트를 포함하는 제1 부분, 및 상기 제1 도파로 출력 포트를 포함하는 제2 부분을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 전자기 복사선(EMR) 도파로는 상기 반응기 챔버 내에 형성된 반응기 용적을 가로질러 동작 가능하게 결합되도록 상기 둘레 벽의 이격된 위치에 각각 제공되는 제1 및 제2 EMR 커플러를 포함한다.

유리하게는, 상기 제1 도파로 입력 포트 및 제1 도파로 출력 포트는 상기 반응기 챔버 내에 형성된 상기 반응기 용적의 전체 폭을 가로질러 동작 가능하게 결합되도록 상기 둘레 벽의 직경으로 대향하는 위치에 결합되게 제공된다. 따라서, 예를 들어 상기 제1 및 제2 EMR 커플러는 상기 둘레 벽의 직경으로 대향하는 위치에 위치된다.

유리하게는, 상기 적어도 하나의 제1 전자기 복사선(EMR) 도파로는 상기 미리 결정된 제1 파장의 전자기 복사선을 상기 반응기 챔버에 결합시키도록 구성된 광학 인터페이스를 포함한다.

유리하게는, 상기 광학 인터페이스는 상기 도파로 입력 포트에 동작 가능하게 결합된 제1 인터페이스 부재 및 상기 도파로 출력 포트에 동작 가능하게 결합된 제2 인터페이스 부재를 포함한다.

유리하게는, 상기 반응기 챔버는 둘레 벽에 의해 형성되고, 상기 제1 인터페이스 부재 및 상기 제2 인터페이스 부재는 미리 결정된 제1 파장의 전자기 복사선에 적어도 부분적으로 투명하도록 구성된 상기 벽의 부분을 포함한다.

상기 제1 인터페이스 부재 및 상기 제2 인터페이스 부재 각각은 예를 들어 상기 벽의 개구 부분이 미리 결정된 제1 파장의 전자기 복사선에 적어도 부분적으로 투명한 재료로 제조된 폐쇄 플러그를 갖는 것을 포함한다. 예를 들어, 각각의 인터페이스 부재는 상기 벽의 개구 부분에 유리 폐쇄 플러그가 제공된 것을 포함한다.

유리하게는, 상기 제1 전자기 복사선(EMR) 도파로는 상기 제1 도파로 입력 포트 및 상기 제1 인터페이스 부재에 동작 가능하게 결합된 제1 EMR 커플러, 및 상기 제1 도파로 출력 포트 및 상기 제2 인터페이스 부재에 동작 가능하게 결합된 제2 EMR 커플러를 포함한다.

전자기 복사선 파장 및 반응기 챔버의 구성을 포함하는 파라미터를 적절히 선택하면, 전자기 복사선은 사용 시에 유해한 성분 물질의 레벨을 제어, 수정 및 원하는 경우 감소시키는 방식으로 반응기 챔버 내에 형성된 반응 구역을 통과하는 유체 물질의 성분에 결합될 수 있다.

바람직한 경우에, 반응기 챔버를 가로질러, 예를 들어, 제1 도파로 입력 포트와 제1 도파로 출력 포트의 각각의 결합 위치 사이에 형성된 반응 구역을 가로질러 정재파를 생성하도록, 상기 장치가 구성되고, 상기 미리 결정된 제1 전자기 복사선 파장이 선택된다.

예를 들어, 형성된 반응 구역을 가로질러 사용 시에 정재파가 생성되도록, 상기 반응기 챔버가 구성되고 상기 제1 도파로 입력 포트 및 제1 도파로 출력 포트가 위치되고, 상기 미리 결정된 제1 전자기 복사선 파장이 선택된다.

바람직하게는, 상기 미리 결정된 제1 파장은 300㎓ 내지 300㎒(마이크로파)의 각각의 주파수 스펙트럼에서 1㎜ 내지 1 미터이다. 보다 바람직하게는 상기 미리 결정된 제1 파장은 100㎓ 내지 500㎒의 각각의 주파수 스펙트럼에서 3㎜ 내지 0.6 미터이다.

사용 시, 처리될 유체 물질은 유체 입구로 공급된다.

보다 완전하게는, 상기 장치는 처리될 유체 물질이 상기 반응기 챔버로 공급될 수 있도록 상기 유체 입구에 유체 이동 가능하게 결합된 유체 물질 공급원을 포함한다.

상기 장치는 유체 물질이 상기 반응기 챔버로부터 상기 반응기 챔버를 통과하여 상기 반응기 챔버로부터 멀어지게 이송될 수 있도록 상기 유체 출구에 유체 이동 가능하게 결합된 유체 물질 방출 도관을 더 포함할 수 있다.

연소 배기 스트림을 처리하는 데 본 발명을 바람직하게 적용하는 경우, 상기 유체 물질 공급원은 연소 연도 가스 도관일 수 있고, 상기 유체 물질 방출 도관은 연소 연도 가스 배기 장치일 수 있고, 이에 따라 상기 반응기 챔버는 하나 이상의 성분 물질의 레벨을 수정 또는 제어하기 위해 구성 요소로서 또는 그 변형으로서 상기 연소 연도 가스 흐름 내에 배치된다.

예를 들어, 배출량을 감소시키기 위해 연소 엔진으로부터의 배기 가스를 처리하는 데 본 발명을 특히 바람직하게 적용하는 경우, 상기 반응기 챔버는 배기 가스 배출량을 감소시키기 위해 연소 엔진의 배기 시스템 내에 그 구성 요소 또는 그 변형으로서 배치될 수 있다. 연소 엔진의 배기 시스템의 기존 설계에 본 발명의 원리를 구현하는 반응기 챔버를 포함하면 배출량을 감소시키는 장점을 제공할 수 있고, 다른 구성 요소를 수정하거나 없앨 수 있어서 복잡성/비용을 감소시킬 수 있다.

유리하게는, 처리될 유체 물질은 상승된 온도에 있을 수 있다. 유리하게는 많은 응용에서, 유체 물질은 이미 상승된 온도에 있는 연소 공정과 같은 산업 공정의 생성물일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로 가열 장치가 제공될 수 있다.

이 경우, 본 발명의 배기 시스템에 통합된 장치는,

처리될 유체 물질이 상기 반응기 챔버로 공급될 수 있도록 상기 유체 입구에 유체 이동 가능하게 결합된 유체 물질 공급원; 및

상기 유체 물질 공급원과 상기 반응기 챔버 사이에 유체 이동 가능하게 결합되고, 상기 유체 물질에 에너지를 전달하여 미리 결정된 온도의 상기 유체 물질을 상기 반응기 챔버 내로 공급하도록 구성된 히터 조립체를 더 포함한다.

유리하게는, 상기 미리 결정된 온도는 300℃보다 더 클 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 미리 결정된 온도는 500℃보다 더 클 수 있다. 더욱 더 바람직하게는, 상기 미리 결정된 온도는 600℃보다 더 클 수 있다.

유리하게는, 상기 적어도 하나의 제1 전자기 복사선(EMR) 도파로는 낮은 벌크 저항률을 갖는 재료로 제조될 수 있다. 유리하게는, 적어도 하나의 제1 전자기 복사선(EMR) 도파로는 금속 재료로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 금속 재료는 알루미늄, 구리, 은 및 금, 및 이들과 다른 금속 원소의 합금으로부터 선택될 수 있다. 가능한 재료는 황동이다.

유리하게는, 상기 유체 처리 장치는, 상기 도파로 입력 포트에 동작 가능하게 결합되고, 미리 결정된 제1 파장의 전자기 복사선(EMR)을 생성하기 위한 전자기 복사선(EMR) 생성기를 더 포함한다.

유리하게는, 상기 EMR 생성기는 상기 제1 전자기 복사선(EMR) 도파로의 제1 도파로 입력 포트에 동작 가능하게 결합 가능한 입력 전송 라인, 및 상기 제1 전자기 복사선(EMR) 도파로의 제1 도파로 출력 포트에 동작 가능하게 결합 가능한 출력 전송 라인을 더 포함할 수 있고, 상기 마이크로파 생성기, 상기 입력 전송 라인 및 상기 출력 전송 라인은 상기 제1 전자기 복사선(EMR) 도파로와 폐 루프 EMR 회로를 형성하도록 구성된다. 제1 도파로 입력 및 출력 포트 중 임의의 것은 일 수 있다.

