KR20210062081A - 개선된 전해 반응기 시스템 및 이를 작동하는 방법 - Google Patents

개선된 전해 반응기 시스템 및 이를 작동하는 방법 Download PDF

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electrolytic reactor
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굴잔트 싱
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다이나서트 인크.
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Abstract

본원에 개시된 다양한 실시예는 전해 반응기의 구성을 변경하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 적어도 하나의 실시예에서, 시스템은 복수의 전해 셀을 포함하는 전해 반응기 조립체를 포함하고, 전해 반응기 조립체는 적어도 2 개의 작동 모드에서 작동하도록 구성된다. 또한, 시스템은 전해 반응기 조립체에 연결된 적어도 하나의 스위칭 요소, 제어 유닛, 및 제어 유닛에 연결된 모니터링 시스템을 포함하며, 여기서 모니터링 시스템은 전해 반응기 조립체와 연관된 적어도 하나의 속성을 모니터링하도록 구성된다. 제어 유닛은 모니터링 시스템에 의해 모니터링되는 전해 반응기 조립체와 연관된 적어도 하나의 속성에 기초하여 적어도 2 개의 작동 모드 사이에서 전해 반응기 조립체의 구성을 변경하도록 구성된다.

Description

개선된 전해 반응기 시스템 및 이를 작동하는 방법
관련 출원들의 상호 참조
본 출원은 2018년 10월 5일자로 출원된 공동-계류중인 미국 가특허 출원 번호 제62/741,637호로부터 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
기술분야
설명된 실시예는 전해 반응기 시스템에 관한 것으로, 특히 전해 반응기 시스템과 연관된 최적의 작동 범위 미만의 온도에서 작동하도록 동적으로 구성 가능한 전해 반응기 시스템에 관한 것이다.
내연 기관(internal combustion engine)의 연비(fuel economy)는 엔진의 공기 흡기 흐름에 수소 및 산소 가스를 주입함으로써 개선될 수 있다. 일부 경우에, 수소 및 산소 가스는 "주문형(on-demand)" 전해 반응기 시스템에 의해 내연 기관에 공급될 수 있으며, 이 전해 반응기 시스템은 기재를 전해 분리하여 수소 가스 및 산소 가스를 생성한다.
전해 반응기 시스템은 일반적으로 효과적으로 작동하기 위해 최적의 온도 범위를 필요로 한다. 최적 온도 범위 미만의 주변 온도, 즉 추운 날씨에서 작동하는 전해 반응기 시스템은 전기 분해 프로세스를 시작하기 위해 외부 열원이 필요할 수 있다.
그러나, 외부 열원의 사용은 다수의 난제를 제시한다. 특히, 외부 열원은 일반적으로 전해 반응기에 전해질 용액을 공급하는 녹아웃 탱크 위 또는 내부에 위치된다. 따라서, 전해 반응기는 외부 열원으로부터 직접적인 열을 받지 못하며, 결과적으로 기능 작동 상태로 예열되는 데 더 오랜 지속기간이 걸린다. 게다가, 외부 열원은 전해 반응기의 전력 요구와 별도로 열을 생성하기 위해 추가 입력 전력을 요구할 수 있다. 전해 반응기와 함께 외부 열원을 사용하는 것과 연관된 잠재적인 안전 위험도 많다.
본 발명의 일 양태에서, 본원에 설명된 적어도 하나의 실시예에서는, 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법이 있다. 전해 반응기는 복수의 전해 셀을 포함하는 전해 반응기 조립체를 포함하며, 전해 반응기 조립체는 전해 반응기 조립체가 전해질 용액에 대해 전기 분해를 수행하고 적어도 2 개의 작동 모드에서 작동하도록 구성된다. 방법은 모니터링 시스템에 의해 전해 반응기 조립체와 연관된 적어도 하나의 속성을 결정하는 단계; 모니터링 시스템에 결합된 제어 유닛에 의해 적어도 하나의 속성을 분석하는 단계; 제어 유닛에 의해, 적어도 하나의 속성에 기초하여 전해 반응기 조립체와 연관된 작동 모드를 결정하는 단계; 및 적어도 하나의 스위칭 요소에 의해, 전해 반응기의 구성을 제어 유닛에 의해 결정된 작동 모드로 변경하는 단계를 포함한다.
그 양태의 특징에서, 방법은 제 1 스위칭 요소를 전해 반응기 조립체 내의 제 1 미리 정해진 수의 전해 셀에 결합하는 단계; 제 2 스위칭 요소를 전해 반응기 조립체 내의 제 2 미리 정해진 수의 전해 셀에 결합하는 단계 ― 제 2 미리 정해진 수의 전해 셀은 제 1 미리 정해진 수의 전해 셀보다 적음 ―; 제 3 스위칭 요소를 전해 반응기 조립체 내의 제 3 미리 정해진 수의 전해 셀에 결합하는 단계 ― 제 3 미리 정해진 수의 전해 셀은 제 2 미리 정해진 수의 전해 셀보다 적음 ―; 및 제 4 스위칭 요소를 전해 반응기 조립체 내의 제 4 미리 정해진 수의 전해 셀에 결합하는 단계를 더 포함하며, 제 4 미리 정해진 수의 전해 셀은 제 3 미리 정해진 수의 전해 셀보다 적다.
다른 특징에서, 방법은 모니터링 시스템으로부터의 제 1 신호가 전해 반응기 조립체와 연관된 제 1 미리 정해진 온도 범위를 식별하는 경우 제 1 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함한다.
또 다른 특징에서, 방법은 모니터링 시스템으로부터의 제 1 신호가 전해 반응기 조립체와 연관된 제 1 미리 정해진 전류 소비 범위를 식별하는 경우 제 1 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함한다.
추가 특징에서, 방법은 모니터링 시스템으로부터의 제 2 신호가 전해 반응기 조립체와 연관된 제 2 미리 정해진 온도 범위를 식별하는 경우 제 2 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하며, 제 2 미리 정해진 온도 범위는 제 1 미리 정해진 온도 범위보다 낮다.
다른 특징에서, 방법은 모니터링 시스템으로부터의 제 2 신호가 전해 반응기 조립체와 연관된 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위를 식별하는 경우 제 2 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하며, 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위는 제 1 미리 정해진 전류 소비 범위보다 낮다.
또 다른 특징에서, 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동시키는 것은, 전해 반응기 시스템이 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동시키는 것보다 더 많은 열을 발생시키는 결과를 가져온다.
추가 특징에서, 방법은 모니터링 시스템으로부터의 제 3 신호가 전해 반응기 조립체와 연관된 제 3 미리 정해진 온도 범위를 식별하는 경우 제 3 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 3 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하며, 제 3 미리 정해진 온도 범위는 제 2 미리 정해진 온도 범위보다 낮다.
다른 특징에서, 방법은 모니터링 시스템으로부터의 제 3 신호가 전해 반응기 조립체와 연관된 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위를 식별하는 경우 제 3 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 3 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하며, 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위는 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위보다 낮다.
또 다른 특징에서, 전해 반응기 조립체를 제 3 작동 모드로 작동시키는 것은, 전해 반응기 시스템이 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드 또는 제 2 작동 모드로 작동시키는 것보다 더 많은 열을 발생시키는 결과를 가져온다.
추가 특징에서, 방법은 모니터링 시스템으로부터의 제 4 신호가 전해 반응기 조립체와 연관된 제 3 미리 정해진 온도 범위를 식별하는 경우 제 4 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함한다.
다른 특징에서, 방법은 모니터링 시스템으로부터의 제 4 신호가 전해 반응기 조립체와 연관된 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위를 식별하는 경우 제 4 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함한다.
또 다른 특징에서, 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동시키는 것은, 전해 반응기 시스템이 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드, 제 2 작동 모드 또는 제 3 작동 모드로 작동시키는 것보다 더 많은 열을 발생시키는 결과를 가져온다.
추가 특징에서, 전해 반응기는 내연 기관에 결합되고, 그리고 전해 반응기에서 사용되는 전해질 용액은 물이고, 방법은 내연 기관과 연관된 하나 이상의 작동 조건을 검출하는 단계 ― 내연 기관은 탄소 기반 연료, 수소 가스 및 산소 가스의 혼합물을 연소하도록 구성됨 ―; 제어 유닛에서 내연 기관이 더 많은 양의 수소 가스를 필요로 하는지를 결정하는 단계; 및 내연 기관에 의해 더 많은 양의 수소 가스가 요구되는 경우, 제 2 스위칭 요소, 제 3 스위칭 요소, 및 제 4 스위칭 요소 중 적어도 하나를 활성화하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 양태에서, 본원에 설명된 적어도 하나의 실시예에서, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템이 있으며, 시스템은 복수의 전해 셀을 포함하는 전해 반응기 조립체 ― 복수의 전해 셀은 전해질 용액에 전기 분해를 수행하도록 구성되고, 전해 반응기 조립체는 적어도 2 개의 작동 모드에서 작동하도록 구성됨 ―, 전해 반응기 조립체에 결합된 적어도 하나의 스위칭 요소, 적어도 하나의 스위칭 요소 및 전해 반응기 조립체에 작동적으로 결합된 제어 유닛; 및 제어 유닛, 전해 반응기 조립체 및 적어도 하나의 스위칭 요소에 결합된 모니터링 시스템을 포함하고, 모니터링 시스템은 전해 반응기 조립체와 연관된 적어도 하나의 속성을 모니터링하도록 구성되고, 제어 유닛은 모니터링 시스템에 의해 모니터링되는 전해 반응기 조립체의 적어도 하나의 속성에 기초하여 적어도 2 개의 작동 모드 사이에서 전해 반응기 조립체의 구성을 변경하도록 구성된다.
그 양태의 특징에서, 모니터링 시스템은 전해 반응기 조립체와 연관된 주변 온도를 모니터링하도록 구성된 온도 센서를 포함하고, 제어 유닛은 주변 온도에 기초하여 전해 반응기 조립체의 구성을 변경하도록 구성된다.
다른 특징에서, 온도 센서는 전해 반응기 조립체에 근접하게 위치된다.
추가 특징에서, 모니터링 시스템은 전해 반응기 조립체에 의한 전류 소비를 모니터링하도록 구성된 전류 센서를 포함하며, 제어 유닛은 전해 반응기 조립체에 의한 전류 소비에 기초하여 전해 반응기 조립체의 구성을 변경하도록 구성된다.
또 다른 특징에서, 전해 반응기 조립체의 가스 발생 속도는 전해 반응기 조립체의 전류 소비에 기초하여 결정된다.
다른 특징에서, 복수의 전해 셀은 제 1 셀 유닛과 제 2 셀 유닛 사이에서 분할되고, 제 1 셀 유닛과 제 2 셀 유닛은 서로에 대해 병렬로 배열되고, 그리고 제 1 셀 유닛 및 제 2 셀 유닛 각각 내에 있는 전해 셀은 서로에 대해 직렬로 배열된다.
또 다른 특징에서, 제 1 셀 유닛 및 제 2 셀 유닛은 공통 네거티브를 공유한다.
추가 특징에서, 제 1 및 제 2 셀 유닛 각각은 6 개의 전해 셀을 포함한다.
다른 특징에서, 적어도 하나의 스위칭 요소는 제 1 셀 유닛에서 6 개의 전해 셀에 그리고 제 2 셀 유닛에서 6 개의 전해 셀에 결합된 제 1 스위칭 요소, 제 1 셀 유닛에서 5 개의 전해 셀에 그리고 제 2 셀 유닛에서 5 개의 전해 셀에 결합된 제 2 스위칭 요소, 제 1 셀 유닛에서 4 개의 전해 셀에 그리고 제 2 셀 유닛에서 4 개의 전해 셀에 결합된 제 3 스위칭 요소, 제 1 셀 유닛에서 3 개의 전해 셀에 그리고 제 2 셀 유닛에서 3 개의 전해 셀에 결합된 제 4 스위칭 요소를 포함한다.
또 다른 특징에서, 제어 유닛은 모니터링 시스템으로부터의 제 1 신호에 기초하여 제 1 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동하도록 구성되며, 제 1 신호는 주변 온도가 제 1 미리 정해진 온도 범위 내에 있음을 나타낸다.
다른 특징에서, 제어 유닛은 모니터링 시스템으로부터의 제 1 신호에 기초하여 제 1 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동하도록 구성되며, 제 1 신호는 전해 반응기 조립체의 전류 소비가 제 1 미리 정해진 전류 소비 범위 내에 있음을 나타낸다.
또 다른 특징에서, 제어 유닛은 모니터링 시스템으로부터의 제 2 신호에 기초하여 제 2 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동하도록 구성되며, 제 2 신호는 주변 온도가 제 2 미리 정해진 온도 범위 내에 있음을 나타내며, 제 2 미리 정해진 온도 범위는 제 1 미리 정해진 온도 범위보다 낮다.
다른 특징에서, 제어 유닛은 모니터링 시스템으로부터의 제 2 신호에 기초하여 제 2 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동하도록 구성되며, 제 2 신호는 전해 반응기 조립체의 전류 소비가 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위 내에 있음을 나타내며, 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위는 제 1 미리 정해진 전류 소비 범위보다 낮다.
추가 특징에서, 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동시키는 것은, 전해 반응기 시스템이 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동시키는 것보다 더 많은 열을 생성하게 한다.
다른 특징에서, 제어 유닛은 모니터링 시스템으로부터의 제 3 신호에 기초하여 제 3 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 3 작동 모드로 작동하도록 구성되며, 제 3 신호는 주변 온도가 제 3 미리 정해진 온도 범위 내에 있음을 나타내며, 제 3 미리 정해진 온도 범위는 제 2 미리 정해진 온도 범위보다 낮다.
또 다른 특징에서, 제어 유닛은 모니터링 시스템으로부터의 제 3 신호에 기초하여 제 3 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 3 작동 모드로 작동하도록 구성되고, 제 3 신호는 전해 반응기 조립체의 전류 소비가 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위 내에 있음을 나타내며, 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위는 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위보다 낮다.
추가 특징에서, 전해 반응기 조립체를 제 3 작동 모드로 작동시키는 것은, 전해 반응기 시스템이 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드 또는 제 2 작동 모드로 작동시키는 것보다 더 많은 열을 발생시키는 결과를 가져온다.
다른 특징에서, 제어 유닛은 모니터링 시스템으로부터의 제 4 신호에 기초하여 제 4 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동하도록 구성되며, 제 4 신호는 주변 온도가 제 3 미리 정해진 온도 범위 내에 있음을 나타낸다.
추가 특징에서, 제어 유닛은 모니터링 시스템으로부터의 제 4 신호에 기초하여 제 4 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동하도록 구성되며, 제 4 신호는 전해 반응기 조립체의 전류 소비가 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위 내에 있음을 나타낸다.
또 다른 특징에서, 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동시키는 것은, 전해 반응기 시스템이 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드, 제 2 작동 모드 또는 제 3 작동 모드로 작동시키는 것보다 더 많은 열을 발생시키는 결과를 가져온다.
다른 특징에서, 모니터링 시스템은 내연 기관의 하나 이상의 작동 상태를 모니터링하도록 추가로 구성되고, 그리고 제어 유닛은 내연 기관의 하나 이상의 작동 상태에 적어도 기초하여 적어도 하나의 스위칭 요소를 제어하도록 구성된다.
또 다른 양태에서, 본원에 설명된 적어도 하나의 실시예에서, 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체가 제공되며, 명령은 프로세서로 하여금 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법을 수행하는 것이 실행 가능하며, 전해 반응기는 복수의 전해 셀을 포함하는 전해 반응기 조립체를 포함하며, 전해 반응기 조립체는 전해질 용액에 대해 전기 분해를 수행하고 적어도 2 개의 작동 모드에서 작동하도록 구성된다. 방법은 모니터링 시스템에 의해 전해 반응기 조립체와 연관된 적어도 하나의 속성을 결정하는 단계; 모니터링 시스템에 결합된 제어 유닛에 의해, 모니터링 시스템에 의해 결정된 적어도 하나의 속성을 분석하는 단계; 제어 유닛에 의해, 적어도 하나의 속성에 기초하여 전해 반응기 조립체와 연관된 작동 모드를 결정하는 단계; 및 적어도 하나의 스위칭 요소에 의해, 전해 반응기의 구성을 제어 유닛에 의해 결정된 작동 모드로 변경하는 단계를 포함한다.
그 양태의 특징에서, 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 방법은 제 1 스위칭 요소를 전해 반응기 조립체 내의 제 1 미리 정해진 수의 전해 셀에 결합하는 단계; 제 2 스위칭 요소를 전해 반응기 조립체 내의 제 2 미리 정해진 수의 전해 셀에 결합하는 단계 ― 제 2 미리 정해진 수의 전해 셀은 제 1 미리 정해진 수의 전해 셀보다 적음 ―; 제 3 스위칭 요소를 전해 반응기 조립체 내의 제 3 미리 정해진 수의 전해 셀에 결합하는 단계 ― 제 3 미리 정해진 수의 전해 셀은 제 2 미리 정해진 수의 전해 셀보다 적음 ―; 및 제 4 스위칭 요소를 전해 반응기 조립체 내의 제 4 미리 정해진 수의 전해 셀에 결합하는 단계 ― 제 4 미리 정해진 수의 전해 셀은 제 3 미리 정해진 수의 전해 셀보다 적음 ― 중 적어도 하나의 단계를 더 포함한다.
또 다른 특징에서, 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 방법은 모니터링 시스템으로부터의 제 1 신호가 전해 반응기 조립체와 연관된 제 1 미리 정해진 온도 범위를 식별하는 경우 제 1 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함한다.
추가 특징에서, 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 방법은 모니터링 시스템으로부터의 제 1 신호가 전해 반응기 조립체와 연관된 제 1 미리 정해진 전류 소비 범위를 식별하는 경우 제 1 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함한다.
또 다른 특징에서, 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 방법은 모니터링 시스템으로부터의 제 2 신호가 전해 반응기 조립체와 연관된 제 2 미리 정해진 온도 범위를 식별하는 경우 제 2 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하며, 제 2 미리 정해진 온도 범위는 제 1 미리 정해진 온도 범위보다 낮다.
추가 특징에서, 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 방법은 모니터링 시스템으로부터의 제 2 신호가 전해 반응기 조립체와 연관된 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위를 식별하는 경우 제 2 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하며, 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위는 제 1 미리 정해진 전류 소비 범위보다 낮다.
다른 특징에서, 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동시키는 것은, 전해 반응기 시스템이 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동시키는 것보다 더 많은 열을 생성하게 한다.
또 다른 특징에서, 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 방법은 모니터링 시스템으로부터의 제 3 신호가 전해 반응기 조립체와 연관된 제 3 미리 정해진 온도 범위를 식별하는 경우 제 3 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 3 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하며, 제 3 미리 정해진 온도 범위는 제 2 미리 정해진 온도 범위보다 낮다.
추가 특징에서, 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 방법은 모니터링 시스템으로부터의 제 3 신호가 전해 반응기 조립체와 연관된 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위를 식별하는 경우 제 3 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 3 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하며, 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위는 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위보다 낮다.
다른 특징에서, 전해 반응기 조립체를 제 3 작동 모드로 작동시키는 것은, 전해 반응기 시스템이 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드 또는 제 2 작동 모드로 작동시키는 것보다 더 많은 열을 발생시키는 결과를 가져온다.
또 다른 특징에서, 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 방법은 모니터링 시스템으로부터의 제 4 신호가 전해 반응기 조립체와 연관된 제 3 미리 정해진 온도 범위를 식별하는 경우 제 4 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함한다.
추가 특징에서, 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 방법은 모니터링 시스템으로부터의 제 4 신호가 전해 반응기 조립체와 연관된 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위를 식별하는 경우 제 4 스위칭 요소를 활성화함으로써 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함한다.
다른 특징에서, 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동시키는 것은, 전해 반응기 시스템이 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드, 제 2 작동 모드 또는 제 3 작동 모드로 작동시키는 것보다 더 많은 열을 발생시키는 결과를 가져온다.
또 다른 특징에서, 전해 반응기는 내연 기관에 결합되고, 그리고 전해 반응기에서 사용되는 전해질 용액은 물이고, 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 방법은 내연 기관과 연관된 하나 이상의 작동 조건을 검출하는 단계 ― 내연 기관은 탄소 기반 연료, 수소 가스 및 산소 가스의 혼합물을 연소하도록 구성됨 ―; 제어 유닛에서 내연 기관이 더 많은 양의 수소 가스를 필요로 하는지를 결정하는 단계; 및 내연 기관에 의해 더 많은 양의 수소 가스가 요구되는 경우, 제 2 스위칭 요소, 제 3 스위칭 요소, 및 제 4 스위칭 요소 중 적어도 하나를 활성화하는 단계를 더 포함한다.
본 출원의 다른 특징 및 이점은 첨부된 도면과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 본 출원의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 특정 예는 단지 예시로서 제공되는 것으로 이해되어야 하는데, 그 이유는 상세한 설명으로부터 본 출원의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 당업자에게 명백할 것이기 때문이다.
본원에 설명된 다양한 실시예의 보다 양호한 이해를 위해 그리고 이러한 다양한 실시예가 어떻게 실행될 수 있는지 더 명확하게 보여주기 위해, 적어도 하나의 예시적인 실시예를 보여주는 첨부된 도면을 예로서 참조할 것이며, 이제 도면이 간략하게 설명될 것이다.
도 1a는 예시적인 실시예에 따른 랩 히터의 이미지이다.
도 1b는 다른 예시적인 실시예에 따른 필라멘트 히터의 이미지이다.
도 1c는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 절연 랩의 이미지이다.
도 2a는 연료 관리 시스템의 블록 선도의 예이다.
도 2b는 연료 관리 시스템의 블록 선도의 다른 예이다.
도 3a는 전해 반응기 시스템의 블록 선도의 예이다.
도 3b는 반응기 시스템의 블록 선도의 예이다.
도 3c는 도 3b의 반응기 시스템의 단순화된 블록 선도이다.
도 4a는 도 3b의 반응기 시스템의 개략도의 예이다.
도 4b는 도 3b의 반응기 시스템의 개략도의 다른 예이다.
도 4c는 도 3b의 반응기 시스템의 개략도의 추가 예이다.
도 4d는 도 3b의 반응기 시스템의 개략도의 또 다른 예이다.
도 5a는 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체의 개략적인 사시도의 예이다.
도 5b는 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체의 개략적인 사시도의 다른 예이다.
도 5c는 트리거되지 않은 상태의 플로트 스위치의 예시적인 사시도이다.
