KR20080097202A

KR20080097202A - 엔진 시동 연료를 생성하기 위한 탑재 분류 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20080097202A
Application number: KR1020087020442A
Authority: KR
Inventors: 마르쿠스 에쉬포드; 론 매튜스; 마이클 디. 웨스트
Original assignee: 보드 오브 리전츠, 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2008-11-04
Also published as: JP2009527677A; AU2007217863A1; BRPI0707806A2; CA2637534A1; WO2007098104A3; US7370610B2; US20070193852A1; MX2008010527A; EP2032228A2; EA200801843A1; WO2007098104A2

Abstract

내연 기관용 연료를 저장하고 생성하기 위한 연료 분류 시스템(FFS) 및 이와 연관된 방법이 제공된다. FFS는 휘발성 경질 분류 2차 연료를 형성하기 위해 액체 연료를 증류하는 증류 칼럼(33)을 포함한 증류 칼럼 조립체(31)가 제공된다. 증류 칼럼(33)은 증기화된 공급 연료의 중질 분류 성분들을 응축시키기 위해 응축 모듈(63)을 포함하고, 증류 칼럼 내에서 공급 연료를 증기화시키기 위한 증기화 모듈(61)을 포함한다. FFS는 응축 모듈(63)에 의해 중질 분류 연료 성분들의 응축을 조절하기 위해 위치되고 경질 분류 연료 성분들과 중질 분류 연료 성분들의 분리를 조절하기 위하여 증기화 모듈(61)에 의해 공급 연료의 증기화를 조절하도록 위치된 컨트롤러(71)를 포함하며, 이에 따라 경질 분류 배출 포트(53)로부터 배출되는 연료는 체적에 대한 경질 분류 연료 성분들이다.

Description

엔진 시동 연료를 생성하기 위한 탑재 분류 시스템 및 방법{ON-BOARD FRACTIONATION SYSTEM AND METHODS TO GENERATE AN ENGINE STARTING FUEL}

본 발명은, 본 명세서에 참조 문헌으로 구성된, 2006년 2월 17일 출원된 미국 특허 출원 제 60/774,683호를 우선권 주장한다.

본 발명은 엔진 산업에 관한 것으로, 특히 연료 동력 엔진에 대한 엔진 연료 시스템에 관한 것이며, 보다 특히 차량의 탄화수소 방출물들을 감소시키기 위한 연료 시스템 및 방법에 관한 것이다.

1942년 이래로, 차량이 집중되는 도심지에서, 내연 기관으로부터의 공기 오염은 모바일 사회의 바람직하지 못한 결과물로 인식되어 져 왔다. 내연 기관으로부터의 방출물들은 몇몇의 원인으로부터 야기되며, 엔진 타입, 작동 지점, 상태, 형상 및 연료의 휘발성에 의존하여 양과 조성에 있어서 상당히 가변될 수 있다. 방출물 억제의 몇몇 형태가 없는 엔진에 대해 방출물의 20 내지 25%가 크랭크케이스 환기장치로부터 야기되며, 60%는 배기 장치로부터 야기되고, 나머지 부분은 연료 탱크와 연관된 증발 손실로부터 야기된다. 내연 기관의 배기 가스는 다양한 양의 연 소되지 않은 탄화수소, 카본 일산화물 및 질소의 산화물을 함유한다.

최근에, 연구원들은 배기 방출물을 감소시키기 위한 다양한 방법들을 광범위하게 연구해왔다. 이러한 연구들로 인해 상당한 성과가 이뤄졌다. 이에 따라, 최근의 자동차들은 10년 전에 비해 작은 양의 바람직하지 못한 물질들만 방출한다. 이러한 상당한 진보에도 불구하고 추가적인 개선점이 요구될 수 있다. 미국 연방 기준(Federal standard)은 지속적으로 방출물의 추가적인 감소를 요구해왔다. 배기 방출물을 추가적으로 감소시키는데 있어서 주요한 문제점은 최근의 자동차들이 냉간 시동 이후 차량 엔진의 30 내지 90초 동안 60 내지 95%의 탄화수소 방출물이 발생되는 데 있다.

출원인은 낮은 엔진 온도 상태에서 과도한 탄화수소 방출물의 발생에 기여하는 몇몇의 요인들을 인식하고 있다. 이러한 요인들 중 한 주요한 요인은 크랭킹 및 웜-업(warm-up) 기간 동안 상당한 오버-플루잉(over-fueling)에 수반되는 안정적인 연소를 구현하기 위해 스타트-업 온도(즉 30 ℃이하)에서 충분한 양의 연료가 불완전하게 증기화되는 데 있다. 이러한 오버-플루잉으로 인해 높은 엔진-아웃 탄화수소 방출물(engine-out hydrocarbon emission)이 발생된다. 이러한 문제점은 방출 시스템 촉매(즉 촉매 컨버터)가 냉간 시동 후 1 내지 2분까지 이의 최적의 작동 온도에 도달되지 못하기 때문에 상당한 오버-플루잉으로 인해 악화되며, 이에 따라 스타트-업 동안 오버-플루잉으로부터 야기되는 결과를 포함한 모든 불연소된 연료를 산화시킬 수 없다.

과거에는, 웜-업 기간 동안 액화 석유 가스 또는 그 외의 가스성 2차 연료로 엔진을 작동시키고 정상 작동 온도에 도달된 후 가솔린으로 변환시킴으로써 웜-업 기간의 필요성을 제거하려는 시도를 해왔다. 이러한 원리는 예를 들어 트랙터 및 그 외의 장치에 이용된다. 이러한 장치들은 메인 탱크 내의 연료와 상이한 제 2 타입의 연료가 채워진 개별 연료 탱크를 가진다. 그 뒤 연료 공급은 수동 작동식 페트콕 밸브(petcock valve)를 이용하여 선택된다. 이러한 시스템은 소비자가 2개의 탱크를 채워야 하며 가스 연료를 차량으로 주입하기 위한 분배 네트워크가 상대적으로 부족하기 때문에 다소 비현실적인 것으로 보인다. 더하여, 소비자들은 작동을 배워야 하며, 새로운 안전 절차에 적합해져야 한다. 이는 일반적으로 소비자들에게 환영받지 못할 행동들이다.

2가지의 개별 연료와 2가지의 연료 소스 시스템을 이용함에 따른 어려움과 비현실성으로 인하여, 그 외의 다른 시스템들은 단일의 연료를 2가지의 성분들로 분리시키는 것으로 개발되어 져 왔으며, 상기 성분들 중 한 성분은 그 외의 다른 성분에 비해 높은 휘발성을 가진다. 그러나 이러한 시스템은 여전히 문제점을 가지며, 이러한 문제점은 엔진 시동 시 연료 라인 내에 남겨 진 1차 연료의 초기 이용이 바람직하지 못하게 지연되고, 증가된 증발 방출물에 따라 바람직하지 못하게 연료 탱크가 가열됨에 따라 휘발성 연료의 효율적인 생산을 위해 추가 또는 복잡한 가압 및 가열 시스템이 필요하며 및/또는 복합적이고 값비싼 부품들을 이용해야 하는 데 있다.

본 명세서에서 참조 문헌으로 일체 구성되고, Matthews씨의 "스타트-업 시 감소된 탄화수소 방출을 위한 탑재 가솔린 증류"라는 명칭의 미국 특허 제 6,119,637호에 기술된 탑재 증류 시스템(OBDS)은 엔진 재시동시 이전 2차 연료를 이용하여 연료 라인을 정제하고 시동 및 웜-업 동안 가솔린 또는 가솔린 알코올 혼합물, 등등으로부터 고-휘발성 2차 연료를 추출하기 위한 증기 분리기(vapor separator)를 이용함으로써 냉간-시동 방출물의 문제점을 해결한다. OBDS는 체적에 대한 2차 연료 내의 선호되는 성분들의 양을 종래의 시스템에 따라 구현된 20 내지 25%로부터 대략 50% 또는 이와 유사한 정도로 증가시킨다. 특정의 2차 스타트-업 연료는 스타트-업 오버-플루잉의 필요성을 제거한다. 그러나 이러한 시스템은 연료 탱크 회수 라인에 대해 엔진을 가진 연료 시스템을 우선적으로 개발된다. 게다가 이러한 시스템은 일반적으로 증기 분리기를 통해 제 1 경로에서 추출되지 않는 추가 2차 연료를 추가적으로 추출하기 위해 1차 연료를 순환시키는 구조로 형성된다.

따라서, 출원인에 따르면, 체적에 대해 80 내지 100%의 선호되는 성분들의 조성을 가진 2차 연료를 제조하기 위하여 연료를 다양한 성분들로 보다 효율적으로 분리하는 저렴하고 복잡하지 않은 시스템으로 인하여, 엔진 스타트-업 시 개선된 공기-연료 혼합물이 제공되고, 개선된 촉매 가열이 제공되며, 작동 에너지 요구량이 감소되며, 증발 방출물의 증가가 감소되며, 종래의 시스템에 비해 전체 탄화수소 방출물이 감소된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 탑재 증류 시스템(On-Board Distillation System, OBDS)의 개선물인 연료 분류 시스템(Fuel Fractionation System, FFS) 및 이와 연관된 방법을 제공하며, 2차 연료를 제조하기 위해 연료를 다양한 성분들로 보다 효율적으로 분리하는 복잡하지 않고 저렴한 시스템을 제공한다.

바람직하게, 2차 연료는 6개 또는 이보다 작은 탄소 개수를 가진 체적에 대해 80 내지 100%의 조성물을 가질 수 있다. 바람직하게, 이러한 시스템은 엔진 스타트-업 시 개선된 공기-연료 혼합물을 제공할 수 있으며, 개선된 촉매 컨버터 가열을 위해 제공될 수 있고(이에 따라 효율이 높아짐), 작동 에너지 요구량(operating energy requirement)이 감소될 수 있으며, 증발 방출물의 증가가 감소될 수 있고, 이에 따라 전체 탄화수소 방출물이 감소될 수 있다.