유리하게는, 상기 EMR 생성기는 마이크로파 생성기일 수 있고, 상기 생성된 전자기 복사선은 300㎓ 내지 300㎒(마이크로파)의 각각의 주파수 스펙트럼에서 1㎜ 내지 1 미터의 파장을 갖고, 더욱 바람직하게는 상기 생성된 전자기 복사선은 100㎓ 내지 500㎒의 각 주파수 스펙트럼에서 3㎜ 및 0.6 미터의 파장을 가진다.

바람직하게는, 상기 마이크로파 생성기는 클라이스트론, 자이로트론, 마그네트론 및 솔리드-스테이트(solid-state) 전자 소스 중 임의의 것일 수 있다.

유리하게는, 상기 전자기 복사선(EMR) 생성기는 상기 전자기 복사선(EMR)과 상기 유체 물질 사이의 결합을 최적화하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 전자기 복사선(EMR)과 상기 유체 물질 사이의 상기 결합은 미리 결정된 제어 알고리즘을 이용하여 자동으로 최적화될 수 있다. 유리하게는, 상기 유체 입구는 상기 유체 물질의 초기 유체 압력을 상기 유체 입구를 통과할 때 미리 결정된 제1 유체 압력으로 변경하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 미리 결정된 제1 유체 압력은 상기 초기 유체 압력보다 더 클 수 있다.

유리하게는, 상기 유체 출구는 상기 유체 물질의 챔버 유체 압력을 상기 유체 출구를 통과할 때 미리 결정된 제2 유체 압력으로 변경하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 미리 결정된 제2 유체 압력은 상기 챔버 유체 압력보다 더 클 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 제1 미리 결정된 유체 압력은 상기 제2 미리 결정된 압력보다 더 클 수 있다.

따라서, 감소된 포트인 입구는 가압된 흐름을 생성하고, 또한 감소된 포트인 출구는 가스 팽창 효과의 줄-톰슨 효과(Joule-Thomson effect)로 보조되는 마이크로파 장(microwave field) 근처에 압력 및 스핀 효과를 유지하는 것을 도와준다. 반응기 챔버 내 유체의 압력 및 스핀이 가장 중요하다. 더욱이, 마이크로파 장의 강도는 흐름, 용적, 압력 및 온도에 대하여 유지되고 측정될 수 있으며, 각 파라미터는 원하는 ARCS 효과를 달성하는 역할을 한다.

본 발명의 바람직한 실시예(들)는 종래 기술의 상기 단점 중 하나 이상의 단점을 극복하는 것을 추구한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 유체 물질을 처리하는 방법으로서,

복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 어레이를 포함하는 본 발명의 전술한 실시예에 따른 배기 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치 각각은 상기 유체 물질의 공급이 반응기 챔버 내로 그리고 상기 반응기 챔버를 통과하도록 구성된 상기 반응기 챔버를 제공하는, 상기 배기 시스템을 제공하는 단계;

상기 반응기 챔버 내에 동작 가능하게 결합되고, 상기 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치 중 임의의 장치의 상기 반응기 챔버를 통과하는 유체 물질에 미리 결정된 제1 파장의 전자기 복사선을 결합시키도록 구성된, 제1 도파로 입력 포트 및 제1 도파로 출력 포트를 갖는, 적어도 하나의 전자기 복사선(EMR) 도파로를 제공하는 단계;

유체 물질이 상기 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치 중 임의의 장치의 상기 반응기 챔버 내로 그리고 상기 반응기 챔버를 통과하게 하는 단계; 및

전자기 복사선이 상기 적어도 하나의 제1 전자기 복사선(EMR) 도파로를 통과하여 상기 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치 중 임의의 장치의 상기 반응기 챔버를 가로질러 결합하게 하는 단계를 포함하는, 유체 물질을 처리하는 방법이 제공된다.

따라서, 상기 방법은 처리될 유체 물질이 통과할 때 반응기 챔버에 형성된 반응 구역을 가로질러 EMR 복사선을 결합시킨다. 장치와 관련하여 설명된 바와 같이, 이것은 반응 구역을 통과하는 유체 스트림을 처리하기 위한 에너지 원을 제공할 수 있다. 전자기 복사선의 파장 및 반응기 챔버의 치수 및 구성을 적절히 선택하면, 에너지가 유해한 성분 물질의 레벨을 제어, 수정 및 원하는 경우 감소시키는 방식으로 반응기 챔버 내에 형성된 반응 구역을 통과하는 유체 물질의 성분에 부여될 수 있다.

유체 물질은 예를 들어 하나 이상의 특정 성분 물질의 레벨을 제어하기 위해 다수의 성분 물질을 갖는다. 연소 공정의 배기 가스로부터 원치 않는 배출량의 레벨을 더 감소시키기 위해 배기 가스 스트림에 상기 방법을 적용하는 경우 연소로부터 임의의 잠재적인 배기 가스 배출량을 최소화시키는 특정 장점이 예상된다. 상기 방법은 기존의 연소 엔진에서, 예를 들어, 기존의 배기 시스템 내에서 배기 가스 배출량을 감소시키기 위해 이용될 수 있다.

상기 방법은 특히 본 발명의 제1 실시예의 원리를 구현하는 장치를 동작시키는 방법이고, 바람직한 방법 단계는 유사하게 이해될 수 있을 것이다.

특히, 상기 방법은, 상기 반응기 챔버 내에 형성된 반응기 용적을 가로질러 동작 가능하게 서로 결합되도록 상기 제1 도파로 입력 포트와 제1 도파로 출력 포트를 상기 반응기 챔버의 둘레 벽의 이격된 위치에 동작 가능하게 결합시킴으로써 상기 반응기 챔버 내에 제1 도파로 입력 포트와 제1 도파로 출력 포트를 동작 가능하게 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.

특히, 상기 방법은 예를 들어 광학 인터페이스에 의해 상기 반응기 챔버 내에 제1 도파로 입력 포트와 제1 도파로 출력 포트를 동작 가능하게 결합시키는 단계를 포함하고, 상기 제1 인터페이스 부재 및 상기 제2 인터페이스 부재는 미리 결정된 제1 파장의 전자기 복사선에 적어도 부분적으로 투명하도록 구성된 상기 벽의 부분을 포함한다.

바람직하게는, 상기 방법은 상기 반응기 챔버를 가로질러 정재파를 생성하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 미리 결정된 제1 파장은 300㎓ 내지 300㎒(마이크로파)의 각각의 주파수 스펙트럼에서 1㎜ 내지 1 미터이다.

