KR20000064467A - 엔진배기가스내오염물감소방법및장치 - Google Patents

엔진배기가스내오염물감소방법및장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20000064467A
KR20000064467A KR1019980704638A KR19980704638A KR20000064467A KR 20000064467 A KR20000064467 A KR 20000064467A KR 1019980704638 A KR1019980704638 A KR 1019980704638A KR 19980704638 A KR19980704638 A KR 19980704638A KR 20000064467 A KR20000064467 A KR 20000064467A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
engine
combustion
ozone
air
hydroxyl
Prior art date
Application number
KR1019980704638A
Other languages
English (en)
Inventor
로버트 엔. 밀러
로버트 피. 카렌
잭 에이. 엑키안
Original Assignee
리텍스 인코포레이티드
채스킨 제이 엘
록히드 마틴 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US08/575,698 external-priority patent/US5692481A/en
Application filed by 리텍스 인코포레이티드, 채스킨 제이 엘, 록히드 마틴 코포레이션 filed Critical 리텍스 인코포레이티드
Publication of KR20000064467A publication Critical patent/KR20000064467A/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/10—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding acetylene, non-waterborne hydrogen, non-airborne oxygen, or ozone
    • F02M25/12—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding acetylene, non-waterborne hydrogen, non-airborne oxygen, or ozone the apparatus having means for generating such gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/90—Injecting reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9495—Controlling the catalytic process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/12—Inorganic compounds
    • C10L1/1208—Inorganic compounds elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/12—Inorganic compounds
    • C10L1/1233—Inorganic compounds oxygen containing compounds, e.g. oxides, hydroxides, acids and salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L10/00—Use of additives to fuels or fires for particular purposes
    • C10L10/02—Use of additives to fuels or fires for particular purposes for reducing smoke development
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/206—Adding periodically or continuously substances to exhaust gases for promoting purification, e.g. catalytic material in liquid form, NOx reducing agents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2086—Activating the catalyst by light, photo-catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/06—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding lubricant vapours
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
    • F02M27/06—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by rays, e.g. infrared and ultraviolet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/38—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an ozone (O3) generator, e.g. for adding ozone after generation of ozone from air
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

내연기관에 의해 형성된 배기가스내 오염물 감소 방법 및 장치가 제공된다. 한 구체예에서 185㎚의 파장을 가진 자외선에 의해 생성된 오존이 연소엔진(11)의 흡입부(41)에 도입되어서 연료를 더욱 완전 연소시키며 효율을 증가시키고 오염물을 감소시킨다. 다른 구체예에서, 오존이 연소가스 스트림에 도입되고 이후에 배기가스가 촉매 전환기(13)에 의해 처리되어서 촉매 전환기만이 배기가스 처리에 사용될 경우보다 오염물을 더욱 감소시킨다. 다른 구체예에서 촉매전환기의 상류에서 배기가스 스트림에 수산기를 도입하고 배기가스를 촉매전환기로 처리함으로써 연료연소로 발생된 배기가스내 오염물 감소 방법 및 장치가 제공된다.