보다 상세하게, 본 발명의 실시예에 따라서, 연료 인테이크(fuel intake)를 가진 엔진용 연료 시스템이 제공된다. 연료 시스템은 1차 연료를 엔진으로 공급하기 위한 메인 연료 탱크, 액체 연료를 휘발성 경질 분류 2차 연료로 증류하기 위한 증류 칼럼 조립체 및 중질 분류 연료 성분의 응축을 조절하기 위해 위치되고 공급 연료를 경질 분류 연료와 중질 분류 연료 성분들로 분리시키는 것을 조절하기 위하여 증류 칼럼 내에서 공급 연료의 증기화(vaporization)를 조절하도록 위치된 컨트롤러를 포함하고, 이에 따라 경질 분류 배출 포트로부터 배출되는 연료는 체적에 대한 경질 분류 연료 성분들이다.

증류 칼럼 조립체는 상단부 부분, 하단부 부분 및 이들 사이에서 연장되는 중간 부분을 가진 하우징을 포함한 증류 칼럼을 포함할 수 있다. 연료 공급 포트는 하우징의 중간 부분을 통해 연장되고, 증류용 메인 연료 탱크로부터 공급 연료를 수용하기 위해 위치된다. 공급 연료는 경질 분류 연료 및 중질 분류 연료 성분들을 포함한다. 경질 분류 배출 포트는 하우징의 상단부 부분을 통해 연장되고, 증류된 경질 분류 연료를 배출시키기 위해 위치된다. 중질 분류 배출 포트는 하우징의 하단부 부분을 통해 연장되고, 중질 분류 연료를 배출시키기 위해 위치된다.

증기화 모듈은 공급 연료를 경질 분류 및 중질 분류 연료 성분들로 분리되도록 공급 연료를 적어도 부분적으로 증기화시키기 위해 하우징의 하단부 부분에 인접하게 위치된다. 응축 모듈은 중질 분류 연료를 응축시키기 위하여 하우징의 상단부 부분에 인접하게 위치되어 경질 분류 배출 포트로부터 배출되는 연료가 체적에 대한 경질 분류 연료 성분들이다. 예를 들어 다공성 금속의 3-차원 칼럼을 포함하는 패킹된 칼럼(packed column)은 연료의 증류를 돕기 위해 응축 모듈과 증기화 모듈 사이의 하우징 내에 위치된다. 다공성 금속에 의해 제공된 강화 표면으로 인해 증류 칼럼 내에서 재순환이 개선되고, 칼럼의 상부에서 경질 유분 증기(light end vapor)의 응축이 개선되며, 하부에서 중질 유분 성분들의 응축이 개선된다.

컨트롤러는 증기화 모듈(vaporizing module)에 의해 공급 연료의 증기화를 조절하고, 다양한 감각적 입력(sensory input)에 응답하는(responsive to) 응축 모듈에 의해 증질 유분 또는 중질 분류 성분들의 응축을 조절하기 위해 제공된다. 컨트롤러로 인해 증류 칼럼의 하부는 증기가 선호되는 온도와 압력에서 칼럼 내에 발생되도록 가열 속도에 따라 가열되며, 적절하고 선호되는 특성을 가진 2차 연료의 생산을 야기하는 선호되는 온도와 압력에서 응축이 발생되도록 증류 칼럼의 상부가 냉각될 수 있다.

또한 시스템은 증류 칼럼의 하부로부터 배출되는 고온의 중질 유분 스트림을 냉각시키고 증류 칼럼의 공급 연료 스트림을 예비가열하기 위한 열 교환기를 포함할 수 있다. 바람직하게, 열 교환기는 2가지의 주요한 임무를 수행할 수 있다.

첫째로, 열 교환기는 상대적으로 차가운 연료를 메인 연료 탱크로 보냄으로써 따뜻한 연료가 메인 탱크로 보내짐에 따라 메인 연료 탱크의 온도가 증가됨에 따라 증가되는 증발 방출물에 관한 문제점을 완화시키는 데 도움이 된다. 둘째로, 열 교환기는 통상적으로 메인 연료 탱크 또는 그 외의 다른 곳으로 보내지는 열을 회수함으로써 증류 칼럼에 제공될 수 있는 에너지를 보존하는데 도움이 될 수 있다.

본 발명의 그 외의 다른 실시예에 따라서, 연료 인테이크를 가진 엔진용 연료 분류 시스템(fuel fractionating system)이 제공된다. 이러한 시스템은 1차 공급 연료의 일부분으로부터 휘발성 경질 분류의 2차 연료를 형성하기 위하여 연료를 증류하는 증류 칼럼 조립체와 1차 공급 연료를 엔진으로 공급하기 위한 메인 연료 탱크를 포함할 수 있다. 증류 칼럼 조립체는 상단부 부분, 하단부 부분 및 이들 사이에서 연장되는 중간 부분을 가진 하우징을 포함한 증류 칼럼을 포함할 수 있으며, 증류를 위해 메인 연료 탱크로부터 공급 연료를 수용하기 위해 위치되고 하우징의 중간 부분을 통해 연장된 공급 연료 포트를 포함할 수 있다. 경질 분류 배출 포트(light fraction output port)는 증류된 경질 분류 연료를 배출시키기 위해 위치되고 하우징의 상단부 부분을 통해 연장된다. 중질 분류 배출 포트는 중질 분류 연료를 배출시키기 위해 배치되고 하우징의 하단부 부분을 통해 연장된다. 증기화 모듈은 경질 분류 연료와 중질 분류 연료의 성분들로 공급 연료를 분리하기 위해 공급 연료를 적어도 부분적으로 증기화시키기 위하여 하우징의 하단부 부분에 인접하게 위치되며, 응축 모듈은 중질 분류 연료 성분들을 응축시키기 위하여 하우징의 상단부 부분에 인접하게 위치되어 경질 분류 배출 포트로부터 배출되는 연료는 체적에 대한 경질 분류 연료 성분들이다. 증기화 모듈과 응축 모듈의 공동 조합으로 인해 적합하고 선호되는 특성을 가진 2차 연료가 생성된다.

또한 본 발명의 실시예는 연료를 분류하기 위한 방법을 제공한다. 예를 들어 연료를 분류하는 방법은 휘발성 경질 분류의 2차 연료를 형성하기 위해 액체 연료를 증류하는 증류 칼럼을 포함한 증류 칼럼 조립체를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 증류 칼럼(distillation column)은 중질 분류 연료를 배출시키기 위해 위치되고 증류 칼럼 조립체의 하단부 부분을 통해 연장된 중질 분류 배출 포트 및 증류된 경질 분류 연료를 배출시키기 위해 배열되고 증류 칼럼 조립체의 상단부 부분을 통해 연장된 경질 분류 배출 포트를 포함할 수 있다. 또한 이러한 방법은 공급 연료를 증류 칼럼으로 제공하는 단계, 경질 분류 연료와 중질 분류 연료 성분들로 공급 연료를 분리하기 위해 증류 칼럼 내에서 공급 연료의 적어도 일부분을 증기화시키는 단계 및 중질 분류 연료를 응축시키기 위하여 증기화된 연료를 경질 분류 배출 포트로부터 배출시키기에 앞서 응축 모듈에 의해 증기화된 연료의 일부분을 응축시키는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방법은 증류 칼럼으로부터 배출되는 중질 분류 연료와 증류 칼럼으로 공급되는 공급 연료 사이에 열 교환시키는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게, 본 발명의 실시예에 따라 OBDS의 개선점인 FFS와 이와 관련된 방법이 제공되며, 이에 따라 예를 들어 성능, 이용성 및 패키징(packaging)의 관점에서 OBDS에 대한 상당한 개선점을 가진다. 바람직하게 예를 들어 가솔린-구동식 엔진용 시동 연료를 생성하기 위한 탑재 FFS(on-board FFS)와 방법의 실시예는 (1) 콤팩트한 패키징(compact packaging), (2) 보다 효율적이고 신속한 분리(separation), (3) 증류 칼럼이 일반적으로 OBDS와 같이 엔진 냉매에 의해 가열될 필요가 없기 때문에 엔진이 완전하게 워밍된 작동 온도에 도달될 때까지 기다릴 필요가 없음 및 (4) FFS로부터의 하부 액체는 엔진에 의해 직접적으로 소비될 수 있음과 같은 장점을 가진다. 또한 바람직하게 본 발명의 실시예는 따듯한 연료가 메인 연료 탱크로 복귀됨에 따른 상대적으로 많은 증발 방출물들을 제거하거나 또는 감소시킬 수 있으며, 높은 옥탄가의 하부 액체의 소모와 점화 타이밍 어드밴스(ignition timing advance)의 조합을 통해 엔진의 출력을 증가시킬 수 있다. 바람직하게, FFS 경질 분류 제 2 연료는 규격의 가솔린보다 대략 5배 정도로 보통의 온도(21℃ 내지 27℃)에서 증기화를 구현할 수 있으며, 이에 따라 촉매 컨버터의 라이트-오프 횟수(light-off time)(대략 50%)가 감소되고 80 내지 90% 또는 이보다 많이 탄화수소 방출물이 감소된다.

본 발명 및 그 외의 특징과 장점은 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면에 따라 도시된 실시예에 의해 보다 잘 이해될 것이다. 그러나 다양한 실시예를 도시하는 도면들은 본 발명의 범위를 제한하기 위함이 아니다.

도 1A 내지 1C는 본 발명의 실시예에 따르는 스톡 형상(stock configuration), OBDS 형상 및 FFS 형상들 중 연료의 흐름 경로를 비교한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 FFS의 증류 칼럼의 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 다양한 센서를 포함한 도 2에 도시된 증류 칼럼의 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 증류 칼럼 내에서 증기화 및 응축을 조절하기 위하여 다양한 센서와 상호 작동되는 증류 칼럼 컨트롤러를 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 그 외의 다른 실시예에 따르는 FFS의 증류 칼럼을 도시하는 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따르는 메인 연료 탱크로 복귀되는 하부 액체와 도시된 예열기를 포함한 FFS를 통한 유체 흐름을 도시하는 도면.