본 발명의 바람직한 실시예는 이제 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 제한하는 의미가 아니라 단지 예시하는 의미로서 설명될 것이다.
도 1은 내연 엔진의 배기 시스템에 사용하기에 적합한 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 단면도;
도 2는 차량 배기 가스 배출량을 제어하는 데 적용될 때 본 발명의 원리를 테스트하기 위한 테스트 시스템의 개략도;
도 3 내지 도 10은 이러한 테스트의 결과를 도시하는 그래프;
도 11은 배기 장치 내에서 마이크로파 성능의 테스트 설정을 도시하는 도면;
도 12는 본 발명의 (a) 도파로(직경 15㎜) 및 (b) ARCS 디바이스(도파로 직경 15㎜)를 포함하는 배기 장치 내에서 에너지 장의 분포를 도시하는 도면;
도 13은 예시적인 배기 장치를 도시하는 여러 도면 (a), (b) 및 (c);
도 14는 운모 디스크(mica disc)를 사용하여 ARCS 반응기 챔버를 각각의 도파로에 결합시키는 모듈식 ARCS 디바이스의 예시적인 실시예를 도시하는 (a) 정면도, (b) 측면도 및 (c) 반투명 사시도;
도 15는 배기 장치 내에 설치되기에 적합한 블록 부재에 설치된 도파로에 동작 가능하게 결합된 ARCS 디바이스 반응기 챔버를 도시하는 (a) 반투명 평면도, (b) 반투명 측면도 및 (c) 반투명 사시도;
도 16은 도 15에 도시된 블록 부재를 포함하는 예시적인 배기 장치의 사시도;
도 17은 10개의 동작 가능하게 결합 가능한 ARCS 모듈, 2개의 단부 판 및 중심 막대(rod)를 포함하는 ARCS 모듈 챔버 조립체를 도시하는 도면;
도 18은 도 17에 도시된 ARCS 모듈 챔버 조립체의 분해된 ARCS 모듈 및 2 개의 단부 판을 도시하는 도면;
도 19는 단일 재료 블록으로 제조된, 도 17에 도시된 ARCS 모듈의 대안적인 실시예를 도시하는 도면;
도 20은 예시적인 플러그 및 예시적인 운모 디스크뿐만 아니라 중심 막대를 더 보여주는, 도 19의 ARCS 모듈을 도시하는 분해도;
도 21은 플랜지가 배기 장치의 중간 부분에 용접된 (도파로 출구 포트가 없는) 본 발명의 대안적인 실시예를 도시하는 (a) 부분 사시도, (b) 평면도 및 (c) 분해도;
도 22는 사용 동안 직접 T자형 급전부(feed)를 갖는 배기 장치 내의 전기장 분포를 도시하는 도면;
도 23은 입구 포트와 출구 포트 사이의 유체 흐름을 보여주는, ARCS의 일 실시예를 포함하는 예시적인 배기 장치의 반응기 챔버의 단순화된 개략도;
도 24는 배기 시스템에 통합되기에 적합한 유체 처리 장치의 예시적인 실시예 및 그 특정 치수를 도시하는 도면;
도 25는 11개의 챔버를 갖는 예시적인 ARCS 블록을 도시하는 도면;
도 26은 미리 결정된 길이의 어레이로 조립되기에 적합한 예시적인 모듈식 세그먼트의 개략도 및 이미지를 도시하는 도면;
도 27은 2개의 서로 다른 ARCS 어레이, 10개의 챔버를 포함하는 단일 블록, 및 10개의 모듈식 세그먼트로부터 조립된 블록의 이미지를 도시하는 도면;
도 28은 배기 시스템(ARCS 블록은 도시되지 않음)에 제공된 도파로(확장 발사기(extended launcher)라고도 함)를 도시하는 도면;
도 29는 예시적인 운모 디스크를 도시하는 도면;
도 30은 마이크로파 생성기의 예시적인 실시예의 이미지를 도시하는 도면;
도 31 내지 도 44는 ARCS 블록을 포함하는 배기 시스템을 조립하는 동안 개별 단계를 보여주는 이미지를 도시하는 도면; 및
도 45 내지 도 51은 ARCS 블록 설계를 조립하는 데 필요한 개별 부품의 특정 예시적인 실시예를 도시하는 개략도.

본 발명의 원리의 특히 바람직한 적용은 예를 들어 연소 엔진의 배기 스트림의 배기 연소 생성물을 "정화"하는 것에 관한 것이다. 도 1은 내연 엔진의 배기 시스템에 사용하기에 적합한 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 단면도를 도시한다.

본 발명의 예시적인 적용에 따르면, 배기 출력 경로 내에 장치(100)를 제공함으로써 배기 연도 가스를 "정화"할 수 있다(즉, NO_X, CO 등과 같은 유해한 배기 가스를 감소시킬 수 있다). 예를 들어, 장치(100)는 배기 가스로부터 유해 성분을 감소시키거나 심지어 제거하기 위해 차량의 연소 엔진(예를 들어, 디젤 또는 가솔린)의 배기 장치에 제공될 수 있다.

장치(100)는 개방형 반응기 챔버(104)를 형성하는 볼록한 중심 부분(103)을 갖는 세장형 튜브(102) 형태의 주 몸체를 포함한다. 튜브의 두 단부는 각각, 바람직한 적용에서, 연소 엔진의 배기 튜브(도시되지 않음)와 유체 이동 가능하게 연통하고, 예를 들어, 배기 튜브에 포함될 수 있는 입구 및 출구를 형성한다. 이에 의해 처리될 배기 가스의 흐름은 사용 시 반응기 챔버(104) 내로 그리고 반응기 챔버를 통해 연속적으로 유지될 수 있다. 일반적으로 본 발명이 효과적으로 기능하기 위해 배기 가스는 상승된 온도에 있는 것이 바람직하고 이에 따라 입구 단부는 바람직하게는 배기 매니폴드의 하류 인근에 위치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 히터(도시되지 않음)가 입구의 상류에 제공될 수 있다.

EMR 도파로 시스템은 반응기 챔버(104)를 가로질러 미리 결정된 파장의 마이크로파 전자기 복사선을 결합시키기 위해 제공된다. 이것은 반응기 챔버(104)를 형성하는 볼록한 벽(103)의 가장 넓은 부분의 직경으로 대향하는 측에 각각 위치된 제1 및 제2 EMR 커플러(120, 122)를 포함한다. 제1 및 제2 EMR 커플러(120, 122)는 둘러싸는 생성기 조립체(110)로서 함께 연관된 일반적으로 조밀하게 도시된 입력 전송 라인 및 출력 전송 라인을 통해 마이크로파 생성기(예를 들어, 0 내지 100W 입력, 2.45㎓) 및 전력원과 결합된 도파로 입력 포트 및 도파로 출력 포트를 각각 형성한다. 제1 및 제2 EMR 커플러(120, 122)는 볼록한 벽(103)의 개구 내로 들어가 개구를 기밀 밀봉하는 유리 플러그 형태의 제1 및 제2 광학 인터페이스(124, 126)에 각각 결합된다.

이에 따라, 배열체는, EMR 도파로를 형성하고 반응기 챔버(104) 내 공동을 가로질러 EMR 복사선을 동작 가능하게 결합시켜, EMR 복사선을 반응기 챔버를 통과하는 배기 가스에 결합시키는 각각의 EMR 커플러(120, 122)에 입력 전송 라인 및 출력 전송 라인을 통해 연결된 마이크로파 생성기와 폐 루프 EMR 회로를 형성한다. 제1 광 인터페이스와 제2 광 인터페이스 사이의 반응기 챔버(104) 내에 정재파(W)가 생성될 수 있다.

사용 시, 처리될 배기 가스가 통과할 때 반응기 챔버(104) 내에 형성된 반응 구역을 가로질러 EMR 복사선을 결합시키는 것이 가능하다. 에너지가 배출량의 레벨을 감소시키는 방식으로 반응 구역을 통과하는 배기 가스 스트림의 성분에 부여될 수 있다.

장치(100)에 의해 "정화된" 후에, 배기 가스는 더 높은 산소 백분율을 포함할 수 있어서, "정화된" 가스는 연소 엔진 내로 재순환되어 엔진의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 대안적으로, 배기 가스는 종래의 방식으로 대기로 배기될 수 있다.

테스트는 차량의 배출량을 감소시키는 디바이스로서, 아래에서 두문자어 ARCS라고 지칭하는 프로토타입 디바이스에 의해 수행되었다.

요약하면, 테스트는 완전히 예열된 디젤 차량으로부터 배기 가스를 ARCS 디바이스를 통과시켜 전용 작업장 5가지 가스의 배기 가스 배출량 분석기를 사용하여 엔진 공회전(idle) 동안 데이터를 로깅(logging)하는 것을 포함한다. ARCS 디바이스가 활성인 상태 및 비활성인 상태에서 데이터 로그(data log)를 수집하였다. ARCS 디바이스는 1W 내지 100W의 조정 가능한 입력 전력 범위를 갖는다. 현재 연구에서 입력 전력은 45W로 제한되었다.

