KR20030065496A - 차량에 연료를 공급하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

차량에 연료를 공급하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR20030065496A
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샤비에르 헤트함
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호-통, 로버트, 케네스
샤비에르 헤트함
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Abstract

본 발명은 차량 엔진(32)에 연료를 공급하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 차량(30) 보드 상에 전해질과 두개의 이격된 전극(24)들을 구비하는 전해셀(12)안에서 수소 가스를 전기적으로 발생시키는 단계와 엔진에 수소가스를 공급하는 단게를 포함한다. 본 발명은 엔진(32)에 연료를 공급하기 위한 장치(10)에 관한 것으로, 상기 장치(10)는 전해셀(12)를 포함하며, 상기 전해셀(12)는 엔진(32)의 연료 흡입부와 연통되도록 연결될 수 있는 출구(18)을 구비한다.

Description

차량에 연료를 공급하기 위한 장치 및 방법{METHOD OF AND AN APPARATUS FOR SUPPLYING FUEL TO A VEHICLE}
본 발명자는 수소가 화염성이 높고 폭발력이 강한 재료이기 때문에 안전하게 저장하고 운반하고 분배하는데 어려움이 있어 연료로서 사용하기에 적합하지 않다는 것을 알고 있다.
본 발명은 수소를 연료로 사용하는 것에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 차량에 연료를 공급하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이고, 또한 차량에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진에 연료를 공급하기 위한 장치를 도시한 종방향 단면도.
도 2는 도 1의 장치를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 엔진에 연료를 공급하기 위한 장치를 포함하는 차량을 도시한 3차원 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 차량의 일부를 형성하는 연료감시시스템을 표현한 개략도.
본 발명의 목적은 이러한 문제점을 완화시키는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제 1측면에 따르면 챠량 엔진에 연료를 공급하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은 챠량의 보드상에 위치하고 전해액과 두개의 이격된 전극을 구비하는 전해셀안에서 전기분해적으로 수소를 발생시키는 단계; 및 엔진에 수소를 공급하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 내용에 있어서, "차량"은 하늘, 육지 및 바다에서 사람이나 화물을 수송하기 위한 수단을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
전해질 생성은 전기에너지가 화학적 변화를 만들기 위해 사용되는 공정에 의한 생성을 의미한다. 화학적 변화는 이온화를 통해 전류를 전도하는 화학적 화합물/조성물, 또는 그들의 용해액(소위, 전해질)을 통해 이루어진다. 전류는 전기 전도성 물질로 된 두개의 전극에 의해 전해조안에 충진된 전해질을 통해 전도된다. 상기 전기에너지/전류는 외부동력원에 의해 제공된다.
상기 방법은 전기분해용 물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 전기분해용 수용성 용액을 포함할 수도 있다. 상기 용액은 기본적인 수용성 용액일 수 있다. 더욱 구체적으로는, 상기 용액은 수용성 수산화나트륨 용액일 수 있다. 상기 용액은 1%(m/v)의 농도를 가질 수 있다.
전기분해용 전류는 차량의 전기 시스템(즉, 배터리)로부터 전극까지 공급될 수 있다. 상기 전류는 4A 와 6A 사이일 수 있다.
상기 전기분해는 스테인레스강으로 된 전극을 사용함으로써 실행될 수 있다.
상기 방법은 전극들의 극성을 주기적으로 전환시키는 것을 포함한다. 상기 전극들의 극성은 분당 1사이클의 주기로 전환될 수 있다.
상기 방법은 차량의 동력 요구를 감시하고 동력요구신호를 발생시키는 단계; 및 상기 동력요구신호에 의해 결정되는 비율로 수소를 발생시키는 단계를 포함한다.
엔진이 연소실을 구비하는 내연기관인 상태에서, 상기 방법은 공기와 발생수소를 혼합하고 상기 혼합물을 엔진에 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 수소는 엔진의 흡기매니폴드를 통해 엔진의 연소실로 공급될 수 있다. 수소는 휘발유, 디젤, 메탄올 등과 같은 종래의 액체 연료를 보완하기 위해 사용될 수도 있다.