도 7은 중질 유분이 본 발명의 그 외의 다른 실시예에 따르는 메인 연료 탱크로 연결되거나 또는 일부인 탱크로 안내되는, FFS를 통한 연료 유체 흐름의 도면.

도 8은 하부 액체(중질 유분)가 본 발명의 실시예에 따르는 엔진에 의해 소모되는 FFS를 통한 연료의 흐름을 도시하는 도면.

도 9는 본 발명의 실시예에 따르는 1차 및 2차 연료 인젝터를 가진 엔진 연료 인테이크의 도면.

도 10은 본 발명의 실시예에 따르는 1차 연료와 2차 연료 간에 선택을 하기 위하여 밸브와 컨트롤러에 연결된 연료 인젝터를 도시하는 도면.

도 11은 본 발명의 실시예에 따르는 점화 타이밍 어드밴스을 위한 엔진 컨트롤러를 도시하는 도면.

본 발명은 본 발명의 실시예를 도시하는 첨부된 도면에 따라 하기에서 보다 상세히 기술된다. 그러나 본 발명은 다양한 형태로 구성되며, 본 명세서에 기초한 도시된 실시예에 제한되지 않는다. 게다가 이러한 실시예에 따라 완벽히 공개되고, 종래 기술에 대한 본 발명의 범위 내에 있다. 동일한 도면부호는 동일한 요소를 나타낸다. 이는 대안의 실시예에서 유사한 요소를 나타낸다.

탑재 증류 시스템(On-Board Distillation System)(OBDS)의 개선물(evolution)인 연료 분별증류 시스템(Fuel Fractionation System, FFS)이 제공된다. FFS의 다양한 실시예는 매우 다양한 방식에 있어서 OBDS와 그 외의 다른 대안의 연료 시스템과 상이하다. 도 1A 내지 11은 FFS 및 방법의 실시예를 도시하며, 특히 OBDS에 대한 몇몇의 주요한 차이점을 나타낸다. 이러한 주요 차이점은 예를 들어 연료 공급, 증류, 오버헤드 콘덴서/콤프레셔, 중질 유분(Heavy End)의 처리, 열 회수 및 연료 이용과 같은 공정과 주요 시스템 성분들의 시험을 통해 기술되며, 이는 하기에서 보다 상세히 도시된다.

연료 공급( Fuel supply )

예를 들어 도 1A 내지 도 1C는 일반적인 OBDS 연료 시스템(도 1B)의 연료 공 급 설계도와 FFS(도 1C)의 실시예 사이의 차이점을 도시하며, 스톡 형상(stock configuration, 도 1A)이 참조를 위해 도시된다. 도시된 실시예에 따라서, FFS는 연료 공급 스트림의 일부분을 수용하고(capture), OBDS는 전체적인 연료 회수 스트림(entire fuel return stream)을 수용한다. 이에 따라, FFS는 종래의 그리고 회수가 없는 연료 시스템에 있어서 적합할 수 있다. 일반적으로 OBDS는 오직 연료를 메인 탱크로 회수하는 연료 시스템과 함께 이용될 수 있다. FFS 연료 스루풋(throughput)은 OBDS보다 상당히 작을 수 있다. 따라서, FFS는 OBDS보다 상당히 작은 에너지 입력 요구량(energy input requirement)를 가지며, 이에 따라 성분들이 상대적으로 부품의 크기가 작아지며 상당히 콤팩트한 설치가 허용된다. 바람직하게 상대적으로 적은 FFS 부품들은 연료 탱크를 수용하는 차량의 일부분 내에 용이하게 위치될 수 있다.

증류( Distillation )

하기에서 보다 상세히 기술되는 것과 같이, 증류 칼럼 조립체(distillation column assembly, 31)는 액체 연료를 증류하여 휘발성 경질 분류 2차 연료(volatile light fraction secondary fuel)를 생성하기 위해 제공된다. FFS와 OBDS간의 중요한 차이점 중 하나는, FFS는 경질 유분(light end) 또는 경질 분류 연료(light fraction fuel)와 중질 유분(heavy end) 또는 중질 분류 연료(heavy fraction fuel)를 분리하기 위해 증류 칼럼(33)을 이용하는 반면, OBDS는 통상 단순한 플래쉬 드럼(flash drum)을 이용하는 데 있다. 증류 칼럼(33)은 종래의 또는 OBDS 증기화 챔버에 비해 상당히 큰 분리 능력(separation capability)을 제공할 수 있다. 예를 들어 OBDS는 2차 연료의 부피가 종래의 시스템에 대해 20 내지 25%로부터 대략 50% 이하 또는 이와 유사한 부피까지 선호되는 성분의 양을 증가시킬 수 있다. FFS 증류 칼럼(33)의 개선된 형상에 따라 소스 공급 연료(source feed fuel)의 조성물, 환경적 상태 및 증류 칼럼(33)의 내부 형상에 의존하여 대략 80 내지 100% 정도로 높은 선호되는 성분들이 상당히 증가될 수 있다.

증류 칼럼(33)은 다양한 방식으로 설계될 수 있으며, 이에 따라 FFS는 특정 설계에 제한되지 않는다. 즉, 예를 들어 도 2 내지 도 5에 도식적으로 도시되고 하기 제공된 FFS 증류 칼럼(33)의 특정 설계의 세부 사항들이 도식의 목적으로 제공된다.

증류 원리에 대한 간략한 논의는 FFS 개선물의 이해를 돕기 위해 적합하다. 증류는 상평형 및 중량 분석 분리(gravimetric separation)의 원리에 의존된다. 일반적인 증기화 챔버(vaporization chamber) 내에서 액상과 기상은 밀착 접촉되어 액체-기체 평형 상태에 도달된다. 증기화 챔버의 바닥은 가열되고 상부는 가열되지 않는다. 상부에서 상대적으로 차가운 온도는 평형 상태를 변화시켜 증기화 챔버의 상부에 위치된 기상(vapor phase)은 오직 가장 가벼운 화합물만을 함유한다. 액상으로 응축된 상대적으로 무거운 성분들은 상대적으로 따뜻한 온도가 평형상태를 형성하여 가장 무거운 화합물들이 바닥에서 액체 상태로 응축되는 칼럼의 바닥으로 떨어질 것이다. 동시에, 상대적으로 가벼운 화합물들은 증기화 챔버의 바닥에서 혼합물로부터 끓어서 증발한다. 경질 유분(light end) 또는 경질 분류 성분(light fraction component)들은 칼럼을 통해 상향으로 흐르고, 중질 유분(heavy end) 또 는 중질 분류 성분들은 하향으로 흐른다. 효율적으로 공급 연료 성분들이 증기화 챔버 내에 분배되어 최저 및 최고 끓는점의 구성성분이 각각 칼럼의 상부와 바닥에서 농축된다. 경질 유분 성분의 증기는 그 뒤 응축되고 저장되며, 중질 유분의 성분들은 배출된다. 증기화 챔버의 바닥에서 반복적인 가열에 뒤이어 챔버의 상부에 인접한 위치에서 응축 단계로 인해 증기화 챔버의 바닥에는 중질 유분 성분들이 농축된다.

도 2 및 도 3에 도시된 증류 칼럼 조립체(31)는 단열 하우징(insulated housing, 41)을 포함한 증류 칼럼(distillation column, 33)을 포함하고, 상기 단열 하우징은 상단부 부분(43), 하단부 부분(45) 및 증류를 위해 메인 연료 탱크(51)(도 6 내지 도 8에 도시됨)로부터 공급 연료를 수용하기 위해 위치되고 하우징(41)의 중간 부분(47)을 통해 연장된 연료 공급 포트(49)를 가지며 상기 상단부 부분과 하단부 부분 사이에서 연장되는 중간 부분(47)을 가진다. 공급 연료는 경질 분류 연료 및 중질 분류 연료 성분을 포함한다. 경질 분류 배출 포트(light fraction output port, 53)는 하우징(41)의 상단부 부분(43)을 통해 연장되고, 증류된 경질 분류 또는 경질 유분의 연료 성분들을 배출시키기 위해 위치된다. 중질 분류 배출 포트(55)는 하우징(41)의 하단부 부분(45)을 통해 연장되며, 중질 분류 연료 성분들을 배출시키기 위해 위치된다. 명확하게 포트(49, 53, 55)의 위치가 중심에 위치된 것으로 도시될지라도 본 발명의 다양한 실시예의 범위 내에서 다양한 형상이 허용된다.

증기화 모듈(61)은 공급 연료가 경질 분류 연료 및 중질 분류 연료 성분들로 분리되도록 적어도 부분적으로, 바람직하게 완벽하게 공급 연료를 증발시키기 위하여 하우징(41)의 하단부 부분(45)에 인접하게 위치된다. 증기화 모듈(61)용 열원은 예를 들어 전기 저항, 열전기 히트 펌프(도 2에 도시됨), 등등 또는 종래 기술에 공기된 그 외의 다른 수단들 중 하나이거나 또는 엔진이 정상 작동 상태 하에서 작동될 때 예를 들어 차량 에어-컨디셔닝(콤프레셔 라인), 엔진 냉매, 엔진 배기 또는 종래기술의 당업자에게 공지된 그 외의 다른 수단과 같은 증기 압축 히트 펌프(67)(도 5에 도시됨)일 수 있다.