도 5d는 트리거된 상태의 도 5c의 플로트 스위치의 다른 예시적인 사시도이다.
도 6a는 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체의 다른 예의 개략적인 사시도이다.
도 6b는 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체의 추가 예의 개략적인 사시도이다.
도 6c는 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체의 또 다른 예의 개략적인 사시도이다.
도 6d는 일부 실시예에 따른 반응기 및 탱크 조립체 내의 용기의 개략적인 상부 사시도이다.
도 6e는 예시적인 가스 커넥터의 사시도이다.
도 6f는 예시적인 가스 튜브의 사시도이다.
도 7은 예시적인 전해 반응기 시스템의 사시도이다.
도 8은 반응기 시스템의 구성을 변경하기 위한 방법의 예이다.
도 9는 반응기 시스템의 구성을 변경하기 위한 방법의 다른 예이다.
도 10a는 일 예에 따른 반응기 시스템의 구성을 변경하기 위한 방법이다.
도 10b는 다른 예에 따른 반응기 시스템의 구성을 변경하기 위한 다른 방법이다.
당업자는 이하에 설명되는 도면이 단지 예시 목적이라는 것을 이해할 것이다. 도면은 어떤식으로든 출원인의 교시의 범위를 제한하기 위해 의도된 것은 아니다. 게다가, 예시의 단순성 및 명확성을 위해, 도면에 도시된 요소가 반드시 실척대로 그려진 것은 아님을 이해할 것이다. 예를 들어, 일부 요소의 치수는 명확성을 위해 다른 요소에 비해 과장될 수 있다. 더욱이, 적절하다고 간주되는 경우, 대응하거나 유사한 요소를 나타내기 위해서 도면간에 참조 번호가 반복될 수 있다.
실시예들의 설명
청구된 청구 대상의 적어도 하나의 실시예의 예를 제공하기 위해 다양한 장치 또는 프로세스가 하기에 설명될 것이다. 하기에 설명된 실시예는 임의의 청구된 청구 대상을 제한하지 않으며 임의의 청구된 청구 대상은 하기에 설명된 것과 다른 프로세스, 장치, 디바이스 또는 시스템을 포함할 수 있다. 청구된 청구 대상은 하기에 설명된 어느 하나의 장치, 디바이스, 시스템 또는 프로세스의 모든 특징을 갖는 장치, 디바이스, 시스템 또는 프로세스 또는 하기에 설명된 다수의 또는 모든 장치, 디바이스, 시스템 또는 프로세스에 공통된 특징으로 제한되지 않는다. 아래에 설명된 장치, 디바이스, 시스템 또는 프로세스가 임의의 청구된 청구 대상의 실시예가 아닐 수도 있다. 본 문서에서 청구되지 않은 하기 설명된 장치, 디바이스, 시스템 또는 프로세스에 개시된 청구 대상은 다른 보호 도구(예를 들어, 지속적인 특허 출원)의 청구 대상일 수 있으며 그리고 출원인, 발명자 또는 소유자는 본 문서에서 그의 개시에 의해 그러한 청구 대상을 포기, 부인 또는 대중에게 바치려는 의도가 없다.
더욱이, 예시의 단순성 및 명확성을 위해, 적절하다고 간주되는 경우, 대응하거나 유사한 요소를 나타내기 위해서 도면간에 참조 번호가 반복될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 게다가, 본원에 설명된 예시적인 실시예에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 특정 세부 사항이 제시된다. 그러나, 본원에 설명된 예시적인 실시예가 이러한 특정 세부 사항 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 다른 예에서, 주지된 방법, 절차 및 구성요소는 본원에 설명된 예시적인 실시예를 모호하게하지 않도록 상세하게 설명되지 않았다. 게다가, 설명은 본원에 설명된 예시적인 실시예들의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
또한, 본원에 사용되는 용어 "결합된(coupled)" 또는 "결합하는(coupling)"은 용어가 사용되는 문맥에 따라 여러 다른 의미를 가질 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 결합이라는 용어는 기계적 또는 전기적 의미를 가질 수 있다. 예를 들어, 본원에 사용되는 용어 "결합된"또는 "결합하는"은 2 개의 요소 또는 디바이스가 서로 직접 연결되거나 하나 이상의 중간 요소 또는 디바이스를 통해 전기적 요소, 전기 신호를 통해 또는 예를 들어, 특정 상황에 따라 와이어 또는 케이블과 같은(그러나, 이에 제한되지 않는) 기계적 요소를 통해 서로 연결될 수 있음을 나타낼 수 있다.
본원에 사용된 "실질적으로(substantially)", "약(about)" 및 "대략(approximately)"과 같은 정도의 용어는 최종 결과가 크게 변경되지 않도록 수정된 용어의 합리적인 편차의 양을 의미한다는 점에 유의해야 한다. 편차가 수정된 용어의 의미를 무효화하지 않는 경우, 이러한 정도의 용어는 수정된 용어의 편차를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
더욱이, 본원에서 종점에 의한 임의의 수치 범위의 인용은 그 범위 내에 포함된 모든 숫자 및 분수를 포함한다(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.90, 4 및 5를 포함). 또한, 이의 모든 숫자 및 분수는 최종 결과가 크게 변경되지 않는 경우 참조되는 숫자의 특정 양까지 변동을 의미하는 "약"이라는 용어에 의해 수정되는 것으로 추정되는 것으로 이해된다.
여기에 설명된 디바이스, 시스템 및 방법의 다양한 실시예는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 이들 실시예는 프로그램 가능한 디바이스에서 실행되는 컴퓨터 프로그램을 사용하여 부분적으로 구현될 수 있으며, 각각의 프로그램 가능한 디바이스는 적어도 하나의 프로세서, 운영 체제, 하나 이상의 데이터 저장소(휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리 또는 기타 데이터 저장 요소 또는 이들의 조합을 포함), 적어도 하나의 통신 인터페이스, 및 본원에 설명된 실시예 중 적어도 하나의 기능을 구현하는 데 필요한 임의의 다른 관련 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한다. 예를 들어, 제한없이, 컴퓨팅 디바이스는 서버, 네트워크 기기, 임베디드 디바이스, 컴퓨터 확장 모듈, 개인용 컴퓨터, 랩톱, 개인 데이터 어시스턴트, 셀룰러 전화, 스마트 폰 디바이스, 태블릿 컴퓨터, 무선 디바이스 또는 본원에 설명된 방법을 실행하도록 구성될 수 있는 임의의 다른 컴퓨팅 디바이스일 수 있다. 특정 실시예는 컴퓨팅 디바이스의 응용에 의존한다.
일부 실시예에서, 통신 인터페이스는 네트워크 통신 인터페이스, USB 연결 또는 당업자에 의해 공지된 다른 적절한 연결일 수 있다. 다른 실시예에서, 통신 인터페이스는 IPC(inter-process communication)를 위한 것과 같은 소프트웨어 통신 인터페이스일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 하드웨어, 소프트웨어 및 이들의 조합으로 구현되는 통신 인터페이스의 조합이 있을 수 있다.
본원에 설명된 실시예 중 적어도 일부에서, 본원에 설명된 기능 중 적어도 일부를 수행하고 그리고 출력 정보를 생성하기 위해 프로그램 코드가 입력 데이터에 적용될 수 있다. 출력 정보는 디스플레이 또는 추가 처리를 위해 하나 이상의 출력 디바이스에 적용될 수 있다.
프로그램을 사용하는 본원에 설명된 실시예 중 적어도 일부는, 높은 수준의 절차적 또는 객체 지향 프로그래밍 및/또는 스크립팅 언어 또는 둘 모두로 구현될 수 있다. 이에 따라, 프로그램 코드는 C, Java, SQL 또는 임의의 다른 적절한 프로그래밍 언어로 작성될 수 있으며 그리고 객체 지향 프로그래밍의 숙련자에게 공지된 바와 같은 모듈 또는 클래스를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 프로그램이 필요에 따라 조립체, 기계어 또는 펌웨어로 구현할 수 있다. 두 경우 모두, 언어는 컴파일되거나 해석된 언어일 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 저장 매체(예를 들어, ROM, 자기 디스크, 광 디스크와 같은 컴퓨터 판독 가능 매체(그러나, 이로 제한되지 않음)) 또는 범용 또는 특수 목적 컴퓨팅 디바이스에 의해 판독 가능한 디바이스에 저장될 수 있다. 프로그램 코드는, 컴퓨팅 디바이스에 의해 판독될 때, 본원에 설명된 방법 중 적어도 하나를 수행하기 위해 새롭고 특정적이며 미리 정의된 방식으로 동작하도록 컴퓨팅 디바이스를 구성한다.
더욱이, 본원에 설명된 실시예의 시스템, 프로세스 및 방법과 연관된 프로그램 중 일부는, 하나 이상의 프로세서에 대한 컴퓨터 사용 가능 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 배포될 수 있다. 매체는 하나 이상의 디스켓, 콤팩트 디스크, 테이프, 칩, 및 자기 그리고 전자 스토리지와 같은 (그러나, 이것으로 제한되지 않는) 비일시적 형태를 포함하는 다양한 형태로 제공될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 매체는 유선 전송, 위성 전송, 인터넷 전송(예를 들어, 다운로드), 미디어, 디지털 및 아날로그 신호 등과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 본질적으로 일시적일 수 있다. 컴퓨터에서 사용할 수 있는 명령어는 컴파일링된 코드와 컴파일링되지 않은 코드를 포함하여 다양한 형식일 수도 있다.
내연 기관에 수소 및 산소 가스를 공급하는 전해 반응기 시스템은, 일반적으로 효과적으로 작동하기 위해 최적의 온도 범위를 필요로 한다. 최적 온도 범위 미만의 주변 온도, 즉 추운 날씨에서 작동하는 전해 반응기 시스템은 전기 분해 프로세스를 시작하기 위해 외부 열원이 필요할 수 있다.
전해 반응기 시스템과 함께 사용되는 통상적인 외부 열원의 예가 도 1a 내지 도 1c에 도시되어 있다. 도 1a는 전해 반응기에 전해질 용액을 공급하는 녹아웃 탱크 주위에 감겨질 수 있는 랩 히터(100)의 이미지이다. 도 1b는 녹아웃 탱크 내부에 매달릴 수 있는 필라멘트 히터(110)의 이미지이다. 도 1c는 열을 보존하기 위해 녹아웃 탱크 주위에 또한 감겨질 수 있는 절연 랩(120)의 이미지이다.
그러나, 외부 열원의 사용은 다수의 난제를 제시한다. 특히, 외부 열원은 전형적으로 녹아웃 탱크의 위 또는 내부에 배치되며, 이는 전기 분해 프로세스를 실행하는 전해 셀 또는 전극에서 제거되므로, 전극 및 전해질 용액은 외부 열원으로부터 직접적인 열을 받지 않는다. 이에 따라, 전극과 전해질 용액이 기능 작동의 상태로 예열되는 데 오랜 시간이 걸린다. 더욱이, 외부 열원에 의해 발생하는 열은 종종 환경으로 손실되고 그리고 전해 반응기의 전해질 용액으로 직접 전달되지 않는다.
또한, 외부 열원은 전해 반응기의 전력 요구와 별도로 열을 생성하기 위해 추가 입력 전력을 요구한다. 예를 들어, 도 1a의 랩 히터(100) 및 도 1b의 필라멘트 히터(110)는 열을 발생시키기 위해 40W의 전력 등급을 갖는 12V 소스를 필요로 할 수 있다. 외부 열원을 설치하고 그리고 열원을 전원 공급 장치에 연결하는 것도 시간을 많이 소모하고 비용이 많이 드는 프로세스일 수 있다.
마지막으로, 전해 반응기와 함께 외부 열원을 사용하는 것으로부터 잠재적인 안전 위험이 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 1a의 랩 히터(100)와 같은 랩 어라운드 히터는 녹아웃 탱크의 용융 및 부식성이 높은 전해질 용액의 누출을 유발할 수 있다. 도 1b의 필라멘트 히터(110)는 또한 녹아웃 탱크 내부에서 전해의 부산물로 생성될 수 있는 수소 가스를 점화시키기 쉽다.
본원에서 논의된 다양한 실시예에서, 외부 열원에 대한 필요없이 효율적으로 작동할 수 있는 개선된 전해 반응기를 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 특히, 본원에 개시된 개선된 전해 반응기는 그 구성을 변경함으로써 저온, 즉 전해 반응기의 최적 온도 범위 미만의 온도에서 작동하도록 구성된다. 하기에서 상세히 논의되는 바와 같이, 일부 실시예에서, 개선된 전해 반응기는 전기 분해 프로세스에 포함된 활성 전해 셀 또는 전극의 수를 감소시키도록 구성된다. 전해 반응기의 활성 셀 수를 감소시킴으로써, 동일한 입력 전압이 더 적은 셀로 분할되어 셀당 전류가 증가하고 그에 따라 전해로 인한 가스 생성이 증가한다. 따라서, 증가된 가스 발생은 반응기를 그의 최적의 온도 범위로 예열한다. 그 결과, 본원에 제공된 전해 반응기 시스템은 활성화된 직후 기능 작동 상태로 예열될 수 있다.
도 2a 및 도 2b 둘 모두를 간략히 참조하며, 이들 각각은 본원에 개시된 반응기 시스템의 예시적인 응용을 예시한다. 특히, 도 2a는 일 예에 따른 연료 관리 시스템(200A)의 블록 선도를 예시한다. 도 2b는 다른 예에 따른 연료 관리 시스템(200B)의 블록 선도를 예시한다.
도 2a의 연료 관리 시스템(200A) 및 도 2b의 연료 관리 시스템(200b)은 내연 기관(ICE)(208)의 연비를 개선하기 위해 사용되는 반응기 시스템(313)을 예시한다. 특히, 반응기 시스템(313)은 내연 기관(208)의 공기 흡기 흐름에 수소(H2) 및 산소(O2) 가스를 공급하는 전기 분해 프로세스를 실행하도록 구성된다.
도 2a 및 도 2b에 예시된 실시예에서, 반응기 시스템(313)의 구성 및 그에 따른 작동은 반응기 시스템(313)과 연관된 특정 속성에 기초하여 수정된다. 이러한 속성의 일부 비제한적인 예는 반응기 시스템(313)과 연관된 주변 온도, 반응기 시스템(313)과 연관된 전류 소비, 반응기 시스템(313)에서 생성된 가스의 양, 반응기 시스템에서 생성된 열의 양 등을 포함할 수 있다. 이는 특히 도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 아래에서 상세히 논의된다.
이하에서 논의되는 다양한 실시예에서, 반응기 시스템(313)의 구성은 반응기 시스템(313) 내의 활성 전해 셀의 수를 증가 또는 감소시킴으로써 수정된다. 이하에서 상세히 논의되는 바와 같이, 반응기 시스템(313)에서 활성 전해 셀의 수를 조작함으로써, 가스 발생량 및 생성된 열량을 제어할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 전해 반응기 플랫폼(300)을 예시하는 도 3a를 참조한다. 전해 반응기 플랫폼(300)은 용액 펌프(390), 반응기 시스템(313) 및 제어 시스템(301)을 포함한다.
용액 펌프(390)는 전기 분해를 위해 반응기 시스템(313)에 전해질 용액을 제공하도록 구성된다. 일부 경우에, 용액 펌프(390)는 순수한 물 또는 실질적으로 순수한 물(예를 들어, 증류수)의 공급원에 결합된다.
반응기 시스템(313)은 반응기 셀 조립체(310)를 포함한다. 반응기 셀 조립체(310)는 전해의 프로세스를 실행하도록 구성된 서로 연결된 수많은 전해 셀을 포함한다. 반응기 셀 조립체(310)는 용액 펌프(390)와 유체 연결되어 있는 탱크 시스템(312)으로부터 전해질 용액을 수용한다.
전해질 용액이 물인 일부 경우에, 반응기 셀 조립체(310)는 물과 수산화 칼륨(KOH)의 조합을 수용하도록 구성된다. 전해질 용액이 물인 일부 다른 경우에, 반응기 셀 조립체(310)는 물과 KOH를 별도로 수용하고 수용된 후에 이들을 결합하도록 구성된다. 후자의 경우에, 반응기 셀 조립체(310)는 KOH의 소스에 결합된다.
KOH는, 전형적으로, 물의 전도도를 향상시키기 위해 물에 자유 이온을 제공하고, 그리고 나아가 전해 과정을 용이하게 하기 때문에 물의 전해에 사용된다. 일부 경우에, 반응기 셀 조립체(310) 내부의 용액은 55 % 물과 45 % KOH의 혼합물을 포함한다. 이러한 경우에, 반응기 시스템(313)은 부식성 KOH 증기가 생성되지 않는 것을 보장하기 위해 섭씨 65도 미만의 온도에서 작동하도록 요구될 수 있으며, 따라서 반응기 시스템(313)을 빠져 나가지 않는다. 이는 그렇지 않으면 ICE가 KOH 증기에 의해 부식될 수 있기 때문에 반응기 시스템(313)이 ICE와 함께 사용되는 경우 특히 중요하다. 또한, 반응기 시스템(313)은 섭씨 영하 28도 초과의 온도에서 작동하도록 요구될 수 있다. 특히, KOH는 섭씨 영하 28도 미만의 온도에서 그의 빙점에 도달하며 이는 반응기 시스템(313)이 작동하지 않게 할 수 있다.
전기 분해 프로세스를 실행하는 동안, 반응기 셀 조립체(310)는 전해질 용액에 상응하는 부산물을 기체 형태로 생성한다. 전해질 용액이 물인 경우, 반응기 셀 조립체(310)는 전해의 부산물로서 수소 및 산소 가스를 생성하도록 구성된다. 그 다음, 부산물은 탱크 시스템(312)으로 다시 채널링되고 반응기 시스템(313)의 응용에 기초하여 적절한 시스템으로 보내진다. 반응기 시스템(313)이 내연 기관의 연비를 개선하기 위해 내연 기관과의 응용에 사용되는 경우, 반응기 시스템의 가스 부산물은 ICE로 향한다. 반응기 시스템(313)의 이러한 응용은 아래에서 상세하게 도 2a 및 도 2b를 참조하여 논의된다.
도 3a에 예시된 바와 같이, 제어 시스템(301)은 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 모니터링 시스템(350)에 결합된다. 모니터링 시스템(350)은 전해 반응기 플랫폼(300)의 하나 이상의 구성요소와 연관된 하나 이상의 파라미터를 모니터링할 수 있는 하나 이상의 유닛, 디바이스 및/또는 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모니터링 시스템(350)은 반응기 시스템(313)과 연관된 온도를 모니터링할 수 있는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 일부 다른 경우에, 모니터링 시스템(350)은 반응기 시스템(313)과 연관된 압력을 모니터링할 수 있는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 모니터링 시스템(350)은 반응기 시스템(313)의 전류 소비를 측정할 수 있는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 모니터링 시스템(350)은 반응기 시스템(313)의 주변 온도를 모니터링하도록 구성된 온도 센서(355)를 포함한다. 온도 센서(355)가 반응기 시스템(313)으로부터 멀리 떨어져 있는 것으로 도시되어 있지만, 온도 센서(355)는 반응기 시스템(313)의 주변 온도를 측정할 수 있도록 반응기 시스템(313)과 관련하여 어디에나 위치될 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 온도 센서(355)는 반응기 시스템(313) 내부에 위치된다. 일부 다른 경우에, 온도 센서(355)는 반응기 셀 조립체(310) 내부에 위치된다. 일부 추가 경우에, 온도 센서(355)는 탱크 시스템(312)에 인접하게 위치된다. 이해될 수 있는 바와 같이, 본원에 개시된 온도 센서(355)의 다양한 위치는 단지 비제한적인 예로 의도된다.
본 실시예에서, 온도 센서(355)는 온도 신호(316a)를 통해 제어 시스템(301)에 온도 측정치를 전송하도록 구성된다. 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)의 작동에 관한 결정을 내리기 위해 온도 신호(316a)에 포함된 정보를 사용한다. 예를 들어, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)이 이상적인 작동 온도 범위 미만의 온도에서 작동하고 있음을 온도 신호(316a)로부터 결정할 수 있다. 이에 따라, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)을 이상적인 작동 온도 범위 내로 가열하기 위해 반응기 셀 조립체(310)의 구성을 변경하도록 반응기 시스템(313)에 지시하는 제어 신호(318)를 전송할 수 있다.
다른 실시예에서, 모니터링 시스템(350)은 반응기 시스템(313)의 전류 소비를 모니터링하도록 구성된 전류 센서(370)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전류 센서(370)는 전류계 또는 다른 적절한 전류 감지 디바이스를 포함할 수 있다. 온도 센서(355)와 유사하게, 전류 센서(370)는 전류 신호(370a)를 통해 전류 측정치를 제어 시스템(301)에 전송하도록 구성된다. 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)의 작동에 관한 결정을 내리기 위해 전류 신호(370a)에 포함된 정보를 사용한다.
적어도 일부 실시예에서, 전류 신호(370a)에 포함된 정보는 반응기 시스템(313)에 의해 발생된 가스의 속도를 결정하기 위해 제어 시스템(301)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 반응기 시스템(313)에 의한 높은 전류 소비는 더 높은 가스 발생 속도와 상관될 수 있는 반면, 반응기 시스템(313)에 의한 낮은 전류 소비는 더 낮은 가스 발생 속도와 상관될 수 있다. 전해질 용액이 물인 경우, 전류 소비는 물 분자를 수소 가스 및 산소 가스 부산물로 분리하는 데 요구되는 에너지(예를 들어, 전류)를 결정함으로써 가스 발생 속도와 상관될 수 있다.
적어도 일부 예시적인 경우에서, 제어 시스템(301)은, 반응기 시스템(313)이 다량의 전류를 소비하고 따라서 이상적인 가스 발생 속도보다 높은 속도로 가스를 발생시키고 있음을 전류 신호(370a)로부터 결정할 수 있다. 이러한 경우에, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)의 전류 소비와 반응기 시스템(313)의 가스 발생 속도 둘 모두를 감소시키기 위해 반응기 셀 조립체(310)의 구성을 변경하도록 반응기 시스템(313)에 지시하는 제어 신호(318)를 전송할 수 있다.