배기 가스 배출량은 사익스 피카반트(Sykes Pickavant) 5가지 배기 가스 배출량 분석기를 사용하여 분석되었다. 분석된 5가지 가스는 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO₂), 산소(O₂), 탄화수소(HC) 및 일산화질소(NO)이다.

듀얼 차량 배기 장치로부터의 배기 가스는 약 3.3m 길이의 2개의 가요성 배기 호스를 통해 덕트로 연결되고, 이후 이들 호스는 플라스틱 Y 피스를 사용하여 단일 호스로 결합되었다. 약 1.8m의 추가 호스가 Y 피스를 ARCS 디바이스에 연결했다. ARCS 하드웨어는 주로 연료 개질기 응용에 사용하도록 설계되었기 때문에 배기 호스들을 ARCS 디바이스에 결합시키기 위해 많은 어댑터가 필요했다. ARCS 디바이스를 통과한 후, 배기 가스는 배기 가스 분석기 탐침이 삽입된 깊이인 대략 0.88m 길이의 수직으로 장착된 투명한 플라스틱 스택 파이프로 배출되었다. 분석기 탐침은 약 5m의 투명한 호스로 분석기에 연결되었다. ARCS 디바이스까지 호스의 개략도는 도 2에 도시되어 있다.

테스트 순서가 시작될 때 차량이 시동되고 공회전을 하며 엔진 및 배기 가스 후처리 시스템이 정상 동작 온도로 예열되도록 한다. ARCS 온(on) 상태 및 ARCS 오프(off) 상태에서 테스트가 하나의 연속적인 차량 공회전 동안 순차적으로 수행되었다.

2가지 테스트가 수행되었는데, 하나의 테스트는 ARCS 디바이스가 활성인 상태에서 수행되었고, 다른 테스트는 ARCS 디바이스가 비활성인 상태에서 수행되었다. 각각의 테스트에 앞서 배기 가스 분석기 영점 점검 절차가 수행되었다. 이 절차에는 테스트 설치로부터 탐침을 제거하고 작업장 환경 외부의 신선한 공기를 샘플링하는 것이 포함된다. 60초 동안 신선한 공기를 샘플링한 후 CO, HC, CO₂ 및 NO 판독 값의 영점을 맞추고 산소 판독 값을 20.9%로 설정한다.

ARCS 온 상태에서 테스트를 설정하는 동안 차량 배기 장치가 분리되어 작업장 외부로 덕트로 연결되었으며, 차량은 공회전 상태로 유지되었다. 테스트 시작 시 분석기 데이터 로그가 시작되었고 배기 장치가 다시 연결되었다. 분석기가 배기 가스 배출량을 등록할 수 있도록 적절한 지연 후에 ARCS 디바이스가 스위칭온되었다. 테스트가 끝날 무렵 ARCS 디바이스가 스위칭오프되고 배기 가스 배출량의 변화가 로깅되었다. ARCS 오프 상태에서 테스트하는 경우, 분석기 배기 가스 샘플 탐침을 Y 피스 이후 배기 덕트에 놓고 배기 가스를 작업장 외부로 덕트로 연결하였다. 모든 배출량 데이터는 1s 샘플 속도로 수집되었다.

ARCS 오프 상태에서 테스트한 결과는 다음 수치로 요약된다:

도 3: CO₂ 배출량 ARCS 오프 상태

도 4: O₂ 배출량 ARCS 오프 상태

도 5: CO 배출량 ARCS 오프 상태

도 6: NO 배출량 ARCS 오프 상태

분석기는 샘플 3에서 배기 장치로 도입되었다. 20초 동안 분석기 응답 지연을 허용하여 샘플 23 내지 샘플 418에서 각각의 배출량 성분에 대한 평균값을 계산할 수 있다. 이들 평균값은 표 1에 제시된다.

표 1: ARCS 오프 상태에서 평균 배출량

성분 평균(샘플 23 내지 418):

CO₂% 1.72

O₂% 18.26

CO% 0.018

NO ppm 126.53

ARCS 온 상태에서 테스트한 결과는 다음 수치로 요약된다:

도 7: CO₂ 배출량 ARCS 온 상태

도 8: O₂ 배출량 ARCS 온 상태

도 9: CO 배출량 ARCS 온 상태

도 10: NO 배출량 ARCS 온 상태

ARCS 디바이스는 샘플 65에서 스위칭온되고 샘플 311에서 스위칭오프되었다. 20초 동안 분석기 응답 지연을 허용하여 샘플 85 내지 샘플 310에서 각 배출량 성분에 대한 평균값을 계산할 수 있다. 이들 평균값은 표 2에 제시된다.

표 2: ARCS 온 상태에서 평균 배출량

성분 평균(샘플 85 내지 310)

CO₂% 0.65

O₂% 18.35

CO% 0.040

NO ppm 124.15

ARCS 오프 상태와 ARCS 온 상태에서 평균 배출량을 비교하면 ARCS 온 상태에서 CO₂ 배출량이 감소하고 CO 배출량이 증가한 것을 볼 수 있다. CO₂ 배출량의 감소는 약 62%이고, CO 배출량의 증가는 약 222%이다. O₂와 NO 배출량은 ARCS 오프 상태와 ARCS 온 상태에서 한 테스트 사이에 유사하다.

CO₂ 배출량을 도시하는 도 4: ARCS 오프 상태에서 CO₂ 배출량 및 도 8: ARCS 온 상태에서 CO₂ 배출량을 검사하면, ARCS 온 상태에서 평균 배출량의 감소는 변동성의 증가와 연관되어 있다는 것을 보여준다.

CO 배출량을 도시하는 도 6: ARCS 오프 상태에서 CO 배출량 및 도 10: ARCS 온 상태에서 CO 배출량을 검사하면, ARCS 온 상태에서 평균 배출량의 증가는 변동성의 증가와 연관되어 있다는 것을 보여준다.

테스트 결과, 45W의 중간 전력 레벨에서 동작할 때 ARCS 디바이스는 전용 작업장 5가지 배기 가스 배출량 분석기로 검출된 차량 배기 가스 배출량의 조성을 변경시킬 수 있는 능력을 가지고 있다는 것을 보여준다. CO₂ 배출량의 62% 감소와 CO 배출량의 222% 증가가 관찰되었다. 상황에 따라 CO 배출량을 늘리기 위해 가솔린 엔진 차량은 영국 MOT 테스트 동안 공회전 CO 배출량 테스트를 받는다. 정상 공회전 상태에서 CO 배출량은 0.3% 미만이어야 한다. CO 배출량이 증가하더라도 공회전 CO 배출량이 본질적으로 낮은 디젤 엔진 차량에서 테스트 작업을 수행하였기 때문에 수치는 여전히 가솔린 한계보다 훨씬 낮다.

다른 예에서, 장치(100)의 원리를 구현하는 장치의 어레이 조립체는 연도 가스를 "정화"하기 위해 발전소의 연도 가스 스택에 제공될 수 있다. 특히, 어레이 조립체는 연도 가스 스택의 굴뚝에 맞도록 구성된 조립체를 형성하도록 배열된 본 발명의 장치(100)의 복수의 반응기 유닛으로 이루어질 수 있으며, 병렬로 배열된 복수의 반응기 유닛은 장치(100)를 활성화시키기 위해 하나의 단일 EMR 소스 또는 복수의 EMR 소스에 동작 가능하게 결합된다.