응축 모듈(condensing module, 63)은 중질 분류 연료 성분들을 응축시키기 위해 하우징(41)의 상단부 부분(43)에 인접하게 위치되며, 이에 따라 경질 분류 배출 포트(53)로부터 배출되는 연료는 체적에 대한 경질 분류 연료 성분들이다. 상단부 부분(43)에서 냉각됨에 따라 상부와 하부 사이에 요구된 온도 구배가 형성된다. 응축 모듈(61)용 냉각원(cooling source)은 예를 들어 팬 제공 강제 대류, 열전기 히트 펌프(도 2에 도시됨), 등등 또는 종래 기술에 공지된 그 외의 다른 수단들 중 하나이거나 또는 엔진이 정상 작동 상태 하에서 작동될 때 예를 들어 차량 에어-컨디셔닝(콤프레셔 라인)과 같은 증기 압축 히트 펌프(67)(도 5에 도시됨)일 수 있다

예를 들어 금속 파이퍼 매트릭스, 스틸 울, 등등과 같은 다공성 금속 또는 종래 기술의 당업자에게 공지된 그 외의 다른 열전도성 재료와 같은 열 전도성 패킹 재료로 3차원 패킹된 칼럼(65)은 연료 증류를 돕기 위해 응축 모듈(63)과 증기화 모듈(61) 사이에 하우징(41) 내에 위치된다. 전도성 패킹 재료에 의해 제공된 강화 표면으로 인해 바닥에서 중질 유분 성불들과 칼럼의 상부에서 경질 유분 성분 의 증기의 농축이 개선되고 증류 칼럼 내에서 재순환이 개선된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(71)는 공급 연료가 경질 유분 및 중질 유분 성분들로 분리되도록 증기화 모듈(61)에 의해 공급 연료의 증기화를 조절하며, 응축 모듈(65)에 의해 중질 유분 연료의 응축을 조절하기 위해 제공되며, 이에 따라 경질 분류 배출 포트(63)에 위치된 연료는 체적에 대해 실질적으로 경질 분류 연료의 성분들이다. 바람직하게 컨트롤러(71)로 인해 증류 칼럼(33)의 하단부 부분(45)은 증기가 선호되는 온도와 압력에서 칼럼(33) 내에서 발생되는 가열 속도로 가열되고, 선호되는 온도와 압력에서 응축이 발생되도록 증류 칼럼(33)의 상부(43)가 냉각된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 증류 칼럼 조립체(31)는 증기화 모듈의 연료 압력을 감지하도록 위치된 증기화 모듈 압력 센서(73), 증기화 모듈의 연료 온도를 감지하도록 위치된 증기화 모듈 온도 센서(75), 응축 모듈의 연료 압력을 감지하도록 위치된 응축 모듈 압력 센서(77) 및 응축 모듈의 연료 온도를 감지하도록 위치된 응축 모듈 온도 센서(79)를 포함할 수 있다. 또한 증류 칼럼 조립체(31)는 경질 분류 연료의 밀도 또는 특정 무게 중 적어도 하나를 결정하기 위해 위치된 밀도 센서(81)를 포함할 수 있으며, 이에 따라 경질 분류 연료 배출 포트(53)로부터 연료 배출의 경질 분류 연료의 체적량이 결정된다. 본 발명의 실시예에 따라서, 컨트롤러(71)는 증기화 모듈(61)로 제공되는 에너지의 양을 조절하기 위하여 증기화 모듈의 연료 온도와 증기화 모듈의 연료의 압력에 응답하고, 응축 모듈(63)로 제공되는 에너지의 양을 조절하기 위하여 경질 분류 연료 배출 포트(53)로부터 경 질 분류 연료의 밀도 또는 특정 중량, 응축 모듈의 연료 압력 및 응축 모듈의 연료 온도에 응답한다. 컨트롤러(71)는 메모리(83) 및 이에 저장되고 수행 시 컨트롤러(71)가 상기 언급된 신호 인풋에 응답하여 증기화 및 응축 모듈(61, 63)의 제어 작동을 수행하는 명령(instruction)을 포함한 프로그램 프로덕트(program product, 85)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라서, 상부와 하부 사이에 충분한 표면을 가진 패킹(65)을 이용하여 상단부 부분(43)에서 포지티브 제어 냉각(positive controlled cooling)과 하단부 부분(45)에서 포지티브 제어 가열(positive controlled heating)의 조합을 이용하는 증류 칼럼(33)의 형상에 따라 경질 분류 연료 포트(53)로부터 배출되는 연료는 예를 들어 대략 70 ℃ 미만의 평균 끓는점을 가지며 6개 또는 이보다 작은 탄소 개수를 가진 대략 80 내지 100 %의 탄화수소의 수준에 대한 체적 당 경질 분류 연료 성분들이다. 본 발명의 실시예에서, 경질 분류 연료 포트(53)로부터 배출되는 연료는 대략 28 ℃의 끓는점을 가진 주성분 이소펜탄(isopentane)을 포함할 수 있으며, 이에 따라 엔진 인테이크(engine intake) 내에서 증기화 포텐셜(vaporization potential)이 개선된다.

오버헤드 콘덴서 및 콤프레셔

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, FFS는 배출 포트(53)로부터 배출되는 오버헤드 증기 스트림 내에 경질 유분의 저장 및 응축을 돕기 위해 활성 냉각(active cooling) 및/또는 압축(compression)을 이용할 수 있다. 특히 냉각 기능은 경질 분류 배출 포트(53)로부터 연장된 연료 라인(93)을 따라 한 줄로 배열되는 예를 들어 열전기 냉각 요소 또는 종래 기술의 당업자에게 공지된 그 외의 다른 것을 포함한 오버헤드 콘덴서(91)에 의해 가장 용이하게 제공될 수 있다. 경질 유류 증류 탱크(95)는 콘덴서(91)에 의해 냉각된 경질 분류 연료를 저장하기 위해 제공된다. 증류 탱크(95)는 메인 탱크(51)(예를 들어 도 7 및 도 8에 도시됨)에 인접한 위치에 또는 이 내에 격실(95') 또는 개별 탱크(도 6에 도시됨)일 수 있다. 경질 분류 또는 경질 유분의 연료의 일부가 상대적으로 알맞은 온도에서 가스의 형태이기 때문에 경질 유분 증류 탱크(95, 95') 내에 저장용 연료를 압축시키기 위해 증류 탱크(95, 95') 및 연료 라인(93)과 유체 연통 상태로 배열된 콤프레셔(개별적으로 도시되지 않음)가 제공된다. 본 발명의 실례의 실시예에서, 콤프레셔는 오버헤드 콘덴서(91)의 일부분을 형성한다. 본 발명의 대안의 실시예에서, 오버헤드 콘덴서(91)는 가스 및 액체 성분을 함유한 유체를 압축시킬 수 있는 압축기로 교체될 수 있다.

중질 유분의 처리( disposition )

FFS 분리의 증가된 효율은 바닥의 상당히 적은 연료(중질 유분)가 주어진 양의 공급 연료로부터 생성되고, 바닥의 연료는 경질 유분의 성분들이 대부분 없도록 생성된다. OBDS와 종래의 연료 시스템에 따라, 기초 연료로부터 경질 유분의 성분들의 분리는 다소 불완전하고, 바닥의 액체는 경질 유분의 상당한 분류(fraction)를 함유한다. 따라서 바닥의 유체를 메인 탱크로 복귀시키는 것이 선호된다. 실제로는 일반적인 형상에 있어서 OBDS 메인 연료 탱크의 전체적인 내용물들이 시동 연료(starting fuel)의 선호되는 양을 증류하는 동안 수차례 OBDS 증기 분리기를 통 해 흐른다. 유리하게도, 상기 언급한 증류 칼럼(33)의 개선된 효율로 인해, 배출 포트(55)를 통한 중질 유분 연료 배출물을 증류 컬럼(33)을 통해 "재처리(rerunning)" 하는 것에 있어서 일반적으로 거의 내지 전혀 이점이 없다. 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이, 중질 유분 또는 중질 분류 연료는 메인 탱크(51)의 격실(97) 또는 개별 중질 유분의 탱크(도시되지 않음) 내에 저장될 수 있다. 바람직하게, 개별 탱크 또는 격실의 형상은 메인 탱크(51) 내에서 연료를 데우는 증가된 증발 방출물에 따른 문제점을 제거하는 데 도움이 될 수 있다.

엔진이 완전히 데워진 후(warm), 중질 유분의 연료는 도 8에 도시된 바와 같이 엔진에 의해 또는 도 7에 도시된 중질 유분 탱크로부터 연장된 연료 라인에 의해 소모된다. 중질 유분 연료는 매우 높은 옥탄가를 가져야 하며, 이에 따라 엔진으로부터 개선된 출력/토크를 위한 타이밍 어드밴스(timing advance)의 점화에 따른 조합이 가능하고, 이는 하기에서 보다 상세히 기술된다. 제 1 형상에 있어서, 엔진은 정상의 완전한 웜 공정(normal fully warm operation) 동안 전체적으로 중질 유분 연료로 움직이고, 연료 시스템은 메인 탱크(51)의 전체적인 내용물을 경질 유분 및 중질 유분의 성분들로 실질적으로 변환시킨다. 제 2 형상에 있어서, 웜 공정의 연료 선택은 메인 연료 탱크(51)와 연결된 밸브(도시되지 않음)에 의해 메인 탱크 연료와 중질 유분 연료 사이에 교번될 수 있다(alternate). 중질 유분 연료를 사용하기 위한 다양한 그 외의 다른 선택 형상은 본 발명의 범위 내에 있다.

열 회수

FFS는 증류 칼럼의 하단부 부분(45)으로부터 배출되는 고온의 중질 유분의 스트림을 냉각시키고 증류 칼럼 공급 연료 스트림을 예비가열하기 위하여 열 교환기(101)의 형태인 예열기(preheater)를 이용할 수 있다. 열 교환기(101)는 2가지의 주요한 임무를 수행할 수 있다, 첫째로, 예를 들어 도 6에 도시된 형상에 있어서, 열 교환기(101)는 냉각된 연료를 메인 연료 탱크로 보냄으로써 따뜻한 연료가 메인 탱크로 보내짐에 따라 메인 연료 탱크의 온도가 증가됨에 따라 증가되는 증발 방출물에 관한 문제점을 완화시키는 데 도움이 된다. 둘째로, 모든 형상에 있어서, 통상적으로 메인 연료 탱크(51) 또는 그 외의 다른 곳으로 보내지는 열을 회수함으로써 증류 칼럼(33)에 제공될 수 있는 에너지를 보존하는데 도움이 될 수 있다.