다른 실시예에서, 전류 신호(370a)에 포함된 정보는 또한 반응기 시스템(313)의 상대적 작동 온도를 결정하기 위해 제어 시스템(301)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 더 높은(예를 들어, 더 따뜻한(warmer)) 작동 온도에서, 반응기 시스템(313)의 가스 발생 속도가 증가되고(즉, 전기 분해 프로세스가 더 높은 온도에서 촉매화됨), 그리고 나아가, 반응기 시스템(313)은 더 높은 가스 발생 속도를 수용하기 위해 더 많은 양의 전류를 소비한다. 반대로, 더 낮은(예를 들어, 더 차가운(colder)) 작동 온도에서, 반응기 시스템(313)의 가스 발생 속도가 감소되고(즉, 전기 분해 프로세스가 더 낮은 온도에서 악영향을 받음), 그리고 나아가, 반응기 시스템(313)은 더 낮은 가스 발생 속도에 대응하여 더 적은 양의 전류를 소비한다. 이러한 방식으로, 반응기 시스템(313)의 전류 소비는 반응기 시스템(313)의 작동 온도와 상관될 수 있다.
반응기 시스템(313)의 작동 온도와 전류 소비 사이의 관계를 예시하기 위해, 하기 표 1은 6 개의 모니터링된 반응기에 대한 예시적인 온도 및 대응하는 전류 소비 측정치를 제공한다. 표 1에서 처음 3 개의 반응기(반응기(1) 내지 반응기(3))에 걸친 전압 및 마지막 3 개의 반응기(반응기(4) 내지 반응기(6))에 걸친 전압 각각은 일정한 수준으로 유지된다. 관찰된 바와 같이, 6 개의 반응기 각각의 온도가 증가하면 반응기 각각에 의해 더 높은 전류 소비를 유발한다.
Figure pct00001
이에 따라, 그리고 적어도 일부 예시적인 경우에, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)이 낮은 전류량을 소비하기 때문에 반응기 시스템(313)이 이상적인 온도 범위 미만의 온도 범위에서 작동하고 있음을 전류 신호(370a)로부터 결정할 수 있다. 그 결과, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)의 가스 발생 속도를 증가시키고 그리고 나아가, 반응기 시스템(313)의 작동 온도 및 전류 소비를 증가시키기 위해 반응기 셀 조립체(310)의 구성을 변경하도록 반응기 시스템(313)에 지시하는 제어 신호(318)를 전송할 수 있다.
일부 경우에, 전류 센서(370)는 온도 센서(355)보다 더 신뢰할 수 있는 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 온도 센서(355)의 위치 및 반응기 셀 조립체(310)와 연관된 열 전도도와 같은 인자에 기초하여, 온도 센서(355)에 의해 검출된 온도가 왜곡될 수 있다.
일부 다른 경우에, 온도 센서(355)를 반응기 시스템(313)에 삽입하는 것이 가능하지 않을 수 있다(예를 들어, 시스템이 고압 하에서 작동하는 경우). 그러한 경우에, 전류 센서(370)는 온도 센서(355)에 의해 제공되는 정보보다 반응기 시스템(313)의 작동 온도의 더 직접적이고 신뢰할 수 있는 표시를 제공할 수 있다.
반응기 셀(313)이 수소 및 산소 가스를 내연 기관에 공급하는 응용에서, 엔진의 작동 상태는 엔진 데이터 신호(314)를 통해 제어 시스템(301)에 통신될 수 있다(예를 들어, 도 2b 참조). 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)의 작동에 관한 결정을 내리기 위해 엔진 데이터 신호(314)에 포함된 정보를 사용할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(301)은 내연 기관이 수소 및 산소 가스의 더 높거나 더 낮은 입력을 필요로 한다는 것을 엔진 데이터 신호(314)로부터 결정할 수 있다. 이에 따라, 제어 시스템(301)은 수소 및 산소 가스의 발생 속도를 ICE로 증가 또는 감소시키기 위한 관점에서 반응기 셀 조립체(310)의 구성을 변경하도록 반응기 시스템(313)에 지시하는 제어 신호(318)를 전송할 수 있다.
예시된 실시예에서, 모니터링 시스템(350)은 또한 반응기 셀 조립체(310) 내부의 전해질 용액의 레벨을 측정하도록 구성된 하나 이상의 레벨 센서(360)를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 모니터링 시스템(350)은 탱크 시스템(312) 내부의 전해질 용액 및 수산화 칼륨(KOH)의 레벨이 미리 정해진 높이를 초과하는지를 결정하도록 구성된 하나 이상의 오버플로우 센서(365)를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 레벨 센서(360) 및/또는 오버플로우 센서(365)는 탱크 시스템(312)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 레벨 센서(360) 및/또는 오버플로우 센서(365)는 탱크 시스템(312) 내에 제공될 수 있다. 일부 다른 경우에, 레벨 센서(360) 및/또는 오버플로우 센서(365)는 반응기 셀 조립체(310) 내에 직접 위치될 수 있다.
레벨 센서(360)가 탱크 시스템(312) 내부에 위치결정되는 일부 경우에, 센서(360)는 센서 신호(312a)를 제어 시스템(301)으로 전송하도록 구성되고, 제어 시스템에서 센서 신호(312a)는 반응기 셀 조립체(310)의 용액의 양을 식별한다. 다른 경우에, 레벨 센서(360)가 탱크 시스템(312) 외부에 위치결정되는 경우, 센서(360)는 반응기 셀 조립체(310)의 용액의 양을 유사하게 식별할 수 있는 센서 신호(312a')를 제어 시스템(301)에 전송하도록 구성된다. 제어 시스템(301)은 센서 신호를 수신 및 처리할 수 있고, 그리고 용액 레벨이 미리 정해진 임계 값을 초과하는 것으로 결정되는 경우 탱크 시스템(312)으로의 전해질 용액 공급을 중단하도록 지시하기 위해 제어 신호(319)를 용액 펌프(390)로 전송할 수 있다.
마찬가지로, 오버플로우 센서(365)가 탱크 시스템(312) 내부에 위치결정되는 경우, 상기 센서는 탱크 시스템(312) 내의 전해질 용액 및 KOH 레벨이 미리 정해진 값을 초과하는지 여부를 식별하는 센서 신호(312b)를 제어 시스템(301)에 전송하도록 구성된다. 오버플로우 센서(365)가 탱크 시스템(312) 외부에 위치결정되는 경우, 상기 센서는 탱크 시스템(312) 내의 용액 레벨이 미리 정해진 높이를 초과하는지 여부를 유사하게 식별하는 센서 신호(312b')를 전송하도록 구성된다.
오버플로우 센서(365)가 활용되는 실시예에서, 제어 시스템(301)은 제어 신호(382a)를 탱크 시스템(312)에 결합된 펌프(380)로 전송하도록 구성될 수 있다. 제어 신호(382a)는, 펌프(380)가 탱크 시스템(312)으로부터 용액 및 KOH를 펌핑하고 반응기 셀 조립체(310)로 다시 보내도록 지시한다. 그 다음, 용액 및 KOH는 전기 분해를 위해 반응기 셀 조립체(310) 내부에서 재사용될 수 있다.
또한, 반응기 시스템(313)은 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)에 결합된 전자 제어 모듈("ECU")(305)을 포함할 수 있다. 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)는 차례로 반응기 셀 조립체(310)의 전해 셀에 연결된다. ECU(305)는 예를 들어, 회로 기판을 포함할 수 있다. 본원에 개시된 다양한 실시예에서, ECU(305)는 대응하는 반응기 셀 조립체(310)의 구성을 차례로 제어하는 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)의 작동을 제어하도록 구성된다. ECU(305)가 여기서 독립형 유닛으로 예시되었지만, ECU(305)는 대안적으로 제어 시스템(301) 내에 수납될 수 있다.
반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)는 활성 상태와 비활성 상태 사이에서 전환 가능한 전기 스위치일 수 있다. 각각의 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)의 작동 상태는 제어 시스템(301)에 의해 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 시스템(301)은 온도 신호(316a), 전류 신호(370a) 또는 엔진 데이터 신호(314)에 포함된 정보에 기초하여 활성화할 반응기 중계를 결정할 수 있다. 그 다음, 제어 시스템(301)은 ECU(305)에 관련 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)를 활성화하도록 지시하는 제어 신호(318)를 전송할 수 있다. 특히, ECU(305)는 활성화 신호(305a, 305b, 305c 또는 305d)를 각각 관련 반응기 릴레이로 전송함으로써 관련 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)를 활성화할 수 있다. 본원에 설명된 다양한 실시예에서, 각각의 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)를 활성화하면 반응기 셀 조립체(310)의 변형된 구성이 생성된다.
본원에 개시된 적어도 하나의 실시예에서, 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309) 각각은 12VDC 4 핀, 단극(single pole), 단투(single throw) 릴레이이다. 일부 다른 실시예에서, 각각의 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)는 5 핀 릴레이이다. 다양한 실시예에서, 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)는 대응하는 릴레이의 전자기 코일에 제공함으로써 활성화된다.
반응기 시스템(313)은 양 전압 단자에서 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)에 연결된 전원(303)을 더 포함한다. 전원(303)은 각각, 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)에 연속적인 양 전압 신호(301a, 301b, 301c 및 301d)를 제공한다. 반응기 릴레이가 적절한 활성화 신호를 통해 ECU(305)에 의해 활성화될 때, 그 반응기 릴레이에 연결된 전해 셀에 걸쳐 양 전압이 제공되며 이에 따라 전해 셀을 활성화시킨다. 어떤 반응기 릴레이 및 그에 따라 어떤 전해 셀가 활성화되는지에 따라, 셀 조립체(310)는 고유한 셀 구성으로 작동한다.
전원(303)은 예를 들어, 12 볼트 직류(DC) 전압 소스 또는 13.8 볼트 DC 소스일 수 있다. 다른 경우에, 전원(303)은 교류(AC) 전압 소스일 수 있다. 전원(303)이 AC 전압 소스일 때, 승압(step-up) 또는 강압(step down) AC-DC 전력 변환기는 12 볼트 DC 출력 또는 13.8 볼트 DC 출력을 생성하기 위해 전원에 결합될 수 있다.
적어도 일부 실시예에서, 전원(303)은 ECU(305)에 제공된 전력 회로일 수 있다. 일부 실시예에서, 전원(303)은 ECU(305)와 분리될 수 있다. 그러나, 그러한 실시예에서, 전원(303)은 ECU(305)에 전기적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 예시된 바와 같이, 전원(303)은 ECU(305)로부터 제어 신호(303a)를 수신하도록 구성되고, 여기서 제어 신호(303a)는 전원(303)을 선택적으로 활성화 또는 비활성화하기 위해 전원(303)의 동작을 제어한다.
ECU(305) 내에 수납될 수 있는 반응기 제어 보드(RCB)(302)는 전원(303)의 음 전압 단자(303b)에 결합된다. RCB(302)는 전원(303)으로부터 반응기 셀 조립체(310)에 음 전압(302')을 제공하도록 구성된다. 또한, RCB(302)는 조립체(310)에 음 전압을 제공함으로써 반응기 셀 조립체(310)의 전류를 제어하도록 구성된다.
다양한 실시예에서, RCB(302)는 조립체(310)의 규정된 전류 제한에 기초하여 반응기 셀 조립체(310)를 켜고(turn on) 끄도록(turn off) 구성된다. 예를 들어, 반응기 셀 조립체(310)가 10A(암페어)의 작동 전류로 설정되었지만, 20A가 제공되는 경우, RCB(302)가 작동하여 반응기 셀 조립체(310)를 1 초 동안 유지하고 이를 다음 1 초에 끈다. 그 결과, 반응기 셀 조립체(310)는 2 초에 걸쳐 평균 10A가 되어 반응기 셀 조립체(310)의 평균 전류 소비가 규정된 한계 내에 있게 된다. 다양한 경우에, RCB(302)는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)로 구성된다.
RCB(302)가 ECU(305) 내에 수납되는 것으로 도 3a에 예시되었지만, 다른 경우에, RCB(302)는 ECU(305)와 별개의 유닛일 수 있다.
이제, 도 3a의 반응기 시스템(313)을 상세하게 예시하는 도 3b를 참조한다. 도 3b의 반응기 시스템(313)은 ECU(305), RCB(302), 전원(303), 반응기 릴레이(304, 306, 308, 및 309) 및 반응기 셀 조립체(310)를 포함한다.
반응기 셀 조립체(310)는 전해 셀 어레이(310a 내지 310I)를 포함한다. 특히, 예시된 실시예에서, 전해 셀 어레이는 제 1 전해 셀(310a), 제 2 전해 셀(310b), 제 3 전해 셀(310c), 제 4 전해 셀(310d), 제 5 전해 셀(310e), 제 6 전해 셀(310f), 제 7 전해 셀(310g), 제 8 전해 셀(310h), 제 9 전해 셀(310i), 제 10 전해 셀(310j), 제 11 전해 셀(310k) 및 제 12 전해 셀(310l)을 포함한다. 각각의 전해 셀은 2 개의 측면으로 이격된 전극 판의 평행 배열로 형성될 수 있다. 반응기 셀 조립체(310)가 12 개의 전해 셀로 예시되었지만, 반응기 셀 조립체(310)는 다른 경우에 상이한 수의 전해 셀을 포함할 수 있다.
예시된 실시예에서, 반응기 셀 조립체(310)의 전해 셀(310a 내지 310I)은 서로에 대해 병렬 구성으로 배열된 제 1 셀 유닛(311a)과 제 2 셀 유닛(311b) 사이에서 분할된다. 제 1 셀 유닛(311a) 및 제 2 셀 유닛(311b) 각각은 직렬로 적층된 6 개의 전해 셀을 포함한다. 일부 다른 실시예에서, 전해 셀(310a 내지 310l)의 상이한 배열이 제공될 수 있다.
제 1 및 제 2 셀 유닛(311a, 311b)은 음 전압 신호(302')를 통해 RCB(302)에 의해 인가되는 공통 음 전압을 공유한다. 예를 들어, RCB(302)는 각각, 제 1 및 제 2 셀 유닛(311a, 311b)의 셀(310f, 310g) 사이에 개재된 중앙 전극 판에 연결될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 반응기 릴레이(304, 306, 308, 309)는 ECU(305)뿐만 아니라 전원(303)의 양의 단자에 연결된다. 작동 중일 때, 제 1 반응기 릴레이(304)는 전해 셀(310a 및 310I)의 최외각 전극 판에 양 전압을 제공한다. 유사하게, 제 2 반응기 릴레이(306)가 작동 중일 때, 이는 셀(310b)의 외부 전극 판 및 셀(310k)의 외부 전극 판에 양 전압을 제공하도록 구성된다. 제 3 반응기 릴레이(308)는 작동 중에, 셀(310c)의 외부 전극 판 및 셀(310j)의 외부 전극 판에 양 전압을 유사하게 제공한다. 제 4 반응기 릴레이(309)를 작동시키는 것은 셀(310d)의 외부 전극 판 및 셀(310i)의 외부 전극 판에 양 전압을 제공한다. 여기에서는 릴레이가 연결된 다양한 셀을 단지 예로서 제공한다. 일부 다른 실시예에서, 릴레이는 반응기 셀 조립체(310)에서 셀의 상이한 조합에 연결될 수 있다.
본원에 예시된 다양한 실시예에서, ECU(305)는 임의의 주어진 시간에 4 개의 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309) 중 단지 하나만 활성화하도록 구성된다. 반응기 릴레이가 이미 활성화되어 있고 그리고 상이한 반응기 릴레이를 활성화하려는 경우, ECU(305)는 원하는 릴레이를 활성화하기 전에 먼저 활성화된 릴레이를 비활성화하도록 구성된다. 다양한 경우에, ECU(305)는 특정 반응기 릴레이를 활성화 또는 비활성화하도록 트리거링하게 제어 시스템(301)에 의해 지시를 받을 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(301)은 온도 신호(316a)로부터의 정보를 사용하여 반응기 시스템(313)에 근접한 주변 온도를 결정할 수 있고, 그 조건에 적합한 반응기 셀 조립체(310)의 구성을 결정할 수 있다. 그 다음, 제어 시스템(301)은 반응기 조립체(310)의 구성을 적절한 구성으로 변경하기 위해 특정 반응기 릴레이를 활성화하도록 ECU(305)에 지시할 수 있다.
일부 다른 경우에, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)의 전류 소비에 기초하여 반응기 셀 조립체(310)의 구성을 변경하도록 ECU(305)를 트리거링할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(301)은 검출된 전류 소비에 기초하여 반응기 시스템(313)의 온도 및/또는 가스 발생 속도를 결정할 수 있다. 그러한 경우에, 제어 시스템(301)은 가스 발생 속도 및/또는 반응기 시스템 온도를 변화시키기 위해 전류 소비를 증가 또는 감소시키는 반응기 셀 조립체(310)의 적절한 구성을 결정할 수 있다. 그 다음, 제어 시스템(301)은 ECU(305)에 적절한 반응기 릴레이를 활성화하도록 지시할 수 있다.
적어도 일부 경우에, 반응기 시스템(313)은 또한 시스템이 상이한 릴레이 사이에서 스위칭할 때 전기적 보호를 제공하기 위해 전기 퓨즈를 포함할 수 있다.
제 1 반응기 릴레이(304)를 활성화하기 위해, ECU(305)는 제 1 반응기 릴레이(304)로 제 1 활성화 릴레이 신호(305a)를 전송한다. 활성화시, 제 1 반응기 릴레이(304)는 셀(310a 및 310I)의 전극 판에 걸쳐 양 전압을 제공할 수 있다. 양 전압은 셀(310a)의 최외각 전극 판과 (RCB(302)로부터 음 전압 신호(302')를 수신하는) 셀(310f)의 최내측 전극 판 사이에 전위차를 생성한다. 유사하게, 셀(310I)의 최외각 전극 판과 (RCB(302)로부터 음 전압 신호(302')를 수신하는) 셀(310g)의 최내측 전극 판 사이에 전위차가 생성된다. 이러한 방식으로, 제 1 반응기 릴레이(304)는 반응기 셀 조립체(310)의 모든 12 개의 전해 셀(310a 내지 310I)을 활성화한다.
제 2 반응기 릴레이(306)를 활성화하기 위해, ECU(305)는 제 2 반응기 릴레이(306)로 제 2 활성화 릴레이 신호(305b)를 전송한다. 활성화시, 제 2 반응기 릴레이(306)는 셀(310b 및 310k)의 전극 판에 걸쳐 양 전압을 제공할 수 있다. 양 전압은 셀(310b)의 최외각 전극 판과 (RCB(302)로부터 음 전압 신호(302')를 수신하는) 셀(310f)의 최내측 전극 판 사이에 전위차를 생성한다. 유사하게, 셀(310k)의 최외각 전극 판과 (RCB(302)로부터 음 전압 신호(302')를 수신하는) 셀(310g)의 최내측 전극 판 사이에 전위차가 생성된다. 따라서, 제 2 반응기 릴레이(308)는 반응기 셀 조립체(310)의 10 개의 전해 셀(310b 내지 310k)을 활성화한다. 반응기 셀 조립체(310)의 2 개의 최외각 전해 셀(310a 및 310I)은 어떠한 전압 또는 전류도 수신하지 않기 때문에 비활성 상태로 유지된다.
제 3 반응기 릴레이(308)를 활성화하기 위해, ECU(305)는 제 3 반응기 릴레이(308)로 제 3 활성화 반응기 신호(305c)를 전송한다. 활성화시, 제 3 반응기 릴레이(308)는 셀(310c 및 310j)의 전극 판에 걸쳐 양 전압을 제공한다. 양 전압은 셀(310c)의 최외각 전극 판과 (RCB(302)로부터 음 전압 신호(302')를 수신하는) 셀(310f)의 최내측 전극 판 사이에 전위차를 생성한다. 유사하게, 셀(310j)의 최외각 전극 판과 (RCB(302)로부터 음 전압 신호(302')를 수신하는) 셀(310g)의 최내측 전극 판 사이에 전위차가 생성된다. 따라서, 제 3 반응기 릴레이(308)는 반응기 셀 조립체(310)의 8 개의 전해 셀(310c 내지 310j)만을 활성화한다. 반응기 셀 조립체(310)의 4 개의 최외각 전해 셀(310a, 310b, 310k 및 310I)은 어떠한 전압 또는 전류도 수신하지 않기 때문에 비활성 상태로 유지된다.
제 4 반응기 릴레이(309)를 활성화하기 위해, ECU(305)는 제 4 반응기 릴레이(309)로 제 4 활성화 릴레이 신호(305d)를 전송한다. 활성화시, 제 4 반응기 릴레이(309)는 셀(310d 및 310i)의 전극 판에 걸쳐 양 전압을 제공할 수 있다. 양 전압은 셀(310d)의 최외각 전극 판과 (RCB(302)로부터 음 전압 신호(302')를 수신하는) 셀(310f)의 최내측 전극 판 사이에 전위차를 생성한다. 유사하게, 셀(310i)의 최외각 전극 판과 (RCB(302)로부터 음 전압 신호(302')를 수신하는) 셀(310g)의 최내측 전극 판 사이에 전위차가 생성된다. 따라서, 제 4 반응기 릴레이(309)는 반응기 셀 조립체(310)의 6 개의 전해 셀(310d 내지 310i)을 활성화시킨다. 반응기 셀 조립체(310)의 6 개의 최외각 전해 셀(310a, 310b, 310c, 310j, 310k 및 310I)은 어떠한 전압 또는 전류도 수신하지 않기 때문에 비활성 상태로 유지된다.
4 개의 개별 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)가 도 3a 및 도 3b에 예시되어 있지만, 일부 경우에, 반응기 릴레이는 단일 반응기 릴레이 유닛으로 통합될 수 있다. 단일 반응기 릴레이 유닛은 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 반응기 릴레이에 기능적으로 대응하는 적어도 4 개의 활성 작동 모드 사이에서 전환 가능하도록 구성될 수 있다. 또한, 4 개의 반응기 릴레이가 도시되었지만, 4 개 초과 또는 4 개 미만의 반응기 릴레이 유닛이 반응기 시스템(313)에 사용되어 전력 시스템(303)을 반응기 셀 조립체(310)의 다양한 전해 셀에 연결할 수 있다.
이제, 도 3b의 반응기 시스템(313)의 단순화된 블록 선도를 예시하는 도 3c를 간략히 참조한다. 도 3b의 반응기 시스템(313)과 유사하게, 반응기 시스템(313)은 ECU(305), RCB(302), 전원(303), 반응기 릴레이 시스템(350) 및 반응기 셀 조립체(310)를 포함한다.