배기 장치 설계(들)에 ARCS의 실시예(들)의 구현예(들)의 실시예(들):

본 발명의 장치(100)의 일 실시예를 사용할 때, 전력 밀도, 장의 강도, 가스 팽창, 가스 재순환(스핀 효과) 압력, 및 온도는 (ARCS 반응기 챔버(104)를 통과하는 유체 물질 및 이 유체 물질에 결합된 마이크로파 에너지에 적합한) 미리 결정된 사양에 따라 유지되는 것이 중요하다. 또한 장치(100)의 반응기 챔버(104)는 필요한 유체 흐름과 압력을 제공하도록 설계되어야 한다. 유체 입구 포트 및 유체 출구 포트뿐만 아니라 반응기 챔버의 내부 벽은, 유체 입구 포트를 통해 유입되는 유체 물질을 반응기 챔버(104)를 통과할 때 연속적인 스핀 또는 루프(소용돌이 흐름)로 강제하여, 유체 물질이 유체 출구 포트를 통해 유체 챔버(104)를 빠져나가기 전에 에너지 장 내에 유체 물질이 존재하는 시간을 최대화되도록 형성된다. 유체 입구 포트 및 유체 출구 포트는 모두 유체 물질이 통과할 때 유체 압력을 증가시키도록 구성되고, 여기서 입구 포트에 의해 부여된 유체 압력은 출구 포트에 의해 부여된 유체 압력보다 더 높아서, 유체 입구 포트로부터 유체 출구 포트로 양의 가스 흐름을 유지한다. 또한, 가압된 유체 물질이 반응기 챔버(104)로 유입될 때, 유체의 갑작스러운 팽창으로 인해 유체 물질이 냉각될 수 있다(줄-톰슨 효과).

반응기 챔버의 예시적인 실시예는 도 23에 도시되어 있다. 여기서, 가능한 유체 흐름은 도파로(즉, 발사기) 주위를 순환하는 (소용돌이하는) 화살표로 표시된다. 그러나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 유체가 챔버를 나가기 전에 유입 유체를 스핀 또는 소용돌이 흐름으로 강제하기에 적합한 임의의 다른 반응기 챔버(즉, 내부 벽의 설계)를 사용할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

하나의 예시적인 실시예에서, 본 발명의 장치(100)는 배기 장치(200) 내에서 동작 가능하게 구현된다. 장치(100)에 의해 제공되는 장점을 입증하기 위해, 수분이 마이크로파 성능에 영향을 미칠 수 있는 방식을 보여주기 위해 배기 장치가 먼저 테스트된다. 도 11에 도시된 예시적인 테스트에서, 가스 측정 판독값의 변화는 관찰되지 않았다. 전달된 전력은 100W였다.

이제 도 12를 참조하면, (a) 배기 도파로(202)(15㎜) 및 (b) ARCS 도파로에서 에너지 장의 분포가 비교된다. 도시된 예에서, ARCS 도파로 전력 대 용적 비율은 배기 장치에 비해 50배 내지 100배 더 크다.

(i) 모듈식 ARCS 조립체:

장치(300)의 모듈식 설계가 사용되는 경우, 운모 플러그(302)는 상호 연결 플러그가 되고 이에 의해 또한 하나의 도파로(304)가 모든 모듈을 연결하는 데 사용될 수 있다. 이것은 제조 비용을 절감하는 데 도움을 줄 수 있고 또한 낮은 에너지 소비 유닛을 유지한다. 이러한 모듈식 유닛(300)의 일례는 도 14에 도시되어 있다.

도 15는 단일 모듈식 장치(300)(반응기 챔버 유닛만)가 배기 장치(200) 내에 끼워지도록 적합한 블록(306) 내에 설치된 도파로(304)에 동작 가능하게 결합된 일 실시예를 도시한다. 배기 장치(200) 내의 조립체는 도 16에 도시되어 있다.

10개의 상호 연결된 모듈식 장치(402)로 구성된 조립체(400)가 도 17에 도시되어 있다. 2개의 단부 판(404)이 조립체(400)의 각 단부에 제공된다. 상호 연결된 모듈식 장치(402)의 각각의 구멍을 통해 적절한 도파로(406)가 삽입되도록 제공된다. 각각의 플러그(408)는 유체 입구 포트 및 유체 출구 포트로 동작하는 데 사용된다. 도 18은 상호 연결 가능한 모듈식 장치(402)와 각각의 단부 판(404)의 단일 유닛의 예시적인 실시예를 도시한다. 사용 시, 조립체(400)는 블록(306) 내에 제공되고, 이후 배기 장치(200) 내에 설치된다.

(ii) 단일 피스 ARCS 모듈:

도 19 및 도 20은 복수의 장치(502)를 포함하는 모듈(500)의 예시적인 실시예를 도시한다. 모듈은 전체 조립 강도 및 사용 용이성을 향상시키기 위해 단일 피스의 재료(예를 들어, 금속)로 제조된다. 도 20에 도시된 바와 같이, 운모 디스크(504)가 모듈(500)로 가공된 각각의 슬롯(506)을 통해 도입된다. 각각의 반응기 챔버의 유체 입구 및 유체 출구에 각각의 플러그(508)가 나사 결합되고, 중심 도파로(510)가 모듈(500)의 전체 길이를 통과한다.

또 다른 실시예에서, 도파로는 적절한 플랜지 부분(600)(도 21 참조)에 의해 제공되는 T자형 급전부(도 22 참조)를 통해 제공될 수 있다. 플랜지 부분(600)은 배기 장치(200)에 용접될 수 있다. 배기 장치(200) 내로 T자형 급전부에 의해 제공되는 일반적인 에너지 장의 분포는 도 22에 도시되어 있다.

(iii) 배기 시스템(예를 들어, 자동차 배기 장치)에 대한 조립 및 튜닝의 특정 예:

테스트를 위해 2.45㎓ 마이크로파 생성기가 10W 내지 100W로 설정된다. 테스트 동안 사용되는 공통 설정은 25W 내지 45W일 수 있지만 100W일 수도 있다. 50옴(Ohm)의 마이크로파 동축 케이블은 마이크로파 생성기를 배기 장치의 외부 케이싱 내부의 ARCS 유닛에 연결한다. 마이크로파 케이블 내에서 일부 에너지(예를 들어, 1.3dB)가 손실될 수 있다. 이것은 테스트에서 예상되고 고려된다.

조립 및 테스트 동안 마이크로파 케이블은 케이블이 손상되거나 과도하게 굴곡되거나 꼬이는 일이 발생하지 않도록 주의해서 배선되어야 한다. 이 케이블은 최소 굴곡 반경을 갖게 지정된다. 케이블을 올바르게 취급하지 않을 경우 케이블 길이가 일치하지 않아 국부 지점에서 케이블로 에너지가 소실될 수 있다. 이에 의해 케이블이 손상되고, ARCS 유닛으로 전력 전달이 감소하여, ARCS 유닛이 올바르게 동작하지 못하게 저지하거나 영향을 미칠 수 있다.

케이블 손상은 생성기에 디스플레이된 반사된 마이크로파 전력의 값을 사용하여 결정될 수 있다. 낮은 반사 전력(예를 들어, <10W)은 에너지가 ARCS 유닛으로 올바르게 들어가고 있다는 것을 나타낸다. 높은 반사 전력은 케이블이 손상되었을 수 있다는 것을 의미한다.

전술한 바와 같이, ARCS 유닛은 복수의 ARCS 챔버로 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구현을 위한 ARCS 챔버의 특정 치수가 아래에 제공된다. 또한, 확장 발사기(도파로) 및 운모 디스크의 크기 및 형상이 제공된다. 운모 디스크의 목적은 유체가 ARCS 유닛 내부의 인접한 ARCS 챔버들 사이를 통과하지 못하게 하는 것이다. 확장 발사기(즉, 도파로)는 본 발명에서 ARCS 챔버 내로 마이크로파 에너지를 도입하기 위한 수단으로서 설명된다.

ARCS 챔버의 특정 치수는 도 24에 제시되어 있는데, 즉

챔버 반경은 5㎜이다

챔버 길이는 30㎜이다

가스 입구와 출구 반경은 0.5㎜이다

가스 입구 및 출구는 가스가 각 ARCS 챔버에 출입할 수 있게 하는 수단이다. 챔버 반경 대 입구/출구 반경의 바람직한 비율은 10:1일 수 있다.

도 25는 11개의 ARCS 챔버로 구성된 ARCS 블록의 예시적인 실시예를 도시한다. 이 예시적인 실시예에서, ARCS 블록은 단일 금속 블록으로부터 가공된다.