Description

엔진 배기가스내 오염물 감소방법 및 장치
당해분야에 공지된 바와 같이 내연기관은 연소실 또는 실린더에서 연소시키기 위해 연료와 혼합되는 주변공기를 빨아들이고 결과의 배기가스는 방출된다. 실린더에서 공기/연료 혼합물의 점화는 점화플러그등의 점화장치에 의해 이루어지거나 연료의 발화점 이상의 온도로 단열압축시킴으로써 이루어진다.
오늘날 통상 사용되는 가솔린엔진과 같은 내연기관에서 공기를 연료와 혼합시켜 공기/연료 혼합물을 생성시키는 카부레터 또는 연료 주입장치에 주변공기를 전달하는 공기 흡입구를 통해서 공기가 안내된다. 이후에 공기/연료 혼합물은 흡입분기관을 통해 엔진의 연소실 또는 실린더에 전달된다. 디이젤형 엔진과 실린더내 연료주입장치를 활용하는 스파크 점화엔진의 경우에 공기와 연료는 엔진의 연소실 또는 실린더에서 혼합된다.
공기/연료 혼합물이 연소된 후 연소실로부터 배기 분기관으로 배기가스가 방출된다. 이후에 배기가스는 적어도 하나의 배기파이프를 통해서 오염물이 제거되는 촉매전환기에 전달될 수 있다.
공기/연료 혼합물의 흐름을 포함하여 연소실로의 공기흐름은 이후에 전연소 가스스트림이라 칭할 것이며 결과의 배기가스의 흐름을 후연소 또는 배기가스 스트림이라 칭할 것이다. 전연소 및 후연소 가스스트림을 총괄해서 연소가스 스트림이라 칭할 것이다.
조절된 연료연소에 의해 작동하는 내연기관은 이산화탄소(CO2) 및 물(HO2)과 같은 완전 연소생성물과 치명적인 일산화탄소(CO) 및 불연소 탄화수소(HC)와 같은 불완전연소로 인한 오염물을 포함하는 배기가스를 발생시킨다. 게다가, 탄화수소연료의 연소에 의해 발생된 높은 온도와 이어지는 급냉으로 인하여 질소산화물 NOx 및 추가오염물과 같은 유해물질이 형성된다.
오염물의 양은 엔진의 작동조건에 따라 다양하지만 연소 실린더에서 공기 대 연료비에 의해 좌우되므로 일산화탄소와 불연소 탄화수소를 감소시키는데 기여하는 조건(연료희박혼합물, 높은 연소온도)이 NOx형성을 증가시키며 NOx형성을 감소시키는데 기여하는 조건(연료 농후 혼합물, 연료 희박 혼합물, 낮은 연소온도)이 엔진 배기가스내 CO와 불연소 HC를 증가시킨다. 현대적인 촉매 전환기에서 산소부재시 NOx가 가장 효과적으로 감소되나 CO 및 HC의 감소는 산소를 필요로 하기 때문에 이러한 방출물 생성을 방지하기 위해서 엔진이 화학양론적인 공기 대 연료비에서 작동되는 것이 필요하다. 왜냐하면 이러한 조건하에서 3가지 촉매(TWC)의 사용이 가능하기 때문이다. 즉, 3가지 오염물이 동시에 감소될 수 있다. 그럼에도 불구하고 내연기관 작동중 상당량의 CO, HC 및 NOx가 대기에 방출된다.
내연기관의 배기가스내 오염물의 존재가 1901년 이래로 인식되었을 지라도 미국에서 내연기관 방출물을 조절할 필요성은 1970년에야 비로소 청정공기 법규(Clean Air Act)를 통과시켰다. 엔진 제작자는 청정공기 법규의 조건을 충족시키기 위해서 다양한 방법을 시도하였다. 그중 촉매가 가장 효과적인 시스템임이 판명되었다.
자동차 제작자는 촉매작용을 수행하기 위해서 일반적으로 촉매전환기를 사용하였다. 그 목적은 CO 및 HC를 CO2및 H2O로 산화시키고 NO/NO2를 N2로 환원시키는 것이다. 자동차 방출물 촉매전환기는 자동차 하부에 위치되며 고온 뿐만 아니라 운전조건하에서 마주치는 구조적 하중 및 진동으로 인하여 매우 적대적인 환경인 머플러 바로 앞에 엔진에서 나오는 배기가스 스트림에 위치된다.
거의 모든 자동차 방출물 촉매 전환기는 탁월한 강도와 열쇼크하에서 내균열성을 갖는 낮은 열팽창의 세라믹인 코디어라이트(cordierite)로 제조된 벌집형 구조에 수용된다. 선택되는 벌집 구성 및 모양은 비교적 낮은 압력강하를 일으키며 물질 전달 제어 반응을 향상시키는 높은 기하학적 표면적을 제공한다. 벌집 구조물은 강철 용기에 장착되어 진동으로부터 보호된다.
촉매성분이 포함되는 안정화된 감마 알루미나로 제조되는 점착성 워시코트(washcoat)가 벌집벽상에 침전된다. 3가지 오염물을 동시에 전환시키는 TWC 기술은 귀금속 Pt 및 Rh 는 Pt와 함께 CO의 산화에 기여하지만 NOx를 환원시킨다. 최근에 덜비싼 Pd이 Pt 및 Rh를 대신하여 사용되거나 Pt 및 Rh와 조합으로 사용된다. 활성촉매는 0.1 내지 0.15%의 귀금속, 주로 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 또는 로듐(Rh)을 포함한다.
연소기관의 배기가스는 농후하거나 희박하기 때문에 산소저장매체가 워시코트에 첨가되어서 배기가스가 희박한 동안에 산소를 흡착(저장)하고 배기가스가 농후한 경우에 방출되어서 과량의 CO 및 HC와 반응한다. CeO2는 바람직한 환원-산화 반응으로 인하여 이 목적에 가장 빈번히 사용된다.
청정공기 법규에 대한 1990년 개정법의 통과로 내연기관에 의해 대기에 방출된 오염물의 양은 더욱 감소될 필요가 있다. 이러한 법규에 부합하기 위해서 자동차 및 트럭의 사용에 대한 제한이 제시되었는데, 사용자는 카풀, HOV레인을 강요받았고 대중교통 및 철도사용이 증가되었고 높은 사용료 및 불편으로 자동차 및 트럭사용을 제한시키는 유사한 규칙이 제안되었다.
감소된 자동차 및 트럭사용에 대한 대안은 내연기관의 효율을 증가시킴으로써 방출물을 감소시키는 것이다. 이것은 제한된 효과를 가지는데, 그 이유는 자동차로 인한 대부분의 오염은 도로상의 소량의 차량으로도 가능하기 때문이다. 이러한 차량은 대체로 비효율적인 엔진과 노화된 촉매전환기를 가지며 많은 오염물을 발생하는 구모델이다. 적절한 비용으로 개장될 수 있는 장치에 있어서 효율증가가 제공되지 않는 한 이러한 개선이 다른 차량에도 첨가될 것 같지 않으며 따라서 문제점을 적절히 해결할 수 없다.
추가로, 자동차 및 트럭과 같은 차량의 내연기관의 배기가스내 오염물 양을 감소시키는 시도가 최근에 크게 향상되었을 지라도 내연기관의 배기가스내 오염물의 양을 더욱 감소시키는 것은 값이 비싸며 기술적으로 어렵다. 그리고, 최근에 제조된 자동차 및 트럭의 배기가스 방출물은 환경보호단체의 기준을 충족시키지 못한다.
내연기관 효율을 증가시키는 방법으로서 카부레터의 공기흡입과 조합으로 오존 발생장치를 제공하는 미국특허 제 1,333,836 및 제 1,725,661 호가 제안된다. 매우 효과적인 산화제인 오존은 엔진에 의한 연료의 완전연소를 증가시킴으로써 자동차 배기가스내 오염물을 감소시키며 효율을 증가시킨다. 이러한 공지의 오존발생장치는 복잡하고 비싸며 새로운 엔진에 용이하게 설치될 수 없으며 기존의 엔진에 쉽게 개장될 수도 있다.
미국특허 제 4,195,606 호(Wallis, Jr.)에서 내연기관의 연소공기는 연료와 혼합하기에 앞서 산소를 약 2537 옹스트롬(253.7 나노미터)의 진동수로 살균램프에서 나오는 자외선으로 광화학적 활성화함으로써 산소분자를 활성화시키기 위해 처리된다. 그러나 상기 특허에서 살균램프에 의해 오존은 생성 되지 않으며 이점은 램프 제작자에 의해 확인된 사항이다. 상기 특허에서 선호되는 범위는 2000 내지 3000옹스트롬(200 내지 300 나노미터)이며, 이것은 본 발명의 오존 발생램프의 오존발생파장인 100-200 나노미터를 포함하지 않는다. 200나노미터 이상에서 오존은 광해리되므로 비록 오존이 존재할지라도 200나노미터 이상의 파장을 가지는 자외선이 사용될 경우 그 농도는 감소할 것이다.
내연기관의 효율을 증가시키거나 자동차 사용을 감소시킴으로써 배기가스 방출물을 감소시키는 것 대신에, 또다른 방법은 촉매전환기에 의해서 촉매작용의 효율을 증가시키는 것이다. 촉매전환기의 전환효율은 촉매전환기로의 구성성분의 물질전달속도에 대한 특정 성분의 물질 제거속도의 비로 측정된다. 촉매전환기의 전환효율은 노화, 온도, 화학양론, 촉매독(납, 황, 탄소, 및 인과 같은)의 존재, 촉매의 종류 및 촉매전환기에서 배기가스의 체류시간과 같은 많은 변수의 함수이다.
촉매전환기의 효율을 증가시키려는 시도는 충분히 성공적이지 못했다. 최근의 TWC촉매 전환기가 도움이 될지라도 이들은 비싸며 상당량이 오염물이 촉매처리된 배기가스에 의해 대기에 방출된다. 이러한 전환기는 미래의 방출물 제한조건을 충족시키기가 어려우며 수명도 제한적이다. 또한 촉매전환기는 시스템이 작동온도에 도달할 때 까지는 전환효율이 낮은 단점을 가진다.
본 발명은 연료연소에 의해 생성된 전연소 또는 후연소 가스에 수산기 "OH"와 O, H, HO2및 H2O2와 같은 산화제 및 기타 자유라디칼 중간체를 도입하여 오염물 농도 감소가 이루어진다.
도 1 은 촉매전환기를 갖는 내연기관의 공지구성을 보여주는 사시도이다.
도 2 는 본 발명 장치의 한구체예를 보여주는 측면 부분 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 또다른 구체예를 보여주는 블록선도로서 복수의 오존 발생램프가 다양한 예정된 엔진부하 또는 엔진 속도에서 연속으로 켜진다.
도 4 는 도 2 장치의 또다른 배치를 보여주는 정면 부분 단면도이다.
도 5 는 본 발명장치의 또다른 구체예를 보여주는 블록선도로서 오존 첨가장치가 전연소 및 후연소 가스트림으로 부터 원격 위치되고 오존 농후공기가 연소가스 스트림에 안내된다.
도 6 은 본 발명의 방법을 보여주는 블록선도이다.
도 7 은 본 발명장치의 한 구체예를 보여주는 측부 부분단면도로서 수산기 발생장치가 전연소 가스스트림에 삽입된다.
도 8 은 본 발명 장치의 또다른 구체예를 보여주는 블록선도로서 수산기 첨가 장치가 전연소 및 수연소 가스스트림으로부터 원력 위치되며 수산기 농후 공기가 연소가스 스트림에 안내된다.
도 9 는 본 발명의 한 구체예에 따른 수산기 발생 시스템을 보여주는 개략도이다.
도 10 은 본 발명의 또다른 구체에에서 다른 수산기 발생시스템을 보여주는 개략도이다.
도 11 은 본 발명의 또다른 구체예에 따른 수산기 발생기를 보여주는 개략도이다.
도 12 는 본 발명의 수산기 구체예의 방법을 보여주는 블록선도이다.
도 13 은 본 발명의 방법을 보여주는 블록선도이다.
* 부호 설명
10 ... 엔진 11 ... 장치
13 ... 촉매전환기 15 ... 배기 분기관
17 ... 머플러 18 ... 제어기
19 ... 플러그 20 ... 라이터
21 ... 램프 22 ... 구멍
23 ... 트랜스포머 24 ...케이싱
27 ... 공기필터 29 ...흡입덕트
30 ... 전기시스템 35 ... 광탐지기
37 ... 표시기 50 ... 오존 발생기
55 ... 펌프장치 57 ... 수증기 용기
60 ... 수산기 발생기 62 ... 공기 흡입통
63 ... 저장용기 64 ... 파이프
65 ... 통로 67 ... 배기가스 분리기
68 ... 열수원 69 ...순환파이프
81, 83 ... 전극 90 ... 오존발생기
91 ... 전기분해셀 92 ...입구
93 ... 과전압 전력공급원 94 ... 용기
95 ... 자외선 용기 96 ... 수증기 출구
따라서, 가솔린, 메탄올 또는 디이젤과 같은 연료를 사용하는 내연기관의 배기가스내 오염물을 감소시키는 장치 및 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이며, 엔진의 공기흡입밸브상류에서 공기내 산소를 오존으로 전환시키는데 복사에너지가 사용되어서 연료의 더욱 완전한 연소를 제공하며 내연기관 또는 촉매젼환기의 큰 변경없이도 효율향상을 제공함을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 목적은 자동차 또는 트럭의 배기가스내 오염물을 감소시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 이 장치는 적용 및 제조하는데 값이 싸며 구조 및 작동이 단순하며 새로운 엔진에 쉽게 설치되며 기존의 차량 엔진에 쉽게 개장된다.
본 발명의 또다른 목적은 내연기관 또는 촉매전환기의 큰 변경없이고 촉매전환기의 전환효율을 향상시킴으로써 촉매전환기를 가지는 내연기관의 배기가스내 오염물을 감소시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 특징으로 연료를 더욱 완전하게 연소시켜서 배기가스내 오염물 함량을 감소시키며 엔진효율 및 연료의 연비를 향상시킨다는 것이다. 배기파이프에 위치되는 촉매전환기의 작용과 다르게 연소공정의 일부로서 엔진내부에 첨가된 에너지가 방출된다.
본 발명의 또다른 특징은 내연기관의 배기가스내 오염물을 감소시키는 장치가 추가적인 질소산화물을 생성시키지 않고 내연기관에 의한 연소를 개선하는데 사용되는 오존을 발생하기 위해서 자외선 복사를 사용한다는 점이다.
본 발명의 또다른 특징은 최고의 오염을 일으키며 방출테스트를 통과하지 못할 것 같은 도로상에서 엔진과 촉매조합을 개장하고 새로운 엔진시스템에 용이한 설치를 제공함으로써 오염을 감소시키는 값싼 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 특징은 특수화학첨가제를 저장할 필요없이 촉매전환기에 들어가는 가스조성물을 실시간으로 변경하기 위해서 오존을 첨가함으로써 촉매전환기의 효율이 개선된다는 것이다.
본 발명의 또다른 특징은 수산기와 기타 자유라디칼 중간체와 O, H, H2O2와 같은 산화제를 첨가하여 특수화학첨가제를 저장할 필요없이 배기가스의 조성을 변경하여 방출물이 감소된다는 것이다.
본 발명의 또다른 특징은 적어도 하나의 오염물의 농도를 감소시키기 위해서 촉매전환기가 사용될 수 있는 경우에 자동차, 트럭, 정지식전력발생기, 모터보트, 모터싸이클, 모터바이크, 잔디깎기 기제, 체인톱 또는 송풍기와 같이 가솔린, 가솔린 기초배합물, 디이젤연료, 알코올, 천연가스 및 기타연료와 같은 다양한 종류의 연료를 사용하는 왕복엔진 또는 가스터어빈 엔진을 포함하는 다양한 내연기관에 적용될 수 있다는 점이다. 추가로, 본 발명은 기존의 엔진에 개장될 수 있으며 새로 설계된 엔진에 포함될 수 있다.
이러한 목적 및 특징은 약 185 나노미터 파장을 갖는 빛을 방출하는 자외선광 방출램프를 사용함으로써 달성되는데, 내연기관의 카부레터 또는 연료전달지역으로 들어가는 공기가 적어도 부분적으로 오존으로 전환되어서 엔진의 효율을 증가시키고 자동차 배기가스내 오염물을 감소시킨다. 자외선 램프는 내연기관의 공기필터 하류와 엔진의 카부레터 또는 연료 주입시스템의 흡입밸브에 인접 위치된다.
