KR20190018531A - 유체 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

1종 이상의 특정 성분 물질의 수준을 제어하기 위해서 다수의 성분 물질을 갖는 유체 물질을 처리하기 위한 유체 처리 장치가 기술된다. 상기 장치는 반응기 챔버; 처리될 유체 물질의 외부 공급부로부터 상기 반응기 챔버로의 유체 소통을 제공함으로써 상기 유체 물질이 상기 반응기 챔버를 통해 상기 반응기 챔버 내로 통과할 수 있도록 개작된 유체 유입구; 상기 반응기 챔버로부터의 유체 소통을 제공함으로써 상기 유체 물질이 상기 반응기 챔버로부터 통과할 수 있도록 개작된 유체 유출구; 상기 반응기 챔버 내에 작동 가능하게 커플링되고, 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선을 상기 반응기 챔버를 통과한 유체 물질에 커플링시키도록 개작된, 적어도 하나의 제1 도파관 입력 포트를 갖는, 적어도 하나의 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관을 갖는다. 유체 물질의 처리 방법이 또한 기술된다.

Description

유체 처리 장치 및 방법
본 발명은 일반적으로 유체 스트림의 처리 분야 및 이의 특정 성분 물질의 수준을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 물리 공정 및 화학 공정의 유체 생성물, 특히 연소 공정의 연소 생성물에서 유해한 성분 물질의 수준을 감소시키는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연소 공정의 배기 가스로부터 바람직하지 않은 방출물의 수준을 개선되게 감소시키기 위한 장치에 관한 것이다.
주생성물로서 또는 바람직하지 않은 성분 물질을 포함하는 부산물로서, 주생성물에 잠재적으로 유해한 것으로서 또는 인간 건강 또는 환경에 잠재적으로 유해한 것으로서, 유체 산출물을 생성시키는 다양한 물리 및 화학 산업 공정이 존재한다. 특히 건강 또는 생물권에 잠재적으로 해로운 바람직하지 않은 물질을 높은 수준으로 여전히 함유하는 부산물 유체를 환경으로 방출시키는 것이 바람직하지 않다는 인식이 커지고 있다.
특히 대기로 배기될 부산물 가스 스트림, 예컨대, 연소 연도 가스 스트림(combustion flue gas stream) 중에서 이러한 유해한 성분 물질의 수준을 감소시키는 것이 일반적으로 바람직하다. 이러한 유해한 성분 물질은 종종 "배출물"이라 지칭된다. 본 명세서에서 이러한 문맥 및 다른 문맥에서 가스 스트림에 대한 언급은 주로 가스이지만 그 중에 비말동반되어 운반되는 증기 소적, 미립자 등을 포함할 수 있는 스트림에 대한 언급을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 본 명세서에서 가스 스트림 중의 "배출물"에 대한 언급은 가스 스트림의 가스상 성분뿐만 아니라 그러한 유체적으로 비말동반된 증기 소적, 미립자 등을 포함할 수 있다.
본 발명은 "배출물"의 감소, 및 연소 장치, 예컨대, 열 발생기, 내연 기관 등으로부터의 배기장치 연도 가스의 "정화(cleaning up)"에 관한 것이다. 산업화된 세계는 주로 광범위한 환경에서 작업을 수행하도록 기계 에너지를 제공할 수 있는 연소 기관을 중심으로 발전하였다. 그러나, 연소 기관의 사용은 산업 생산량을 상당히 증가시켰지만, 그것은 확실히 유해하지 않은 없는 것은 아니다. 예를 들어, 연소 기관은 대부분의 경우 화석 연료, 예컨대, 가솔린 및 디젤 연료(즉, 탄화수소)를 기반으로 작동하는데, 이것은 원유의 정제에 의해서 주로 유래되고, 이동식 엔진(자동차, 선박, 항공기 등)을 위한 용이하게 수송될 수 있는 에너지 저장소를 제공한다. 그러나, 이러한 엔진에서의 연료의 연소는 완전히 효율적이지 않고, 결과적으로 종래의 가스 및 디젤 연료를 사용하는 엔진은 과도한 연료 소비 및 낮은 엔진 효율을 겪는다. 추가로, 배기장치 연소 연도 가스 중의 잠재적으로 유해한 배출물은 오염물질 및 온실 가스, 예컨대, NOx(질소의 산화물), 비연소 HC(탄화수소), CO(일산화탄소), N02(이산화질소), NO(산화질소)를 대기에 방출할 수 있다.
따라서, 이러한 배출물을 감소시킬 수 있는 임의의 장치 또는 방법이 매우 바람직할 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 배기장치 연도 가스를 "정화"시키고, "배출물"을 감소시키기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시형태(들)는 선행 기술의 상기 단점 중 하나 이상을 극복하고자 한다.
본 발명의 제1 실시형태에 따라서 1종 이상의 특정 성분 물질의 수준을 제어하기 위해서 다수의 성분 물질을 갖는 유체 물질을 처리하기 위한 유체 처리 장치가 제공되며, 이 장치는
반응기 챔버;
처리될 유체 물질의 외부 공급부로부터 상기 반응기 챔버로의 유체 소통을 제공함으로써 상기 유체 물질이 상기 반응기 챔버를 통해 상기 반응기 챔버 내로 통과할 수 있도록 개작된 유체 유입구;
상기 반응기 챔버로부터의 유체 소통을 제공함으로써 상기 유체 물질이 상기 반응기 챔버로부터 통과할 수 있도록 개작된 유체 유출구;
상기 반응기 챔버 내에 작동 가능하게 커플링되고, 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선을 상기 반응기 챔버를 통과한 유체 물질에 커플링시키도록 개작된, 제1 도파관 입력 포트 및 제1 도파관 출력 포트를 갖는, 적어도 하나의 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관을 포함한다.
장치는 반응기 체적을 가로지르는 전자기 방사선의 미리 결정된 파장의 전자기 방사선의 "커플링"이 그것을 통과한 유체 스트림의 처리를 위한 에너지원을 제공할 수 있다는 이점을 제공한다. 전자기 방사선 파장, 및 반응기 챔버의 치수 및 구성의 적절한 선택을 조건으로, 특히 제1 도파관 입력 포트 및 제1 도파관 출력 포트의 위치와 관련하여, 유해한 성분 물질의 수준을 제어, 변형, 및 바람직한 경우 감소시키는 방식으로 반응기 챔버 내에서 그에 의해서 획정된 반응 구역을 통과하는 유체 물질의 성분에 에너지가 부여될 수 있다. 본 발명의 이러한 양상이 장치에 관한 것이고, 임의의 물리학적 이론에 제한되지 않지만, 조건의 적절한 선택에 의해서 "커플링" 전자기 방사선은 유체 스트림으로부터 성분 재료를 해리 및 제거하기 위해서 필요한 것에 매칭될 수 있다고 간주된다.
연소 공정의 배기 가스로부터 바람직하지 않은 배출물의 수준을 개선되게 감소시키기 위해서 배기 가스 스트림에 장치를 적용할 때 연소로부터 임의의 잠재적인 배출물 배기물이 최소화된다는 특별한 이점에 예상된다. 본 발명의 장치는 이의 배기장치 배출물을 감소시키기 위해서 이의 성분 또는 변형으로서 기존의 연소 기관에서, 예를 들어, 기존의 배기장치 시스템 내에서 활용될 수 있다.
전형적인 실시형태에서, 반응기 챔버는 외벽(perimeterwall)에 의해서 획정될 수 있고, 상기 제1 도파관 입력 포트 및 제1 도파관 출력 포트는, 예컨대, 상기 반응기 챔버 내에 획정된 반응기 체적을 가로질러 서로에 대해서 작동 가능하게 커플링되도록 상기 외벽 상의 이격된 위치에 작동 가능하게 커플링된다. 바람직하게는, 상기 반응기 챔버는 상기 유체 물질을 상기 반응기 챔버를 통해서 상기 유체 유입구로부터 상기 유체 유출구를 향하는 연속적인 선회 유동(swirling flow) 내로 통과시키도록 구성될 수 있다. 보다 더 바람직하게는, 상기 반응기 챔버의 상기 외벽은 상기 유체 물질을 상기 유체 유입구로부터 수용하고, 상기 반응기 챔버를 통해서 상기 유체 유출구를 향하는 연속적인 선회 유동 내로 통과시키도록 개작될 수 있다. 이것은 유체 물질이 연장된 시간 기간 동안 반응기 챔버 내에서 유지되어, 보다 많은 에너지가 EMR로부터 유체 물질에 커플링될 수 있게 하는 이점을 제공한다.
이러한 실시형태에서, 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관은 상기 반응기 챔버 내에 획정된 반응기 체적을 가로질러 이격된 제1 부품 및 제2 부품을 포함하는데, 제1 부품은 상기 제1 도파관 입력 포트를 포함하고, 제2 부품은 상기 제1 도파관 출력 포트를 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관은 예컨대, 상기 반응기 챔버 내에 획정된 반응기 체적을 가로질러 작동 가능하게 커플링되도록, 상기 외벽 상의 이격된 위치에 각각 제공된 제1 EMR 커플러 및 제2 EMR 커플러를 포함한다.
이롭게는 상기 제1 도파관 입력 포트 및 제1 도파관 출력 포트는, 예컨대, 상기 반응기 챔버 내에 획정된 반응기 체적의 전체 폭을 가로질러 작동 가능하게 커플링되도록 상기 외벽 상의 정반대 위치에 커플링되게 제공된다. 따라서, 예를 들어, 상기 제1 EMR 커플러 및 제2 EMR 커플러는 상기 외벽 상의 정반대 위치에 위치된다.
이롭게는 적어도 하나의 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관은 상기 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선을 상기 반응기 챔버 내에서 커플링시키도록 개작된 광학 계면을 포함한다.
이롭게는 광학 계면은 상기 도파관 입력 포트에 작동 가능하게 커플링된 제1 계면 부재 및 상기 도파관 출력 포트에 작동 가능하게 커플링된 제2 계면 부재를 포함한다.
이롭게는 반응기 챔버는 외벽에 의해서 획정되고, 제1 계면 부재 및 제2 계면 부재는 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선에 대해서 적어도 부분적으로 투명하도록 개작된 벽의 부분을 포함한다.
제1 계면 부재 및 제2 계면 부재 각각은 예를 들어, 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선에 대해서 적어도 부분적으로 투명한 재료로부터 제조된 마개 플러그(closure plug)를 갖는 벽의 천공된 부분을 포함한다. 예를 들어, 각각의 계면 부재는 유리 마개 플러그가 제공된 벽의 천공된 부분을 포함한다.
이롭게는 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관은 상기 제1 도파관 입력 포트 및 상기 제1 계면 부재에 작동 가능하게 커플링된 제1 EMR 커플러, 및 상기 제1 도파관 출력 포트 및 상기 제2 계면 부재에 작동 가능하게 커플링된 제2 EMR 커플러를 포함한다.
전자기 방사선 파장 및 반응기 챔버의 구성을 비롯한 파라미터의 적절한 선택을 조건으로, 전자기 방사선은 사용 시에 유해한 성분 물질의 수준을 제어, 변형, 및 바람직한 경우 감소시키는 방식으로 반응기 챔버 내에서 그에 의해서 획정된 반응 구역을 통과하는 유체 물질의 성분에 커플링될 수 있다.
바람직한 경우에, 반응기 챔버를 가로질러, 예를 들어, 제1 도파관 입력 포트 및 제1 도파관 출력 포트의 각각의 커플링 위치 사이에 획정된 반응 구역을 가로질러 정상파를 발생시키도록 장치가 구성되고, 미리 결정된 제1 전자기 방사선 파장이 선택된다.
예를 들어, 사용 시에 상기와 같이 획정된 반응 구역을 가로질러 정상파가 발생하도록 반응기 챔버가 구성되고, 제1 도파관 입력 포트 및 제1 도파관 출력 포트가 위치되고, 미리 결정된 제1 전자기 방사선 파장이 선택된다.
바람직하게는, 미리 결정된 제1 파장은 300㎓ 내지 300㎒(마이크로파)의 각각의 주파수 스펙트럼에서 1㎜ 내지 1미터이다. 보다 바람직하게는 미리 결정된 제1 파장은 100㎓ 내지 500㎒의 각각의 주파수 스펙트럼에서 3㎜ 내지 0.6미터이다.
사용 시에 처리될 유체 물질은 유체 유입구에 공급된다.
보다 완전하게는, 장치는 처리될 유체 물질을 상기 반응기 챔버에 공급할 수 있도록 유체 유입구에 유체적으로 커플링된 유체 물질 공급원을 포함한다.
장치는 유체 물질을 상기 반응기 챔버로부터 통과시키고, 상기 반응기 챔버로부터 멀리 운반할 수 있도록 유체 유출구에 유체적으로 커플링된 유체 물질 방출 도관을 추가로 포함할 수 있다.
연소 배기장치 스트림의 처리에 대한 본 발명의 바람직한 응용에서, 유체 물질 공급원은 연소 연도 가스 도관일 수 있고, 유체 물질 방출 도관은 연소 연도 가스 배기장치일 수 있고, 따라서 반응기 챔버는 1종 이상의 성분 물질의 수준을 변형 또는 제어하기 위해서 성분 또는 이의 변형물로서 연소 연도 가스 유동 내에 배치된다.
예를 들어, 배출물을 감소시키기 위해서 연소 기관으로부터의 배기 가스를 처리하는 것에 대한 본 발명의 특별히 바람직한 응용에서, 반응기 챔버는 이의 배기장치 배출물을 감소시키기 위해서 성분 또는 이의 변형물로서 연소 기관의 배기장치 시스템 내에 배치될 수 있다. 본 발명의 원칙을 구현하는 반응기 챔버를 기존의 연소 기관의 배기장치 시스템 설계에 포함시키는 것은 감소된 배출물의 이점을 제공할 수 있고, 다른 성분이 변형 또는 제거되어 잠재적으로 감소된 복잡성 및/또는 비용을 제공할 수 있게 한다.
이롭게는, 처리될 유체 물질은 승온일 수 있다. 편리하게는, 다수의 응용에서, 유체 물질은 예컨대, 공정에 의해서 이미 승온인 산업 공정, 예컨대, 연소 공정의 생성물일 수 있다. 추가로 또는 대안적으로 가열 장치가 제공될 수 있다.
이러한 경우에 본 발명의 장치는
처리될 유체 물질을 상기 반응기 챔버에 공급할 수 있도록 유체 유입구에 유체적으로 커플링된 유체 물질 공급원;
유체 물질을 미리 결정된 온도에서 상기 반응기 챔버로 공급하도록, 유체 물질 공급원과 상기 반응기 챔버 사이에서 유체적으로 커플링되고, 유체 물질에 에너지를 전달하도록 개작된 가열기 어셈블리를 추가로 포함할 수 있다.
이롭게는, 상기 미리 결정된 온도는 300℃ 초과일 수 있다. 보다 더 바람직하게는, 상기 미리 결정된 온도는 500℃ 초과일 수 있다. 보다 더 바람직하게는, 상기 미리 결정된 온도는 600℃ 초과일 수 있다.
이롭게는, 적어도 하나의 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관은 낮은 벌크 저항(bulk resistivity)을 갖는 재료로 제조될 수 있다. 이롭게는, 적어도 하나의 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관은 금속 재료로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 금속 재료는 알루미늄, 구리, 은 및 금 및 이들과 다른 금속 원소와의 합금으로부터 선택될 수 있다. 가능한 재료는 황동이다.
이롭게는 유체 처리 장치는 상기 도파관 입력 포트에 작동 가능하게 커플링된, 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선(EMR)을 발생시키기 위한 전자기 방사선(EMR) 발생기를 추가로 포함한다.
이롭게는, EMR 발생기는 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관의 제1 도파관 입력 포트에 작동 가능하게 커플링 가능한 입력 전송선(transmission line), 및 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관의 제1 도파관 출력 포트에 작동 가능하게 커플링 가능한 출력 전송선을 추가로 포함할 수 있고, 여기서 상기 마이크로파 발생기, 상기 입력 전송선 및 상기 출력 전송선은 상기 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관과 함께 폐쇄-루프(closed-loop) EMR 회로를 형성하도록 개작된다.
이롭게는, EMR 발생기는 마이크로파 발생기일 수 있고, 발생된 전자기 방사선은 300㎓ 내지 300㎒(마이크로파)의 각각의 주파수 스펙트럼에서 1㎜ 내지 1미터의 파장을 갖고, 보다 바람직하게는 발생된 전자기 방사선은 100㎓ 내지 500㎒의 각각의 주파수 스펙트럼에서 3㎜ 내지 0.6미터의 파장을 갖는다.
바람직하게는, 마이크로파 발생기는 클라이스트론(Klystron), 자이로트론(Gyrotron), 마그네트론(Magnetron) 및 고체 상태 전자원(solid-state electronic source) 중 임의의 하나일 수 있다.
이롭게는, 상기 전자기 방사선(EMR) 발생기는 상기 전자기 방사선(EMR)과 상기 유체 물질 간의 커플링을 최적화하도록 개작될 수 있다. 바람직하게는, 상기 전자기 방사선(EMR)과 상기 유체 물질 간의 상기 커플링은 미리 결정된 제어 알고리즘을 활용하여 자동방식으로 최적화될 수 있다. 이롭게는, 상기 유체 유입구는 상기 유체 유입구를 통과할 때 상기 유체 물질의 초기 유체 압력을 미리 결정된 제1 유체 압력으로 변경하도록 개작될 수 있다. 바람직하게는, 상기 미리 결정된 제1 유체 압력은 상기 초기 유체 압력보다 더 클 수 있다.
이롭게는, 상기 유체 유출구는 상기 유체 유출구를 통과할 때 상기 유체 물질의 챔버 유체 압력을 미리 결정된 제2 유체 압력으로 변경하도록 개작될 수 있다. 바람직하게는, 상기 미리 결정된 제2 유체 압력은 상기 챔버 유체 압력보다 더 클 수 있다. 보다 더 바람직하게는, 상기 제1 미리 결정된 유체 압력은 상기 제2 미리 결정된 압력보다 더 클 수 있다.
따라서, 축소된 포트인 유입구는 가압된 유동을 생성하고, 또한 축소된 포트인 출구는 마이크로파장 근처에서 압력 및 스핀 효과를 유지시키는 것을 돕고, 이것은 가스 팽창 효과의 줄-톰슨 효과(Joule-Thompson effect)에 도움이 된다. 반응기 챔버 내의 유체의 압력 및 스핀이 가장 중요하다. 추가로, 이러한 장 강도가 지속될 수 있고, 유동, 체적, 압력 및 온도에 대해서 측정될 수 있고, 각각의 파라미터는 목적하는 ARCS 효과를 달성하는 데 역할을 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태(들)는 선행 기술의 상기 단점 중 하나를 극복하고자 한다.
본 발명의 추가 실시형태에 따라서, 유체 물질의 처리를 위한 유체 처리 장치가 제공되며, 이 장치는
반응기 챔버;
처리될 유체 물질의 외부 공급부로부터 상기 반응기 챔버로의 유체 소통을 제공함으로써 상기 유체 물질이 상기 반응기 챔버를 통해 상기 반응기 챔버 내로 통과할 수 있도록 개작된 유체 유입구;
상기 반응기 챔버로부터의 유체 소통을 제공함으로써 상기 유체 물질이 상기 반응기 챔버로부터 통과할 수 있도록 개작된 유체 유출구;
상기 반응기 챔버 내에 작동 가능하게 커플링되고, 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선을 상기 반응기 챔버를 통과한 유체 물질에 커플링시키도록 개작된, 적어도 하나의 제1 도파관 입력 포트를 갖는, 적어도 하나의 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관을 포함한다.
본 발명의 더 추가의 실시형태에 따라서 1종 이상의 특정 성분 물질의 수준을 제어하기 위해서 다수의 성분 물질을 갖는 유체 물질을 처리하는 방법이 제공되며, 이 방법은,
상기 유체 물질의 공급물이 상기 반응기 챔버를 통해 상기 반응기 챔버 내로 통과할 수 있도록 구성된 반응기 챔버를 제공하는 단계;
상기 반응기 챔버 내에 작동 가능하게 커플링되고, 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선을 상기 반응기 챔버를 통과한 유체 물질에 커플링시키도록 개작된, 제1 도파관 입력 포트 및 제1 도파관 출력 포트를 갖는, 적어도 하나의 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관을 제공하는 단계;
유체 물질을 상기 반응기 챔버를 통해 상기 반응기 챔버 내로 통과시키는 단계;
전자기 방사선을 적어도 하나의 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관을 통해 통과시킴으로써 반응기 챔버를 가로질러 커플링시키는 단계를 포함한다.
따라서 방법은 처리될 유체 물질이 반응기 챔버를 통과할 때 반응기 챔버 내에 획정된 반응 구역을 가로질러 EMR 방사선을 커플링시킨다. 장치와 관련하여 기술된 바와 같이, 이것이 반응기 챔버를 통과하는 유체 스트림의 처리를 위한 에너지원을 제공할 수 있다. 전자기 방사선 파장 및 반응기 챔버의 치수 및 구성의 적절한 선택을 조건으로, 유해한 성분 물질의 수준을 제어, 변형, 및 바람직한 경우 감소시키는 방식으로 반응기 챔버 내에서 그에 의해서 획정된 반응 구역을 통과하는 유체 물질의 성분에 에너지가 부여될 수 있다.
연소 공정의 배기 가스로부터 바람직하지 않은 배출물의 수준을 개선되게 감소시키기 위해서 배기 가스 스트림에 방법을 적용할 때 연소로부터 임의의 잠재적인 배출물 배기물이 최소화된다는 특별한 이점에 예상된다. 방법은, 배기장치 배출물을 감소시키기 위해서 기존의 연소 기관, 예를 들어, 기존의 배기장치 시스템 내에서 활용될 수 있다.
방법은 특히 본 발명의 제1 실시형태의 원칙을 구현한 장치의 작동을 위한 방법이고, 바람직한 방법 단계가 유추에 의해서 이해될 것이다.
특히 방법은 예컨대, 상기 반응기 챔버 내에 획정된 반응기 체적을 가로질러 서로에 작동 가능하게 커플링되도록 상기 반응기 챔버의 외벽 상의 이격된 위치에 상기 제1 도파관 입력 포트 및 제1 도파관 출력 포트를 작동 가능하게 커플링시킴으로써 상기 반응기 챔버 내에서 제1 도파관 입력 포트 및 제1 도파관 출력 포트를 작동 가능하게 커플링시키는 단계를 포함한다.
특히 방법은 광학 계면에 의해서 상기 반응기 챔버 내에서 제1 도파관 입력 포트 및 제1 도파관 출력 포트를 작동 가능하게 커플링시키는 단계를 포함하며, 예를 들어, 상기 제1 계면 부재 및 상기 제2 계면 부재는 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선에 대해서 적어도 부분적으로 투명하도록 개작된 벽의 부분을 포함한다.
바람직하게는, 방법은 반응기 챔버를 가로질러 정상파를 발생시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 미리 결정된 제1 파장은 300㎓ 내지 300㎒(마이크로파)의 각각의 주파수 스펙트럼에서 1㎜ 내지 1미터이다.
본 발명의 바람직한 실시형태를 이제 첨부된 도면을 참고로 어떠한 제한의 의미도 없이 단지 예의 방식에 의해서 기술할 것이며, 여기서,
도 1은 내연 기관의 배기장치 시스템에 사용하기에 적합한 본 발명의 실시형태에 따른 장치의 단면도;
도 2는 차량 배기장치 배출물을 제어하기 위해서 적용되는 경우 본 발명의 원칙을 시험하기 위한 시험 시스템의 개략도;
도 3 내지 도 10은 이러한 시험 결과의 그래프;
도 11은 배기장치 내의 마이크로파 성능의 시험 설정의 도면;
도 12는 (a) 도파관(직경 15㎜) 및 (b) 본 발명의 ARCS 장치(도파관의 직경 15㎜)을 포함하는 배기장치 내의 에너지장 분포의 도면;
도 13은 예시적인 배기장치의 상이한 도면 (a) (b) 및 (C);
도 14는 운모 디스크를 사용하여 ARCS 반응기 챔버를 각각의 도파관에 커플링시킨 모듈식 ARCS 장치의 예시적인 실시형태의 도면, (a) 정면도, (b) 측면도 및 (C) 반-투명 투시도;
도 15는 배기장치 내에 설치하기에 적합한 블록(block) 부재 내에 설치된 도파관에 작동 가능하게 커플링된 ARCS 장치 반응기 챔버의 도면, (a) 반-투명 평면도, (b) 반-투명 측면도 (C) 반-투명 투시도;
도 16은 도 15에 도시된 블록 부재를 포함하는 예시적인 배기장치의 투시도;
도 17은 10개의 작동 가능하게 커플링 가능한 ARCS 모듈, 2개의 단부 플레이트 및 중심 막대를 포함하는 ARCS 모듈 챔버 어셈블리의 도면;
도 18은 도 17에 도시된 ARCS 모듈 챔버 어셈블리의 분해된 ARCS 모듈 및 2개의 단부 플레이트의 도면;
도 19는 재료의 단일 블록으로부터 제조된 도 17에 도시된 ARCS 모듈의 대안적인 실시형태의 도면;
도 20은 예시적인 플러그 및 예시적인 운모 디스크, 뿐만 아니라 중심 막대를 추가로 도시한, 도 19의 ARCS 모듈의 도면, 분해도;
도 21은 플랜지(flange)가 배기장치의 중간-부분에 용접된 본 발명의 대안적인 실시형태(도파관 유출 포트 없음)의 도면, (a) 단면 투시도, (b) 평면도 및 (C) 분해도, 및
도 22는 사용 동안 T자형 공급부를 갖는 배기장치 내의 전기장 분포의 도면.
본 발명의 원칙의 특정 바람직한 응용은 예를 들어, 연소 기관의 배기 스트림 중의 배기장치 연소 생성물의 "정화"에 관한 것이다. 도 1은 내연 기관의 배기장치 시스템에 사용하기에 적합한 본 발명의 실시형태에 따른 장치의 단면도를 나타낸다.
본 발명의 예시적인 응용에 따라서, 배기장치 연도 가스는 배기장치 산출물 경로 내에 장치(100)를 제공함으로써 "정화"(즉, 유해한 배기물, 예컨대 NOX, CO 등의 감소)될 수 있다. 예를 들어, 장치(100)는 배기 가스로부터 유해한 성분을 감소 또는 심지어는 제거하기 위해서 차량의 연소 기관(예를 들어, 디젤 또는 휘발유)의 배기장치에 제공될 수 있다.
장치(100)는 개방 반응기 챔버(104)를 획정하는 볼록한 중심 부분(103)을 갖는 긴 관(102)의 형태의 본체를 포함한다. 관의 두 단부는 각각 바람직한 응용에서 연소기관의 배기관(도시되지 않음)과 유체 소통하고, 예를 들어 그것 내에 혼입될 유입구 및 유출구를 획정한다. 처리될 배기 가스의 유동은 이에 의해서 사용 시에 반응기 챔버(104)를 통해서 반응기 챔버로 연속적으로 유지될 수 있다. 배기 가스가 승온이고, 따라서 유입구 단부가 바람직하게는 배기장치 매니폴드의 하류에 가깝게 위치되는 것이 본 발명의 효과적인 기능에 일반적으로 바람직하다. 추가로 또는 대안적으로 가열기(도시되지 않음)가 유입구의 상류에 제공될 수 있다.
미리 결정된 파장의 마이크로파 전자기 방사선을 반응기 챔버(104)를 가로질러 커플링시키기 위해서 EMR 도파관 시스템이 제공된다. 이것은 반응기 챔버(104)를 획정하는 볼록한 벽(103)의 가장 넓은 부분의 정반대 측면에 각각 위치된 제1 및 제2 EMR 커플러(120, 122)를 포함한다. 제1 및 제2 EMR 커플러(120, 122) 각각은 주위 발생기 어셈블리(110)로서 함께 일반적으로 밀접하게 연관된 것으로 보이는 입력 전송선 및 출력 전송선을 통해서 마이크로파 발생기(예를 들어, 0 내지 100W 입력, 2.45㎓) 및 전원과 커플링된 도파관 입력 포트 및 도파관 출력 포트를 획정한다. 제1 및 제2 EMR 커플러(120, 122)는 볼록한 벽(103) 내의 개구부에 끼워 넣어서, 개구부를 기밀식으로 밀봉하는 유리 플러그 형태로 각각의 제1 및 제2 광학 계면(124, 126)에 커플링된다.
따라서 이러한 배열은 입력 전송선 및 출력 전송선을 통해서 각각의 EMR 커플러(120, 122)에 연결된 마이크로파 발생기와 함께 폐쇄-루프 EMR 회로를 형성하는데, 각각의 EMR 커플러는 EMR 도파관을 획정하고, EMR 방사선을 반응기 챔버(104) 내의 공동(cavity)을 가로질러 작동 가능하게 커플링시키고, 따라서 EMR 방사선을 반응기 챔버를 통과한 배기 가스에 커플링시킨다. 정상파 W가 제1 광학 계면과 제2 광학 계면 사이의 반응기 챔버(104) 내에서 발생될 수 있다.
사용 시에, 따라서, 처리될 배기물이 반응기 챔버를 통과할 때 EMR 방사선을 반응기 챔버(104) 내에 획정된 반응 구역을 가로질러 커플링시키는 것이 가능하다. 배출물의 수준을 감소시키는 방식으로 반응 구역을 통과하는 배기 가스 스트림의 성분에 에너지가 부여될 수 있다.
장치(100)에 의한 "정화" 후에, 배기 가스는 더 높은 백분율의 산소를 함유할 수 있어서, "정화물질"은 연소 기관으로 재순환되어 엔진의 에너지 효율을 개선시킬 수 있다. 대안적으로, 그것은 종래의 방식으로 대기로 배기될 수 있다.
시험을 차량 배출물의 감소를 위한 장치로서, 두문자어 ARCS에 의해서 하기에 지칭된 원형(prototype) 장치로 수행하였다.
요약하면, 시험은 완전히 데워진 디젤 차량으로부터의 배기 가스를 ARCS 장치를 가로질러 통과시키고, 독점적인 워크숍 5종의 가스 배기장치 배출물 분석기를 사용하여 엔진 공회전 동안 데이터를 로깅하는 것을 포함한다. 능동 및 수동 ARCS 장치를 사용한 데이터 로그를 획득하였다. ARCS 장치는 1 내지 100W의 조정 가능한 입력 전력 범위를 갖는다. 기존의 연구의 경우 입력 전력은 45W로 제한된다.
배기 가스 배출물을 시케스 피카번트(Sykes Pickavant) 5종의 가스 배기장치 배출물 분석기를 사용하여 분석하였다. 분석된 5종의 가스는 일산화탄소(CO), 이산화탄소(C02), 산소(02), 탄화수소(HC) 및 일산화질소(NO)이다.
이중 차량 배기장치로부터의 배기 가스를 대략 3.3m 길이의 2개의 가요성 배기 호스를 통해서 환기시켰고, 그 후 이것을 플라스틱 Y 피스(Y piece)를 사용하여 단일 호스 내에서 배합하였다. 대략 1.8m의 추가 호스가 ARCS 장치에 Y 피스를 연결하였다. ARCS 하드웨어는 연료 개질기(reformer) 응용에서의 사용을 위해서 주로 설계되었기 때문에, 배기 호스를 ARCS 장치에 정합시키기 위해서는 다수의 어댑터가 필요하였다. ARCS 장치를 통과시킨 후, 배기 가스를 배기장치 분석기 프로브가 삽입된 대략 0.88m 길이의 수직으로 장착된 투명한 플라스틱 스택 파이프 내에서 여기시켰다. 분석기 프로브를 대략 5m의 투명한 호스로 분석기에 연결시켰다. ARCS 장치까지의 호스의 개략도가 도 2에 포함된다.
시험 순서의 시작 시에, 차량의 시동을 걸고, 처리 시스템 이후에 엔진 및 배기 장치가 일반적인 구동 온도까지 가온되도록 공회전시켰다. ARCS 온(on) 및 ARCS 오프(off) 시험 둘 모두를 1회의 연속적인 차량 공회전 동안 순차적으로 수행하였다.
2개의 시험을 수행하였는데; 하나는 ARCS 장치를 능동으로 사용하는 것이고, ARCS 장치를 수동으로 사용하는 것이다. 각각의 시험 이전에 배기 가스 분석기 제로 체크 절차를 수행하였다. 이러한 절차는 시험 설치로부터 프로브를 제거하고, 워크숍 환경의 외부에서 새로운 공기를 샘플링하는 것을 포함한다. 60초 동안 새로운 공기를 샘플링한 후, CO, HC, C02 및 NO 판독치를 0점으로 하고, 산소 판독치를 20.9%로 설정한다.
시험 시의 ARCS의 설정 동안 차량 배기장치를 중단시키고, 워크숍의 외부를 환기시키고, 차량을 공회전 상태로 유지시켰다. 시험 시작 시에, 분석기 데이터 로그를 시작하고, 배기장치를 다시연결하였다. 분석기가 배기 가스 배출물을 기록할 수 있도록 하기 위해서 적합하게 지연시킨 후에, ARCS 장치를 온으로 스위칭하였다. 시험의 마지막에서, ARCS 장치를 오프로 스위칭하고, 배기 가스 배출물의 변경을 로깅하였다. ARCS 오프 시험의 경우 분석기 배기장치 샘플 프로브를 Y 피스 이후에 배기 환기구에 놓았고, 배기 가스를 워크숍의 외부에서 환기시켰다. 모든 배출물 데이터를 1초 샘플 속도에서 획득하였다.
ARCS 오프 시험에 대한 결과를 하기 도에 요약한다:
도 3: C02 배출물 ARCS 오프
도 4: 02 배출물 ARCS 오프
도 5: CO 배출물 ARCS 오프
도 6: NO 배출물 ARCS 오프
분석기를 샘플 3에서 배기장치에 도입하였다. 20초 동안 분석기 반응을 지연시킨 후에 배출물 구성성분 각각에 대한 평균값을 샘플 23과 샘플 418 사이에서 계산할 수 있다. 이것을 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
ARCS 온 시험에 대한 결과를 하기 도에 요약한다:
도 7: C02 배출물 ARCS 온
도 8: 02 배출물 ARCS 온
도 9: CO 배출물 ARCS 온
도 10: NO 배출물 ARCS 온
ARCS 장치를 샘플 65에서 온으로 스위칭시키고, 샘플 311에서 오프로 스위칭시켰다. 20초 동안 분석기 반응을 지연시킨 후에 배출물 구성성분 각각에 대한 평균값을 샘플 85와 샘플 310 사이에서 계산할 수 있다. 이것을 표 2에 나타낸다.
Figure pct00002
ARCS 오프 평균 배출물과 ARCS 온 평균 배출물의 비교는, ARCS 온을 사용하는 경우, C02 배출물이 감소되고, CO 배출물이 증가됨을 나타낸다. C02 배출물 감소는 대략 62%이고, CO 배출물 증가는 대략 222%이다. 02 및 NO 배출물은 ARCS 오프 시험과 ARCS 온 시험 간에 유사하다.
C02 배출물 플롯인 도 4: C02 배출물 ARCS 오프 및 도 8: C02 배출물 ARCS 온의 조사는, ARCS 온을 사용하는 경우 평균 배출물의 감소는 변동성의 증가와 연관됨을 나타낸다.
CO 배출물 플롯인 도 6: CO 배출물 ARCS 오프 및 도 10: CO 배출물 ARCS 온의 조사는, ARCS 온을 사용하는 경우 평균 배출물의 증가는 변동성의 증가와 연동됨을 나타낸다.
시험은, 45W의 중간 전력 수준에서 구동되는 경우 ARCS 장치는 독점적 워크숍 5종의 가스 배기장치 배출물 분석기에 의해서 검출되는 바와 같이 차량 배기장치 배출물의 조성을 변경하는 능력을 가짐을 나타낸다. C02 배출물에서의 62% 감소 및 CO에서의 222% 증가가 관찰되었다. 상황에 따른 CO 배출물 증가를 다루기 위해서 휘발유 엔진 차량을 UK MOT 시험 동안 공회전 CO 배출물 시험에 적용한다. 일반적인 공회전에서, CO 배출물은 0.3% 미만이어야 한다. 증가된 CO 배출물에도 불구하고 시험 작업을 본질적으로 낮은 공회전 CO 배출물을 갖는 디젤 엔진 차량 상에서 수행하였기 때문에, 수치는 휘발유 한계치보다 훨씬 더 낮다.
또 다른 예에서, 장치(100)의 원칙을 구현한 장치의 어레이 어셈블리가 연도 가스를 "정화"하기 위해서 발전 장치의 연도 가스 스택 내에 제공될 수 있다. 특히, 어레이 어셈블리는 연도 가스 스택의 침니(chimney)에 피팅되도록 개작된 어셈블리를 형성하도록 배열된 본 발명의 장치(100)의 복수의 반응기 유닛으로 제조될 수 있고, 여기서 평행하게 배열된 복수의 반응기 유닛이 장치(100)를 활성화시키도록 하나의 단일 EMR 공급원 또는 복수의 EMR 공급원에 작동 가능하게 커플링된다.
배기장치 설계 내의 ARCS의 실시형태의 구현예(들)의 예(들):
본 발명의 장치(100)의 실시형태를 사용하는 경우, 전력 밀도, 장 강도, 가스 팽창, 가스 재순환(스핀 효과) 압력 및 온도, 뿐만 아니라 유체 물질에 커플링되는 마이크로파 에너지가 (ARCS 반응기 챔버(104)를 통과하는 유체 물질에 적합한) 미리 결정된 사양에 따라서 유지되는 것이 중요하다. 또한, 장치(100)의 반응기 챔버(104)는 필요한 유체 유동 및 압력을 제공하도록, 설계되어야 한다. 반응기 챔버의 내벽, 뿐만 아니라 유체 유입구 포트 및 유체 유출구 포트는 유체 유입구 포트에 유입되는 유체 물질이 반응기 챔버(104)를 통과할 때 연속적인 스핀 또는 루프(선회 유동)가 되어, 유체 물질이 유체 유출구 포트를 통해서 반응기 챔버(104)를 빠져나가기 전에, 에너지장 내에서의 유체 물질의 시간을 최대화하도록 형상화된다. 유체 유입구 포트 및 유체 유출구 포트 둘 모두는 유체 물질이 통과할 때 유체 압력을 증가시키도록 개작되고, 여기서 유입구 포트에 의해서 부여되는 유체 압력은 유출구 포트에 의해서 부여되는 유체 압력보다 더 크기 때문에, 유체 유입구 포트로부터 유체 유출구 포트로의 포지티브 가스 유동을 유지시킨다. 추가로, 가압된 유체 물질이 반응기 챔버(104)에 유입되는 경우, 유체의 급격한 팽창이 유체 물질을 냉각시킬 수 있다(줄-톰슨 효과).
일 예시적인 실시형태에서, 본 발명의 장치(100)는 배기장치(200) 내에서 작동 가능하게 구현된다. 장치(100)에 의해서 제공된 이점을 입증하기 위해서, 배기장치를 먼저 이의 자신 상에서 시험하여 얼마나 많은 수분이 마이크로파 성능에 영향을 줄 수 있는지를 나타낸다. 도 11에 도시된 예시적인 시험에서, 어떠한 가스 측정 판독치 변경도 관찰되지 않았다. 전달된 전력은 100W였다.
이제 도 12를 참고하면, (a) 배기 도파관(202)(15㎜)과 (b) ARCS 도파관 내의 에너지장 분포를 비교한다. 예시적인 예에서, ARCS 도파관 전력 대 체적 비는 배기장치와 비교할 때 50 내지 100배 더 높다.
(i) 모듈식 ARCS 어셈블리:
장치(300)의 모듈식 설계를 사용한 경우, 운모 플러그(302)가 상호연결 플러그가 되었고, 또한 하나의 도파관(304)을 사용하여 모든 모듈을 연결할 수 있다. 이것은 제조 비용을 감소시키는 데 도움을 줄 수 있고, 또한 낮은 에너지 소비 유닛을 또한 유지시킨다. 이러한 모듈식 유닛(300)의 예를 도 14에 도시한다.
도 15는 단일 모듈식 장치(300)(반응기 챔버 유닛 단독)가 배기장치(200) 내에 피팅시키기에 적합한 블록(306) 내에 설치된 도파관(304)에 작동 가능하게 커플링된 실시형태를 도시한다. 배기장치(200) 내의 어셈블리를 도 16에 도시한다.
10개의 상호연결된 모듈식 장치(402)의 어셈블리(400)를 도 17에 도시한다. 두 단부 플레이트(404)가 어셈블리(400)의 각각의 단부에 제공된다. 상호연결된 모듈식 장치(402)의 각각의 구멍을 통해서 삽입되도록 적합한 도파관(406)이 제공된다. 각각의 플러그(408)는 유체 유입구 및 유체 유출구 포트로서 작용하도록 사용된다. 도 18은 상호연결 가능한 모듈식 장치(402) 및 각각의 단부 플레이트(404)의 단일 유닛의 예시적인 실시형태를 나타낸다. 사용 시에, 어셈블리(400)는 블록(306) 내에 제공되고, 그 다음 배기장치(200) 내에 설치된다.
(ii) 단일 조각(single piece) ARCS 모듈:
도 19 및 도 20은 복수의 장치(502)를 포함하는 모듈(500)의 예시적인 실시형태를 나타낸다. 모듈은 전체 어셈블리 강도 및 사용 용이성을 개선시키도록, 재료(예를 들어, 금속)의 단일 조각으로 제조된다. 도 20에 도시된 바와 같이, 운모 디스크(504)가 모듈(500) 내에 절삭된(machined) 각각의 슬롯(506)을 통해서 도입되어 있다. 각각의 플러그(508)는 각각의 반응기 챔버의 유체 유입구 및 유체 유출구 내로 나사형으로 삽입(screwed)되어 있고, 중심 도파관(510)은 모듈(500)의 전체 길이를 통과한다.
추가의 또 다른 실시형태에서, 단일 도파관 입력부가 적합한 플렌지 부분(600)(도 21 참고)에 의해서 제공된 T자형 공급부를 통해서 제공될 수 있다(도 22 참고). 플렌지 부분(600)은 배기장치(200)에 용접될 수 있다. T자형 공급부에 의해서 배기장치(200) 내에 제공된 전형적인 에너지장 분포를 도 22에 도시한다. 이러한 실시형태에서, 도파관 출력 포트가 존재하지 않는데, 즉, 정상파가 내부 반응기 챔버 벽에서 EMR의 반사에 의해서 발생될 수 있다.
관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 상기 실시형태가 단지 예의 방식으로 어떠한 제한의 의미도 없이 기술되었고, 다양한 변경 및 변형이 첨부된 청구범위에 의해서 정의된 바와 같은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 가능함을 인지할 것이다.

Claims (63)

  1. 유체 물질의 처리를 위한 유체 처리 장치로서,
    반응기 챔버;
    처리될 유체 물질의 외부 공급부로부터 상기 반응기 챔버로의 유체 소통을 제공함으로써 상기 유체 물질이 상기 반응기 챔버를 통해 상기 반응기 챔버 내로 통과할 수 있도록 개작된 유체 유입구;
    상기 반응기 챔버로부터의 유체 소통을 제공함으로써 상기 유체 물질이 상기 반응기 챔버로부터 통과할 수 있도록 개작된 유체 유출구;
    상기 반응기 챔버 내에 작동 가능하게 커플링되고, 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선을 상기 반응기 챔버를 통과한 유체 물질에 커플링시키도록 개작된, 제1 도파관 입력 포트 및 제1 도파관 출력 포트를 갖는, 적어도 하나의 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관을 포함하는, 유체 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반응기 챔버는 외벽(perimeterwall)에 의해서 획정되고, 상기 제1 도파관 입력 포트 및 제1 도파관 출력 포트는, 예컨대, 상기 반응기 챔버 내에 획정된 반응기 체적을 가로질러 작동 가능하게 커플링되도록, 상기 외벽 상의 이격된 위치에 작동 가능하게 커플링된, 유체 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반응기 챔버는 상기 유체 물질을 상기 반응기 챔버를 통해서 상기 유체 유입구로부터 상기 유체 유출구를 향하는 연속적인 선회 유동(swirling flow) 내로 통과시키도록 구성된, 유체 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반응기 챔버의 상기 외벽은 상기 유체 물질을 상기 유체 유입구로부터 수용하고, 상기 반응기 챔버를 통해서 상기 유체 유출구를 향하는 연속적인 선회 유동 내로 통과시키도록 개작된, 유체 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관은 예컨대, 상기 반응기 챔버 내에 획정된 반응기 체적을 가로질러 작동 가능하게 커플링되도록, 상기 외벽 상의 이격된 위치에 각각 제공된 제1 EMR 커플러 및 제2 EMR 커플러를 포함하는, 유체 처리 장치.
  6. 제2항 내지 제5항에 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도파관 입력 포트 및 상기 제1 도파관 출력 포트는, 예컨대, 상기 반응기 챔버 내에 획정된 상기 반응기 체적의 전체 폭을 가로질러 작동 가능하게 커플링되도록, 상기 외벽 상의 정반대 위치에 제공된, 유체 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관은 상기 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선을 상기 반응기 챔버 내에서 커플링시키도록 개작된 광학 계면을 포함하는, 유체 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 광학 계면은 상기 도파관 입력 포트에 작동 가능하게 커플링된 제1 계면 부재 및 상기 도파관 출력 포트에 작동 가능하게 커플링된 제2 계면 부재를 포함하는, 유체 처리 장치.
  9. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 계면 부재 및 상기 제2 계면 부재는 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선에 대해서 적어도 부분적으로 투명하도록 개작된 벽의 부분을 포함하는, 유체 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 계면 부재 및 상기 제2 계면 부재 각각은 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선에 대해서 적어도 부분적으로 투명한 재료로부터 제조된 마개 플러그(closure plug)를 갖는 상기 벽의 천공된 부분을 포함하는, 유체 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 각각의 계면 부재는 유리 마개 플러그가 제공된 벽의 천공된 부분을 포함하는, 유체 처리 장치.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관은 상기 제1 도파관 입력 포트 및 상기 제1 계면 부재에 작동 가능하게 커플링된 제1 EMR 커플러, 및 상기 제1 도파관 출력 포트 및 상기 제2 계면 부재에 작동 가능하게 커플링된 제2 EMR 커플러를 포함하는, 유체 처리 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 사용 시에 정상파가 발생되도록 상기 반응기 챔버가 구성되고, 상기 미리 결정된 제1 파장이 선택되는, 유체 처리 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1 파장은 300㎓ 내지 300㎒(마이크로파)의 각각의 주파수 스펙트럼에서 1㎜ 내지 1미터인, 유체 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1 파장은 100㎓ 내지 500㎒의 각각의 주파수 스펙트럼에서 3㎜ 내지 0.6미터인, 유체 처리 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 처리될 유체 물질을 상기 반응기 챔버에 공급할 수 있도록 상기 유체 유입구에 유체적으로 커플링된 유체 물질 공급원을 더 포함하는, 유체 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서, 유체 물질을 상기 반응기 챔버로부터 통과시키고, 상기 반응기 챔버로부터 멀리 운반할 수 있도록 상기 유체 유출구에 유체적으로 커플링된 유체 물질 방출 도관을 더 포함하는, 유체 처리 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 유체 물질을 미리 결정된 온도에서 상기 반응기 챔버로 공급하도록, 상기 유체 물질 공급원과 상기 반응기 챔버 사이에서 유체적으로 커플링되고, 상기 유체 물질에 에너지를 전달하도록 개작된 가열기 어셈블리를 더 포함하는, 유체 처리 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도파관 입력 포트에 작동 가능하게 커플링된, 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선(EMR)을 발생시키기 위한 전자기 방사선(EMR) 발생기를 더 포함하는, 유체 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 EMR 발생기는 상기 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관의 제1 도파관 입력 포트에 작동 가능하게 커플링 가능한, 입력 전송선(transmission line), 및 상기 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관의 제1 도파관 출력 포트에 작동 가능하게 커플링 가능한, 출력 전송선을 더 포함하되, 상기 마이크로파 발생기, 상기 입력 전송선 및 상기 출력 전송선은 상기 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관과 함께 폐쇄-루프(closed-loop) EMR 회로를 형성하도록 개작된, 유체 처리 장치.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 EMR 발생기는 마이크로파 발생기이고, 발생된 전자기 방사선은 300㎓ 내지 300㎒(마이크로파)의 각각의 주파수 스펙트럼에서 1㎜ 내지 1미터의 파장을 갖는, 유체 처리 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 발생된 전자기 방사선은 100㎓ 내지 500㎒의 각각의 주파수 스펙트럼에서 3㎜ 내지 0.6미터의 파장을 갖는, 유체 처리 장치.
  23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 EMR 발생기는 마그네트론(Magnetron), 클라이스트론(Klystron), 자이로트론(Gyrotron) 및 고체 상태 전자원(solid-state electronic source) 중 임의의 하나인, 유체 처리 장치.
  24. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자기 방사선(EMR) 발생기는 상기 전자기 방사선(EMR)과 상기 유체 물질 간의 상기 커플링을 최적화하도록 개작된, 유체 처리 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 전자기 방사선(EMR)과 상기 유체 물질 간의 상기 커플링은 미리 결정된 제어 알고리즘을 활용하여 자동방식으로(automatically) 최적화된, 유체 처리 장치.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 유입구는 상기 유체 유입구를 통과할 때 상기 유체 물질의 초기 유체 압력을 미리 결정된 제1 유체 압력으로 변경하도록 개작된, 유체 처리 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1 유체 압력은 상기 초기 유체 압력보다 더 큰, 유체 처리 장치.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서, 상기 유체 유출구는 상기 유체 유출구를 통과할 때 상기 유체 물질의 챔버 유체 압력을 미리 결정된 제2 유체 압력으로 변경하도록 개작된, 유체 처리 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 미리 결정된 제2 유체 압력은 상기 챔버 유체 압력보다 더 큰, 유체 처리 장치.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서, 상기 제1 미리 결정된 유체 압력은 상기 제2 미리 결정된 압력보다 더 큰, 유체 처리 장치.
  31. 유체 물질을 처리하기 위한 유체 처리 장치로서,
    반응기 챔버;
    처리될 유체 물질의 외부 공급부로부터 상기 반응기 챔버로의 유체 소통을 제공함으로써 상기 유체 물질이 상기 반응기 챔버를 통해 상기 반응기 챔버 내로 통과할 수 있도록 개작된 유체 유입구;
    상기 반응기 챔버로부터의 유체 소통을 제공함으로써 상기 유체 물질이 상기 반응기 챔버로부터 통과할 수 있도록 개작된 유체 유출구;
    상기 반응기 챔버 내에 작동 가능하게 커플링되고, 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선을 상기 반응기 챔버를 통과한 유체 물질에 커플링시키도록 개작된, 적어도 하나의 제1 도파관 입력 포트를 갖는, 적어도 하나의 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관을 포함하는, 유체 처리 장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 반응기 챔버는 외벽에 의해서 획정되고, 상기 제1 도파관 입력 포트는, 예컨대, 상기 반응기 챔버 내에 획정된 반응기 체적을 가로질러 작동 가능하게 커플링되도록, 상기 외벽 상의 미리 결정된 위치에 작동 가능하게 커플링된, 유체 처리 장치.
  33. 제31항 또는 제32항에 있어서, 상기 반응기 챔버는 상기 유체 물질을 상기 반응기 챔버를 통해서 상기 유체 유입구로부터 상기 유체 유출구를 향하는 연속적인 선회 유동 내로 통과시키도록 구성된, 유체 처리 장치.
  34. 제33항에 있어서, 상기 반응기 챔버의 상기 외벽은 상기 유체 물질을 상기 유체 유입구로부터 수용하고, 상기 반응기 챔버를 통해서 상기 유체 유출구를 향하는 연속적인 선회 유동 내로 통과시키도록 개작된, 유체 처리 장치.
  35. 제31항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관은 상기 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선을 상기 반응기 챔버 내에서 커플링시키도록 개작된 광학 계면을 포함하는, 유체 처리 장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 광학 계면은 상기 도파관 입력 포트에 작동 가능하게 커플링된 제1 계면 부재를 포함하는, 유체 처리 장치.
  37. 제32항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 계면 부재는 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선에 대해서 적어도 부분적으로 투명하도록 개작된 벽의 부분을 포함하는, 유체 처리 장치.
  38. 제37항에 있어서, 상기 제1 계면 부재는 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선에 대해서 적어도 부분적으로 투명한 재료로부터 제조된 마개 플러그를 갖는 상기 벽의 천공된 부분을 포함하는, 유체 처리 장치.
  39. 제38항에 있어서, 상기 제1 계면 부재는 유리 마개 플러그가 제공된 상기 벽의 천공된 부분을 포함하는, 유체 처리 장치.
  40. 제37항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관은 상기 제1 도파관 입력 포트 및 상기 제1 계면 부재에 작동 가능하게 커플링된 제1 EMR 커플러를 포함하는, 유체 처리 장치.
  41. 제31항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 사용 시에 정상파가 발생되도록 상기 반응기 챔버가 구성되고, 상기 미리 결정된 제1 파장이 선택되는, 유체 처리 장치.
  42. 제31항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1 파장은 300㎓ 내지 300㎒(마이크로파)의 각각의 주파수 스펙트럼에서 1㎜ 내지 1미터인, 유체 처리 장치.
  43. 제41항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1 파장은 100㎓ 내지 500㎒의 각각의 주파수 스펙트럼에서 3㎜ 내지 0.6미터인, 유체 처리 장치.
  44. 제31항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 처리될 유체 물질을 상기 반응기 챔버에 공급할 수 있도록 상기 유체 유입구에 유체적으로 커플링된 유체 물질 공급원을 더 포함하는, 유체 처리 장치.
  45. 제44항에 있어서, 유체 물질을 상기 반응기 챔버로부터 통과시키고, 상기 반응기 챔버로부터 멀리 운반할 수 있도록 상기 유체 유출구에 유체적으로 커플링된 유체 물질 방출 도관을 더 포함하는, 유체 처리 장치.
  46. 제44항 또는 제45항에 있어서, 상기 유체 물질을 미리 결정된 온도에서 상기 반응기 챔버로 공급하도록, 상기 유체 물질 공급원과 상기 반응기 챔버 사이에서 유체적으로 커플링되고, 상기 유체 물질에 에너지를 전달하도록 개작된 가열기 어셈블리를 더 포함하는, 유체 처리 장치.
  47. 제31항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도파관 입력 포트에 작동 가능하게 커플링된, 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선(EMR)을 발생시키기 위한 전자기 방사선(EMR) 발생기를 더 포함하는, 유체 처리 장치.
  48. 제47항에 있어서, 상기 EMR 발생기는 마이크로파 발생기이고, 발생된 전자기 방사선은 300㎓ 내지 300㎒(마이크로파)의 각각의 주파수 스펙트럼에서 1㎜ 내지 1미터의 파장을 갖는, 유체 처리 장치.
  49. 제48항에 있어서, 상기 발생된 전자기 방사선은 100㎓ 내지 500㎒의 각각의 주파수 스펙트럼에서 3㎜ 내지 0.6미터의 파장을 갖는, 유체 처리 장치.
  50. 제47항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 EMR 발생기는 마그네트론, 클라이스트론, 자이로트론 및 고체 상태 전자원 중 임의의 하나인, 유체 처리 장치.
  51. 제47항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자기 방사선(EMR) 발생기는 상기 전자기 방사선(EMR)과 상기 유체 물질 간의 상기 커플링을 최적화하도록 개작된, 유체 처리 장치.
  52. 제51항에 있어서, 상기 전자기 방사선(EMR)과 상기 유체 물질 간의 상기 커플링은 미리 결정된 제어 알고리즘을 활용하여 자동방식으로 최적화된, 유체 처리 장치.
  53. 제31항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 유입구는 상기 유체 유입구를 통과할 때 상기 유체 물질의 초기 유체 압력을 미리 결정된 제1 유체 압력으로 변경하도록 개작된, 유체 처리 장치.
  54. 제53항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1 유체 압력은 상기 초기 유체 압력보다 더 큰, 유체 처리 장치.
  55. 제53항 또는 제54항에 있어서, 상기 유체 유출구는 상기 유체 유출구를 통과할 때 상기 유체 물질의 챔버 유체 압력을 미리 결정된 제2 유체 압력으로 변경하도록 개작된, 유체 처리 장치.
  56. 제55항에 있어서, 상기 미리 결정된 제2 유체 압력은 상기 챔버 유체 압력보다 더 큰, 유체 처리 장치.
  57. 제55항 또는 제56항에 있어서, 상기 제1 미리 결정된 유체 압력은 상기 제2 미리 결정된 압력보다 더 큰, 유체 처리 장치.
  58. 유체 물질의 처리 방법으로서,
    상기 유체 물질의 공급물이 상기 반응기 챔버를 통해 상기 반응기 챔버 내로 통과할 수 있도록 구성된 반응기 챔버를 제공하는 단계;
    상기 반응기 챔버 내에 작동 가능하게 커플링되고, 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선을 상기 반응기 챔버를 통과한 유체 물질에 커플링시키도록 개작된, 제1 도파관 입력 포트 및 제1 도파관 출력 포트를 갖는, 적어도 하나의 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관을 제공하는 단계;
    유체 물질을 상기 반응기 챔버를 통해 상기 반응기 챔버 내로 통과시키는 단계;
    전자기 방사선을 적어도 하나의 제1 전자기 방사선(EMR) 도파관을 통해 통과시킴으로써 상기 반응기 챔버를 가로질러 커플링시키는 단계를 포함하는, 유체 물질의 처리 방법
  59. 제58항에 있어서, 예컨대, 상기 반응기 챔버 내에 획정된 반응기 체적을 가로질러 서로에 작동 가능하게 커플링되도록 상기 반응기 챔버의 외벽 상의 이격된 위치에 상기 제1 도파관 입력 포트 및 제1 도파관 출력 포트를 작동 가능하게 커플링시킴으로써 상기 반응기 챔버 내에서 제1 도파관 입력 포트 및 제1 도파관 출력 포트를 작동 가능하게 커플링시키는 단계를 포함하는, 유체 물질의 처리 방법.
  60. 제59항에 있어서, 광학 계면에 의해서 상기 반응기 챔버 내에서 제1 도파관 입력 포트 및 제1 도파관 출력 포트를 작동 가능하게 커플링시키는 단계를 포함하며, 예를 들어, 상기 제1 계면 부재 및 상기 제2 계면 부재는 미리 결정된 제1 파장의 전자기 방사선에 대해서 적어도 부분적으로 투명하도록 개작된 상기 벽의 부분을 포함하는, 유체 물질의 처리 방법.
  61. 제59항 또는 제60항에 있어서, 상기 반응기 챔버를 가로질러 정상파를 발생시키는 단계를 포함하는, 유체 물질의 처리 방법.
  62. 제59항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1 파장은 300㎓ 내지 300㎒(마이크로파)의 각각의 주파수 스펙트럼에서 1㎜ 내지 1미터인, 유체 물질의 처리 방법.
  63. 제62항에 있어서, 상기 미리 결정된 제1 파장은 100㎓ 내지 500㎒의 각각의 주파수 스펙트럼에서 3㎜ 내지 0.6미터인, 유체 물질의 처리 방법.
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