도 6에 도시된 본 발명의 실시예에 따라서, 열 교환기(101)는 메인 탱크(51)와 중질 분류 배출 포트(55) 사이의 흐름 경로 및 연료 공급 포트(49)와 메인 탱크(51) 사이의 액체 흐름 경로 내에 배열되며, 이에 따라 열은 중질 분류 배출 포트(55)로부터 메인 탱크(51)로 흐르는 중질 분류 연료와 증류 칼럼(33)과 메인 탱크(51) 사이의 흐름 경로로부터 흐르는 공급 연료 사이에 교환되어 중질 분류 연료는 메인 탱크(51)로 복귀되기에 앞서 냉각된다. 유리하게, 이러한 열 교환에 따라 증류 칼럼(33)으로 유입되는 공급 연료를 예비가열하기 위한 서비스(service)와 따듯한 연료와 관련된 증발 방출물을 감소시키는 데 도움이 되며, 이에 따라 증기화 에너지 요구량(vaporization energy requirement)이 감소된다. 열 교환기(101)를 통해 공급 연료를 가압하거나 또는 이동시키기 위한 압력은 메인 탱크 연료 펌프(103)에 의해 형성될 수 있다. 열 교환기(101)를 통한 중질 분류 연료를 가압하거나 또는 이동시키기 위한 압력은 중질 분류 연료 펌프(105)에 의해 형성될 수 있 다.

도 7에 도시된 본 발명의 실시예에 따라서, 열 교환기(101)는 증류 칼럼 조립체(31)에 의해 형성된 중질 분류 연료를 저장하기 위한 중질 유분 탱크 격실(97)과 중질 분류 배출 포트(55) 사이의 액체 흐름 경로 내에 그리고 연료 공급 포트(49)와 메인 탱크(51) 사이의 액체 흐름 경로 내에 배열되며, 이에 따라 증류 칼럼(33)과 메인 탱크(51) 사이의 흐름 경로로부터 흐르는 공급 연료와 중질 분류 배출 포트(55)로부터 중질 유분 탱크(97)로 흐르는 중질 분류 연료 사이에 열교환되어 중질 분류 연료는 중질 유분 탱크(97)로 이송되기에 앞서 냉각된다. 유리하게, 이러한 열 교환으로 인해 증류 칼럼(33)으로 유입되는 공급 연료를 예비가열하기 위한 서비스와 따듯한 연료와 관련된 증발 방출물을 감소시키는 데 도움이 되며, 이에 따라 증기화 에너지 요구량이 감소된다

도 8에 도시된 본 발명의 실시예에 따라서, 열 교환기(101)는 연료 공급 포트(49)와 메인 탱크(51) 사이의 액체 흐름 경로 내에 그리고 엔진 유입부와 중질 분류 배출 포트(55) 사이의 액체 흐름 경로 내에 배열되며, 이에 따라 증류 칼럼(33)으로 유입되는 공급 연료를 예비 가열하기 위하여 증류 칼럼(33)과 메인 탱크(51) 사이의 흐름 경로로부터 흐르는 공급 연료와 중질 분류 배출 포트(55)로부터 엔진 유입부로 흐르는 중질 분류 연료 사이에 열 교환이 이루어지며, 이에 따라 증기화 에너지 요구량이 감소된다.

연료 이용( Fuel Utilization )

도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라서, 연료 시스템은 경질 유분 증류 탱크(95, 95') 사이에서 연장된 경질 분류 연료 라인(115)과 유체 연통되도록 위치된 엔진 연료 인테이크(engine fuel intake, 113)로 경질 분류 연료를 주입하기 위한 연료 인젝터(111) 및 엔진 연료 인테이크(113)를 포함할 수 있다. 이러한 형상은 연료 인젝터(121)에 대한 추가 연료 인젝터(111)를 가짐에 따른 비용이 소요되지만 요구 시 2차 경질 유분 연료의 최적의 이용을 나타낸다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 그 외의 다른 실시예에 따라서, 연료 시스템은 분할된 연료 주입 조립체 또는 연료 인젝터(121)를 포함할 수 있다. 이러한 형상에 있어서, 1차 연료를 엔진 인테이크(113)로 주입하기 위한 1차 연료 라인(123)은 연료 인젝터(121)와 메인 연료 탱크(51) 사이에서 연장되거나 또는 증류 칼럼(33)의 연료 공급 포트(49)와 메인 연료 탱크(51) 사이에서 연장되는 공급 연료 라인(122)으로 연속된다. 중질 분류 연료 라인(125)은 중질 분류 배출 포트(55)와 메인 연료 탱크(도 6에 도시됨) 내의 메인 연료 탱크 회수 포트(127), 중질 분류 탱크 격실(97)(도 7에 도시됨) 또는 1차 연료 라인 내의 탭(tap, 129)(도 8에 도시됨) 사이에서 연장된다. 또한 연료 시스템은 경질 분류 연료를 엔진 인테이크(113)로 주입하기 위한 연료 인젝터(121)와 경질 유분 증류 탱크(95, 95') 사이에서 연장되는 경질 분류 연료 라인(131)을 포함한다.

연료 타입 선택 밸브(fuel type selection valve, 141)는 경질 분류 연료 라인(131), 일차 연료 라인(123) 및 연료 인젝터(121)와 유체 연통되도록(in fluid communication with) 위치된다. 연료 타입 선택 밸브(141)는 종래 기술의 당업자에게 공지된 기계식 또는 고-상 스위칭(solid-state switching)을 포함하며, 이에 따 라 연료를 연료 인젝터(121)로 연통시키기 위한 1차 연료 라인(123)과 경질 분류 연료 라인(131) 간에 선택을 위해 엔진 컨트롤러(143)에 의해 제공되는 명령 신호에 응답할 수 있다. 즉, 예를 들어 사용자 시동/중지 버튼(144), 점화 키, 등등으로부터의 엔진 시동 또는 엔진 중지 명령에 응답하는, 마이크로프로세서 또는 종래 기술의 당업자에게 공지된 그 외의 다른 로직 성분을 포함할 수 있는 엔진 컨트롤러(143)는 1차 연료 라인(123)과 경질 분류 연료 라인(131) 간에 선택을 위해 명령 신호를 연료 타입 선택 밸브(141)로 제공할 수 있다. 경질 분류 연료 라인(131)은 스타트-업 및 웜-업 작동 중에 경질 분류 연료를 공급하기 위해 선택되어 지며, 1차 연료 라인(123)은 정상 웜 엔진 작동(normal warm engine operation)을 저장하는 1차 연료를 공급하기 위해 선택되어 진다.

본 발명의 실시예에 따라서, 엔진 컨트롤러(143)는 컨트롤러가 연료 타입 선택 밸브(141)와 연료 인젝터 사이의 연료 라인 및 연료 인젝터(121)로부터 공급 연료를 제거하기 위해(purge) 셧다운 명령(shutdown command)에 응답하여 2차 경질 분류 연료 라인(131)을 선택하는 작업들을 수행하기 위한 명령들을 포함하고, 메모리(145) 및 메모리(145) 내에 저장된 프로그램 프로덕트(147)를 포함한다. 유리하게, 연료 인젝터(121)의 형상에 있어서, 다음의 스타트-업 작업 동안 경질 분류 연료의 최대 제공(maximize application)에 도움이 된다.

본 발명에 따르는 실시예에서, 퍼징 작업(purge operation)의 일부분으로써 사용자의 셧다운 명령을 수신한 뒤 엔진 컨트롤러(143)로 인해 엔진은 대략 1 내지 2초 구동하고, 이에 따라 엔진은 연료 인젝터(121)와 밸브(141) 사이의 연료 라인 과 연료 인젝터 내에 남겨진 1차 연료를 연소시킨다. 본 발명에 따르는 그 외의 다른 실시예에서, 퍼징 작업의 일부분으로써 사용자의 셧다운 명령을 수신한 뒤 엔진 컨트롤러는 2차 경질 분류 연료 라인(131)을 선택하기 위해 밸브(141)를 명령하고, 이에 따라 2차 경질 분류 연료로 대략 1 내지 2초 엔진이 구동하며, 엔진은 셧다운에 앞서 연료 인젝터(121)와 밸브(141) 사이의 연료 라인과 연료 인젝터 내에 남겨진 1차 연료를 연소시킨다. 이는 사용자 수용도(user acceptance)를 개선시키기 위해 새롭게 도입된 푸시버튼 점화 시동/셧다운을 이용하여 가장 효율적으로 수행될 수 있다. 그럼에도 불구하고 키-타입의 점화 시스템은 양립된다.

엔진 성능( Engine Performance )

대부분의 최신 엔진에서, 엔진은 예를 들어 마이크로프로세서 또는 종래 기술의 당업자에게 공지된 그 외의 다른 고-상 장치(solid-state device)를 포함한 엔진 컨트롤러에 의해 제어된다. 일반적으로 엔진 컨트롤러는 다양한 엔진 제어 작동을 수행하기 위한 명령(instruction)을 포함하고, 메모리 내에 저장된 펌웨어 또는 프로그램과 메모리를 포함한다. 전형적으로 이러한 엔진은 최소 한계 작동 온도를 가진 촉매 컨버터, 배기 가스 촉매, 등등을 가진 엔진 배기 조립체 및 가변식 점화 타이밍을 가진 엔진 점화 조립체를 포함한다.

도 10 및 도 11에 상세히 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라서, 엔진 컨트롤러(143) 또는 이와 연결된 개별 엔진 컨트롤러(도시되지 않음)는 유입되는 배기 가스 촉매(즉 촉매 컨버터)(153)의 배기 가스 온도를 증가시키기 위해 2차 경질 분류 연료를 선택함에 따라 응답하는 엔진 점화 타이밍을 지연시키 고(retard), 스타트-업 및 웜-업 공정 동안 엔진 인테이크(113) 내에 주입되는 2차 경질 분류 연료를 선택하는 공정을 수행하기 위한 명령들을 포함한다. 유리하게, 본 발명의 실시예에 따라 형성된 2차 경질 분류 연료의 2차 경질 분류 성분의 품질로 인해 점화 타이밍이 지연되고, 이에 따라 OBDS 또는 그 외의 다른 종래의 시스템에 따라 고려되는 것을 초과하여 촉매 웜-업(catalyst warm-up)이 개선된다. 이러한 명령들은 정상 웜 엔진 작동 중에 엔진 인테이크(113) 내에 주입되는 1차 연료를 선택하고, 중질 분류 연료로 구성되거나 또는 이러한 연료가 증가된 1차 연료의 선택에 응답하는 점화 타이밍 어드밴스(advancing) 작업을 수행하기 위한 명령들을 포함할 수 있으며, 이에 따라 엔진의 토크가 개선된다. 특히, 1차 연료가 본 발명의 실시예에 따라 형성된 중질 분류 연료일 때 점화 반응(ignition advancement)은 OBDS 또는 그 외의 다른 종래의 시스템에 따라 구현되는 것을 초과할 수 있다.