이미 설명한 바와 같이, ARCS 블록의 다른 실시예는, 조립될 때 가공된 단일 블록 설계와 동일한 전체 형상 및 기능을 제공하는 별개의 상호 연결 세그먼트로 구성될 수 있다. 이들 상호 연결 세그먼트 중 하나는 도 26에 도시되어 있다. 세그먼트(700)는 내부 구조 및 외부 사시도를 보여주기 위해 프레임워크 뷰로 제시된다. 상부 개구 및 하부 개구(706)가 제공된다. 다른 설계의 단부 캡은 상부와 하부에 나사 결합될 수 있다. 측면 개구는 운모 디스크(702)를 유지하기 위한 삽입부를 형성한다. 가스 흐름은 2개의 개구(706)의 상부를 통한 하향 화살표 방향이고, 마이크로파 CAV 방향은 측면 화살표로 도시된다. 슬롯(704)은 인접한 모듈들을 고정하기 위해 제공된다.

도 27은 세그먼트 조립체(위)와 고체 블록 디자인(아래)을 직접 비교한 것을 도시한다.

도 28은 (ARCS 유닛 없이) 배기 장치 내에 구현된 도파로(즉, 확장 발사기)를 보여준다. 확장 발사기의 목적은 마이크로파 에너지를 단일 ARCS 챔버로 전달하거나 또는 복수의 ARCS 챔버 중 각각의 챔버(즉, ARCS 블록 디자인)로 전달하는 것이다.

도 29는 운모 디스크의 일례를 도시한다. 운모 디스크의 목적은 유체가 상호 연결된 인접한 ARCS 챔버들 사이를 통과하지 못하게 하는 것이다. 따라서 운모 디스크는 유체 또는 액체에 물리적인 장벽을 제공하지만 그 물질 특성은 운모 디스크가 마이크로파 장에 상대적으로 '보이지 않는'(즉, 반응하지 않는) 것으로 구성된다. 따라서 단일 마이크로파 소스와 확장 발사기가 마이크로파 에너지를 다수의 ARCS 챔버에 급전할 수 있다.

도 30은 마이크로파 생성기의 예시적인 실시예를 도시한다. ARCS 유닛으로 마이크로파 에너지를 전달하는 것이 적절한 것임을 보장하기 위해 마이크로파 생성기는 일반적으로 테스트 전에 설정된다. 설정에는 생성기가 예열될 수 있도록 수 분 동안 초기 전력이 동작하는 것이 포함된다. 생성기는 필요한 전력 레벨로 설정되고, 이후 전력은 시작/중지(START/STOP) 스위치로 활성화된다. 반사 전력이 낮은 경우, ARCS 유닛으로 시스템 마이크로파 에너지를 전달하는 것이 올바르고 동작 파라미터 내에 있다는 것을 나타내는 디스플레이가 제시된다. 그러나 반사 전력이 높은 경우, 가능한 에러를 검사하고 제거하는 것이 요구된다. 높은 반사 전력의 일반적인 근본 원인은 마이크로파 동축 케이블이 손상되었거나 또는 ARCS 유닛의 조립체에 결함이 있는 것이다.

정상 동작 동안 마이크로파 생성기는 일정한 속도로 그리고 반사 전력이 상당히 변동하거나 또는 변화된 상태로 전력을 ARCS 유닛에 공급할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 도 30에 도시된 실험실 등급 마이크로파 생성기는 최종 소비자 제품에 적합한 저비용 및 맞춤형 설계 버전으로 대체될 수 있다.

이제 도 31 내지 도 44를 참조하여, 개별 조립 단계를 설명한다.

단계 1 - 구성 요소 준비(도 31)

발사기에서 생성된 마이크로파 장과 간섭할 수 있는 오일 그리스 또는 먼지 또는 임의의 물질은 바람직하지 않으므로, 블록에서 시작하여 블록을 깨끗한 표면에 유지하며, 여기서 극성 물질(전자파 에너지를 흡수하는 물질)은 ARCS 유닛이 작동하는 것을 정지시킬 수 있다.

단계 2 - 운모 디스크 추가(도 32)

운모 디스크를 먼저 운모 디스크 홀더에 놓은 다음 홀더를 제 위치에 밀어 넣는다. 운모 디스크는 단지 반사 표면만이 아니라 밀봉재이기도 하기 때문에 꼭 맞아야 한다.

단계 3 - 확장 발사기 삽입(도 33)

모든 운모 디스크 홀더가 제자리에 놓이면 확장 발사기(도파로)를 운모 디스크의 중심 구멍을 통해 밀어 넣을 수 있다. 이것은 꼭 맞아야 한다. 발사기를 운모 디스크를 통과시켜 제자리로 밀어 넣으면 발사기를 볼 수 있다. 또한 운모 디스크의 손상은 ARCS의 효과적인 동작을 방해할 수 있으므로 운모 디스크의 손상이 일어나지 않을 때 정렬을 볼 수 있다. 또한 확장 발사기(도파로)는 블록 중심에 및 심지어 블록에 걸쳐 완벽하게 위치되어야 한다.

단계 4 - 단부 캡 추가(도 34, 도 35)

이제 ARCS 모듈 플러그(단부 캡)를 제자리에, 즉 입구와 출구에 끼울 수 있다. 손가락으로 꽉 조이는 것으로도 레벨을 고르게 유지하고 고정하는 데 충분한 것으로 밝혀졌다. 중심의 1㎜ 구멍에 장애물이나 막힘이 없는지 점검한다. 막힘은 배기 가스를 제한할 때 ARCS가 효과적으로 동작하지 못하게 한다.

1㎜ 구멍이 막히지 않는 것을 보장하기 위해 각 단부 캡을 간단히 육안으로 점검한다.

단계 5 - 마이크로파 커넥터 추가(도 36)

이제 커넥터를 양 단부에 제자리에 놓고 확장 발사기(도파로)를 커넥터들 사이에 놓는다. 이렇게 하면, 커넥터의 양 단부에서 유닛으로 1㎜만 노출시켜 놓고 커넥터에서 절연체를 벗겨서, 단락(이는 ARCS 유닛이 올바르게 동작하지 않을 수 있게 함)을 막는 것을 도와준다. 도 36b는 블록이 부착되지 않은 상태에서 발사기(도파로)가 유닛에 놓여 있는 상태를 보여준다. 이는 ARCS 유닛을 설정하고 튜닝하는 데에 도움을 준다. 특히, 바람직하게는 0.5㎜ 이하의 공기 갭이 있어야 한다. 공기 갭은 ARCS 유닛의 몸체와 블록 사이의 갭이다.

단계 6 - 마이크로파 커넥터 절연체 트리밍(trim) (도 37)

커넥터들 사이에 발사기를 놓으면 몸체를 넘어 단지 1㎜되는 곳에서 흰색 절연체를 다시 쉽게 트리밍할 수 있다. 이것은 또한 도 37에 (흰색 화살표로) 도시된 바와 같이 작은 공기 갭을 제공한다.

단계 7 - 블록으로부터 몸체로 가스 밀봉재 추가(도 38)

다음 단계는 블록과 몸체를 기밀 밀봉하는 것이다. 본 실시예에서, 이것은 PTFE 테이프를 이중 단부 패턴으로 감싸서 수행된다(도 38 참조). 이것은 가스 기밀 밀봉을 생성하고 운모 홀더를 제 위치에 고정하는 추가 방법을 추가하는 이중 기능을 갖는다. 발사기는 홀더가 떨어지지 않게 하지만 이 방법은 홀더를 블록 중심에 유지한다. 그러나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 임의의 다른 적합한 밀봉 및 고정 수단도 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 대신 압축성 개스킷을 사용하여 블록이 수용된 몸체와 블록 사이에 유체 기밀 밀봉을 수행할 수 있다.

단계 8 - 마이크로파 커넥터 제거

마이크로파 커넥터를 제거한다.