상기 방법은 전해질을 주기적으로 보충하는 단계를 포함한다. 상기 전해질은 전해질 공급수단으로부터 전해질을 자동으로 공급함으로써 보충될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 엔진에 연료를 공급하는 장치가 제공되는데, 상기 장치는 적어도 두개의 전극을 사용하여 전해질을 통해 전류를 전도함으로써 수소를 발생시키기 위한 전해셀을 포함한다. 상기 전해셀은 엔진의 연료 흡입부와 연통되도록 연결되거나 연결될 수 있는 출구를 구비한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 차량이 제공되는데, 상기 차량은 엔진; 적어도 두개의 전극을 사용하여 전해질을 통해 전류를 전도함으로써 수소를 발생시키기 위한 전해셀로서, 엔진의 연료 흡입부와 연통되도록 연결되거나 연결될 수 있는 출구를 구비하는 전해셀을 포함한다.
상기 전해셀은 하우징안에 수용될 수 있고, 상기 하우징은 엔진의 연료 흡입부와 연통될 수 있고 높은 위치에서 상기 하우징으로부터 안내되는 출구를 구비하면서 전해조로 형성된다.
상기 하우징은 낮은 위치에 전해질 입구를 포함한다. 상기 입구를 통해 전해질 공급기로부터의 전해질 흐름을 허용하는 개폐위치와 상기 입구를 통한 전해질의 흐름을 막는 폐쇄위치 사이를 가변할 수 있는 상기 전해질 유동제어밸브는 상기 전해질 입구의 상류측에 제공된다.
상기 전해셀은 상기 개폐위치와 폐쇄위치사이에서의 밸브의 가변을 작동시키기 위한 전해질유동 제어밸브작동수단을 포함할 수도 있다.
상기 유동제어밸브작동수단은 상기 하우징내에 있는 전해질의 양을 감지하는 전해질을 포함할 수 있고, 상기 유동제어밸브는 상기 하우징내의 전해질의 양을 일정하게 유지하기 위하여 상기 개폐위치와 폐쇄위치사이에서 가변하기 위해 작동된다.
전해질 공급기는 상기 전해질 입구와 연통되도록 전해질 탱크의 형태일 수 있다.
대표적으로, 전극들이 연장되는 하우징의 적어도 일부부은 폴리테트라플루오로에텐(polytetraflouroethene)과 같은 전기 절연물질로 제작된다.
상기 차량은 엔진에 의해 필요로 하는 수소량을 제조하기 위해 엔진의 연료요구량을 감시하고 전기분해를 제어하는 프로세서를 포함한다.
이제, 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 실시예를 통해서 상세히 설명될 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도면부호 10은 본 발명에 따른 엔진에 연료를 공급하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치(10)는 도면부호 12에 의해 지시된 전해셀을 포함한다. 상기 전해셀(12)는 도면부호 14에 의해 지시된 하우징안에 수용되며, 입구도관의 형태를 갖는 전해질 입구(16)와 상기 입구로부터 이격된 출구(18)을 구비하며, 상기 출구(18)는 엔진의 연료 흡입부와 연통되도록 연결될 수 있다. 상기 하우징(14)은 전해질을 충진하기 위해 도면부호 20으로 지시된 저장조로 형성된다.
상기 하우징(14)은 전해질 입구(16)가 연장되는 바닥벽(40)과, 출구(18)가 연장되는 상부벽(42)를 포함한다. 상기 상부벽(42) 및 바닥벽(40)은 일반적으로 폴리테트라플루오로에텐으로부터 제조된다. 그러나, 상기 상부벽(42) 및 바닥벽(40)은 임의의 비활성이고 전기절연의 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 하우징(14)는 또한 상기 바닥벽(40)과 상부벽(42) 사이에 연장되는 원통형 측벽(44)를 포함한다. 일반적으로, 상기 원통형 측벽(44)은 스테인레스강으로 제작되지만, 다른 재료들이 사용될 수도 있다. 상기 하우징(14)은 상부벽(42)과 바닥벽(40)의 외부쪽 대향면들의 각각에 단부플레이트(46)를 포함한다. 상기 단부 플레이트(46)는 스테인레스강으로 제작되지만, 다른 재료들이 사용될 수도 있다.
상기 하우징(14)은 상부벽(42)(및 그것의 연관된 단부플레이트(46)), 원통형 측벽(44), 및 바닥벽(40)(그것의 연관된 단부플레이트(46))을 함께 분리가능하게 연결하기 위한 연결수단(51)을 포함한다. 상기 연결수단(51)은 4개의 굴대(54)의 형태를 가지며, 각각의 굴대는 그 길이의 일부에 대해 각각의 단부로부터 내부쪽으로 연장한 스크류식 나사산을 갖는다. 각각의 굴대(54)는 상부벽(42)과 그것의 연관된 단부플레이트(46)와 바닥벽(40)과 그것의 연관된 단부플레이트(46)들의 각각에 형성된 홀을 관통한다. 상기 상부벽(42)과 그것의 연관된 단부플레이트(46), 상기 바닥벽(40)과 그것의 연관된 단부플레이트(46) 및 굴대(54)는 상기 굴대(54)의 나사식 단부와 결합하는 너트(56)에 의해 분리가능하게 연결된다. 상기 연결수단(51)은 임의적으로 적절한 형태를 취할 수 있다.
상기 측벽(44)의 단부부분은 상부벽(42)과 바닥벽(40)에 형성된 환형홈(57)에 위치된다. 상기 하우징(14)은 상부벽(42)와 원통형 측벽(44)의 상부단부 사이, 및 바닥벽(40)과 원통형 측벽(44)의 하부단부 사이를 완벽하게 밀봉하기 위해 각각의 환형홈(57)에 위치된 링시일(58: ring seal)을 포함한다.
상기 전해셀(12)은 상기 하우징(14)내에 장착되는 두개의 이격된 전극(24)를 포함한다. 상기 전극(24)은 스테인레스강으로부터 제작되지만, 다른 전도성 재료가 사용될 수도 있다.
각각의 전극(24)은 상부벽(42)와 연관된 단부플레이트(46)과 상부벽(42)를 관통하여 연장한다. 각각의 전극(24)은 스테인레스강으로 된 플레이트(46) 및 다른 전극들로부터 전극(24)를 전기적으로 격리시키기 위해 전극(24)의 상부단부에 절연칼라(48: isolating collar)를 포함한다. 예를들어 스테인레스강과 같은 전기 전도성재질로 된 일렬의 평행하게 이격된 시트(50: sheet)는 상기 하우징(14) 내의 전극들(24) 사이에서 연장되고, 상기 시트(50)들은 번갈아가면서 대향하는 전극(24)들로부터 연장되고 그 전극들에 연결된다. 각각의 시트(50)는 그안에 형성된 개구부(52)를 가지며, 상기 개구부(52)는 그 개구부를 통과해서 전극(24)를 수용하도록 하는 형상 및 치수를 갖는다. 그러므로, 각각의 전극(24)은 외부로부터 연장되는 일렬의 이격된 시트(50)들을 포함한다. 각각의 전극(24)은 다른 전극(24)에 연결된 시트(50)에 형성된 개구부(52)를 통해 공차를 가지며 연장된다. 상기 시트(50)는 각각의 전극(24)의 표면적을 효과적으로 증가시키는 역할을 한다.
전해질유동제어밸브(미도시)는 입구도관(16)을 통해 전해질 공급기로부터의 전해질 유동을 허용하는 개방위치와, 상기 입구로부터의 전해질유동을 금지하는 폐쇄위치 사이를 가변시키기 위해 상기 입구도관(16)내에 전해질의 입구의 상류측에 제공된다. 상기 전해셀(12)은 또한 상기 하우징(14)안에 장착되며 감지봉(26)의 형태로 된 전해질유동제어밸브작동수단을 포함한다. 상기 감지봉(26)은 상기 개방위치와 폐쇄우치 사이에서 밸브의 가변을 작동시키기 위해 제어밸브에 연결된다. 사용에 있어서, 상기 감지봉(26)은 상기 저장조(20)안에 충진된 전해질(22)의 양을 감지하여, 상기 저장조(20) 안의 전해질(22)의 양이 일정하게 유지되도록 상기 폐쇄위치로부터 개방위치로 밸브의 가변을 작동시킨다.
상기 출구(18)를 형성하는 하우징(14)의 일부는 출구(18)가 엔진의 연료흡입부와 연통되게 연결될 수 있도록 하는 연결형성부(미도시)를 구비한다.
도 3을 참조하면, 도면부호 30은 차량을 나타내며, 다르게 지시되지 않는 한, 위에 언급된 동일한 도면부호는 유사한 구성요소들을 지적하기 위해 사용된다. 차량(30)은 엔진(32)과, 상기 엔진(32)으로 안내되는 흡기매니폴드(34)를 구비하는 연료 흡입부를 포함한다. 엔지(32)은 4개의 실린더로 된 내연기관이다. 차량(30)은 본 발명에 따른 엔진(10)에 연료를 공급하기 위한 장치를 포함한다. 전해질(미도시)은 상기 하우징(14)안에 충진된다. 상기 전해질은 일반적을 1%(m/v)의 수용성 수산화나트륨 용액이지만, 전해질은 전기분해시 산물로서 수소를 발생시키는 물이나 다른 수용액들일 수도 있다. 차량(30)의 배터리(36)는 전류의 통로를 제공하는 전도체들을 통해서 각각의 전극(24)들에 연결된다. 약 4A 내지 6A의 전류가 배터리(36)에 의해 상기 전극(24)들에 공급된다. 사용에 있어서, 전류는 두개의 전극(24)들에 의해 전해질을 통해서 전도된다. 상기 전극(24)들의 극성은 약 1분당 1사이클의 주기로 전환된다. 전류가 전해질을 통해서 전도되기 때문에, 수소가스는 전극(24)들중 어느 하나에서 발생하고 거품이 일어난다. 수소가스는 출구(18)을 통해서 공급되어, 흡기매니폴드(34)를 통해 엔진(32)의 연소실로 공급되기 전에 공기와 혼합되며, 엔진에서 연료로서 사용된다. 필요하다면, 단독으로 연료로서 사용되는 것 대신에, 수소가스가 휘발유나 디젤등과 같은 종래의 액상 연료를 보완하기 위해 사용될 수도 있다.
차량(30)은 상기 장치(10)의 전해질 입구(16)과 연통하도록 하는 출구(39)를 갖는 전해질 탱크(38) 형태의 전해질 공급기를 포함한다. 상기 전해질유동제어밸브(미도시)가 개방위치에 위치하게 되면, 전해질은 전해질탱크(38)로부터 저장조(20)으로 유동할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 차량(30)은 엔진(32)의 연료요구량을 감시하는 센서(72)와 링크된 프로세서(70)(도 4 참조)를 포함하고, 상기 프로세서(70)는 엔진(32)에 의해 요구되는 수소의 정확한 양을 제조하기 위해 연료 요구량에 대응하는 전기분해를 제어하기 위해 배열된다. 이러한 목적을 위해서, 프로세서(70)는 배터리(36), 즉 차량의 전력공급기에 링크되며, 상기 배터리(36)는 프로세서(70)에 의해 발생되는 신호에 대응하여 전해셀(10)에의 전력 공급을 변화시키고 그로인한 전기분해율도 변화시킨다.
상기 장치(10)는 차량이 제작될 때에 차량(30)의 최초 기본 설비의 일부분으로서 흡기매니폴드(34)와 연통되도록 장착될 수 있다. 대신에, 기존의 차량들을 위해서 흡기매니폴드(34)에 변형을 가하거나 또는 가하지 않고도 상기 출구(18)는 흡기매니폴드(34)에 연통하도록 연결될 수 있다.
본 발명자는 본 발명에 따른 차량(10)에 연료를 공급하기 위한 장치가 필요한 시기에 수소가스를 발생시키기 때문에 차량에 연료를 공급하기 위해 수소를 저장하는 안전한 수단을 제공할 것이라고 믿는다. 또한, 본 발명자는 상기 장치가 차량에 의해서 사용되는 종래의 액상연료를 크게 절감시킬 것이라 믿는다. 더우기, 본 발명자는 상기 장치(10)가 생태학적 이익을 갖는 연료로서 기존의 액상연료를 수소가스로 대체할 수 있다는 것을 믿는다.

Claims (35)

  1. 차량엔진에 연료를 공급하는 방법에 있어서,
    차량의 보드상에 전해질과 두개의 이격된 전극들을 구비하는 전해셀 내에서 전기적으로 수소를 발생시키는 단계; 및
    상기 엔진에 수소를 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전해질은 물인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전해질은 수용액인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 수용액은 기본적인 수용액인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 수용액은 수용성 수산화나트륨인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 수용액은 1%(m/v)의 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    전기분해용 전류는 차량의 배터리로부터 전극까지 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 전류는 4A 내지 6A 인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    전극의 극성은 주기적으로 전환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 전극의 극성은 1분당 1사이클의 주기로 전환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    차량의 동력요구을 감시하여 동력요구신호를 발생시키는 단계; 및
    동력요구신호에 의해 결정된 비율로 수소를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    수소가스와 공기를 혼합하고 혼합물을 상기 엔진에 공급하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    전해질을 주기적으로 보충하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 전해질은 전해질 공급기로부터 전해질의 자동공급을 통해 보충되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 엔진에 연료를 공급하기 위한 장치에 있어서,
    상기 장치는 적어도 두개의 전극들을 사용함으로써 전해질을 통해 전류를 전도하여 수소가스를 발생시키기 위한 전해셀로서, 상기 엔진의 연료 흡입부와 연통하도록 연결될 수 있는 출구를 갖는 전해셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 전해셀은 하우징안에 내장되고, 상기 하우징은 전해질 저장조로 형성되고 상기 엔진의 연료흡입부에 연결될 수 있고 높은 위치에 상기 하우징으로부터 안내되는 출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 하우징은 낮은 위치에 전해질 입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 전해질 입구의 상류측에 전해질유동제어밸브를 포함하고,
    상기 유동제어밸브는 입구를 통해 전해질 공급기로부터의 전해질 공급을 허용할 수 있는 개방위치와, 입구를 통한 전해질 유도을 금지하는 폐쇄위치 사이를 가변할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 전해셀은 개방위치와 폐쇄위치 사이에서 전해질유동제어밸브의 가변행위를 작동시키기 위한 전해질 유동제어밸브작동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 유동제어밸브작동수단은 상기 하우징에 의해 형성되는 저장조내에 담긴 전해질의 양을 감지하는 전해질량센서를 포함하고, 상기 유동제어밸브는 상기 저장조내의 전해질의 량을 일정하게 유지하기 위해 개방위치와 폐쇄위치 사이를 가변하기 위해 작동되는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 18항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질 공급기는 전해질 입구와 연통되도록 전해질 탱크의 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 16항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징의 적어도 일부분은 전기 절연재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 엔진; 및
    적어도 두개의 전극을 사용하여 전해질을 통해 전류를 전도함으로써 수소를 발생시키기 위한 전해셀로서, 엔진의 연료 흡입부와 연통되도록 연결되거나 연결될 수 있는 출구를 구비하는 전해셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 전해셀은 전해질저장조와 출구로 구분되는 하우징안에 내장되는 것을 특징으로 하는 차량.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 하우징은 낮은 위치에 전해질 입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 전해질 입구의 상류측에 전해질유동제어밸브를 포함하고,
    상기 유동제어밸브는 입구를 통해 전해질 공급기로부터의 전해질 공급을 허용할 수 있는 개방위치와, 입구를 통한 전해질 유도을 금지하는 폐쇄위치 사이를 가변할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 전해셀은 개방위치와 폐쇄위치 사이에서 전해질유동제어밸브의 가변행위를 작동시키기 위한 전해질 유동제어밸브작동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 유동제어밸브작동수단은 상기 하우징에 의해 형성되는 저장조내에 담긴 전해질의 양을 감지하는 전해질량센서를 포함하고, 상기 유동제어밸브는 상기 저장조내의 전해질의 량을 일정하게 유지하기 위해 개방위치와 폐쇄위치 사이를 가변하기 위해 작동되는 것을 특징으로 하는 차량.
  29. 제 26항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질 공급기는 전해질 입구와 연통되도록 전해질 탱크의 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 차량.
  30. 제 24항 내지 제 29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징의 적어도 일부분은 전기 절연재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 차량.
  31. 제 23항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진의 연료 요구량을 감시하여 엔진에 의해 요구되는 수소가스의 량을 제조하도록 전기분해를 제어하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  32. 본원에 기재된 바와 같이, 청구항 1에 기재된 차량엔진에 연료를 공급하기 위한 방법.
  33. 본원에 기재된 바와 같이, 청구항 15에 기재된 엔진에 연료를 공급하기 위한 장치.
  34. 본원에 기재된 바와 같이, 청구항 23에 기재된 엔진에 연료를 공급하기 위한차량.
  35. 본원에 기재된 바와 같이, 새로운 방법, 새로운 장치 또는 새로운 차량.
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