반응기 릴레이 시스템(350)은 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 반응기 릴레이 시스템(350)은 모든 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)를 포함할 수 있다. 다른 경우에, 반응기 릴레이 시스템(350)은 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)의 서브세트만을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응기 릴레이 시스템(350)은 반응기 릴레이 중 단지 하나만, 반응기 릴레이 중 2 개 또는 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309) 중 3 개를 포함할 수 있다. 이에 따라, 반응기 릴레이 시스템(350)은 셀 구성의 임의의 조합을 활성화하는 임의의 조합의 반응기 릴레이를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 반응기 릴레이 시스템(350)은 또한 동일한 셀 구성을 활성화하기 위한 하나 초과(more than one)의 반응기 릴레이를 포함할 수 있다. 이는 하나 이상(one or more)의 반응기 릴레이가 오작동하는 경우 백업 반응기 릴레이를 제공하는 장점이 있다. 또 다른 경우에, 반응기 릴레이 시스템(350)은 하나 이상의 활성 작동 모드 사이를 전환하도록 구성된 단일 반응기 릴레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 단일 반응기 릴레이는 제 1, 제 2, 제 3, 및/또는 제 4 반응기 릴레이 중 하나 이상의 기능을 수행할 수 있다.
또한, 반응기 릴레이 시스템(350)은 도 3a 및 도 3b의 예시적인 실시예에 예시되지 않은 반응기 릴레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응기 릴레이 시스템(350)은 반응기 셀 조립체(310)의 4 개 셀만을 활성화하기 위한 반응기 릴레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 셀(310e 및 310h)의 전극 판에 걸쳐 양 전압을 인가하기 위해 반응기 릴레이가 제공될 수 있다. 이에 따라, 양 전압은 셀(310e)의 최외각 전극 판과 (RCB(302)로부터 음 전압 신호(302')를 수신하는) 셀(310f)의 최내측 전극 판 사이에 전위차를 생성할 수 있다. 유사하게, 셀(310h)의 최외각 전극 판과 (RCB(302)로부터 음 전압 신호(302')를 수신하는) 셀(310g)의 최내측 전극 판 사이에 전위차가 생성될 수 있다. 유사하게, 반응기 릴레이 시스템(350)은 또한 반응기 셀 조립체(310)의 2 개의 셀만을 활성화하기 위한 반응기 릴레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응기 릴레이는 셀(310f 및 310g)의 전극 판에 걸쳐 양 전압을 제공할 수 있다. 양 전압은 셀(310f)의 최외각 전극 판과 (RCB(302)로부터 음 전압 신호(302')를 수신하는) 셀(310f)의 최내측 전극 판 사이에 전위차를 생성한다. 마찬가지로, 셀(310g)의 최외각 전극 판과 (RCB(302)로부터 음 전압 신호(302')를 수신하는) 셀(310g)의 최내측 전극 판 사이에 전위차가 발생한다.
이제, 일 예에 따른 제 1 구성(400A)의 반응기 시스템의 개략도를 예시하는 도 4a를 간략히 참조한다. 구성(400A)은 ECU(305), RCB(302), 전원(303), 제 1 반응기 릴레이(304) 및 반응기 셀 조립체(310) 사이의 연결을 예시한다.
도시된 바와 같이, 제 1 반응기 릴레이(304)는 전도성 와이어에 의해 전도성 후크(402 및 404)에 연결된다. 후크(402 및 404)는 각각, 반응기 조립체(310)의 셀(310a 및 310I)의 최외각 전극 판과 정렬되고 이에 연결된다. RCB(302)는 별도의 와이어를 통해 음 전압 신호(302')를 반응기 셀 조립체(310)에 인가한다. 별도의 와이어는 셀(310f 및 310g) 사이에서 중앙에 위치된 제 3 전도성 후크(406)에 연결된다.
적어도 일부 실시예에서, 제 1 반응기 릴레이(304)는 ECU(305)에 의해 생성된 활성화 신호(305a)에 의해 활성화된다. 일단 활성화되면, 제 1 반응기 릴레이(304)는 양 전압 신호(301a)를 통해 전원(303)으로부터 수신된 12V 또는 13.8V의 전압이 전해 셀(310a 및 310f)뿐만 아니라 반응기 셀 조립체(310)의 전해 셀(310l 및 310g)에 걸쳐 인가되도록 한다. 이에 따라, 2V 또는 2.3V의 전위가 12 개의 전해 셀(310a 내지 310l) 각각에 걸쳐 생성된다.
일부 경우에, 온도 신호(316a)가 이상적인 작동 온도 범위에서 반응기 시스템(313) 주변의 주변 온도를 기록할 때, 제 1 반응기 릴레이(304)가 활성화된다. 비제한적인 예에서, 이상적인 작동 온도 범위는 대략 섭씨 20도 내지 70도일 수 있다.
다른 경우에, 전류 신호(370a)가 반응기 시스템(313)이 이상적인 수준의 전류를 소비하고 있음을 나타낼 때, 제 1 반응기 릴레이(304)가 활성화된다. 반응기 시스템(313)이 이상적인 수준의 전류를 소비하는 경우, 이는 반응기 시스템(313)이 이상적인 속도로 가스를 발생시키고 그리고/또는 그렇지 않으면 이상적인 작동 온도 범위에서 작동하고 있음을 나타낼 수 있다. 비제한적인 예로서, 이상적인 수준의 전류 소비는 대략 20A일 수 있으며, 이는 반응기 시스템(313)에 대한 이상적인 가스 발생 속도를 분당 대략 1.5L의 가스와 섭씨 20도 내지 70도의 이상적인 작동 온도 범위로 나타낼 수 있다.
다음으로, 다른 예에 따른 제 2 구성(400B)의 반응기 시스템(313)의 개략도를 예시하는 도 4b를 간략히 참조한다. 구성(400B)은 ECU(305), RCB(302), 전원 공급 장치(303), 제 2 반응기(306) 및 반응기 셀 조립체(310) 사이의 연결을 예시한다.
도시된 바와 같이, 제 2 반응기 릴레이(306)는 전도성 와이어에 의해 전도성 후크(408 및 410)에 연결될 수 있다. 후크(408 및 410)는 셀(310b 및 310k)의 외부 전극 판과 정렬되고 이에 연결된다.
적어도 일부 실시예에서, 제 2 반응기 릴레이(306)는 ECU(305)에 의해 생성된 활성화 신호(305b)에 의해 활성화된다. 일단 활성화되면, 제 2 반응기 릴레이(306)는 양 전압 신호(301b)를 통해 전원(303)으로부터 수신된 12V 또는 13.8V의 전압이 전해 셀(310b 및 310f)뿐만 아니라 반응기 셀 조립체(310)의 전해 셀(310k 및 310g)에 걸쳐 인가되도록 한다. 이에 따라, 2.4V 또는 2.76V의 전위가 10 개의 활성화된 전해 셀(310b 내지 310k) 각각에 걸쳐 생성된다. 제 1 반응기 릴레이(304)가 활성화되는 실시예와 비교하여, 이 구성(즉, 제 2 반응기 릴레이(306)가 활성화되는 경우)에서 각각의 활성 셀에 걸친 전압은 20 %까지 증가한다. 다양한 경우에, 각각의 셀에 걸친 전압의 20 % 증가는 전체 반응기 셀 조립체(310)로부터 약 200 % 까지 가스 발생 속도(즉, 전해로 인한 부산물 가스 생성물)을 증가시킨다. 가스 발생의 증가는 또한 반응기 셀 조립체(310)를 가열하는 이점을 제공할 수 있다.
일부 경우에, 온도 신호(316a)가 이상적인 작동 온도 범위 미만에서 반응기 시스템(313) 주변의 주변 온도를 기록할 때, 제 2 반응기 릴레이(306)가 활성화된다. 예를 들어, 제 2 반응기 릴레이(306)는 작동 온도가 대략 섭씨 0 내지 50도 범위에 있을 때 활성화될 수 있다. 이러한 경우에, 반응기 시스템(313)은 전기 분해 프로세스를 수행하기 위해 약간의 초기 가열을 요구할 수 있다.
다른 경우에, 전류 신호(370a)가 반응기 시스템(313)이 이상적인 전류 레벨 미만을 소비하고 있음을 나타낼 때, 제 2 반응기 릴레이(306)가 활성화된다. 반응기 시스템(313)이 이상적인 수준의 전류 미만으로 소비되는 경우, 이는 반응기 시스템(313)이 이상적인 속도 이하로 가스를 발생시키고 그리고/또는 이상적인 작동 온도 범위 미만으로 작동하고 있음을 나타낼 수 있다. 비제한적인 예로서, 제 2 반응기 릴레이(306)는 반응기 시스템(313)의 전류 소비가 6A 내지 10A의 범위에서 측정될 때 활성화될 수 있다. 이에 따라, 이는 반응기 시스템(313)이 예상 속도의 절반(예를 들어, 분당 약 0.75 L 리터의 가스)으로 가스를 발생시키고 그리고 그렇지 않으면 이상적인 온도 범위(예를 들어, 섭씨 0 내지 50도)보다 낮은 온도에서 작동할 수 있음을 나타낼 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 반응기 시스템(313)을 가열하거나 전류 소비 레벨을 증가시키기 위해, 제어 시스템(301) 또는 ECU(305)는 활성화 신호(305b)를 전송하여 제 2 반응기 릴레이(306)를 활성화할 수 있다. 제 1 반응기 릴레이(304)가 이미 활성화된 경우, 제어 시스템(301) 또는 ECU(305)는 먼저 제 1 반응기 릴레이(304)를 비활성화한 다음, 제 2 반응기 릴레이(306)를 활성화하여 임의의 주어진 시간 인스턴스에 단지 하나의 반응기 릴레이만 활성화되도록 할 수 있다.
제 2 반응기 릴레이(306)를 활성화하면, 반응기 셀 조립체(310)의 구성이 수정되어 단지 10 개의 전해 셀만 활성화된다. 이 작동 모드에서, 각각의 활성 셀은 증가된 전압(2.4V 또는 2.76V)을 수신하므로 12 개의 활성 셀 구성에 비해 총 가스 발생이 증가한다. 증가된 가스 발생은 반응기 시스템(313)을 그의 이상적인 작동 온도 범위로 빠르게 데우는 데 도움이 될 수 있다.
반응기 시스템(313)이 이상적인 작동 온도 및/또는 전류 소비 수준에 도달할 때, 제어 시스템(301) 또는 ECU(305)는 제 2 반응기 릴레이(306)를 비활성화하고 제 1 반응기 릴레이(304)를 다시 활성화하여, 반응기 셀 조립체(310)를 그의 디폴트 작동 모드로 복귀시킨다.
도 2a 및 도 2b의 맥락에서 논의된 바와 같이, 반응기 셀 조립체(310)가 연료 효율을 증가시키기 위해 수소 및 산소 가스를 내연 기관에 제공하는 응용에서, 제어 시스템(301)은 또한 ECU(305)가 제 2 반응기 릴레이(306)를 활성화하여 전해 속도를 증가시키고 이에 따라 부산물 가스(예를 들어, 수소 및 산소 가스)의 발생을 증가시킨다.
예를 들어, 제어 시스템(301)은 엔진 데이터 신호(314)를 통해 내연 기관 또는 대응하는 전자 제어 모듈로부터 수소 및 산소 가스의 증가된 양이 요구된다는 정보를 수신할 수 있다. 이 경우에, 제어 시스템(301)은 ECU(305)에 제 1 반응기 릴레이(304)를 비활성화하고 제 2 반응기 릴레이(306)를 활성화하도록 지시하여, 12 개의 활성 셀에서 10 개의 활성 셀로 반응기 셀 조립체(310)의 구성을 변경할 수 있다. 10 개의 활성 셀로의 수정은 12 개의 활성 셀 구성에 비해 가스 발생이 2 배 증가하게 (예를 들어, 1.5 리터/분에서 3.0 리터/분으로 증가) 할 수 있다.
이제, 다른 예에 따른 제 3 구성(400C)의 전해 반응기 시스템의 개략도를 예시하는 도 4c를 참조한다. 구성(400C)은 ECU(305), RCB(302), 전원 공급 장치(303), 제 3 반응기(308), 및 반응기 셀 조립체(310) 사이의 연결을 예시한다.
도시된 바와 같이, 제 3 반응기 릴레이(308)는 전도성 후크(412 및 414)에 연결될 수 있다. 후크(412 및 414)는 셀(310c 및 310j)의 외부 전극 판과 정렬되고 이에 연결된다. 제 3 반응기 릴레이(308)와 전도성 후크(412 및 414) 사이의 연결은 유선 연결일 수 있다.
적어도 일부 실시예에서, 제 3 반응기 릴레이(308)는 ECU(305)에 의해 생성된 활성화 신호(305c)에 의해 활성화된다. 일단 활성화되면, 제 3 반응기 릴레이(308)는 양 전압 신호(301c)를 통해 전원(303)으로부터 수신된 12V 또는 13.8V의 전압이 전해 셀(310c 및 310f)뿐만 아니라 반응기 셀 조립체(310)의 전해 셀(310j 및 310g)에 걸쳐 인가되도록 한다. 이에 따라, 3V 또는 3.45V의 전위가 8 개의 활성화된 전해 셀(310c 내지 310j) 각각에 걸쳐 생성된다. 제 1 반응기 릴레이(304)가 활성화되는 실시예와 비교하여,이 구성(즉, 제 3 반응기 릴레이(308)가 활성화되는 경우)에서 각각의 활성 셀에 걸친 전압은 50 %까지 증가한다. 다양한 경우에, 각 셀에 걸친 전압의 50 % 증가는 전체 반응기 셀 조립체(310)로부터 약 400 %까지 부산물 가스 발생 속도를 증가시킨다. 가스 발생의 증가는 또한 반응기 셀 조립체(310)를 가열하는 이점을 제공할 수 있다.
일부 경우에, 반응기 시스템(313) 주변의 주변 온도가 낮은 작동 온도 범위 내에 있는 것으로 결정될 때, 제 3 반응기 릴레이(308)가 활성화된다. 저온의 비제한적인 예는 대략 섭씨 0 내지 -28도 범위일 수 있다.
다른 경우에, 제 3 반응기 릴레이(308)는 반응기 시스템(313)의 전류 소비가 매우 낮은 전류 소비 범위 내에 있는 것으로 결정되는 경우 활성화된다. 매우 낮은 전류 소비의 비제한적인 예는 0A 내지 5A 범위일 수 있다. 이는 반응기 시스템(313)과 연관된 감소된 주변 온도로 인한 것일 수 있다.
이 범위의 전류 소비는 매우 낮은 발생 속도로 가스를 생성할 수 있게 한다. 이러한 조건 하에서, 12 개 또는 10 개의 활성 셀 구성에 의한 전류 소비는 원하는 가스 발생을 생성하고 그리고/또는 반응기 시스템(313)에서 전기 분해를 실행하기에 충분한 열을 생성하기에 충분하지 않을 수 있다. 이에 따라, 제어 시스템(301) 또는 ECU(305)는 경우에 따라 제 3 반응기 릴레이(308)를 활성화하고 그리고 제 1 또는 제 2 반응기 릴레이를 비활성화할 수 있다. 이러한 방식으로, 반응기 셀 조립체(310)의 구성은 12 개 또는 10 개의 활성 셀 구성에서 8 개의 활성 셀 구성으로 수정된다. 8 개의 셀 구성으로 인한 더 높은 가스 발생 속도는 반응기 시스템(313)의 이상적인 작동 온도 범위로의 이의 신속한 예열에 도움이 될 수 있다.
반응기 시스템(313)이 그의 이상적인 작동 온도 범위 및/또는 전류 소비 수준에 도달하면, 제어 시스템(301) 또는 ECU(305)는 경우에 따라 제 3 반응기 릴레이(308)를 비활성화하고 제 1 또는 제 2 반응기 릴레이를 재활성화할 수 있다.
반응기 셀 조립체(310)가 수소 및 산소 가스를 내연 기관에 제공하는 응용에서, 제어 시스템(301)이 내연 기관이 더 높거나 더 빠른 수소 및 산소 가스의 입력을 요구하는 정보를 엔진 데이터 신호(314)로부터 수신할 때, 제 3 반응기 릴레이(308)가 또한 활성화될 수 있다. 이러한 경우에, 제 1 또는 제 2 반응기 릴레이에 의해 생성된 셀 구성이 충분한 양의 가스를 발생시키지 않으면, 제 3 반응기 릴레이(308)가 활성화될 수 있다.
이제, 다른 예에 따른 제 4 구성(400D)의 전해 반응기 시스템의 개략도를 도시하는 도 4d를 참조한다. 구성(400D)은 ECU(305), RCB(302), 전원 공급 장치(303), 제 4 반응기(309), 및 반응기 셀 조립체(310) 사이의 연결을 예시한다.
도시된 바와 같이, 제 4 반응기 릴레이(309)는 전도성 후크(416 및 418)에 연결될 수 있다. 후크(416 및 418)는 셀(310d 및 310i)의 외부 전극 판과 정렬되고 이에 연결된다. 제 4 반응기 릴레이(309)와 전도성 후크(416, 418) 사이의 연결은 유선 연결일 수 있다.
적어도 일부 실시예에서, 제 4 반응기 릴레이(309)는 ECU(305)에 의해 생성된 활성화 신호(305d)에 의해 활성화된다. 일단 활성화되면, 제 4 반응기 릴레이(309)는 양 전압 신호(301d)를 통해 전원(303)으로부터 수신된 12V 또는 13.8V의 전압이 전해 셀(310d 및 310f)뿐만 아니라 반응기 셀 조립체(310)의 전해 셀(310g 및 310i)에 걸쳐 인가되도록 한다. 이에 따라, 4V 또는 4.6V의 전위가 6 개의 활성화된 전해 셀(310d 내지 310i) 각각에 걸쳐 생성된다. 제 1 반응기 릴레이(304)가 활성화되는 실시예와 비교하여, 이 구성(즉, 제 4 반응기 릴레이(309)가 활성화된 경우)에서 각각의 활성 셀에 걸친 전압은 100 % 까지 증가한다. 다양한 경우에, 각 셀에 걸친 전압의 100 % 증가는 전체 반응기 셀 조립체(310)로부터 약 800 %까지 부산물 가스 발생 속도를 증가시킨다. 가스 발생의 증가는 또한 반응기 셀 조립체(310)를 가열하는 이점을 제공할 수 있다.
제 3 반응기 릴레이(308)와 유사하게, 반응기 시스템(313) 주변의 주변 온도가 낮은 작동 온도 범위 내에 있는 것으로 결정될 때, 제 4 반응기 릴레이(309)가 또한 활성화될 수 있다. 저온의 비제한적인 예는 대략 섭씨 0 내지 -28도 범위일 수 있다.
다른 경우에, 반응기 시스템(313)의 전류 소비가 매우 낮은 전류 소비 범위 내에 있는 것으로 결정되는 경우, 제 4 반응기 릴레이(309)가 또한 활성화된다. 매우 낮은 전류 소비의 비제한적인 예는 0A 내지 5A의 범위일 수 있다.
다양한 경우에, 12 개, 10 개 또는 8 개의 활성 셀 구성에 의한 전류 소비가 원하는 가스 발생을 생성하고 그리고/또는 반응기 시스템(313)에서 전기 분해를 실행하기에 충분한 열을 생성하기에 충분하지 않을 수 있는 경우 제 4 반응기 릴레이(309)가 활성화될 수 있다. 이에 따라, 제어 시스템(301) 또는 ECU(305)는 경우에 따라 제 4 반응기 릴레이(309)를 활성화하고 그리고 제 1, 제 2 또는 제 3 반응기 릴레이를 비활성화할 수 있다. 이러한 방식으로, 반응기 셀 조립체(310)의 구성은 12 개, 10 개 또는 8 개의 활성 셀 구성에서 6 개의 활성 셀 구성으로 수정된다. 6 개의 셀 구성으로 인한 더 높은 가스 발생 속도는 반응기 시스템(313)의 이상적인 작동 온도 범위로의 이의 신속한 예열에 도움이 될 수 있다.
반응기 시스템(313)이 그의 이상적인 작동 온도 범위 및/또는 전류 소비 수준에 도달하면, 제어 시스템(301) 또는 ECU(305)는 경우에 따라 제 4 반응기 릴레이(309)를 비활성화하고 제 1, 제 2 또는 제 3 반응기 릴레이를 재활성화할 수 있다.
반응기 셀 조립체(310)가 수소 및 산소 가스를 내연 기관에 제공하는 응용에서, 제어 시스템(301)이 내연 기관이 더 높거나 더 빠른 수소 및 산소 가스 입력을 요구하는 정보를 엔진 데이터 신호(314)로부터 수신할 때, 제 4 반응기 릴레이(309)가 또한 활성화될 수 있다. 이러한 경우에, 제 1, 제 2, 또는 제 3 반응기 릴레이에 의해 생성된 셀 구성이 충분한 양의 가스를 발생시키지 않으면, 제 4 반응기 릴레이(309)가 활성화될 수 있다.
다양한 실시예에서, 제 1 반응기 릴레이(304)가 활성화되어 13.8V의 전압을 반응기 셀 조립체(310)에 인가하는 제 1 작동 모드에서, 반응기 셀 조립체(310)는 실온에서 15A의 총 전류를 소비할 수 있다. 제 1 반응기 릴레이(304)가 반응기 셀 조립체(310)의 12 개의 셀에 연결된 경우, 2.3V의 전압이 각각의 전해 셀에 인가되고 그리고 각각의 전해 셀은 개별적으로 대략 1.25A를 소비한다. 그러한 경우에, 반응기 셀 조립체(310)의 총 가스 발생은 대략 1 리터/분일 수 있고, 그리고 셀당 총 가스 발생은 대략 0.0833 리터/분일 수 있다.
반응기 셀 조립체(310)가 제 2 작동 모드에서 작동하는 경우, 즉 제 2 반응기 릴레이(306)가 활성화되어 13.8V의 전압을 반응기 셀 조립체(310)에 인가하는 경우, 반응기 셀 조립체(310)는 실온에서 총 30A의 전류를 소비할 수 있다. 제 2 반응기 릴레이(306)가 반응기 셀 조립체(310)의 10 개의 셀에 연결된 경우, 2.76V의 전압이 각각의 전해 셀에 인가될 수 있으며, 그리고 각각의 전해 셀은 개별적으로 대략 3A를 소비한다. 그러한 경우에, 반응기 셀 조립체(310)의 총 가스 발생은 대략 2.0 리터/분일 수 있고, 그리고 셀당 총 가스 발생은 대략 0.2 리터/분일 수 있다. 제 1 작동 모드에 비해, 이 경우에 각각의 셀의 효율은 240 % 까지 증가되고 그리고 전체 반응기 셀 조립체(310)의 총 효율은 200 %까지 증가된다.
반응기 셀 조립체(310)가 제 3 작동 모드에서 작동하는 경우, 즉 제 3 반응기 릴레이(308)가 활성화되어 13.8V의 전압을 반응기 셀 조립체(310)에 인가되는 경우, 반응기 셀 조립체(310)는 실온에서 총 60A의 전류를 소비할 수 있다. 제 3 반응기 릴레이(308)가 반응기 셀 조립체(310)의 8 개 셀에 연결된 경우, 3.45V의 전압이 각각의 전해 셀에 인가되고 그리고 각각의 전해 셀은 개별적으로 대략 7.5A를 소비한다. 그러한 경우에, 반응기 셀 조립체(310)의 총 가스 발생은 대략 4.0 리터/분일 수 있고, 그리고 셀당 총 가스 발생은 대략 0.5 리터/분일 수 있다. 제 1 작동 모드에 비해, 이 경우에 각각의 셀의 효율은 600 % 까지 증가되고 그리고 전체 반응기 셀 조립체(310)의 효율은 400 %까지 증가된다.
반응기 셀 조립체(310)가 제 4 작동 모드에서 작동하는 경우, 즉 제 4 반응기 릴레이가 활성화되어 13.8V의 전압을 반응기 셀 조립체(310)에 인가되는 경우, 반응기 셀 조립체(310)는 실온에서 총 120A의 전류를 소비할 수 있다. 제 4 반응기 릴레이가 반응기 셀 조립체(310)의 6 개 셀에 연결된 경우, 4.6V의 전압이 각각의 전해 셀에 인가되고 그리고 각각의 전해 셀은 개별적으로 대략 20A를 소비한다. 그러한 경우에, 반응기 셀 조립체(310)의 총 가스 발생은 대략 8.0 리터/분일 수 있고, 그리고 셀당 총 가스 발생은 대략 1.33 리터/분일 수 있다. 제 1 작동 모드에 비해, 이 경우에 각각의 셀의 효율은 1600 % 까지 증가되고 그리고 전체 반응기 셀 조립체(310)의 효율은 800 %까지 증가된다.
표 2는 상이한 반응기 셀 조립체(310) 구성들에 대한 가스 발생 속도들뿐만 아니라 반응기 셀 조립체(310)와 연관된 전압들 및 전류 측정치들의 예를 제공한다.
Figure pct00002
표 3은 반응기 시스템(313)에 근접한 상이한 주변 온도들에 대해 반응기 셀 조립체(310)에 대한 최적 구성들의 예를 제공한다.
Figure pct00003
표 4는 상이한 반응기 셀 조립체(310) 구성들에 대한 추가 예시적인 가스 발생 및 전류 소비 수준들을 더 제공한다. 특히, 표 4의 값들은 반응기 시스템(313) 근처의 주변 온도가 실온(예를 들어, 섭씨 30도)보다 약간 더 따뜻하고 그리고 13.8 볼트의 전압 공급이 반응기 셀 조립체(310)에 인가되는 것으로 가정한다. 더 차가운 주변 온도에서, 셀 구성을 전환하여 생성된 열은, 반응기 시스템(313) 내부의 반응기 용액을 예열하여 전기 분해 프로세스를 촉매화하고 뿐만아니라 반응 속도를 증가시키는 데 사용된다. 그러나, 주위 실온보다 더 따뜻한 온도에서, 반응기 시스템(313)은 전기 분해를 시작하기 위해 가열을 필요로 하지 않는다. 이에 따라, 반응기 조립체(313)가 주위 실온보다 더 따뜻한 온도에서 작동할 때 셀 구성을 전환함으로써 생성된 에너지는 단순히 열의 형태로 시스템으로부터 소산된다. 아래의 표 4는 반응기 시스템(313)이 주위 실온보다 약간 더 따뜻한 온도에서 작동될 때 에너지가 열의 형태로 소산되는 정도를 보여준다. 또한, 표 4의 값은 시스템에 의해 생성된 열이 셀 구성의 각각의 스위치에 의해 증가하는 정도를 보여준다. 더 낮은 주변 온도에서, 이 열은 반응기 용액을 예열하는 데 사용된다.
Figure pct00004
표 4에 도시된 바와 같이, 반응기 셀 조립체(310)를 12 개의 셀 구성에서 10 개의 셀 구성으로 전환하는 것은 가스 발생을 16.82 % 까지 증가시키고 전류 소비를 39.86 % 까지 증가시킨다. 이로 인해 열의 형태로 시스템에서 16.71 %의 에너지 손실을 초래한다. 유사하게, 반응기 셀 조립체(310)를 10 개의 셀 구성에서 8 개의 셀 구성으로 전환하는 것은 가스 발생을 50 % 까지 증가시키고 전류 소비를 105 % 까지 증가시킨다. 이로 인해 열의 형태로 38.87 %의 에너지 손실이 발생한다. 더욱이, 10 개의 셀 구성에서 6 개의 셀 구성으로 전환하는 것은 48.59 %의 시스템에 의해 생성된 열의 증가를 초래한다. 이에 따라, 반응기 시스템(313)에 의해 생성된 열 손실의 양은 셀 구성의 각각의 스위치에 따라 상당히 증가한다(예를 들어, 16.71 % 내지 38.87 % 내지 48.59 %). 열의 증가는 단순히 실온보다 더 따뜻한 온도에서 시스템으로부터 소산되지만, 이 동일한 열은 더 낮은 주변 온도에서 반응기 시스템(313)을 예열하는데 사용될 수 있다. 이에 따라, 표 4의 값은 셀 구성을 전환함으로써 반응기 시스템(313)이 예열될 수 있는 정도를 보여준다. 다양한 경우에, 각각의 셀이 더 적은 가스를 발생시킬 수 있도록 셀에 걸친 전압을 감소시킴으로써 더 따뜻한 주변 온도에서 열 손실을 줄일 수 있다. 이미 언급된 바와 같이, 반응기 릴레이의 전환의 결과로 인한 전류 소비의 변화를 수용하기 위해, 반응기 시스템(313)은 과전류 보호를 제공하는 전기 퓨즈를 포함할 수 있다.
표 5는 상이한 반응기 셀 조립체(310) 구성에 대한 또 다른 예시적인 가스 발생 및 전류 소비 수준을 제공한다. 표 5는 반응기 시스템(313)에 근접한 주변 온도가 이상적인 실온(예를 들어, 섭씨 24도)에 가깝고 13.8V의 전압 공급이 반응기 셀 조립체(310)에 인가되고 있다고 가정한다. 그러나, 표 5는 상이한 전류 소비 및 가스 발생 값에 대한 반응기 셀 조립체(310)의 작동을 보여준다.
Figure pct00005
표 5에 도시된 바와 같이, 12 개의 셀 구성에서 10 개의 셀 구성으로 전환하는 것은 전류 소비를 71 % 까지 증가시키고 그리고 가스 발생은 단지 58 % 까지만 증가시킨다. 전류 소비(예를 들어, 에너지 입력)와 가스 출력 발생(예를 들어, 에너지 출력) 사이의 13 % 차이는 열의 형태로 시스템에서 손실된 에너지의 양을 나타낸다. 마찬가지로 10 개의 셀 구성에서 8 개의 셀 구성으로 전환하는 것은 전류 소비를 46 %까지 증가시키는 반면 가스 출력 발생은 단지 20 %까지만 증가시킨다. 이에 따라, 또한 26 %의 차이가 열로 인한 에너지 손실을 나타낸다. 마찬가지로, 반응기가 8 개의 셀 구성에서 6 개의 셀 구성으로 전환하는 것은 전류 소비를 49 % 까지 증가시키는 반면 가스 발생은 단지 14 % 까지만 증가시켜 에너지 차이가 35 %가 된다. 이에 따라, 표 5로부터 반응기 시스템(313)에 의해 생성된 열 손실량이 셀 구성의 각각의 스위치에 따라 크게 증가하는 것을 관찰할 수 있다. 미리 언급된 바와 같이, 더 차가운 주변 온도에서, 이 열은 반응기 시스템(313) 내부의 예열 용액에 사용될 수 있다.
이제 각각, 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체(500A 및 500B)의 예시적인 실시예의 사시도를 개략적으로 예시하는 도 5a 및 도 5b를 참조한다. 도 5a는 일례에 따른 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체(500A)를 예시한다. 도 5b는 다른 예에 따른 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체(500B)를 도시한다.
도 5a는 탱크 시스템(312) 및 반응기 셀 조립체(310)를 포함하는 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체(500A)를 예시한다. 탱크 시스템(312)은 3 개의 용기(502, 504 및 506)를 포함한다. 용기(502 및 504)는 반응기 셀 조립체(310)와 유체 연통한다. 용기(502 및 504)는 유입구(502a 및 504a)를 통해 용액 펌프(390)로부터 전해질 용액을 수용한다. 전해질 용액은 전해의 목적을 위해 용기(502 및 504)에 의해 반응기 셀 조립체(310)에 공급된다. 또한, 용기(502 및 504)는 전해의 부산물로서 반응기 셀 조립체(310)에 의해 생성된 가스를 수집한다. 본원에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 용기(502 및 504)에 의해 수집된 가스는 용기(506)로 채널링될 수 있다. 내연 기관이 반응기 시스템(313)에 결합되는 용용에서, 용기(506) 내의 가스는 가스 출구(506a)를 통해 상기 내연 기관으로 전달될 수 있다. 다양한 경우에, 가스는 내연 기관의 공기 흡기구(air intake)에 연결된 가스 공급 라인(550)을 통해 내연 기관으로 전달된다. 가스 공급 라인(550)은 예를 들어, 연결 튜브일 수 있다.
용기(502 및 504) 각각은 제각기, 레벨 센서(510 및 512)를 포함할 수 있다. 도 3a의 레벨 센서(360)와 유사한 레벨 센서(510 및 512) 각각은 반응기 셀 조립체(310) 내부의 용액 레벨을 검출할 수 있다. 레벨 센서는 예를 들어, 플로트 스위치일 수 있다.
레벨 센서(510 또는 512)로서 사용될 수 있는 플로트 스위치의 예가 도 5c 및 도 5d에 도시되어 있다. 도 5c 및 도 5d는 본체 부분(511a) 및 벌브 부분(511b)을 갖는 플로트 스위치(511)를 도시한다. 벌브 부분(511b)은 본체 부분(511a)에 선회 가능하게 장착된다. 도 5c는 벌브(511a)가 수평 축을 따라 본체 부분(511a) 아래에 매달려 있는 트리거되지 않은 상태(un-triggered state)의 플로트 스위치(511)를 도시한다. 도 5d는 벌브(511a)가 이제 본체 부분(511a)과 수평으로 정렬되도록 상방으로 선회되는 트리거 상태의 플로트 스위치(511)를 도시한다. 플로트 스위치는, 반응기 셀 조립체(310) 내부의 용액이 적어도 플로트 스위치의 레벨까지 상승하여 벌브(511a)를 본체 부분(511b)과 수평 정렬로 부양할 때 트리거될 수 있다(예를 들어, 도 5d).
다시 도 5a를 참조하면, 레벨 센서(510 및 512)는 레벨 센서가 트리거될 때 활성화되는 마이크로 스위치를 포함할 수 있다. 활성화된 마이크로 스위치는 센서 신호(312a)를 제어 시스템(301)으로 전송하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, 센서 신호(312a)가 제어 시스템(301)에 의해 수신될 때, 제어 시스템(301)은 반응기 셀 조립체(310)가 충분한 부피의 용액으로 채워져 있고 전기 분해 프로세스를 실행하도록 준비된 것으로 결정할 수 있다. 이러한 경우에, 제어 시스템(301)은 용액 펌프(390)가 탱크 시스템(312)으로의 용액 공급을 중단하도록 지시할 수 있다. 또한, 제어 시스템(301)은 반응기 셀 조립체(310)에 전력 공급을 시작하기 위해 반응기 릴레이(304 내지 309) 중 하나를 활성화하도록 ECU(305)에 지시할 수 있다.
도 5b는 다른 예에 따른 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체(500B)를 예시한다. 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체(500B)는 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체(500A)의 모든 요소를 포함한다. 그러나, 조립체(500B)는 조립체(500A)의 레벨 센서(510 및 512)보다 용기(502 및 504)에서 각각 더 낮은 높이에 위치되는 레벨 센서(510 및 512)를 포함한다.
용기(502 및 504)의 부피가 일정하게 유지됨에 따라, 조립체(500B) 내의 레벨 센서의 낮은 위치는 반응기 셀 조립체(310)가 레벨 센서를 트리거하기 전에 더 적은 용액을 수용하게 한다. 결과적으로, 조립체(500B)에서 레벨 센서의 하부 위치는 반응기 셀 조립체(310)가 더 적은 부피의 용액에 대해 전기 분해를 수행하게 한다. 즉, 반응기 조립체(310)는 전기 분해를 수행하기 위해 더 적은 용액 공급을 필요로 한다. 또한, 더 추운 날씨에서, 조립체(500B)의 반응기 셀 조립체(310)에 있는 용액의 적은 부피는 조립체(500A)의 반응기 셀 조립체(310)에 있는 용액의 더 많은 부피보다 더 빠르게 가열될 수 있다.
조립체(500B)에서 레벨 센서의 낮은 위치는 또한 레벨 센서가 트리거되기 전에 용기(502 및 504)가 더 적은 용액을 수용하는 결과를 초래한다. 용기(502 및 504)에 수용된 적은 부피의 용액은 반응기 셀 조립체(310) 내부의 용액에 대한 헤드 압력을 감소시킬 수 있다. 헤드 압력은 반응기 셀 조립체(310) 내부에 존재하는 가스가 마주하는 저항을 의미한다.
예시적인 실시예에서, 조립체(500A)의 레벨 센서(510 및 512)는 용기(502 및 504)의 최상부 덮개로부터 대략 2.25 인치에 위치되고, 조립체(500B)의 레벨 센서(510 및 512)는 용기(502 및 504)의 최상부 덮개로부터 3.25 인치에 위치된다. 조립체(500A)와 비교하여 조립체(500B)의 레벨 센서의 낮은 위치는, 레벨 센서가 트리거되기 전에 반응기 셀 조립체(310)에 축적되는 용액의 대략 400ml를 감소시킨다.
이제 각각, 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체(600A 및 600B)의 추가 예시적인 실시예의 개략적인 사시도를 도시하는 도 6a 및 도 6b를 참조한다. 도 6a는 일례에 따른 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체(600A)를 예시한다. 도 6b는 다른 예에 따른 반응기 셀 및 탱크 시스템(600B) 조립체를 도시한다.
도 6a는 반응기 셀 조립체(310) 및 탱크 시스템(312)을 포함하는 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체(600A)를 도시한다. 탱크 시스템(312)은 반응기 셀 조립체(310)와 유체 연통하는 용기(502 및 504)를 포함한다. 용기(502 및 504)는 용액 펌프(390)로부터 물(또는 다른 전해질 용액)을 수용하기 위한 입구(502a 및 504a)를 포함한다. 용기(502 및 504)로부터의 용액은, 반응기 셀 조립체(310)로 공급되고 전기 분해를 위해 사용된다. 전해의 부산물로서 반응기 셀 조립체(310)에 의해 생성된 가스는 용기(502 및 504) 각각으로 다시 수집된다.
용기(502 및 504)에 의해 수용된 가스는 가스 배관(602a)을 통해 용기(506)로 채널링될 수 있다. 예시된 바와 같이, 가스 배관(602a)은 각각 용기(502 및 504)의 가스 출구(502b 및 504b) 및 용기(506)의 가스 입구(506b)에 연결된다. 따라서, 가스는 제각기 가스 출구(502b 및 504b)를 통해 각각의 용기(502 및 504)를 빠져 나갈 수 있고 그리고 가스 배관(602a)을 통해 용기(506)로 이동할 수 있다. 또한, 용기(506)는 용기(502 및 504)로부터 수집된 가스가 가스 공급 라인(550)으로 용기(506)를 빠져 나갈 수 있는 가스 출구(506a)를 포함한다. 가스 공급 라인(550)은 용기(506)로부터 반응기 및 탱크 조립체(600A)에 결합된 유닛 또는 디바이스로 가스를 채널링하는 채널링 매체(예를 들어, 튜브)일 수 있다. 반응기 및 탱크 조립체(600A)가 내연 기관에 연결된 예시적인 경우에서, 가스 공급 라인(550)은 용기(506)로부터 내연 기관의 공기 흡기구로 가스를 공급할 수 있다. 일부 경우에, 엔진의 공기 흡기구에 의해 생성된 흡입력은 용기(502 및 504)로부터 가스 흐름을 가스 배관(602a)을 통해 용기(506)로, 그리고 가스 공급 라인(550)을 통해 내연 기관으로 구동한다.
도시된 바와 같이, 가스 배관(602a)은 가스 커넥터(604a)에 의해 상호 연결된 가스 튜브(608a)를 포함한다. 가스 튜브(608a) 및 가스 커넥터(604a) 각각은 내경에 의해 규정될 수 있다. 가스 튜브(608a) 및 가스 커넥터(604a)의 내경은 주어진 시간 인스턴스에서 이들 구성요소를 통해 유동할 수 있는 가스의 부피를 결정하도록 선택될 수 있다. 또한, 내경은 이러한 구성요소를 통해 흐르는 가스가 직면하는 저항 수준을 결정할 수 있다.
도 6b는 다른 예에 따른 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체(600B)를 예시한다. 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체(600B)는 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체(600B)가 가스 배관(602a)을 대체하는 가스 배관(602b)을 포함하는 것을 제외하고는 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체(600A)의 모든 요소를 포함한다. 가스 배관(602b)은 가스 커넥터(604b)에 의해 상호 연결된 가스 튜브(608b)를 포함한다. 가스 배관(602b)(즉, 가스 튜브(608b) 및 가스 커넥터(604b))은 조립체(600A)의 가스 배관(602a)보다 더 큰 내경을 갖는다.
가스 배관(602b)의 증가된 직경은 배관을 통해 채널링되는 더 많은 양의 가스를 지원하는 동시에 가스 흐름 저항을 감소시킨다. 이에 따라, 가스 배관(602b)은 분당 더 높은 속도의 가스를 생성하는 셀 반응기 조립체(310)의 구성을 지원할 수 있다. ICE가 반응기 셀 조립체(310)에 연결되는 응용에서, 가스 배관(602b)의 증가된 직경은 ICE 로의 증가된 가스 흐름을 지원한다.
일부 실시예에서, 가스 배관(602a)은 3/8 인치의 외경을 갖는 반면, 가스 배관(602b)은 0.5 인치의 외경을 갖는다. 가스 배관(602b)의 외경의 1/8 인치 증가는 가스 배관(602a)을 통한 가스 흐름과 비교하여 가스 배관(602b)을 통한 가스 흐름 용량의 125 % 증가를 초래한다. 도 6e는 도 6a에 따른 가스 커넥터(604a) 및 도 6b에 따른 가스 커넥터(608b)의 사시도이다. 도 6f는 도 6a에 따른 가스 튜브(608a) 및 도 6b에 따른 가스 튜브(608b)의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 가스 커넥터(604a) 및 가스 튜브(608a)는 가스 커넥터(604b) 및 가스 튜브(608b)보다 직경이 더 작다. 예를 들어, 가스 커넥터(604a) 및 가스 튜브(608a)는 0.25 인치의 외경을 가질 수 있는 반면, 가스 커넥터(604b) 및 가스 튜브(608b)는 3/8 인치의 증가된 직경을 가질 수 있다. 가스 커넥터(604b) 및 가스 튜브(608b)의 증가된 직경은, 커넥터(604b) 및 튜브(608b)를 통한 더 높은 가스 흐름을 지원한다.
이제, 다른 예에 따른 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체(600C)를 도시하는 도 6c를 참조한다.
기체 부산물을 수집하는 것 외에도, 용기(502 내지 506)는 일부 경우에, 반응기 셀 조립체(310)로부터 용액 및 KOH를 부주의하게 수집할 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 용기(502 내지 506)는 반응기 및 탱크 조립체(600C)에 연결된 내연 기관에 의해 생성되는 큰 흡입력으로 인해 전해질 용액 및 KOH를 수집할 수 있다. 예를 들어, 내연 기관이 고속(예를 들어, 높은 RPM)으로 작동하거나 엔진 과급기가 활성화된 경우, 엔진은 더 많은 공기 공급을 요구할 수 있다. 이에 따라, 여분의 공기 공급은 엔진의 공기 흡기구를 통해 흡입될 수 있으며, 이는 공기 흡기구에 연결된 가스 공급 라인(550)을 통해 더 큰 흡입력을 생성할 수 있다. 흡입력은 차례로 용기(502 내지 506) 내부에 음압의 축적을 생성할 수 있으며, 이는 전해질 용액 및 KOH를 반응기 셀 조립체(310)로부터 탱크 시스템(312)으로 끌어낼 수 있다.
또한, 전해질 용액 및 KOH는 반응기 셀 조립체(310) 내부의 전해에 의해 생성된 가스 증기의 응축의 결과로 용기(502 내지 506) 내부에 수집될 수 있다. 특히, 반응기 셀 조립체(310) 내부의 셀 구성의 각각의 스위치와 함께, 반응기 셀 조립체(310) 내부의 온도가 증가할 수 있으며, 그 결과 형성되는 가스에 더 많은 양의 증기가 생성될 수 있다. 어떤 경우에는, 가스 증기가 용기(502 내지 506) 내부에서 응축되어 각각의 용기 내부에서 용액과 KOH가 축적될 수 있다. 가스 증기 응축의 문제는 반응기 및 셀 조립체(600C)가 더 따뜻한 주변 온도에서 작동할 때 더욱 두드러진다.
다양한 경우에, 큰 흡입력 또는 가스 증기의 응축으로 인한 용기(502 내지 506) 내부의 용액 및 KOH의 축적은, 결국 반응기 및 탱크 조립체(600C)에 연결된 유닛 또는 디바이스의 범람(flooding)을 초래할 수 있다. 예를 들어, 내연 기관에 의해 생성된 흡입력은 용기(506)로부터 가스 공급 라인(550)을 통해 용액 및 KOH를 내연 기관으로 끌어 당겨 엔진을 손상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 용기(502 내지 506) 내부의 용액 및 KOH의 축적 및 결과적으로 용기(506)로부터 연결된 유닛 또는 디바이스로의 오버플로우(overflow)을 방지하기 위해, 용기(506)는 오버플로우 센서(610)를 포함할 수 있다. 오버플로우 센서(610)는 도 3a의 오버플로우 센서(365)와 유사하다. 오버플로우 센서(610)는, 용기(506) 내부의 용액 및 KOH의 레벨이 미리 정해진 임계 높이를 초과하지 않는 것을 보장함으로써 안전 점검 기능을 제공한다.
일부 실시예에서, 용기(506)는 또한 용기(506)의 내부 용적과 유체 연통하는 펌프(612)를 포함한다. 펌프(612)는 도 3a의 펌프(380)와 유사하다. 오버플로우 센서(610)가 활성화되는 경우, 펌프(612)는 용기(506)로부터 과잉 용액 및 KOH를 펌핑하고 반응기 셀 조립체(310)로 다시 펌핑할 수 있다. 일부 경우에, 채널링 튜브(614)가 제공되어 용기(506) 밖으로 펌핑된 과잉 용액 및 KOH를 반응기 셀 조립체(310)로 다시 채널링할 수 있다. 특히, 펌프(612)의 사용은 반응기 및 셀 조립체(600C)를 중단하고 용기(506)를 수동으로 제거하고 비우는 필요성을 회피하고, 이는 시스템에 대한 과도한 가동 중지 시간을 초래할 수 있다.
다양한 경우에, 펌프(612)는 제어 시스템(301)에 의해 활성화될 수 있다. 펌프(612)를 활성화하기 위해, 오버플로우 센서(610)는 활성화시에 센서 신호(312b)를 제어 시스템(301)으로 전송하는 마이크로 스위치를 포함할 수 있다. 제어 시스템(301)은 센서 신호(312b)를 수신하고 처리하고, 그리고 용액 및 KOH를 용기(506)로부터 채널링 튜브(614)로 펌핑하기 시작하도록 펌프(612)에 지시한다. 일부 경우에, 채널링 튜브(614)는 용기(506)로부터 반응기 셀 조립체(310)의 저부 부분으로 초과 용액 및 KOH를 채널링할 수 있다. 특히, 이는 반응기 셀 조립체(310) 내부에 이미 존재하는 전해질 용액과 KOH의 적절한 재혼합을 돕는 이점을 가질 수 있다. 전해질 용액이 물을 포함하는 경우, 물에 비해 더 높은 밀도의 KOH는 적절한 재혼합을 돕기 위해 최상부보다는 오히려 반응기 셀 조립체(310)의 저부로부터 주입을 추가로 정당화할 수 있다.
다양한 경우에, 펌프(612)에 의한 펌핑은 5 초의 지속기간동안 발생할 수 있으며, 이는 용기(506)의 전체 부피를 반응기 셀 조립체(310)로 다시 펌핑할 수 있는 충분한 시간일 수 있다. 펌핑이 완료되고 용액 및 KOH의 레벨이 오버플로 센서(610)의 높이 아래로 복귀되면, 제어 시스템(302)은 펌프(612)를 비활성화할 수 있다.
용액과 KOH를 반응기 조립체(310)로 다시 펌핑함으로써 KOH가 전기 분해 프로세스에서 재사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 더욱이, 용액 및 KOH를 반응기 셀 조립체(310)로 다시 펌핑하는 것은, 반응기 셀 조립체(310) 내부의 KOH 농도가 희석되지 않고 이와 달리 일정한 레벨로 유지되는 것을 보장한다. 전해질 용액이 물인 경우, KOH 용액의 희석은 반응기 셀 조립체(310) 내부의 물의 끓는점을 증가시킬 수 있다. 이는 차례로, 셀 조립체(310)에 의해 생성된 가스 증기의 부피를 증가시키고 가스 증기가 응축되는 경우 용기(502 내지 506) 내부에 추가 KOH의 축적을 초래할 수 있다. 또한, 반응기 셀 조립체(310) 내부의 더 낮은 농도의 KOH는 물의 어는점을 감소시켜 더 차가운 주변 온도에서 반응기 시스템의 작동 중에 물이 동결되기가 쉬워진다. 이에 따라, 이는 더 낮은 온도에서 작동하는 동안 반응기 시스템의 기능을 손상시킬 수 있다. 또한 더욱이, 더 낮은 농도의 KOH에서, 반응기 셀 조립체(310) 내부의 액체 혼합물의 전도도가 감소되며, 이는 가스 발생의 감소 그리고 반응기 및 셀 조립체(600C)의 효율의 결과적인 감소를 초래할 수 있다.
일부 실시예에서, 용기(506)는 2 차 오버플로우 센서(616)를 포함할 수 있다. 2 차 오버플로우 센서(616)는 1 차 오버플로우 센서(610)와 유사할 수 있지만 가스 출구(506a)에 더 가깝게 위치될 수 있다. 2 차 오버플로우 센서(616)는 용기(506) 내부의 용액 및 KOH의 오버플로우를 방지하기 위해 안전 백업(fail-safe back-up)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 2 차 오버플로우 센서(616)는 용액 및 KOH가 펌프(612)에 의해 용기(506) 밖으로 펌핑되는 속도보다 빠른 속도로 용액 및 KOH가 용기(506) 내로 흐르는 경우에 필요할 수 있다. 다른 경우에, 1 차 센서(610) 및/또는 펌프(612)가 오작동하는 경우 2 차 오버플로우 센서(616)가 필요할 수 있다.
2 차 오버플로우 센서(616)가 활성화되는 경우, 2 차 오버플로우 센서(616)는 신호(312b)를 제어 시스템(301)에 전송할 수 있다. 제어 시스템(301)은 신호를 처리하고 그리고 이에 응답하여 반응기 및 탱크 시스템(600C)을 정지(shut down)시킬 수 있다. 제어 시스템(301)은 모든 반응기 릴레이(304 내지 309)를 비활성화하기 위해 제어 신호(318)를 ECU에 전송함으로써 반응기 및 탱크 시스템(600C)을 정지시킬 수 있다. 반응기 릴레이를 비활성화함으로써, 어떠한 양 전압도 반응기 셀 조립체(310)에 인가되지 않고 전기 분해 프로세스가 중단된다.
일부 경우에, 용기(506)는 1 차 오버플로우 센서(610) 또는 펌프(612)를 포함하지 않을 수 있지만, 단지 2 차 오버플로우 센서(616)만 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 반응기 및 탱크 조립체(600C)는 2 차 오버플로우 센서(616)가 활성화되면 자동으로 정지된다.
일부 실시예에서, 용기(506)는 또한 시각적 표시기(618)를 포함할 수 있다. 시각적 표시기(618)는 예를 들어, LED 조명일 수 있다. 시각적 표시기(618)는 용기(506)의 외부에, 또는 그렇지 않으면 용기(506) 외부의 임의의 다른 위치에 위치될 수 있다. 일부 경우에, 용기(506)는 적어도 부분적으로 투명한 외부를 포함할 수 있고, 시각적 표시기(618)는 용기(506) 내부에 위치될 수 있다. 시각적 표시기(618)는 2 차 오버플로우 센서(616)가 활성화될 때 시각적 표시기(618)가 활성화되도록 2 차 오버플로우 센서(616)에 연결(예를 들어, 전기적으로 연결)될 수 있다. 다른 경우에, 시각적 표시기(618)는 제어 시스템(301)에 연결될 수 있고, 제어 시스템(301)이 2 차 오버플로우 센서(616)로부터 신호(312b)를 수신할 때 제어 시스템(301)에 의해 활성화될 수 있다. 시각적 표시기(618)가 활성화될 때, 이는 사용자에게 용기(506)가 용액 및 KOH로 넘치고 있고 용기(506)의 수동 제거 및 비움이 필요하다는 것을 나타낼 수 있다.
일부 실시예에서, 2 차 오버플로우 센서(616)는 활성화시에 반응기 시스템(600C)을 자동으로 정지시키는 것이 아니라, 시각적 표시기(618)만 활성화시킬 수 있다. 시각적 표시기(618)가 활성화되면, 사용자는 수동으로 반응기 및 탱크 조립체(600C)를 정지시키고 용기(506)를 비울 수 있다. 또 다른 경우에, 시각적 표시기(618)는 1 차 오버플로우 센서(610)에 연결될 수 있다.
이제, 일부 추가 예시적인 실시예에 따라 반응기 셀 및 탱크 시스템 조립체(600C)의 용기(506)의 최상부 사시도를 개략적으로 도시하는 도 6d를 참조한다.
도시된 바와 같이, 용기(506)는 가스 출구(506a) 및 가스 입구(506b)를 포함한다. 가스 출구(506a)는 가스 공급 라인(550)에 연결되고, 가스 공급 라인(550)은 가스를 반응기 및 탱크 조립체(600C)에 연결된 유닛 또는 디바이스(예를 들어, 내연 기관)로 채널링한다. 가스 입구(506b)는 가스 배관(602a 또는 602b)을 통해 용기(502 및 506)로부터 가스를 수용하기 위해 사용된다.
예시된 실시예에서, 용기(506)는 또한 추가 출구(506c)를 포함한다. 예시된 바와 같이, 출구(506c)는 제 1 압력 경감 밸브(pressure relief valve)(622) 및 제 2 압력 경감 밸브(624)에 결합되는 튜브 커넥터 조립체(620)를 수용할 수 있다.
제 1 압력 경감 밸브(622)는 반응기 및 탱크 조립체(600C) 내부에 음압(negative pressure)이 축적되는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 다양한 경우에, 음압은 가스 공급 라인(550)을 통해 용기(506)에 연결된 내연 기관에 의해 생성되는 큰 흡입력으로 인해 발생할 수 있다. 음압은 반응기 및 탱크 조립체(600C) 내부, 반응기 및 탱크 조립체(600C) 외부 사이에 큰 압력 차이(예를 들어, 대기압)를 발생시킴으로써 반응기 및 탱크 조립체(600C)에 응력을 배치시킬 수 있다. 일부 경우에, 또한 반응기 및 탱크 조립체 내부의 음압은 용액 및 KOH가 반응기 셀 조립체(310)로부터 탱크 조립체(312)로 그리고 엔진으로 넘치게할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 1 압력 경감 밸브(622)는 커넥터 조립체(620)를 통해 용기(506)와 연통하는 입구 단부(622a) 및 대향하는 출구 단부(622b)를 포함할 수 있다. 입구 단부(622a)에서 용기(506) 내부에서 음압의 임계 축적이 검출될 때, 압력 경감 밸브(622)는 공기의 유입(influx)이 용기(506)로 들어오도록 개방될 수 있다. 공기의 유입은, 반응기 및 탱크 조립체(600C) 내부의 압력을 반응기 및 탱크 조립체 외부의 대기압으로 균등화한다. 일부 실시예에서, 제 1 압력 경감 밸브(622)는 0.3 PSI의 임계 압력 설정을 가질 수 있다.
제 2 압력 경감 밸브(624)는 반응기 및 탱크 조립체(600C) 내부에 양압(positive pressure)이 축적되는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 양압의 축적은 예를 들어, 물리적 구속 또는 동결된 수분의 점진적 축적으로 인해 용기(506)의 가스 출구(506c)의 막힘으로부터 유발될 수 있다. 반응기 및 탱크 조립체(600C) 내부의 양압의 축적은 누출을 발생시킬 수 있으며 이는 조립체가 작동하지 않는 것을 유발할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 2 압력 경감 밸브(624)는 또한 커넥터 조립체(620)를 통해 용기(506)와 연통하는 입구 단부(624a) 및 대향하는 출구 단부(624b)를 포함한다. 입구 단부(624a)에서 용기(506) 내부에서 양압의 임계 축적이 검출되면, 출구 단부(624a)가 개방되어 공기가 용기(506)를 빠져 나가고 반응기 및 탱크 조립체(600C) 내부의 압력을 조립체 외부의 대기압과 균등하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 제 2 압력 경감 밸브(624)는 5.0 PSI의 임계 압력 설정을 가질 수 있다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 반응기 시스템(700)의 사시도를 예시한다. 반응기 시스템(700)은 도 3a 및 도 3b의 반응기 시스템(313)과 유사하다. 반응기 시스템(700)은 탱크 시스템(312) 및 반응기 셀 조립체(310)를 포함한다. 탱크 시스템(312)은 전해질 용액을 반응기 셀 조립체(310)에 공급하기 위해 반응기 셀 조립체(310)와 유체 연통한다.
예시된 바와 같이, 전해질 용액은 탱크 시스템(312)을 반응기 셀 조립체(310)의 좌우측에 위치된 입구에 연결하는 배관(702 및 704)을 통해 탱크 시스템(312)으로부터 반응기 셀 조립체(310)로 공급된다(도시되지 않음). 탱크 시스템(312)은 용기(502, 504 및 506)를 포함한다. 용기(502 및 504)는 각기, 레벨 센서(510 및 512)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 레벨 센서(510 및 512)는 용기(502 및 504)의 상부 덮개로부터 3.25 인치에 위치한다.
용기(506)는 1 차 오버플로우 센서(610), 2 차 오버플로우 센서(616), 시각적 표시기(618), 및 채널 튜브(614)를 통해 용기(506)를 반응기 셀 조립체(310)에 연결하는 펌프(612)를 포함할 수 있다. 가스 배관(602b)은 용기(502 및 504)의 내부에 수집된 가스를 용기(506)로 채널링한다. 가스 공급 라인(550)은 용기(506)로부터 반응기 셀 조립체(310)에 연결된 디바이스 또는 유닛으로 가스를 채널링한다.
반응기 셀 조립체(310)가 내연 기관에 연결되는 응용에서, 가스 공급 라인(550)은 부산물 가스(예를 들어, 수소 및 산소 가스)를 내연 기관으로 채널링할 수 있다.
또한, 반응기 시스템(700)은 반응기 셀 조립체(310) 내부의 전해 셀에 결합된 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)(반응기 릴레이(309)는 도면에서 보이지 않음)를 포함하는 반응기 셀 조립체(310)를 포함한다. 도 7의 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)는 도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4d의 반응기 릴레이(304, 306, 308 및 309)의 구조 및 작동이 유사하다.
이제, 도 2a 및 도 2b를 다시 참조하는데 이는 도 3a의 전해 반응기 플랫폼(300) 및 도 7의 전해 반응기(700)의 예시적인 응용 및 이를 작동하는 방법을 예시한다. 특히, 앞서 논의된 바와 같이, 도 2a는 일 예에 따른 연료 관리 시스템(200A)의 블록 선도를 예시한다. 도 2b는 다른 예에 따른 연료 관리 시스템(200B)의 블록 선도를 예시한다.
도 2a의 연료 관리 시스템(200A)은 내연 기관("ICE")(208), 반응기 시스템(313), 및 제어 시스템(301)을 포함한다. 연료 관리 시스템(200A)의 다양한 구성요소는 네트워크(202)를 통해 연결된다.
네트워크(202)는 인터넷, 이더넷, POTS(Plain Old Telephone Service) 회선, PSTN(Public Switch Telephone Network), ISDN(Integrated Services Digital Network), DSL(digital subscriber line), 동축 케이블, 광섬유, 위성, 모바일, 무선(예를 들어, Wi-Fi, WiMAX), SS7 신호 네트워크, 고정 회선, 근거리 통신망, 광역 통신망 및 이들의 조합을 포함하는 다른 것들을 포함하는 데이터를 전달할 수 있는 임의의 네트워크(들)일 수 있다. 또한, 네트워크(202)는 또한 예를 들어, CD ROM, DVD, SD 카드, 외장 하드 드라이브, USB 드라이브 등과 같은 저장 매체를 포함할 수 있다. 또한, 네트워크(202)는 예를 들어, CD ROM, DVD, SD 카드, 외장 하드 드라이브, USB 드라이브 등과 같은 저장 매체를 포함할 수 있다
반응기 시스템(313)은 전해 과정을 실행하도록 구성된 임의의 반응기 시스템이며, 그리고 구조 및 기능면에서 도 3a 및 도 3b의 반응기 시스템(313)과 유사하다. ICE(208)는 탄소 기반 연료의 연소 과정을 실행하도록 구성된 연소 엔진이다. 예시된 실시예에서, ICE(208)는 반응기 시스템(313)으로부터 수용된 수소 및 산소 가스와 탄소 기반 연료의 혼합물에 대한 연소 프로세스를 실행하도록 구성된다. 도 2a의 실시예는 아래의 도 2b의 실시예를 참조하여 더 상세히 논의된다.
도 2b는 추가의 예시적인 실시예에 따른 연료 관리 시스템(200B)을 예시한다. 도시된 바와 같이, 반응기 시스템(313)은 ICE(208)의 공기 흡기 흐름에 수소(H2) 및 산소(O2) 가스를 공급하도록 구성될 수 있다. ICE(208)에 공급되는 수소 및 산소 가스는 반응기 시스템(313)에 의해 생성된다.
엔진 제어 모듈("ECM(engine control module)")(206)은 작동 상태를 모니터링하기 위해 ICE(208)에 연결될 수 있다. ECM(206)에 의해 모니터링되는 ICE(208)의 작동 조건에는 이것으로 제한하는 것은 아니지만, 주행거리계(odometer) 정보, 엔진 속도, 연료 소비, 연료 비율(fuel rate), 질량체 공기압, 질량체 공기 흐름, 마일리지, 거리, 배기 온도, NOx 레벨, CO2 레벨, O2 레벨, 엔진 순간 연비(engine average fuel economy), 엔진 평균 연비, 엔진 입구 공기 질량체 유량, 엔진 요구 백분율 토크, 현재 속도에서의 엔진 백분율 부하, 변속기 실제 기어비, 변속기 현재 기어, 엔진 실린더 연소 상태, 엔진 실린더 노크 레벨, 처리 후 흡기 NOx 레벨 예비 고장 모드 식별자(FMI), 구동계 정보, 차량 속도 및 GPS 위치 등을 포함한다.
적어도 일부 실시예에서, ECM(206)에 의해 모니터링되는 작동 조건은 엔진 데이터 신호(314)를 통해 제어 시스템(301)에 통신될 수 있다. 제어 시스템(301)은 엔진 데이터 신호(314)에 포함된 정보를 사용하여 연료 관리 시스템(200B)의 다양한 구성요소의 작동에 관한 하나 이상의 결정을 할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(301)은 ICE(208)가 수소 및 산소 가스의 더 높거나 더 낮은 입력을 필요로 한다는 것을 엔진 데이터 신호(314)의 정보로부터 결정할 수 있다. 그 다음에, 제어 시스템(301)은 수소 및 산소 가스의 발생 속도를 증가 또는 감소시키기 위해 반응기 시스템의 구성을 변경하도록 반응기 시스템(313)에 지시하는 제어 신호(318)를 전송할 수 있다.
ICE(208)가 ECM(206)을 포함하지 않거나 ECM(206)이 필요한 데이터를 제공하지 않는 경우, 엔진 매개변수를 모니터링하기 위해 다른 센서 또는 디바이스가 ICE(208) 또는 차량의 다른 부분에 연결될 수 있다. 이러한 센서 또는 디바이스로부터 수신된 엔진 매개변수는 ICE(208)의 성능을 결정하기 위해 제어 시스템(301)에 의해 사용될 수 있다.
또한, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)에 연결된 모니터링 시스템(350)으로부터 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들어, 모니터링 시스템(350)은 반응기 시스템(313)의 주변 온도를 측정하기 위해 반응기 시스템(313) 주변 또는 근처에서 외부에 위치될 수 있는 하나 이상의 온도 센서(355)를 포함할 수 있다. 또한, 온도 센서(355)는 반응기 시스템(313) 내부에 배치될 수 있다.
온도 센서(355)는 온도 신호(316a)를 통해 제어 시스템(301)에 온도 측정치를 전송하도록 구성될 수 있다. 제어 시스템(301)은 온도 신호(316a)에 포함된 정보를 사용하여 연료 관리 시스템(200B)의 다양한 구성요소의 작동에 관한 결정을 내릴 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)이 이상적인 작동 온도 범위 미만의 온도에서 작동하고 있음을 온도 신호(316a)로부터 결정할 수 있다. 제어 시스템(301)은 반응기 시스템을 이상적인 작동 온도 범위로 가열하기 위해 반응기 시스템의 구성을 변경하도록 반응기 시스템(313)에 지시하는 제어 신호(318)를 전송할 수 있다.
일부 실시예에서, 온도 센서(355)는 미리 정해진 시간 간격으로 또는 미리 정해진 빈도로 제어 시스템(301)에 온도 측정치를 전송하도록 미리 구성될 수 있다. 다른 경우에, 온도 센서(355)는 제어 시스템(301)에 의해 온도 센서(355)로 송신된 온도 요청 신호(316b)에 응답하여 온도 측정치를 제어 시스템(301)에 전송할 수 있다.
다른 경우에, 제어 시스템(301)은 전류 센서(370)에 의해 생성된 전류 신호(370a)를 통해 전류 소비 데이터를 수신할 수 있다. 제어 시스템(301)은 전류 신호(370a)에 포함된 정보를 유사하게 사용하여 연료 관리 시스템(200B)의 다양한 구성요소의 작동에 관한 결정을 내릴 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)이 낮은 속도의 가스 생성 및/또는 낮은 이상적인 온도 범위에서 작동하고 있음을 전류 신호(370a)로부터 결정할 수 있다. 이에 따라, 제어 시스템(301)은 가스 발생 속도 증가 및/또는 반응기 시스템을 이상적인 온도 범위로 가열하기 위해 반응기 시스템의 구성을 변경하도록 반응기 시스템(313)에 지시하는 제어 신호(318)를 전송할 수 있다.
일부 경우에, 제어 시스템(301)은 ICE(208) 및 반응기 시스템(313)으로부터 원격으로 위치될 수 있고 작업자에 의해 작동될 수 있다. 조작자는 제어 시스템(301)의 사용자 인터페이스와 상호 작용함으로써 연료 관리 시스템(200B)의 다양한 구성요소를 제어하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(301)은 (즉, 온도 신호(316a)로부터의 정보를 사용하여) 반응기 시스템(313) 주변 또는 내부의 주변 온도를 작업자에게 알려주는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 그 다음, 작업자는 사용자 인터페이스를 통해 반응기 시스템(313)에 대한 적절한 구성을 선택할 수 있다. 제어 시스템(301)은 제어 신호(318)를 통해 선택된 구성을 반응기 시스템(313)에 적용할 수 있다. 다른 경우에, 온도 센서(355) 또는 전류 센서(370)는 작동하지 않을 수 있으며, 이 경우, 조작자는 온도 또는 전류 값을 제어 시스템(301)의 사용자 인터페이스에 입력할 수 있다. 제어 시스템(301)은 삽입된 온도 또는 전류 값에 기초하여 반응기 시스템(313)에 대한 적절한 셀 구성을 결정할 수 있다.
다른 센서는 반응기 시스템(313) 주변 또는 내부에 위치될 수 있다. 이러한 센서는 물 탱크 레벨, 전해질 레벨, 공급된 전압, 공급된 전류, 물 탱크 온도, 반응기 온도, 반응기 누출, 물 펌프, 가스 흐름, 상대 습도, 전해질 전도도, 전해질 저항 및 전해질 농도에 관한 데이터를 제어 시스템(301)에 중계할 수 있다.
다음에, 반응기 시스템(313)과 연관된 감지된 온도에 기초하여 반응기 시스템(313)의 구성을 변경하기 위한 방법(800)에 대한 예시적인 실시예를 예시하는 도 8을 참조한다. 방법(800)은 제어 시스템(301)에 의해 실행될 수 있다.
802에서, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)과 연관된 주변 온도에 대해 하나 이상의 온도 센서(355)로부터 정보를 수신한다. 일부 경우에, 온도 센서(355)에 의해 측정된 온도는 반응기 시스템(313) 내부의 온도일 수 있다. 일부 다른 경우에, 온도 센서에 의해 측정된 온도는 반응기 셀 조립체(310) 내부의 온도일 수 있다.
804a에서, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)과 연관된 온도가 미리 정의된 임계 값 미만(즉, 이상적인 작동 온도 범위 미만)인지 여부를 결정한다. 만일 그러하다면, 806에서, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)에 대한 적절한 구성을 결정한다. 적절한 구성은 온도를 이상적인 범위로 상승시키기 위해 반응기 시스템(313)을 충분히 가열하는 것일 수 있다. 예를 들어, 반응기 시스템(313)과 연관된 주변 온도가 섭씨 20도 미만으로 측정된다면, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)에 대한 적절한 구성이 도 4b에 도시된 바와 같이 10 개의 활성 셀 구성인 것으로 결정할 수 있다. 대안적으로, 반응기 시스템(313)과 연관된 주변 온도가 섭씨 0도 미만으로 측정되는 경우, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)에 대한 적절한 구성이 각각 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이 8 개의 활성 셀 구성 또는 6 개의 활성 셀 구성인 것으로 결정할 수 있다.
808에서, 제어 시스템(301)은 릴레이 요소(304 내지 309)를 비활성화 및/또는 활성화함으로써 반응기 시스템(313)의 구성을 변경하도록 ECU(305)에 지시한다. 예를 들어, 806에서, 제어 시스템(301)이 반응기 시스템(313)에 대한 적절한 구성이 10 개의 활성 셀 구성인 것으로 결정하는 경우, 제어 시스템(301)은 ECU(305)로 하여금 제 1 반응기 릴레이(304)를 비활성화하고(만약 이전에 활성화된 경우) 그리고 제 2 반응기 릴레이(306)를 활성화하도록 지시할 수 있다. 806에서, 제어 시스템(301)이 반응기 시스템(313)에 대한 적절한 구성이 8 개의 활성 셀 구성인 것으로 결정하는 경우, 제어 시스템(301)은 ECU(305)로 하여금 제 1 반응기 릴레이(304) 또는 제 2 반응기 릴레이(306)를 비활성화하고(경우에 따라) 그리고 제 3 반응기 릴레이(308)를 활성화하도록 지시할 수 있다. 반응기 릴레이가 이전에 활성화되지 않은 경우, ECU(305)는 관련 반응기 릴레이를 직접 활성화할 것이다. 806에서, 제어 시스템(301)이 반응기 시스템(313)에 대한 적절한 구성이 6 개의 활성 셀 구성인 것으로 결정하는 경우, 제어 시스템(301)은 ECU(305)로 하여금 제 1 반응기 릴레이(304), 제 2 반응기 릴레이(306), 또는 제 3 반응기 릴레이(308) 중 하나를 비활성화하고(경우에 따라) 그리고 제 4 반응기 릴레이(309)를 활성화하도록 지시할 수 있다. 반응기 릴레이가 이전에 활성화되지 않은 경우, ECU(305)는 관련 반응기 릴레이를 직접 활성화할 것이다. 반응기 시스템(313)을 더 적은 수의 활성화된 셀로 수정하는 것은, 반응기 시스템(313)이 원하는 온도 범위(즉, 이상적인 작동 온도 범위)로 예열되게 할 것이다.
대안적으로, 804a에서, 반응기 시스템(313)과 연관된 온도가 미리 정해진 임계값 미만이 아닌 것으로 결정하는 경우, 제어 시스템(301)은, 804b에서 온도가 미리 정해진 임계 값을 초과하는지 여부를 결정한다. 예를 들어, 일부 경우에, 반응기 시스템(313)은 증가된 가스 발생으로 인해 과도한 열을 생성할 수 있다. 만일 그러하다면, 제어 시스템(301)은 806에서 반응기 셀 조립체(310)에 대한 적절한 구성을 결정한다. 예를 들어, 반응기 시스템(313)이 6 개 또는 8 개의 활성 셀 구성에서 작동하고 과도한 열을 생성하는 경우, 제어 시스템(301)은 도 4b에 도시된 바와 같이 10 개의 활성 셀 구성 또는 도 4a에 도시된 바와 같이 12 개의 활성 셀 구성이 보다 적절하다는 것을 결정할 것이다.
808에서, 제어 시스템(301)은 릴레이 요소(304 내지 309)를 비활성화 및/또는 활성화함으로써 반응기 시스템(313)의 구성을 변경하도록 ECU(305)에 지시한다. 예를 들어, 제어 시스템(301)은 ECU(305)로 하여금 제 3 반응기 릴레이(308) 또는 제 4 반응기 릴레이(309)의 비활성화(이전에 활성화된 경우) 및 제 1 반응기 릴레이(304) 또는 제 2 반응기 릴레이(308)의 활성화를 유발하여 구성을 각각 12 개의 활성 셀 구성 또는 10 개의 활성 셀 구성으로 수정하게 지시할 수 있다. 더 많은 수의 활성 셀로 반응기 시스템(313)의 구성을 변경하는 것은, 반응기 시스템(313)을 적절한 온도로 냉각시키는 데 도움이 될 것이다.
제어 시스템(301)이 반응기 시스템(313)과 연관된 온도가 804b에서 미리 정해진 임계 값을 초과하는 것으로 결정하지 않는 경우, 프로세스는 제어 시스템(301)이 하나 이상의 온도 센서(355)로부터 온도 측정 값을 계속 수신하는 802로 되돌아간다.
다음에, 반응기 시스템(313)의 감지된 전류 소비에 기초하여 반응기 시스템(313)의 구성을 변경하기 위한 방법(900)에 대한 예시적인 실시예를 예시하는 도 9를 참조한다. 방법(900)은 제어 시스템(301)에 의해 실행될 수 있다.
902에서, 제어 시스템(301)은 모니터링 시스템(350)과 같은 모니터링 시스템으로부터 전류 소비 데이터를 수신한다. 모니터링 시스템(350)은, 반응기 시스템(313)에 의한 전류 소비를 모니터링하도록 구성된 하나 이상의 전류 센서(370)를 포함할 수 있다.
904a에서, 제어 시스템(301)은 전류 소비 레벨이 제 1 미리 정해진 범위 내에 있는지를 결정하기 위해 전류 소비 데이터를 사용한다. 예시적인 실시예에서, 제 1 미리 정해진 범위는 전류 소비의 이상적인 범위인 전류 소비의 범위일 수 있다. 비제한적인 예로서, 전류 소비의 제 1 미리 정해진 범위는 15A 내지 20A일 수 있다. 이는, 더 차가운 온도가 반응기 시스템(313)의 전류 소비를 느리게하기 때문에 반응기 시스템(313)이 이상적인 온도에서 작동하고 있음을 나타낼 수 있다.
904a에서, 전류 소비가 제 1 미리 정해진 범위 내에 있는 것으로 결정되는 경우, 906에서, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)에 대한 구성을 제 1 미리 정해진 구성으로 수정한다. 비제한적인 예로서, 제 1 미리 정해진 구성은 도 4a에 도시된 바와 같이 12 개의 활성 셀 구성일 수 있다. 제어 시스템(301)은, ECU(305)가 제 1 반응기 릴레이(304)를 활성화하도록 지시함으로써 반응기 시스템(313)을 12 개의 활성 셀 구성으로 수정한다.
대안적으로, 904a에서, 반응기 시스템(313)의 전류 소비가 제 1 미리 정해진 범위 내에 있지 않은 것으로 결정되는 경우, 제어 시스템(301)은, 904b에서, 전류 소비가 제 2 미리 정해진 범위 내에 있는지 여부를 결정하고, 여기서 전류 소비의 제 2 미리 정해진 범위는 제 1 미리 정해진 범위보다 낮다. 비제한적인 예로서, 전류 소비의 제 2 미리 정해진 범위는 6A 내지 10A일 수 있다. 이는, 온도가 감소함에 따라 반응기 시스템(313)의 전류 소비가 감소하기 때문에 반응기 시스템(313)이 이상적인 온도 이하 또는 더 낮은 온도에서 작동하고 있음을 나타낼 수 있다. 게다가, 반응기 시스템(313)에 의한 전류 소비의 감소는 또한 전해 과정을 감소시키고 이에 따라 가스 발생 속도를 감소시킨다.
전류 소비가 904b에서 제 2 미리 정해진 범위 내에 있는 것으로 밝혀지는 경우, 프로세스는 908로 진행하며, 여기에서 반응기 시스템(313)의 구성이 제 2 미리 정해진 구성으로 수정된다. 제 2 미리 정해진 구성은 제 1 미리 정해진 구성보다 활성 셀 수가 감소된 구성이다. 비제한적인 예로서, 제 2 미리 정해진 구성은 도 4b에 도시된 바와 같이 10 개의 활성 셀 구성일 수 있다. 활성 셀의 수를 줄임으로써, 셀당 전류 소비가 증가하며 이에 의해 반응기 시스템(313)에서 전해 과정이 증가한다. 이는 가스 발생 속도를 증가시켜 반응기 시스템(313)의 열의 증가를 유발한다. 이에 따라, 반응기 시스템(313)의 온도가 증가하고, 이는 후속적으로 반응기 시스템(313)의 전류 소비를 증가시킨다.
제어 시스템(301)은, ECU(305)가 제 2 반응기 릴레이(306)를 활성화하도록 지시함으로써 반응기 시스템(313)을 10 개의 활성 셀 구성으로 수정한다. 제 1 반응기 릴레이(304)가 이전에 활성화된 경우에, 제어 시스템(301)은 ECU(305)가 제 2 반응기 릴레이(306)를 활성화하도록 지시하기 전에 제 1 반응기 릴레이를 비활성화하도록 ECU(305)에 지시한다.
그러나, 904b에서, 전류 소비가 제 2 미리 정해진 범위 내에 있지 않다고 결정되면, 프로세스는 904c로 진행하며 여기서 전류 소비가 제 3 미리 정해진 범위 내에 있는지를 결정하고, 제 3 미리 정해진 범위는 제 2 미리 정해진 범위보다 낮다. 비제한적인 예로서, 전류 소비의 제 3 미리 정해진 범위는 0A 내지 5A일 수 있다. 반응기 시스템(313)에 의한 이상적인 전류 소비보다 낮은 것은, 반응기 시스템(313)이 매우 낮은 온도에서 작동하고 있음을 나타낼 수 있다. 또한, 이는 반응기 시스템(313)에 의한 가스 발생 속도를 실질적으로 감소시킬 수 있다.
전류 소비가 904c에서 제 3 미리 정해진 범위 내에 있는 것으로 밝혀지는 경우, 프로세스는 910으로 진행하며, 여기에서 반응기 시스템(313)의 구성이 제 3 미리 정해진 구성으로 수정된다. 910에서, 제 3 미리 정해진 구성은 제 2 미리 정해진 범위보다 감소된 활성 셀 수를 갖는 구성이다. 비제한적인 예로서, 제 3 미리 정해진 구성은 도 4c에 도시된 바와 같은 8 개의 활성 셀 구성 또는 도 4d에 도시된 바와 같은 6 개의 활성 셀 구성일 수 있다. 이에 따라, 제어 시스템(301)은, ECU(305)가 제 3 반응기 릴레이(308)를 활성화하도록 지시함으로써 반응기 시스템(313)을 8 개의 활성 셀 구성으로 수정할 수 있다. 다른 경우에, 제어 시스템(301)은, ECU(305)가 제 4 반응기 릴레이(309)를 활성화하도록 지시함으로써 반응기 시스템(313)을 6 개의 활성 셀 구성으로 수정할 수 있다. 제 1 반응기 릴레이(304) 또는 제 2 반응기 릴레이(306)가 이전에 활성화된 경우에, 제어 시스템(301)은 ECU(305)가 제 3 반응기 릴레이(308) 또는 제 4 반응기 릴레이(309)를 활성화하도록 지시하기 전에 먼저 ECU(305)에 제 1 또는 제 2 반응기 릴레이(경우에 따라)를 비활성화하도록 지시할 수 있다.
활성 셀의 수를 8 셀 또는 6 셀로 줄임으로써, 셀당 전류 소비가 증가하며 이에 의해 반응기 시스템(313)에서 전해 과정이 증가한다. 이는 가스 발생 속도를 증가시켜 반응기 시스템(313)의 열의 증가를 유발한다. 이에 따라, 반응기 시스템(313)의 온도가 증가하고, 이는 후속적으로 반응기 시스템(313)의 전류 소비를 증가시킨다.
그러나, 반응기 시스템(313)의 전류 소비가 904c에서 제 3 미리 정해진 범위 내에 있는 것으로 결정되지 않는 경우, 프로세스는 902로 복귀하며, 여기서 반응기 시스템(313)에 의한 전류 소비가 계속 모니터링된다.
임의의 경우(906, 908, 912)에, 제어 시스템(301)이 반응기 셀 조립체(313)의 구성을 변경한다면, 방법(900)은 912에서 종료된다.
다음으로, 반응기 시스템(313)에 연결된 ICE의 수소 및 산소 요구에 따라 반응기 시스템(313)의 구성을 변경하기 위한 방법(1000A)에 대한 예시적인 실시예를 예시하는 도 10a를 참조한다. 방법(1000A)은 제어 시스템(301)에 의해 실행될 수 있다.
1002A에서, 제어 시스템(301)은 ICE(208)의 수소 가스 및 산소 가스 요구에 관한 정보를 수신한다. ICE(208)의 가스 요구가 공지되면, 반응기 시스템(313)에 의해 실행되는 전해 과정은 그러한 요구를 수용하도록 수정될 수 있다. 일부 경우에, ICE(208)의 작동 조건은 제어 시스템(301)에 의해 수신되며, 여기서 작동 조건은 ICE(208)의 가스 요구를 결정하기 위해 분석 및 처리된다. ICE(208)의 작동 조건은 ECM(206)으로부터 수신될 수 있다. 일부 다른 경우에, ICE(208)의 가스 요구는 외부 소스로부터 수신된다.
1004A에서, 제어 시스템(301)은 또한 반응기 시스템(313)의 가스 발생의 현재 속도에 관한 정보를 수신한다. 예를 들어, 제어 시스템(301)은 전류 센서(370)로부터 전류 소비 정보를 수신할 수 있다. 그 다음, 전류 소비 정보는 반응기 시스템(313)에 의한 가스 발생의 현재 속도를 결정하기 위해 제어 시스템(301)에 의해 사용될 수 있다. 제어 시스템(301)은 하나 이상의 전류 센서(370)를 포함할 수 있는 모니터링 시스템(350)을 통해 전류 소비 정보를 수신할 수 있다.
1006A에서, 제어 시스템(301)은 ICE(208)의 수소 및 산소 가스 요구를 충족시키기 위해 반응기 시스템(313)의 가스 발생 속도가 증가 또는 감소되어야 하는지 여부를 결정한다. 1006A에서의 결정은 1002A 및 1004A에서 수집된 정보를 사용하여 이루어질 수 있다.
제어 시스템(301)이 1006A에서 ICE(208)가 수소 및 산소 가스의 추가 입력을 필요로 한다고 결정하는 경우, 1008A에서, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)의 현재 온도를 결정한다. 예를 들어, 제어 시스템(301)은 온도 센서(355)로부터 수신된 주변 온도 정보에 기초하여 반응기 시스템(313)의 현재 온도를 결정할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제어 시스템(301)은 또한 전류 센서(370)로부터 수신된 전류 소비 정보를 사용하여 반응기 시스템(301)의 상대 온도를 결정할 수 있다.
1010A에서, 제어 시스템(301)은 ICE(208)의 가스 요구(1006A에서 결정됨), 반응기 시스템(313)의 현재 가스 발생 속도(1004A에서 결정됨) 및 반응기 시스템(313)의 현재 온도(1008A에서 결정됨)에 기초하여 반응기 시스템(313)의 구성을 변경한다. 예를 들어, 제어 시스템(301)이 ICE(208)가 현재 반응기 시스템(313)에 의해 공급되고 있지 않은 수소 및 산소의 추가 입력을 필요로 한다고 결정하는 경우, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)에 대한 적절한 구성이 도 4b에 도시된 바와 같은 10 개의 활성 셀 구성, 도 4c에 도시된 바와 같은 8 개의 활성 셀 구성, 또는 도 4d에 도시된 바와 같은 6 개의 활성 셀 구성 중 하나인 것으로 결정할 수 있다. 반응기 시스템(313)의 구성을 적은 수의 활성 셀로 변경하는 것은, 이에 따라 반응기 시스템(313)에서 ICE(208)로의 수소 및 산소 발생을 증가시킬 것이다. 이에 따라, 제어 시스템(301)은 릴레이 요소(304 내지 309)를 비활성화 또는 활성화함으로써 구성을 변경하도록 ECU(305)에 지시할 수 있다.
예를 들어, 제어 시스템(301)이 반응기 시스템(313)에 대한 적절한 구성이 10 개의 활성 셀 구성인 것으로 결정하는 경우, 제어 시스템(301)은 ECU(305)에 제 2 반응기 릴레이(306)를 활성화하도록 지시한다. 제 1 반응기 릴레이(304), 제 3 반응기 릴레이(308) 또는 제 4 반응기 릴레이(309)가 이전에 활성화된 경우, 제어 시스템(301)은 먼저 ECU(305)에 제 1, 제 3 또는 제 4 반응기 릴레이를 (경우에 따라) 비활성화하도록 지시하고 이어서 ECU(305)에 제 2 반응기 릴레이(306)를 활성화하도록 지시한다.
유사하게, 제어 시스템(301)이 반응기 시스템(313)에 대한 적절한 구성이 8 개 또는 6 개의 활성 셀 구성인 것으로 결정하는 경우, 제어 시스템(301)은 ECU(305)에 각각 제 3 반응기 릴레이(308) 또는 제 4 반응기 릴레이(309)를 활성화하도록 지시한다. 제 1 반응기 릴레이(304) 또는 제 2 반응기 릴레이(308)가 이전에 활성화된 경우, 제어 시스템(301)은 먼저 ECU(305)에 제 1 또는 제 2 반응기 릴레이를 (경우에 따라) 비활성화하도록 지시한 다음 ECU(305)에 제 3 반응기 릴레이(308) 또는 제 4 반응기 릴레이(309)를 활성화하도록 지시한다.
그러나, 반응기 시스템(313)의 구성을 더 적은 활성 셀 구성으로 변경함으로써, 전해 속도가 증가하여 반응기 시스템(313) 내의 열 발생이 증가할 수 있다. 이는 반응기 시스템(313)의 온도를 증가시키는 효과를 가질 수 있다. 그러나, 반응기 시스템(313)이 이미 고온에서 작동하고 있는 경우, 반응기 시스템(313)의 활성 전해 셀의 수를 줄이는 것은 이것이 반응기 시스템(313)을 과열시키는 효과를 가질 수 있기 때문에 이상적이지 않을 수 있다. 이에 따라, 예시된 실시예에서, 제어 시스템(301)은 또한 반응기 시스템(313)의 구성을 변경하기 전에 1010A에서 반응기 시스템(313)의 온도를 고려한다.
예를 들어, 반응기 시스템(313)이 이미 고온에서 작동하고 있는 것으로 결정되는 경우(즉, 온도 또는 전류 센서에 의해 결정됨), 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)을 10 개, 8 개 또는 6 개의 활성 셀 구성으로 전환하는 것은 단지 반응기 시스템(313)의 온도를 더 증가시킬 것(즉, 가스 발생 증가의 결과)이라는 것을 결정할 것이다. 이에 따라, 제어 시스템(301)은 현재 셀 구성을 유지하는 것이 적절한 것으로 결정할 수 있다.
1014A에서, 제어 시스템(301)이 (필요한 경우) 반응기 시스템의 구성을 적절하게 수정하면, 방법(1000A)이 종료된다.
대안으로, 제어 시스템(301)이 1006A에서 ICE(208)에 공급되는 수소 및 산소 가스의 추가 공급이 필요하지 않은 것으로 결정하는 경우, 제어 시스템(301)은 ICE(208)가 과잉 수소와 산소를 수용하고 있는지 여부를 1006A'에서 결정한다.
만약 그러한 것으로 결정되는 경우, 제어 시스템(301)은 1012A에서 반응기 시스템(313)에 대한 구성을 변경한다. 예를 들어, 제어 시스템(301)이 ICE(208)가 더 적은 수소 및 산소 입력을 필요로 하는 것으로 결정하는 경우, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(313)에 대한 구성을 도 4A에 도시된 바와 같이 12 개의 활성 셀 구성 또는 도 4b에 도시된 바와 같이 10 개의 활성 셀 구성으로 수정한다. 많은 수의 활성 셀을 갖도록 반응기 시스템(313)의 구성을 변경하는 것은, 반응기 시스템(313)에 의해 ICE(208)로 전달되는 수소 및 가스의 양을 감소시킬 것이다. 특히, 제어 시스템(301)은 908에서 릴레이 요소(304 내지 309)를 비활성화 또는 활성화함으로써 구성을 변경하도록 ECU(305)에 지시할 수 있다.
예를 들어, 1012A에서, 제어 시스템(301)이 반응기 시스템(313)에 대한 구성을 10 개의 활성 셀 구성으로 수정하는 경우, 제어 시스템(301)은 ECU(305)에 제 2 반응기 릴레이(306)를 활성화하도록 지시한다. 제 1 반응기 릴레이(304), 제 3 반응기 릴레이(308) 또는 제 4 반응기 릴레이(309)가 이전에 활성화된 경우에, 제어 시스템(301)은 먼저 ECU(305)에 제 1, 제 3 또는 제 4 반응기 릴레이를 (경우에 따라) 비활성화하도록 지시한 다음 ECU(305)에 제 2 반응기 릴레이(306)를 활성화하도록 지시한다.
유사하게, 1012A에서, 제어 시스템(301)이 반응기 시스템(313)에 대한 적절한 구성이 12 개의 활성 셀 구성인 것으로 결정하는 경우, 제어 시스템(301)은 ECU(305)에 제 1 반응기 릴레이(304)를 활성화하도록 지시한다. 제 2 반응기 릴레이(306), 제 3 반응기 릴레이(308) 또는 제 4 반응기 릴레이(309)가 이전에 활성화된 경우, 제어 시스템(301)은 먼저 ECU(305)에 제 2, 제 3 또는 제 4 반응기 릴레이를 (경우에 따라) 비활성화하도록 지시한 다음 ECU(305)에 제 1 반응기 릴레이(304)를 활성화하도록 지시한다.
제어 시스템(301)이 ICE(208)가 1006A'에서 잉여 가스를 수용하지 않는 것으로 결정하는 경우, 프로세스는 1002A로 복귀하며 여기서 제어 시스템(301)이 ECM(206)으로부터 모니터링 정보를 계속 수신한다.
제어 시스템(301)이 반응기 시스템의 구성을 적절하게 수정하면, 프로세스는 1014A에서 종료된다.
다음으로, 반응기 시스템(313)에 연결된 ICE의 수소 및 산소 요구에 따라 반응기 시스템(313)의 구성을 변경하기 위한 방법(1000B)에 대한 추가 예시적인 실시예를 예시하는 도 10b를 참조한다. 방법(1000B)은 또한 제어 시스템(301)에 의해 실행될 수 있다.
특히, 방법(1000B)은, 1006B'에서 ICE(208)에 더 많은 수소 및 산소 가스가 공급되어야 한다고 결정되는 경우 1011B에서, 제어 시스템(301)이 반응기 시스템의 온도를 결정하고, 이어서 1012B'에서, 반응기 시스템(313)의 온도에 추가로 기초하여 반응기 시스템(313)의 구성을 변경하는 것을 제외하고는 도 10a의 방법(1000A)과 유사하다.
전술한 바와 같이, 제어 시스템(301)은 온도 센서(355)로부터 수신된 정보를 사용하여 반응기 시스템(301)의 주변 온도를 결정할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제어 시스템(301)은 또한 예를 들어, 전류 센서(370)로부터 수신된 전류 소비 정보를 사용하여 반응기 시스템(301)의 상대 온도를 결정할 수 있다.
그 다음에, 1012B'에서, 제어 시스템(301)은 ICE(208)의 가스 요구 뿐만 아니라 반응기 시스템(301)의 온도 둘 모두에 기초하여 반응기 시스템의 구성을 변경할 수 있다. 적어도 일부 경우에, 제어 시스템(301)은 반응기 시스템(301)에 대한 더 많은 활성 셀 구성(예를 들어, 10 개의 활성 셀 또는 12 개의 활성 셀)이 가스 발생을 감소시키는 데 필요하지만, 반응기 시스템(301)은 이미 저온에서 작동하는 것으로 결정할 수 있다. 이에 따라, 반응기 시스템(301)에 대한 셀 구성을 더 많은 수의 활성 셀로 수정하는 것은, 반응기 시스템(301)의 작동 온도를 바람직하지 않게 감소시킬 수 있다. 그러한 경우, 제어 시스템(301)은 1012B'에서, 반응기 시스템의 구성이 변경되지 않을 수 있다고 결정할 수 있다.
본원에 설명된 예시적인 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 특정 세부 사항이 본원에 제시된다. 그러나, 이러한 실시예가 이러한 특정 세부 사항 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 다른 예에서, 주지된 방법, 절차 및 구성요소는 실시예의 설명을 모호하게 하지 않도록 상세하게 설명되지 않았다. 더욱이, 이 설명은 어떤식으로든 이들 실시예의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되며, 오히려 이러한 다양한 실시예의 구현을 설명하는 것으로만 간주되어야 한다.

Claims (49)

  1. 전해 반응기(electrolytic reactor)의 구성을 변경하기 위한 시스템으로서,
    복수의 전해 셀을 포함하는 전해 반응기 조립체(electrolytic reactor assembly) ― 상기 복수의 전해 셀은 전해질 용액에 전기 분해를 수행하도록 구성되고, 상기 전해 반응기 조립체는 적어도 2 개의 작동 모드에서 작동하도록 구성됨 ―;
    상기 전해 반응기 조립체에 결합된 적어도 하나의 스위칭 요소(switching element);
    상기 적어도 하나의 스위칭 요소 및 상기 전해 반응기 조립체에 작동식으로 결합된 제어 유닛(control unit); 및
    상기 제어 유닛, 상기 전해 반응기 조립체 및 상기 적어도 하나의 스위칭 요소에 결합된 모니터링 시스템(monitoring system)을 포함하고, 상기 모니터링 시스템은 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 적어도 하나의 속성을 모니터링하도록 구성되고,
    상기 제어 유닛은 상기 모니터링 시스템에 의해 모니터링되는 상기 전해 반응기 조립체의 적어도 하나의 속성에 기초하여 적어도 2 개의 작동 모드 사이에서 상기 전해 반응기 조립체의 구성을 변경하도록 구성되는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링 시스템은 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 주변 온도를 모니터링하도록 구성된 온도 센서를 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 주변 온도에 기초하여 상기 전해 반응기 조립체의 구성을 변경하도록 구성되는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 상기 전해 반응기 조립체에 근접하게 위치되는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링 시스템은 상기 전해 반응기 조립체에 의한 전류 소비를 모니터링하도록 구성된 전류 센서를 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 전해 반응기 조립체에 의한 전류 소비에 기초하여 상기 전해 반응기 조립체의 구성을 변경하도록 구성되는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전해 반응기 조립체의 가스 발생 속도는 상기 전해 반응기 조립체의 전류 소비에 기초하여 결정되는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전해 셀은 제 1 셀 유닛과 제 2 셀 유닛 사이에서 분할되고,
    상기 제 1 셀 유닛과 상기 제 2 셀 유닛은 서로에 대해 병렬로 배열되고,
    상기 제 1 셀 유닛 및 상기 제 2 셀 유닛 각각 내에 있는 전해 셀은 서로에 대해 직렬로 배열되는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 셀 유닛 및 상기 제 2 셀 유닛은 공통 네거티브를 공유하는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 셀 유닛 및 상기 제 2 셀 유닛 각각은 6 개의 전해 셀을 포함하는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스위칭 요소는,
    상기 제 1 셀 유닛에서 6 개의 전해 셀에 그리고 상기 제 2 셀 유닛에서 6 개의 전해 셀에 결합된 제 1 스위칭 요소,
    상기 제 1 셀 유닛에서 5 개의 전해 셀에 그리고 상기 제 2 셀 유닛에서 5 개의 전해 셀에 결합된 제 2 스위칭 요소,
    상기 제 1 셀 유닛에서 4 개의 전해 셀에 그리고 상기 제 2 셀 유닛에서 4 개의 전해 셀에 결합된 제 3 스위칭 요소,
    상기 제 1 셀 유닛에서 3 개의 전해 셀에 그리고 상기 제 2 셀 유닛에서 3 개의 전해 셀에 결합된 제 4 스위칭 요소 중 적어도 하나를 포함하는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 모니터링 시스템으로부터의 제 1 신호에 기초하여 제 1 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동하도록 구성되고, 상기 제 1 신호는 주변 온도가 제 1 미리 정해진 온도 범위 내에 있음을 나타내는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 모니터링 시스템으로부터의 제 1 신호에 기초하여 상기 제 1 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동하도록 구성되며, 상기 제 1 신호는 상기 전해질 반응기 조립체의 전류 소비가 제 1 미리 정해진 전류 소비 범위 내에 있음을 나타내는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 모니터링 시스템으로부터의 제 2 신호에 기초하여 상기 제 2 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동하도록 구성되고, 상기 제 2 신호는 주변 온도가 제 2 미리 정해진 온도 범위 내에 있음을 나타내며, 상기 제 2 미리 정해진 온도 범위는 상기 미리 정해진 제 1 온도 범위보다 낮은, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템..
  13. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 모니터링 시스템으로부터의 제 2 신호에 기초하여 상기 제 2 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동하도록 구성되고, 상기 제 2 신호는 상기 전해 반응기 조립체의 전류 소비가 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위 내에 있음을 나타내며, 상기 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위는 상기 제 1 미리 정해진 전류 소비 범위보다 낮은, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동시키는 것은, 상기 전해 반응기 시스템이 상기 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동시키는 것보다 더 많은 열을 생성하게 하는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 모니터링 시스템으로부터의 제 3 신호에 기초하여 상기 제 3 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 3 작동 모드로 작동하도록 구성되고, 상기 제 3 신호는 주변 온도가 상기 제 3 미리 정해진 온도 범위 내에 있고, 상기 제 3 미리 정해진 온도 범위는 상기 제 2 미리 정해진 온도 범위보다 낮은, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  16. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 모니터링 시스템으로부터의 제 3 신호에 기초하여 상기 제 3 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 3 작동 모드로 작동하도록 구성되고, 상기 제 3 신호는 상기 전해 반응기 조립체의 전류 소비가 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위 내에 있고, 상기 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위는 상기 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위보다 낮은, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 전해 반응기 조립체를 제 3 작동 모드로 작동시키는 것은, 상기 전해 반응기 시스템이 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드 또는 제 2 작동 모드로 작동시키는 것보다 더 많은 열을 생성하게 하는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  18. 제 9 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 모니터링 시스템으로부터의 제 4 신호에 기초하여 상기 제 4 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동하도록 구성되고, 상기 제 4 신호는 주변 온도가 제 3 미리 정해진 온도 범위 내에 있음을 나타내는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  19. 제 9 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 모니터링 시스템으로부터의 제 4 신호에 기초하여 상기 제 4 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동하도록 구성되고, 상기 제 4 신호는 상기 전해 반응기 조립체의 전류 소비가 상기 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위 내에 있음을 나타내는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동시키는 것은, 상기 전해 반응기 시스템이 전해 반응기 조립체를 상기 제 1 작동 모드, 상기 제 2 작동 모드, 또는 상기 제 3 작동 모드에서 작동시키는 것보다 더 많은 열을 생성하게 하는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모니터링 시스템은 내연 기관의 하나 이상의 작동 상태를 모니터링하도록 추가로 구성되고, 상기 제어 유닛은 상기 내연 기관의 하나 이상의 작동 상태에 적어도 기초하여 적어도 하나의 스위칭 요소를 제어하도록 구성되는, 전해 반응기의 구성을 변경하기 위한 시스템.
  22. 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법으로서,
    상기 전해 반응기는 복수의 전해 셀을 포함하는 전해 반응기 조립체를 포함하고 상기 전해 반응기 조립체는 상기 전해 반응기 조립체가 전해질 용액에 대해 전기 분해를 수행하고 적어도 2 개의 작동 모드에서 작동하도록 구성되며, 상기 방법은,
    모니터링 시스템에 의해, 전해 반응기 조립체와 연관된 적어도 하나의 속성을 결정하는 단계;
    상기 모니터링 시스템에 결합된 제어 유닛에 의해, 적어도 하나의 속성을 분석하는 단계;
    상기 제어 유닛에 의해, 상기 적어도 하나의 속성에 기초하여 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 작동 모드를 결정하는 단계; 및
    적어도 하나의 스위칭 요소에 의해, 상기 전해 반응기의 구성을 상기 제어 유닛에 의해 결정된 작동 모드로 변경하는 단계를 포함하는, 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법.
  23. 제22 항에 있어서,
    제 1 스위칭 요소를 상기 전해 반응기 조립체 내의 제 1 미리 정해진 수의 전해 셀에 결합하는 단계;
    제 2 스위칭 요소를 상기 전해 반응기 조립체 내의 제 2 미리 정해진 수의 전해 셀에 결합하는 단계 ― 상기 제 2 미리 정해진 수의 전해 셀은 상기 제 1 미리 정해진 수의 전해 셀보다 적음 ―;
    제 3 스위칭 요소를 상기 전해 반응기 조립체 내의 제 3 미리 정해진 수의 전해 셀에 결합하는 단계 ― 상기 제 3 미리 정해진 수의 전해 셀은 상기 제 2 미리 정해진 수의 전해 셀보다 적음 ―; 및
    제 4 스위칭 요소를 상기 전해 반응기 조립체 내의 제 4 미리 정해진 수의 전해 셀에 결합하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 더 포함하며, 상기 제 4 미리 정해진 수의 전해 셀은 상기 제 3 미리 정해진 수의 전해 셀보다 적은, 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 모니터링 시스템으로부터의 제 1 신호가 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 제 1 미리 정해진 온도 범위를 식별하는 경우, 상기 제 1 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하는, 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법.
  25. 제23 항에 있어서,
    상기 모니터링 시스템으로부터의 제 1 신호가 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 제 1 미리 정해진 전류 소비 범위를 식별하는 경우, 상기 제 1 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하는, 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법.
  26. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모니터링 시스템으로부터의 제 2 신호가 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 제 2 미리 정해진 온도 범위를 식별하는 경우, 상기 제 2 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하며, 상기 제 2 미리 정해진 온도 범위는 상기 제 1 미리 정해진 온도 범위보다 낮은, 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법.
  27. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모니터링 시스템으로부터의 제 2 신호가 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위를 식별하는 경우, 상기 제 2 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하며, 상기 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위는 상기 제 1 미리 정해진 전류 소비 범위보다 낮은, 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법.
  28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,
    상기 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동시키는 단계는, 상기 전해 반응기 시스템이 상기 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동시키는 단계보다 더 많은 열을 생성하게 하는, 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법.
  29. 제 23 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모니터링 시스템으로부터의 제 3 신호가 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 제 3 미리 정해진 온도 범위를 식별하는 경우, 상기 제 3 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 상기 제 3 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제 3 미리 정해진 온도 범위는 상기 제 2 미리 정해진 온도 범위보다 낮은, 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법.
  30. 제 23 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모니터링 시스템으로부터의 제 3 신호가 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위를 식별하는 경우, 상기 제 3 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 3 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위는 상기 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위보다 낮은, 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법..
  31. 제 29 항 또는 제 30 항에 있어서,
    상기 전해 반응기 조립체를 제 3 작동 모드로 작동시키는 단계는, 상기 전해 반응기 시스템이 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드 또는 제 2 작동 모드로 작동시키는 단계보다 더 많은 열을 생성하게 하는, 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법.
  32. 제 23 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모니터링 시스템으로부터의 제 4 신호가 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 제 3 미리 정해진 온도 범위를 식별하는 경우, 상기 제 4 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하는, 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법.
  33. 제 23 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모니터링 시스템으로부터의 제 3 신호가 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위를 식별하는 경우, 상기 제 4 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하는, 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법.
  34. 제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,
    상기 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동시키는 단계는, 상기 전해 반응기 시스템이 전해 반응기 조립체를 상기 제 1 작동 모드, 상기 제 2 작동 모드, 또는 상기 제 3 작동 모드에서 작동시키는 단계보다 더 많은 열을 생성하게 하는, 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법.
  35. 제 23 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해 반응기는 내연 기관에 결합되고, 그리고 상기 전해 반응기에서 사용되는 전해질 용액은 물이고, 상기 방법은,
    내연 기관과 연관된 하나 이상의 작동 조건을 검출하는 단계 ― 상기 내연 기관은 탄소 기반 연료, 수소 가스 및 산소 가스의 혼합물을 연소하도록 구성됨 ―;
    상기 제어 유닛에서 상기 내연 기관이 더 많은 양의 수소 가스를 필요로 하는지를 결정하는 단계; 및
    상기 내연 기관에 의해 더 많은 양의 수소 가스가 요구되는 경우, 상기 제 2 스위칭 요소, 상기 제 3 스위칭 요소, 및 상기 제 4 스위칭 요소 중 적어도 하나를 활성화하는 단계를 더 포함하는, 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법.
  36. 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체로서,
    상기 명령은 프로세서로 하여금 전해 반응기의 구성을 변경하는 방법을 수행하는 것이 실행 가능하며, 상기 전해 반응기는 복수의 전해 셀을 포함하는 전해 반응기 조립체를 포함하며, 상기 전해 반응기 조립체는 전해질 용액에 대해 전기 분해를 수행하고 적어도 2 개의 작동 모드에서 작동하도록 구성되며, 상기 방법은,
    모니터링 시스템에 의해, 전해 반응기 조립체와 연관된 적어도 하나의 속성을 결정하는 단계;
    상기 모니터링 시스템에 결합된 제어 유닛에 의해, 상기 모니터링 시스템에 의해 결정된 적어도 하나의 속성을 분석하는 단계;
    상기 제어 유닛에 의해, 상기 적어도 하나의 속성에 기초하여 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 작동 모드를 결정하는 단계; 및
    적어도 하나의 스위칭 요소에 의해, 상기 전해 반응기의 구성을 상기 제어 유닛에 의해 결정된 작동 모드로 변경하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 상기 방법은,
    제 1 스위칭 요소를 상기 전해 반응기 조립체 내의 제 1 미리 정해진 수의 전해 셀에 결합하는 단계;
    제 2 스위칭 요소를 상기 전해 반응기 조립체 내의 제 2 미리 정해진 수의 전해 셀에 결합하는 단계 ― 상기 제 2 미리 정해진 수의 전해 셀은 상기 제 1 미리 정해진 수의 전해 셀보다 적음 ―;
    제 3 스위칭 요소를 상기 전해 반응기 조립체 내의 제 3 미리 정해진 수의 전해 셀에 결합하는 단계 ― 상기 제 3 미리 정해진 수의 전해 셀은 상기 제 2 미리 정해진 수의 전해 셀보다 적음 ―; 및
    제 4 스위칭 요소를 상기 전해 반응기 조립체 내의 제 4 미리 정해진 수의 전해 셀에 결합하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 더 포함하며, 상기 제 4 미리 정해진 수의 전해 셀은 상기 제 3 미리 정해진 수의 전해 셀보다 적은, 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 상기 방법은,
    상기 모니터링 시스템으로부터의 제 1 신호가 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 제 1 미리 정해진 온도 범위를 식별하는 경우, 상기 제 1 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
  39. 제 37 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 상기 방법은,
    상기 모니터링 시스템으로부터의 제 1 신호가 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 제 1 미리 정해진 전류 소비 범위를 식별하는 경우, 상기 제 1 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
  40. 제 37 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 상기 방법은,
    상기 모니터링 시스템으로부터의 제 2 신호가 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 제 2 미리 정해진 온도 범위를 식별하는 경우, 상기 제 2 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하며, 상기 제 2 미리 정해진 온도 범위는 상기 제 1 미리 정해진 온도 범위보다 낮은, 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
  41. 제 37 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 상기 방법은,
    상기 모니터링 시스템으로부터의 제 2 신호가 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위를 식별하는 경우, 상기 제 2 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하며, 상기 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위는 상기 제 1 미리 정해진 전류 소비 범위보다 낮은, 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
  42. 제 40 항 또는 제 41 항에 있어서,
    상기 전해 반응기 조립체를 제 2 작동 모드로 작동시키는 단계는, 전해 반응기 시스템이 제 1 작동 모드에서 전해 반응기 조립체를 작동시키는 단계보다 더 많은 열을 생성하게 하는, 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
  43. 제 37 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 상기 방법은,
    상기 모니터링 시스템으로부터의 제 3 신호가 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 제 3 미리 정해진 온도 범위를 식별하는 경우, 상기 제 3 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 상기 제 3 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제 3 미리 정해진 온도 범위는 상기 제 2 미리 정해진 온도 범위보다 낮은, 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
  44. 제 37 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 상기 방법은,
    상기 모니터링 시스템으로부터의 제 3 신호가 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위를 식별하는 경우, 상기 제 3 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 3 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위는 상기 제 2 미리 정해진 전류 소비 범위보다 낮은, 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
  45. 제 43 항 또는 제 44 항에 있어서,
    상기 전해 반응기 조립체를 제 3 작동 모드로 작동시키는 단계는, 상기 전해 반응기 시스템이 전해 반응기 조립체를 제 1 작동 모드 또는 제 2 작동 모드로 작동시키는 단계보다 더 많은 열을 생성하게 하는, 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
  46. 제 37 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 상기 방법은,
    상기 모니터링 시스템으로부터의 제 4 신호가 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 제 3 미리 정해진 온도 범위를 식별하는 경우, 상기 제 4 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
  47. 제 37 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 상기 방법은,
    상기 모니터링 시스템으로부터의 제 4 신호가 상기 전해 반응기 조립체와 연관된 제 3 미리 정해진 전류 소비 범위를 식별하는 경우, 상기 제 4 스위칭 요소를 활성화함으로써 상기 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동시키는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
  48. 제 46 항 또는 제 47 항에 있어서,
    상기 전해 반응기 조립체를 제 4 작동 모드로 작동시키는 단계는, 상기 전해 반응기 시스템이 전해 반응기 조립체를 상기 제 1 작동 모드, 상기 제 2 작동 모드, 또는 상기 제 3 작동 모드에서 작동시키는 단계보다 더 많은 열을 생성하게 하는, 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
  49. 제 37 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전해 반응기는 내연 기관에 결합되고, 그리고 전해 반응기에서 사용되는 전해질 용액은 물이고,
    상기 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하도록 실행 가능하며, 상기 방법은,
    내연 기관과 연관된 하나 이상의 작동 조건을 검출하는 단계 ― 상기 내연 기관은 탄소 기반 연료, 수소 가스 및 산소 가스의 혼합물을 연소하도록 구성됨 ―;
    상기 제어 유닛에서 상기 내연 기관이 더 많은 양의 수소 가스를 필요로 하는지를 결정하는 단계; 및
    상기 내연 기관에 의해 더 많은 양의 수소 가스가 요구되는 경우, 상기 제 2 스위칭 요소, 상기 제 3 스위칭 요소, 및 상기 제 4 스위칭 요소 중 적어도 하나를 활성화하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
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