단계 9 - ARCS 블록을 유닛의 몸체에 놓는다(도 39)

마이크로파 커넥터를 제거한 후 그 다음 단계는 블록을 제 위치에 밀어 넣는 것이다. 이것은 약간의 압력으로 블록을 제 위치에 밀어 넣기 위해 꼭 맞아야 한다. 발사기의 위치를 사용하여 블록을 커넥터용 구멍에 맞춘 다음 블록을 부드럽게 제 위치에 놓을 수 있다. 커넥터용 구멍을 통해 보면 발사기를 볼 수 있다. 발사기는 시야에 집중되어 있어서, 양 단부에 동일한 갭을 만든다. 작은 나사 드라이버로 발사기를 움직일 수 있다(밀어넣을 수 있다).

단계 10 - 유닛의 몸체에 대해 확장 발사기 위치 확인(도 40)

구멍을 통해 발사기를 보고 ARCS 몸체에 대해 발사기가 놓인 위치를 결정할 수 있다. 양 단부를 점검하여 작은 나사 드라이버를 사용하여 발사기를 중심에 위치시켜 발사기를 밀어 넣어 동일한 공기 갭을 만든다. (도 40, 흰색 화살표 참조).

단계 11 - 최종 시간 동안 마이크로파 커넥터 추가(도 41)

커넥터를 제 위치로 나사 결합하기 전에 두 커넥터를 먼저 제 위치에 밀어 넣음으로써 발사기의 양 단부에 동일한 갭이 유지될 수 있다. 배출량이 감소된 경우, 이것은 발사기를 놓는 것으로 떨어질 수 있다. 이것은 최적의 감소를 위해 ARCS 시스템을 튜닝하는 가장 좋은 방법이다.

또한 예를 들어, 218㎜ 내지 220㎜의 길이를 갖고 0.1㎜씩 변하는 상태로 약간 다른 길이를 갖는 발사기를 사용하면 시스템을 튜닝하는데 도움을 주는 것으로 발견되었다(그러나, 테스트된 차량에 따라 다름). 그러므로 이것은 추가 튜닝 방법으로 사용될 수 있다. 발사기가 단락되면 발사기가 턴온되지 않는 것으로 발견되었다.

또한 두 커넥터를 천천히 동시에 조이면 발사기의 중심 위치를 유지할 수 있다. 이것은 감에 의해 가장 잘 이루어지며, 커넥터를 동시에 설치할 때 커넥터의 핀이 발사기에 들어가는 것을 느낄 수 있다. 그러나 발사기를 한쪽 단부에서 밀어 넣으면 균형이 맞지 않아서 효율이 떨어질 수 있어서, 이렇게 되지 않도록 주의해야 한다.

단계 12 - 가스 밀봉재 점검(도 42)

도 42는 블록이 꼭 맞은 상태를 도시한다(즉, PTFE 테이프는 고정 밀봉하는데 적합하다). 또한, 뚜껑이 아래에서 나사 결합되면, 뚜껑은 블록을 눌러 바로 기밀 밀봉하는 것을 완료하고 블록을 제 위치에서 단단히 고정한다.

단계 13 - 연속성 점검 및 단락 점검(도 43)

확장 발사기를 통해 전기적 연결이 달성되는 것을 보장하기 위해 각 마이크로파 커넥터의 중심 핀들 사이의 연속성을 테스트한다. 또한 유닛의 몸체가 확장 발사기로 단락되지 않은 것을 보장하기 위해 단락을 점검한다. 검사 뚜껑을 끼우기 전에 이 단계를 수행한다.

단계 14 - 검사 뚜껑 추가(도 44)

배기 시스템의 뚜껑을 닫는다. 이것은 ARCS 유닛을 조립하는 마지막 단계이다.

(iv) ARCS 유닛(블록)의 부분의 특정 실시예 (및 치수):

도 45 내지 도 51은 배기 시스템 내에 끼워지기에 적합한 고체 블록 설계의 예시적인 실시예의 공학 도면이다. 분할된 디자인은 다른 몸체 사이징에 사용될 수 있고, 즉, 고체 블록과 동등한 크기를 만들 수 있는 유연성을 만들고, 새로운 몸체 사이징과 관련하여 확장 발사기(도파로)의 크기만을 조정하면 된다.

운모 디스크(이는 또한 마이크로파에 반사성을 갖는 세라믹 디스크 또는 임의의 재료일 수 있고, 이 재료는 대량 생산이 용이하도록 선택될 수 있다).

운모 디스크의 내부 치수는 확장 발사기(도파로)와 항상 동일한 크기이어야 한다. 설명된 실시예에서, 이것은 4.8㎜ 중심 구멍 및 15㎜ 외부 직경으로 감소되었다.

이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 상기 실시예는 본 발명을 제한하는 의미가 아니라 단지 예시하는 의미로서 설명되었으며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (38)