한 구체예에 따르면, 다음을 포함하는 장치가 제공된다: 엔진으로 도입된 공기내의 산소를 오존으로 전환시키는 복사에너지를 발생하며 약 185나노미터 파장을 가지는 빛을 방출하는 수은증기 아아크 램프인 최소한 하나의 광원; 적어도 하나의 광원을 구동하는 트랜스포머; 트랜스포머를 엔진의 전기시스템에 연결시키는 커넥터; 엔진의 회전속도를 감지하는 타코미터; 타코미터에 의해 감지된 엔진의 회전속도에 비례하여 전압전환기에 의해 램프에 가해진 전압 및 전류를 변화시킴으로써 램프에 의해 발생되는 오존의 양을 변화시키는 제어기. 오존은 엔진에 의한 연료의 연소효율을 증가시킴으로써 배기가스내 탄화수소 및 일산화탄소의 양을 감소시킨다.
다른 구체예에 따르면 본 발명의 장치는 다음을 포함한다: 엔진으로 들어온 공기내의 산소를 오존으로 전환시키는 복사에너지를 방생하며 엔진에 의한 완전연소에 필요한 것보다 적은 수준으로 공기를 오존으로 전환시키는 제 1 및 제 2 광원; 제 1 및 제 2 광원을 구동하는 트랜스포머; 트랜스포머를 엔진의 전기시스템에 연결시키는 커넥터; 엔진의 부하와 회전속도를 감지하는 센서; 엔진부하나 회전속도를 기초로 제 1 광원을 선택적으로 작동시키고 엔진이 작동중일 때 제 2 광원을 연속으로 작동시키는 제어기. 제어기는 엔진의 부하 또는 회전속도가 예정된 수준보다 아래에 있으면 제 1 광원을 끄고 엔진의 회전속도 또는 부하가 예정된 수준일상일 때 제 1 광원을 켜고; 오존은 엔진에 의한 연료연소의 효율을 증가시킴으로써 배기가스내 탄화수소 및 일산화탄소의 양을 감소시킨다.
또다른 구체예에 따르면, 본 장치는 1) 연소실로 들어오는 공기를 포함한 전연소 가스스트림과 연소실에서 나가는 후연소 배기가스 스트림을 갖는 연소실, 2) 연료의 불완전 연소로 인한 오염물이나 질소산화물의 양을 감소시키기 위해 배기가스를 처리하는 촉매전환기, 3) 촉매전환기에 의해 처리된 배기가스내 오염물의 양을 감소시키기 위해서 전연소 가스스트림 및 후연소 가스스트림 중 적어도 하나에 오존을 첨가하는 장치를 포함한다.
또다른 구체예에 따르면, 오존첨가장치는 약 100-200나노미터의 파장을 가지는 빛을 방출하며 전연소 가스스트림 또는 후연소 가스스트림중 적어도 하나에 포함되는 자외선 방출램프를 포함하여서 흡입공기, 공기/연료혼합물 또는 배기가스내 산소가 자외선에 노출됨으로서 촉매전환기의 전환효율을 증가시키는 오존을 발생한다. 200나노미터 이상의 자외선은 오존을 광해리하므로 오존농도를 감소시키고 오존발생이 요구되는 경우에 피해져야 한다.
또다른 구체예에 따르면, 오존첨가장치는 전연소 및 후연소 가스스트림으로부터 원격 위치되며 오존 농후 공기는 연소가스 스트림으로 안내된다. 이 구체예에서 장치는 엔진작동과 무관하게 예컨대 엔진진공에 의해 제공된 음압 또는 펌핑 메카니즘을 사용하여 주변공기를 빨아들인다. 주변공기는 자외선에 노출시킴으로써 오존 농후 공기로 전환되고 전연소 및 후연소 가스스트림중 최소한 하나에 첨가된다. 이 구체예의 특징은 엔진격실내 편리한 지점이나 차량의 그밖으 장소에 오존발생기를 설치할 수 있다는 점이다. 이구체예의 또다른 특징은 오존이 흡입 또는 배기스트림의 가장 바람직한 지점에 도입될 수 있다는 점이다. 이 구체예의 또다른 특징은 오존발생기에서 나오는 오존의 유속이 엔진속도, 즉 연소실로의 공기흐름이나 연소실에서 나가는 배기가스 흐름에 무관할 수 있다는 점이다. 따라서, 낮은 엔진속도에서 오존의 유속은 연소실을 통한 낮은 공기흐름에 의해 영향을 받지 않을 것이다.
본 발명에 따라서 연소실로 들어오는 전연소 주변공기가스스트림과 연소실에서 나가는 후연소 배기가스 스트림을 포함한 연소실에 연료연소로 발생된 최소한 하나의 오염물을 감소시키기 위해서 배기가스 처리 촉매전환기의 전환효율을 증가시키는 방법이 제공되는데, 이 방법은 다음 단계를 포함한다: 연소로 생성된 최소한 하나의 오염물 농도를 감소시키기 위해서 연료연소로 발생된 배기가스를 처리하는 촉매전환기 상류의 적어도 하나의 지점에서 전연소 및 후연소 가스스트림중 최소한 하나에 오존을 첨가하고 촉매전환기를 써서 배기가스를 처리하는 단계.
또다른 구체예에 따르면 수산이온 "OH"와 기타 자유라디칼과 O, H, HO2및 H2O2와 같은 산화제가 엔진의 연소가스 스트림으로 도입되어서 CO 및 HC 와 같은 오염물을 감소시킬 수 있다. 산소의 존재하에서 OH는 CO와 빠르게 반응하여 CO2를 생성함이 관찰되었다. 또한 산소의 존재하에서 OH는 탄화수소(HC)와 빠르게 반응하여 포름알데히드 또는 다른 유사 중간생성물을 생성하며, 이것은 OH와 더욱 반응하여 H2O, CO2및 OH를 재발생함이 입증되었다.
CO의 경우에 다음 반응단계는 CO를 CO2로 전환시키고 OH를 재생한다:
CO + OH → CO2+ H
H + O2→ HO2
HO2+ hv → OH + O
히드로퍼옥실의 히드록실로의 해리과정은 자외선("UV")광자의 흡수나 열분해에 의해 일어날 수 있다.
HC의 경우에 전형적인 반응은 다음 단계를 포함한다:
HC + OH → HCHO
HCHO + OH → H2O + HCO
HCO + O2→ CO2+ HO
HC화학종에 따라서 곁가지 반응이 있을 수 있으며 O, H, HO2및 H2O2와 같은 산화제 및 다른 자유라디칼 중간체가 생성되어 다음과 같은 반응의 생성물을 통해서나 직접 반응에 들어갈 수 있다:
O + O2→ O3또는
H2O2+ hv → 2OH
반응과정에서 OH는 재생되고, 즉 촉매로서 작용하고 자유라디칼 반응의 강력한 특질로 인하여 반응이 빠르게 진행된다는 것이 특히 중요하다.
엔진의 배기가스에 O, H, H2O2및 HO2와 같은 산화제 및 자유라디칼 중간체와 OH의 존재는 필수산소의 존재하에서 CO 및 탄화수소를 비오염 가스종인 CO2와 수증기로 효과적으로 파괴시킨다. 생성된 OH, 관련 자유라디칼 및 산화제는 촉매전환기에서 귀금속입자(Pt, Pd, Ph 및 이의 조합)의 촉매기능과 조합으로 또는 독립적으로 촉매로 작용할 수 있다.
연소가스스트림에 OH의 주입은 배기가스 스트림에서 CO 및 HC 반응을 촉진시킨다. OH의 반응성은 CO의 CO2로의 전환과 탄화수소의 CO2및 H2O로의 전환과 관련된 촉매활동이 가스상에서 촉매전환기의 워시코트의 넓은 표면적 상에서 일어나게 한다. 따라서, 촉매전환기의 입구 근처에 제한된 지역내에서 CO 및 HC의 CO2및 H2O로의 전환반응의 대개가 이루어진다. CO 및 HC 는 촉매전환기의 워시코트에서 가스상에서 산화되기 때문에 촉매전환기 입구 근처에서 CO 및 HC 의 산화가 사실상 완결되고 귀금속 촉매 표면의 대개는 이러한 경쟁반응에 참가하지 않는다. 예컨대, 전환기의 귀금속 자리는 메탄, 에탄, 벤젠 및 포름알데히드와 같은 덜 반응적인 탄화수소종을 더 이상 촉진시킬 필요가 없다. 따라서, 귀금속 자리에서 더욱 효과적인 촉매작용이 질소산화물의 질소 및 기타 비오염 가스종으로의 환원에 치중될 수 있다.
수산기의 작용은 전체 배기가스와 촉매전화기의 전체 표면적 상에서, 즉 워시코트의 전체 면적에 대해 이루어질 수 있다. 이것은 종래의 방식으로 작동하는 촉매전환기에 비해서 훨씬 효과적인 오염물 감소작용을 한다. 이러한 새로운 촉매전환 방식에 의해서 질소산화물은 종래의 하한선 이하로 감소할 수 있다. 혹은, 허용가능한 방출한계 하한선 이하로 질소산화물 화합물을 감소시키는데 덜비싼 금속 또는 이의 산화물이 사용될 수 있다.
본 발명의 수산기 구체예를 실시하기 위해서 여러 작동방식 및 장치가 활용될 수 있다. 한 구체예에서 충분히 높은 수증기 함량, 특히 100%호화도로 조절된 대기공기가 흡입되고 수은(Hg) 증기 램프 복사를 사용하는 발생기에서 OH가 발생된다. 높은 수증기 함량의 공기에서 OH를 생성시키는데 두 가지 경쟁반응이 존재한다. 첫 번째 경우에 185나노미터("㎚")광자의 흡수에 의해 물이 OH와 H로 직접 광해리된다. 높은 습도를 달성하기 위해서 수증기는 열수에서 나오거나 엔진의 배기가스 흐름으로부터 공급될 수 있다. 더 낮지만 충분히 높은 수증기 함량에서 선호되는 다른 반응은 램프에서 나오는 185㎚의 UV광선이 공기에 작용하여 산소원자(O)와 오존(O3)을 발생한다. 오존은 산소원자, 분자산소 및 질소(N2), 산소(O2), 물(H2O) 또는 아르곤과 같은 다른 공기성분이 관련된 3체 반응에 생성된다. 253.7㎚ UV는 광해리에 의해 오존을 분자산소(O2)와 준안정적인 산소원자(O)로 깬다. 발생기에 들어온 공기스트림이 충분한 수증기 함량을 가질 경우에 준안정성 산소원자(O)는 물분자와 결합하여 과산화수소를 형성한다:
O + H2O → H2O2
게다가 253.7㎚ UV는 과산화수소를 두 개의 히드록실기로 광해리한다.
따라서 발생기는 오존, 산소원자, 과산화수소 및 수산기를 흡입 분기관을 경유하여 엔진에 주입한다. 이렇게 주입된 과산화수소는 높은 엔진온도에서 수산기로 해리한다. 연소실의 틈새지역에 있는 수산기는 엔진의 연소공정에서 생존하여 배기가스 스트림에 남아있는 CO 및 HC에 작용하여 위에서 기술된 반응에 따라 CO2및 H2O를 생성해야 한다.
수산기 발생의 또다른 구체예는 수증기 농후 유입 공기 스트림을 글로우 방전 발생기(글로우 방전이 주로 수증기에서 일어나는 발생기)로 공급할 수 있다. 또다른 방법은 산소 및 수증기에 추가적으로 오존을 발생시키는 과전압 전기분해셀을 사용하는 것인데, 이어서 200-300㎚ UV에 노출하여 수증기 농후 공기 스트림의 존재하에서 과산화수소 생성을 개시시키는 광해리에 의해 산소원자를 발생시키고 이어서 과산화수소의 UV해리를 통해 수산기가 발생된다. 이러한 장치는 253.7㎚에서 높은 출력효율과 이러한 파장의 UV에 대한 오존 및 과산화수소의 높은 흡수성으로 인하여 UV원으로 수은 증기 램프를 사용하여 매우 콤팩트하게 될 수 있다.
상기 구체예들은 발생기에서 나오는 가스스트림을 엔진의 흡입 분기관 지역에 주입시키는 수산기 발생기가 관련된다. 이러한 방법의 장점은 흡입 분기관 지역에서 낮은 압력상태가 자연적인 펌핑 메카니즘을 제공한다는 것이다. 그러나, 이 방법의 결점을 수산기와 같은 자유라디칼을 포함한 고활성 화학종의 대개가 연소공정에서 파괴되며 단지 틈새지역과 연소실의 벽지역에 있는 활성 화학종만이 효과적으로 생존하여 배기가스 스트림에 들어가서 CO 및 HC를 산화시키는데 사용된다는 점이다. 대조적으로, 수산기 이온을 직접 배기(후연소)가스 스트림에 주입하거나 배기가스 스트림에서 수산기를 발생시키는 발생기는 활성화학종을 효과적으로 배기가스 스트림에 전달하여서 CO 및 HC 가 산화될 수 있다. 따라서, 등가의 방출물 감소를 위해 덜 활성있는 화학종이 요구된다. 이것은 수산기 발생기의 전기입력을 낮출 수 있다.
그러나, 배기가스 스트림의 더 높은 압력으로 인하여 발생기에서 발생한 화학종을 배기가스 스트림에 직접주입하기 위해서는 펌프질이 필요하다. 벤튜리의 사용은 이 과정을 보조한다. 혹은, 약 120℃이상의 온도인 물의 높은 증기압 때문에 수산기 발생기에 수증기 방출원을 사용하면 효과적인 주입이 가능하다. 이러한 수증기는 배기가스 스트림으로부터 응축 수단을 사용하여 수집될 수 있다.
배기가스 스트림에 수산기를 생성하는 구체예는 충분한 수증기의 존재하에서 직접적인 광해리에 의해 촉매 활성 OH를 발생하는 120 내지 185㎚ 파장의 UV광선을 배기 가스스트림에서 수집된 수증기와 대기 공기흡입을 사용하고 촉매전환기에 앞서 배기가스 스트림에 수증기, OH 및 H를 주입하는 외부 발생기에 120 내지 185㎚파장의 UV복사를 사용하는 것이다.
자유 라디칼 종을 생성하는 수단은 UV기초 발생기, 글로우 방전 발생기 및 과전압 전기분해셀을 포함한다. 발생기 입력은 전기, 물, 공기, 산소, 수증기, 수증기+공기, 및 수증기+산소를 포함할 수 있다.
상기 화학종을 엔진 시스템에 도입하는 방식은 흡입분기관과 같은 전연소 가스스트림, 배기 분기관과 같은 배기가스 스트림, 및 촉매전환기에 도입하는 것을 포함한다. 발생기는 이들 지역에 대해 외부적이거나 내부적이다. 외부 발생기의 특징은 엔진격실내 편리한 지점이나 차량의 그 밖의 장소에 발생기를 설치할 수 있다는 점이다. 외부발생기의 또다른 특징은 엔진의 흡입(전연소) 또는 배기(후연소) 가스스트림의 필요한 지점에 수산기가 도입될 수 있다는 점이다. 이 구체예의 또다른 특징은 수산기 발생기에서 나오는 수산기의 유속이 엔진속도, 즉 연소실로의 공기흐름이나 연소실에서 나가는 배기가스흐름과 무관하다는 점이다. 따라서, 낮은 엔진속도에서 수산기의 유속은 연소실을 통과하는 낮은 공기흐름에 의해 영향을 받지 않는다. 외부소스의 경우에 발생기의 가스생성물을 펌프질하는 수단은 엔진에 고유의 낮은 압력지역, 벤튜리 지역의 도입, 외부펌프, 또는 더 높은 온도 및 수증기 소스로 발생기의 가압화를 포함한다.
따라서, 본 발명의 구체예는 수산기와 관련 반응 화학종 O, H, H2O2및 H2O를 사용하여 엔진의 CO 및 HC를 감소시키는데 중심역할을 수행하는 OH를 촉매싸이클에 제공하여 현재 및 미래의 매우 낮은 방출물 차량 "ULEV"와 낮은 방출물 차량 "LEV"의 기준을 충족시킨다. OH는 촉매 작용하므로 비교적 소량의 OH가 더 많은 CO 및 탄화수소를 배기가스 스트림에서 산소의 존재하에서 CO2및 H2O로 환원시키기 위해 주입될 필요가 있다.
본 발명의 수산기 구체예의 또다른 특징은 가스상 촉매 화학종의 도입으로 인하여 2 활성이 전 촉매 전환기 표면상에서 이루어지며 이들 종의 고유 반응성으로 인하여 CO 및 불연소 HC가 엔진시동후 더 빨리 촉매 전환된다. 다시 말하자면, 엔진시동후 전형적인 촉매전환기에 비해서 지연시간이 감소될 수 있다.
휘발성 유기화합물(VOC)을 포함하지만 산업공정에서 나오는 질소화합물을 소량 포함하거나 포함하지 않는 연소 및 공업시스템의 경우에 전형적인 촉매전환기가 불필요하며 귀금속 촉매 전환기는 더더욱 불필요하다. 본 발명은 매우 저렴한 촉매 전환기 시스템을 제공한다. 단지 CO 또는 HC 및 기타 VOC 만이 산화될 필요가 있는 상황에서 전형적인 촉매전환기는 불필요하다. 그러나, 전형적인 촉매전환기의 벌집구조에 의해 제공되는 것과 유사한 넓은 표면적 또는 적절한 시간이 CO, HC 및 VOC의 산화 반응을 일으키는데 필요하다.