바람직하게 FFS 시스템의 다양한 실시예는 OBDS와 그 외의 다른 종래의 설계에 따른 다수의 문제점을 해결한다. 예를 들어 FFS는 상대적으로 낮은 필요 동력 소모에 따른 상당히 빠른 스타트-업 연료 생성률(start-up fuel generation rate)을 형성하기 위해 중질 분류 및 경질 분류 성분들을 보다 효율적으로 분리할 수 있다. 또한 예를 들어 FFS는 중질 분류 연료 스트림으로부터 소모 열을 회수할 수 있다. 일반적으로 OBDS는 고온의 하부 스트림을 메인 연료 탱크로 복귀시켜 벌크 연료(bulk fuel)의 온도가 증가되고 증가된 증발성 탄화수소 방출물의 위험성이 야기되며, FFS의 실시예는 유입되는 공급 연료를 예비 가열하기 위해 하부 스트림으로 부터 열을 재생시킴으로써 상기 문제점을 해결하며, 이에 따라 공동으로 상당히 낮은 동력 소모 요구량이 야기된다. 게다가, 예를 들어 FFS는 FFS가 증류 공정을 수행하기 위해 엔진으로부터의 소모 열에 의존되지 않도록 구성될 수 있다. 따라서 엔진은 FFS가 작동되기 전 데워질 필요가 없다(warm). 게다가 FFS의 증류 효율로 인해 FFS는 OBDS 또는 종래의 연료 시스템보다 낮은 전체 에너지 소모가 가능하며, 예를 들어 이는 개선된 효율에 따라 야기된 상대적으로 낮은 연료 스루풋 요구량(fuel throughput requirement)으로 인함이다.

도면과 명세서에서, 본 발명의 선호되는 실시예가 공개되며, 특정 용어가 이용될지라도 이러한 용어는 제한을 하기 위함이 아니라 기술적이고 일반적인 방식으로 이용되며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 기초한다. FFS의 실시예는 디젤 엔진과 균일 예혼합 압축 점화 엔진(HCCI)에 선호된다. 게다가 예를 들어 본 발명의 실시예들은 OBDS 또는 종래의 연료 시스템에 비해 경질 유분이 보다 농축된 스타트-업 연료가 가압되고 및/또는 냉각된 저장을 필요로 하기 때문에 개별 연료 탱크(메인/중질/경질 또는 메인/경질)를 필요로 할 수 있다. 게다가 엔진 컨트롤러는 엔진이 높은 휘발성의 스타팅 연료(증류)로 인해 2차 경질 유분 또는 낮은 휘발성으로 인해 높은 옥탄의 중질 유분을 소모할 때 일시적인 로드 상태(transient load condition)를 상쇄하는 연료 루틴(fueling routine)의 리-캘리베이션(re-calibration)이 요구될 수 있다.

Claims

1차 연료를 엔진으로 공급하기 위한 메인 연료 탱크(51)를 포함하는, 연료 인테이크를 가진 엔진용 연료 시스템에 있어서, 상기 연료 시스템은

- 휘발성 경질 분류 2차 연료가 생성되도록 액체 연료를 증류하기 위한 증류 칼럼(33)을 포함한 증류 칼럼 조립체(31)를 포함하고, 상기 증류 칼럼(33)은

- 상단부 부분(43), 하단부 부분(45) 및 이들 사이에서 연장된 중간 부분(47)을 가진 하우징(41)을 포함하고,

- 증류를 위해 메인 연료 탱크(51)로부터 공급 연료를 수용하도록 위치되고 하우징(41)의 중간 부분(47)을 통해 연장된 연료 공급 포트(49)를 포함하며, 상기 공급 연료는 경질 분류 연료 성분들과 중질 분류 연료 성분들을 포함하며,

- 증류된 경질 분류 연료 성분들을 배출시키기 위해 위치되고 하우징(41)의 상단부 부분(43)을 통해 연장된 경질 분류 배출 포트(53)를 포함하고,

- 중질 분류 연료 성분들을 배출시키기 위해 위치되고 하우징(41)의 하단부 부분(45)을 통해 연장된 중질 분류 배출 포트(55)를 포함하며,

- 공급 연료가 경질 분류 연료 성분들과 중질 분류 연료 성분들로 분리되도록 공급 연료를 적어도 부분적으로 증발시키기 위하여 하우징(41)의 하단부 부분(45)에 인접하게 위치된 증기화 모듈(61)을 포함하고,

- 중질 분류 연료 성분들을 응축시키기 위하여 하우징(41)의 상단부 부분(43)에 인접하게 위치된 응축 모듈(63)을 포함하며, 이에 따라 경질 분류 배출 포트(53)로부터 배출되는 연료가 체적에 대한 경질 분류 연료 성분들이며 및

-연료의 증류를 돕기 위해 응축 모듈(63)과 증기화 모듈(61) 사이의 하우징(41) 내에 위치된 다공성 열전도 재료로 구성된 3-차원 칼럼을 포함한 패키지된 칼럼(65)을 포함하고,

- 응축 모듈(63)에 의해 중질 분류 연료 성분들의 응축을 조절하기 위해 위치되고 경질 분류 연료 성분들과 중질 분류 연료 성분들의 분리를 조절하기 위하여 증기화 모듈(61)에 의해 공급 연료의 증기화를 조절하도록 위치된 컨트롤러(71)를 포함하며, 이에 따라 경질 분류 배출 포트(53)로부터 배출되는 연료는 체적에 대한 경질 분류 연료 성분들인 것을 특징으로 하는 연료 시스템.

제 1 항에 있어서, 경질 분류 연료 배출 포트(53)로부터 배출되는 연료는 대략 70 ℃ 미만의 평균 끓는점을 가지며 6개 또는 이보다 작은 탄소 개수를 가진 80 내지 100%의 탄화수소인 것을 특징으로 하는 연료 시스템.

제 1 항에 있어서, 증류 칼럼(33)은

- 증기화 모듈의 연료 압력을 감지하기 위해 위치된 증기화 모듈 압력 센서(73),

- 증기화 모듈의 연료 온도를 감지하기 위해 위치된 증기화 모듈 온도 센서(75),

- 응축 모듈의 연료 압력을 감지하기 위해 위치된 응축 모듈 압력 센서(77) 및

- 응축 모듈의 연료 온도를 감지하기 위해 위치된 응축 모듈 온도 센서(79)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.

제 3 항에 있어서, 컨트롤러(71)는 증기화 모듈(61)로 제공되는 에너지의 양을 조절하기 위하여 증기화 모듈의 연료 온도와 증기화 모듈의 연료 압력에 응답하고, 컨트롤러(71)는 응축 모듈(63)로부터 추출되는 에너지의 양을 조절하기 위하여 응축 모듈의 연료 온도와 응축 모듈의 연료 압력에 응답하는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.

제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 증류 칼럼(33)은 경질 분류 연료의 밀도 또는 특정 중량 중 하나 이상을 결정하기 위해 위치된 응축 모듈 밀도 센서(81)를 추가적으로 포함하고, 이에 따라 경질 분류 배출 포트(53)로부터 연료 배출량의 경질 분류 연료 체적 품질이 결정되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.

제 5 항에 있어서, 컨트롤러(71)는 증기화 모듈(61)로 제공되는 에너지의 양을 조절하기 위하여 증기화 모듈의 연료 온도와 증기화 모듈의 연료 압력에 응답하고, 컨트롤러(71)는 응축 모듈(63)로부터 추출되는 에너지의 양을 조절하기 위하여 경질 분류 배출 포트(53)로부터 경질 분류 연료 배출량의 밀도 또는 특정 중량, 응 축 모듈의 연료 압력 및 응축 모듈의 연료 온도에 응답하는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.

제 1 항에 있어서, 상기 시스템은

- 증류 칼럼 조립체(31)에 의해 형성된 경질 분류 연료를 저장하기 위한 경질 유분 증류 탱크(95, 95'),

- 경질 분류 배출 포트(53)와 경질 유분 증류 탱크(95) 사이에서 연장되는 제 1 경질 분류 연료 라인(93) 및

- 경질 유분 증류 탱크(95, 95')로 유입되기에 앞서 제 1 경질 분류 연료 라인 내의 경질 분류 연료를 응축시키기 위한 경질 유분 증류 탱크(95, 95') 및 제 1 경질 분류 연료 라인(93)과 유체 연통되도록 배열된 경질 분류 연료 오버헤드 콘덴서(91)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.

제 7 항에 있어서, 상기 시스템은

- 엔진 연료 인테이크(113)와 경질 유분 증류 탱크(95, 95') 사이에서 연장된 제 2 경질 분류 연료 라인(115) 및

- 경질 분류 연료를 엔진 연료 인테이크(113)로 주입하기 위하여 제 2 경질 분류 연료 라인(115)과 유체 연통되는 연료 인젝터(111)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.

제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 시스템은 경질 유분 증류 탱크(95, 95') 내에 저장을 위해 제 1 경질 분류 연료 라인(93) 내의 경질 분류 연료를 압축시키는 경질 유분 증류 탱크(95, 95') 및 제 1 경질 분류 연료 라인(93)과 유체 연통되도록 배열된 경질 분류 연료 콤프레셔를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.

제 1 항 내지 제 4 항 또는 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 엔진 연료 인테이크(113)는 연료 인젝터(121)를 포함하고, 상기 시스템은

- 증류 칼럼(33)의 연료 공급 포트(49)와 메인 연료 탱크(51) 사이에서 연장되는 공급 연료 라인(122),

- 1차 연료를 엔진 연료 인테이크(113)로 주입하기 위한 연료 인젝터(121)와 메인 연료 탱크(51) 또는 연료 공급 라인(122) 사이에서 연장되는 1차 연료 라인(123),

- 메인 연료 탱크(51) 내의 메인 연료 탱크 회수 포트(127), 중질 유분의 탱크 격실(97) 또는 1차 연료 라인 내의 탭(129)들 중 하나와 중질 분류 배출 포트(55) 사이에서 연장되는 중질 분류 연료 라인(125),

- 경질 유분 증류 탱크(95, 95')와 경질 분류 배출 포트(53) 사이에서 연장되는 제 1 경질 분류 연료 라인(93),

- 경질 분류 연료를 엔진 연료 인테이크로 주입하기 위한 연료 인젝터(121)와 경질 유분 증류 탱크(95, 95') 사이에서 연장되는 제 2 경질 분류 연료 라인(131),

- 연료를 연료 인젝터(121)로 연통시키는 1차 연료 라인(123)과 2차 경질 분류 연료 라인(131) 간의 선택을 위해 신호를 명령하도록 응답하고, 연료 인젝터(121), 1차 연료 라인(123) 및 2차 경질 분류 연료 라인(131)과 유체 연통되는 연료 타입 선택 밸브(141) 및

- 1차 연료 라인(123)과 2차 경질 분류 연료 라인(131) 간에 선택을 위해 명령 신호들을 연료 타입 선택 밸브(141)로 제공하기 위하여 엔진 셧다운 명령 또는 엔진 스타트 명령에 응답하는 엔진 컨트롤러(143)를 추가적으로 포함하고, 2차 경질 분류 연료 라인(131)은 스타트-업 및 웜-업 작동 동안 경질 분류 연료를 공급하기 위해 선택되며, 1차 연료 라인(123)은 정상 웜 엔진 작동 동안 공급 연료를 제공하기 위해 선택되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.

제 10 항에 있어서, 엔진 컨트롤러(143)는 메모리(145) 및 메모리(145) 내에 저장된 프로그램 프로덕트(147)를 포함하고, 프로그램 프로덕트(147)는 컨트롤러(143)가 연료 타입 선택 밸브(141)와 연료 인젝터(121) 사이의 연료 라인과 연료 인젝터(121)로부터 공급 연료를 제거하기 위하여(purge) 셧다운 명령에 응답하여 2차 경질 분류 연료 라인(13)을 선택하도록 신호를 연료 타입 선택 밸브(141)로 제공하는 작업을 수행하기 위한 명령(instruction)을 포함하고, 이에 따라 다음의 스 타트-업 작업 동안 경질 분류 연료의 공급이 최대화되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.

제 1 항 내지 제 4 항 또는 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은

- 연료 공급 포트(49)와 메인 연료 탱크(51) 사이의 액체 흐름 경로 및 메인 연료 탱크(51)와 중질 분류 배출 포트(55) 사이의 흐름 경로 내에 배열된 열교환기(101)를 포함하고, 이에 따라 증류 칼럼(33)과 메인 연료 탱크(51) 사이의 흐름 경로로부터 흐르는 공급 연료와 중질 분류 배출 포트(55)로부터 메인 연료 탱크(51)로 흐르는 중질 분류 연료 사이에 열교환이 이뤄지고, 이에 따라 중질 분류 연료는 메인 연료 탱크(51)로 복귀하기에 앞서 냉각되어 증류 칼럼(33)으로 유입되는 공급 연료를 예비가열되고 따뜻한 연료에 따른 증발 방출물이 감소되어 증기화 에너지 요구량이 감소되며,

- 연료 공급 포트(49)와 메인 연료 탱크(51) 사이의 액체 흐름 경로 내에 그리고 증류 칼럼 조립체(31)에 의해 형성된 중질 분류 연료를 저장하기 위하여 중질 유분 탱크 격실(97)과 중질 분류 배출 포트(55) 사이의 액체 흐름 경로 내에 배열된 열 교환기(101)를 포함하며, 이에 따라 증류 칼럼(33)과 메인 연료 탱크(51) 사이의 흐름 경로로부터 흐르는 공급 연료와 중질 분류 배출 포트(55)로부터 중질 유분 탱크 격실(97)로 흐르는 중질 분류 연료 사이에 열 교환이 이뤄지고, 이에 따라 중질 분류 연료는 중질 유분 탱크 격실(97)로 이송되기에 앞서 냉각되며, 이에 따 라 따뜻한 연료에 따른 증발 방출물이 감소되고, 증류 칼럼(33)으로 유입되는 공급 연료가 예비가열되어 증기화 에너지 요구량이 감소되며,

- 연료 공급 포트(49)와 메인 연료 탱크(52) 사이의 액체 흐름 경로와 엔진 연료 인테이크(113)와 중질 분류 배출 포트(55) 사이의 액체 흐름 경로에 배열된 열 교환기(101)를 포함하고, 이에 따라 증류 칼럼(33)으로 유입되는 공급 연료를 예비가열하기 위해 증류 칼럼(33)과 메인 연료 탱크(51) 사이의 흐름 경로로부터 흐르는 공급 연료와 중질 분류 배출 포트(55)로부터 엔진 연료 인테이크(113)로 흐르는 중질 분류 연료 사이에 열교환이 이루어져서 증기화 에너지 요구량이 감소되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.

제 1 항 내지 제 4 항 또는 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 엔진은 가변 점화 타이밍을 가진 엔진 점화 조립체 및 배기 가스 촉매 컨버터(153)를 포함한 배기 시스템을 포함하고, 상기 시스템은 프로그램 프로덕트(147)를 포함한 메모리(145)를 가진 엔진 컨트롤러(143)를 추가적으로 포함하며, 상기 프로그램 프로덕트는

- 스타트-업 및 웜-업 작업 동안 엔진 연료 인테이크(113) 내에 주입되는 2차 경질 분류 연료를 선택하는 단계,

- 촉매 웜-업이 개선되도록 배기 가스 촉매 컨버터(153)로 유입되는 배기 가스의 온도를 증가시키기 위하여 2차 경질 분류 연료를 선택함에 따라 응답하는 엔진 점화 타이밍을 지연시키는 단계,

- 정상 작동 동안 엔진 연료 인테이크(113) 내에 주입되는 1차 연료를 선택하는 단계 및

- 엔진의 토크를 증가시키기 위하여 중질 분류 연료에 따라 증가된 1차 연료의 선택에 대해 응답하도록 점화 타이밍을 수행하는 단계(advancing)를 수행하는 명령들을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.

연료 인테이크를 가진 엔진용 연료 분류 시스템(fuel fractionating system)에 있어서, 상기 시스템은

- 휘발성 경질 분류 2차 연료가 형성되도록 액체 연료를 증류하기 위한 증류 칼럼(33)을 포함한 증류 칼럼 조립체(31)를 포함하고, 상기 증류 칼럼(33)은

- 중질 분류 연료 성분들을 응축시키기 위하여 하우징(41)의 상단부 부분(43)에 인접하게 위치된 응축 모듈(63)을 포함하며, 이에 따라 경질 분류 배출 포트(53)로부터 배출되는 연료가 체적에 대한 경질 분류 연료 성분들인 것을 특징으로 하는 연료 분류 시스템.

제 14 항에 있어서, 증류 칼럼(33)은 연료의 증류를 돕기 위해 응축 모듈(63)과 증기화 모듈(61) 사이에서 하우징(41) 내에 배열된 다공성 열전도 재료의 3-차원 칼럼을 가진 패킹된 칼럼(65)을 추가적으로 포함하고, 경질 분류 연료 포트(53)로부터 배출된 연료 성분들은 6개 또는 이보다 작은 개수의 탄소 개수를 가진 대략 80 내지 100 %의 탄화수소인 것을 특징으로 하는 연료 분류 시스템.

제 15 항에 있어서, 경질 분류 연료 포트(53)로부터 배출되는 연료는 대략 70 ℃ 미만의 끓는점을 가지며, 경질 분류 연료 포트(53)로부터 배출되는 연료의 1차 성분은 이소펜탄이고, 상기 시스템은 응축 모듈(63)에 의해 중질 분류 연료 성분들의 응축을 조절하기 위해 위치되고 경질 분류 연료 성분들과 중질 분류 연료 성분들로 공급 연료를 분리시키는 것을 조절하기 위하여 증기화 모듈(61)에 의해 공급 연료의 증기화를 조절하도록 위치된 컨트롤러(71)를 추가적으로 포함하며, 이 에 따라 경질 분류 배출 포트(53)로부터 배출되는 연료는 체적에 대한 경질 분류 연료 성분들인 것을 특징으로 하는 연료 분류 시스템.

제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증류 칼럼(33)은

- 응축 모듈의 연료 온도를 감지하기 위해 위치된 응축 모듈 온도 센서(79)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분류 시스템.

제 17 항에 있어서, 상기 시스템은 응축 모듈(63)에 의해 중질 분류 연료 성분들의 응축을 조절하고, 경질 분류 연료 성분들과 중질 분류 연료 성분들로 공급 연료를 분리시키기 위해 증기화 모듈(61)에 의해 공급 연료의 증기화를 조절하는 컨트롤러(71)를 추가적으로 포함하고, 이에 따라 경질 분류 배출 포트(53)로부터 배출되는 연료는 체적에 대한 경질 분류 연료 성분들이며, 상기 컨트롤러(71)는 메모리(83) 및 메모리(83) 내에 저장된 프로그램 프로덕트(85)를 포함하고 컨트롤러(71)가

- 증기화 모듈의 연료 온도와 증기화 모듈의 연료 압력을 나타내는 신호들을 수신하는 단계,

- 증기화 모듈의 연료 압력 및 증기화 모듈의 연료 온도 신호에 응답하여 증기화 모듈(61)로 제공되는 에너지의 양을 조절하는 단계,

- 응축 모듈의 연료 압력과 응축 모듈의 연료 온도를 나타내는 신호를 수신하는 단계 및

- 응축 모듈의 연료 압력과 응축 모듈의 연료 온도에 응답하여 응축 모듈(63)로부터 추출된 에너지의 양을 조절하는 단계를 수행하는 명령들을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분류 시스템.

제 17 항에 있어서, 증류 칼럼(33)은 경질 분류 연료의 밀도 또는 특정 중량 중 하나 이상을 결정하기 위해 위치된 응축 모듈 밀도 센서(81)를 추가적으로 포함하고, 이에 따라 경질 분류 배출 포트(53)로부터 연료 배출량의 경질 분류 연료 체적 품질이 결정되며, 컨트롤러(71)는 증기화 모듈(61)로 제공되는 에너지의 양을 조절하기 위하여 증기화 모듈의 연료 온도와 증기화 모듈의 연료 압력에 응답하고, 컨트롤러(71)는 응축 모듈(63)로부터 추출되는 에너지의 양을 조절하기 위하여 경질 분류 배출 포트(53)로부터 경질 분류 연료 배출량의 밀도 또는 특정 중량, 응축 모듈의 연료 압력 및 응축 모듈의 연료 온도에 응답하는 것을 특징으로 하는 연료 분류 시스템.

제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은

- 경질 유분 증류 탱크(95, 95')로 유입되기에 앞서 경질 분류 연료 라인(93) 내의 경질 분류 연료를 응축시키기 위한 경질 유분 증류 탱크(95, 95') 및 제 1 경질 분류 연료 라인(93)과 유체 연통되도록 배열된 경질 분류 연료 오버헤드 콘덴서(91)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분류 시스템.

제 20 항에 있어서, 상기 시스템은 경질 유분 증류 탱크(95, 95') 내에 저장을 위해 제 1 경질 분류 연료 라인(93) 내의 경질 분류 연료를 압축시키기 위하여 경질 유분 증류 탱크(95, 95') 및 제 1 경질 분류 연료 라인(93)과 유체 연통되도록 배열된 경질 분류 연료 콤프레셔를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분류 시스템.

-증류 칼럼 조립체(31)에 의해 형성된 경질 분류 연료를 저장하기 위한 경질 유분 증류 탱크(95, 95'),

- 엔진 연료 인테이크(113)와 경질 유분 증류 탱크(95, 95') 사이에서 연장 되는 경질 분류 연료 라인(115) 및

- 경질 분류 연료를 엔진 연료 인테이크(113)로 주입하기 위하여 제 2 경질 분류 연료 라인(115)과 유체 연통되는 연료 인젝터(111)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분류 시스템.

제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 엔진 연료 인테이크(113)는 연료 인젝터(121)를 포함하고, 상기 시스템은

- 1차 연료를 엔진 연료 인테이크(113)로 주입하기 위한 연료 인젝터(121)와 메인 연료 탱크(51) 또는 연료 공급 라인(122) 사이에서 연장되는 1차 연료 라인(123) 및

- 1차 연료 라인 내의 탭(129) 또는 중질 유분 탱크 격실(97)들 중 하나와 중질 분류 배출 포트(55) 사이에서 연장되는 중질 분류 연료 라인(125)을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분류 시스템.

제 23 항에 있어서, 상기 시스템은

- 경질 유분 증류 탱크(95, 95')와 경질 분류 배출 포트(53) 사이에서 연장 되는 제 1 경질 분류 연료 라인(93),

- 경질 분류 연료를 엔진 연료 인테이크로 주입하기 위한 연료 인젝터(121)와 경질 유분 증류 탱크(95, 95') 사이에서 연장되는 제 2 경질 분류 연료 라인(131) 및

- 연료를 연료 인젝터(121)로 연통시키는 1차 연료 라인(123)과 2차 경질 분류 연료 라인(131) 간의 선택을 위해 신호를 명령하도록 응답하고, 연료 인젝터(121), 1차 연료 라인(123) 및 2차 경질 분류 연료 라인(131)과 유체 연통되는 연료 타입 선택 밸브(141)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분류 시스템.

제 24 항에 있어서, 1차 연료 라인(123)과 2차 경질 분류 연료 라인(131) 간에 선택을 위해 명령 신호들을 연료 타입 선택 밸브(141)로 제공하기 위하여 엔진 셧다운 명령 또는 엔진 스타트 명령에 응답하는 엔진 컨트롤러(143)를 추가적으로 포함하고, 2차 경질 분류 연료 라인(131)은 스타트-업 및 웜-업 작동 동안 경질 분류 연료를 공급하기 위해 선택되며, 1차 연료 라인(123)은 정상 웜 엔진 작동 동안 공급 연료를 제공하기 위해 선택되는 것을 특징으로 하는 연료 분류 시스템.

제 25 항에 있어서, 엔진 컨트롤러(143)는 메모리(145) 및 메모리(145) 내에 저장된 프로그램 프로덕트(147)를 포함하고, 프로그램 프로덕트(147)는 컨트롤러(143)가 연료 타입 선택 밸브(141)와 연료 인젝터(121) 사이의 연료 라인과 연료 인젝터(121)로부터 공급 연료를 제거하기 위하여(purge) 셧다운 명령에 응답하여 2차 경질 분류 연료 라인(13)을 선택하도록 신호를 연료 타입 선택 밸브(141)로 제공하는 작업을 수행하기 위한 명령(instruction)을 포함하고, 이에 따라 다음의 스타트-업 작업 동안 경질 분류 연료의 공급이 최대화되는 것을 특징으로 하는 연료 분류 시스템.

제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 연료 공급 포트(49)와 메인 연료 탱크(51) 사이의 액체 흐름 경로 및 메인 연료 탱크(51)와 중질 분류 배출 포트(55) 사이의 흐름 경로 내에 배열된 열교환기(101)를 포함하고, 이에 따라 증류 칼럼(33)과 메인 연료 탱크(51) 사이의 흐름 경로로부터 흐르는 공급 연료와 중질 분류 배출 포트(55)로부터 메인 연료 탱크(51)로 흐르는 중질 분류 연료 사이에 열교환이 이뤄지고, 이에 따라 중질 분류 연료는 메인 연료 탱크(51)로 복귀하기에 앞서 냉각되어 증류 칼럼(33)으로 유입되는 공급 연료를 예비가열되고 따뜻한 연료에 따른 증발 방출물이 감소되어 증기화 에너지 요구량이 감소되는 것을 특징으로 하는 연료 분류 시스템.

- 증류 칼럼 조립체(31)에 의해 형성된 중질 분류 연료를 저장하기 위한 중질 유분 탱크 격실(97) 및

- 연료 공급 포트(49)와 메인 연료 탱크(51) 사이의 액체 흐름 경로 내에 그 리고 증류 칼럼 조립체(31)에 의해 형성된 중질 분류 연료를 저장하기 위하여 중질 유분 탱크 격실(97)과 중질 분류 배출 포트(55) 사이의 액체 흐름 경로 내에 배열된 열 교환기(101)를 추가적으로 포함하며, 이에 따라 증류 칼럼(33)과 메인 연료 탱크(51) 사이의 흐름 경로로부터 흐르는 공급 연료와 중질 분류 배출 포트(55)로부터 중질 유분 탱크 격실(97)로 흐르는 중질 분류 연료 사이에 열 교환이 이뤄지고, 이에 따라 중질 분류 연료는 중질 유분 탱크 격실(97)로 이송되기에 앞서 냉각되며, 이에 따라 따뜻한 연료에 따른 증발 방출물이 감소되고, 증류 칼럼(33)으로 유입되는 공급 연료가 예비가열되어 증기화 에너지 요구량이 감소되는 것을 특징으로 하는 연료 분류 시스템.

제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 연료 공급 포트(49)와 메인 연료 탱크(52) 사이의 액체 흐름 경로와 엔진 연료 인테이크(113)와 중질 분류 배출 포트(55) 사이의 액체 흐름 경로에 배열된 열 교환기(101)를 추가적으로 포함하고, 이에 따라 증류 칼럼(33)으로 유입되는 공급 연료를 예비가열하기 위해 증류 칼럼(33)과 메인 연료 탱크(51) 사이의 흐름 경로로부터 흐르는 공급 연료와 중질 분류 배출 포트(55)로부터 엔진 연료 인테이크(113)로 흐르는 중질 분류 연료 사이에 열교환이 이루어져서 증기화 에너지 요구량이 감소되는 것을 특징으로 하는 연료 분류 시스템.

연료를 분류하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은

- 휘발성 경질 분류 2차 연료를 형성하기 위하여 액체 연료를 증류하는 증류 칼럼(33)을 포함한 증류 칼럼 조립체(31)를 제공하는 단계를 추가적으로 포함하고, 상기 증류 칼럼(33)은 중질 분류 연료를 배출시키기 위해 배치되고 증류 칼럼(33)의 하단부 부분(45)을 통해 연장된 중질 분류 배출 포트(55) 및 증류된 경질 분류 연료를 배출시키기 위해 배치되고 증류 칼럼(33)의 상단부 부분(43)을 통해 연장된 경질 분류 배출 포트(53)를 포함하며,

- 증류 칼럼(33)으로 공급 연료를 공급하는 단계를 추가적으로 포함하고, 상기 연료는 경질 분류 및 중질 분류 연료 성분들을 포함하며,

- 공급 연료를 경질 분류 연료 성분들과 중질 분류 연료 성분들로 분리를 돕기 위하여 증류 칼럼(33) 내에서 공급된 공급 연료의 적어도 일부분을 증기화시키는 단계를 추가적으로 포함하고,

- 중질 분류 연료 성분들을 응축시키기 위하여 증기화된 연료를 경질 분류 배출 포트(53)로부터 배출시키기에 앞서 응축 모듈(63)에 의해 증기화된 연료의 일부분을 응축시키는 단계를 추가적으로 포함하며, 이에 따라 경질 분류 배출 포트(53)로부터 배출된 증기화된 연료는 체적에 대한 경질 분류 연료 성분들인 것을 특징으로 하는 연료를 분류하기 위한 방법.

제 30 항에 있어서, 증류 칼럼(33)으로부터 배출된 중질 분류 연료와 증류 칼럼(33)으로 공급되는 공급 연료 사이에 열교환을 수행하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료를 분류하기 위한 방법.