1. 배기 시스템으로서,
   유체 물질을 처리하기 위한 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 어레이를 포함하되, 상기 복수의 유체 처리 장치 각각은,
   둘레 벽에 의해 형성된 반응기 챔버;
   처리될 유체 물질의 외부 공급으로부터 상기 반응기 챔버로 유체 연통을 제공하여 상기 유체 물질을 상기 반응기 챔버 내로 그리고 상기 반응기 챔버를 통과시키도록 구성된 입구 포트를 갖는 유체 입구;
   상기 반응기 챔버로부터 유체 연통을 제공하여 상기 유체 물질을 상기 반응기 챔버로부터 통과시키도록 구성된 출구 포트를 갖는 유체 출구; 및
   도파로 입력 포트에 동작 가능하게 결합된 제1 인터페이스 부재, 및 도파로 출력 포트에 동작 가능하게 결합된 제2 인터페이스 부재를 갖는 적어도 하나의 전자기 복사선(EMR) 도파로를 포함하고, 상기 도파로 입력 포트 및 상기 도파로 출력 포트는 상기 반응기 챔버의 상기 둘레 벽의 직경으로 대향하여 이격된 위치에 동작 가능하게 결합되고, 적어도 하나의 미리 결정된 파장의 전자기 복사선을 상기 반응기 챔버를 통과하는 유체 물질에 결합시키도록 구성되고;
   상기 반응기 챔버의 상기 둘레 벽, 상기 유체 입구 및 상기 유체 출구는, 상기 유체 입구로부터 수용된 상기 유체 물질이 상기 반응기 챔버를 통해 상기 유체 출구를 향해 통과할 때 연속적인 소용돌이 흐름으로 강제되도록 형성되고, 상기 입구 포트와 상기 출구 포트는 각각 상기 반응기 챔버의 가장 넓은 부분의 직경보다 작은 직경을 갖고, 상기 입구 포트는 상기 유체 물질의 초기 유체 압력을 상기 입구 포트를 통해 상기 반응기 챔버로 통과할 때 미리 결정된 제1 유체 압력으로 변경하도록 구성되고, 상기 출구 포트는 상기 유체 물질의 챔버 유체 압력을 상기 출구 포트를 통해 상기 유체 출구로 통과할 때 미리 결정된 제2 유체 압력으로 변경하도록 구성된, 배기 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 전자기 복사선(EMR) 도파로는 상기 반응기 챔버 내에 형성된 반응기 용적의 전체 폭을 가로질러 동작 가능하게 결합되도록 각각의 도파로 입구 포트와 도파로 출구 포트에 제공되는 제1 및 제2 EMR 커플러를 포함하는, 배기 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 인터페이스 부재 및 상기 제2 인터페이스 부재는 미리 결정된 파장의 전자기 복사선에 적어도 부분적으로 투명하도록 구성된 상기 벽의 부분을 포함하는, 배기 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 인터페이스 부재 및 상기 제2 인터페이스 부재 각각은 상기 벽의 개구 부분이 미리 결정된 파장의 전자기 복사선에 적어도 부분적으로 투명한 재료로 제조된 폐쇄 플러그를 갖는 것을 포함하는, 배기 시스템.
5. 제4항에 있어서, 각각의 인터페이스 부재는 상기 벽의 개구 부분에 유리 폐쇄 플러그가 제공된 것을 포함하는, 배기 시스템.
6. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전자기 복사선(EMR) 도파로는 상기 도파로 입력 포트 및 상기 제1 인터페이스 부재에 동작 가능하게 결합된 제1 EMR 커플러, 및 상기 도파로 출력 포트 및 상기 제2 인터페이스 부재에 동작 가능하게 결합된 제2 EMR 커플러를 포함하는, 배기 시스템.
7. 제1항에 있어서, 사용 시 정재파가 생성되도록, 상기 반응기 챔버가 구성되고, 상기 미리 결정된 파장이 선택되는, 배기 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 미리 결정된 파장은 300㎓ 내지 300㎒(마이크로파)의 각각의 주파수 스펙트럼에서 1㎜ 내지 1m인, 배기 시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 미리 결정된 파장은 100㎓ 내지 500㎒의 각각의 주파수 스펙트럼에서 3㎜ 내지 0.6m인, 배기 시스템.
10. 제1항에 있어서, 처리될 유체 물질이 상기 반응기 챔버로 공급될 수 있도록 상기 유체 입구에 유체 이동 가능하게 결합된 유체 물질 공급원을 더 포함하는, 배기 시스템.
11. 제8항에 있어서, 유체 물질이 상기 반응기 챔버로부터 상기 반응기 챔버를 통과하여 상기 반응기 챔버로부터 멀어지게 이송될 수 있도록 상기 유체 출구에 유체 이동 가능하게 결합된 유체 물질 방출 도관을 더 포함하는, 배기 시스템.
12. 제10항에 있어서, 상기 유체 물질 공급원과 상기 반응기 챔버 사이에 유체 이동 가능하게 결합되고, 상기 유체 물질에 에너지를 전달하여 미리 결정된 온도의 상기 유체 물질을 상기 반응기 챔버 내로 공급하도록 구성된 히터 조립체를 더 포함하는, 배기 시스템.
13. 제1항에 있어서, 상기 도파로 입력 포트에 동작 가능하게 결합된, 미리 결정된 파장의 전자기 복사선(EMR)을 생성하기 위한 전자기 복사선(EMR) 생성기를 더 포함하는, 배기 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 EMR 생성기는 상기 적어도 하나의 전자기 복사선(EMR) 도파로의 상기 도파로 입력 포트에 동작 가능하게 결합 가능한 입력 전송 라인, 및 상기 적어도 하나의 전자기 복사선(EMR) 도파로의 상기 도파로 출력 포트에 동작 가능하게 결합 가능한 출력 전송 라인을 더 포함하고, 상기 EMR 생성기, 상기 입력 전송 라인 및 상기 출력 전송 라인은 상기 적어도 하나의 전자기 복사선(EMR) 도파로와 폐 루프 EMR 회로를 형성하도록 구성된, 배기 시스템.
15. 제13항에 있어서, 상기 EMR 생성기는 마이크로파 생성기이고, 상기 생성된 전자기 복사선은 300㎓ 내지 300㎒(마이크로파)의 각각의 주파수 스펙트럼에서 1㎜ 내지 1m의 파장을 갖는, 배기 시스템.
16. 제15항에 있어서, 상기 생성된 전자기 복사선은 100㎓ 내지 500㎒의 각각의 주파수 스펙트럼에서 3㎜ 내지 0.6m의 파장을 갖는, 배기 시스템.
17. 제13항에 있어서, 상기 전자기 복사선(EMR) 생성기는 마그네트론, 클라이스트론, 자이로트론 및 솔리드-스테이트(solid-state) 전자 소스 중 임의의 것인, 배기 시스템.
18. 제13항에 있어서, 상기 전자기 복사선(EMR) 생성기는 상기 전자기 복사선(EMR)과 상기 유체 물질 사이의 결합을 최적화하도록 구성된, 배기 시스템.
19. 제18항에 있어서, 상기 전자기 복사선(EMR)과 상기 유체 물질 사이의 상기 결합은 미리 결정된 제어 알고리즘을 이용하여 자동으로 최적화되는, 배기 시스템.
20. 제1항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1 유체 압력은 상기 초기 유체 압력보다 더 큰, 배기 시스템.
21. 제1항에 있어서, 상기 미리 결정된 제2 유체 압력은 상기 챔버 유체 압력보다 더 큰, 배기 시스템.
22. 제1항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1 유체 압력은 상기 미리 결정된 제2 유체 압력보다 더 큰, 배기 시스템.
23. 제1항에 있어서,
    복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 상기 어레이를 동작 가능하게 수용하고 둘러싸도록 구성된, 적어도 하나의 배기 입구 포트 및 적어도 하나의 배기 출구 포트를 갖는 하우징, 및
    복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 상기 어레이의 적어도 하나의 외부 표면과 상기 하우징의 내부 표면 사이에 유체 기밀 밀봉을 제공하기 위해, 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 상기 어레이의 적어도 외부 표면과 맞물리도록 구성된 적어도 하나의 유체 기밀 밀봉 부재를 더 포함하는, 배기 시스템.
24. 제23항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유체 기밀 밀봉 부재는 PTFE 테이프인, 배기 시스템.
25. 제1항에 있어서, 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 상기 어레이는 단일 부재로 형성되는, 배기 시스템.
26. 제1항에 있어서, 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 상기 어레이는 복수의 상호 연결 가능한 모듈식 유체 처리 장치로 형성되는, 배기 시스템.
27. 유체 물질을 처리하는 방법으로서,
    복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 어레이를 포함하는, 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 배기 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치 각각은 상기 유체 물질의 공급이 반응기 챔버 내로 그리고 상기 반응기 챔버를 통과하도록 구성된 상기 반응기 챔버를 제공하는, 상기 배기 시스템을 제공하는 단계;
    상기 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치의 상기 반응기 챔버 내에 동작 가능하게 결합되고, 상기 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치 중 임의의 장치의 상기 반응기 챔버를 통과하는 유체 물질에 미리 결정된 파장의 전자기 복사선을 결합시키도록 구성된, 도파로 입력 포트 및 도파로 출력 포트를 갖는 적어도 하나의 전자기 복사선(EMR) 도파로를 제공하는 단계;
    유체 물질이 상기 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치 중 임의의 장치의 상기 반응기 챔버 내로 그리고 상기 반응기 챔버를 통과하게 하는 단계; 및
    전자기 복사선이 상기 적어도 하나의 전자기 복사선(EMR) 도파로를 통과하여 상기 복수의 동작 가능하게 결합된 유체 처리 장치 중 임의의 장치의 상기 반응기 챔버를 가로질러 결합하게 하는 단계를 포함하는, 유체 물질을 처리하는 방법.
28. 제27항에 있어서, 상기 반응기 챔버 내에 형성된 반응기 용적을 가로질러 동작 가능하게 서로 결합되도록 상기 도파로 입력 포트와 도파로 출력 포트를 상기 반응기 챔버의 둘레 벽의 이격된 위치에 동작 가능하게 결합시킴으로써 상기 반응기 챔버 내에 상기 도파로 입력 포트와 상기 도파로 출력 포트를 동작 가능하게 결합시키는 단계를 포함하는, 유체 물질을 처리하는 방법.
29. 제28항에 있어서, 광학 인터페이스에 의해 상기 반응기 챔버 내에 제1 도파로 입력 포트와 제1 도파로 출력 포트를 동작 가능하게 결합시키는 단계를 포함하고, 상기 제1 인터페이스 부재 및 상기 제2 인터페이스 부재는 상기 미리 결정된 파장의 전자기 복사선에 적어도 부분적으로 투명하도록 구성된 상기 벽의 부분을 포함하는, 유체 물질을 처리하는 방법.
30. 제28항에 있어서, 상기 반응기 챔버를 가로질러 정재파를 생성하는 단계를 포함하는, 유체 물질을 처리하는 방법.
31. 제28항에 있어서, 상기 미리 결정된 파장은 300㎓ 내지 300㎒(마이크로파)의 각각의 주파수 스펙트럼에서 1㎜ 내지 1m인, 유체 물질을 처리하는 방법.
32. 제31항에 있어서, 상기 미리 결정된 파장은 100㎓ 내지 500㎒의 각각의 주파수 스펙트럼에서 3㎜ 내지 0.6m인, 유체 물질을 처리하는 방법.
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