이러한 목적 및 특징은 다음을 포함하는 장치에 의해 달성된다: 1) 엔진의 연소가스 스트림, 2) 연료의 불완전 연소로 발생된 오염물 또는 질소 산화물의 양을 더욱 감소시키기 위해서 연소가스스트림내 배기가스를 처리하는 촉매 전환기, 3) 촉매 전환기에 의해 처리된 배기가스내 오염물 농도를 더욱 감소시키기 위해서 촉매전환기의 상류에 OH와 관련 자유 라디칼 및 산화제를 연소가스 스트림에 첨가하는 장치.
본 발명에 따라서, 연소실로 들어가는 적어도 주변공기로된 전연소 가스스트림과 연소시에서 나오는 후연소 배기가스 스트림을 가지는 연소실에서 연료의 불완전 연소로 인해 발생한 적어도 하나의 오염물 농도를 감소시키기 위해 배기가스를 처리하는 방법이 제공되며, 이 방법은 다음 단계를 포함한다: 수산기와 관련 자유라디칼 및 산화제를 전연소 및 후연소 가스스트림중 최소한 하나에 첨가하고 후연소 가스스트림에 충분한 표면적을 제공하여 연료 연소로 발생된 배기가스를 수산기가 처리하게 하여서 연소로 발생한 적어도 하나의 오염물 농도를 감소시키는 단계.
도 1 에는 촉매전환기(13)를 갖는 자동차엔진(10)의 공지구성이 도시된다. 촉매전환기(13)는 자동차 하부에 위치되며 배기분기관(15)으로부터 하류와 머플러(17)바로 앞에서 배기가스 스트림(후연소 가스 스트림)에 위치된다.
촉매 전환기(13)는 가솔린, 가솔린 기초 배합물, 디이젤 연료, 알콜, 천연가스 및 기타연료와 같은 연료의 연소시 발생하는 배기가스를 처리하는 장치를 포함하며 CO 및 불연소 탄화수소(HC)와 같은 연소 오염물 또는 NOx를 감소시키는데 사용될 수 있으며 최신 자동차엔진에 대체로 3가지 촉매가 사용된다.
그러므로, 촉매전환기(13)는 연료연소로 발생된 배기가스 스트림으로부터 적어도 하나의 오염물은 촉매적으로 제거하는 것으로서 단일체형 또는 과립형 세라믹 기질, 금속기질 또는 임의의 기질과 귀금속 또는 다른 종류의 촉매물질을 포함한다. 또한 촉매전환기는 전이원소의 산화물 또는 황화물과 같은 반도체 촉매를 포함하며 알루미나, 실리카-알루미나 및 제올라이트와 같은 세라믹형 촉매를 단독으로 또는 조합으로 포함하며 금속촉매와 조합으로 세륜 산화물과 같은 산소저장 매체를 포함한다.
도 2 는 본 발명 장치(11)의 한 구체예를 보여준다. 장치(11)는 약 100-200나노미터의 자외선을 방출하는 수은증기 아아크 램프 등의 자외선 방출 램프(21)와 같은 오존 발생장치를 포함한다. 이 램프는 오존을 생성할 수 있는 100-200나노미터의 파장을 가지는 자외선을 투과하는 유리외피를 가진다. 광투과외피는 용융실리카, 등가의 합성수정, 수퍼실, 사파이어 또는 200㎚이하의 파장을 갖는 자외선을 투과할 수 있는 다른 재료로 제조된다. 용융실리카 램프는 GTE Products Corporation(Sylvania Lighting Center, Danvers, MA 01923)으로부터 구매 가능하다. 네온, 아르곤 및 이의 조합과 수은과 같은 다른 가스를 포함하는 다른 UV발생 램프가 사용될 수 있다.
램프(21)는 12볼트의 배터리 전력을 램프(21)작동에 필요한 전압 및 진동수로 전환시키는 Bodine Model 12R25E/GS 트랜스포머(23)에 연결된다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 트랜스포머(23)는 자동차의 담배라이터(20)에 삽입되는 플러그(19)에 의해서 자동차의 전기시스템에 연결될 수도 있다. 이러한 배치는 장치(11)는 기존의 차량에 개장할 경우에 유리하다. 혹은, 트랜스포머(23)는 신차의 원래 설비로서 시스템의 열간 와이어에 연결함으로써 자동차의 전기시스템에 직접 연결될 수 있다.
도 2 에 도시된 장치에서 램프(21)는 도 1에서 (31)로 표시된 엔진 카부레터 상류, 예컨대 공기필터(27)와 공기 흡입 덕트(29)사이에 위치된다. 그러나, 오존발생장치는 공기필터(29)의 상류에 위치될 수도 있다.
기존의 엔진(10)에 장치(11)를 개장시키기 위해서 공기 필터 케이싱(24)을 열고 램프(21)를 공기 필터(27)와 공기흡입덕트(29) 사이에 위치시키고 램프(21)의 전기도선을 공기필터 커버(도시안된) 아래로 통과시켜서 케이싱(24)과 제거 가능한 커버(도시안된) 사이에 통과시켜 트랜스포머(23)에 연결된다.
엔지(10)에 도입되는 공기내 산소의 흡수계수를 증가시키기 위해서 램프(21)에 인접한 벽은 자외선에 대해 높은 반사율을 가지는 표면을 가지며 예컨대 알루미늄으로 제조되어서 185㎚광자에 대한 평균 자유경로를 증가시킨다. 왜냐하면 알루미늄은 185㎚이하의 자외선에 대해서는 반사율을 유지하기 때문이다.
그러나, 램프가 너무 커서 이 공간에 장착할 수 없다면 공기흡입덕트(29)에서 공기필터(27)를 담는 케이싱(24)에 적어도 하나의 구멍(22)이 천공된다. 공기필터(27)와 흡입덕트(29) 사이에 위치되는 구멍(22)은 램프(21)의 직경과 동일한 직경을 가진다. 램프(21)는 구멍(22)을 통해 케이싱(24)내부로 미끄러져서 공기필터(27)와 공기흡입덕트(29)사이에 위치된다. 테이프 또는 코우킹제와 같은 실란트가 구멍(22)에 적용되어서 램프(21)가 자리를 잡을 때 구멍(22)을 통해 공기가 들어오지 못하게 한다. 구멍(22) 형성을 필요로 하는 상기 절차 대신에 도 3 에 기술된 복수의 더 작은 길이의 램프(21a, 21b)가 사용될 수 있다.
이후에 스크루와 같은 조임쇠(28)를 수단으로 차량의 엔진격실의 측부판넬(26)에 트랜스포머(23)가 고정된다. 이후에 플러그(19)가 차량의 담배파이터(20)에 삽입되거나 트랜스포머(23)가 차량의 전기시스템에 직접 연결된다.
램프작동을 보장하기 위해서 광탐지기(35)가 램프(21)에 인접 위치되고 광탐지기(35)가 램프(21)에서 나오는 빛에어지를 감지하지 못할 경우 표시를 제공하고 표시기(37)에 연결된다. 탐지기(35)와 표시기(37)는 필수적이지는 않지만 특히 본 발명이 자동차 및 트럭에 현재 사용하는 공지의 촉매전환기 대신에 사용될 경우 이러한 옵션이 추천된다.
표 1 은 오존을 발생하고 전연소 가스스트림, 도 2 에 도시된 엔진의 연료주입시스템 또는 카부레터로부터 상류에 위치된 오존발생장치(11)를 사용하여 수득된 결과를 비교한다. 기초 테스트 결과는 오존발생장치(11)없이 수행되었다. 테스트된 엔진은 촉매전환기를 장착한 1990 Ford Taurus엔진이다.
오존 사용안함 오존 사용 감소%
일산화탄소(%)탄화수소(ppm) 0.28154 0.0212 92.8%92.2%
추가로, 테스트 차량은 가스연비에서 3 내지 10%의 증가와 출력의 증가를 보였다. 지금까지 수행된 모든 방출테스트는 배기가스내 잔류 탄화수소 함량이 4 내지 12ppm으로 작음을 보여주었다.
상기 방출테스트 결과는 연료의 산화에 활용되지 않고 엔진을 통과하는 오존은 없음을 나타낸다. 오존의 부재를 검증하는데 Oriel 오존테스트 키트가 사용된다. 이것은 수동작동펌프와 탐지기튜브로 구성된다. 피스톤형 펌프는 탐지기튜브를통해 배기가스샘플을 빨아들인다. 튜브는 튜브의 색깔변화길이에 의해 오존의 농도를 표시한다. 오존의 농도는 0.05 내지 5ppm으로 측정되었다.
만약 오존 잔량이 배기가스에서 탐지될 경우에 도 3 에 도시된 또다른 구체예에 따라서 센서(16)가 설치된 제어장치가 사용될 수 있다. 이 구체예에서 센서(16)는 배기 파이프(12)에 존재하여 오존의 존재여부를 탐지한다. 센서(16)는 배기가스에서 오존이 탐지될 경우 오존발생램프(21)를 끄고 오존이 존재하지 않을 경우 스위치를 켜는 제어기(18)에 연결된다. 제어기(18)는 센서(16)의 출력에 의해 제어되는 트랜지스터 또는 전자시스템과 같은 간단한 스위칭장치이거나 부하, 온도, 드로틀밸브 위치, 엔진회전속도(rpm) 등의 다른 엔진변수와 조합으로 센서(16)의 출력을 분석하여서 램프(21)를 켜고 끄거나 램프의 출력을 변조할 수 있는 엔진 제어 컴퓨터일 수 있다. 혹은, 제어기(18)는 센서(16)로부터 수신된 입력에 기초하여 전압전환기(25)에 의해 램프(21)에 가해지는 전압 또는 전류를 변화시킴으로써 램프(21)에 의해 발생된 오존의 양을 변화시킬 수 있다.
혹은, Fyrite Ⅱ 연소 분석기(VWR Scientific Co.)와 같은 오존센서를 써서 배기가스 방출물을 연속으로 모니터하여 자외선 램프(21)로의 전류흐름을 조절할 수 있을지라도 도 3 에 기술된 본 발명의 장치를 사용하는 것이 더 경제적이다. 이 장치에서 내연기관에 의한 연료연소에 필요한 것보다 작은 수준으로 공기를 오존으로 전환시키는 두 개이상의 작은 오존발생램프(21a, 21b)가 사용되며 하나의 램프는 연속작동되고 다른 램프는 엔진부하 또는 속도가 예정된 수준에 도달될 경우에만 켜진다.
이 구체예에서, 제어기(18)는 엔진 센서(16)에 연결되어서 온도, 드로틀밸브위치, 엔진회전수(rpm) 또는 엔진부하와 같은 엔진 작동상태를 나타내는 입력을 수신한다. 제어기(18)는 엔진 작동상태가 예정된 수준 이상에 있음을 감지할 때 램프(13b)를 켠다. 두 개의 램프구성에 추가적으로 하나의 램프는 필요할 때 작동하고 엔진의 회전 또는 부하의 수준이 증가함을 제어기(18)에 의해 감지할 때 각 추가램프가 연속으로 켜져서 엔진속도 또는 부하와 같은 엔진 상태가 최고의 예정된 수준에 있을 때 모든 램프가 켜져 과도한 탄화수소 또는 일산화탄소가 발생되지 않도록 양호한 연소가 일어나도록 충분한 오존이 발생되게 복수의 램프가 사용될 수 있다.
혹은, 단일한 램프(21)가 사용되고 제어기(18)는 제어기(18)로부터 수신된 입력에 기초하여 전압전환기(25)에 의해 램프(21)에 가해지는 전압 또는 전류를 변화시킴으로써 램프(21)에 의해 발생된 오존의 양을 조절할 수 있다. 또한 도 4 에 도시된 바와 같이 엔진의 카부레터 또는 연료 주입시스템(31)으로부터 하류와 연소실에 앞서 흡입 분기관(45)에 램프(21)를 장착할 수도 있다.
본 발명의 또다른 구체예에 따르면 오존은 전연소 또는 후연소 가스스트림에 도입되고 이후에 후연소 가스스트림은 촉매전환기에 의해 처리되고 촉매전환기 단독으로는 획득할 수 없는 CO, HC 및 NOx와 같은 오염물의 농도감소가 이루어진다. 이 구체예에 따르면 램프(21)가 설치되고 후연소 가스스트림내 배기가스가 촉매전환기에 의해 처리되어서 촉매전환기 없이 획득가능한 것보다 낮게 방출물을 크게 감소시킨다. 램프(21)는 엔진 연소실로부터 하류, 예컨대 도 4 에 도시된 바와 같이 배기 분기관(15)에 장착될 수 있다. 추가로, 램프(21)는 연소실의 상류 및 하류에 장착될 수 있다.
도 5 에 본 발명의 또다른 구체예가 도시되는데 오존발생장치는 전연소 및 후연소 가스스트림으로부터 원격 위치되고 오존농후공기는 연소 가스스트림에 파이프로 안내된다. 이 구체예에서, 공기로부터 오존을 발생하는 보조오존발생기(50)가 펌프장치(55)를 사용하여 엔진작동과 무관하게 주변공기를 빨아들인다. 주변공기는 도 2 에 기술된 UV램프 또는 정전기적 방전 장치를 수단으로 발생된 UV에 노출함으로써 오존농후공기로 전환되고 전연소 또는 후연소 가스스트림중 적어도 하나에 도입되어서 촉매전화기에 의해 처리된 적어도 하나의 오염물을 감소시킨다. 오존농후공기와 연소가스 스트림의 혼합을 개선시키는데 혼합장치(41)가 사용된다. 펌프장치(55)대신에 엔진(10)에 의해 발생된 진공을 사용하여 주변공기가 빨려들어올 수 있다.
자외선 램프(13)가 흡입분기관(45)에 위치되는 도 3 의 구체예를 사용하여 1996 Ford Taurus 3.0L엔진에 대해 또다른 테스트가 수행되어 촉매전환기 상류 및 하류에서 NOx, HC, CO 및 CO2함량이 측정되었다.
이러한 형태의 엔진은 두 가지 동일한 촉매전환기를 가지는데, 하나는 우측 배기분기관에 연결되고 다른 하나는 좌측 배기 분기관에 연결된다. 테스트 결과는 표 2에 나타낸다.
오존 발생장치를 끌 경우
공전상태 방출물 PPM/% LEFT CAT-IN LEFT CAT-OUT RIGHT CAT-IN RIGHT CAT-OUT
NOxHCCOCO2 PPMPPMPPM% 1312593500013.72 2.527840014.26 1162484500013.8 1.21371014.6
오존 발생장치를 켰을 경우
공전상태 방출물 PPM/% LEFT CAT-IN LEFT CAT-OUT RIGHT CAT-IN RIGHT CAT-OUT
NOxHCCOCO2 PPMPPMPPM% 1273048500013.87 0.22013.9 1172731500013.99 1.12014.27
오존 발생에 복사에너지를 사용한다고 기술하였지만 배기가스가 촉매전환기에 의해 처리되는 구체예는 한정적이지 않으며 오존을 발생하는 다른 공지의 장치가 오존을 연소가스 스트림에 첨가하는 소스로서 고려될 수 있다.
추가로, 오존이 촉매전환기 상류 또는 촉매전환기에, 예컨대 연소실의 카부레터 또는 연료주입시스템으로의 공기흡입덕트, 연소실로의 공기/연료 흡입 분기관, 연소실이나 연소실의 배기분기관 또는 도 1 에 도시된 배기파이프(A)의 적어도 한 지점에서 연소가스 스트림에 첨가되는 것이 유일한 필요조건이다.
도 6 에서 본 발명의 방법이 도시되는데 다음 단계를 포함한다: 1) 불완전연소로 발생한 오염물 또는 질소산화물을 감소시키기 위해서 연료연소로 발생된 배기가스를 처리하는 촉매전환기로부터 상류의 적어도 한 지점에 오존을 연소가스 스트림에 첨가하고, 2) 촉매전환기로 배기가스를 처리하는 단계.
본 발명의 또다른 구체예에서, 수산기는 전연소 및 후연소 가스스트림중 적어도 하나에 첨가되고 이후에 배기(후연소)가스스트림은 전형적인 자동차 촉매전환기와 같은 넓은 표면적의 수용체에서 처리된다. 이러한 장치(60)가 도 7 에 도시된다. 이 구체예에서 장치(60)는 수산기 발생기이며 185㎚와 25㎚의 파장에서 자외선을 방출하는 수은증기 아아크 램프와 같은 자외선 방출램프(21)를 포함한다. 이 램프는 100-300㎚의 파장을 가지는 UV를 투과하는 광투과 외피는 용융실리카, 등가의 합성 수정, 수퍼실 또는 100㎚까지, 특히 185㎚까지 파장을 가지는 자외선을 투과할 수 있는 다른 재료로 제조된다. 네온, 아르곤 및 이의 조합과 수은과 같은 기타 가스를 포함한 다른 자외선 발생램프가 사용될 수 있다.
램프(21)는 램프내에서 가스의 초기 전기적 파괴를 시키고 램프 복사출력을 위한 지속된 전압을 제공할 수 있는 전원(23)에 의해 활성화된다. 전원(23)은 시스템의 열간 와이어에 연결함으로써 자동차의 전기시스템(30)에 직접연결된다. 혹은 도 2를 참조로 기술된 바와 같이 차량의 승객실에 있는 담배 라이터 수용체에 플러그를 삽입함으로써 전원(23)이 전기시스템(30)에 연결된다.
충분한 수증기, 특히 100% 포화공기가 수산기를 발생하는 수단으로서 UV램프(21)를 활용하는 수산기 발생기(60)에 존재하는 것이 수산기의 효과적인 발생을 위해 중요하다. 이러한 수증기는 수증기 입력통로(65)를 통해 발생기(60)에 전달될 수 있다. 수증기는 도 8 에 도시된 바와 같이 저장된 물에서 공급된 물을 가열함으로써 입력통로(65)에 수증기를 공급하는 방법을 포함한 여러 가지 방법에 의해 수증기 입력통로(65)에 공급될 수 있다. 혹은, 도 8 에 도시된 바와 같이 수증기는 배기가스분리기(67)에서 배기가스 스트림(A)으로부터 분리되어 물저장 용기에 수집됨이 없이 또는 저장용기를 통해 입력통로(65)에 직접 공급된다. 혹은, 배기가스 스트림에서 발생된 수증기가 응축되고 용기에 저장되고 이후에 가열되어 수증기를 형성한다. 또다른 구체예에서 배기가스 스트림은 직접 수산기 발생기에 공급될 수 있다. 또다른 구체예에서 수산기 발생기에 도입된 공기가 도 8 과 같이 물을 통해 버블링(bubbling) 된다. 물은 외부 공급원에서 공급되거나 배기가스 스트림에 존재하는 수증기로부터 응축될 수 있다.
도 7 의 구체예에서 제공된 발생기(60)를 통과하는 충분히 높은 수증기 함량, 특히 100% 포화된 공기는 약 100-185㎚ 광자의 흡수에 의해 물을 OH와 H로 직접 광해리한다. 혹은, 램프(21)에서 나온 100-185㎚ UV 광선이 공기에 작용하여 오존과 산소원자를 생성한다. 253.7㎚ UV는 광해리에 의해 오존을 산소분자와 준안정성 산소원자로 깬다. 준안정성 산소는 물분자와 결합하여 과산화수소를 형성하고, 이것은 253.7㎚ UV 존재하에서 두 개의 수산기로 광해리된다.
도 7 에 도시된 장치(60)에서 램프(21)는 도 1에서 (31)로 표기된 연료주입시스템 또는 엔진의 카부레터로부터 상류에, 예컨대 공기필터(27)와 공기흡입덕트(29) 사이에 위치된다. 그러나 전연소 가스스트림을 따라 임의의 위치에 발생기(60)를 위치시킬 수 있다.
엔진에 유입되는 공기내 산소의 흡수계수를 증가시키기 위해서, 필요한 파장범위에서 자외선에 대해 반사하는 표면을 가지며 알루미늄으로 제조된 벽이 램프(21)에 인접위치되어서, 알루미늄이 185㎚까지의 자외선에 대해 반사율을 유지하기 때문에 자외선의 평균 자유경로를 증가시킬 수 있다.
엔진 카부레터 또는 연료주입시스템(31) 하류와 연소실 앞에, 예컨대 도 4 에 도시된 바와 같이 흡입 분기관(45)에 수산기 발생기(60)를 위치 시킬수도 있다.
도 10 에서, 본 발명의 또다른 구체예가 도시되는데 발생기(60)는 전연소 및 후연소 가스스트림으로부터 원격 위치되며 수산기 농후 공기는 다른 자유라디칼 중간체 및 산화제와 함께 연소가스 스트림으로 파이프 안내된다. 이 구체예에서, 공기로부터 수산기를 발생하는 수산기 발생기(60)는 펌프 장치(55)를 사용하여 엔진작동과 무관하게 주변공기를 빨아들인다. 주변공기는 발생기(60)에서 수증기와 혼합되거나 발생기에 들어가기 이전에 수증기가 주변공기에 첨가되고 높은 수증기 함량, 특히 100% 포화된 공기가 본 발명의 제시에 따라서 UV에 노출하거나 코로나 또는 글로우 방전장치에 의해 수산기 농후 공기로 전환되고 전연소 및 후연소 가스스트림중 적어도 하나에 첨가된다.
수증기용기(57)는 수증기를 발생기(60)에 전달하여서 주변공기가 충분히 높은 수증기 함량을 가지도록, 특히 100% 포화되도록 한다. 수증기용기(57)는 고체, 액체, 가스 또는 수증기와 같은 물리적 형태로 물을 담는 저장병이다. 물은 연소의 결과 수증기를 생성하는 엔진의 배기가스로부터 수집되거나 외부 공급원으로부터 저장될 수 있다. 수증기 용기(57)가 액체 물을 포함한다면 공기와 같은 기체의 존재하에서 가열과 같은 방법을 사용하여 수증기로 전환되거나 공기가 물속을 통과한다. 발생기(60)에 공급된 수증기와 공기는 발생기에 단일 입력될 수 있다. 즉, 물 또는 수증기가 발생기에 제공되는 공기 입력에 첨가된다. 이 구체예는 도 8에서 점선(51)으로 나타낸다. 물용기(50)는 필수적이지 않으며 수증기는 수증기 분리기(67)에서 배기가스 스트림으로부터 분리되어 발생기나 공기입구에 직접 첨가될 수 있다. 혹은, 배기가스가 발생기나 발생기에 공급되는 공기 또는 가스에 직접 첨가될 수 있다.
수산기 농후 공기와 연소가스 스트림의 혼합을 위해서 혼합장치(41)가 사용될 수 있다. 펌프장치(55) 대신에 엔진(10)에 의해 발생된 진공에 의해서 주변공기가 빨려들어갈 수 있다. 수산기 농후 공기가 배기가스 스트림에 도입될 경우에 벤튜외(58)가 필요하다.
도 9 는 도 8 에 도시된 시스템에 활용되는 수산기 발생기(60)를 보여준다. 수산기 발생기(60')는 전원(61)에 연결된 수은 증기 램프(21)를 포함한다. 수은 증기 램프(21)는 100-300㎚ 파장을 가지는 자외선을 투과한다. 충분한 수증기 함량의 존재하에서 필요한 양의 수산기를 공기로부터 발생시킬 수 있다.
공기 입력통(62)은 스크린과 공기필터를 가지며 공기를 수산기 발생기(60')에 공급한다. 공기입력파이프(64)는 입력통(62)에서 발생기(60')까지 공기를 전달한다. 공기입력파이프(64)는 수산기 발생기(60')까지 공기전달을 촉진하기 위해서 펌프(도시안된)를 포함할 수 있다. 수산기의 효과적인 발생을 위해서 충분한 수증기, 특히 100% 포화된 공기가 수산기를 발생하는 수단으로서 UV램프(21)를 활용하는 수산기 발생기에 존재해야 한다. 수증기는 수증기 입력 파이프(65')를 경유하여 발생기(60')에 전달될 수 있다. 수증기 입력 파이프(65')는 도 8 에 도시된 물 분리기(67)를 활용하여 경로(E)를 통해 배기 가스 스트림(67)으로부터 수증기를 수집할 수 있다. 도 8에서 수증기는 열수원(68)에 의해 공급된다. 열수원(68)은 공급수 가열을 위해서 순환파이프(69)를 경유하여 엔진을 순환하는 물의 외부 공급원이다. 이 물은 가열되거나 발생기 내의 온도 이하로 유지된다. 수증기가 열수원(68)에서 취해져 수증기 입력 파이프(65')를 경유하여 수산기 발생기(60')에 전달된다.
혹은, 수증기 입력 파이프(65)가 공기 입력 파이프(64)에 연결되어 공기 및 수증기가 혼합되고 이후에 수산기 발생기(60')에 전달될 수 있다. 배기 가스 스트림으로부터 수증기가 수집되거나 열수원시스템(68, 69)이 수증기를 수증기 입력 파이프(65)에 공급하는데 사용될 수 있다.
충분한 수증기를 수산기 발생기(20')에 전달하는 또다른 구체예가 도 9 에 도시된다. 이 구체예에서, 물이 전달되어서 입력 파이프(65)를 경유하여 저장용기(63)에 수집된다. 공기 입력통(62)에서 나오는 공기가 물에 통과되어서 충분한 수증기함량 또는 습도가 달성된다. 저장용기(63)에 수집된 물은 외부공급원에서 나오거나 배기 가스 스트림에서 나오는 수증기 또는 물이 응축될 수 있다.
수산기 발생기(20')의 내면에 알루미늄과 같은 자외선에 대해 높은 반사율을 가진 표면이 제공되어서 185㎚까지의 자외선에 대해 반사율을 유지한다.
발생기(60)를 통과하는 충분한 수증기함량의 공기는 185㎚광자의 흡수에 의해 물을 OH와 H로 광해리 시킨다. 혹은 램프(21)에서 나오는 185㎚ UV가 공기에 작용하여 광해리에 의해 오존을 산소 분자와 준안정성 산소원자로 깬다. 준안정성 산소는 물 분자와 결합하여 과산화수소를 형성하고, 이것은 253.7㎚ UV의 존재하에서 두 개의 수산기로 광해리된다.
수산기와 H, O, HO2, H2O2와 같은 다른 자유라디칼 및 산화제가 발생기출구(70)를 통해 연소가스 스트림에 전달된다. 발생기출구(70)를 통해 연소가스 스트림에 전달된다. 발생기 출력은 전연소 또는 후연소 가스 스트림에 첨가될 수 있다. 발생기에서 나오는 화학종이 후연소 가스 스트림에 전달되면 전연소 가스 스트림에 첨가된 수산기, 기타 자유라디칼 및 산화제의 대부분이 연소과정에서 생존하지 못하므로 전연소 가스 스트림에 첨가되는 경우 보다 적은양의 수산기가 필요하다. 연소에서 살아남거나 후연소 가스 스트림에 전달된 수산기는 배기 가스 스트림내 CO 및 HC 에 작용하여 CO2및 H2O 를 생성시킨다.
또다른 수산기 발생기(60")가 도 10 에 도시된다. 충분한 수증기 함량을 가진 공기는 코로나 또는 글로우 방전 발생기(60")에 전달되고 도 7, 8, 및 9를 참조로 기술된 것과 동일한 방식으로 이루어진다. 발생기(60")는 외부 전극(81)과 내부 전극(83) 사이에 포함된다. 고전압, 고진동수의 전원으로부터 나오는 하나의 도선이 내부 전극(83)에 연결되고 다른 도선은 외부 전극(81)에 연결된다. 글로우 방전 발생기(60")의 수산기 및 기타 생성물은 출구(70)를 통해 연소 가스 스트림에 전달된다.
도 11 은 또다른 수산기 발생기(60"')를 보여준다. 수산기 발생기(60"')는 오존 발생기(90)와 오존해리 및 수산기 생성을 위한 자외선 용기(95)를 포함한다. 오존 발생기(90)는 물입력(92)을 통해 물을 받아들이는 전기분해셀(91)을 포함한다. 전기분해셀(91)을 위한 물은 저장된 외부 공급원으로부터 제공받거나 연소로 발생된 배기 가스 스트림내 수증기로부터 응축될 수 있다. 전기분해셀(91)은 과전압 전원(93)에 연결된다. 과전압 전기분해셀은 전기분해에 필요한 전압한계보다 십분의 몇 볼트 높은 전압에서 작동한다. 전기분해셀(91)은 오존, 산소 및 용기(94)에 의해 유지되는 수증기를 발생한다. 용기(94)는 자외선 용기(95)로의 통로를 제공하는 오존, 산소 및 수증기 출력(96)을 가진다.
자외선 용기(95)는 도 8 과 관련하여 기술된 반응에 따라 오존을 수산기로 해리 하기 위해서 253.7㎚ UV를 생성하는 자외선 램프(21')를 가진다. 자외선 램프(21')는 전원(60)에 연결된다. 도 9 의 자외선 램프(21)와는 다르게 램프(21')는 200㎚이상, 특히 254㎚의 파장을 가지는 UV를 발생하는데 필요하다. 자외선 용기(95)의 내면에는 200㎚이상, 특히 254㎚의 파장을 가지는 UV에 대해 반사율이 높은 표면이 제공된다.
또다른 구체예에서, 램프(21)(발생기(20))는 엔진의 연소실 하류에, 예컨대 도 4 에 도시된 바와 같이 배기 분기관(15)에 장착될 수 있다. 충분한 수증기 존재하에서 100 내지 200㎚ 파장 범위의 UV를 배기 스트림에 조사함으로써 수산기가 직접적인 광해리에 의해 생성된다.
추가로, 수산기 발생기(20, 20', 20", 20"')는 연소실의 하류 및 상류에 수산기를 주입할 수 있다.
오존 발생에 복사에너지를 사용한다고 기술하였지만 배기가스가 촉매번환기에 의해 처리되는 구체예는 한정적이지 않으며 오존을 발생하는 다른 공지의 장치가 오존을 연소가스 스트림에 첨가하는 소스로서 고려될 수 있다.
추가로, 오존이 촉매전환기 상류 또는 촉매전환기에, 예컨대 연소실의 카부레터 또는 연료주입시스템으로의 공기흡입덕트, 연소실로의 공기/연료 흡입 분기관, 연소실이나 연소실의 배기분기관, 또는 도 1 에 도시된 배기파이프(12)의 적어도 한 지점에서 연소가스 스트림에 첨가되는 것이 유일한 필요조건이다.
게다가, 수산기 도입과 관련하여 전환기에 의해 제공된 높은 표면적은 연소엔진의 배기가스에서 오염물을 감소시키는데 필요하다.
도 12 에 도시된 바와 같이 엔진센서(16)가 시스템에 설치된 제어장치가 또다른 구체예에서 사용될 수 있다. 센서는 엔진 센서(16)의 출력에 의해 제어되는 전자시스템인 제어기(18)에 연결되거나 부하, 온도, 드로틀 밸브위치, rpm등 다른 엔진변수와 관련하여 센서(16)의 출력을 분석하는 엔진 제어컴퓨터와 같이 복잡할 수 있다. 혹은, 제어기(18)는 엔진 센서(16)로부터 수신된 입력에 기초하여 전압 전환기(25)에 의해 수산기 발생기(60)에 가해진 전압 또는 전류를 변화시킴으로써 수산기 발생기(60)에 의해 발생된 수산기의 양을 조절할 수 있다.
또다른 구체예에서 단일한 수산기 발생기는 연료 연소로 생성된 오염물을 완전 제거하는데 필요한 것보다 낮은 수준으로 충분한 수증기를 함유하도록 조절된 공기를 수산기로 전환시키는 하나 이상의 자외선 램프(21a, 21b, 21c)를 포함할 수 있다. 램프(21a)는 엔진이 작동될때와 같이 필요할 때 작동하며 램프(21b)는 엔진센서(39)에 의해 측정된 작동 변수에 따라 조절된다.
이 구체예에서, 제어기(18)는 엔진 센서(16)에 연결되어서 엔진의 작동 변수 또는 상태를 나타내는 입력을 수신한다. 제어기(18)가 온도, 엔진 속도 또는 부하와 같은 엔진 변수가 예정수준 이상임을 감지할 경우에 제어기(18)는 램프(21b)와 수산기 발생기의 출력을 변조한다. 두 개의 램프 구성 또는 두 개의 발생기에 추가적으로 복수의 발생기 또는 램프가 사용되어서 엔진이 작동중일 때 하나의 발생기 또는 램프가 연속 작동되고 엔진 회전 또는 부하와 같은 엔진 작동 변수의 수준의 증가가 제어기에 의해 감지될 때 추가 발생기 또는 램프가 연속으로 켜져서 속도 또는 엔진부하와 같은 엔진변수 또는 상태가 최고의 예정 수준에 있을 때 모든 발생기 또는 램프가 작동되어 충분한 수산기가 발생되어서 과도한 오염물이 발생되지 않도록 보장한다.
유사한 배치에서, 복수의 램프 대신에 복수의 내부 전극(83) 및 외부 전극(81)이나 복수의 오존 발생기(90) 및 자외선 용기(95) 또는 복수의 램프(21')가 사용될 수 있다.
혹은 단일 램프(21)가 사용되고 제어기(18)로부터 수신된 입력에 기초하여 전압 전환기(25)에 의해 램프(21)에 가해진 전압 또는 전류를 변화시켜서 램프(21)에 의해 발생된 수산기의 양을 변화시킬 수 있다.
도 13 에 도시된 본 발명의 방법은 다음 단계를 포함한다: 1) 높은 표면적의 수용체 상류의 한 지점에서 수산기를 연소 가스 스트림에 첨가하고; 2) 자동차 촉매전환기가 같은 고표면적 수용체를 통해 배기가스를 통과시키는 단계

Claims (54)

  1. 엔진에 유입된 공기내 산소를 오존으로 전환하는 복사에너지를 발생하는 광원; 최소한 하나의 광원을 구동하는 트랜스포머; 및 엔진의 전기시스템에 트랜스포머를 연결시키는 커넥터를 포함하며; 오존이 엔진에 의한 연료의 연소효율을 증가시킴으로써 배기가스내 탄화수소 및 일산화탄소의 양을 감소시키는 엔진의 배기가스내 오염물 감소장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 광원이 자외선 방출램프임을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 자외선 방출램프가 185㎚파장의 빛을 방출하는 수은증기 아아크 램프임을 특징으로 하는 장치.
  4. 엔진에 유입된 공기내 산소를 오존으로 전환하는 200㎚미만의 파장을 가지는 자외선을 생성하는 최소한 하나의 광원; 최소한 하나의 광원을 구동하는 트랜스포머; 및 트랜스포머를 엔진의 전기시스템에 연결시키는 커넥터를 포함하며; 오존이 엔진에 의한 연료의 연소효율을 증가시킴으로써 배기가스내 최소한 하나의 오염물 농도를 감소시키는 내연기관의 배기가스내 오염물 감소장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 엔진의 배기가스내 오존을 감지하는 오존센서; 및 엔진의 배기가스에서 예정량의 오존이 감지될 때 최소한 하나의 광원을 끄고 예정량보다 적은양의 오존이 엔진의 배기가스에서 감지될 경우에 최소한 하나의 광원을 켜는 제어기를 더욱 포함하는 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 엔진의 작동변수를 감지하는 센서; 및 센서에 의해 감지된 엔진의 변수에 비례하여 전압전환기에 의해 램프에 가해지는 전압 및 전류를 변화시킴으로써 램프에 의해 발생된 오존의 양을 변화시키는 제어기를 더욱 포함하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 센서가 엔진속도, 엔진부하, 온도 또는 드로틀밸브 위치를 포함하는 매개변수중 최소한 하나를 감지함을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 엔진이 내연기관이며 최소한 하나의 광원이 자동차 흡입 분기관 상류에 위치됨을 특징으로 하는 장치.
  9. 엔진의 공기 유입구에서 공기내 산소를 오존으로 전환시키기 위해 복사에너지를 발생시키고;
    공기 유입구에서 공기에 복사에너지를 가하여 공기내 산소를 오존으로 전환시켜서 연료를 더욱 완전연소시키며 효율을 증가시키는 단계를 포함하는 엔진의 배기가스내 오염물 감소방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 복사에너지가 185㎚파장의 빛을 방출하는 수은증기 아아크 램프에 의해 발생됨을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 엔진의 작동조건을 감지하고; 엔진의 작동조건에 비례하여 복사에너지의 세기를 변화시키는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 자외선의 세기가 추가 UV원을 작동시킴으로써 변화됨을 특징으로 하는 방법.
  13. 엔진에 도입된 공기내 산소를 오존으로 전환시키는 복사에너지를 발생하며 엔진에 의한 완전연소에 필요한 것보다 낮은 수준으로 공기를 오존으로 전환시키는 복수의 광원; 엔진의 다양한 작동조건을 감지하는 엔진 센서; 및 엔진이 작동중일대 제 1 광원을 연속 작동시키고 센서에 의해 탐지된 엔진의 작동 조건에 기초하여 추가 광원을 선택적으로 작동시키는 제어기를 포함하며; 엔진의 조건이 예정수준 이하일 경우에 제어기는 추가 광원을 끄고 엔진의 조건이 예정수준 이상일 경우에 제어기는 추가광원을 켜며 오존은 엔진에 의한 연료의 연소효율을 증가시킴으로써 배기가스내 탄화수소 및 일산화탄소의 양을 감소시키는 배기가스내 오염물 감소장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 제어기는 엔진의 여러 예정된 작동조건에서 각 추가 광원을 켬을 특징으로 하는 장치.
  15. 연소실로 들어가는 전연소 가스스트림과 연소실에서 나가는 후연소 배기가스 스트림이 있는 연소실; 연료의 불완전연소로 인한 적어도 하나의 오염물과 질소산화물의 양을 감소시키기 위해서 배기가스를 처리하는 촉매 전환기; 및 촉매 전환기에 의해 처리된 배기가스내 적어도 하나의 오염물의 양을 더욱 감소시키기 위해서 전연소 가스스트림 및 후연소 가스스트림중 적어도 하나에 오존을 첨가하는 장치를 포함하는 연료연소시 나오는 오염물 감소장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 오존 첨가장치가 산소를 오존으로 전환시킴으로써 오존을 발생함을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 장치가 100 내지 200㎚파장을 가지는 자외선 램프를 포함함을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 램프가 185㎚파장을 가지는 빛을 방출하는 수은증기 아아크 램프임을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 17 항에 있어서, 전연소 가스스트림이 공기를 포함하며 자외선 램프가 전연소 가스스트림에 위치됨을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 17 항에 있어서, 자외선 램프에 인접한 벽은 오존발생 자외선에 대해 반사함을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 벽이 알루미늄을 포함함을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 15 항에 있어서, 오존첨가장치가 전연소 가스스트림과 후연소 가스스트림으로부터 원격 위치되며 오존이 전연소 가스스트림 및 후연소 가스스트림중 적어도 하나에 전달됨을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 15 항에 있어서, 오존첨가장치가 정전기적 방전 오존 발생기를 포함함을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 15 항에 있어서, 연소실이 내연기관에 위치됨을 특징으로 하는 장치.
  25. 연소실에 들어오는 전연소 가스스트림과 연소실에서 나가는 후연소 배기가스 스트림을 가지는 연소실을 포함한 엔진에서 연료의 연소로 발생한 적어도 하나의 오염물의 농도를 감소시키기 위해서 배기가스를 처리하는 촉매전환기의 전환효율을 개선하는 방법으로서, 촉매전환기 상류의 적어도 한 지점에서 전연소 및 후연소 가스스트림중 최소한 하나에 오존을 첨가하여 연소로 발생한 적어도 하나의 오염물 농도를 감소시키며; 적어도 하나의 촉매전환기를 사용 배기가스스트림을 처리하는 단계를 포함하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 오존첨가단계가 산소를 오존으로 전환시키기 위해서 복사에너지를 발생하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 복사에너지 185㎚파장을 가지는 빛을 방출하는 램프에 의해 발생됨을 특징으로 하는 방법.
  28. 연소실로 들어가는 전연소 가스스트림과 연소실에서 나가는 후연소 배기가스 스트림을 가지는 연소실; 후연소 가스스트림에 위치되는 넓은 표면적의 수용체; 넓은 표면적의 수용체 말단 이전에 전연소 가스스트림과 후연소 가스스트림중 최소한 하나에 수산기를 첨가하는 장치를 포함하는 연료연소로 발생한 오염물 감소장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 넓은 표면적의 수용체가 촉매 전환기임을 특징으로 하는 장치.
  30. 제 29 항에 있어서, 수산기 첨가장치가 공기에서 수산기를 발생시키는 수산기 발생기임을 특징으로 하는 장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 수산기 첨가장치가 100 내지 300㎚의 파장을 가지는 자외선을 발생시키는 자외선 램프와 글로우 방전 발생기중 적어도 하나; 공기 통로; 및 수산기 발생을 촉진하기 위해서 높은 수증기함량을 가지도록 수산기 발생기내에서 공기를 조절하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 장치.
  32. 제 31 항에 있어서, 수산기 발생기가 100 내지 300㎚의 파장을 가지는 자외선에 대해 반사하는 내부표면을 가짐을 특징으로 하는 장치.
  33. 제 32 항에 있어서, 공기조절수단이 수산기 발생기에 물을 공급하는 통로를 포함함을 특징으로 하는 장치.
  34. 제 33 항에 있어서, 물공급 통로가 후연소 가스스트림과 통함을 특징으로 하는 장치.
  35. 제 34 항에 있어서, 물을 저장하기 위해서 물공급 통로와 통하는 물저장용기를 더욱 포함하는 장치.
  36. 제 35 항에 있어서, 물이 액체형태로 외부공급원에서 저장용기로 공급됨을 특징으로 하는 장치.
  37. 제 35 항에 있어서, 연소실에서 나오는 배기가스내 수증기를 농축함으로써 물이 공급됨을 특징으로 하는 장치.
  38. 제 35 항에 있어서, 수증기를 수산기 발생기에 공급하기 위해서 수산기 발생기내의 온도보다 높은 온도로 저장용기에 저장된 물을 유지하는 수단을 더욱 포함하는 장치.
  39. 제 35 항에 있어서, 공기통로가 물공급용기와 통함을 특징으로 하는 장치.
  40. 제 39 항에 있어서, 수산기 발생기에 공급된 공기가 저장용기에 담긴 물을 통해 버블링되도록 공기통로가 구성됨을 특징으로 하는 장치.
  41. 제 30 항에 있어서, 수산기 발생기가 과전압 전기분해셀; 및 254㎚의 파장을 가지는 자외선을 발생하는 자외선 램프를 포함함을 특징으로 하는 장치.
  42. 제 28 항에 있어서, 수산기 첨가장치가 전연소 가스스트림과 후연소 가스스트림으로부터 원격 위치되며 수산기가 전연소 및 후연소 가스스트림중 적어도 하나에 공급됨을 특징으로 하는 장치.
  43. 적어도 공기로된 전연소 가스스트림과 연소실에서 나가는 후연소 가스스트림을 가지는 연소실에서 연료의 불완전 연소로 발생된 오염물을 감소시키기 위해서 배기가스를 처리하는 방법으로서, 전연소 및 후연소 가스스트림중 최소한 하나에 수산기를 첨가하고 연료연소로 발생된 배기가스가 수산기와 반응하도록 후연소 챔버에 충분한 표면적을 제공함을 포함하는 배기가스 처리방법.
  44. 제 43 항에 있어서, 수산기가 전연소 및 후연소 가스스트림으로부터 원격으로 발생됨을 특징으로 하는 방법.
  45. 제 43 항에 있어서, 가스공급으로 수산기를 방생하고; 물을 가스에 첨가하여 충분한 수증기 함량을 가지는 수증기 농후가스를 형성하고; 100 내지 300㎚의 파장을 가지는 자외선을 발생하고; 수증기농후 가스를 자외선에 노출시켜 수산기를 발생하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  46. 제 45 항에 있어서, 수증기 농후 가스 형성 단계가 배기가스로부터 물을 수집하고; 배기가스에서 나오는 수증기를 가스에 공급하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  47. 제 45 항에 있어서, 수증기 농후 가스 형성 단계가 물공급원을 가열하여 수증기를 발생시키고; 수증기를 가스에 첨가하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  48. 제 45 항에 있어서, 수증기 농후 가스 형성 단계가 물을 용기에 저장하고; 가스를 용기에 도입하여 물속을 통과하게 하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  49. 제 43 항에 있어서, 공기를 과전압 전기분해셀에 공급하여 오존, 산소 및 수증기를 발생시키고; 200 내지 300㎚의 파장을 가지는 자외선을 발생시키고; 발생된 오존, 산소 및 수증기를 자외선에 노출시켜 수산기를 발생하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  50. 제 43 항에 있어서, 공기를 공급하고; 충분한 수증기 함량을 가지는 수증기 농후 공기를 형성하고; 수증기 농후 공기스트림을 코로나 방전 발생기에 노출시킴으로써 수산기를 발생하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  51. 제 43 항에 있어서, 충분한 표면적의 수용체가 촉매 전환기임을 특징으로 하는 방법.
  52. 전연소 및 후연소 가스스트림을 가지는 연소실의 배기가스내 오염물 감소장치로서 전연소 가스스트림과 후연소 가스스트림으로부터 원격 위치된 수산기 발생장치를 포함하며, 수산기 발생기는 100 내지 300㎚의 파장을 가지는 자외선 발생 램프와 글로우 방전 발생기중 적어도 하나, 수산기 발생을 촉진하도록 공기가 충분한 수증기함량을 가지도록 공기를 조절하는 수단 및 전연소 및 후연소 가스스트림중 최소한 하나에 발생된 수산기는 도입하는 출구를 가지며, 불완전 연소로 발생하는 오염물과 질소산화물을 감소시키기 위해서 배기가스를 처리하는 촉매 전화기를 포함하는 장치.
  53. 제 28 항에 있어서, 수산기 발생장치가 100 내지 300㎚의 파장을 가지는 자외선을 발생하며 충분히 높은 수증기함량을 가지는 후연소 배기가스 스트림내에 위치되는 자외선 램프를 포함함을 특징으로 하는 장치.
  54. 제 45 항에 있어서, 수증기 농후 가스 형성 단계가 배기가스 스트림을 수산기 발생기에 첨가함을 포함함을 특징으로 하는 장치.
KR1019980704638A 1995-12-19 1996-12-19 엔진배기가스내오염물감소방법및장치 KR20000064467A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/575,698 US5692481A (en) 1994-05-18 1995-12-19 Method and apparatus for reducing contaminants in exhaust gases of an engine
US8/575,698 1995-12-19
US08/671,955 US5806305A (en) 1994-05-18 1996-06-28 Method and apparatus for reducing pollutants
US8/671,955 1996-06-28
PCT/US1996/020581 WO1997022794A2 (en) 1995-12-19 1996-12-19 A method and apparatus for reducing pollutants and contaminants in exhaust gases of an engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20000064467A true KR20000064467A (ko) 2000-11-06

Family

ID=27076767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980704638A KR20000064467A (ko) 1995-12-19 1996-12-19 엔진배기가스내오염물감소방법및장치

Country Status (11)

Country Link
US (3) US5806305A (ko)
EP (1) EP0868605A2 (ko)
JP (1) JP2001508514A (ko)
KR (1) KR20000064467A (ko)
CN (2) CN1209190A (ko)
AU (1) AU726650B2 (ko)
BR (1) BR9612085A (ko)
CA (1) CA2241110A1 (ko)
MX (1) MX9804953A (ko)
RU (1) RU2168053C2 (ko)
WO (1) WO1997022794A2 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010012026A (ko) * 1999-07-16 2001-02-15 이주철 내·외연기관의 매연감소와 출력향상 방법 및 장치
KR100912352B1 (ko) * 2009-01-23 2009-08-14 신용태 내연기관에 흡입되는 공기의 오존램프광을 이용한 공기 정화장치
WO2010085053A2 (ko) * 2009-01-23 2010-07-29 Shin Yong Tae 내연기관에 흡입되는 공기의 정화장치
KR101022734B1 (ko) * 2006-12-29 2011-03-22 건국대학교 산학협력단 농후연소 가스 산출방법

Families Citing this family (59)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5806305A (en) * 1994-05-18 1998-09-15 Lockheed Martin Corporation Method and apparatus for reducing pollutants
US5863413A (en) 1996-06-28 1999-01-26 Litex, Inc. Method for using hydroxyl radical to reduce pollutants in the exhaust gases from the combustion of a fuel
US5845485A (en) 1996-07-16 1998-12-08 Lynntech, Inc. Method and apparatus for injecting hydrogen into a catalytic converter
US6230683B1 (en) 1997-08-22 2001-05-15 Cummins Engine Company, Inc. Premixed charge compression ignition engine with optimal combustion control
CN1233313B (zh) 1996-08-23 2013-01-02 卡明斯发动机公司 带最佳燃烧控制的预混合可燃混合气压燃发动机
US6029442A (en) * 1996-12-18 2000-02-29 Litex, Inc. Method and apparatus for using free radicals to reduce pollutants in the exhaust gases from the combustion of fuel
US6321531B1 (en) 1996-12-18 2001-11-27 Litex, Inc. Method and apparatus for using free radicals to reduce pollutants in the exhaust gases from the combustion of a fuel
US6047543A (en) * 1996-12-18 2000-04-11 Litex, Inc. Method and apparatus for enhancing the rate and efficiency of gas phase reactions
GB9801023D0 (en) * 1998-01-19 1998-03-18 Johnson Matthey Plc Combatting air pollution
DE69936081T2 (de) 1998-02-23 2008-01-17 Cummins, Inc., Columbus Regelung einer verbrennungskraftmaschine mit kompressionszündung und kraftstoff-luftvormischung
DE19900967A1 (de) * 1999-01-13 2000-07-20 Volkswagen Ag Vorrichtung zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine
AU2856000A (en) * 1999-01-21 2000-08-07 Litex, Inc. Combined plasma reactor catalyst systems for effective emission control over a range of operating conditions
DE19904068A1 (de) * 1999-02-02 2000-08-03 Volkswagen Ag Vorrichtung zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine
DE19948150A1 (de) * 1999-10-07 2001-04-12 Volkswagen Ag Anordnung und Verfahren zur Steuerung einer photochemischen Abgasreinigungsanlage von Brennkraftmaschinen
US6474060B2 (en) * 1999-11-17 2002-11-05 Southwest Research Institute Exhaust gas recirculation filtration system
DE10001431A1 (de) * 2000-01-15 2001-07-19 Volkswagen Ag Abgasanlage und Verfahren zur Reinigung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschne, insbesondere einer Dieselkraftmaschine
US6212883B1 (en) * 2000-03-03 2001-04-10 Moon-Ki Cho Method and apparatus for treating exhaust gas from vehicles
US7974930B2 (en) * 2000-07-26 2011-07-05 Pierce-Eislen, Inc. Method and system for providing real estate information
US7078000B2 (en) * 2001-06-14 2006-07-18 Delphi Technologies, Inc. Apparatus and method for mat protection of non-thermal plasma reactor
US6893617B2 (en) * 2001-06-14 2005-05-17 Delphi Technologies, Inc. Apparatus and method for retention of non-thermal plasma reactor
DE10142800A1 (de) * 2001-08-31 2003-03-20 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung und Verfahren zur Abgasnachbehandlung
DE10201928A1 (de) * 2002-01-19 2003-07-31 Eberspaecher J Gmbh & Co Abgasanlage einer Verbrennungsmaschine
US6840034B2 (en) * 2002-04-19 2005-01-11 Envirolift, Llc Emission control apparatus for marine generator engine
US6604356B1 (en) 2002-04-19 2003-08-12 Envirolift, Llc Emission control system for generator engine
DE10241063A1 (de) * 2002-09-05 2004-03-11 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Abgasnachbehandlung und Vorrichtung hierzu
US7156957B1 (en) 2003-05-15 2007-01-02 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration UV induced oxidation of nitric oxide
JP2007501349A (ja) * 2003-08-01 2007-01-25 コーニンクレッカ　フィリップス　エレクトロニクス　エヌ　ヴィ 誘電体バリヤ放電エキシマランプを有する流体流中の汚染物質を削減するための装置
FR2862340B1 (fr) * 2003-11-18 2006-01-20 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de traitement des hydrocarbures imbrules issus d'un moteur a allumage commande fonctionnant au gaz naturel et dispositif d'application de ce procede
DE102004002742B4 (de) * 2004-01-20 2005-12-08 Hartmut Lederer Regenerator von Verbrennungsabgasen mit Katalysator
JP2005344514A (ja) * 2004-05-31 2005-12-15 Kazuo Motochi 燃焼機関の補助ガス供給装置
US20070044779A1 (en) * 2005-03-20 2007-03-01 Green Carl A Apparatus for the multiplication of air flow in internal combustion engines increasing horsepower and torque, while reducing emissions
JP4321485B2 (ja) * 2005-04-12 2009-08-26 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化装置およびその方法
US8105546B2 (en) * 2005-05-14 2012-01-31 Air Phaser Environmental Ltd. Apparatus and method for destroying volatile organic compounds and/or halogenic volatile organic compounds that may be odorous and/or organic particulate contaminants in commercial and industrial air and/or gas emissions
FR2885953B1 (fr) * 2005-05-17 2010-10-01 Renault Sas Dispositif d'aide au fonctionnement d'un catalyseur d'oxydation pour l'epuration de gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne et procede associe
JP4513862B2 (ja) * 2005-12-01 2010-07-28 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
KR101336530B1 (ko) * 2005-12-14 2013-12-03 가즈오 모토우치 연소기관의 보조가스 공급장치
US7398643B2 (en) * 2006-05-16 2008-07-15 Dana Canada Corporation Combined EGR cooler and plasma reactor
US7617671B1 (en) * 2006-11-20 2009-11-17 Richard Menelly Method and apparatus for purifying motor exhaust fumes
JP5119690B2 (ja) * 2007-03-12 2013-01-16 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気ガス浄化装置
JP4367521B2 (ja) * 2007-04-27 2009-11-18 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化システム
US20090050116A1 (en) * 2007-08-21 2009-02-26 Cummings Craig D Fluid ionizing device for internal combustion engines
KR20110007170A (ko) * 2008-04-15 2011-01-21 알베마를 코포레이션 연소 가스로부터 수은의 제거를 위해 고온측 정전 침전기를 사용하는 방법 및 흡착체
US9194273B2 (en) 2008-10-31 2015-11-24 Cummins Inc. Apparatus, system, and method for aftertreatment control and diagnostics
US8648322B2 (en) * 2008-10-31 2014-02-11 Cummins Inc. Optical sensing in an adverse environment
US8223337B2 (en) * 2008-10-31 2012-07-17 Cummins Inc. Apparatus, system, and method for aftertreatment control and diagnostics
US8218147B2 (en) 2010-06-18 2012-07-10 Cummins Inc. Apparatus, system, and method for detecting engine fluid constituents
US8893665B2 (en) * 2011-08-17 2014-11-25 Ford Global Technologies, Llc Method and system for compensating for alcohol concentration in fuel
CN102383976A (zh) * 2011-10-27 2012-03-21 杨德利 有光解矿化作用环保并提高内燃机燃油燃烧率的方法及其装置
SE536263C2 (sv) * 2011-12-21 2013-07-23 Airqone Building Scandinavia Ab Reningsanordning för gasmedium innefattande medel för kontrollerad tillförsel av joniserad luft
CN102705115B (zh) * 2012-05-14 2015-05-13 广州正奥环保科技有限公司 一种车用臭氧发生器节油减排装置
US9157391B2 (en) 2013-03-14 2015-10-13 EMIT Technologies, Inc. Systems and methods for controlling a combustion engine
RU2636717C2 (ru) * 2015-12-08 2017-11-27 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Способ очистки газовых выбросов от полициклических ароматических углеводородов, в том числе бенз(а)пирена
CN106677929A (zh) * 2017-01-11 2017-05-17 陈继周 一种节油机动车尾气处理器
DE102017213196A1 (de) 2017-07-31 2019-01-31 Siemens Aktiengesellschaft Gasanalysator zur Messung von Stickoxiden und Schwefeldioxid in Abgasen
DE102017213980A1 (de) 2017-08-10 2019-02-14 Siemens Aktiengesellschaft Gasanalysator zur Messung von Stickoxiden und mindestens einer weiteren Komponente eines Abgases
CN108361116B (zh) * 2018-01-31 2020-05-19 成都信息工程大学 一种汽油机助燃节油装置及其控制方法
US10753265B2 (en) 2018-10-31 2020-08-25 Christopher Mark HILL Exhuast air pollution elimination device
CN114653206B (zh) * 2022-04-06 2022-11-22 陕煤集团神木红柳林矿业有限公司 一种煤矿燃油车尾气处理系统
CN115463543B (zh) * 2022-07-28 2023-06-16 华电电力科学研究院有限公司 一种燃煤机组scr脱硝精准喷氨系统

Family Cites Families (59)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1333836A (en) * 1918-02-28 1920-03-16 Csanyi Henry Art of producing charges for power devices
US1725661A (en) * 1927-08-16 1929-08-20 Oswin C Moll Ozonator
US1982484A (en) * 1929-11-06 1934-11-27 Arthur C Runge Ozonizing apparatus for internal combustion engines
US3188167A (en) * 1961-07-12 1965-06-08 Minerals & Chem Philipp Corp Treatment of exhaust gases
FR1364714A (fr) 1962-05-15 1964-06-26 Gen Precision Inc Système de navigation par inertie
FR1364716A (fr) * 1963-05-14 1964-06-26 Procédé d'assainissement des résidus gazeux, en particulier des moteurs thermiques
US3983021A (en) 1971-06-09 1976-09-28 Monsanto Company Nitrogen oxide decomposition process
US3896616A (en) * 1972-04-21 1975-07-29 Engelhard Min & Chem Process and apparatus
US3979193A (en) * 1972-07-03 1976-09-07 Jack Sikich Corona discharge apparatus
JPS5142245B2 (ko) * 1974-07-08 1976-11-15
JPS5390159A (en) * 1977-01-21 1978-08-08 Kureha Chem Ind Co Ltd Denitrating method
US4185316A (en) 1977-07-06 1980-01-22 Fleck Carl M Apparatus for the generation of ions
US4118193A (en) * 1977-07-29 1978-10-03 Beckman Instruments, Inc. Catalytic reactor systems method and apparatus
US4195606A (en) * 1977-11-17 1980-04-01 Pearson Asa M Method and apparatus for treating air for internal combustion engines
JPS5511055A (en) * 1978-07-11 1980-01-25 Mitsubishi Electric Corp Gas treating apparatus
US4308844A (en) * 1979-06-08 1982-01-05 Persinger James G Method and apparatus for improving efficiency in combustion engines
FR2481945A1 (fr) * 1980-05-12 1981-11-13 Dri Jean Pierre Procede de neutralisation des effluents nocifs contenus dans les gaz d'echappement des moteurs thermiques et dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procede
US4309199A (en) * 1980-05-15 1982-01-05 Nagatoshi Suzuki Air cleaner for engines
US4434771A (en) * 1980-10-20 1984-03-06 Israel Slomnicki Ozone production system
US4519357A (en) * 1982-09-29 1985-05-28 Am-Air Limited Partnership Air ionizer for internal combustion engines
US4780277A (en) 1985-05-10 1988-10-25 Shinryo Corporation Method and apparatus for subjecting gases to discharge treatment
US4969328A (en) * 1986-10-21 1990-11-13 Kammel Refaat A Diesel engine exhaust oxidizer
US4979364A (en) 1988-03-11 1990-12-25 Fleck Carl M Diesel fuel exhaust gas filter
US4945721A (en) * 1988-04-14 1990-08-07 Environmental Research International, Inc. Electromagnetic converter for reduction of exhaust emissions
US4954320A (en) 1988-04-22 1990-09-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Reactive bed plasma air purification
US4902487A (en) 1988-05-13 1990-02-20 Johnson Matthey, Inc. Treatment of diesel exhaust gases
EP0366876B1 (en) 1988-10-05 1993-05-12 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Exhaust gas treating apparatus
US4968396A (en) * 1989-01-30 1990-11-06 The Academy Of Applied Science Method of and electrolytic-catalytic cell for improving the completion of combustion of oxygenated hydrocarbon fuels by chemically modifying the structure and combustibility thereof, including through developing hydroxyl ions therein
US5154807A (en) * 1989-01-30 1992-10-13 Academy Of Applied Science Method of and electrolytic-catalytic cell for improving the completion of combustion of oxygenated hydrocarbon fuels by chemically modifying the structure thereof including through developing hydroxyl ions therein
US5010869A (en) * 1989-08-11 1991-04-30 Zenion Industries, Inc. Air ionization system for internal combustion engines
US5050377A (en) * 1990-01-31 1991-09-24 Joseph W. Eng Exhaust emission control apparatus
CA2086675C (en) 1990-07-02 2003-01-28 Carl M. Fleck Process and device for cleaning exhaust gases
JPH04276167A (ja) * 1991-03-04 1992-10-01 Masayuki Yokota オゾン添加による炭素系燃料の完全燃焼
US5284556A (en) * 1991-05-01 1994-02-08 Plasmachines, Inc. Exhaust treatment system and method
JP2906356B2 (ja) * 1992-02-04 1999-06-21 株式会社クボタ 排ガス脱硝方法
US5246632A (en) * 1992-05-21 1993-09-21 Wentworth Fred Albert Jr Circulatory ion vapor generator and method
JPH05332128A (ja) * 1992-05-27 1993-12-14 Nagatoshi Suzuki 排気ガス浄化装置
US5300266A (en) * 1992-05-27 1994-04-05 Scientific Products Corporation Electrical apparatus and method for generating antibiotic
JPH0822367B2 (ja) * 1992-11-27 1996-03-06 富士通株式会社 ガス浄化装置
GB9301433D0 (en) 1993-01-20 1993-03-17 Atomic Energy Authority Uk Gas purification
US5649517A (en) * 1993-02-18 1997-07-22 The University Of Chicago Variable oxygen/nitrogen enriched intake air system for internal combustion engine applications
US5410871A (en) 1993-03-29 1995-05-02 Unlimited Technologies, Inc. Emission control device and method
US5419123A (en) * 1993-03-29 1995-05-30 Unlimited Technologies, Inc. Emission control device and method
GB9320662D0 (en) 1993-10-07 1993-11-24 Atomic Energy Authority Uk Corona discharge reactor
DE4400653A1 (de) * 1994-01-12 1995-07-13 U W Schmidt Ozonerzeuger für Verbrennungsmaschinen
US5692481A (en) * 1994-05-18 1997-12-02 Lockheed Corporation Method and apparatus for reducing contaminants in exhaust gases of an engine
US5806305A (en) * 1994-05-18 1998-09-15 Lockheed Martin Corporation Method and apparatus for reducing pollutants
AU681271B2 (en) 1994-06-07 1997-08-21 Westinghouse Electric Corporation Method and apparatus for sequentially staged combustion using a catalyst
US5549795A (en) 1994-08-25 1996-08-27 Hughes Aircraft Company Corona source for producing corona discharge and fluid waste treatment with corona discharge
US5695619A (en) 1995-05-25 1997-12-09 Hughes Aircraft Gaseous pollutant destruction method using self-resonant corona discharge
US5771683A (en) 1995-08-30 1998-06-30 Southwest Research Institute Active porous medium aftertreatment control system
US5609736A (en) 1995-09-26 1997-03-11 Research Triangle Institute Methods and apparatus for controlling toxic compounds using catalysis-assisted non-thermal plasma
US5746984A (en) 1996-06-28 1998-05-05 Low Emissions Technologies Research And Development Partnership Exhaust system with emissions storage device and plasma reactor
US5863413A (en) * 1996-06-28 1999-01-26 Litex, Inc. Method for using hydroxyl radical to reduce pollutants in the exhaust gases from the combustion of a fuel
US5891409A (en) 1996-08-19 1999-04-06 The Regents Of The University Of California Pre-converted nitric oxide gas in catalytic reduction system
US5711147A (en) 1996-08-19 1998-01-27 The Regents Of The University Of California Plasma-assisted catalytic reduction system
US6119455A (en) 1996-08-30 2000-09-19 Siemens Aktiengesellschaft Process and device for purifying exhaust gases containing nitrogen oxides
DE19635232A1 (de) 1996-08-30 1998-03-05 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur plasmachemischen Zersetzung und/oder Vernichtung von Schadstoffen
US5942026A (en) * 1997-10-20 1999-08-24 Erlichman; Alexander Ozone generators useful in automobiles

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010012026A (ko) * 1999-07-16 2001-02-15 이주철 내·외연기관의 매연감소와 출력향상 방법 및 장치
KR101022734B1 (ko) * 2006-12-29 2011-03-22 건국대학교 산학협력단 농후연소 가스 산출방법
KR100912352B1 (ko) * 2009-01-23 2009-08-14 신용태 내연기관에 흡입되는 공기의 오존램프광을 이용한 공기 정화장치
WO2010085053A2 (ko) * 2009-01-23 2010-07-29 Shin Yong Tae 내연기관에 흡입되는 공기의 정화장치
WO2010085053A3 (ko) * 2009-01-23 2010-10-21 Shin Yong Tae 내연기관에 흡입되는 공기의 정화장치

Also Published As

Publication number Publication date
WO1997022794A2 (en) 1997-06-26
AU726650B2 (en) 2000-11-16
MX9804953A (es) 1998-10-31
WO1997022794A3 (en) 1997-11-13
CN1289005A (zh) 2001-03-28
CA2241110A1 (en) 1997-06-26
US6012283A (en) 2000-01-11
BR9612085A (pt) 1999-12-28
CN1209190A (zh) 1999-02-24
US5806305A (en) 1998-09-15
RU2168053C2 (ru) 2001-05-27
US6253544B1 (en) 2001-07-03
AU1347997A (en) 1997-07-14
JP2001508514A (ja) 2001-06-26
EP0868605A2 (en) 1998-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20000064467A (ko) 엔진배기가스내오염물감소방법및장치
US6716398B2 (en) Method and apparatus for using hydroxyl to reduce pollutants in the exhaust gases from the combustion of a fuel
WO1997022794A9 (en) A method and apparatus for reducing pollutants and contaminants in exhaust gases of an engine
US6212883B1 (en) Method and apparatus for treating exhaust gas from vehicles
US6330794B1 (en) Method and apparatus for using free radicals to reduce pollutants in the exhaust gases from the combustion of a fuel
KR19990064229A (ko) 내부 연소엔진의 배기가스 정화장치
US5692481A (en) Method and apparatus for reducing contaminants in exhaust gases of an engine
US6479023B1 (en) System for converting particulate matter in gasoline engine exhaust gases
US20010003898A1 (en) Method and apparatus for reducing pollutants
AU1831701A (en) A method and apparatus for reducing pollutants and contaminants in exhaust gases of an engine
KR19990015902A (ko) 플라즈마 방전을 이용한 엔진의 연소효율증대 및 배기가스감소장치
KR200346823Y1 (ko) 오존발생관이 장착된 자동차용 에어클리너박스
JPH05141229A (ja) 自動車エンジンの排気ガス浄化方法
JP2001140630A (ja) 内燃機関の排ガス浄化装置
US20220243626A1 (en) The use of ozone with lnt and mno2 catalyst for the treatment of residual pollutant for the exhaust gas of an internal engine combustion
KR100231556B1 (ko) 디젤엔진의 배기가스 처리방법
JPH06335621A (ja) 自動車用排ガス処理装置
KR19990031751U (ko) 연료증발가스 퍼지방법
CZ20001262A3 (cs) Zařízení pro snížení obsahu znečišťujících látek
CN1238235A (zh) 真空控温喷水减污排气管
Agrwal et al. Automotive catalytic converter: Review (Current status and some perspectives)
ITBA960052A1 (it) Metodo per ridurre le emissioni nei processi di combustione, clean air 2000

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid