KR20230121851A - 일산화질소를 생성하기 위한 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 일산화질소(NO) 생성 장치, 시스템 및 방법의 실시예를 제공하였다. 일부 실시예에서, NO 생성 장치는 액체 영역과 가스 영역을 구비하는 반응 챔버를 포함할 수 있다. 액체 영역은 반응 매질을 수용하도록 구성될 수 있고, 가스 영역은 NO가 함유된 생성물 가스를 수용하도록 구성될 수 있다. NO 생성 장치는 반응 매질에 배치된 여러 개의 전극을 더 포함할 수 있고 에너지원을 포함할 수 있으며, 상기 에너지원은 여러 개의 전극과 전기적으로 연결되고 여러 개의 전극 중의 적어도 하나의 전극에 기설정된 전압 또는 기설정된 전류를 인가하도록 구성되어, NO를 생성한다. NO 생성 장치는 캐리어 가스를 제공받도록 구성된 입구 회로를 더 포함하고, 상기 NO 생성 장치는 입구 회로와 유체 연통되며 반응 매질에서 캐리어 가스의 기포를 방출하도록 구성된 적어도 하나의 스파저를 포함할 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 12월 18일자에 제출한 출원번호가 202011502839.7인 중국 특허 출원, 2020년 12월 18일자에 제출한 출원번호가 202011502846.7인 중국 특허 출원, 2020년 12월 18일자에 제출한 출원번호가 202011502862.6인 중국 특허 출원, 2020년 12월 18일자에 제출한 출원번호가 202011508948.X인 중국 특허 출원, 2020년 12월 18일자에 제출한 출원번호가 202023064800.X인 중국 특허 출원, 2020년 12월 18일자에 제출한 출원번호가 202023064847.6인 중국 특허 출원, 2020년 12월 18일자에 제출한 출원번호가 202023064866.9인 중국 특허 출원, 2020년 12월 18일자에 제출한 출원번호가 202023072485.5인 중국 특허 출원, 2020년 12월 18일자에 제출한 출원번호가 202023072503.X인 중국 특허 출원, 2021년 2월 8일자에 제출한 출원번호가 202110183873.0인 중국 특허 출원, 2021년 2월 8일자에 제출한 출원번호가 202120353644.4인 중국 특허 출원, 2021년 2월 8일자에 제출한 출원번호가 202120353650.X인 중국 특허 출원을 우선권으로 주장하며, 이러한 전체 문헌은 전부가 인용되어 본문에 포함된다.
본 개시는 일산화질소를 생성 및/또는 수송하기 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 수요에 따라 일산화질소를 생성 및/또는 수송하기 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일산화질소(NO)는 수많은 생리학적 및 병리학적 과정에서 중요한 역할을 하는 기체성 신호 분자이다. NO는 중간 전달 메커니즘이 없는 상황에서 세포막을 통해 확산될 수 있으므로, 효율적이고 빠른 방식으로 인접한 세포 또는 조직에 신호를 보낼 수 있다. 예를 들어, 혈관내피세포에서 생성된 NO는 주변의 혈관 평활근에 이완 신호를 보낼 수 있어, 혈관이 확장되고 혈류가 증가하게 된다. NO는 인체 세포 생화학적 이벤트 중의 전자 전이 및 산화환원 반응에 참여할 수 있다. NO는 구아닐산고리화효소(guanylyl cyclase)를 활성화시킴으로써 내피 의존성 혈관 확장과 같은 각종 생리학적 효과를 일으킬 수 있다.
NO를 흡입하면, 인체의 산화 능력을 향상시킬 수 있고, 위험이 높은 체외 심폐 지원(extracorporeal cardiopulmonary support)에 대한 위중한 환자의 수요를 낮출 수 있다. 제어식 투여 방식으로 적당한 양의 NO를 흡입하면, 폐고혈압을 낮출 수 있고, 산소화를 개선할 수 있다. NO의 흡입은 이미 미국 식품 및 약품 관리국의 승인을 받아 약물로서 신생아 지속성 폐고혈압의 치료에 사용된다. NO 흡입 치료 방식은 신생아 호흡장애, 중환자 의학, 흉부외과 수술, 급성 호흡곤란증후군 및 마취학과 같은 각종 질환이나 임상 의학 분야에서도 사용되고 있다.
임상 환경에서는, 고압가스 탱크 또는 실린더를 사용하여 NO를 제공한다. 이러한 유형의 가스 탱크는 크기와 중량이 비교적 크고, 또한 이러한 가스 탱크는 일반적으로 바퀴식 수송 장치 또는 수레에 고정되며, 일반적으로 붐비는 중환자실의 침대 옆에 배치된다. 이러한 무겁고 큰 가스 탱크의 사용은 환자와 의료진의 안전에 위험을 가져다줄 수 있다. 예를 들어, 환자와 의료진은 시스템 설정 기간에 형성된 독성 이산화질소 또는 손상된 조정 장치, 밸브 또는 공급 배관에서의 잠재적인 NO 누출로 인해 형성된 독성 이산화질소에 노출될 수 있다. 의료진은 가스 탱크의 이동 또는 교체로 인해 신체적인 부상을 입을 수도 있다. 따라서, 이러한 단점 중의 하나 이상을 극복 및/또는 해결할 필요가 있다. 본 개시는 가스 탱크가 없거나 "탱크가 없는" 시스템 및 방법에 관한 것이며, 상기 시스템 및 방법은 요구에 기반하여 대량의 가압된 NO를 저장할 필요없이, 수요에 따라 NO를 생성할 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치를 제공하였다. 일부 실시예에서, 상기 장치는 액체 영역과 가스 영역을 구비하는 반응 챔버를 포함할 수 있다. 액체 영역은 반응 매질을 포함하도록 구성될 수 있다. 가스 영역은 NO가 함유된 생성물 가스를 포함하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 장치는 반응 매질에 배치된 여러 개의 전극을 포함할 수 있다. 여러 개의 전극은 음극(cathode)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 장치는 여러 개의 전극과 전기적으로 연결되는 에너지원을 포함할 수 있다. 에너지원은 음극에 기설정된 전압 또는 기설정된 전류를 인가하여 NO가 생성되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 장치는 반응 매질에 배치된 스파저(sparger)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 장치는 입구 회로(inlet circuit)를 포함할 수 있다. 입구 회로는 스파저와 유체 연통될 수 있으며, 상기 입구 회로는 캐리어 가스를 스파저로 수송하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 상기 장치는 출구 회로(outlet circuit)를 포함할 수 있다. 출구 회로는 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통될 수 있으며, 상기 출구 회로는 반응 챔버로부터 생성물 가스를 수송하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 상기 장치는 제1 순환 회로를 포함하고, 상기 제1 순환 회로는 제1 유체 흐름을 반응 챔버에 대해 순환시키도록 구성된다. 제1 순환 회로는 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통되는 제1 입구; 스파저와 유체 연통되는 제1 출구; 및 상기 제1 입구로부터 상기 제1 출구로의 제1 유체 흐름을 생성하도록 구성된 제1 펌프;를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 일산화질소를 생성하는 방법을 제공하였다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 에너지원을 통해 여러 개의 전극 중의 하나 또는 여러 개의 전극에 기설정된 전압 또는 기설정된 전류를 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 여러 개의 전극은 NO를 생성하도록 반응 챔버에 포함된 반응 매질에 구성될 수 있다. 여러 개의 전극은 음극을 포함할 수 있다. 반응 챔버는 가스 영역과 액체 영역을 포함할 수 있다. 액체 영역은 반응 매질을 포함하도록 구성될 수 있다. 가스 영역은 NO가 함유된 생성물 가스를 포함하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 입구 회로를 통해 캐리어 가스를 제공받는 단계를 포함할 수 있다. 입구 회로는 반응 매질에 배치된 스파저와 유체 연통될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 스파저를 통해 반응 매질에서 캐리어 가스의 기포를 방출하는 단계를 포함할 수 있다. 기포는 여러 개의 전극 중의 하나 또는 여러 개의 전극의 표면을 스윕(sweep)하여 지나갈 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 제1 순환 회로에서 제1 유체 흐름을 반응 챔버에 대해 순환시키는 단계를 포함할 수 있다. 제1 유체 흐름은 생성물 가스 흐름을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 생성물 가스를 반응 챔버로부터 출구 회로로 수송하여 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 출구 회로는 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통될 수 있다.
전술한 일반적인 설명과 아래의 상세한 설명은 예시적이고 해석적인 것일 뿐, 보호하고자 하는 개시된 실시예에 대한 한정이 아니라는 것을 이해해야 한다.
도면은 본 명세서의 일부분으로 구성된다. 도면은 본 개시의 약간의 실시예를 나타내며, 도면과 설명은 함께 첨부된 청구항에서 설명하는 특정된 개시 실시예의 원리를 해석하는 데 사용된다.
도 1은 본 개시의 일부 실시예에 따른 NO 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 개시의 일부 실시예에 따른 NO 생성 장치의 개략도이다.
도 3A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 제1 전극, 제2 전극 및 스파저의 개략도이다.
도 3B는 본 개시의 일부 실시예에 따른 스파저의 투시도이다.
도 4A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 NO 생성 장치에 의해 생성된 생성물 가스 중의 NO 농도와 전극에 인가된 전류를 그래프로 나타낸 것이다.
도 4B는 본 개시의 일부 실시예에 따른 NO 생성 장치에 의해 생성된 생성물 가스 중의 NO 농도가 시간에 따라 변화하는 것을 그래프로 나타낸 것이다.
도 4C는 본 개시의 일부 실시예에 따른 여러 기간 동안 NO 생성 장치에 의해 생성된 생성물 가즈 중의 NO 농도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 5A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 여과 장치의 분해도이다.
도 5B는 도 5A의 여과 장치의 횡단면 투시도이다.
도 5C는 도 5A의 여과 장치의 횡단면도이다.
도 6A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 압력 용기의 투시도이다.
도 6B는 도 6A의 압력 용기의 횡단면 투시도이다.
도 6C는 도 6A의 압력 용기의 또 다른 횡단면도이다.
도 7A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 폐가스 처리 장치의 평면 투시도이다.
도 7B는 도 7A의 폐가스 처리 장치의 저면 투시도이다.
도 7C는 도 7A의 폐가스 처리 장치의 횡단면도이다.
도 8A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 변환기의 분해도이다.
도 8B는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 변환기의 개략도이다.
도 9는 본 개시의 일부 실시예에 따른 환자에게 NO를 수송하는 통기 회로의 개략도이다.
도 10A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 수분 수집기의 투시도이다.
도 10B는 도 10A의 수분 수집기의 부분 투시도이다.
도 10C는 도 10A의 수분 수집기의 또 다른 부분 투시도이다.
도 11A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 모니터링 장치의 샘플링 프로세스의 개략도이다.
도 11B는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 모니터링 장치의 초기화 프로세스의 개략도이다.
도 11C는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 모니터링 장치의 세척 프로세스의 개략도이다.
도 11D는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 모니터링 장치의 교정 프로세스의 개략도이다.
도 12는 본 개시의 일부 실시예에 따른 NO 생성 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 개시의 일부 실시예에 따른 NO 생성 장치의 개략도이다.
도 3A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 제1 전극, 제2 전극 및 스파저의 개략도이다.
도 3B는 본 개시의 일부 실시예에 따른 스파저의 투시도이다.
도 4A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 NO 생성 장치에 의해 생성된 생성물 가스 중의 NO 농도와 전극에 인가된 전류를 그래프로 나타낸 것이다.
도 4B는 본 개시의 일부 실시예에 따른 NO 생성 장치에 의해 생성된 생성물 가스 중의 NO 농도가 시간에 따라 변화하는 것을 그래프로 나타낸 것이다.
도 4C는 본 개시의 일부 실시예에 따른 여러 기간 동안 NO 생성 장치에 의해 생성된 생성물 가즈 중의 NO 농도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 5A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 여과 장치의 분해도이다.
도 5B는 도 5A의 여과 장치의 횡단면 투시도이다.
도 5C는 도 5A의 여과 장치의 횡단면도이다.
도 6A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 압력 용기의 투시도이다.
도 6B는 도 6A의 압력 용기의 횡단면 투시도이다.
도 6C는 도 6A의 압력 용기의 또 다른 횡단면도이다.
도 7A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 폐가스 처리 장치의 평면 투시도이다.
도 7B는 도 7A의 폐가스 처리 장치의 저면 투시도이다.
도 7C는 도 7A의 폐가스 처리 장치의 횡단면도이다.
도 8A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 변환기의 분해도이다.
도 8B는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 변환기의 개략도이다.
도 9는 본 개시의 일부 실시예에 따른 환자에게 NO를 수송하는 통기 회로의 개략도이다.
도 10A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 수분 수집기의 투시도이다.
도 10B는 도 10A의 수분 수집기의 부분 투시도이다.
도 10C는 도 10A의 수분 수집기의 또 다른 부분 투시도이다.
도 11A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 모니터링 장치의 샘플링 프로세스의 개략도이다.
도 11B는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 모니터링 장치의 초기화 프로세스의 개략도이다.
도 11C는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 모니터링 장치의 세척 프로세스의 개략도이다.
도 11D는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 모니터링 장치의 교정 프로세스의 개략도이다.
도 12는 본 개시의 일부 실시예에 따른 NO 생성 방법의 흐름도이다.
아래는, 첨부도면을 결합하여 개시된 실시예를 상세히 참고한다. 별도의 정의가 없는 한, 기술적 용어 또는 과학적 용어는 본 분야의 당업자가 통상적으로 이해하는 의미를 구비한다. 본 분야의 당업자가 개시된 실시예를 실행할 수 있도록, 개시된 실시예에 대해 충분하고 상세한 설명을 진행하였다. 기타 실시예를 이용할 수 있고, 개시된 실시예의 범위를 벗어나지 않는 상황에서 변화시킬 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 재료, 방법 및 예시는 단지 설명적인 것일 뿐, 반드시 한정적이여야 한다는 것은 아니다.
본 개시는 하나 또는 여러 개의 전기 화학 반응에서 NO를 생성하기 위한 장치, 시스템 및 방법을 제공하였다. 본 개시의 일 측면에 따르면, 실시예는 NO를 포함하는 생성물 가스를 배출(output)할 수 있다. 기설정된 농도 및/또는 유량(flow rate)으로 생성물 가스 중의 NO를 생성하거나 수송할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서는 NO를 흡입하여 치료하도록, 임상 관련 농도 및/또는 유량을 가진 NO의 생성물 가스를 배출할 수 있다. 생성물 가스 중의 NO 농도 및/또는 유량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 생성물 가스 중의 NO 농도는 약 0 내지 약 20000ppm의 범위 내에 있을 수 있다.
본 개시에서 가스 농도를 설명하는 데 사용되는 무차원 단위(dimensionless unit) "ppm"은 백만분의 몇의 부피를 의미하고, 기타 농도 단위, 예를 들어 백만분의 몇 몰 또는 리터당 밀리그램(mg/L)으로 전환 가능하다. 본 개시에서 가스 농도를 설명하는 데 사용되는 무차원 단위 "%" 또는 "부피%"는 부피백분율을 의미하고, 기타 농도 단위, 예를 들어 중량백분율 또는 몰농도로 전환 가능하다. 본문에 사용된 바와 같이, 값의 범위 중의 "약"은 상기 값의 범위에 정상적인 산업 및 주제의 변화 또는 제조 및/또는 작업에 사용되는 공차가 포함됨을 나타낸다. 본문에 사용된 바와 같이, 값의 범위 중의 문구 "보다 작음", "보다 큼", "하나의 값과 다른 하나의 값 사이" 또는 "하나의 값에서 다른 하나의 값까지"는 말단점과 말단점 내 또는 말단점 사이의 전체 값을 포함한다.
본 개시의 다른 일 측면에 따르면, 실시예는 적어도 하나의 작업 주기를 포함하는 단계에서 NO을 생성할 수 있다. 작업 주기 기간 동안, 생성물 가스 중의 NO 농도 및/또는 유량은 안정 상태(steady state)에 도달하고, 및/또는 안정 상태를 유지할 수 있다. 본문에서 설명한 바와 같이, 안정 상태 조건에서의 생성물 가스 중의 NO 농도 및/또는 유량은 안정 상태 오차로 인해 특정 값(certain value) 또는 특정 범위를 벗어날 수 있다. 예를 들어, 안정 상태 오차는 약 0내지 약 10%의 범위 내에 있을 수 있다. 작업 주기는 예를 들어 최대 약 60시간 또는 더욱 긴 시간 지속될 수 있다.
본 개시의 다른 일 측면에 따르면, 실시예는 적어도 하나의 램프 주기(ramp period)를 포함하는 단계에서 NO 생성할 수 있다. 본문에서 설명한 바와 같이, 램프 주기는 생성물 가스의 NO 농도가 초기 농도에서 기설정된 안정 상태 농도로 증가되거나 감소되는 과도 주기를 의미할 수 있다. 램프 주기는 램프 상승 주기 또는 램프 하강 주기일 수 있다. 예를 들어, 램프 주기의 범위는 약 2분 내지 약 10분일 수 있다. 예를 들어 중환자실에서 필요할 수 있는 것처럼, 안정적인 NO 흐름을 더욱 빠르게 또는 즉시 제공하도록, 램프 주기를 미리 설정하거나 조절할 수 있다.
본 개시의 다른 일 측면에 따르면, 실시예는 여러 단계에서 NO을 생성할 수 있다. NO 생성의 여러 단계에서는 시간의 흐름에 따라 동일한 환자를 치료하거나 상이한 환자를 치료할 수 있도록 NO를 제공할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예를 통해 생성되거나 수송된 NO의 하나 또는 여러 개의 파라미터를 미리 설정 및/또는 조절할 수 있다. 예를 들어, 단계의 수; 단계에서의 작업 주기 수; 작업 주기의 시작 시간 및/또는 종료 시간; 및/또는 단계의 작업 주기에서 생성물 가즈 중의 NO 농도 및/또는 유량;을 미리 설정 및/또는 조절할 수 있다.
본 개시의 다른 일 측면에 따르면, 건강 위험에 노출되는 것을 감소시키기 위해, 실시예에서는 생성물 가스 중에 존재할 수 있는 1종 또는 여러 종의 독성 불순물, 예를 들어 이산화질소를 감소하거나 제거할 수 있다.
아래에서는, 본 개시와 일치한 NO 생성을 위한 각종 장치, 시스템 및 방법을 설명하였다.
도 1은 본 개시의 일부 실시예에 따른 NO 시스템(10)의 예시도이다. 도 1과 같이, 일부 실시예에서, 시스템(10)은 NO 생성 장치(100)를 포함한다. NO 생성 장치(100)는 1종 또는 여러 종의 전기 화학 반응을 이용하여 NO를 생성한다. 일부 실시예에서, 시스템(10)은 캐리어 가스원(200)을 포함하고, 상기 캐리어 가스원은 NO 생성 장치(100)의 상류에 배치되며 상기 NO 생성 장치와 유체 연통된다. 캐리어 가스원(200)은 캐리어 가스(122)를 생성 또는 공급할 수 있다. 캐리어 가스(122)를 NO 생성 장치(100)에 공급하여, 생성된 NO가 NO 생성 장치(100)로부터 운송되어 나오도록 한다. 예를 들어, 캐리어 가스(122)는 생성된 NO를 NO 생성 장치(100)로부터 스윕, 퍼지 및/또는 연행할 수 있다.
NO 생성 장치(100)는 생성물 가스 중의 생성된 NO를 배출할 수 있다. 생성물 가스는 1종 또는 여러 종의 성분을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 생성물 가스는 캐리어 가스를 포함할 수 있다. 생성물 가스는 NO 생성 장치(100)로부터 하나 또는 여러 개의 하류 시스템 또는 장치로 흐를 수 있다. 하나 또는 여러 개의 하류 시스템 또는 장치는 NO 생성 장치(100)로부터 공급된 생성물 가스를 운송, 처리 및/또는 저장할 수 있다. 예를 들어, 생성물 가스는 수분, 1종 또는 여러 종의 독성 가스 및 고체 물질과 같은 1종 또는 여러 종의 불순물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 1종 또는 여러 종의 불순물을 감소하거나 제거하기 위해, 시스템(10)에는 하나 또는 여러 개의 여과 시스템 또는 장치가 포함된다. 일부 실시예에서, 유산소 또는 무산소 상황에서 환자에게 NO를 수송하기 위해 시스템(10)에는 통기 회로가 포함된다. 아래에서는 시스템(10) 및 시스템(10)을 사용하여 NO를 생성하는 방법의 각종 실시예를 설명하였다.
NO의 전기화학적 생성
도 2는 본 개시의 일부 실시예에 따른 NO 생성 장치(100)의 개략도이다. NO 생성 장치(100)는 반응 매질(112) 중의 하나 또는 여러 개의 전기화학적 반응에서 NO가 생성되도록 구성된다. 도 2와 같이, 일부 실시예에서, NO 생성 장치(100)는 반응 챔버(102)와 여러 개의 전극을 포함한다. 일부 실시예에서, 반응 챔버(102)는 액체 영역(108)과 가스 영역(110)을 포함한다. 액체 영역(108)은 반응 매질(112)을 제공받도록 구성된다. 가스 영역(110)은 반응 매질(112)에서 생성된 및/또는 상기 반응 매질로부터 운송된 가스를 제공받도록 구성된다.
일부 실시예에서, 반응 챔버(102)는 제1 측(104)과 제2 측(106)을 구비한다. 제1 측(104)은 반응 챔버(102)의 상부 측일 수 있다. 제2 측(106)은 반응 챔버(102)의 바닥 측일 수 있다. 제1 측(104)과 제2 측(106)은 서로 평행되게 연장할 수 있다. 예를 들어, 제1 측(104)은 제2 측(106)의 표면에 평행되게 연장된 표면을 구비할 수 있다. 액체 영역(108)은 제2 측(106)에 인접되게 구성될 수 있다. 가스 영역(110)은 제1 측(104)에 인접되게 구성될 수 있다.
도 2과 같이, 일부 실시예에서, NO 생성 장치(100)는 입구 회로(120)와 출구 회로(124)를 포함한다. 입구 회로(120)는 캐리어 가스원(200)의 하류에 배치되고 상기 캐리어 가스원과 유체 연통된다. 일부 실시예에서, 입구 회로(120)는 액체 영역(108)에서 적어도 하나의 출구(144), 예를 들어 개구를 구비한다. 입구 회로(120)는 캐리어 가스(122)를 제공받고 캐리어 가스(122)를 액체 영역(108)으로 운송한다. 출구 회로(124)는 반응 챔버(102)의 가스 영역(110)의 하류에 배치되고, 상기 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통된다. 일부 실시예에서, 출구 회로(124)는 가스 영역(110)에서 적어도 하나의 입구, 예를 들어 개구를 구비한다. 예를 들어, 캐리어 가스(122)는 생성된 NO를 가스 영역(110)에서 출구 회로(124)를 통해 NO 생성 장치(100)로부터 운송하여 내보낼 수 있다.
일부 실시예에서, NO 생성 장치(100)는 하나 또는 여러 개의 NO 센서(미도시)를 포함하며, 상기 NO 센서는 생성물 가스 중의 NO 농도를 검출하도록 구성된다. NO 센서는 임의의 적합한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, NO 센서는 가스 영역(110) 중의 생성물 가스와 접촉하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, NO 센서는 반응 챔버(102)의 출구 회로(124)에 배치되거나 이의 부근에 배치된다. 예를 들어, NO 센서는 출구 회로(124)의 입구측 또는 출구측과 같은 출구 회로(124)의 개구측에 구성될 수 있다. 예를 들어, NO 센서는 출구 회로(124)의 도관 내에 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, NO 센서는 출구 회로(124)의 하류; 혹은 출구 회로(124) 하류의 하나 또는 여러 개의 필터 또는 여과 장치의 하류에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1과 도 2와 같이, NO 센서(125)는 여과 시스템(500)의 필터(506)의 하류에 배치될 수 있고, 상기 여과 시스템은 출구 회로(124)의 하류에 배치된다.
일부 실시예에서, NO 생성 장치(100)의 여러 개의 전극은 제1 전극(116)과 제2 전극(118)을 포함한다. 제1 전극(116)과 제2 전극(118)은 반응 매질(112) 중에 배치된다. 일부 실시예에서, 제2 전극(118)은 제1 전극(116)의 상대 전극(counter electrode)이다. 예를 들어, 제1 전극(116)은 음극일 수 있고, 제2 전극은 양극일 수 있으며, 반대로 해도 마찬가지이다. 본문에서 설명한 바와 같이, 제1 전극(116)에 관하여 본 개시의 일부 실시예를 설명하였지만, 제2 전극(118)에 관한 유사한 실시예는 본 분야의 당업자에 있어서 자명할 것이다. 일부 실시예에서, 여러 개의 전극은 기준 전극을 포함한다. 기준 전극은 제1 전극(116), 제2 전극(118) 또는 제3 전극(미도시)일 수 있다. 기준 전극은 반응 매질(112)에 배치되거나, 또는 이의 외부에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2와 같이, 제1 전극(116)과 제2 전극(118)은 에너지원(114)과 전기적으로 연결된다. 일부 실시예에서, 에너지원(114)은 제1 전극(116)에 전압을 인가하거나 제1 전극(116)과 제2 전극(118) 사이에 전위차가 발생하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 에너지원(114)은 제1 전극(116)에 전류를 인가하거나 제2 전극(118)에서 제1 전극으로 흐르는 전류를 발생시키도록 구성되고, 반대로 해도 마찬가지이다. 하나 또는 여러 조건(예를 들어 생성물 가스 중의 NO의 기대 농도 및/또는 유량)에 기반하여 전극에 인가되는 전압 또는 전류를 미리 설정 및/또는 조절할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 전극(116)에 인가된 전압은 제1 전극(116)과 제2 전극(118) 사이 또는 제2 전극(118)과 제1 전극(116) 사이의 전위차로 측정될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전극(116)에 인가된 전류는 제1 전극(116)을 통과하는 전류로 측정될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전극(116)에 인가된 전압은 제1 전극(116)과 기준 전극 사이 또는 기준 전극과 제1 전극(116) 사이의 전위차로 측정될 수 있다.
일부 실시예에서, 반응 매질(112)은 액체이다. 예를 들어, 반응 매질(112)은 수용액 또는 유기 용액을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 반응 매질(112)은 아질산 이온원을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, NO 생성 장치(100)는 반응 매질(112) 중의 아질산 이온을 전극(예를 들어 제1 전극(116)) 표면과 인접되거나 및/또는 전극 표면에 위치하는 NO로 전기화학적으로 환원시킴으로써, NO를 생성한다. 일부 실시예에서, 1종 또는 여러 종의 촉매를 통해 아질산 이온에서 NO로의 전기화학적으로 환원을 촉진하거나 구현한다. 일부 실시예에서, 1종 또는 여러 종의 촉매는 반응 매질(112)에 용해되거나 분산되어 있다. 1종 또는 여러 종의 촉매는 단독적이거나 공통적으로 전극의 표면과 반응 매질(112) 중의 아질산 이온 사이의 전자 전달 매개체로 사용되도록, 전극(예를 들어 제1 전극(116)) 표면과 인접 및/또는 접촉될 수 있다.
일부 실시예에서, 촉매는 전극(예를 들어 제1 전극(116))의 표면에 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 촉매는 시스틴, 시스테인, 메티오닌, 티오펜 및 이의 유도체를 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 여러 종의 화합물을 포함한다. 예를 들어, 1종 또는 여러 종의 촉매는 전극에 침적되어 있는 재료, 예를 들어, 고분자, 박막 또는 하이드로겔에 공유결합적으로 부착, 흡착, 도핑되거나 공유결합적으로 부착될 수 있다. 전극에 침적될 수 있는 재료의 일부 예시는 PCT/US2018/027081에서 찾을 수 있다. 본문에서 설명한 바와 같이, PCT/US2018/027081은 참조로서 본문에 포함되고, 본 개시에서 토론하는 관련 주제에 사용된다.
촉매는 전극(예를 들어, 제1 전극(116))의 표면 및/또는 그의 부근에서 반응 매질(112) 중의 아질산 이온을 NO로 전기화학적으로 환원시키는 데 도움이 될 수 있다. 일부 실시예에서, 촉매는 금속이 함유된 화합물, 예를 들어 금속-리간드 착물을 포함한다. 일부 실시예에서, 아래의 반응에 따라, 금속이 함유된 화합물은 반응 매질(112) 중의 아질산 이온을 NO로 전기화학적 환원시키는 데 도움이 될 수 있다.
여기서, M(l)은 금속-리간드 착물을 나타내고, M은 적어도 1종의 금속 이온을 나타내며, l은 주변 리간드 또는 착물을 나타내고, NO2-은 아질산 이온을 나타탠다. 금속-리간드 착물 중의 적어도 1종의 금속이온을 제1원자가에서 제2원자가로 환원시킴으로써, NO를 생성할 수 있고, 제2원자가는 제1원자가보다 낮다. 환원된 금속-리간드 착물은, 반응 매질(112) 중의 아질산 이온을 NO로 환원시키는 동시에 초기 금속-리간드 착물(original metal-ligand complex)로 산화되는 중간물 역할을 한다.
적어도 1종의 금속 이온은, 구리, 철, 티타늄, 크롬, 망간, 코발트 및 니켈 이온에서 선택되는 1종 또는 여러 종의 금속 이온을 포함할 수 있다. 적어도 1종의 주변 리간드 또는 착물은 트리스(2-피리딜메틸)아민(TPA 또는 TPMA), 1,4,7-트리아자시클로노난, 1,4,7-트리메틸-1,4,7-트리아자시클로노난(Me3TACN), 트리스(2-아미노에틸)아민, 3-((2-아미노에틸)아미노)프로피온산 및 비스(2-아미노피리딜)프로피온산 중의 1종 또는 여러 종에서 선택될 수 있다. 금속 이온 혹은 주변 리간드 또는 착물의 일부 기타 예시는 PCT/US2018/027081에서 찾을 수 있다.
일부 실시예에서, 금속-리간드 착물을 촉매로 사용하면 음극 전압 또는 음극 전류를 사용하여 NO를 생성할 수 있고, 및/또는 NO의 생성을 조절할 수 있다. 일부 실시예에서, 전극(예를 들어 제1 전극(116))에 인가된 전압 또는 전류의 크기를 제어하면, 예를 들어 전극 표면 및/또는 전극 표면 부근에서, 환원 형태의 금속-리간드 착물과 그의 산화 형태의 비율을 제어할 수 있다. 이는 반응 매질(112)에서 아질산 이온과 금속-리간드 착물의 주어진 농도에서 생성된 NO의 양 및/또는 속도를 제어할 수 있다.
일부 실시예에서, 전극(예를 들어 제1 전극(116))은 하나 또는 여러 개의 표면의 임의의 적합한 형태를 구비할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(116)은 플레이트, 시트 또는 메시(mesh)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전극(116)에 음극 전압을 인가하거나, 제1 전극(116)에 음극 전류를 인가할 경우, 제1 전극(116)의 하나 또는 여러 개의 표면 및/또는 그의 부근에서 발생하는 하나 또는 여러 전기화학 반응에서 전기화학적으로 NO가 생성된다. 반응 매질(112) 중의 제1 전극(116)의 표면 및/또는 그의 부근의 전기화학 반응에서 생성된 일부 또는 전체 NO는 반응 매질(112)로부터 운송되어 나오며, 이를 반응 챔버(102)의 가스 영역(110)으로 운송할 수 있다. 예를 들어, 캐리어 가스(122)는 반응 매질(122)에서 생성된 일부 또는 전체 NO를 스윕, 퍼지 및/또는 연행하는 데 사용될 수 있다.
에너지원(114)은 하나 또는 여러 개의 적합한 동력 장치 또는 회로를 포함할 수 있고, 이러한 동력 장치 또는 회로, 예를 들어 전기콘센트, 전원 회로, 직류 전원, 교류 전원, 발전기 또는 에너지 저장 장치는 전극에 전압 또는 전류를 인가할 수 있다. 에너지 저장 장치는 예를 들어 하나 또는 여러 개의 배터리 또는 연료전지를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 에너지원(114)은 전극에 인가되는 전압 또는 전류를 제어하거나 조절하기 위한 하나 또는 여러 개의 전기회로를 포함한다. 일부 실시예에서, 전극에 인가되는 전압을 제어하거나 조절하기 위해, 하나 또는 여러 개의 전기회로는 일정 전위기(potentiostat)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전극을 통과하는 전류를 제어하거나 조절하기 위해, 하나 또는 여러 개의 전기회로는 정전류기(galvanostat)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 전극(116)과 제2 전극(118)의 극성을 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 반전 스위치 회로를 사용하여 DC 전원으로부터 공급된 전압 또는 전류의 극성을 반전하는 것과 같이 에너지원(114)의 극성을 반전하거나, AC 전원을 사용함으로써, 제1 전극(116)과 제2 전극(118)의 극성을 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 에너지원(114)은 전극에 주기적인 교류 전류 또는 교류 전압을 인가하도록 구성된 AC 전원이다.
예를 들어, 전극 극성의 스위칭은 제어 회로를 통해 소프트웨어 프로그램에 따라 자동으로 제어할 수 있다. 부가적 또는 대체적으로, 전극 극성의 스위칭은 예를 들어 스위치를 사용하는 것을 통해 사용자가 수동으로 제어할 수 있다. NO 생성 기간, 두 조작 주기 사이 또는 두 단계 사이에서 전극의 극성을 스위칭할 수 있다. 전극에 접촉되거나 인접한 반응 매질(112) 중의 NO는 전극의 열화(degradation)를 초래할 수 있고 NO 생성 효율에 부정적인 영향을 가져다줄 수 있다. 전극의 극성을 스위칭함으로써 NO 생성를 위한 유효 표면적을 증가시킬 수 있고, 전극 및/또는 NO 생성 장치(100)의 수명을 증가시킬 수 있다.
NO 생성 장치(100)의 전극(예를 들어 제1 전극(116), 제2 전극(118) 또는 기준 전극)은 1종 또는 여러 종의 재료로 제조할 수 있다. NO 생성 장치(100)의 하나 또는 여러 개의 전극은 동일한 재료 또는 상이한 재료로 제조할 수 있다. 일부 실시예에서, NO 생성 장치(100)의 전극은 적어도 1종의 전기 전도성 재료를 포함한다. 상기 적어도 1종의 전기 전도성 재료는 금속 재료 또는 비금속 재료일 수 있다. 상기 적어도 1종의 전기 전도성 재료는 예를 들어 백금, 팔라듐, 금, 구리, 황동, 은, 탄소, 유리상 탄소, 붕소-도핑된 다이아몬드(boron doped diamond, BBD), 흑연, 스테인리스강, 티타늄, 이리듐, 루테늄 및 이들의 1종 또는 여러 종의 합금으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 상기 합금은 예를 들어 루테늄-이리듐 합금이다.
일부 실시예에서, NO 생성 장치(100)의 전극은 적어도 1종의 기재(base material)를 포함한다. 상기 적어도 1종의 기재는 금속 재료 또는 비금속 재료일 수 있다. 상기 적어도 1종의 기재는, 이산화규소, 전도성 유리, 주석-도핑된 산화인듐, 불소-도핑된 산화인듐, 전도성 플라스틱, 백금, 금, 구리, 황동, 은, 탄소, 유리상 탄소, 붕소-도핑 다이아몬드(BDD), 흑연, 스테인리스강, 티타늄, 이리듐, 루테늄 및 이들의 1종 또는 여러 종의 합금으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 상기 합금은 루테늄-이리듐 합금이다. 일부 실시예에서, NO 생성 장치(100)의 전극은 적어도 1종의 기재 상에 코팅된 적어도 1종의 전기 전도성 재료를 포함한다. 임의의 적합한 도금 방법, 예를 들어 전기 도금, 물리적 기상 증착(PVD), 화학적 기상 증착(CVD) 또는 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)을 사용하여, 적어도 1종의 전기 전도성 재료를 적어도 1종의 기재 상에 코팅할 수 있다.
NO 생성 장치(100)의 전극(예를 들어 제1 전극(116))은 임의의 형태, 구조 및/또는 크기를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전극(116)은 전기화학적으로 NO를 생성하기 위한 표면 및/또는 그의 부근을 제공하였다. 예를 들어, 제1 전극의 형태는 플레이트, 시트, 메시 또는 로드(rod)의 형태일 수 있다. 제1 전극(116)의 표면은 표면적을 구비할 수 있다. 상기 표면적은 표면에서의 NO 생성 속도와 긍정적인 관련이 있을 수 있다. 제1 전극(116)은 더욱 큰 표면적이 제공되는 구조, 예를 들어 다공성 구조를 구비할 수 있다.
도 3A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 NO 생성 장치의 제1 전극(116)과 제2 전극(118)의 개략도이다. 제1 전극과 제2 전극의 표면이 반응 매질(112)에 배치되도록 적절한 수단을 사용하여 제1 전극(116)과 제2 전극(118)을 반응 챔버(102)에 배치할 수 있다. 예를 들어, 도 3A와 같이, 프레임(126)은 제1 전극(116)과 제2 전극을 반응 챔버(102)에 배치하는 데 사용될 수 있다. 프레임(126)은 상부측을 구비할 수 있고, 상기 상부측은 반응 챔버(102)의 제1 측(104)에 연결된다. 제1 전극(116)과 제2 전극(118)은 임의의 적합한 방식, 예를 들어 나사, 스냅, 금속 와이어, 클램프 체결부재 또는 임의의 기타 적합한 체결 수단으로 프레임(126)에 부착될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 3A 와 같이, 제1 전극(116)과 제2 전극(118)은 하나 또는 여러 개의 표면(128)을 구비하는 두 개의 직사각형 플레이트를 포함한다. 제1 전극(116)과 제2 전극(118)은 동일한 크기 또는 유사한 크기를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전극(116) 및/또는 제2 전극(118)은 약 3cm 내지 약 15cm의 길이를 구비한다. 일부 실시예에서, 제1 전극(116) 및/또는 제2 전극(118)은 약 2cm 내지 약 10cm의 폭을 구비한다. 제1 전극(116)과 제2 전극(118)은 임의의 적합한 거리로 이격되게 배치될 수 있고, 예를 들어 약 0.2cm 내지 약 10cm 이격된다. 제1 전극(116)과 제2 전극(118)은 제1 전극(116)의 표면(128)의 적어도 일부분이 제2 전극(118)의 표면(128)의 적어도 일부분을 따라 연장되도록 구성될 수 있고, 예를 들어 제2 전극의 표면의 적어도 일부분과 평행되도록 연장될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 1 내지 도 2와 같이, 제1 전극(116)과 제2 전극(118)은 수직으로 위치된다. 예를 들어, 제1 전극(116)과 제2 전극(118)은 반응 챔버(102)의 제2 측(106)과 수직되게 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 전극은 상부 가장자리(130)와 바닥부 가장자리(132)를 포함한다. 상부 가장자리(130)는 반응 챔버(102)의 제1 측(104)을 따라 연장될 수 있고, 예를 들어 반응 챔버의 제1 측과 평행되게 연장된다. 바닥부 가장자리(132)는 반응 챔버(102)의 제2 측을 따라 연장될 수 있고, 예를 들어 반응 챔버의 제2 측과 평행되게 연장된다.
전선을 사용하여 전극을 에너지원(114)에 연결할 수 있다. 예를 들어, 도 3A와 같이, 전선(136)의 제1단은 에너지원(114)에 연결되고(미도시), 제2단은 전극, 예를 들어 제1 전극(116) 또는 제2 전극(118)에 연결된다. 전선(136)은 전극(예를 들어 제1 전극(116)과 제2 전극(118))에 납땜(Soldering) 또는 브레이징(Brazing)할 수 있다. 전선(136)은 1종 또는 여러 종의 전기 전도성 재료(예를 들어 구리, 알루미늄, 강 또는 은)로 제조될 수 있고, 부식 방지의 목적을 위해 처리될 수 있다. 일부 실시예에서, 전선(136)은 프레임(126)에 체결된다.
일부 실시예에서, 전극(예를 들어 제1 전극(116))에 인가되는 전압은 DC 전압이다. 일부 실시예에서, 전극(예를 들어 제1 전극(116))에 인가되는 전압 범위는 약 1.0V 내지 약 5.0V, 예를 들어 약 1.0V 내지 약 2.0V, 약 2.0V 내지 약 3.0V, 약 3.0V 내지 약 4.0V, 약 4.0V 내지 약 5.0V, 또는 이들의 조합이다.
일부 실시예에서, 에너지원(114)은 전극(예를 들어 제1 전극(116))에 자극 전압(stimulation voltage)을 인가하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 자극 전압은 기설정된 전압의 약 2배 내지 약 8배, 예를 들어 약 2배, 약 3배, 약 4배, 약 5배, 약 6배, 약 7배 또는 약 8배이다.
일부 실시예에서, 전극(예를 들어 제1 전극(116))에 인가되는 전류는 DC 전류이다. 일부 실시예에서, 전극(예를 들어 제1 전극(116))에 인가되는 전류 범위는 약 0mA 내지 약 600mA, 예를 들어 약 0mA 내지 약 10mA, 약 10mA내지 약 50mA, 약 50mA 내지 약 100mA, 약 100mA 내지 약 200mA, 약 200mA 내지 약 300mA, 약 300mA 내지 약 400mA, 약 400mA 내지 약 500mA, 약 500mA 내지 약 600mA 또는 이들의 조합이다.
일부 실시예에서, 에너지원(114)은 제1 전극(116)에 자극 전류(stimulation current)를 인가하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 자극 전류는 기설정된 전류의 약 2배 내지 약 8배, 예를 들어 약 2배, 약 3배, 약 4배, 약 5배, 약 6배, 약 7배 또는 약 8배이다.
본 분야의 당업자는 자극 전압 또는 자극 전류가 기설정된 전압 또는 기설정된 전류의 정수배일 필요가 없다는 것을 알 수 있다. 상기 범위 내의 임의의 값은 모두 본 개시에 개시된 목적을 충족시킬 수 있다.
수동 방식 혹은 소프트웨어 및/또는 하드웨어을 통해 제어함으로써 전압 또는 전류의 극성을 스위칭하여, 제1 전극(116)과 제2 전극(118)의 극성을 교체할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전극(116)과 제2 전극(118)의 극성을 주기적으로 스위칭한다. 예를 들어, 제1 전극(116)과 제2 전극(118)의 극성은 약 10분 내지 약 10시간 마다 스위칭할 수 있고, 예를 들어 5분 내지 10시간 마다, 약 10분 내지 약 30분 마다, 약 30분 내지 약 1시간 마다, 약 1시간 내지 약 2시간 마다, 약 2시간 내지 약 3시간 마다, 약 3시간 내지 약 4시간 마다, 약 4시간 내지 약 5시간 마다, 약 5시간 내지 약 6시간 마다, 약 6시간 내지 약 7시간 마다, 약 7시간 내지 약 8시간 마다, 약 8시간 내지 약 9시간 마다, 약 9시간 내지 약 10시간 마다, 또는 이들의 조합이다.
일부 실시예에서, 반응 매질(112)의 pH의 변화를 조절하거나 방지하기 위해, 반응 매질(112)은 적어도 1종의 완충제 또는 완충제 성분을 포함한다. 예를 들어, 상기 적어도 1종의 완충제 또는 완충제 성분은 수산화나트륨(NaOH), 4-(2-히드록시에틸)-1-피페라진에탄설폰산(4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid)(HEPES), 3-(N-모르폴리노)프로판설폰산(3-(N-morpholino)propanesulfonic acid)(MOPS), 구연산, 구연산나트륨, 트리스(히드록시메틸)아미노메탄(Tris), 인산완충생리식염수(PBS), 붕산, 붕사(borax) 및 붕산-붕사 완충제를 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 여러 종의 유기 혹은 무기 완충제거나 완충제 성분을 포함할 수 있다. 반응 매질(112)에서 사용될 수 있는 완충제 또는 완충제 성분의 일부 기타 예시는 PCT/US2018/027081에서 찾을 수 있다.
반응 매질(112) 중의 적어도 1종의 완충제 또는 완충제 성분은 임의의 적합한 농도를 구비할 수 있다. 예를 들어, 반응 매질(112) 중의 적어도 1종의 완충제 또는 완충제 성분의 농도 범위는 약 0.01mol/L 내지 약 0.5mol/L, 약 0.5mol/L 내지 약 1.0mol/L, 약 1.0mol/L 내지 약 1.5mol/L, 약 1.5mol/L 내지 약 2.0mol/L, 약 2.0mol/L 내지 약 2.5mol/L, 약 2.5mol/L 내지 약 3.0mol/L, 또는 이들의 조합일 수 있다.
반응 매질(112) 중의 아질산 이온원은 1종 또는 여러 종의 아질산염을 포함할 수 있다. 아질산염은 유기 아질산염 또는 무기 아질산염일 수 있다. 유기 아질산염의 예시는 아질산암모늄염, 예를 들어 아질산 테트라메틸암모늄(tetramethylammonium nitrite)과 아질산 테트라에틸암모늄(tetraethylammonium nitrite)을 포함한다. 무기 아질산염의 예시는 금속 아질산염, 예를 들어 Li, Na, K, Rb, Ca, Mg, Al, 및 Fe의 아질산염을 포함한다. 아질산 이온원의 일부 기타 예시는 PCT/US2018/027081에서 찾을 수 있다. 반응 매질(112) 중의 1종 또는 여러 종의 아질산염의 농도 범위는 약 0.01mol/L 내지 약 0.5mol/L, 약 0.5mol/L 내지 약 1.0mol/L, 약 1.0mol/L 내지 약 1.5mol/L, 약 1.5mol/L 내지 약 2.0mol/L, 약 2.0mol/L 내지 약 2.5mol/L, 약 2.5mol/L 내지 약 3.0mol/L, 약 3.0mol/L 내지 약 3.5mol/L, 약 3.5mol/L 내지 약 4.0mol/L, 약 4.5mol/L 내지 약 5.0mol/L, 또는 이들의 조합일 수 있다.
촉매가 반응 매질(112)에 용해되었을 때, 반응 매질(112) 중의 촉매의 농도 범위는 약 1mmol/L 내지 약 5mmol/L, 약 1mmol/L 내지 약 10mmol/L, 약 1mmol/L 내지 약 15mmol/L, 약 5mmol/L 내지 약 10mmol/L, 약 5mmol/L 내지 약 15mmol/L 또는 약 10mmol/L 내지 약 15mmol/L일 수 있다.
반응 매질(112)은 1종 또는 여러 종의 기타 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응 매질(112)은 1종 또는 여러 종의 첨가제, 예를 들어 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA)을 포함할 수 있고, 이는 NO를 생성하기 위한 1종 또는 여러 종의 전기화학적 반응을 촉진시킬 수 있다.
NO 생성 장치(100)의 실시예는 NO 생성 장치(100)의 성능을 개선시키기 위해, NO 생성 장치(100)의 반응 속도 및/또는 패러데이 효율(Faraday efficiency)을 향상시키는 특징; 생성물 가스 중의 NO 농도를 향상시키는 특징; 또는 주어진 양의 반응 매질(112)을 사용하여 생성된 NO의 양 또는 농도를 향상시키는 특징; 중의 하나 혹은 여러 개의 특징을 포함할 수 있다. 예를 들어, NO 생성 장치(100)의 패러데이 효율은 약 70% 내지 약 80% 또는 더욱 높은 범위 내에 있을 수 있다.
반응 매질의 온도 제어
일부 실시예에서, 반응 매질(112)은 반응 온도 또는 반응 온도 부근 또는 하나의 온도 범위 내에서 유지된다. 반응 챔버(102) 중의 전기화학적 반응은 반응 온도 또는 반응 온도 부근 또는 온도 범위 내에서 가장 높은, 원하는 또는 최적화된 반응 속도 및/또는 패러데이 효율을 구비할 수 있다. 반응 온도 또는 온도 범위는 하나 또는 여러 개의 조건, 예를 들어 완충제 및/또는 촉매 성분, 그리고 반응 매질(112) 중의 농도에 기반하여 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 반응 온도 또는 온도 범위의 범위는 약 5℃ 내지 약 10℃, 약 10℃ 내지 약 15℃, 약 15℃ 내지 약 20℃, 약 20℃ 내지 약 25℃, 약 25℃ 내지 약 30℃, 약 20℃ 내지 약 30℃, 약 30℃ 내지 약 35℃, 약 35℃ 내지 약 40℃, 약 40℃ 내지 약 45℃ 또는 이들의 조합일 수 있다.
일부 실시예에서, NO 생성 장치(100)는 반응 매질(112)의 온도를 제어하기 위해, 온도 유지 장치(138)를 포함한다. 예를 들어, 도 1 내지 도 2와 같이, 온도 유지 장치(138)는 반응 챔버(102) 부근, 예를 들어 반응 챔버(102)의 아래, 옆 또는 주변에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 온도 유지 장치(138)은 하나 또는 여러 개의 온도 제어 장치, 예를 들어 온도 제어 수욕, 온도 제어 오일욕, 공기 교반 장치(예를 들어 팬(fan)), 열복사체(thermal radiator), 열전가열 및/또는 냉각 장치(예를 들어 p-n 접합 장치)를 포함한다.
일부 실시예에서, NO 생성 장치(100)는, 반응 매질(112)에 배치되고 온도 유지 장치(138)와 통신하는 온도 센서(140)를 포함한다. 온도 유지 장치(138)는 온도 센서(140)로부터 제공된 신호에 기반하여 반응 매질(112)의 온도를 모니터링할 수 있다. 온도 유지 장치(138)는 신호에 응답하여 반응 매질(112)을 가열하거나 냉각시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 전극(예를 들어 제1 전극(116))에 인가된 전압 또는 전류는 온도 센서(140)로부터 제공된 신호에 기반하여 에너지원(114)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 에너지원(114)의 제어 회로는 온도 센서(140)와 통신할 수 있으며, 제1 전극(116)에 인가된 전압 또는 전류의 진폭 및/또는 극성을 조절할 수 있다.
반응 매질로부터 NO의 운송
반응 매질(112)에서 생성된 일부 또는 전체 NO를 반응 매질(112)로부터 운송할 수 있다. 예를 들어, 캐리어 가스(122)를 사용하여 반응 매질(112)에서 생성된 NO를 반응 매질(112)로부터 가스 영역(110)으로 스윕, 퍼지 및/또는 연행하는 것처럼 반응 매질(112)에서 생성된 NO를 운송할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2와 같이, 캐리어 가스(122)는 전극(예를 들어 제1 전극(116))의 표면(128)을 스윕하는 데 사용된다. 전극의 표면을 스윕함으로써, 전극 표면 및/또는 전극 표면 부근의 전기화학적 반응의 패러데이 효율 및/또는 반응 속도를 증가시킬 수 있고, 및/또는 생성물 가스의 NO 농도를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 일부 상황에서, 반응 매질(112) 중 촉매의 1종 또는 여러 종의 금속이온, 예를 들어 전기화학적 반응 2에 의해 생성된 M(1가)이온은 용해되지 않는 형태로 침전될 수 있다. 예를 들어, 촉매의 금속이온은 Cu 2+ 일 수 있다. 일부 상황에서, Cu 2+ 은 아래의 반응에서 침전될 수 있다.
반응 매질(112) 중 촉매의 금속이온의 침전은 반응 매질(112) 중 촉매의 농도를 감소시킬 수 있고, NO를 생성하기 위한 전기화학적 반응의 속도를 감소시킬 수 있다. 금속이온의 침전은 금속이온의 용해되지 않는 형태, 예를 들어 Cu(OH)2을 형성할 수 있어, 전극의 표면에 침적된다. 이는 NO를 생성하기 위한 표면적을 감소시킬 수 있으며, 전극의 수명을 더 감소시킬 수 있다. 전극의 표면을 스윕함으로써, 전극 표면 및/또는 전극 표면 부근의 물질(예를 들어 금속이온)의 이동을 증가시킬 수 있다. 이는 금속이온이 표면에 침적되는 것을 감소시키거나 억제시킬 수 있으므로, NO 생성 속도 및/또는 생성물 가스의 NO 농도를 증가시킬 수 있다.
하나 또는 여러 개의 유동 제어 장치를 통해 캐리어 가스(122)를 반응 매질(122)로 유입시킬 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이, 캐리어 가스원(200)은 유동 제어 장치(204)를 포함할 수 있고, 상기 유동 제어 장치는 반응 매질(112)로 도입된 캐리어 가스 흐름(122)의 질량 또는 부피 유량을 측정하고 제어할 수 있다. 밸브(206)는 유동 제어 장치(204)를 보호하기 위해, 유동 제어 장치(204)의 하류에 배치될 수 있다. 예를 들어, 밸브(206)는 반응 매질(112)이 입구 회로(120)에서 유동 제어 장치(204)로 리플로우되는 것을 방지하도록 구성된 단방향 밸브일 수 있다. 아래에서는, 캐리어 가스(122)를 캐리어 가스원(200)으로부터 NO 생성 장치(100)로 공급하는 실시예에 대해 추가로 설명하기로 한다.
일부 실시예에서, 기포 경로를 따라 퍼지도록(propagate) 구성된 기포의 형태로 캐리어 가스(122)를 반응 매질(112)에 도입한다. 기포 경로는 전극의 표면을 스윕하도록 상기 전극의 표면(예를 들어 제1 전극(116)의 표면(128))을 따라 연장될 수 있다. 캐리어 가스 기포가 반응 매질(112)의 표면으로 상승할 때, 상기 캐리어 가스 기포는 제1 전극(116)의 표면(128) 부근 및/또는 상기 표면에서 생성된 NO를 스윕, 퍼지 및/또는 연행할 수 있다. 캐리어 가스 기포는 제1 전극(116)의 표면(128) 부근의 반응 매질(112)을 혼합하거나 방해할 수 있고, 또한 상기 캐리어 가스 기포는 상기 표면 부근의 물질(예를 들어 금속이온)의 이동을 증가시킬 수 있다. 캐리어 가스 기포는 반응 매질(112)에 용해된 NO를 반응 매질(112)로부터 가스 영역(110)으로 퍼지할 수 있다.
일부 실시예에서, NO 생성 장치(100)는 캐리어 가스(122)에서 기포가 생성되도록 하나 또는 여러 개의 스파저를 포함한다. 본문에서 사용된 바와 같이, 스파저는 가스 기포를 액체에 방출하도록 구성된 장치 또는 시스템을 포함할 수 있다. 일부 상황에서, 스파저는 버블러(bubbler)로 칭할 수 있다. 하나 또는 여러 개의 스파저를 반응 매질(112) 중의 임의의 적합한 위치에 배치하여 캐리어 가스(122)의 기포를 방출할 수 있으므로, NO를 반응 매질(112)로부터 운송(예를 들어 스윕, 퍼지 및/또는 연행)하여 내보낸다. 예를 들어, 하나 또는 여러 개의 스파저를 반응 챔버(102)의 제2 측(106)의 위에 또는 부근에 배치할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2와 같이, NO 생성 장치(100)는, 반응 매질(112)에 배치되고 제1 전극(116)과 인접한 제1 스파저(134)를 포함한다. 일부 실시예에서, 도 2와 같이, NO 생성 장치(100)는 제2 전극(118)과 인접되게 배치된 제2 스파저(134)를 포함한다. 일부 실시예에서, 스파저(134)는 캐리어 가스(122)를 제공받도록 구성되고, 상기 스파저는 캐리어 가스의 기포를 방출하여 제1 전극(116) 또는 제2 전극(118)의 하나 또는 여러 개의 표면(128)을 스윕하도록 한다. 도 3B는 본 개시의 일부 실시예에 따른 스파저(134)의 투시도이다. 도 3B와 같이, 스파저(134)는 가늘고 긴 형태, 예를 들어 가늘고 긴 기둥 형태를 구비할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 3A와 같이, 스파저(134)는, 스파저(134)에서 방출된 기포가 제1 전극(116) 또는 제2 전극(118)의 하나 또는 여러 개의 표면(128)을 따라 상승하고 퍼지도록, 제1 전극(116) 또는 제2 전극(118)을 따라 배치할 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3A와 같이, 스파저(134)는 제1 전극(116) 또는 제2 전극(118)의 바닥부 가장자리(132)와 반응 챔버(102)의 제2 측(106) 사이에 배치될 수 있다. 스파저(134)에서 방출된 기포는 바닥부 가장자리(132)로부터 표면(128)을 통과하여 제1 전극(116) 또는 제2 전극(118)의 상부 가장자리(130)까지 연장된 기포 경로를 따라 퍼질 수 있다. 일부 실시예에서, 스파저(134)는, 기포가 제1 전극(116)의 전체 표면(128)을 스윕할 수 있도록, 바닥부 가장자리(132)의 길이를 따라 연장될 수 있다.
일부 실시예에서, 전극의 하나 또는 여러 개의 표면에 대해 스윕하는 커버율 및/또는 효율을 증가시키기 위해, 스파저(134)와 제1 전극(116) 또는 제2 전극(118) 사이의 거리를 선택할 수 있다. 스파저(134)는 전극과 일정한 거리를 두는 위치에 배치될 수 있고, 예를 들어, 상기 거리는 약 1cm 미만, 약 5mm 미만, 약 2mm 미만, 약 1mm 미만, 또는 약 0.5mm 미만이다.
스파저(134)는 가스를 제공받고 가스의 기포를 방출하도록 임의의 적합한 구조를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 스파저(134)는 다공성 구조(141)를 포함하며, 상기 다공성 구조는 기포를 방출하기 위한 여러 개의 공극(pores)을 제공한다. 예를 들어, 도 3B와 같이, 스파저(134)는 다공성 구조(141)로 둘러싸인 내부 캐비티(142)를 포함할 수 있다. 가스는 내부 캐비티(142)를 흐르고 다공성 구조(141) 중의 공극에 의해 버블링될 수 있다. 내부 캐비티(142)는 제1 개구에서 제2 개구로 연장되는 튜브형 형태를 구비할 수 있다. 내부 캐비티(142)는 스파저(134)의 중심선을 따라 연장될 수 있거나 스파저의 중심선을 따라 연장되지 않을 수 있다. 내부 캐비티(142)는 하나 또는 여러 개의 조건, 예를 들어 제공받는 가스의 유량과 기포의 바람직한 밀도 및/또는 크기에 기반하여 선택된 직경을 구비할 수 있다. 예를 들어, 내부 캐비티(142)가 구비하는 직경 범위는 약 1mm 내지 약 9mm, 예를 들어 약 1mm 내지 약 2mm, 약 2mm 내지 약 3mm, 약 3mm 내지 약 4mm, 약 4mm 내지 약 5mm, 약 5mm 내지 약 6mm, 약 6mm 내지 약 7mm, 약 7mm 내지 약 8mm, 약 8mm 내지 약 9mm, 또는 이들의 조합일 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2와 도 3A와 같이, 입구 회로(120)의 출구(144)는 스파저(134)(예를 들어 스파저(134)의 내부 캐비티(142))와 유체 연결된다. 캐리어 가스(122)는 캐리어 가스원(200)으로부터 입구 회로(120)를 통과한 후, 출구(144)를 거쳐 스파저(134)로 흐를 수 있다. 일부 실시예에서, 스파저(134)는 스파저 시트(148)에 부착된다. 일부 실시예에서, 스파저 시트(148)는 프레임(126)에 부착된다. 스파저 시트(148)는 스파저(134)를 원하는 위치에 배치할 수 있다.
일부 실시예에서, 스파저 시트(148)는 기포 흐름을 가이드하기 위한 하나 또는 여러 개의 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스파저 시트(148)는 하나 또는 여러 개의 개구를 구비하는 하우징을 포함할 수 있고, 하나 또는 여러 개의 개구는 스파저(134)로부터 방출되는 기포를 전극의 하나 또는 여러 개의 표면(128)으로 가이드하도록 구성된다. 예를 들어, 도 3A와 같이, 스파저 시트(148)는, 기포가 스파저(134)의 상부 부분에서 방출되어 제1 전극(116)의 표면(128)을 따라 퍼지도록, 스파저(134)의 꼭대기 부분 및/또는 상부 부분 측에 위치하는 개구를 포함할 수 있다. 스파저 시트(148)는 스파저(134)의 하나 또는 여러 개의 부분에서 가스 또는 기포가 방출되는 것을 방지하기 위해, 하나 또는 여러 개의 막음 부재 혹은 밀봉 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스파저 시트(148)는 가스가 다공성 구조(141)를 통과하지 않고 직접 내부 캐비티(142)에서 유출되는 것을 방지하도록 구성된 부분을 구비할 수 있다. 예를 들어, 스파저 시트(148)는 내부 캐비티(142)의 제1 단을 막거나 밀봉하는 부분을 구비할 수 있고, 상기 제1 단은 출구(144)에 연결된 제2 단과 대향된다.
일부 실시예에서, 스파저(134)는 다공성 구조(141)를 제공하는 적어도 1종의 다공성 재료를 포함한다. 기포의 밀도 및/또는 크기는 1종 또는 여러 종의 조건, 예를 들어, 대기압, 가스의 유량 및 적어도 1종의 다공성 재료의 공극의 밀도 및/또는 크기에 따라 결정될 수 있다. 주어진 가스 유량의 조건에서, 비교적 작은 공극은 스퍼저(134)가 비교적 높은 밀도를 가지는 비교적 작은 기포를 생성하게 할 수 있다. 적어도 1종의 다공성 재료는 금속 재료, 예를 들어 스테인리스강을 포함할 수 있다. 적어도 1종의 다공성 재료는 비금속 재료를 포함할 수 있다. 비금속 재료는 고분자 재료, 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 세라믹, 석영 또는 탄화규소일 수 있다.
기포의 바람직한 밀도, 크기 및/또는 유량에 기반하여 스파저(134)의 적어도 1종의 다공성 재료의 공극의 크기를 선택할 수 있다. 예를 들어, 공극의 크기 범위는 약 0.1μm 내지 약 0.5μm, 약 0.1μm 내지 약 0.2μm, 약 0.2μm 내지 약 0.5μm, 약 0.5μm 내지 약 1μm, 약 1.0μm 내지 약 10μm, 약 10μm 내지 약 20μm, 약 20μm 내지 약 50μm, 약 50μm 내지 약 100μm, 약 100μm 내지 약 150μm, 약 150μm 내지 약 200μm, 약 200μm 내지 약 300μm, 약 300μm 내지 약 400μm, 약 400μm 내지 약 500μm, 약 500μm 내지 약 600μm, 약 600μm 내지 약 700μm, 약 700μm 내지 약 800μm, 약 800μm 내지 약 900μm, 약 900μm 내지 약 1mm, 또는 이들의 조합일 수 있다.
스파저(134)의 다공성 재료는 일정한 두께를 구비할 수 있으며, 가스 흐름은 상기 두께를 통과하여 기포를 생성할 수 있다. 다공성 재료의 두께는 다공성 재료의 내부 표면에서 외부 표면으로 측정할 수 있다. 다공성 재료의 두께를 증가시키면 가스 흐름의 저항을 증가시킬 수 있고 버블링 효율을 감소시킬 수 있다. 다공성 재료의 두께를 감소시키면, 기포의 밀도 및/또는 속도를 감소시킬 수 있다. 밀도 및/또는 크기가 적합한 임의의 기포를 획득하도록, 다공성 재료의 두께를 선택하여, 전극 표면을 스윕한다. 예를 들어 다공성 재료의 두께의 범위는 약 0.5mm 내지 약 1mm, 약 1mm 내지 약 2mm, 약 2mm 내지 약 3mm, 약 3mm 내지 약 4mm, 약 4mm 내지 약 5mm, 약 5mm 내지 약 6mm, 약 6mm 내지 약 7mm, 약 7mm 내지 약 8mm, 약 8mm 내지 약 9mm, 약 9mm 내지 약 10mm, 또는 이들의 조합일 수 있다.
캐리어 가스 생성
일부 실시예에서, 캐리어 가스(122)는 캐리어 가스원(200)에서 생성되거나 공급된다. 캐리어 가스(122)는 임의의 적합한 가스, 예를 들어 공기, 질소가스, 헬륨가스, 아르곤가스 및 산소가스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 캐리어 가스(122)는 질소가스를 포함한다. 일부 실시예에서, 캐리어 가스(122) 중의 질소가스의 농도는 약 부피의 99.0%이거나 부피의 99.0%보다 크다. 예를 들어, 캐리어 가스(122) 중의 질소가스의 농도는 약 부피의 99.10%, 99.20%, 99.30%, 99.40%, 99.50%, 99.60%, 99.70%, 99.80%, 99.90%, 99.95%, 99.98% 또는 99.99%이거나 부피의 99.10%, 99.20%, 99.30%, 99.40%, 99.50%, 99.60%, 99.70%, 99.80%, 99.90%, 99.95%, 99.98% 또는 99.99%보다 클 수 있다. 캐리어 가스(122)는 산소가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐리어 가스(122) 중의 산소가스의 농도는 약 1%, 0.5% 또는 0.1%보다 작을 수 있다.
일부 실시예에서, 도 1과 같이, 캐리어 가스원(200)은 질소가스 생성 장치(202)를 포함하며, 상기 질소가스 생성 장치는 압축공기로부터 캐리어 가스(122)를 생성하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 압축공기를 공기압축기 시스템 또는 저장소로부터 캐리어 가스원(200)으로 공급한다. 일부 실시예에서, 캐리어 가스원(200)에 압축공기를 공급하기 전, 상기 압축공기를 여과시킨다. 예를 들어, 캐리어 가스원(200)은 여과 장치를 포함할 수 있고, 상기 여과 장치는 질소가스 생성 장치(202)의 상류에 배치되며 상기 질소가스 생성 장치와 유체 연통되도록 구성된다. 여과 장치는 하나 또는 여러 개의 필터, 예를 들어 먼지 필터 및 수분 필터를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 캐리어 가스원(200)은 압력센서 및 압력제어기, 예를 들어 압력조절기 또는 압력 제어 밸브를 포함한다. 압력제어기는 압력센서로부터 공급된 응답 또는 신호에 기반하여, 질소가스 생성 장치(202)에 유입된 압축공기의 압력 및/또는 유량을 조절할 수 있다.
질소가스 생성 장치(202)는 압축공기로부터 질소가스를 생성시키기 위한 하나 또는 여러 개의 적합한 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 질소가스 생성 장치(202)는 적어도 1종의 탄소분자체(carbon molecular sieve, CMS)를 포함한다. 탄소분자체는 공기로부터 질소가스를 분리하는 공극 크기 분포(pore size distribution)를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 질소가스 생성 장치(202)는 적어도 하나의 질소가스 분리막을 포함한다. 질소가스 분리막은 질소가스와 산소가스가 막벽을 통과하는 침투 속도에 기반하여 공기로부터 질소가스를 분리시킬 수 있다. 질소가스 분리막은 임의의 적합한 배치방식을 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 질소가스 분리막은 적어도 한 묶음의 선택적으로 침투 가능한 중공섬유를 포함한다.
질소가스 분리막은 폴리(4-메틸-1-펜텐), 브롬화 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리이미드 및 폴리디메틸실록산을 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 여러 종의 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 질소가스 분리막은 여러 개의 공극을 구비하고, 상기 공극의 평균 공극 크기 범위는 약 0.005μm 내지 약 0.007μm, 약 0.007μm 내지 약 0.01μm, 약 0.01μm 내지 약 0.013μm, 약 0.013μm 내지 약 0.015μm, 약 0.015μm 내지 약 0.017μm, 약 0.017μm 내지 약 0.019μm, 약 0.019μm 내지 약 0.02μm, 또는 이들의 조합일 수 있다.
본문에서 설명한 바와 같이, 질소가스 생성 장치(202)에 대한 설명은 일반적으로 기타 캐리어 가스(예를 들어 헬륨가스, 아르곤가스 및 산소가스)를 생성하기 위한 장치에 적용되며, 당업자에 있어서 자명한 것이다.
일부 실시예에서, 질소가스 생성 장치(202)는 입구 회로(120)의 상류에 배치되고 상기 입구 회로와 유체 연통된다. 일부 실시예에서, 도 1과 같이, 캐리어 가스원(200)은 질소가스 생성 장치(202)의 하류 및 입구 회로(120)의 상류에 배치되는 유동 제어 장치(204)를 더 포함한다. 유동 제어 장치(204)는 NO 생성 장치(100)에 유입되는 캐리어 가스(122)의 유량을 제어하도록 구성될 수 있다. 캐리어 가스(122)의 유량을 증가시키면, NO 생성 속도 및/또는 생성물 가스 중의 NO 농도를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 캐리어 가스(122)의 유량을 증가시키면, 제1 전극의 표면에 대한 스위핑을 증가시킬 수 있고, 반응 매질(112)에서 생성된 NO를 운송하는 속도를 증가시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 출구 회로(124)에서 배출된 NO 생성 장치(100)의 생성물 가스의 유량과 캐리어 가스(122)의 유량에 비례한다.
반응 챔버에 대한 생성물 가스의 재순환
일부 실시예에서, 도 2와 같이, NO 생성 장치(100)는 가스 순환 회로(300)를 포함한다. 일부 실시예에서, 가스 순환 회로(300)는 순환 입구(302)와 순환 출구(304)를 포함한다. 일부 실시예에서, 순환 입구(302)는 반응 챔버(102)의 가스 영역(110)과 유체 연통된다. 예를 들어, 순환 입구(302)는, 가스 영역(110)의 벽 내측에 배치되거나 가스 영역의 벽에 배치된 개구를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 순환 출구(304)는 반응 챔버(102)의 액체 영역(108)과 유체 연통된다. 예를 들어, 순환 출구(304)는 입구 회로(120)와 유체 연통될 수 있다. 예를 들어, 순환 출구(304)는 액체 영역(108)의 벽 내측에 배치되거나 액체 영역의 벽에 배치되는 개구를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 영역(110) 중의 생성물 가스는 반응 챔버(102)에 대해 순환 입구(302)에서 순환 출구(304)로 재순환된다. 예를 들어, 재순환하는 생성물 가스(303)는 순환 입구(302)에서 순환 출구(304)로 흐를 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 순환 회로(300)는 가스 펌프(306)를 포함하며, 상기 가스 펌프는 재순환되는 생성물 가스 흐름(303)을 생성하도록 구성된다. 가스 펌프(306)는 순환 입구(302)의 하류 및 순환 출구(304)의 상류에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2와 같이, 가스 순환 회로(300)는 NO 생성 장치(100)의 출구 회로(124)와 유체 연통된다. 예를 들어, 가스 순환 회로(300)의 순환 입구(302)는 출구 회로(124)와 유체 연통될 수 있다. 가스 순환 회로(300)와 출구 회로(124)는 공통 입구, 예를 들어 순환 입구(302)를 구비할 수 있다. 가스 순환 회로(300)와 출구 회로(124)는 공통 유체 경로를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 순환 회로(300)는 순환 입구(302) 하류에 배치되는 제1 여과 장치(508)를 포함한다. 공통 유체 경로는 공통 입구에서 제1 여과 장치(508)로 연장될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 여과 장치(508)는 가스 펌프(306)의 상류에 배치된다. 여과 장치(508)는 재순환 생성물 가스(303) 중의 액체 물질 및/또는 고체 물질을 감소시키거나 제거할 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 순환 회로(300)는 제2 여과 장치(307)를 포함한다. 제2 여과 장치(307)는 캡슐 필터 또는 막 필터를 포함할 수 있다. 제2 여과 장치(307)는 재순환 생성물 가스(303) 중의 1종 또는 여러 종의 불순물(예를 들어 액체 물질 및 고체 물질)을 제거하여, 가스 펌프(306)를 보호할 수 있다.
전극의 표면을 스윕하기 위해, 재순환 생성물 가스(303)를 상기 전극의 표면에 유입시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 순환 출구(304)는 스파저(134)와 유체 연통된다. 예를 들어, 순환 출구(304)는 스파저(134)의 내부 캐비티(142)와 유체 연통될 수 있다. 가스 펌프(306)는 순환 입구(302)의 하류 및 스파저(134)의 상류에 배치될 수 있고, 재순환되는 생성물 가스(303)는 순환 입구(302)에서 스파저(134)의 내부 캐비티로 흐를 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2와 같이, 재순환 생성물 가스(303)는 캐리어 가스(122)와 결합되어 가스 흐름(146)을 형성한다. 예를 들어, 가스 순환 회로(300)는 3방향 커넥터(308)를 포함할 수 있다. 3방향 커넥터(308)는 순환 출구(304)와 유체 연통될 수 있고 재순환되는 생성물 가스(303)를 제공받도록 구성된다. 3방향 커넥터(308)는 캐리어 가스원(200) 및/또는 입구 회로(120)와 유체 연결될 수 있고 캐리어 가스(122)를 제공받도록 구성된다. 3방향 커넥터(308)는 재순환 생성물 가스(303)와 캐리어 가스(122)를 결합하여 가스 흐름을 형성시킬 수 있다. 3방향 커넥터(308)는 임의의 적합한 구조, 예를 들어 3방향 부품 또는 3방향 밸브를 포함할 수 있다. 전극 표면을 스윕하기 위한 기포가 생성되도록, 가스 흐름(146)을 스파저(134)에 공급할 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 순환 회로(300)는 밸브(206)를 포함할 수 있다. 밸브(206)는 순환 출구(304)의 상류에 배치될 수 있다. 밸브(206)는 가스 펌프(306)의 하류에 배치될 수 있고 3방향 커넥터(308)의 하류에 배치될 수 있다. 밸브 (206)는 가스 흐름(146)이 리플로우되는 것, 및/또는 반응 매질(112)이 반응 챔버(102)에서 가스 펌프(306)로 리플로우되는 것을 방지할 수 있다. 가스 흐름(146)은 밸브(206)를 통해 순환 출구(304)와 출구(144)로 흐를 수 있고 하나 또는 여러 개의 스파저(134)에 공급될 수 있다. 하나 또는 여러 개의 스파저(134)는 반응 매질(112)에서 생성된 NO를 가스 영역(110)으로 운송(예를 들어 스윕, 퍼지 및/또는 연행)하기 위해 가스 흐름(146)으로부터 기포를 방출할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 전극(예를 들어 제1 전극(116))의 표면을 스윕하기 위해, 스파저(134)는 가스 흐름(146)으로부터 기포를 방출한다.
가스 영역(110) 중의 생성물 가스는 캐리어 가스(122) 및 생성된 NO를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 영역(110) 중의 생성물 가스의 재순환은 생성물 가스 중의 캐리어 가스(122)를 전극의 표면으로 재순환시킨다. 캐리어 가스가 재순환하면, NO 생성을 지원하는 데 필요한 캐리어 가스량, 예를 들어 제1 전극(116)에 대한 스위핑(sweeping) 및/또는 생성된 NO를 운송하기 위한 캐리어 가스량을 감소시킬 수 있다. 생성물 가스가 재순환하면, NO가 반응 챔버(102)의 가스 영역(110) 중의 생성물 가스에 축적될 수 있어, 가스 영역(110)의 생성물 가스 중의 NO 농도가 더욱 높아지도록 한다. 이는 NO 생성 장치(100)의 가스 영역(110)에서 운송되는 생성물 가스 중의 NO 농도가 더욱 높고 및/또는 더욱 안정되게 할 수 있다.
도 4A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 생성물 가스 중의 NO 농도와 제1 전극(116)에 인가된 전류를 그래프로 나타낸 것이다. 상기 예시에서, NO 생성 장치(100)는 가스 영역과 액체 영역을 구비하는 반응 챔버(102); 액체 영역 중에 포함되는 반응 매질(112), 반응 매질(112) 중에 배치되는 제1 전극(116)과 제2 전극(118); 제1 전극(116)의 표면을 스윕하기 위한 스파저(134); 생성물 가스를 재순환시키기 위한 가스 순환 회로(300); 및 제1 전극(116)을 스윕하기 위한 스파저(134);를 포함할 수 있다. 전극은 각각 스테인리스강으로 제조될 수 있고, 각각 표면적이 약 5cm×약 6cm인 플레이트를 포함할 수 있다. 반응 매질(112)은 약 1.0mol/L의 NaNO2, 약 7mmol/L의 CuSO4, 약 7mmol/L의 Me3TACN 및 약 0.5mol/L의 HEPES 완충액을 포함할 수 있다. 반응 매질(112)이 약 6 내지 8의 pH값, 예를 들어 약 7.2의 pH값을 구비할 수 있도록, 적합한 알칼리성 용액(예를 들어 NaOH 용액)을 사용하여 HEPES 완충액을 적정할 수 있다. 스파저(134)는 길이가 약 7cm, 내경이 약 5cm, 외경이 약 10cm인 기둥 형태일 수 있으며, 상기 스파저의 평균 공극 크기는 약 20μm이다. 농도가 부피의 99.7%인 N2가 함유된 캐리어 가스(122)를 약 300mL/min의 유량으로 스파저(134)에 유입시킬 수 있다. 가스 순환 회로(300)는 생성물 가스를 3L/min의 유량으로 재순환시킬 수 있다. 도 4A와 같이, 제1 전극(116)에 인가된 전류를 약 0mA에서 300mA로 증가시킴으로써, 생상물 가스 중의 NO 농도를 증가시킬 수 있다. 상기 예시에서, 데이터를 선형회귀모델에 피팅하면 알 수 있듯이, 1mA의 전류가 인가될 때마다, 생성물 가스 중의 NO 농도는 약 36.1ppm 증가될 수 있고, NO 생성 장치(100)는 70.7%의 패러데이 효율을 구비할 수 있다. 제1 전극(116)에 대한 스위핑을 감소시키면, 각 단위의 인가된 전류로 인한 NO 농도의 증가를 줄일 수 있고, 패러데이 효율을 감소시킬 수 있다.
도 4B는 본 개시의 일부 실시예에 따른 NO 생성 장치(100)에 의해 생성된 생성물 가스 중의 NO 농도가 시간에 따라 변화하는 것을 그래프로 나타낸 것이다. 상기 예시에서, 약 2분 동안의 램프 주기 내에서 최초로 약 300mA의 전류를 인가한 후, 제1 전극(116)에 100mA의 전류를 60시간 동안 인가할 수 있는 것 외에, NO 생성 장치(100)는 상기 참고 도면 4A의 예시에 따른 반응 조건과 같은 반응 조건을 구비할 수 있다. 램프 주기 이후, NO 생성 장치(100)의 생성물 가스 중의 NO 농도는 약 3600ppm으로 증가하고, 3600ppm 또는 약 3600ppm의 안정 상태 농도 조건에서 약 60시간 동안 유지된다. 이러한 양의 NO가 생성되면, 일반적으로 4개 내지 5개의 가스 탱크로 약 8L의 압축 NO를 저장해야 하고, 상기 압축 NO는 약 13.8MPa의 압력 조건에서 약 800ppm의 NO 농도를 구비한다. 스파저(134)를 사용하여 제1 전극(116)의 표면을 스윕하고 가스 순환 회로(300)를 통해 생성물 가스를 재순환시킴으로써, 비교적 긴 시간 주기 내에서 안정적인 농도로 NO를 생성할 수 있도록 한다. NO 생성 장치(100)에 의해 생성될 수 있는 NO의 양은, 예를 들어 약 60시간 내에 약 3600ppm의 NO 농도를 구비하는 생성물 가스이다.
반응 매질로부터 NO의 분리
NO 생성 장치(100)의 반응 매질(112)에 대해 처리, 교체 또는 보충하기 전, 상기 반응 매질을 재사용하여 NO를 생성할 수 있다, 예를 들어, 한 단계에서의 여러 조작 주기 내 또는 여러 단계에서 NO가 생성되도록, NO 생성 장치(100)의 반응 매질(112)을 사용할 수 있다. 생성된 일부 NO는 조작 주기 또는 한 단계 이후에 반응 매질(112)에 용해될 수 있다. 반응 매질(112)에 용해된 NO는 반응 매질(112)의 반복적인 사용에 의해 생성될 수 있는 NO의 농도 및/또는 양을 감소시킬 수 있고, 단계 또는 조작 주기 사이의 대기시간을 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 반응 매질(112)에 용해된 NO는 금속-리간드 착물 촉매, 예를 들어 Cu(II)-1,4,7-트리메틸-1,4,7-트리아자시클로노난(Cu(Me3TACN))과 상호 작용할 수 있다. 예를 들어, 두 단계 사이의 대기 시간 동안, 반응 매질(112)에 용해된 NO는 Cu(Me3TACN)의 중심 구리이온에 결합될 수 있다. 이는 반응 매질(112) 중의 금속-리간드 착물의 농도를 감소시킬 수 있고, 또한, 다음 단계의 반응 속도 및/또는 생성물 가스 중의 NO 농도를 감소시킬 수 있으며 여기서 상기 금속-리간드 착물은 다음 단계에서 NO를 생성시키기 위한 전기화학적 반응을 촉매한다. 일부 상황에서, 한 단계의 생성물 가스 중의 NO 농도는 그 전 단계의 생성물 가스 중의 NO 농도보다 낮을 수 있고, 예를 들어 10% 내지 30% 낮다.
일부 실시예에서, 용해된 NO를 반응 매질(112)로부터 가스 영역(110)으로 스윕하도록, 반응 매질(112)에 배치된 하나 또는 여러 개의 스파저(134)는 가스 기포를 생성함으로써 반응 매질(112)에 용해된 NO를 감소시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 전극의 표면을 스윕하면, 반응 매질(112)에 용해된 NO를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 가스 기포가 제1 전극(116)의 표면을 따라 퍼져 상기 표면을 스윕하도록, 스파저(134)가 상기 가스 기포를 생성할 수 있다. 가스 기포는 제1 전극(116)의 표면 및/또는 제1 전극의 표면 부근에서 생성된 NO를 반응 매질로부터 연행 및/또는 스윕하여 내보낼 수 있으므로, 생성된 NO가 반응 매질(112)에 용해되는 것을 감소시키거나 방지할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 1 및 도 2와 같이, 반응 매질(112)에 용해된 NO를 감소하거나 제거하기 위해, NO 생성 장치(100)는 액체-기체 분리회로(400)를 포함한다. 액체-가스 분리회로(400)는 유체 흐름(예를 들어 액체 흐름 또는 가스 흐름)이 반응 챔버(102)를 기준으로 순환하도록 구성된다. 액체-가스 분리회로(400)는 반응 매질(112)을 반복 사용하여 NO가 생성되기 전, NO 생성 기간 및/또는 NO 생성 이후에 사용할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2와 같이, 액체-가스 분리회로(400)는 제1 포트(402)와 제2 포트(410)를 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 포트(402)는 액체 영역(108)과 유체 연통된다. 제1 포트(402)는 반응 챔버(102)의 액체 영역(108) 중(예를 들어, 반응 매질(112)의 수평면 아래)의 개구를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 포트(410)는 가스 영역(110)과 유체 연통된다. 제2 포트(410)는 반응 챔버(102)의 가스 영역(110) 중(예를 들어, 반응 매질(112)의 수평면 위)의 개구를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 액체-가스 분리회로(400)는 반응 매질(112)이 반응 챔버(102)를 기준으로 제1 포트(402)에서 제2 포트(410)로 순환하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 액체-가스 분리회로(400)는 생성물 가스가 반응 챔버(102)를 기준으로 제2 포트(410)에서 제1 포트(402)로 순환하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 액체-가스 분리회로(400)는 펌프(406)를 포함한다. 일부 실시예에서, 펌프(406)는 액체-가스 이중 목적용 펌프이다. 일부 실시예에서, 펌프(406)는 가역 펌프이다. 펌프(406)는 제1 포트(402)에서 제2 포트(410)로의 유체 흐름 또는 제2 포트(410)에서 제1 포트(402)로의 유체 흐름을 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 흐름은 액체 흐름이다. 펌프(406)는 제1 포트(402)에서 제2 포트(410)로의 반응 매질 흐름(112)을 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 흐름은 가스 흐름이다. 예를 들어, 펌프(406)는 제2 포트(410)에서 제1 포트(402)로의 생성물 가스 흐름을 생성할 수 있다.
펌프(406)는 임의의 적합한 유량으로 유체 흐름을 생성할 수 있다. 예를 들어, 펌프(406)는 일정한 유량으로 유체 흐름을 생성할 수 있고, 상기 일정한 유량 범위는 약 0.25L/min 내지 약 10L/min, 예를 들어 약 0.5L/min 내지 약 1.0L/min, 약 1.0L/min 내지 약 1.5L/min, 약 1.5L/min 내지 약 2.0L/min, 약 2.0L/min 내지 약 2.5L/min, 약 2.5L/min 내지 약 3.0L/min, 약 3.0L/min 내지 약 3.5L/min, 약 3.5L/min 내지 약 4.0L/min, 약 4.0L/min 내지 약 4.5L/min, 약 4.5L/min 내지 약 5.0L/min, 약 5.0L/min 내지 약 5.5L/min, 약 5.5L/min 내지 약 6.0L/min, 약 6.0L/min 내지 약 6.5L/min, 약 6.5L/min 내지 약 7.0L/min, 약 7.0L/min 내지 약 7.5L/min, 약 7.5L/min 내지 약 8.0L/min, 약 8.0L/min 내지 약 8.5L/min, 약 8.5L/min 내지 약 9L/min, 약 9.0L/min 내지 약 9.5L/min, 약 9.5L/min 내지 약 10L/min 또는 이들의 조합이다.
일부 실시예에서, 도 1 및 도 2와 같이, 액체-가스 분리회로(400)는 액체-가스 분리장치(408)를 포함한다. 일부 실시예에서, 액체-가스 분리장치(408)는 제1 포트(402)와 제2 포트(410) 사이에 배치된다. 액체-가스 분리장치(408)는 펌프(406)의 하류 또는 상류에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 액체-가스 분리장치(408)는 적어도 하나의 제1 챔버(414) 및 적어도 하나의 제2 챔버(416)를 포함한다. 제1 챔버(414) 및/또는 제2 챔버(416)는 임의의 적합한 형태 및 크기를 구비할 수 있다. 예를 들어, 제1 챔버(414) 및/또는 제2 챔버(416)는 튜브형 구조를 구비할 수 있다. 제1 챔버(414)는 제2 챔버(416) 내에 수용될 수 있으며, 반대로도 마찬가지이다. 일부 실시예에서, 액체-가스 분리장치(408)는 제1 챔버(414)와 제2 챔버(416)를 밀봉하도록 구성된 쉘 또는 하우징을 포함한다.
일부 실시예에서, 제1 챔버(414)와 제2 챔버(416)는 분리막에 의해 이격된다. 분리막은 NO 침투 가능한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 분리막은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 실리콘수지 또는 폴리프로필렌 등과 같은 재료를 포함할 수 있다. NO는 분리막을 통해 제1 챔버(414) 중의 액체로부터 제2 챔버(416) 중의 가스로 확산될 수 있다. 분리막은 임의의 적합한 배치방식을 구비할 수 있다. 예를 들어, 분리막에 의해 형성된 벽을 구비하는 여러 개의 중공섬유이다.
분리막은 임의의 적합한 면적을 구비하도록 선택될 수 있고, 상기 적합한 면적은 특정 주기 및/또는 특정 순환량 내에서, 반응 매질(112)에 용해된 NO를 감소시키거나 제거하도록 제공된다. 일부 실시예에서, 액체-가스 분리장치(408)의 분리막이 구비하는 표면적 범위는 약 500cm2 내지 약 50000cm2, 예를 들어 약 500cm2 내지 약 1000cm2, 약 1000cm2 내지 약 5000cm2, 약 5000cm2 내지 약 10000cm2, 약 10000cm2 내지 약 15000cm2, 약 15000cm2 내지 약 20000cm2, 약 20000cm2 내지 약 25000cm2, 약 25000cm2 내지 약 30000cm2, 약 30000cm2 내지 약 35000cm2, 약 35000cm2 내지 약 40000cm2, 약 40000cm2 내지 약 45000cm2, 약 45000cm2 내지 약 50000cm2 또는 이들의 조합이다.
일부 실시예에서, 제1 챔버(414)는 입구(418)와 출구(420)를 포함한다. 펌프(406)는 반응 매질(112)이 입구(418)로부터 제1 챔버(414)를 통과하여 출구(420)에 도달하도록 구동할 수 있다. 반응 매질(112)이 제1 챔버(414)를 흘러 지나갈 때, 반응 매질(112)에 용해된 NO는 분리막을 통해 제2 챔버(416)로 확산될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 챔버(416)는 입구(422)와 출구(426)를 포함한다. 스윕 가스는 입구(422)로부터 제2 챔버(416)를 통과하여 출구(426)로 흐를 수 있다. 스윕 가스는 제2 챔버에 확산된 NO를 혼합가스로서 출구(426)로부터 운송하여 내보낼 수 있다. 혼합 가스를 폐가스 처리 장치(700)로 운송할 수 있고, 아래에서 추가적으로 설명하기로 한다.
스윕 가스는 임의의 적합한 가스, 예를 들어 공기, 산소가스, 질소가스, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 스윕 가스는 가스원(예를 들어 캐리어 가스원(200))으로부터 입구(422)로 공급될 수 있다. 일부 실시예에서, 캐리어 가스(122)는 스윕 가스로 사용된다. 예를 들어, 유체 제어기(424)는 캐리어 가스(122)를 캐리어 가스원(200)에서 입구(422)로 유동하는 것을 제어하는 데 사용될 수 있다. 유체 제어기(424)는 압력 제어기, 예를 들어 압력 제어 밸브 또는 압력 조정기를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2와 같이, NO 생성 장치(100)는 여과 장치(412)를 포함한다. 일부 실시예에서, 여과 장치(412)는 액체-가스 분리장치(408)의 상류에 배치된다. 여과 장치(412)는 하나 또는 여러 개의 필터를 포함할 수 있으며, 상기 필터는 반응 매질로부터 1종 또는 여러 종의 불순물(예를 들어 고체 물질)을 여과하도록 구성된다. 여과 장치(412)는 반응 매질(112)이 액체-가스 분리장치(408)를 흘러 지나갈 때, 상기 액체-가스 분리장치의 분리막이 반응 매질(112) 중의 불순물에 의해 손상되지 않도록 보호할 수 있다.
일부 실시예에서, 액체-가스 분리회로(400)는 작업 모드와 청결 모드를 구비한다. 작업 모드에서, 액체-가스 분리회로(400)는 반응 매질(112)을 제1 포트(402)로부터 액체-가스 분리장치(408)를 통과하여 제2 포트(410)로 순환시킴으로써, 반응 매질(112)에 용해된 NO를 감소시키거나 제거할 수 있다. 청결 모드에서, 반응 챔버(102)의 가스 영역(110) 중의 가스는 제2 포트(410)로부터 액체-가스 분리장치(408)를 통과하여 제1 포트(402)로 순환할 수 있다. 액체-가스 분리장치(408)를 통한 순환 가스는, 작업 모드 이후 액체-가스 분리장치(408) 중의 잔여된 반응 매질(112)을 반응 챔버(102)로 반송할 수 있다. 예를 들어, 펌프(406)는 일정한 유량으로 유체 흐름(예를 들어 가스 영역(110) 중의 가스 흐름)을 생성할 수 있고, 상기 일정한 유량 범위는 약 0.25L/min 내지 약 5L/min이며, 예를 들어 약 0.25L/min 내지 약 0.5L/min, 약 0.5L/min 내지 약 1.0L/min, 약 1.0L/min 내지 약 1.5L/min, 약 1.5L/min 내지 약 2.0L/min, 약 2.0L/min 내지 약 2.5L/min, 약 2.5L/min 내지 약 3.0L/min, 약 3.0L/min 내지 약 3.5L/min, 약 3.5L/min 내지 약 4.0L/min, 약 4.0L/min 내지 약 4.5L/min, 약 4.5L/min 내지 약 5.0L/min 또는 이들의 조합이다. 청결 모드는 반응 매질(112)의 손실을 감소시킬 수 있고 반응 매질(112) 및/또는 NO 생성 장치(100)의 수명을 연장시킬 수 있다. 청결 모드는 분리막을 건조하게 하여 다음 작업 모드를 위해 준비하도록 할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2와 같이, 액체-가스 분리회로(400)는 액체-가스 분리회로(400)를 작업 모드와 청결 모드 사이에서 스위칭하기 위한 스위칭 밸브(404)를 포함한다. 일부 실시예에서, 스위칭 밸브(404)는 하나 또는 여러 개의 밸브를 포함하고, 상기 하나 또는 여러 개의 밸브는 액체-가스 분리회로(400)의 유체 흐름의 방향을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 스위칭 밸브(404)는 한 세트의 상시 닫힘형 밸브를 포함할 수 있고, 상기 스위칭 밸브는 밸브의 상이한 서브셋(subsets)을 열어 액체-가스 분리회로(400) 중의 유체 흐름의 방향을 변화시킬 수 있다. 이러한 상황에서, 펌프(406)는 작업 모드와 청결 모드에서 작동하기 위한 가역적 펌프일 필요가 없다.
예를 들어, 도 2와 같이, 스위칭 밸브(404)는 한 세트의 네 개의 밸브(404a-404d)를 포함할 수 있다. 일부 상황에서, 밸브(404a)는 제1 포트(402)와 펌프(406) 사이에 배치되고; 밸브(404b)는 제1 포트(402)와 제1 챔버(414)의 유체 출구(420) 사이에 배치되며; 밸브(404c)는 제2 포트(410)와 펌프(406) 사이에 배치되고; 밸브(404d)는 제2 포트(410)와 제1 챔버(414)의 유체 출구(420) 사이에 배치된다. 예를 들어, 작업 모드에서, 밸브(404a)과 밸브(404d)가 열리고, 밸브(404b)와 밸브(404c)가 닫힌다. 반응 매질(112)은 제1 포트(402)로부터 밸브(404a), 펌프(406), 액체-가스 분리장치(408)의 유체 입구(418)와 유체 출구(420) 및 밸브(404d)를 통과하여 제2 포트(410)로 흐를 수 있다. 예를 들어, 청결 모드에서, 밸브(404a)와 밸브(404d)가 닫히고, 밸브(404b)와 밸브(404c)가 열린다. 반응 챔버(102)의 가스 영역(110) 중의 가스는 제2 포트(410)로부터 밸브(404c), 펌프(406), 액체-가스 분리장치(408)의 유체 입구(418)와 유체 출구(420) 및 밸브(404b)를 통과하여 제1 포트(402)로 흐를 수 있다.
일부 실시예에서, 액체-가스 분리회로(400)는 전자 밸브(미도시)를 포함한다. 전자 밸브는 액체-가스 분리장치(408)의 상류에 배치될 수 있다. 전자 밸브는 NO의 전기화학적 생성 기간에 반응 매질(112)에 축적될 수 있는 압력으로 인해 반응 매질(112)이 액체-가스 분리장치(408)에 들어가는 것을 방지할 수 있다.
도 4C는 본 개시의 일부 실시예에 따른 여러 기간 동안 NO 생성 장치(100)에 의해 생성된 생성물 가스 중의 NO 농도를 그래프로 나타낸 것이다. 상기 예시에서, 약 2분 동안의 램프 주기 내에서 초기에 약 150mA의 전류를 인가한 후, 제1 전극(116)에 50mA의 전류를 인가할 수 있는 것 외에, NO 생성 장치(100)는 상기 참고 도면 4A의 예시에 따른 반응 조건과 같은 반응 조건을 구비할 수 있다. NO 생성 장치(100)는 액체-가스 분리회로(400)를 더 포함할 수 있다. 각 단계에서 제1 전극(116)에 인가된 전류를 정지시킨 후, 액체-가스 분리회로(400)는 작업 모드에서 작동될 수 있고, 상기 액체-가스 분리회로는 반응 매질(112)이 약 0.5L/min의 유량으로 액체-가스 분리장치(408)를 약 10분 동안 순환하여 통과하도록 함으로써, 주어진 반응 매질(112)에 용해된 NO를 감소시키거나 제거한다. 그리고, 액체-가스 분리회로(400)는 청결 모드에서 조작할 수 있으며, 상기 액체-가스 분리회로는 가스 영역(110) 중의 가스가 약 1L/min의 유량으로 액체-가스 분리장치(408)를 약 0.5분 동안 순환하여 통과하도록 한다. 도 4C와 같이, 반응 매질(112)을 사용하는 NO 생성 장치(100)는 5개의 연속적인 단계 내에서 NO 농도가 약 2000ppm인 생성물 가스를 생성할 수 있다.
아래에서는 NO 시스템의 일부 예시를 제공하였다. 일부 실시예에서, NO 시스템(10)은 NO 생성 장치(100)와 캐리어 가스원(200)을 포함할 수 있다. NO 생성 장치(100)는 가스 영역과 액체 영역을 구비하는 반응 챔버(102); 액체 영역에 포함되어 있는 반응 매질(112); 반응 매질(112)에 배치되어 있는 음극과 양극; 두 개의 스파저(134); 가스 순환 회로(300); 및 액체-가스 분리회로(400);를 포함할 수 있다. 스파저(134)는 두 개의 전극 부근에 각각 배치될수 있고, 상기 스파저는 기포를 방출하여 상기 기포가 전극의 표면에 퍼지도록 구성된다. 캐리어 가스원(200)은 압축 공기로부터 캐리어 가스(122)를 생성할 수 있다. 캐리어 가스원(200)은 압축 공기 중의 수분과 고체 물질을 감소시키거나 제거하기 위해 수분 필터와 먼지 필터를 포함할 수 있다. 캐리어 가스원(200)은 질소가스 생성 장치(202)를 더 포함할 수 있으며, 상기 질소가스 생성 장치는 압축 공기로부터 N2를 분리시키기 위해 질소가스 분리막을 구비한다. 음극과 양극은 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 전원은 음극에 전류 또는 전압을 인가할 수 있고, NO는 음극의 표면 또는 음극의 표면 부근에서 생성될 수 있으며 캐리어 가스(122)에 의해 가스 영역으로 스윕 또는 연행되어 생성물 가스를 생성하도록 한다. 가스 순환 회로(300)는 생성물 가스를 가스 영역에서 스파저로 재순환시킬 수 있다. 재순환 가스는 캐리어 가스(122)와 결합되어 스파저로 유입될 수 있다. 음극에 전류 또는 전압을 인가할 때 및 음극에 전압 또는 전류를 인가하는 것을 종료시킨 후, 반응 매질에 용해된 NO를 분리시키기 위해, 액체-가스 분리회로(400)는 액체-가스 분리장치(408)를 포함할 수 있다. 액체-가스 분리장치(408)는 표면적을 구비하는 분리막을 포함할 수 있다. 액체-가스 분리회로(400)는 제1 주기에 작업 모드로 작동되고, 제1 주기 후의 제2 주기에 청결 모드로 작동될 수 있다.
예를 들어, 음극과 양극은 백금으로 제조될 수 있다. 반응 매질은 약 0.01mol/L의 HEPES 완충액, 약 0.01mol/L의 아질산나트륨 및 약 1mmol/L의 Cu-트리스(2-피리딜메틸)아민(CuTPMA)을 포함할 수 있다. 반응 매질이 약 6 내지 8의 pH값, 예를 들어 약 7.2의 pH값을 구비할 수 있도록, 적합한 알칼리성 용액(예를 들어 NaOH 용액)을 사용하여 HEPES 완충액을 적정할 수 있다. 음극에 약 10mA의 전류를 인가하기 전, 음극에 약 20mA의 자극 전류를 0.5분 동안 인가할 수 있다. 질소가스 생성 장치(202)의 질소가스 분리막은 폴리(4-메틸-1-펜텐)으로 제조될 수 있으며, 약 0.01μm의 평균 공극 크기를 구비할 수 있다. 질소가스 생성 장치(202)는 압축 공기로부터 농도가 약 부피의 99.0%인 N2가 함유된 캐리어 가스(122)를 생성시킬 수 있다. 약 50mL/min의 유량으로 캐리어 가스(122)를 스파저(134)로 유입시킬 수 있다. 가스 순환 회로(300)는 생성물 가스를 약 0.5L/min의 유량으로 재순환시킬 수 있다. 전류를 음극에 10분 동안 인가하는 램프 주기 후, NO 생성 장치(100)는 NO 농도가 약 200ppm인 생성물 가스를 배출할 수 있다. 음극에 전류를 인가하는 것을 정지시킨 후, 액체-가스 분리회로(400)는 작업 모드에서 약 10분 동안 작동할 수 있으며, 그 후 청결 모드에서 약 1분 동안 작동할 수 있다. 액체-가스 분리장치(408)의 분리막은 약 25,000cm2의 표면적을 구비할 수 있다.
또 예를 들어, 음극과 양극은 금으로 제조될 수 있다. 반응 매질은 약 1mol/L의 MOPS 완충액, 약 1mol/L의 아질산나트륨 및 약 3mmol/L의 Fe-1,4,7-트리아자시클로노난을 포함할 수 있다. 반응 매질이 약 6 내지 8의 pH값, 예를 들어 약 7.2의 pH값을 구비할 수 있도록, 적합한 알칼리성 용액(예를 들어 NaOH 용액)을 사용하여 MOPS 완충액을 적정할 수 있다. 음극에 약 1.4V의 전압을 인가하기 전, 음극에 약 4.2V의 자극 전압을 1분 동안 인가할 수 있다. 질소가스 생성 장치(202)의 질소가스 분리막은 브롬화 폴리카보네이트로 제조될 수 있으며, 약 0.02μm의 평균 공극 크기를 구비할 수 있다. 질소가스 생성 장치(202)는 압축 공기로부터 농도가 약 부피의 99.6%인 N2가 함유된 캐리어 가스(122)를 생성시킬 수 있다. 약 100mL/min의 유량으로 캐리어 가스(122)를 스파저(134)로 유입시킬 수 있다. 가스 순환 회로(300)는 생성물 가스를 약 1L/min의 유량으로 재순환시킬 수 있다. 전압을 음극에 9분 동안 인가하는 램프 주기 후, NO 생성 장치(100)는 NO 농도가 약 1200ppm인 생성물 가스를 배출할 수 있다. 음극에 전압을 인가하는 것을 정지시킨 후, 액체-가스 분리회로(400)는 작업 모드에서 약 5분 동안 작동할 수 있으며, 그 후 청결 모드에서 약 0.5분 동안 작동할 수 있다. 액체-가스 분리장치(408)의 분리막은 약 1000cm2의 표면적을 구비할 수 있다.
또 예를 들어, 음극과 양극은 탄소로 제조될 수 있다. 반응 매질은 약 1.5mol/L의 Tris 완충액, 약 2mol/L의 아질산칼륨 및 약 4mmol/L의 Ti(Me3TACN)을 포함할 수 있다. 반응 매질이 약 6 내지 8의 pH값, 예를 들어 약 7.2의 pH값을 구비할 수 있도록, 적합한 알칼리성 용액(예를 들어 NaOH 용액)을 사용하여 Tris 완충액을 적정할 수 있다. 음극에 약 100mA의 전류를 인가하기 전, 음극에 약 500mA의 자극 전류를 1.5분 동안 인가할 수 있다. 질소가스 생성 장치(202)의 질소가스 분리막은 폴리프로필렌으로 제조될 수 있으며, 약 0.012μm의 평균 공극 크기를 구비할 수 있다. 질소가스 생성 장치(202)는 압축 공기로부터 농도가 약 부피의 99.7%인 N2가 함유된 캐리어 가스(122)를 생성시킬 수 있다. 약 200mL/min의 유량으로 캐리어 가스(122)를 스파저(134)로 유입시킬 수 있다. 가스 순환 회로(300)는 생성물 가스를 약 1.5L/min의 유량으로 재순환시킬 수 있다. 전류를 음극에 6분 동안 인가하는 램프 주기 후, NO 생성 장치(100)는 NO 농도가 약 3000ppm인 생성물 가스를 배출할 수 있다. 음극에 전류를 인가하는 것을 정지시킨 후, 액체-가스 분리회로(400)는 작업 모드에서 약 12분 동안 작동할 수 있으며, 그 후 청결 모드에서 약 0.9분 동안 작동할 수 있다. 액체-가스 분리장치(408)의 분리막은 약 1,000cm2 내지 약 50,000cm2의 표면적, 예를 들어 약 50,000cm2의 표면적을 구비할 수 있다.
또 예를 들어, 음극과 양극은 유리상 탄소가 코팅되어 있는 SiO2로 제조될 수 있다. 반응 매질은 약 2mol/L의 MOPS 완충액, 약 3mol/L의 아질산나트륨 및 약 5mmol/L의 크롬-트리스(2-피리딜메틸)아민(CrTPMA)을 포함할 수 있다. 반응 매질이 약 6 내지 8의 pH값, 예를 들어 약 7.2의 pH값을 구비할 수 있도록, 적합한 알칼리성 용액(예를 들어 NaOH 용액)을 사용하여 MOPS 완충액을 적정할 수 있다. 음극에 약 2V의 전압을 인가하기 전, 음극에 약 12V의 자극 전압을 2분 동안 인가할 수 있다. 질소가스 생성 장치(202)의 질소가스 분리막은 폴리이미드로 제조될 수 있으며, 약 0.005μm의 평균 공극 크기를 구비할 수 있다. 질소가스 생성 장치(202)는 압축 공기로부터 농도가 약 부피의 99.99%인 N2가 함유된 캐리어 가스(122)를 생성시킬 수 있다. 약 300mL/min의 유량으로 캐리어 가스(122)를 스파저(134)로 유입시킬 수 있다. 가스 순환 회로(300)는 생성물 가스를 약 2L/min의 유량으로 재순환시킬 수 있다. 전압을 음극에 5분 동안 인가하는 램프 주기 후, NO 생성 장치(100)는 NO 농도가 약 4200ppm인 생성물 가스를 배출할 수 있다. 음극에 전압을 인가하는 것을 정지시킨 후, 액체-가스 분리회로(400)는 작업 모드에서 약 5분 동안 작동할 수 있으며, 그 후 청결 모드에서 약 1.5분 동안 작동할 수 있다. 액체-가스 분리장치(408)의 분리막은 약 1,000cm2 내지 약 5,000cm2의 표면적, 예를 들어 약 37,500cm2의 표면적을 구비할 수 있다.
또 예를 들어, 음극과 양극은 스테인리스강이 코팅되어 있는 전도성 유리로 제조될 수 있다. 반응 매질은 약 2.5mol/L의 인산염 완충액, 약 4mol/L의 아질산나트륨 및 약 6mmol/L의 망간-트리스(2-피리딜메틸)아민(MnTPMA)을 포함할 수 있다. 반응 매질이 약 6 내지 8의 pH값, 예를 들어 약 7.2의 pH값을 구비할 수 있도록, 적합한 알칼리성 용액(예를 들어 NaOH 용액)을 사용하여 인산염 완충액을 적정할 수 있다. 음극에 약 200mA의 전류를 인가하기 전, 음극에 약 1.4A의 자극 전류를 2.5분 동안 인가할 수 있다. 질소가스 생성 장치(202)의 질소가스 분리막은 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 제조될 수 있으며, 약 0.008μm의 평균 공극 크기를 구비할 수 있다. 질소가스 생성 장치(202)는 압축 공기로부터 농도가 약 부피의 99.8%인 N2가 함유된 캐리어 가스(122)를 생성시킬 수 있다. 약 400mL/min의 유량으로 캐리어 가스(122)를 스파저(134)로 유입시킬 수 있다. 가스 순환 회로(300)는 생성물 가스를 약 2.5L/min의 유량으로 재순환시킬 수 있다. 전류를 음극에 4.6분 동안 인가하는 램프 주기 후, NO 생성 장치(100)는 NO 농도가 약 6300ppm인 생성물 가스를 배출할 수 있다. 음극에 전류를 인가하는 것을 정지시킨 후, 액체-가스 분리회로(400)는 작업 모드에서 약 20분 동안 작동할 수 있으며, 그 후 청결 모드에서 약 2분 동안 작동할 수 있다. 액체-가스 분리장치(408)의 분리막은 약 1000cm2 내지 약 5000cm2의 표면적, 예를 들어 약 12,500cm2의 표면적을 구비할 수 있다.
또 예를 들어, 음극과 양극은 이리듐-루테늄 합금이 코팅되어 있는 스테인리스강으로 제조될 수 있다. 반응 매질은 약 3mol/L의 붕산-붕사 완충액, 약 5mol/L의 아질산칼륨 및 약 7mmol/L의 코발트-(비스(2-아미노티피리딘)프로피온산(Co-(Bis(2-aminothypridine)propionic acid)을 포함할 수 있다. 반응 매질이 약 6 내지 8의 pH값, 예를 들어 약 7.2의 pH값을 구비할 수 있도록, 적합한 알칼리성 용액(예를 들어 NaOH 용액)을 사용하여 붕산-붕사 완충액을 적정할 수 있다. 음극에 약 3V의 전압을 인가하기 전, 음극에 약 24V의 자극 전압을 3분 동안 인가할 수 있다. 질소가스 생성 장치(202)의 질소가스 분리막은 브롬화 폴리카보네이트로 제조될 수 있으며, 약 0.015μm의 평균 공극 크기를 구비할 수 있다. 질소가스 생성 장치(202)는 압축 공기로부터 농도가 약 부피의 99.9%인 N2가 함유된 캐리어 가스(122)를 생성시킬 수 있다. 약 600mL/min의 유량으로 캐리어 가스(122)를 스파저(134)로 유입시킬 수 있다. 가스 순환 회로(300)는 생성물 가스를 3L/min의 유량으로 재순환시킬 수 있다. 전압을 음극에 5분 동안 인가하는 램프 주기 후, NO 생성 장치(100)는 NO 농도가 약 10,400ppm인 생성물 가스를 배출할 수 있다. 음극에 전류를 인가하는 것을 정지시킨 후, 액체-가스 분리회로(400)는 작업 모드에서 약 18분 동안 작동할 수 있으며, 그 후 청결 모드에서 약 1.6분 동안 작동할 수 있다. 액체-가스 분리장치(408)의 분리막은 약 1000cm2 내지 약 5000cm2의 표면적, 예를 들어 약 5000cm2의 표면적을 구비할 수 있다.
생성물 가스의 여과
시스템(10)은, 생성물 가스 중의 1종 또는 여러 종의 불순물을 감소하거나 제거하기 위해, 하나 또는 여러 개의 여과 시스템 또는 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 1과 같이, 시스템(10)은 NO 생성 장치(100) 하류에 배치된 여과 시스템(500)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 여과 시스템(500)은 NO 생성 장치(100)의 가스 영역(110) 및/또는 출구 회로(124)의 하류에 배치되어 상기 NO 생성 장치의 가스 영역 및/또는 출구 회로와 유체 연통될 수 있다. 여과 시스템(500)은 NO 생성 장치(100)에서 공급된 생성물 가스 중의 1종 또는 여러 종의 불순물, 예를 들어 수분 및/또는 고체 물질을 감소시키거나 제거할 수 있다. 본문에서 설명한 바와 같이, 수분은 생성물 가스에 존재할 수 있는 기상 또는 액상의 임의의 액체, 예를 들어 증기, 물방울, 용매 증기 및 용매 방울을 포함할 수 있다.
여과 시스템(500)은 하나 또는 여러 개의 여과 장치 또는 필터를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 여과 시스템(500)은 하나 또는 여러 개의 고체 물질 필터(502)를 포함한다. 고체 물질 필터(502)는 예를 들어 여과 재료 및/또는 공극 크기를 변화시키거나 선택하여 임의의 유형의 고체 물질을 여과하도록 구성될 수 있다고 구상할 수 있다. 일 실시예에서, 고체 필터(502)는 염 에어로졸 필터(salt aerosol filter)일 수 있다. 일부 실시예에서, 고체 물질 필터(502)는 막 필터를 포함한다. 막 필터는 다공성 구조를 구비하는 고분자 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 고분자 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTEF), 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르설폰, 혼합된 셀룰로오스에스테르(mixed cellulose ester), 폴리아미드(나일론), 나일론 6 및 나일론 66에서 선택되는 1종 또는 여러 종의 재료를 포함할 수 있다. 다공성 구조의 평균 공극 크기의 범위는 약 0.01μm 내지 약 2μm, 예를 들어 약 0.1μm 내지 약 0.2μm, 약 0.2μm 내지 약 0.4μm, 약 0.4μm 내지 약 0.6μm, 약 0.6μm 내지 약 0.8μm, 약 0.8μm 내지 약 1.0μm, 약 1.0μm 내지 약 1.2μm, 약 1.2μm 내지 약 1.4μm, 약 1.4μm 내지 약 1.6μm, 약 1.6μm 내지 약 1.8μm, 약 1.8μm 내지 약 2μm 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 예시에서, 고체 물질 필터(502)는 PTEF로 제조된 평균 공극 크기가 약 1.0μm인 부재 필터를 포함할 수 있다. 다른 일 예시에서, 고체 물질 필터(502)는 폴리비닐리덴플루오라이드로 제조된 평균 공극 크기가 약 0.1μm인 부재 필터를 포함할 수 있다. 다른 일 예시에서, 고체 물질 필터(502)는 폴리에테르설폰으로 제조된 평균 공극 크기가 약 2.0μm인 부재 필터를 포함할 수 있다. 다른 일 예시에서, 고체 물질 필터(502)는 나일론 6으로 제조된 평균 공극 크기가 약 0.1μm인 부재 필터를 포함할 수 있다. 다른 일 예시에서, 고체 물질 필터(502)는 나일론 66으로 제조된 평균 공극 크기가 약 0.8μm인 부재 필터를 포함할 수 있다. 다른 일 예시에서, 고체 물질 필터(502)는 혼합된 셀룰로오스에스테르로 제조된 평균 공극 크기가 약 1.6μm인 부재 필터를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 여과 시스템(500)은 하나 또는 여러 개의 수분 필터(504)를 포함한다. 수분 필터(504)는 기상 및/또는 액상 중의 액체, 예를 들어 물을 감소시키거나 제거할 수 있다. 일부 실시예에서, 수분 필터(504)는 막 필터를 포함한다. 일부 실시예에서, 막 필터는 고분자 재료를 포함한다. 고분자 재료는 다공성 구조를 구비할 수 있다. 고분자 재료는 액체 증기 및/또는 액체 방울을 흡수할 수 있다. 부가적 또는 대체적으로, 고분자 재료는 적어도 부분적으로 액체 증기 및/또는 액체 방울을 침투시킬 수 있다. 예를 들어, 막 필터는 Nafion™막을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 여과 시스템(500)은 하나 또는 여러 개의 부가적 필터(506)를 포함한다. 필터(506)는 추가적으로 생성물 가스 중 불순물, 예를 들어 수분 및/또는 고체 물질을 제거하거나 감소하도록, 고체 물질 필터(502) 및/또는 수분 필터(504)의 하류에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 필터(506)는 막 필터를 포함한다. 일부 실시예에서, 막 필터는 고분자 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, 막 필터는 다공성 구조를 구비한다. 예를 들어, 막 필터의 고분자 재료는 다공성 구조를 구비할 수 있다. 다공성 구조의 평균 공극 크기의 범위는 약 0.01μm 내지 약 2μm, 예를 들어 약 0.01μm 내지 약 0.1μm, 약 0.1μm 내지 약 0.2μm, 약 0.2μm 내지 약 0.3μm, 약 0.3μm 내지 약 0.4μm, 약 0.4μm 내지 약 0.5μm, 약 0.5μm 내지 약 1.0μm, 약 1.0μm 내지 약 2μm, 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 실시예에서, 필터(506)의 평균 공극 크기는 고체 물질 필터(502)의 평균 공극 크기보다 같거나 작다.
본문에서 설명한 바와 같이, 본 개시의 일부 실시예에서 사용된 막 필터는 적어도 1층의 막을 포함할 수 있으며, 상기 막은 가스, 액체 및/또는 고체를 여과하거나 분리시키기 위한 임의의 적합한 구성을 구비할 수 있다. 예를 들어, 막 필터의 막은 전량 여과 방식(dead-end filtration)에 사용되도록 구성될 수 있고, 여기서 유체는 막을 통과할 수 있으며, 유체로부터 분리될 성분은 막에 의해 막히거나 포획될 수 있다. 또는, 막 필터의 막은 십자흐름 여과 방식(cross-flow filtration)에 사용되도록 구성될 수 있고, 그 중 유체는 원료 공급 측에서 막의 표면을 통과할 수 있으며, 유체로부터 분리될 성분은 원료 공급 측에 보류될 수 있거나 막에 의해 침투 측에 침투될 수 있다. 십자흐름 여과 방식의 예시 구성은 막으로 형성된 하나 또는 여러 개의 중공 섬유이다.
예를 들어, NO 생성 장치(100)의 가스 영역(110)에서 배출된 생성물 가스는 일정한 양의 액체 불순물 및/또는 고체 불순물, 예를 들어 물과 염 에어로졸을 포함할 수 있다. 이러한 양의 불순물은 하류 장치, 예를 들어 펌프(306) 및 필터(502-506) 중의 하나 또는 여러 개의 필터의 수명에 손상 및/또는 영향을 미칠 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(500)은 NO 생성 장치(100) 하류에 배치된 여과 장치(508)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 여과 장치(508)는 펌프(306)의 상류에 배치되어, 재순환 생성물 가스(303) 중의 액체 불순물 및/또는 고체 불순물을 감소시키거나 제거하도록 한다. 예를 들어, NO 생성 장치(100)의 가스 영역(110)에서 배출된 생성물 가스는 1종 또는 여러 종의 불순물, 예를 들어 물 혹은 반응 매질(112)의 방울 또는 증기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 여과 장치(508)는 고체 물질 필터(502) 및/또는 수분 필터(504)의 상류에 배치된다. 여과 장치(508)는 생성물 가스가 필터(502-506) 중의 하나 또는 여러 개의 필터를 흘러 지나가기 전에, 생성물 가스 중 액체 불순물 및/또는 고체 불순물을 감소시키거나 제거할 수 있다.
도 5A-도5C는 본 개시의 일부 실시예에 따른 여과 장치(508)를 나타낸다. 도 5A-도 5C와 같이, 일부 실시예에서, 여과 장치(508)는 하우징(510), 입구(518) 및 출구(520)를 포함한다. 일부 실시예에서, 여과 장치(508)는 하우징(510)에 배치된 적어도 하나의 챔버를 포함한다. 입구(518) 및/또는 출구(520)는 하우징(510) 중 적어도 하나의 챔버와 유체 연통될 수 있다. 하우징(510)은 임의의 적합한 형태, 예를 들어 기둥 형태를 구비할 수 있다. 도 5C와 같이, 입구(518)는 하우징(510)의 바닥부 부분측에 배치되고, 챔버와 유체 연통될 수 있다. 출구(520)는 하우징(510)의 상부 부분측에 배치되고, 챔버와 유체 연통될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 5B와 같이, 여과 장치(508)는 하나 또는 여러 개의 필터 챔버(512)를 포함한다. 필터 챔버(512)는 임의의 적합한 형태, 예를 들어 기둥 형태를 구비할 수 있다. 필터 챔버(512)는 하우징(510)의 종방향 축선을 둘러싼 방식으로 배치될 수 있고, 같은 거리를 두어 이격되거나 상이한 거리를 두어 이격될 수 있다. 여과 장치(508)는 임의의 적합한 양의 필터 챔버(512), 예를 들어 2개 내지 5개 필터 챔버를 포함할 수 있다. 예를 들어, 3개의 필터 챔버(512)는 하우징(510)의 종방향 축선을 둘러싼 방식으로 약 120도의 동일한 거리로 이격될 수 있다.
각각의 필터 챔버(512)는 입구(522)와 출구(524)를 구비할 수 있다. 하나 또는 여러 개의 필터 챔버(512)의 입구와 출구는 유동 경로를 한정(define)할 수 있다. 하나 또는 여러 개의 필터 챔버(512)(예를 들어 첫 번째 필터 챔버(512))는 하우징(510)의 입구(518)와 유체 연통되는 입구(522)를 구비할 수 있다. 하나 또는 여러 개의 필터 챔버(512)(예를 들어 마지막 하나의 필터 챔버(512))는 하우징(510)의 출구(520)와 유체 연통되는 출구(524)를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 필터 챔버(512)는 여과 재료(516)를 포함하며, 상기 여과 재료는 상기 필터 챔버(512)를 흘러 지나가는 유체 중의 1종 또는 여러 종의 불순물을 감소시키거나 제거하도록 구성된다. 여과 재료(516)는 필터 챔버(512)의 적어도 일부분, 예를 들어 필터 챔버(512)의 중간 부분을 충진할 수 있다. 여과 재료(516)는 임의의 적합한 재료, 예를 들어 실리카겔, 스펀지, 코튼, 폴리프로필렌(예를 들어, PP 코튼 필터), 폼 및 폼 수지를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 여과 장치(508)는 원료 공급 챔버(526)를 포함한다. 원료 공급 챔버(526)는 입구(518)와 유체 연통되고, 여과될 유체, 예를 들어 가스 흐름을 제공받는 데 사용될 수 있다. 원료 공급 챔버(526)는 하나 또는 여러 개의 필터 챔버(512)와 유체 연통될 수 있다. 예를 들어, 원료 공급 챔버(526)는 필터 챔버(512)의 입구(522)와 유체 연통되는 출구를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 원료 공급 챔버(526)는 연장하여 하우징(510)의 중간 부분을 통과함으로써, 원료 공급 챔버(526)와 하우징(510)의 내부 표면 사이에 캐비티가 형성되도록 한다.
예를 들어, 도 5A-도 5C와 같이, 하우징(510)는 기둥 형태를 구비할 수 있다. 원료 공급 챔버(526)는 하우징(510)의 종방향 축선의 적어도 일부분을 따라 연장되는 기둥 형태를 구비할 수 있다. 원료 공급 챔버(526)와 하우징(510) 사이에 형성된 환형 공간에 캐비티가 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 또는 여러 개의 챔버(예를 들어 필터 챔버(512))는 원료 공급 챔버(526)와 하우징(510) 사이의 캐비티에 배치된다.
여과 장치(508)는 가스(예를 들어 가스 영역(110)에서 배출된 생성물 가스) 중의 적어도 일부 액체 불순물 및/또는 고체 불순물이 예를 들어 중력 침강 또는 분리에 기반하여 가스와 분리될 수 있도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 입구(522)로부터 출구(524)로 흐르는 가스에 현탁된 액체 입자 및/또는 고체 입자가 가스로부터 침강되어 나와 필터 챔버(512)의 바닥부에 침강될 수 있도록, 필터 챔버(512)의 입구(522)는 수직 방향에서 출구(524)보다 낮은 위치에 배치된다.
예를 들어, 필터 챔버(512)는 가늘고 긴 형태(예를 들어 기둥 형태)를 구비할 수 있고, 그의 종방향 축선을 따라 수직 위치에 배치될 수 있다. 이러한 구성에서, 입구(522)는 필터 챔버(512)의 바닥부 부분 또는 하부 부분 측에 배치될 수 있고, 출구(524)는 필터 챔버(512)의 꼭대기 부분 또는 상부 부분 측에 배치될 수 있다. 가스 흐름은 입구(522)로부터 필터 챔버(512)로 들어가고, 이동 또는 상승하여 필터 챔버(512)의 적어도 일부분을 통과한 다음, 출구(524)에 도달할 수 있다. 가스 흐름이 필터 챔버(512)에서 이동 또는 상승할 경우, 상기 가스 흐름은 여과 재료(516)를 통과할 수 있고, 가스 흐름에 현탁된 액체 불순물 및/또는 고체 불순물은 침강되어 나와 가스 흐름과 분리될 수 있다.
일부 실시예에서, 여과 장치(508)는 필터 챔버(512)와 유체 연통되는 완충 챔버(514)를 포함한다. 예를 들어, 완충 챔버(514)는 필터 챔버(512)의 바닥부 부분측의 개구 또는 포트를 거쳐 필터 챔버(512)와 유체 연결될 수 있다. 여과될 가스(예를 들어 가스 흐름)는 개구 또는 포트를 거쳐 완충 챔버(514)로부터 필터 챔버(512)로 흐르고, 필터 챔버(512)에서 상승하며, 출구(524)로부터 배출될 수 있다. 필터 챔버(512) 중의 가스로부터 침강되어 나온 액체 물질 및/또는 고체 물질은 필터 챔버(512)의 바닥부 부분으로 침전될 수 있다. 침강된 액체 및/또는 고체는 완충 챔버(514)로 흘러 상기 완충 챔버에 축적될 수 있다.
임의의 적합한 수단(예를 들어 중력 또는 펌프를 통해)을 통해, 완충 챔버(514)에 축적된 액체 물질 및/또는 고체 물질을 여과 장치(508)로부터 운송하여 내보낼 수 있다. 여과 장치(508)로부터 운송하여 내보낸 액체 물질 및/또는 고체 물질은 처리되거나 반복 사용할 수 있다. 예를 들어, NO 생성 장치(100)로부터 공급된 생성물 가스에서 침강되어 나온 반응 매질(112)은 완충 챔버(514)로부터 반응 챔버(102)의 액체 영역(108)으로 반송되어 반복 사용할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 5C와 같이, 완충 챔버(514)는 원료 공급 챔버(526)와 유체 연통된다. 유체는 원료 공급 챔버(526)로부터 완충 챔버(514)로 흐르고 완충 챔버(514)로부터 필터 챔버(512)로 흐를 수 있다. 예를 들어, 여과될 유체(예를 들어 가스 흐름)는 입구(518)로부터 원료 공급 챔버(526), 완충 챔버(514) 및 필터 챔버(512)를 흘러 지나 출구(520)로 흐를 수 있다.
일부 실시예에서, 도 5A-도 5C와 같이, 여과 장치(508)는 두 개 또는 여러 개의 유체 연결(fluidly connected)된 필터 챔버(512)를 포함함으로써, 하나 이상의 침강 과정을 진행할 수 있도록 한다. 예를 들어, 제1 필터 챔버(512)의 출구(524)는 제2 필터 챔버(512)의 입구(522)와 유체 연결될 수 있다. 가스는 두 개 또는 여러 개의 필터 챔버(512)를 흘러 지나갈 수 있으므로, 액체 불순물 및/또는 고체 불순물이 가스 흐름을 따라 각각의 필터 챔버의 입구(522)에서 출구(524)로 상승하여 가스 흐름으로부터 침강되어 나오도록 할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 5A 및 도 5B와 같이, 완충 챔버(514)는 두 개의 필터 챔버(512)를 유체 연결시킨다. 완충 챔버(514)는 유체가 두 개의 필터 챔버(512) 중 각 필터 챔버의 입구(522)로부터 출구(524)로 흐르도록, 두 개의 필터 챔버(512)와 연결되도록 구성된 개구 또는 도관을 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 5B와 같이, 제1 필터 챔버(512)의 출구(524)는 완충 챔버(514)의 입구일 수 있고, 제2 필터 챔버(512)의 입구(522)는 완충 챔버(514)의 출구일 수 있다. 유체는 제1 필터 챔버(512)의 출구(524)로부터 완충 챔버(514)로 흐르고 완충 챔버(514)로부터 제2 필터 챔버(512)의 입구(522)로 흐를 수 있다. 이러한 상황에서, 도 5B와 같이, 제1 필터 챔버(512)의 출구(524)는 완충 챔버(514)의 꼭대기 부분 측에 배치될 수 있고, 제2 필터 챔버(512)의 입구(522)는 완충 챔버(514)의 바닥부 부분 측에 배치될 수 있다.
여과 장치(508)는 하나 또는 여러 개의 기타 부품, 예를 들어 하우징(510) 중의 하나 또는 여러 개의 입구, 출구 및/또는 챔버를 커버하거나 밀봉하기 위한 부품을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 5A와 같이, 여과 장치(508)는 밀봉부재를 포함하고, 상기 밀봉부재는 완충 챔버(514)의 꼭대기 측을 커버하도록 구성됨으로써, 완충 챔버(514) 중의 가스가 완충 챔버(514)로부터 하나 또는 여러 개의 필터 챔버(512)로 흐를 수 있도록 한다. 일부 실시예에서, 도 5A와 같이, 여과 장치(508)는 커버부재(528)를 포함한다. 커버부재(528)는 필터 챔버(512) 중의 가스가 출구(524) 측에서 배출되도록 하우징(510)의 꼭대기 측을 커버할 수 있고 필터 챔버(512)의 꼭대기 측을 커버할 수 있다. 커버부재(528)는 임의의 적합한 방식, 예를 들어 프레싱 피팅(pressing fitting) 방식 또는 적합한 고정부재(예를 들어 나사 고정부재)를 사용함으로써, 하우징(510)에 연결 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 도 5A와 같이, 여과 장치(508)는 밀봉링을 포함하며, 상기 밀봉링은 입구(518) 둘레에 밀봉이 형성되도록 구성된다.
압력 용기
NO 생성 장치(100)에 의해 생성된 생성물 가스의 유량 및/또는 NO 농도는 1종 또는 여러 종의 조건의 변화, 예를 들어 온도, 전극에 인가된 전류 또는 전압, 부반응, 전극 열화 또는 반응 매질(112) 중의 아질산염 원 및 촉매의 농도의 변화에 따라 변화될 수 있다. 시스템(10)은 NO 생성 장치(100)에 의해 생성된 생성물 가스의 유량 및/또는 NO 농도를 안정화시키도록, 하나 또는 여러 개의 장치 또는 시스템(예를 들어 압력 용기)을 포함할 수 있다. 이러한 장치 또는 시스템은 시스템(10)이 안정화된 NO를 공급하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 1과 같이, 시스템(10)은 압력 용기(600)를 포함한다. 압력 용기(600)는 NO 생성 장치(100)의 하류에 배치되어 상기 NO 생성 장치와 유체 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 압력 용기(600)는 NO 생성 장치(100)의 출구 회로(124)로부터 생성물 가스를 제공받는다. 여과 시스템(500)의 하나 또는 여러 개의 필터는 NO 생성 장치(100)의 하류 및 압력 용기(600)의 상류에 배치될 수 있다. NO 생성 장치(100)로부터 공급된 생성물 가스는 여과 시스템(500)의 하나 또는 여러 개의 필터를 통과하여 압력 용기(600)로 흐를 수 있다. 생성물 가스가 압력 용기(600)에 들어가기 전, 여과 시스템(500)은 생성물 가스 중의 1종 또는 여러 종의 불순물, 예를 들어 수분 및/또는 고체 물질(예를 들어 염 에어로졸)을 감소시키거나 제거할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 6A와 같이, 압력 용기(600)는 몸체(602), 가스 입구(612) 및 가스 출구(614)를 포함한다. 몸체(602)는 내부 캐비티를 밀봉하도록 구성된 임의의 적합한 형태, 예를 들어 기둥 형태를 구비할 수 있다. 가스 입구(612)와 가스 출구(614)는 몸체(602)의 내부 캐비티와 유체 연결된다. 예를 들어, 도 6A와 같이, 가스 입구(612) 및/또는 가스 출구(614)는 몸체(602)에 배치된 개구 또는 포트를 각각 구비할 수 있다.
압력 용기(600)는 압력 유지 주기 기간 동안 NO 생성 장치(100)로부터 생성물 가스를 제공받고 저장할 수 있다. 압력 유지 주기가 종료되면, 압력 용기(600)의 압력은 기설정된 수준 또는 기설정된 범위로 증가될 수 있다. 부가적 또는 대체적으로, 압력 유지 주기가 종료되면, 압력 용기(600)에 수용된 생성물 가스 중의 NO 농도는 기설정된 수준 또는 기설정된 범위로 증가될 수 있다. 압력 유지 주기는 미리 설정 및/또는 조절할 수 있다. 일부 실시예에서, 압력 유지 주기 이후, 압력 용기(600)로부터 생성물 가스를 방출할 수 있다. 압력 용기(600)로부터 방출된 생성물 가스의 NO 농도는 램프 주기 내에서 증가될 수 있고, 램프 주기가 종료될 때 또는 램프 주기가 종료된 후 안정 상태에 도달할 수 있다.
일부 실시예에서, 압력 용기(600)는 압력 유지 주기 및 램프 주기를 단축시키도록 구성됨으로써, 안정적인 NO를 더욱 빠르게 혹은 즉시로 공급하도록 한다. 예를 들어, 압력 용기(600)는 몸체(602)의 내부 캐비티에 하나 또는 여러 개의 유동 경로를 포함할 수 있다. 하나 또는 여러 개의 유동 경로는 굴곡된 유동 경로, 예를 들어 구불구불한 유동 경로를 포함할 수 있다. 하나 또는 여러 개의 유동 경로는 몸체(602)의 내부 캐비티의 적어도 일부분 중의 생성물 가스의 압력 및/또는 NO 농도를 신속히 안정 상태에 도달시키도록 할 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 여러 개의 유동 경로는, 새로운 가스(예를 들어 생성물 가스)가 내부 캐비티에 들어가 내부 캐비티의 적어도 일부분 중에 존재하던 낡은 가스(예를 들어 공기 또는 질소가스)를 신속히 퍼지하거나 소모시킬 수 있다. 부가적 또는 대체적으로, 하나 또는 여러 개의 유동 경로는 새로운 가스와 낡은 가스의 불균일한 혼합을 감소시키거나 없앨 수 있다.
본문에서 설명한 바와 같이, 굴곡된 유동 경로(예를 들어 구불구불한 유동 경로)는 임의의 방향을 따라 제1 포인트에서 제2 포인트로 연장되는 비직접적인 유동 경로를 의미할 수 있다. 예를 들어, 굴곡된 유동 경로는 압력 용기(600)의 횡단면 및/또는 종방향 평면을 통과하여 제1 포인트에서 제2 포인트로 연장되는 비직접적인 유동 경로를 의미할 수 있다.
예를 들어, 압력 용기(600)는 압력 유지 주기가 약 60min 미만, 예들 들어 약 1min 미만, 약 5min 미만, 약 10min 미만, 약 20min 미만, 약 30min 미만, 약 40min 미만 또는 약 50min 미만이 되도록 할 수 있다. 예를 들어, 압력 용기(600)는 램프 주기가 약 20min 미만, 예들 들어 약 1min 미만, 약 2min 미만, 약 3min 미만, 약 4min 미만, 약 5min 미만, 약 8min 미만 또는 약 10min 미만이 되도록 할 수 있다.
도 6A-도 6C는 본 개시의 일부 실시예에 따른 압력 용기(600)의 각종 투시도이다. 일부 실시예에서, 압력 용기(600)는 하나 또는 여러 개의 패널 또는 격판(604)을 포함하며, 상기 패널 또는 격판은 내부 캐비티에서 여러 개의 유체 연결된 영역을 한정한다. 각종 구성에서, 유체 연결된 영역은 압력 용기(600)를 통과하는 굴곡된 유동 경로, 예를 들어 구불구불한 유동 경로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 여러 개의 패널(604)은 내부 캐비티를 제1 영역(606) 및 제2 영역(608)으로 나눌 수 있다. 제1 영역(606)과 제2 영역(608)은 예를 들어 개구, 포트 또는 도관을 통해 유체 연결될 수 있다. 압력 용기(600)로 들어가는 유체(예를 들어 생성물 가스)는 제1 영역(606)으로 들어갈 수 있으며 굴곡된 유동 경로를 통해 제1 영역(606)으로부터 제2 영역(608)으로 흐를 수 있다. 또는, 압력 용기(600)로 들어가는 유체(예를 들어 생성물 가스)는 제1 영역(606)으로 들어갈 수 있으며 제2 영역(608)에 유입되거나 흘러 지나가지 않는 상황에서 압력 용기에서 유출될 수 있고, 즉 제2 영역(608)을 우회(bypass)할 수 있다. 굴곡된 유동 경로는 압력 용기(600)로 들어가는 새로운 가스가 압력 용기 중 이미 존재하는 낡은 가스를 효과적으로 퍼지하거나 소모하도록 할 수 있다. 굴곡된 유동 경로는 또한 압력 용기(600)의 하나 또는 여러 개의 영역의 압력이 전체 압력 용기의 압력이 안정 상태(steady state)에 도달하는 데 필요한 시간보다 더욱 짧은 주기 내에 안정 상태에 도달하도록 할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 영역(606)은 가스 입구(612) 및 가스 출구(614)와 유체 연결된다. 예를 들어, 가스 입구(612)는 제1 영역(606) 중에 배치된 제1 개구 또는 제1 포트와 유체 연결될 수 있다. 가스 출구(614)는 제1 영역(606)에 배치된 제2 개구 또는 제2 포트와 유체 연결될 수 있다. 가스는 제1 영역(606)의 적어도 일부분을 거쳐 가스 입구(612)로부터 가스 출구(614)로 흐를 수 있다.
제1 영역(606)은 가스 입구(612)로 들어가는 가스가 제1 영역(606)의 적어도 일부분을 신속히 충진할 수 있도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 영역(606)은 제1 유동 경로(618)를 한정하는 여러 개의 챔버로 나뉜다. 예를 들어, 하나 또는 여러 개의 패널(616)은 제1 영역(606)에 배치되어 상기 제1 영역을 여러 개의 챔버로 나뉠 수 있다. 제1 유동 경로(618)는 굴곡된 유동 경로, 예를 들어 구불구불한 유동 경로일 수 있다. 굴곡된 유동 경로는 제1 영역(606)으로 들어가는 새로운 가스가 제1 영역(606)의 하나 또는 여러 개의 챔버 중에 존재하던 낡은 가스를 신속히 퍼지하거나 소모하도록 할 수 있다. 이는 제1 영역(606)의 하나 또는 여러 개의 챔버의 압력이, 제1 영역(606)과 제2 영역(608) 중의 하나 또는 여러 개의 챔버의 압력이 안정 상태에 도달하는 데 필요한 시간보다 더욱 짧은 주기 내에 안정 상태에 도달하도록 할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(606)의 하나 또는 여러 개의 챔버가 안정 상태 압력에 도달하는 데 약 5분 미만의 시간이 소모될 수 있지만, 압력 용기(600)의 몸체(602)의 내부 캐비티가 안정 상태 압력에 도달하려면 약 20분 내지 약 30분의 시간이 소모될 수 있다.
예를 들어, 도 6B 및 도 6C와 같이, 가스 입구(612)와 가스 출구(614)는 제1 챔버(606a)와 유체 연결될 수 있다. 생성물 가스는 제1 챔버(606a)의 적어도 일부분을 거쳐 가스 입구(612)로부터 가스 출구(614)로 흐를 수 있다. 가스 입구를 통해 제공받은 생성물 가스는 제1 영역(606)의 제1 챔버(606a)에 들어가 신속히 충진시킬 수 있으므로, 제1 챔버(606a)의 압력이 짧은 시간 내에 안정 상태에 도달할 수 있다. 이는 가스 출구(614)로부터 생성물 가스를 방출하기 전의 압력 유지 시간을 줄일 수 있다.
제1 챔버(606a)는 임의의 적합한 형상 및/또는 크기(dimension)를 구비할 수 있으며, 이는 상기 챔버 중의 생성물 가스의 압력이 비교적 짧은 압력 유지 시간 내에 안정 상태에 도달하도록 한다. 예를 들어, 제1 챔버(606a)는 몸체(602)의 종방향 크기를 따라 연장되는 가늘고 긴 형태 및 좁은 횡단면을 구비할 수 있다. 제1 챔버(606a)는 임의의 적합한 크기 또는 부피를 구비할 수 있다. 예를 들어, 제1 챔버(606a)가 구비하는 부피는 몸체(602)의 내부 캐비티의 50% 또는 이보다 더욱 작을 수 있다. 예를 들어, 압력 용기(600)는 약 800mL의 내부 부피를 구비할 수 있으며, 제1 챔버(606a)는 약 10mL 내지 약 200mL의 부피를 구비할 수 있다. 일 예시에서, 생성물 가스를 제공받고 약 20분 동안의 압력 유지 주기를 유지한 후, 압력 용기(600)는 가스 출구(614) 측에서 생성물 가스를 방출할 수 있으며, 방출된 생성물 가스 중의 NO 농도는 약 10분 내로 안정 상태에 도달할 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 영역(608)은 채널(610)을 통해 제1 영역(606)과 유체 연결된다. 제2 영역(608)은 제1 영역(606)으로부터 유출된 가스를 제공받고 저장할 수 있다. 제2 영역(608)은 굴곡된 유동 경로, 예를 들어 구불구불한 유동 경로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 영역(608)은 제1 영역(606)으로부터 공급된 가스가 제2 영역(608)의 적어도 일부분을 충진할 수 있도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 영역(608)은 제2 유동 경로(620)를 한정하는 여러 개의 챔버로 나뉜다. 예를 들어, 하나 또는 여러 개의 패널(616)은 제2 영역(608) 중에 배치되어 상기 제2 영역을 여러 개의 챔버로 나뉠 수 있다. 제2 유동 경로(620)는 예를 들어 채널(610)을 통해 제1 유동 경로(618)와 유체 연통될 수 있다. 제2 유동 경로(620)와 제1 유동 경로(618)는 하나의 연속적인 유동 경로를 형성할 수 있다. 제2 유동 경로(620)와 제1 유동 경로(618)는 굴곡된 유동 경로, 예를 들어 구불구불한 유동 경로일 수 있다. 굴곡된 유동 경로는 제1 영역(606)으로부터 제2 영역(608)으로 들어가는 새로운 가스가 제2 영역(608)의 하나 또는 여러 개의 챔버 중에 존재하던 낡은 가스를 퍼지하거나 소모하도록 할 수 있다. 이는 또한 전체 제2 영역(608)의 압력이 안정 상태에 도달하기 전에 제2 영역(608)의 하나 또는 여러 개의 챔버의 압력이 안정 상태에 도달하도록 할 수 있다.
제2 영역(608)의 챔버는 가스 저장 유닛이라 칭할 수 있다. 제2 영역(608)의 여러 개의 챔버 중의 하나 또는 여러 개의 챔버는 추가적으로 각 가스 저장 유닛 중의 부피를 감소시키기 위해, 추가적으로 하나 또는 여러 개의 서브 챔버로 나뉠 수 있다. 이는 제2 영역(608)에서 새로운 가스와 낡은 가스의 불균일한 혼합을 감소시키거나 없앨 수 있으며, 또한 이는 제2 영역(608)의 압력이 안정 상태에 도달하는 데 필요한 시간을 줄일 수 있다. 예를 들어, 제2 영역(608)의 챔버는 각각 하나 또는 여러 개의 분할 부재(609)를 통해, 유체 연결된 두 개 또는 여러 개의 서브 챔버로 나뉠 수 있다. 분할 부재(609)는 챔버에서 가스 흐름을 가이드하기 위한 임의의 적합한 구조, 예를 들어 패널 또는 플레이트를 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 6B 및 도 6C와 같이, 서브 챔버가 분할 부재 사이의 공간(611)을 통해 유체 연결되도록, 두 개 또는 여러 개의 분할 부재(609)는 각각 압력 용기(600)의 종방향 축선의 적어도 일부분을 따라 연장될 수 있고 직경방향으로 이격될 수 있다.
본문에서 설명한 바와 같이, 제1 영역(606) 또는 제2 영역(608)에서 유체 연결된 챔버는, 새로운 가스가 상기 영역의 하나 또는 여러 개의 챔버에 존재하던 낡은 가스를 퍼지하거나 소모할 수 있는 유동 경로를 한정하기 위해, 임의의 적합한 구성을 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 6C와 같이, 챔버(예를 들어 제1 챔버(606a))의 입구와 출구는 적어도 하나의 디멘션(dimension)(예를 들어 수평 및/또는 종방향 차원)을 따라 분리하여 배치할 수 있다. 이러한 구성은 챔버에 존재하던 낡은 가스를 퍼지 또는 소모하기 위해, 챔버로 들어가는 새로운 가스가 입구로부터 적어도 하나의 디멘션을 따라 챔버를 통과하여 출구로 흐르도록 할 수 있다.
제2 영역(608)은 생성물 가스를 저장하는 저장소로 사용될 수 있다. 예를 들어, 가스 입구(612) 측에서 제공받은 생성물 가스의 유량이 가스 출구(614) 측에서 방출되는 생성물 가스의 유량보다 높을 경우, 별도의 생성물 가스가 제1 영역(606)으로부터 제2 영역(608)으로 흘러 저장될 수 있다. 가스 입구(612) 측에서 제공받은 생성물 가스의 유량이 가스 출구(614) 측에서 방출되는 생성물 가스의 유량보다 낮을 경우, 생성물 가스 흐름을 보충하기 위해, 제2 영역(608)에 저장된 생성물 가스는 제2 영역(608)으로부터 제1 영역(606)으로 흐를 수 있다. 이러한 상황에서, 압력 용기(600)는 가스 출구(614) 측에서 방출되는 생성물 가스의 압력, 유량 및/또는 NO 농도의 변화를 감소시킬 수 있다. 이는 예를 들어 NO 생성이 각종 조건에 의해 변화되는 상황에서, 안정적인 NO 공급을 제공하는 데 유리할 수 있다. 이는 또한 수요에 따라 원하는 압력, 유량 및/또는 농도로 NO 공급을 제공하는 데 유리할 수 있다. 제2 영역(608)은 생성물 가스를 저장하는 백업 소스로 사용될 수도 있다. 예를 들어, NO 생성 장치(100)에서 NO의 생성 및/또는 시스템(10)에서 NO의 운송이 정상이 아닌 것에 응답하여, 제2 영역(608)에 저장된 생성물 가스를 방출함으로써 NO의 공급을 보충할 수 있다.
일부 실시예에서, 압력 용기(600)는 압력 방출 밸브(622)를 포함한다. 압력 방출 밸브(622)는 압력 용기(600)의 압력이 문턱값을 초과하지 않도록 제어하는 방식으로 구성된다. 상기 문턱값은 기설정된 안전한 문턱값일 수 있다. 압력 방출 밸브(622)는 예를 들어 스프링의 힘에 의해 상시 닫혀 있는 것일 수 있다. 압력 용기(600) 중의 하나 또는 여러 개의 영역의 압력이 문턱값을 초과할 경우, 압력 방출 밸브(622)를 개방할 수 있다. 일부 실시예에서, 압력 방출 밸브(622)는 제2 영역(608)과 유체 연통된다. 도 1과 같이, 압력 방출 밸브(622)로부터 방출된 생성물 가스를 압력 용기(600)로부터 폐가스 처리 장치(700)로 운송할 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템(10)은 압력 용기(600) 중의 하나 또는 여러 개의 영역 혹은 챔버의 압력을 측정하기 위해, 하나 또는 여러 개의 압력 센서를 포함한다. 일부 실시예에서, 압력 센서(624)는 제1 영역(606)의 압력, 예를 들어 제1 영역(606)의 제1 챔버(606a)의 압력을 측정하도록 구성될 수 있다. 압력 센서(624)의 측정값은 가스 출구(614)로부터 하류 시스템 또는 장치로 방출된 생성물 가스의 압력을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 또는 여러 개의 압력 센서(미도시)는 제2 영역(608)의 압력을 측정하도록 구성될 수 있다. 이러한 압력 센서의 측정값은 제2 영역(608) 중에 저장된 생성물 가스의 양을 나타낼 수 있다.
일부 실시예에서, 압력 용기(600)는 퍼지 밸브(626)를 포함한다. 퍼지 밸브(626)는 압력 용기(600)의 내부 캐비티 중의 하나 또는 여러 개의 영역 중의 가스, 예를 들어 생성물 가스를 퍼지하거나 소모하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 퍼지 밸브(626)는 제1 영역(606) 또는 제2 영역(608)과 유체 연통될 수 있다. 도 1과 같이, 퍼지 밸브(626)로부터 방출된 생성물 가스를 압력 용기(600)로부터 폐가스 처리 장치(700)로 운송할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 1과 같이, NO 센서(628)는 퍼지 밸브(626)의 하류에 배치되며, 퍼지 밸브(626)로부터 방출되는 생성물 가스의 NO 농도를 측정하도록 구성된다. NO 센서(628)의 측정값은 압력 용기(600)의 하나 또는 여러 개의 영역에서 생성물 가스를 퍼지하거나 소모하였는지 여부를 나타낼 수 있다.
일부 실시예에서, 도 1과 같이, 시스템(10)은 압력 용기(600)로부터 방출된 생성물 가스의 유량을 제어하기 위한, 하나 또는 여러 개의 유동 제어 장치(630)를 포함한다. 유동 제어 장치(630)는 가스 출구(614)의 하류에 배치되어 상기 가스 출구와 유체 연통될 수 있다. 유동 제어 장치(630)는 유량계 및/또는 유량 제어기, 예를 들어 유량 제어 밸브를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(10)은 제1 유동 제어 장치(630)와 제2 유동 제어 장치(630)를 포함한다. 제1 유동 제어 장치(630)를 선택하여 제1 범위 내의 유량을 측정 및/또는 조절할 수 있으며, 제2 유동 제어 장치(630)를 선택하여 제1 범위보다 작은 제2 범위 내의 유량을 측정 및/또는 조절할 수 있다. 유동 제어 장치(630)는 시스템(10)의 하나 또는 여러 개의 기타 부품(예를 들어 통기 회로(900))과 연통 및/또는 그에 의해 제어될 수 있고, 다음과 같다.
폐가스 처리
시스템(10)은 NO 생성 및/또는 운송하기 전, 기간 및/또는 이후에 폐가스를 생성할 수 있다. 예를 들어, 액체-가스 분리장치(408)를 통해 반응 매질(112)로부터 NO를 분리시키는 과정에서 폐가스가 생성될 수 있다. 이외에, 예를 들어, 압력 용기(600)의 압력 방출 밸브(622)로부터 생성물 가스를 방출하게 되면 폐가스가 생성될 수 있다. 시스템(10)의 폐가스는 1종 또는 여러 종의 성분, 예를 들어 NO, 캐리어 가스, 수분, 및 NO 생성 및/또는 운송 기간에 생성될 수 있는 기타 질소산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템(10)에서의 NO 생성 또는 운송 과정에서, NO는 이산화질소(NO2)로 산화될 수 있다.
질소산화물(즉 NOx), 예를 들어 NO와 NO2, 만약 직접 시스템(10)으로부터 환경에 방출되면, 공기오염 및/또는 건강 위험을 초래할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 1과 같이, 시스템(10)은 하나 또는 여러 개의 폐가스 처리 장치(700)를 포함함으로써, 시스템(10)으로부터 폐가스를 방출하기 전에 폐가스를 처리하도록 한다. 폐가스 처리 장치(700)는 폐가스 중의 1종 또는 여러 종의 질소산화물을 감소시키거나 제거함으로써, 잠재적인 공기오염 및/또는 질소산화물에 노출될 위험을 감소시키거나 제거할 수 있다.
일부 실시예에서, 폐가스 처리 장치(700)는 액체-가스 분리장치(408)의 하류에 배치되어 상기 액체-가스 분리장치와 유체 연통된다. 폐가스 처리 장치(700)는 액체-가스 분리장치(408)의 출구(426)로부터 혼합 가스를 제공받을 수 있다. 혼합 가스는 스윕 가스 및 1종 또는 여러 종의 질소산화물(예를 들어 NO와 NO2)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 폐가스 처리 장치(700)는 압력 용기(600)의 하류에 배치되어 압력 방출 밸브(622)와 유체 연통된다. 압력 용기(600)의 압력이 문턱값에 도달하거나 문턱값을 초과할 경우, 폐가스 처리 장치(700)는 압력 방출 밸브(622)로부터 방출되는 생성물 가스를 제공받을 수 있다. 생성물 가스는 캐리어 가스 및 1종 또는 여러 종의 질소산화물(예를 들어 NO와 NO2)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 압력 용기(600)와 액체-가스 분리장치(408)로부터 제공받은 폐가스는 동일한 폐가스 처리 장치(700)에 의해 처리될 수 있다. 예를 들어, 시스템(10)은 폐가스 처리 장치(700)의 상류 및 압력 용기(600)와 액체-가스 분리장치(408)의 하류에 배치되는 3방향 커넥터(702)를 포함할 수 있다. 압력 용기(600)와 액체-가스 분리장치(408)로부터 제공받은 폐가스는 3방향 커넥터(702) 측에서 조합되어 동일한 폐가스 처리 장치(700)로 흐를 수 있다. 3방향 커넥터(702)는 임의의 적합한 구조, 예를 들어 3방향 부품 또는 3방향 밸브를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 폐가스가 폐가스 처리 장치(700)를 통과할 경우, 폐가스 처리 장치(700)는 폐가스 중의 1종 또는 여러 종의 질소산화물을 감소시키거나 제거한다. 일부 실시예에서, 폐가스 처리 장치(700)는 몸체, 입구 및 출구를 포함한다. 입구와 출구는 몸체에 의해 한정된 캐비티와 유체 연통될 수 있다. 일부 실시예에서, 캐비티의 적어도 일부분에는 여과 재료가 충진되어 있고, 폐가스가 상기 여과 재료를 통과할 경우, 상기 여과 재료는 1종 또는 여러 종의 질소산화물을 감소시키거나 제거할 수 있다. 예를 들어, 여과 재료는 1종 또는 여러 종의 질소산화물 NOx(예를 들어 NO와 NO2)을 흡수하도록 구성되는 1종 또는 여러 종의 흡수성 재료를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 흡수성 재료는 1종 또는 여러 종의 질소산화물과 반응하는 흡수제를 사용하여 제조된 기재(base material)를 포함한다. 예를 들어, 기재는 산화제가 코팅되어 있을 수 있다. 기재는, 흡수제가 1종 또는 여러 종의 질소산화물과 반응하는 표면적을 제공하기 위해, 임의의 적합한 구성을 구비할 수 있다. 예를 들어, 기재는 분자체, 실리카겔, 산화알루미늄, 스펀지, 코튼, 폼 수지, 실리카 및 활성탄에서 선택되는 1종 또는 여러 종의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 흡수제는 과망간산염, 과황산염, 크롬산염 및 중크롬산염 중에서 선택되는 1종 또는 여러 종의 재료를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 폐가스 처리 장치(700)는 유체 경로를 한정하도록 구성되는 여러 개의 격판을 포함한다. 일부 실시예에서, 유동 경로의 적어도 일부분은 여과 재료가 충진되어 있다. 유동 경로는 굴곡된 유동 경로, 예를 들어 구불구불한 유동 경로일 수 있다. 예를 들어, 구불구불한 유동 경로를 한정하기 위해, 여러 개의 격판은 캐비티의 벽으로부터 엇갈리게(staggered) 연장될 수 있다. 굴곡된 유동 경로는 하나 또는 여러 개의 디멘션을 따라 연장될 수 있다. 굴곡된 유동 경로는 폐가스와 여과 재료 사이의 접촉을 증가시킬 수 있으므로, 폐가스가 상기 장치를 통과할 때 더욱 많은 질소산화물을 감소시키거나 제거할 수 있도록 한다.
도 7A-도 7B는 본 개시의 일부 실시예에 따른 폐가스 처리 장치(700)의 각종 투시도이다. 도 7A-도 7C와 같이, 일부 실시예에서, 폐가스 처리 장치(700)는 몸체(703), 입구(722) 및 출구(724)를 포함한다. 입구(722) 및 출구(724)는 몸체에 의해 한정된 캐비티(706)와 유체 연통된다. 몸체(703)는 임의의 적합한 형태, 구성 및/또는 크기를 구비할 수 있다. 예를 들어, 몸체(703)는 기둥 형태를 구비할 수 있다.
일부 실시예에서, 몸체(703)는 제1 측(718)과 제2 측(720)를 구비한다. 입구(722) 및 출구(724)는 몸체(703)의 상대측 또는 동일한 측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 입구(722)는 제1 측(718)에 배치될 수 있고, 출구(724)는 제2 측(720)에 배치될 수 있다. 혹은, 입구(722) 및 출구(724)는 모두 몸체(718)의 제1 측 또는 제2 측에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 몸체(703)는 제1 측(718)으로부터 제2 측(720)으로 연장된 내층 하우징(708)과 외층 하우징(710)을 포함한다. 내층 하우징(708)과 외층 하우징(710)은 환형 캐비티(706)를 확정할 수 있다. 내층 하우징(708)과 외층 하우징(710)은 임의의 적합한 크기를 구비할 수 있다. 예를 들어, 외층 하우징(710)의 직경 범위는 120mm 내지 160mm일 수 있고, 내층 하우징(708)의 직경 범위는 80mm 내지 120mm일 수 있다.
일부 실시예에서, 도 7C와 같이, 캐비티(706)는 벽(716)에 의해 분할되며, 상기 벽은 내층 하우징(708)과 외층 하우징(710) 사이에서 연장되어 제1 측(718)으로부터 제2 측(720)으로 연장된다. 입구(722) 및 출구(724)는 벽(716)의 상대측 부근에 배치될 수 있다. 캐비티(706)의 적어도 일부분은 여과 재료(미도시)가 충진되어 있을 수 있다. 폐가스 처기 장치(700)를 통과한 폐가스는 입구(722)로부터 캐비티(706)를 통과하여 출구(724)로 흐를 수 있다.
일부 실시예에서, 폐가스 처리 장치(700)는 여러 개의 격판을 포함한다. 여러 개의 격판은 캐비티(706)에서 굴곡된 유동 경로(704)(예를 들어 구불구불한 유동 경로)를 한정하는 임의의 구성을 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 7C와 같이, 제1 세트 격판(712)은 제1 측(718)과 제2 측(720) 사이에서 연장되어 내층 하우징(708)에서 외층 하우징(710)을 향해 연장될 수 있으며, 제2 세트 격판(714)은 제1 측(718)과 제2 측(720) 사이에서 연장되어 외층 하우징(710)에서 내층 하우징(708)을 향해 연장될 수 있다. 격판(712)과 격판(714)은 폐가스 흐름을 가이드하기 위해, 내층 하우징(708)과 외층 하우징(710) 사이에서 임의의 적합한 거리로 연장될 수 있다. 예를 들어, 격판(712)과 외층 하우징(710) 사이의 거리 및/또는 격판(714)과 내층 하우징(708) 사이의 거리는 2mm 내지 8mm의 범위 내에 있을 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 세트 격판(712)과 제2 세트 격판(714)은 엇갈리게 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 7C와 같이, 제1 세트 격판(712)은 내층 하우징(708)의 원주를 둘러싼 방식으로 균일하게 분포될 수 있고, 제2 세트 격판(714)은 외층 하우징(710)의 원주를 둘러싼 방식으로 균일하게 분포될 수 있으며, 상기 제2 세트 격판은 제1 세트 격판과 편이(offset)된다. 폐가스 처리 장치(700)는 임의의 적합한 수의 격판, 예를 들어 2개 내지 16개의 격판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 세트 격판(712) 및/또는 제2 세트 격판(714)의 수는 2 내지 8의 범위 내에 있을 수 있다. 제1 세트 격판(712)과 제2 세트 격판(714)의 개수는 동일할 수 있고, 동일하지 않을 수도 있다. 폐가스 처리 장치(700)는 임의의 적합한 개수의 격판을 포함하여, 적합한 여과 재료를 제공하거나 제공하지 않을 수 있다고 구상할 수 있다.
폐가스는 입구(722)로부터 굴곡된 유동 경로(704)를 통과하여 출구(724)를 향해 흐를 수 있다. 굴곡된 유동 경로(704)는 여과 재료가 충진되어 있을 수 있다. 폐가스가 유동 경로(704) 중의 여과 재료를 통과할 때, 폐가스 중의 1종 또는 여러 종의 질소산화물이 흡수될 수 있다. 폐가스는 출구(724)로부터 폐가스 처리 장치(700)에서 나와, 추가적인 처리를 거치거나 거치지 않고 환경으로 방출될 수 있다.
독성 질소산화물의 감소 및/또는 제거
NO는 1종 또는 여러 종의 독성 질소산화물(예를 들어 NO2)로 산화될 수 있기 때문에, 이러한 독성 질소산화물이 NO와 함께 환자에게 수송되면, 건강 위험을 가져다줄 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(10)은 가스 변환기(800)를 포함한다. 가스 변환기(800)는 생성물 가스가 상기 가스 변환기를 통과할 때 상기 생성물 가스에 존재할 수 있는 일부 또는 전체 잠재적인 독성 질소산화물(예를 들어 NO2)을 NO로 변환시킬 수 있다. 가스 변환기(800)는 독성 질소산화물에 노출될 잠재적인 위험을 감소시킬 수 있으며, 생성물 가스 중의 기타 질소산화물을 NO로 변환시켜 NO 생산량을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 변환기(800)는 NO 생성 장치(100)의 하류에 배치되어, 상기 NO 생성 장치와 유체 연통된다. 일부 실시예에서, 가스 변환기(800)는 여과 시스템(500)의 하류에 배치되어, 상기 여과 시스템과 유체 연통된다. 일부 실시예에서, 가스 변환기(800)는 압력 용기(600)의 하류에 배치되어 압력 용기와 유체 연통된다. 도 8A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 변환기의 분해도이다. 일부 실시예에서, 도 8A와 같이, 가스 변환기(800)는 몸체(808), 입구(818) 및 출구(820)를 포함한다. 입구(818) 및 출구(820)는 몸체에 의해 한정된 캐비티와 유체 연통된다. 몸체(808)는 임의의 적합한 형태를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 몸체(808)는 제1 측과 제2 측 사이에서 연장되는 기둥 형태를 구비한다. 두 개의 단부 커버(806)는 몸체(806)의 제1 측과 제2 측을 덮을 수 있다. 입구(818) 및 출구(820)는 동일한 단부 커버(806) 측 또는 상이한 단부 커버(806) 측에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 변환기(800)는 하나 또는 여러 개의 막 필터(810)와 필터 홀더(filter holders)(812)를 포함한다. 필터 홀더(812)는 막 필터(810)를 단부 커버(806)와 몸체(808) 사이에 배치하도록 구성될 수 있다. 막 필터(810)는 가스 변환기(800)에 유입 및/또는 가스 변환기(800)에서 유출되는 생성물 가스 중의 1종 또는 여러 종의 불순물, 예를 들어 수분과 고체물질을 감소시키거나 제거할 수 있다.
일부 실시예에서, 캐비티의 적어도 일부분에는 여과 재료가 충진되어 있고, 생성물 가스가 상기 여과 재료를 통과할 때, 상기 여과 재료는 1종 또는 여러 종의 독성 질소산화물, 예를 들어 NO2를 흡수할 수 있다. 예를 들어, 여과 재료는 소다석회 입자를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 캐비티의 적어도 일부분에는 여과 재료가 충진되어 있고, 생성물 가스가 상기 여과 재료를 통과할 때, 상기 여과 재료는 1종 또는 여러 종의 독성 질소산화물(예를 들어 NO2)을 NO로 변환시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 여과 재료는 환원제를 휴대하도록 구성된 기재를 포함한다. 예를 들어, 기재의 표면은 환원제를 이용하여 제조할 수 있고, 예를 들어 환원제를 적용, 처리 또는 코팅하여 제조할 수 있다. 환원제는 1종 또는 여러 종의 질소산화물과 반응하여 이들을 NO로 환원시킬 수 있다. 기재는, 환원제를 적재하기 위한 표면적을 제공하기 위해, 임의의 적합한 구성을 구비할 수 있다. 예를 들어, 기재는 분자체, 실리카겔, 산화알루미늄, 스펀지, 코튼, 폼 수지에서 선택되는 1종 또는 여러 종의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 환원제는 1종 또는 여러 종의 항산화제, 예를 들어 비타민 A, 비타민 E 및 비타민 C를 포함할 수 있다. 본문에서 사용한 바와 같이, 비타민 C는 아스코르브산(ascorbic acid) 또는 아스코브산염(ascorbate)으로 칭할 수도 있다.
임의의 적합한 방법 또는 공정을 사용하여 여과 재료를 제조할 수 있다. 예를 들어, 일정한 양의 1종 또는 여러 종의 환원제를 용액으로 제조할 수 있다. 상기 용액은 수용액 또는 유기 용액일 수 있으며, 상기 용액은 1종 또는 여러 종의 환원제의 포화용액일 수 있다. 일정한 양의 기재를 용액에 첨가하여 균일하게 혼합되도록 할 수 있다. 그리고 용액으로부터 기재를 제거하고, 건조 온도 조건에서 용매가 증발되도록 일정한 시간 동안 건조시킬 수 있다. 1종 또는 여러 종의 조건, 예를 들어 사용된 재료의 유형 및 수요되는 환원 능력에 기반하여, 임의의 적합한 양의 환원제와 기재를 선택할 수 있다. 예를 들어, 사용량 범위가 약 5g 내지 약 50g인 환원제를 사용하여 분량당 약 100g의 기재를 제조할 수 있다.
일 예시에서, 양이 약 25g인 비타민 C를 사용하여 분량당 약 100g의 산화알루미늄 입자를 코팅할 수 있다. 다른 일 예시에서, 양이 약 5g인 비타민 A를 사용하여 분량당 약 100g의 코튼을 제조할 수 있다. 다른 일 예시에서, 양이 약 5g인 비타민 E를 사용하여 분량당 약 100g의 폼 수지를 제조할 수 있다. 다른 일 예시에서, 양이 약 30g인 비타민 C를 사용하여 분량당 약 100g의 분자체를 제조할 수 있다. 다른 일 예시에서, 양이 약 20g인 비타민 A를 사용하여 분량당 약 100g의 스펀지 재료를 제조할 수 있다. 다른 일 예시에서, 양이 약 15g인 비타민 E를 사용하여 분량당 약 100g의 실리카겔을 제조할 수 있다.
건조 온도의 범위는 약 40℃ 내지 약 150℃, 예를 들어 약 40℃ 내지 약 50℃, 약 50℃ 내지 약 60℃, 약 60℃ 내지 약 70℃, 약 70℃ 내지 약 80℃, 약 80℃ 내지 약 90℃, 약 90℃ 내지 약 100℃, 약 100℃ 내지 약 110℃, 약 110℃ 내지 약 120℃, 약 120℃ 내지 약 130℃, 약 130℃ 내지 약 140℃, 약 140℃ 내지 약 150℃, 또는 이들의 조합일 수 있다. 건조 시간의 범위는 약 0.1h 내지 약 10h, 예를 들어 약 0.1h 내지 약 0.2h, 약 0.2h 내지 약 0.5h, 약 0.5h 내지 약 1h, 약 1h 내지 약 2h, 약 2h 내지 약 3h, 약 3h 내지 약 4h, 약 4h 내지 약 5h, 약 5h 내지 약 6h, 약 6h 내지 약 7h, 약 7h 내지 약 8h, 약 8h 내지 약 9h, 약 9h 내지 약 10h, 또는 이들의 조합일 수 있다.
일부 실시예에서, 도 8A-도 8B와 같이, 가스 변환기(800)는 여러 개의 챔버(816)로 나뉘며, 각 챔버는 각각 입구와 출구를 구비한다. 첫 번째 챔버의 입구는 입구(818)와 유체 연결될 수 있고, 마지막 챔버의 출구는 출구(820)와 유체 연결될 수 있다. 챔버(816)의 입구와 출구는 유체 연결되어 유동 경로(802)를 확정할 수 있다. 여과 재료는 각 챔버의 적어도 일부분, 예를 들어 챔버의 입구로부터 출구까지 충진될 수 있다. 각 챔버의 입구와 출구는 대향되는 단부 측에 배치되어, 챔버를 통과하는 가스가 입구로부터 챔버를 통과하고, 여과 재료를 통과하여, 출구로 흐르도록 구성될 수 있다.
유동 경로(802)는 굴곡된 유동 경로, 예를 들어 구불구불한 유동 경로일 수 있다. 몸체(808)의 챔버 중의 굴곡된 유동 경로는 생성물 가스와 여과 재료 사이의 접촉을 증가시킴으로써, 주어진 챔버 부피 조건에서 생성물 가스가 장치를 통과할 때 더욱 많은 질소산화물이 NO로 환원될 수 있도록 한다.
가스 변환기(800)의 캐비티 중의 챔버는 임의의 적합한 구성을 구비할 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 여러 개의 패널(814)은 몸체(808)의 양측에 배치되어 이들 사이에서 연장될 수 있다. 패널(814)은 몸체(808)의 종방향 축선을 둘러싼 방식으로 같은 거리를 두어 이격되거나 상이한 거리를 두어 이격되도록 구성될 수 있다. 패널(814)은 각각 종방향 축선으로부터 직경 방향으로 몸체(808)의 내벽으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 패널(814)은 캐비티를 균일하게 여러 개의 가늘고 긴 챔버(816)로 나뉠 수 있고, 상기 가늘고 긴 챔버는 몸체(808)의 양 측 사이에서 연장되며 몸체(808)의 종방향 축선을 둘러싼 방식으로 구성된다. 임의의 적합한 개수의 패널(814)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 패널(814)이 몸체(808)의 종방향 축선을 둘러싼 방식으로 배치되면, 캐비티는 홀수 개수의 패널(814)에 의해 홀수 개수의 챔버로 나뉠 수 있으며, 입구(818)와 출구(820)는 대향되는 단부 커버(806) 측에 배치될 수 있다. 또는, 캐비티는 짝수 개수의 패널(814)에 의해 짝수 개수의 챔버로 나뉠 수 있고, 입구(818)와 출구(820)는 동일한 단부 커버(806) 측에 배치될 수 있다.
일 예시에서, 도 8A-도 8B와 같이, 가스 변환기(800)의 캐비티는 균일하게 세 개의 가늘고 긴 챔버로 나뉠 수 있다. 각 챔버는 여과 재료가 충진되어 있을 수 있다. 예를 들어, 평균 직경이 약 0.2mm인 알루미늄 실리카겔 입자와 비타민 C로 여과 재료를 제조할 수 있다. 먼저, 약 5g의 비타민 C를 100g의 물에 용해시켜, 비타민 C의 포화수용액을 제조할 수 있다. 양이 100g인 알루미늄 실리카겔 입자를 용액에 첨가하여 균일하게 혼합되도록 할 수 있다. 알루미늄 실리카겔 입자를 약 100℃ 조건에서 약 0.5시간 동안 건조시킬 수 있다. 1.0L/min의 유량으로 100ppm의 NO2가 함유된 가스 흐름을 처리하기 위해, 상기 가스 변환기(800)를 사용할 수 있으며, 지속시간은 약 90시간이다. 가스 흐름 중 약 100%의 NO2를 NO로 변환시킬 수 있다.
또는, 평균 직경이 약 3mm인 실리카겔 입자와 비타민 E로 여과 재료를 제조할 수 있다. 먼저, 약 15g의 비타민 E를 포화용액으로 제조할 수 있다. 약 100g의 실리카겔 입자를 용액에 첨가하여 균일하게 혼합되도록 할 수 있다. 실리카겔 입자를 약 50℃ 조건에서 약 5시간 동안 건조시킬 수 있다. 4.0L/min의 유량으로 500ppm의 NO2가 함유된 가스 흐름을 처리하기 위해, 상기 가스 변환기(800)를 사용할 수 있으며, 지속시간은 약 5시간이다. 가스 흐름 중 약 100%의 NO2를 NO로 변환시킬 수 있다.
다른 일 예시에서, 도 8A-도 8B에 나타난 실시예와 유사하게, 가스 변환기(800)의 캐비티는 균일하게 네 개의 가늘고 긴 챔버로 나뉠 수 있다. 각 챔버는 여과 재료가 충진되어 있을 수 있다. 평균 직경이 약 5mm인 분자체와 비타민 A로 여과 재료를 제조할 수 있다. 먼저, 약 25g의 비타민 A를 포화용액으로 제조할 수 있다. 약 100g의 분자체를 용액에 첨가하여 균일하게 혼합되도록 할 수 있다. 분자체 입자를 약 80℃ 조건에서 약 2시간 동안 건조시킬 수 있다. 2.0L/min의 유량으로 200ppm의 NO2가 함유된 가스 흐름을 처리하기 위해, 상기 가스 변환기(800)를 사용할 수 있으며, 지속시간은 약 70시간이다. 가스 흐름 중 약 100%의 NO2를 NO로 변환시킬 수 있다. 또는, 평균 직경이 약 6mm인 산화알루미늄 입자와 비타민 C로 여과 재료를 제조할 수 있다. 약 35g의 비타민 C를 포화용액으로 제조할 수 있다. 산화알루미늄 입자를 용액에 첨가하여 균일하게 혼합되도록 할 수 있다. 산화알루미늄 입자를 약 120℃ 조건에서 약 0.25시간 동안 건조시킬 수 있다. 1.0L/min의 유량으로 500ppm의 NO2가 함유된 가스 흐름을 처리하기 위해, 상기 가스 변환기(800)를 사용할 수 있으며, 지속시간은 약 125시간이다. 가스 흐름 중 약 100%의 NO2를 NO로 변환시킬 수 있다.
다른 일 예시에서, 도 8A-도 8B에 나타난 실시예와 유사하게, 가스 변환기(800)의 캐비티는 균일하게 다섯 개의 가늘고 긴 챔버로 나뉠 수 있다. 각 챔버는 여과 재료가 충진되어 있을 수 있다. 스펀지와 비타민 E로 여과 재료를 제조할 수 있다. 약 40g의 비타민 E를 포화용액으로 제조할 수 있다. 약 100g의 스펀지를 용액에 침지시킬 수 있다. 실리카겔 입자를 약 150℃ 조건에서 약 0.2시간 동안 건조시킬 수 있다. 3.0L/min의 유량으로 800ppm의 NO2가 함유된 가스 흐름을 처리하기 위해, 상기 가스 변환기(800)를 사용할 수 있으며, 지속시간은 약 12시간이다. 가스 흐름 중 약 100%의 NO2를 NO로 변환시킬 수 있다. 또는, 코튼과 비타민 A로 여과 재료를 제조할 수 있다. 약 50g의 비타민 A를 포화용액으로 제조할 수 있다. 약 100g의 코튼을 용액에 침지시킬 수 있다. 코튼을 약 70℃ 조건에서 약 3시간 동안 건조시킬 수 있다. 4.0L/min의 유량으로 400ppm의 NO2가 함유된 가스 흐름을 처리하기 위해, 상기 가스 변환기(800)를 사용할 수 있으며, 지속시간은 35시간이다. 가스 흐름 중 약 100%의 NO2를 NO로 변환시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 변환기(800)로부터 방출된 생성물 가스는 시스템(10)의 배출 가스일 수 있다. 시스템의 배출 가스의 품질 및/또는 유량을 모니터링할 수 있다. 예를 들어, NO, NO2 및 수분의 농도를 모니터링할 수 있다. 일부 실시예에서, 유량계를 이용하여 시스템(10)의 배출 가스의 유량을 모니터링한다.
NO 수송 및/또는 모니터링
시스템(10)에서 생성된 NO는 NO를 기반으로 하는 각종 치료에 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템(10)에서 생성된 NO는 NO 흡입 치료에 사용될 수 있다. 또 다른 가스(예를 들어 산소가스)가 있거나 없이, 시스템(10)에서 생성된 NO를 환자에게 수송할 수 있다. 예를 들어, 호흡기에 의해 제공되는 공기 흐름 또는 산소가스 흐름을 통해 시스템(10)에서 생성된 NO를 환자에게 수송할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 1과 같이, 시스템(10)은 환자에게 NO를 수송하고 흡입시키기 위한 통기 회로(900)를 포함한다. 일부 실시예에서, 통기 회로(900)는 압력 용기(600)의 하류에 배치되어 상기 압력 용기와 유체 연통된다. 통기 회로(900)는 또한 가스 변환기(800)의 하류에 배치되어 상기 가스 변환기와 유체 연통될 수 있다. 통기 회로(900)는, 임의의 적합한 형태로 NO를 수송하도록, 시스템(10)을 호흡 장치 또는 시스템에 연결하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 통기 회로(900)는 시스템(10)을 호흡기, 네뷸라이저(nebulizer), 기도양압호흡기, 산소가스 공급기 등에 연결할 수 있다.
도 9는 본 개시의 일부 실시예에 따른 시스템(10)의 통기 회로(900)의 개략도이다. 일부 실시예에서, 통기 회로(900)는 흡기 회로(904)와 호기 회로(expiratory circuit, 922)를 포함한다. 흡기 회로(904)는 호흡기(906)에 유체 연결되도록 구성될 수 있고, 상기 흡기 회로는 마스크 또는 튜브를 통해 가스 흐름(예를 들어 공기 흐름 또는 산소가스 흐름)을 호흡기(906)로부터 환자(910)에게 수송할 수 있다. 호기 회로(922)는 환자(910)로부터 공급된 호기 가스를 호흡기(906)에 수송할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 9와 같이, 통기 회로(900)는 NO 공급을 제공받도록 구성된 포트(902)를 포함한다. 예를 들어, 포트(902)는 흡기 회로(904)를 따라 배치되어 상기 흡기 회로와 유체 연통될 수 있다. 일부 실시예에서, 포트(902)는 압력 용기(600) 및/또는 가스 변환기(800)의 하류에 배치되어 상기 압력 용기 및/또는 가스 변환기와 유체 연통된다. 가스 혼합물(907)을 형성하여 환자(910)에게 수송하기 위해, 압력 용기(600)로부터 공급된 NO는 흡기 회로(904)를 흘러 지나가는 산소가스 또는 공기와 혼합 및/또는 이에 의해 연행될 수 있다. 일부 실시예에서, 가습기(908)는 포트(902)의 하류에 배치되어, 가스 혼합물(907)을 환자(910)에게 수송하기 전에 가습기(908)를 통해 상기 가스 혼합물을 가습할 수 있다.
일부 실시예에서, 통기 회로(900)는 유량 제어기(916)를 포함한다. 유량 제어기(916)는 포트(902)의 상류에 배치될 수 있고, 상기 유량 제어기는 포트(902)에 들어가는 가스 흐름(예를 들어 압력 용기(600) 또는 가스 변환기(800)로부터 공급된 NO가 함유된 생성물 가스)의 유량을 제어하도록 구성된다. 유량 제어기(916)는 입구 포트, 출구 포트, 유량 센서(flow rate sensor) 및 제어 밸브를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 유량 제어기(916)는 질량 유량 제어기이다.
일부 실시예에서, 통기 회로(900)는 제어 장치(918)를 포함한다. 제어 장치(918)는 유선 연결 또는 무선 연결을 통해 유량 제어기(916)와 통신할 수 있다. 제어 장치(918)는 포트(902)에 들어가는 가스 흐름의 유량을 조절하기 위해, 유량 제어기(916)에 제어 신호를 발송할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(918)는 유량 제어기(916)로부터, 포트(902)에 들어가는 생성물 가스의 유량을 나타내는 센서 신호를 제공받을 수 있으며, 상기 제어 장치는 제공받은 센서 신호에 응답하여 제어 신호를 생성할 수 있다. 포트(902)에 들어가는 가스 흐름의 유량을 조절하기 위해, 제어 신호를 제어 장치(918)로부터 유량 제어기(916)로 발송할 수 있다.
일부 실시예에서, 통기 회로(900)는 유량 센서(905)를 포함하며, 상기 유량 센서는 호흡기(906)로부터 배출되는 공기 흐름 또는 산소가스 흐름의 유량을 측정하도록 구성된다. 유량 센서(905)는 흡입 회로(904)를 따라 배치될 수 있고, 예를 들어 포트(902)의 상류에 배치될 수 있다. 제어 장치(918)는 유선 연결 또는 무선 연결을 통해 유량 센서(905)와 통신할 수 있다. 제어 장치(918)는 유량 센서(905)로부터 제공된 센서 신호에 기반하여 포트(902)에 들어가는 가스 흐름의 유량을 조절하기 위해, 유량 제어기(916)에 제어 신호를 발송할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(918)는 유량 센서(905)로부터 호흡기(906)에 의해 배출되는 산소가스 흐름의 유량을 나타내는 센서 신호를 제공받을 수 있으며, 상기 제어 장치는 제공받은 센서 신호에 응답하여 제어 신호를 생성할 수 있다. 포트(902)에 들어가는 산소가스 흐름과 혼합된 생성물 가스의 유량을 조절하기 위해, 제어 신호를 유량 제어기(916)에 발송함으로써, 환자에게 수송하는 혼합 가스 중의 NO 농도를 조절할 수 있다.
일부 실시예에서, 통기 회로(900)는 하나 또는 여러 개의 가스 센서를 포함한다. 가스 센서는 1종 또는 여러 종의 유형의 가스를 검출하도록 구성되는 임의의 적합한 센서일 수 있으며, 상기 가스 센서는 가스 혼합물(907) 중의 1종 또는 여러 종의 성분(예를 들어 NO, NO2, O2 및 수분)의 농도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 가스 센서는 전기화학적 가스 센서, 적외선식 가스 센서 또는 열전도식 가스 센서일 수 있다.
일부 실시예에서, 통기 회로(900)는 샘플링 포트(912)를 포함한다. 샘플링 포트(912)는 흡기 회로(904)를 따라 배치(예를 들어 가습기(908)의 하류에 배치됨)되어 상기 흡기 회로와 유체 연통될 수 있다. 샘플링 포트(912)는 어플리케이터(applicator)(예를 들어 마스크 또는 기관내 튜브)의 상류에 배치될 수 있다. 샘플링 포트(912)로부터 제공되는 샘플링 가스 또는 샘플링 가스 흐름은 가스 혼합물(907)의 각종 성분의 농도를 측정하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 또는 여러 개의 가스 센서는 샘플링 포트(912) 부근에 배치될 수 있고, 상기 하나 또는 여러 개의 가스 변환기는 유선 연결 또는 무선 연결을 통해 제어 장치(918)와 통신할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 또는 여러 개의 가스 센서는 가스 모니터링 장치(1100)에 배치된다. 샘플 가스 흐름은 샘플링 포트(912)로부터 샘플링 회로(914)를 통과하여 가스 모니터링 장치(1100)로 흐를 수 있다. 가스 모니터링 장치(1100)는 유선 연결 또는 무선 연결을 통해 제어 장치(918)와 통신할 수 있다. 1종 또는 여러 종의 성분(예를 들어 NO, NO2 및 O2)의 농도를 나타내는 센서 신호를 가스 센서 또는 가스 모니터링 장치(1100)로부터 제어 장치(918)로 발송할 수 있다. 제어 장치(918)는 제공받은 센서 신호에 응답하여 제어 신호를 생성할 수 있고, 상기 제어 장치는 제어 신호를 시스템의 하나 또는 여러 개의 부품에 발송하여 가스 혼합물(907)의 1종 또는 여러 종의 성분의 농도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(918)는 에너지원(114)에 제어 신호를 발송하여 NO 농도를 조절하거나 유량 제어기(916)에 제어 신호를 발송하여 가스 혼합물 중의 NO, NO2 및 O2의 농도를 제어할 수 있다.
가스 모니터링 장치(1100)는 각종 특징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스 모니터링 장치(1100)는 경보 장치를 포함할 수 있으며, 상기 경보 장치는 가스 혼합물(907)의 1종 또는 여러 종의 측정 가스 농도가 기설정된 문턱값(예를 들어, NO는 25ppm, NO2는 5ppm)을 초과하게 될 때 하나 또는 여러 개의 경보(예를 들어 청각적 경보 또는 시각적 경보)를 제공하도록 구성된다. 가스 모니터링 장치(1100)는 경보 및/또는 측정된 농도값을 나타내도록 디스플레이를 포함할 수 있다. 가스 혼합물(907)이 가습기(908)를 통과할 수 있기 때문에, 포트(912)로부터 공급된 샘플 가스 흐름은 높은 습도를 구비할 수 있다. 가스 혼합물(907)의 샘플 가스 흐름 중의 수분을 감소시키거나 제거하면, 가스 모니터링 장치(1100)의 하나 또는 여러 개의 가스 변환기의 정확도를 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 모니터링 장치(1100)는 수분 수집기(1000)를 포함하며, 상기 수분 수집기는 가스 혼합물(907)의 샘플 가스 흐름 중의 수분을 감소시키거나 제거하도록 구성된다. 도 10A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 수분 수집기(1000)의 투시도이다. 도 10B는 수분 수집기(1000)의 부분 투시도이다. 도 10C는 수분 수집기(1000)의 또 다른 부분 투시도이다. 도 10A-도 10C와 같이, 일부 실시예에서, 수분 수집기(1000)는 하나 또는 여러 개의 입구(예를 들어 입구(1008)) 및 하나 또는 여러 개의 출구(예를 들어 제1 출구(1010)와 제2 출구(1012)를 포함한다. 가스 흐름(1009)(예를 들어 포트(912)로부터 제공되는 샘플 가스 흐름)은 하나 또는 여러 개의 입구를 통해 수분 수집기(1000)로 들어갈 수 있고, 상기 가스 흐름은 하나 또는 여러 개의 출구를 통해 수분 수집기(1000)에서 나갈 수 있다. 예를 들어, 도 10A와 같이, 가스 흐름(1009)은 입구(1008)를 통해 수분 수집기(1000)로 들어갈 수 있고, 상기 가스 흐름은 각각 제1 출구(1010)와 제2 출구(1012)를 통해 수분 수집기(1000)에서 나가는 제1 가스 흐름(1014)과 제2 가스 흐름(1016)으로 나뉠 수 있다.
일부 실시예에서, 수분 수집기(1000)는 컵(1002), 커버부재(1004) 및 수분 필터(1006)를 포함한다. 일부 실시예에서, 수분 필터(1006)는 컵(1002)과 커버부재(1004) 사이에 배치된다. 가스 흐름(1009)은 입구(1008)로부터 수분 필터(1006)를 흘러 지나 출구(1010) 및/또는 출구(1012)에서 유출될 수 있다. 수분 필터(1006)는 가스를 침투시킬 수 있지만, 수분(예를 들어 물방울 또는 수증기)을 침투시킬 수 없다. 예를 들어, 수분 필터(1006)는 공극을 구비하는 재료를 포함할 수 있고, 상기 공극은 가스 분자는 통과시키지만 비교적 큰 입자(예를 들어 물분자 또는 고체 입자)는 통과시키지 못하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 수분 필터(1006)는 다공성 막을 포함한다. 일부 실시예에서, 다공성 막은 가스가 침두될 수 있는 막이다. 일부 실시예에서, 다공성 막은 소수성(hydrophobic) 막이다.
일부 실시예에서, 수분 수집기(1000)는 하나 또는 여러 개의 유동 경로를 포함하며, 상기 유동 경로는 가스 흐름이 입구로부터 출구로 흐르도록 구성된다. 일부 실시예에서, 수분 수집기(1000)는 유동 경로를 한정하는 제1 챔버(1018)와 제2 챔버(1020)를 포함한다. 제1 챔버(1018)는 입구(1018)의 하류에 배치되어 입구와 유체 연통될 수 있다. 제2 챔버(1020)는 제1 챔버(1018)의 하류에 배치되어 상기 제1 챔버와 유체 연통될 수 있으며, 상기 제2 챔버는 출구(1010)의 상류에 배치되어 상기 출구와 유체 연통될 수 있다. 수분 필터(1006)는 제1 챔버(1018)와 제2 챔버(1020) 사이에 배치될 수 있다. 가스 흐름(1009)은 제1 챔버(1018)로부터 수분 필터(1006)를 통과하여 제2 챔버(1020)로 흐를 수 있으며, 상기 가스 흐름은 수분 수준이 가스 흐름(1009)보다 낮은 제1 가스 흐름(1014)으로 변화할 수 있다.
예를 들어, 수분 필터(1006)에 의해 차단된 수분은 제1 챔버(1018) 및 수분 필터(1006)에 축적될 수 있다. 축적된 수분은 액체 방울을 형성할 수 있다. 액체 방울은 가스 흐름(1009) 또는 제1 챔버(1018)와 마주하는 수분 필터(1006)의 일측에 축적될 수 있고, 제1 챔버(1018) 중에 수집될 수 있으며, 제1 챔버(1018)의 개구(1022)를 통해 컵(1002)으로 흐를 수 있다. 수분 필터(1006)에 축적된 액체는 상기 수분 필터를 통과하는 가스 흐름(1009)의 통과량, 예를 들어 제1 챔버(1018)와 마주하는 수분 필터(1006)의 일측에 축적되는 액체를 감소시킬 수 있다. 이러한 액체 축적은 수분 필터(1006)의 가스가 침두될 수 있는 막의 공극을 막아 수분 수집기(1000)의 가스 통과량을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 수분 필터(1006)는 액체가 중력에 의해 수분 필터(1006)의 가장자리를 향해 축적되도록, 경사진 각도로 배치된다.
일부 실시예에서, 수분 수집기(100)를 통과하는 가스 흐름의 통과량을 증가시키기 위해, 수분 수집기(1000)는 하나 또는 여러 개의 부가적 유동 경로를 포함한다. 예를 들어, 수분 필터(1006)는 제3 챔버(1024)와 제4 챔버(1026)를 포함할 수 있다. 제3 챔버(1024)는 예를 들어 개구를 통해 컵(1002)과 유체 연통될 수 있다. 제4 챔버(1026)는 제3 챔버(1024)의 하류에 배치되어 상기 제3 챔버와 유체 연통될 수 있고, 상기 제4 챔버는 출구(1012)의 상류에 배치되어 상기 출구와 유체 연통될 수 있다. 수분 필터(1006)는 제3 챔버(1024)와 제4 챔버(1026) 사이에 배치될 수 있다. 도 10A와 같이, 제2 가스 흐름(1016)은 수분 필터(1006)에 의해 컵(1002)으로 가이드되고, 상기 제2 가스 흐름은 컵(1002)으로부터 제3 챔버(1024)로 흐르고, 수분 필터(1006)를 통과하여, 제4 챔버(1026)로 흐를 수 있다. 제2 가스 흐름(1016)은 출구(1012)를 통해 수분 수집기(1000)에서 나올 수 있다. 제2 가스 흐름(1016)은 수분 필터(1006)에 축적된 액체(예를 들어 물)를 스윕함으로써, 수분 필터(1006)를 흘러 지나가는 가스의 통과량을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 도 11A-도 11D와 같이, 수분 수집기(1000)의 하나 또는 여러 개의 출구는 가스 모니터링 장치(1100)의 가스 센싱 회로와 유체 연통된다. 예를 들어, 출구(1010)와 출구(1012)는 가스 센싱 회로와 유체 연통될 수 있다. 수분 수집기(1000)로부터 공급된 하나 또는 여러 개의 가스 흐름은 가스 센싱 회로를 통해 가스 농도를 측정하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 수분 수집기(1000)로부터 공급된 제1 가스 흐름(1014)은 가스 센싱 회로에 의해 가스 농도를 측정하는 데 사용된다.
가스 모니터링 장치(1100)의 가스 센싱 회로는 가스 농도의 측정 및/또는 측정 정확도를 향상시키기 위한 각종 부품과 특징을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 모니터링 장치(1100)는 센싱 모듈(1102)을 포함한다. 센싱 모듈(1102)은 하나 또는 여러 개의 가스 센서, 예를 들어 NO2 센서(1102a), NO 센서(1102b), O2 센서(1102c)를 포함할 수 있다. 하나 또는 여러 개의 가스 센서는 하나 또는 여러 개의 챔버에 배치될 수 있고, 상기 챔버는 가스 센싱 회로에서 순환되는 가스 흐름(예를 들어 제1 가스 흐름(1014))의 적어도 일부분을 제공받도록 구성된다. 예를 들어, 도 11A-도 11D와 같이, 가스 센서는 하나의 챔버를 흘러 지나가는 가스의 가스 농도를 측정하도록, 상기 챔버 중에 배치될 수 있다. 가스 모니터링 장치(1100)는 센서로부터 센싱 신호를 제공받고 처리하기 위해, 센서와 유선 통신 또는 무선 통신하는 컴퓨터-판독가능 저장 장치 및/또는 프로세서(미도시)를 포함할 수 있다. 가스 모니터링 장치(1100)는, 센싱 신호 또는 판독결과를 제어기, 예를 들어 제어 장치(918) 또는 전자 장치(예를 들어 태블릿 PC, 컴퓨터 또는 스마트폰)에 전송하기 위해, 프로세서, 컴퓨터-판독가능 저장 장치 및/또는 가스 센서와 유선 통신하거나 무선 통신하는 송신기 회로(미도시)를 포함할 수 있다. 가스 센서의 판독결과는 가스 센서 또는 프로세서가 센싱 신호를 기반으로 획득할 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 모니터링 장치(1100)의 가스 센싱 회로는 펌프(1104)를 포함한다. 펌프(1104)는 가스 센싱 회로에서 하나 또는 여러 개의 가스 흐름을 생성하거나 구동하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 가스 센싱 회로는 하나 또는 여러 개의 밸브를 포함하고, 상기 하나 또는 여러 개의 밸브는 가스 센싱 회로에서 하나 또는 여러 개의 가스 흐름을 가이드하도록 구성된다. 예를 들어, 가스 센싱 회로는 적어도 하나의 단방향 밸브(1106), 예를 들어 볼 체크밸브를 포함할 수 있다. 단방향 밸브(1106)는 리플로우를 방지하기 위해 임의의 적합한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 펌프(1104)는 펌프 출구로부터 제공되는 가스 흐름을 환경으로 방출할 수 있도록, 가스 센싱 회로의 하류 위치에 배치될 수 있다. 단방향 밸브(1106)는 환경 속의 공기가 가스 센싱 회로로 리플로우되는 것을 방지하기 위해, 펌프(1104)의 하류에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 모니터링 장치(1100)는 하나 또는 여러 개의 스위칭 밸브를 포함하며, 상기 하나 또는 여러 개의 스위칭 밸브는 가스 센싱 회로 중의 가스 흐름의 방향 또는 유동 경로를 변화시키도록 구성된다. 예를 들어, 가스 모니터링 장치(1100)는 제1 스위칭 밸브(1110)와 제2 스위칭 밸브(1112)를 포함할 수 있다. 스위칭 밸브는 가스 센싱 회로 중의 가스 흐름 경로 또는 유동 방향을 선택하기 위한 하나 또는 여러 개의 위치(예를 들어 제1 위치 및 제2 위치)를 구비할 수 있다. 사용자 인터페이스를 사용하여 수동 또는 자동으로 스위칭 밸브의 위치를 선택할 수 있다. 사용자 인터페이스는 예를 들어 스위치 또는 버튼과 같은 그래픽 사용자 인터페이스 또는 제어패널일 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 또는 여러 개의 스위칭 밸브는 제어 모듈(1114)에 배치될 수 있다. 도 11A-도 11D와 같이, 제어 모듈(1114)은 하나 또는 여러 개의 연결 포트, 예를 들어 연결 포트(1116A-1116G)를 포함할 수 있다. 스위칭 밸브는 하나 또는 여러 개의 연결 포트와 유체 연결될 수 있다. 이러한 구성은 가스 모니터링 장치(1100)의 조립성 및/또는 유지보수성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 스위칭 밸브(1110)는 연결 포트(1116A)와 연결 포트(1116C)를 유체 연결하기 위한 제1 위치를 구비할 수 있으며, 상기 제1 스위칭 밸브는 연결 포트(1116A)와 연결 포트(1116D)를 유체 연결하기 위한 제2 위치를 구비할 수 있다. 예를 들어, 제2 스위칭 밸브(1112)는 연결 포트(1116E)와 연결 포트(1116G)를 유체 연결하기 위한 제1 위치를 구비할 수 있으며, 상기 제2 스위칭 밸브는 연결 포트(1116F)와 연결 포트(1116G)를 유체 연결하기 위한 제2 위치를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 선택된 연결 포트는 유체 연결되어 하나 또는 여러 개의 유동 경로를 형성하도록 할 수 있다. 예를 들어, 연결 포트(1116B)와 연결 포트(1116C)는 유체 연결될 수 있다. 아래에서, 가스 모니터링 장치(1100)의 하나 또는 여러 조작 과정에서의 스위칭 밸브의 각종 용도를 설명한다.
일부 실시예에서, 가스 모니터링 장치(1100)는 하나 또는 여러 개의 압력 센서를 포함한다. 일부 실시예에서, 가스 모니터링 장치(1100)는 적어도 하나의 절대 압력 센서(1118)를 포함한다. 일부 실시예에서, 가스 모니터링 장치(1100)는 적어도 하나의 차압 센서(1120)를 포함한다. 차압 센서는 가스 센싱 회로 중의 가스 흐름의 유량을 측정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 차압 센서(1120)에 의해 측정된 차압과 베르누이 방정식에 기반하여 가스 흐름의 유량을 계산할 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 모니터링 장치(1100)의 가스 센싱 회로는 하나 또는 여러 개의 유량 조정기(flow regulators), 예를 들어 제1 유량 조정기(1122)와 제2 유량 조정기(1124)를 포함한다. 유량 조정기는 유량 제어기, 유량 제한기(flow limiter) 또는 유량 한정기(flow restrictor)일 수 있다. 유량 조정기는 상기 유량 조정기를 흘러 지나가는 가스 흐름의 유량을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 유량 조정기는 유동 경로의 가스 흐름의 유량을 특정 범위 또는 특정값으로 제한하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 유량 조정기(1122)는 수분 수집기(1000)로부터 제공되는 제1 가스 흐름(1014)을 조정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제2 유량 조정기(1124)는 수분 수집기(1000)로부터 제공되는 제2 가스 흐름(1016)을 조정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 압력 센서(1120)는 유량 조정기(1122) 중의 차압을 측정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 가스 모니터링 장치(1100)는 하나 또는 여러 개의 필터를 포함한다. 필터는, 가스 흐름 중의 1종 또는 여러 종의 불순물, 예를 들어 수분과 고체 물질을 감소시키거나 제거하기 위해, 가스 센싱 회로 중의 임의의 적합한 위치에 배치될 수 있다. 이러한 필터는 가스 센서의 측정 정확도를 향상시키기 위해, 추가적으로 가스 센싱 모듈 중의 수분을 감소시키거나 제거할 수 있다. 부가적 또는 대체적으로, 이러한 필터는 고체 물질이 밸브에 들어가는 것을 감소시키거나 방지함으로써, 가스 모니터링 장치(1100)의 수명을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 필터(1128)는 가스 센싱 모듈(1102)의 상류에 배치된다. 필터(1128)는 수분 필터를 포함할 수 있고, 상기 수분 필터는 기상 및/또는 액상 중의 수분, 예를 들어 물을 감소시키거나 제거하도록 구성된다. 필터(1128)는 막 필터, 예를 들어 Nafion™ 막 필터를 포함할 수 있다. 가스 모니터링 장치(1100)의 가스 센싱 회로는 하나 또는 여러 개의 가스 입구(예를 들어 제1 가스 입구(1127a)와 제2 가스 입구(1127b))를 포함할 수 있고, 상기 하나 또는 여러 개의 가스 입구는 환경 또는 가스 공급(예를 들어 압축 공기 공급)으로부터 공기 흐름을 제공받도록 구성된다. 필터(1126)는 가스 입구로부터 제공받은 가스 흐름 중의 수분 및/또는 먼지를 감소시키거나 제거하기 위해, 가스 입구의 하류에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 센싱 회로는 하나 또는 여러 개의 NOx흡수기(1108)를 포함한다. NOx 흡수기(1108)는 1종 또는 여러 종의 질소산화물, 예를 들어 NO2 및 NO를 흡수하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 입구를 통해 가스 센싱 회로에 들어가는 공기 흐름 중의 1종 또는 여러 종의 질소산화물, 예를 들어 NO2 및 NO를 제거하거나 감소시키기 위해, NOx 흡수기(1108)는 가스 입구의 상류에 배치된다. 가스 센싱 회로는 하나 또는 여러 개의 가스 출구(예를 들어 가스 출구(1129))를 포함할 수 있고, 상기 하나 또는 여러 개의 가스 출구는 가스 흐름(예를 들어 제2 가스 흐름(1016) 또는 제1 가스 흐름(1014))이 환경에 배출되도록 구성된다. 일부 실시예에서, NOx 흡수기(1108)는, 가스 흐름을 환경에 방출하기 전에 1종 또는 여러 종의 질소산화물, 예를 들어 NO2 및 NO를 제거하거나 감소시키기 위해, 가스 출구의 하류에 배치된다.
NOx 흡수기(1108)는 1종 또는 여러 종의 질소산화물 NOx(예를 들어 NO와 NO2)를 흡수하도록 구성되는 1종 또는 여러 종의 흡수성 재료를 포함할 수 있다. NOx 흡수기(1108) 중의 흡수성 재료는 폐가스 처리 장치(700)의 흡수성 재료와 유사할 수 있다. NOx 흡수기(1108)는 폐가스 처리 장치(700)의 구조와 유사한 구조를 구비할 수 있다. 예를 들어, NOx 흡수기(1108)는 굴곡된 유동 경로를 포함할 수 있고, 상기 굴곡된 유동 경로의 적어도 일부분은 1종 또는 여러 종의 흡수성 재료가 충진되어 있다.
가스 모니터링 장치(1100)의 각종 부품은 하나 또는 여러 개의 조작 과정, 예를 들어 초기화 프로세스, 교정 프로세스, 샘플링 프로세스 및 세척 프로세스에 사용될 수 있다. 이러한 하나 또는 여러 개의 조작 과정은 프로세서를 통해 자동 제어되거나, 및/또는 사용자가 사용자 인터페이스(예를 들어 제어패널 또는 그래픽 사용자 인터페이스)를 통해 수동 제어할 수 있다. 아래에서는, 가스 모니터링 장치(1100)에 의해 수행되는 각종 과정의 실시예를 설명한다.
일부 실시예에서, 가스 모니터링 장치(1100)는 초기화 프로세스를 수행하도록 구성된다. 도 11A는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 모니터링 장치(1000)의 초기화 프로세스의 개략도이다. 가스 센싱 회로 중의 수분을 감소시키거나 제거 및/또는 사전에 존재하던 가스를 가스 센싱 회로에서 퍼지하여 내보내기 위해, 초기화 프로세스를 수행할 수 있다. 예를 들어, 초기화 프로세스 기간에, 센싱 모듈(1102) 및/또는 가스 센싱 회로의 하나 또는 여러 개의 유동 경로를 건조 및/또는 퍼지하기 위해, 환경 공기를 가스 센싱 회로의 적어도 일부분에 유입하여 상기 가스 센싱 회로의 적어도 일부분을 통과하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 11A와 같이, 초기화 프로세스 기간에, 선택된 연결 포트를 유체 연결하기 위해, 하나 또는 여러 개의 스위칭 밸브를 적합한 위치로 스위칭함으로써, 가스 센싱 회로 중의 하나 또는 여러 개의 가스 흐름을 가이드할 수 있다. 예를 들어, 연결 포트(1116A)와 연결 포트(1116D)를 유체 연결하기 위해, 제1 스위칭 밸브(1110)를 제2 위치로 스위칭할 수 있다. 연결 포트(1116F)와 연결 포트(1116G)를 유체 연결하기 위해, 제2 스위칭 밸브(1112)를 제2 위치로 스위칭할 수 있다. 도 11A 중의 화살표가 가리키는 바와 같이, 초기화 프로세스 기간에, 예를 들어, 펌프(1104)는 가스 센싱 회로(즉 가스 입구(1127a)로부터, 연결 포트(1116D)와 연결 포트(1116A), 센싱 모듈(1102), 필터(1102), 연결 포트(1116G)와 연결 포트(1116F)를 통과하여, 출구(1010)에 도달함)를 통과하는 공기 흐름을 생성할 수 있다. 초기화 프로세스 기간에, 공기 흐름은 유량 조정기(1122), 필터(1126), 유량 조정기(1124) 및 단방향 밸브(1106) 중의 하나 또는 여러 개를 흘러 지나갈 수 있다. 공기 흐름은 가스 출구(1129)를 통해 센싱 회로에서 유출되기 전 NOx 흡수기(1108)를 흘러 지나갈 수 있다.
초기화 프로세스 기간에, 도 11A와 같이, 펌프(1104)는 공기 흐름이 출구(1010)를 향해 흐르고, 컵(1002), 출구(1002), 연결 포트(1116B)와 연결 포트(1116C)를 흘러 지나가며, 가스 출구(1129)를 향해 흐르도록 구동할 수 있다. 초기화 프로세스를 임의의 적합한 지속 시간, 예를 들어 약 1분 미만, 약 30초 미만, 약 10초 미만 또는 약 1초 미만의 시간 동안 수행할 수 있다.
초기화 프로세스 기간에, 가스 모니터링 장치(1100)의 각종 부품이 정상적인 조건에서 작동할 수 있는지 여부를 확인할 수 있다. 부가적 또는 대체적으로, 가스 모니터링 장치(1100)는 하나 또는 여러 개의 경보를 생성하여, 가스 센싱 회로의 하나 또는 여러 개의 비정상적인 상황을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 밸브가 정상적인 조건에서 작동할 수 있는지 여부를 확인하기 위해, 스위칭 밸브를 상이한 위치로 스위칭할 수 있다. 밸브(1104)가 정상적인 조건에서 작동할 수 있는지 여부를 확인하기 위해, 펌프(1104)를 특정(certain) 유량으로 설정하여, 펌프(1104)에 의해 생성된 가스 흐름의 유량을 측정할 수 있다. 가스 센싱 회로에 가스 흐름이 없을 경우, 절대 압력 센서(1118)의 정상적인 판독결과는 기설정된 값, 예를 들어 약 600mbar 내지 약 1250mbar의 임의의 값을 초과하지 않으며, 차압 센서(1120)의 판독결과에 기반하여 계산된 정상적인 유량은 펌프 설정에서 기설정된 유량 범위, 예를 들어 약 50ml/min 내지 약 1000ml/min의 유량 범위를 초과하지 않을 수 있다.
일부 실시예에서, 센싱 모듈(1102) 중의 하나 또는 여러 개의 가스 센서를 교정하기 위해, 가스 모니터링 장치(1100)는 교정 프로세스를 수행하도록 구성된다. 규칙적으로 교정 프로세스를 수행할 수 있고, 예를 들어 주기적으로, 수요에 따라 또는 가스 혼합물(907)을 환자에게 수송하기 전에 교정 프로세스를 수행할 수 있다. 공기(예를 들어 환경 공기 또는 압축 공기) 또는 그 가스 성분의 농도가 이미 알려져 있는 표준 가스를 사용하여 센서를 교정할 수 있다. 도 11B는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 모니터링 장치(1100)의 교정 프로세스의 개략도이다. 일부 실시예에서, 도 11B 와 같이, 교정 프로세스에서 환경 공기가 사용된다. 예를 들어, 연결 포트(1116B)와 연결 포트(1116C)를 유체 연결하기 위해, 제1 스위칭 밸브(1110)를 이의 제1 위치로 스위칭할 수 있다. 연결 포트(1116E)와 연결 포트(1116G)를 유체 연결하기 위해, 제2 스위칭 밸브(1112)를 그의 제1 위치로 스위칭할 수 있다. 펌프(1104)는 가스 입구(1127b)로부터 연결 포트(1116E)와 연결 포트(1116G), 필터(1128), 센싱 모듈(1102), 연결 포트(1116A) 및 연결 포트(1116C)를 통과하여, 출구(1129)에 도달하는 공기 흐름을 생성할 수 있다. 공기 흐름이 센싱 모듈(1102)을 통과하기 전 NO2 및 NO를 제거하거나 감소시키기 위해, NOx 흡수기(1108)는 가스 입구(1127b)의 하류에 배치될 수 있다. 공기 흐름은 유량 조정기(1122), 필터(1126) 및 단방향 밸브(1106) 중의 하나 또는 여러 개를 통과할 수 있다.
교정 프로세스 기간에, 펌프(1114)는 또한 가스 흐름(1016)이 출구(1012)로부터 연결 포트(1116B)와 연결 포트(1116C)를 통과하여 출구(1129)에 도달하도록 구동할 수 있다. 가스 흐름(1016)은 또한 필터(1126), 유량 조정기(1124), 단방향 밸브(1106) 및 NOx 흡수기(1108) 중의 하나 또는 여러 개를 흘러 지나갈 수 있다.
일부 실시예에서, 교정 프로세스를 수행하여, 오프셋 값으로 교정 곡선을 조절하는 것과 같이 센싱 모듈(1102)의 적어도 하나의 센서의 교정 곡선을 조절한다. 교정 프로세스는 영점 교정(zero calibration) 및/또는 스팬 교정(span calibration)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 영점 교정 프로세스에서, 환경으로부터 공급된 공기 흐름은 NOx 흡수기(1108)를 통과한 후 약 21%의 O2, 약 0% 또는 0ppm의 NO 및 약 0% 또는 0ppm의 NO2를 구비한다고 미리 설정할 수 있다. 센싱 모듈의 센서는 공기 흐름의 판독결과가 이러한 기설정된 농도에 대응된다고 가정할 수 있고 오프셋 값으로 이들의 교정 곡선을 조절할 수 있다.
일부 실시예에서, 스팬 교정에서는, 교정 프로세스에서 O2, NO 및/또는 NO2의 농도가 이미 알려진 1종 또는 여러 종의 표준 가스를 사용할 수 있다. 도 11C와 같이, 연결 포트(1116A)와 연결 포트(1116C)를 유체 연결하기 위해, 제1 스위칭 밸브(1110)를 이의 제1 위치로 스위칭할 수 있다. 연결 포트(1116F)와 연결 포트(1116G)를 유체 연결하기 위해, 제2 스위칭 밸브(1112)를 이의 제2 위치로 스위칭할 수 있다. 펌프(1104)는 표준 가스가 가스 출구(1010)로부터 연결 포트(1116F), 연결 포트(1116G), 필터(1128), 센싱 모듈(1102), 연결 포트(1116A) 및 연결 포트(1116C)를 통과하여 출구(1129)로 흐르도록 구동할 수 있다. 가스 출구(1129)를 통해 표준 가스 흐름을 방출하기 전, 상기 가스 흐름은 또한 유량 조정기(1122), 단방향 밸브(1106) 및 NOx 흡수기(1108) 중의 하나 또는 여러 개를 통과할 수 있다. 센싱 모듈의 센서는 표준 가스 흐름의 판독결과가 표준 가스의 이미 알려진 농도에 대응된다고 가정할 수 있고 오프셋 값으로 이들의 교정 곡선을 조절할 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 모니터링 장치(1100)는 샘플 가스 흐름 중 1종 또는 여러 종의 가스 성분의 농도를 측정하기 위해 샘플링 프로세스를 수행하도록 구성된다. 도 11C는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 모니터링 장치(1100)의 샘플링 프로세스의 개략도이다. 수요에 기반하여 샘플링 프로세스를 수행할 수 있고, 또는 환자(910)에게 가스 혼합물(907)를 수송하는 동시에 지속적 또는 간헐적으로 샘플링 프로세스를 수행할 수 있다. 일부 실시예에서, 샘플링 프로세스에서, 가스 센싱 회로는 수분 수집기(1000)의 출구(1010)로부터 제1 가스 흐름(1014)을 제공받을 수 있고, 및/또는 수분 수집기(1000)의 출구(1012)로부터 제2 가스 흐름(1016)을 제공받을 수 있다. 제1 유량 조정기(1122)는 제1 가스 흐름(1014)의 유량을 제1 유량으로 조정할 수 있다. 제2 유량 조정기(1124)는 제2 가스 흐름(1016)의 유량을 제2 유량으로 조정할 수 있다. 펌프(1104)의 설정 및/또는 유량 조정기(1122, 1124)의 설정에 기반하여 제1 유량과 제2 유량을 미리 설정하고 조절할 수 있다. 제1 유량과 제2 유량을 합치면 펌프(1104)의 유량으로 될 수 있다. 예를 들어, 펌프(1104)의 유량은 약 50mL/min 내지 약 1000mL/min의 범위 내에 있을 수 있고, 제1 가스 흐름(1014)의 제1 유량은 약 40mL/min 내지 약 800mL/min의 범위 내에 있을 수 있으며, 제2 가스 흐름(1016)의 제2 유량은 약 10mL/min 내지 약 200mL/min의 범위 내에 있을 수 있을 수 있다.
일부 실시예에서, 샘플링 프로세스에서 제1 가스 흐름(1014)에서의 농도를 측정할 수 있다. 도 11C와 같이, 연결 포트(1116A)와 연결 포트(1116C)를 유체 연결하기 위해, 제1 스위칭 밸브(1110)를 이의 제1 위치로 스위칭할 수 있다. 연결 포트(1116F)와 연결 포트(1116G)를 유체 연결하기 위해, 제2 스위칭 밸브(1112)를 이의 제2 위치로 스위칭할 수 있다. 펌프(1104)는 제1 가스 흐름(1014)이 출구(1010)로부터 연결 포트(1116F), 연결 포트(1116G), 필터(1128), 센싱 모듈(1102), 연결 포트(1116A) 및 연결 포트(1116C)를 통과하여 가스 출구(1129)에 도달하도록 구동할 수 있다. 가스 출구(1129)를 통해 제1 가스 흐름(1014)을 방출하기 전, 상기 제1 가스 흐름은 또한 유량 조정기(1122), 단방향 밸브(1106) 및 NOx 흡수기(1108) 중의 하나 또는 여러 개를 통과할 수 있다. 펌프(1104)는 또한 제2 가스 흐름(1016)이 출구(1012)로부터 연결 포트(1116B)와 연결 포트(1116C)를 통과하여 가스 출구(1129)에 도달하도록 구동할 수 있다. 가스 출구(1129)를 통해 제2 가스 흐름(1016)을 방출하기 전, 상기 제2 가스 흐름은 또한 유량 조정기(1124), 단방향 밸브(1106) 및 NOx 흡수기(1108) 중의 하나 또는 여러 개를 통과할 수 있다.
일부 실시예에서, 센싱 모듈(1102)의 하나 또는 여러 개의 가스 센서는 제1 가스 흐름(1014)이 가스 센싱 모듈(1102)을 통과할 때 상기 제1 가스 흐름 중의 1종 또는 여러 종의 가스 성분(예를 들어 NO2, NO 및 O2)의 농도를 식별하고 측정하도록 구성된다. 이러한 센서로부터 제공된 판독결과를 유선 통신 또는 무선 통신을 통해 가스 모니터링 장치(1100)의 프로세서 및/또는 컴퓨터-판독가능 저장 매체(미도시)로 전송할 수 있으므로, 추가적인 처리에 사용 및/또는 하나 또는 여러 개의 기타 장치로 전송할 수 있다.
제1 가스 흐름(1014)이 기설정된 유량 또는 기설정된 유량 범위 내에서 센서를 통과할 경우, 센싱 모듈(1102) 중 하나 또는 여러 개의 센서의 정확도를 향상시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 가스 흐름(1014)의 유량은 유량 조정기(1122)에 의해 조정되며, 차압 센서(1120)는 유량 조정기(1122)를 통과하는 제1 가스 흐름(1014)의 유량을 측정하는 데 사용된다. 기설정된(predetermined) 유량 또는 유량 범위는 센서 유형을 기반으로 하는 임의의 적합한 값 또는 범위일 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 여러 개의 센서는 전기화학적 센서일 수 있고, 기설정된 유량 범위는 약 50ml/min 내지 450ml/min, 예를 들어 약 220ml/min 내지 약 240ml/min일 수 있다. 펌프(1104)를 사용하여 센싱 모듈을 통과하는 제1 가스 흐름(1014)의 유량을 기설정된 값 또는 범위로 조절할 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 센싱 장치(1100)는, 수분 수집기(1000)의 수분 필터(1006) 및/또는 가스 센싱 회로에 축적된 액체를 감소시키거나 제거하기 위해, 세척 프로세스를 수행하도록 구성된다. 도 11D는 본 개시의 일부 실시예에 따른 가스 모니터링 장치(1100)의 세척 프로세스의 개략도이다. 도 11D와 같이, 연결 포트(1116A)와 연결 포트(1116C)의 연결을 차단하도록, 제1 스위칭 밸브(1110)를 이의 제2 위치로 스위칭함으로써, 제1 가스 흐름(1014)을 차단할 수 있다. 연결 포트(1116E)와 연결 포트(1116G)를 유체 연결하기 위해, 제2 스위칭 밸브(1112)를 그의 제1 위치로 스위칭할 수 있다. 펌프(1104)는 제2 가스 흐름(1016)이 출구(1012)로부터 연결 포트(1116B)와 연결 포트(1116C)를 통과하여 가스 출구(1129)에 도달하도록 구동할 수 있다. 가스 출구(1129)를 통해 제2 가스 흐름(1016)을 방출하기 전, 상기 제2 가스 흐름은 또한 필터(1126), 유량 조정기(1124), 단방향 밸브(1106) 및 NOx 흡수기(1108) 중의 하나 또는 여러 개를 통과할 수 있다.
세척 프로세스 기간에, 제1 가스 흐름을 차단하면 제2 가스 흐름(1016)의 유량이 증가될 수 있다. 도 10A와 같이, 출구(1012)에서 유출되기 전, 제2 가스 흐름(1016)은 제1 챔버(1018)로부터 컵(1002)으로 흘러 수분 필터(1006)로 되돌아 가고, 예를 들어 수분 필터(1006)는 가스 흐름(1009)의 일측 또는 제1 챔버(1018)의 일측을 마주하며, 액체가 여기에 축적될 수 있다. 제2 가스 흐름(1016)의 유량을 증가시키면 수분 필터(1006)에 축적된 액체에 대한 건조 또는 스위핑을 증가시킬 수 있다.
가스 모니터링 장치(1100)는 수요에 기반하여, 및/또는 한 가지 이상의 비정상적인 상황이 발생할 경우 세척 프로세스를 수행할 수 있다. 세척 프로세스를 임의의 적합한 지속 시간, 예를 들어 약 2분 미만, 약 1 분 미만, 약 30초 미만 또는 약 10초 미만의 시간 동안 수행할 수 있다. 세척 프로세스는 자동 또는 수동으로 시작할 수 있다. 예를 들어, 액체가 수분 필터(1006)의 적어도 일부분 및/또는 가스 센싱 회로 중의 유동 경로를 막을 경우, 가스 모니터링 장치(1100)의 프로세서는 절대 압력 센서(1118) 및/또는 차압 센서(1120)의 하나 또는 여러 개의 비정상적인 판독결과에 응답하여 세척 프로세스를 시작할 수 있다. 예를 들어, 샘플링 프로세스 기간, 압력 센서(1118)에 의해 측정된 정상적인 절대 압력은 약 0.5bar 내지 약 1.25bar의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 범위를 초과하는 절대 압력은 수분 필터(1006) 및/또는 가스 센싱 회로가 액체에 의해 막혔다는 것을 나타낼 수 있다. 압력 센서(1120)에 의해 측정된 차압을 기반으로 하여 계산된 정상적인 유량의 범위는 약 20ml/min 내지 약 275ml/min, 예를 들어 약 20ml/min 내지 약 50ml/min, 약 50ml/min 내지 약 100ml/min, 약 100ml/min 내지 약 150ml/min, 약 150ml/min 내지 약 200ml/min, 약 200ml/min 내지 약 250ml/min 또는 약 250ml/min 내지 약 275ml/min일 수 있다. 상기 범위보다 작은 유량은 수분 필터(1006) 및/또는 가스 센싱 회로가 액체에 의해 막혔다는 것을 나타낼 수 있다.
본문에서 설명한 바와 같이, 시스템(10)의 하나 또는 여러 개의 부품, 예를 들어 반응 챔버(102), 반응 매질(112), 하나 또는 여러 개의 전극(예를 들어, 제1 전극(116), 제2 전극(118)), 여과 시스템(500) 또는 이의 필터, 압력 용기(600), 폐가스 처리 장치(700), 가스 변환기(800) 및 유동 제어 장치를 편리하게 교체, 유지 보수 또는 수리할 수 있도록, 시스템(10)을 실질적으로 분해할 필요없이 상기 시스템(10)을 모듈화할 수 있다. 따라서, 시스템(10)의 유지 보수 비용을 줄일 수 있고, 시스템(10)의 작동 수명을 연장시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템(10)은 제어 회로와 통신하는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스는 사용자로부터 전달받은 명령을 제공받아 시스템 매개변수, 예를 들어 단계의 개수, 각 단계 중의 조작 주기의 개수, 단계 또는 조작 주기 중의 NO 농도 및/또는 유량을 제공받기 위한 하나 또는 여러 개의 제어기를 포함할 수 있다. 제어 회로는 이러한 시스템 매개변수를 조절하기 위해 각종 부품, 예를 들어 에너지원(114), 캐리어 가스원(200) 및 유량 제어기 또는 제어 장치를 향해 제어 신호를 발송할 수 있다.
NO를 생성 및/또는 수송하기 위한 각종 방법에서 시스템(10) 혹은 이의 하나 또는 여러 개의 부품, 예를 들어 본문에 따른 NO 생성 장치(100)를 사용할 수 있다. 예를 들어, 시스템(10) 또는 NO 생성 장치(100)는 수요에 따라 NO를 생성하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(10) 또는 NO 생성 장치(100)는 램프 주기 내에서 기설정된 농도로 안정적인 NO 공급을 제공하는 데 사용될 수 있다. 램프 주기는 생성물 가스의 NO 농도가 초기 농도에서 기설정된 안정 상태 농도로 변화되는 과도 주기를 의미할 수 있다. 예를 들어, 램프 주기 기간, 생성물 가스의 NO 농도가 초기 농도(예를 들어 0)에서 기설정된 안정 상태 농도로 증가된다. 시스템(10) 또는 NO 생성 장치(100)는 하나 또는 여러 단계 내 혹은 하나 또는 여러 개의 조작 주기 내에서 안정적인 NO 공급을 제공하는 데 사용될 수 있다. 시스템(10)은 NO의 생성 또는 수송 기간에 잠재적인 공기 오염 및/또는 독성 가스(예를 들어 이산화질소)에 노출되는 것을 감소시키거나 최소화할 수 있다. 시스템(10)은 호흡 장치(예를 들어 호흡기)에 의해 공급되는 다른 처리 가스(예를 들어 산소가스 또는 공기)를 이용하여 NO를 수송하는 데 사용될 수 있다. 시스템(10)은 환자에게 수송되거나 환자가 흡입한 가스 혼합물의 1종 또는 여러 종의 성분의 농도를 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
본문에서 설명한 바와 같이, 단계에 대한 순서 재배정, 단계 삽입 및/또는 단계 삭제를 포함하는 임의의 방식을 통해, 본문에 개시된 방법의 단계를 수정할 수 있다. 별도의 설명이 없는한, 개시된 방법의 하나 또는 여러 개의 단계는 동시에 또는 적합한 시간 순서로 수행될 수 있다.
도 12는 본 개시의 일부 실시예에 따른 NO 생성 방법(1200)의 흐름도이다. 일부 실시예에서, 도 12와 같이, 방법(1200)은 단계(1202)-단계(1210)을 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1202)는 NO가 생성되도록, 에너지원을 통해 반응 매질에 배치된 여러 개의 전극 중의 하나 또는 여러 개의 전극에 전압 또는 전류를 인가하는 것을 포함한다. 여러 개의 전극은 음극을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 여러 개의 전극의 하나 또는 여러 표면 측 또는 여러 개의 전극의 하나 또는 여러 표면 부근에서 NO가 생성된다. 반응 매질은 NO 생성 장치의 반응 챔버에 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 반응 챔버는 가스 영역과 액체 영역을 포함하며, 반응 매질은 액체 영역에 배치된다.
일부 실시예에서, 단계(1202)에서, 하나 또는 여러 개의 조건(예를 들어 배출되는 생성물 가스 중 원하는 NO 농도)에 기반하여, 여러 개의 전극에 인가되는 전압 또는 전류를 미리 설정 및/또는 조절할 수 있다. 일부 실시예에서, 기설정된 전압의 범위는 약 1.4V 내지 약 5.0V이다. 일부 실시예에서, 기설정된 전류 범위는 약 0mA 내지 약 300mA이다. NO 생성 속도는 여러 개의 전극에 인가된 전압 또는 전류의 증가에 따라 증가될 수 있다. 일부 상황에서, 여러 개의 전극을 향해 약 0mA의 전류를 인가하면, NO가 생성될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(1202)는 여러 개의 전극에 전압 또는 전류를 인가하는 것을 종료시키는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 단계(1202)는 기설정된 전압 또는 기설정된 전류를 인가하기 전, 자극 주기 내에서 여러 개의 전극에 자극 전압 또는 자극 전류를 인가하는 것을 포함한다. 자극 주기의 범위는 약 0.5분 내지 약 5분, 예를 들어 약 0.5분 내지 약 1분, 약 1분 내지 약 2분, 약 2분 내지 약 3분, 약 3분 내지 약 4분, 약 4분 내지 약 5분 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 실시예에서, 자극 전압은 기설정된 전압의 약 2배 내지 약 8배이다. 일부 실시예에서, 자극 전류는 기설정된 전류의 약 2배 내지 약 8배이다.
일부 실시예에서, 단계(1202)는 두 개의 전극(예를 들어 음극과 양극)의 극성을 스위칭하는 것을 포함한다. 예를 들어, 단계(1202)는 예를 들어 DC 전원의 극성을 반전시키거나 AC 전원을 사용함으로써, 에너지원의 극성을 반전시키는 것을 포함할 수 있다. 수요에 따라 또는 기설정된 스케쥴에 따라 두 개의 전극의 극성을 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 전극의 극성은 주기적으로 스위칭할 수 있고, 예를 들어 약 10분 마다 내지 약 10시간 마다 스위칭할 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(1200)은 단계(1204)를 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1204)는 NO 생성 장치가 NO 생성 장치의 입구 회로를 통해 캐리어 가스를 제공받는 것을 포함한다. 입구 회로는 반응 매질에 배치된 적어도 하나의 스파저와 유체 연통될 수 있다. 상기 적어도 하나의 스파저는 여러 전극 중의 하나 또는 여러 개의 전극 부근에 위치할 수 있다. 일부 실시예에서, 캐리어 가스원으로부터 캐리어 가스를 제공받는다. 일부 실시예에서, 캐리어 가스는 질소가스를 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1204)는 캐리어 가스원은 압축 공기로부터 캐리어 가스를 생성하는 것을 포함한다. 예를 들어, 질소가스 생성 장치를 사용하여 압축 공기로부터 캐리어 가스를 생성할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(1204)는 입구 회로를 통해 제공받은 캐리어 가스의 유량를 유동 제어 장치로 제어하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1204)는 일정한 유량으로 캐리어 가스를 제공받는 것을 포함하며, 상기 일정한 유량의 범위는 약 50mL/min 내지 12L/min, 예를 들어 약 0.5L/min 내지 약 1L/min, 약 1L/min 내지 약 3L/min, 약 3L/min 내지 약 5L/min, 약 5L/min 내지 약 8L/min, 약 8L/min 내지 약 10L/min, 약 10L/min 내지 약 12L/min 또는 이들의 조합이다.
일부 실시예에서, 단계(1204)는 캐리어 가스를 사용하여 시스템(10)을 퍼지하는 것을 포함한다. 예를 들어, 캐리어 가스는 시스템의 일부 또는 전체 가스 흐름 영역 또는 경로, 예를 들어 반응 챔버의 가스 영역, 입구와 출구 회로, 순환 회로 및 압력 용기를 통과할 수 있다. 캐리어 가스를 사용하여 퍼지 시스템(10)을 퍼지하면 생성물 가스 중 생성된 NO가 독성 아질산산화물(예를 들어 NO2)로 산화되는 것을 감소시킬 수 있다. 시스템(10)에 대해 퍼지하면 NO2를 감소시키거나 제거하도록 구성된 가스 변환기의 수명을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(1200)은 단계(1206)를 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1206)는 캐리어 가스를 사용하여 여러 전극 중의 하나 또는 여러 개의 전극의 표면을 스윕하는 것을 포함한다. 전극의 표면을 스윕함으로써, 전극의 표면 측 또는 전극의 표면 부근에서 생성된 NO를 반응 매질로부터 스윕, 퍼지 및/또는 연행하여 내보낼 수 있다. 이로써 생성물 가스가 생성될 수 있으며, 상기 생성물 가스는 생성된 NO와 캐리어 가스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 생성물 가스의 적어도 일부분은 NO 생성 장치의 반응 챔버의 가스 영역에 제공 및/또는 축적된다.
일부 실시예에서, 단계(1206)는 캐리어 가스 기포가 여러 전극 중의 하나 또는 여러 개의 전극의 표면을 스윕하도록 상기 캐리어 가스의 기포를 생성하는 것을 포함한다. 예를 들어, 단계(1206)는 스파저를 통해 캐리어 가스를 제공받는 것을 포함할 수 있으며, 상기 단계는 여러 전극 중의 하나 또는 여러 개의 전극의 표면을 스윕하기 위해 스파저를 통해 반응 매질에 캐리어 가스의 기포를 방출하는 것을 포함할 수 있다. 스파저는 입구 회로와 유체 연통될 수 있고, 상기 스파저는 반응 매질에 배치되며, 여러 전극 중의 하나 또는 여러 개의 전극과 인접된다. 스파저에 의해 방출된 기포는 기포 경로를 따라 퍼지며, 상기 기포 경로는 적어도 하나의 전극의 표면을 따라 연장될 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(1200)은 단계(1208)를 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1208)는 제1 순환 회로를 사용하여 제1 유체 흐름이 반응 챔버에 대해 순환하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1208)는 가스 펌프를 통해 제1 순환 회로의 입구로부터 출구로의 제1 유체 흐름을 생성하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 유체 흐름은 단계(1206)에서 생성된 생성물 가스 흐름을 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1208)는 가스 펌프 상류에 배치된 하나 또는 여러 개의 필터를 사용하여 재순환하는 유체 흐름을 여과시키는 것을 포함한다. 하나 또는 여러 개의 필터는 재순환하는 유체 흐름이 가스 펌프로 들어가지 전에 재순환 유체 흐름 중의 액체 물질 및/또는 고체 물질을 감소시키거나 제거할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(1208)는 제1 유체 흐름이 일정한 유량으로 순환되는 것을 포함하며, 상기 일정한 유량의 범위는 약 0.5L/min 내지 약 5.0L/min, 예를 들어 약 0.5L/min 내지 약 1.0L/min, 약 1.0L/min 내지 약 1.5L/min, 약 1.5L/min 내지 약 2.0L/min, 약 2.0L/min 내지 약 2.5L/min, 약 2.5L/min 내지 약 3.0L/min, 약 3.0L/min 내지 약 3.5L/min, 약 3.5L/min 내지 약 4.0L/min, 약 4.0L/min 내지 약 4.5L/min, 약 4.5L/min 내지 약 5.0L/min, 또는 이들의 조합이다.
일부 실시예에서, 방법(1200)은 단계(1210)를 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1210)는 NO가 포함된 생성물 가스를 반응 챔버로부터 출구 회로로 수송하여 통과시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 출구 회로는 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통된다. 일부 실시예에서, 반응 챔버로부터 수송된 생성물 가스의 NO 농도는 램프 주기 내에 안정 상태에 도달할 수 있다. 예를 들어, 램프 주기의 범위는 약 2분 내지 약 10분일 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(1200)은 아래 단계(1212-1222)에서 선택되는 하나 또는 여러 개의 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(1200)은 단계(1212)를 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1212)는 NO 농도 센서를 사용하여 생성물 가스 중의 NO 농도를 측정하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, NO 농도 센서는 가스 영역 중의 생성물 가스와 접촉되도록 구성되어, 가스 영역 중의 NO 농도를 측정할 수 있다. 일부 실시예에서, NO 농도 센서는 반응 챔버의 출구 회로, 반응 챔버의 출구 회로 부근 또는 반응 챔버의 출구 회로 하류에 배치되어, 반응 챔버에서 유출되는 생성물 가스의 NO 농도를 측정하도록 한다. 예를 들어, NO 센서는 출구 회로의 개구 측, 출구 회로의 도관 내, 또는 출구 회로 하류에 배치된 필터의 하류에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(1200)은 단계(1214)를 포함한다. 단계(1214)는 단계 또는 조작 주기 내에 NO를 생성한 후 반응 매질에 용해된 NO를 감소시키거나 제거할 수 있다. 단계(1214)는 반응 매질로부터 적어도 일부 용해된 NO를 분리시키는 것을 포함할 수 있다. 단계(1214)는 예를 들어 폐가스 처리 장치를 사용하는 방식으로 분리된 NO를 처리하는 것을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(1214)는 제2 순환 회로를 사용하여 제2 유체 흐름을 반응 챔버에 대해 순환시키는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 제2 순환 회로 중의 제2 유체 흐름은 액체 흐름을 포함한다. 일부 실시예에서, 제2 순환 회로 중의 제2 유체 흐름은 가스 흐름을 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1202)에서 반응 매질을 사용하여 NO를 생성하기 전, NO 생성 기간 및 또는 NO 생성 이후에 단계(1214)를 수행한다. 예를 들어, 단계 또는 조작 주기 내에 NO를 생성시킨 후, 전극에 전압 또는 전류가 인가되는 것을 종료시킨 후 단계(1214)를 수행할 수 있다. 다음 단계 또는 조작 주기에 사용되는 NO를 생성시키기 위해, 전극에 대해 전압 또는 전류의 인가를 시작하기 전에 단계(1214)를 수행할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(1214)는 작업 모드에서 조작되도록 제2 순환 회로를 배치 및/또는 조작하는 것을 포함한다. 작업 모드에서, 제2 유체 흐름은 반응 매질 흐름을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 작업 모드에서 제2 순환 회로를 조작하는 단계는, 펌프를 사용하여 제2 유체 흐름이 제2 순환 회로의 제1 포트로부터 액체-가스 분리 장치를 통과하며 제2 순환 회로의 제2 포트에서 유출되도록 순환시키는 것을 포함한다. 제1 포트는 반응 챔버의 액체 영역과 유체 연통될 수 있고, 제2 포트는 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통될 수 있다.
작업 모드에서, 제2 유체 흐름은 임의의 적합한 유량으로 순환할 수 있고, 예를 들어 유량의 범위는 약 0.1L/min 내지 약 0.5L/min, 약 0.5L/min 내지 약 1.0L/min, 약 1.0L/min 내지 약 3.0L/min, 약 3.0L/min 내지 약 5.0L/min, 약 5.0L/min 내지 약 8.0L/min, 또는 이들의 조합이다. 제2 순환 회로는 작업 모드에서 임의의 적합한 시간, 예를 들어 약 0.5분 미만, 약 1분 미만, 약 2분 미만, 약 5분 미만, 약 10분 미만, 또는 약 20분 미만의 시간 동안 작동할 수 있다.
일부 실시예에서, 작동 모드에서 제2 순환 회로를 조작하는 단계는 제2 유체가 액체-가스 분리 장치를 통과할 때 반응 매질로부터 NO를 분리시키는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 작업 모드에서 제2 순환 회로를 조작하는 단계는, 스윕 가스가 액체-가스 분리 장치를 통과하도록 하여, 제2 유체 흐름에서 분리된 NO를 혼합가스로서 액체-가스 분리 장치로부터 연행하여 내보내는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 작업 모드에서 제2 순환 회로를 조작하는 단계는, 혼합 가스를 환경에 방출하기 전 혼합 가스를 폐가스 처리 장치로 운송하는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 단계(1214)는 청결 모드에서 제2 순환 회로를 배치 및/또는 조작하는 것을 포함한다. 청결 모드는 작업 모드 이후에 수행될 수 있다. 청결 모드에서, 제2 유체 흐름은 가스 흐름을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 청결 모드에서 제2 순환 회로를 조작하는 단계는, 펌프를 사용하여 제2 유체 흐름이 제2 순환 회로의 제2 포트로부터 액체-가스 분리 장치를 통과하며 제2 순환 회로의 제1 포트에서 유출되도록 순환시키는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 청결 모드로 제2 순환 회로를 조작하는 단계는, 액체-가스 분리 장치 중의 잔여된 반응 매질을 반응 챔버로 반송하는 것을 포함한다. 청결 모드는 예를 들어 액체-가스 분리 장치의 분리막을 건조시키는 방식으로, 다음 작업 모드를 위해 액체-가스 분리 장치를 준비할 수 있다.
청결 모드에서, 제2 유체 흐름은 임의의 적합한 유량으로 순환할 수 있고, 예를 들어 유량의 범위는 약 0.25L/min 내지 약 0.5L/min, 약 0.5L/min 내지 약 1.0L/min, 약 1.0L/min 내지 약 3.0L/min, 약 3.0L/min 내지 약 5.0L/min, 또는 이들의 조합이다. 제2 순환 회로는 청결 모드에서 임의의 적합한 시간, 예를 들어 약 0.5분 미만, 약 1분 미만, 약 2분 미만, 또는 약 5분 미만의 시간 동안 작동할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(1214)는 제2 순환 회로가 작업 모드에서 작동할 수 있도록, 스위칭 밸브를 제1 위치에 배치하는 것을 포함할 수 있으며; 상기 단계는 제2 순환 회로가 청결 모드에서 작동할 수 있도록, 스위칭 밸브를 제2 위치로 배치하는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(1214)는 캐리어 가스로 반응 챔버(예를 들어 반응 챔버의 가스 영역)를 퍼지하는 것을 포함한다. 캐리어 가스는 반응 챔버의 가스 영역에 축적될 수 있고, 청결 모드에서 상기 캐리어 가스는 제2 순환 회로에서 순환할 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(1200)은 단계(1216)를 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1216)는 생성물 가스를 반응 챔버로부터 여과 시스템으로 수송하여 통과시키는 것을 포함한다. 단계(1216)는 여과 시스템을 통해 생성물 가스 중의 1종 또는 여러 종의 불순물, 예를 들어 고체 물질(예를 들어, 염 에어로졸)과 수분을 감소시키거나 제거하는 것을 포함할 수 있다. 여과 시스템은 하나 또는 여러 개의 여과 장치 또는 필터를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(1200)은 단계(1218)를 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1218)는 생성물 가스를 압력 용기로 수송하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1218)는 압력 용기에서 생성물 가스를 제공받아 압력 유지 시간 동안 저장하는 것을 포함한다. 압력 유지 주기가 종료되면, 압력 용기의 압력 및/또는 NO 농도는 기설정된 수준 또는 기설정된 범위로 증가될 수 있다. 일부 실시예에서, 압력 용기는 제1 영역과 제2 영역을 포함한다. 단계(1218)는 압력 용기의 제1 영역과 유체 연통되는 입구를 통해 생성물 가스를 제공받는 것을 포함할 수 있다. 단계(1218)는 생성물 가스를 압력 용기의 제1 영역에 저장하는 것을 포함할 수 있다. 단계(1218)는 압력 용기, 예를 들어 제1 영역과 유체 연통되는 출구로부터 생성물 가스를 방출하는 것을 포함할 수 있다. 압력 용기로부터 방출된 생성물 가스 중의 NO 농도는 램프 주기 내에서 안정 상태에 도달할 수 있다. 램프 주기는 생성물 가스의 NO 농도가 초기 농도에서 기설정된 안정 상태 농도로 변화되는 과도 주기를 의미할 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(1218)는 유동 제어 장치를 사용하여 압력 용기로부터 방출된 생성물 가스의 유량을 측정 및/또는 조절하는 것을 포함한다. 유동 제어 장치는 제어 장치로부터 제공받은 명령에 따라 생성물 가스의 유량을 조절할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(1218)는, 제1 영역과 유체 연통되는 제2 영역에서 생성물 가스를 제공받아 저장하는 것을 포함한다. 단계(1218)는, 기설정된 문턱값보다 작거나 같은 압력 조건에서 생성물 가스를 제2 영역에 저장하는 것을 포함할 수 있다. 단계(1218)는, 제2 영역에 저장된 생성물 가스를 제2 영역으로부터 제1 영역으로 방출하는 것을 포함할 수 있고, 상기 단계는 생성물 가스를 제1 영역으로부터 압력 용기 밖으로 방출하는 것을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(1218)는, 압력 용기의 하나 또는 여러 개의 영역의 압력이 기설정된 문턱값을 초과할 경우, 압력 방출 밸브를 통해 압력 용기(예를 들어 압력 용기의 제2 영역)로부터 가스를 방출하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1218)는, 예를 들어 폐가스 처리 장치를 통해 압력 방출 밸브에 의해 방출된 가스를 처리하는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 방법(1200)은 단계(1220)를 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1220)는, 생성물 가스 중의 1종 또는 여러 종의 독성 질소산화물, 예를 들어 NO2를 감소시키거나 제거하기 위해, 생성물 가스를 가스 변환기로 운송하여 통과시키는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1220)는, 생성물 가스가 통과할 때, 가스 변환기를 통해 일부 또는 전체 독성 질소산화물, 예를 들어 NO2를 흡수하거나 변환시키는 것을 포함한다. 독성 질소산화물은 NO로 변환될 수 있다. 단계(1220)는, 생성물 가스를 입구로부터 굴곡된 유동 경로를 통과시켜 가스 변환기의 출구로 수송하는 것을 포함할 수 있으며, 상기 단계는 생성물 가스를 굴곡된 유동 경로 중의 여과 재료에 수송하여 통과시키는 것을 포함할 수 있다. 단계(1220)는, 여과 재료를 사용하여 생성물 가스 중의 일부 또는 전체 독성 질소산화물을 흡수하는 것을 포함할 수 있다. 부가적 또는 대체적으로, 단계(1220)는, 여과 재료를 사용하여 생성물 가스 중의 일부 또는 전체 독성 질소산화물을 NO로 변환시키는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 방법(1200)은 단계(1222)를 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1222)는 통기 회로를 사용하여 환자에게 NO 또는 NO가 포함된 가스 혼합물을 수송하는 것을 포함한다. 가스 혼합물은 1종 또는 여러 종의 가스 성분, 예를 들어 공기, 산소가스, 수분을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(1222)는, 통기 회로의 흡기 회로를 통해 환자에게 NO 또는 가스 혼합물을 수송하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(1222)는, 통기 회로의 호기 회로(expiratory circuit)를 통해 환자로부터 내쉬는 가스를 제공받는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 단계(1222)는, 통기 회로와 연결된 호흡 장치(예를 들어 호흡기)에서 공급되는 가스 흐름(예를 들어 공기 흐름 또는 산소가스 흐름)을 통해 NO를 수송하는 것을 포함한다. 예를 들어, 단계(1222)는, 호흡 장치(예를 들어 호흡기)에 의해 공급된 가스 흐름(예를 들어 공기 흐름 또는 산소가스 흐름)을 NO 시스템으로부터 제공받은 생성물 가스 흐름과 결합하여 가스 혼합물을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(1222)는, 가스 혼합물을 환자에게 수송하기 전에 가스 혼합물을 가습시키는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 단계(1222)는, 유량 센서를 사용하여 호흡 장치(예를 들어 호흡기)에서 공급되는 가스 흐름(예를 들어 공기 흐름 또는 산소가스 흐름)의 유량을 측정하는 것을 포함한다. 유량 센서는 유선 연결 또는 무선 연결을 통해 제어 장치와 통신할 수 있다. 단계(1222)는, 센싱 신호 또는 판독결과를 유량 센서로부터 제어 장치로 발송하는 것을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(1222)는, 하나 또는 여러 개의 가스 센서 혹은 하나 또는 여러 개의 가스 센서를 포함하는 가스 모니터링 장치를 통해 환자에게 수송될 가스 혼합물의 1종 또는 여러 종의 성분의 농도를 측정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 단계(1222)는, 환자에게 수송될 가스 혼합물의 샘플 가스 흐름을 획득하고 상기 샘플 가스 흐름의 1종 또는 여러 종의 성분의 농도를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 하나 또는 여러 개의 가스 센서 또는 가스 모니터링 장치는 유선 연결 또는 무선 연결을 통해 제어 장치와 통신할 수 있다. 단계(1222)는, 센싱 신호 또는 판독 결과를 하나 또는 여러 개의 가스 센서 또는 가스 모니터링 장치로부터 제어 장치로 발송하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(1222)는, 하나 또는 여러 개의 가스 센서의 하나 또는 여러 개의 판독결과가 문턱값보다 높거나 낮을 경우 경보를 제공하는 것을 포함한다. 상기 경보는 임의의 적합한 형태, 예를 들어 청각적 또는 시간적 경보일 수 있고, 임의의 적합한 지속시간에 달할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(1222)는, 호흡 장치(호흡기)에서 제공하는 가스 흐름(예를 들어 공기 흐름 또는 산소가스 흐름)과 혼합 또는 결합하기 위해, 생성물 가스의 유량을 제어하는 것을 포함한다. 예를 들어, 제어 장치는 NO 시스템으로부터 공급된 생성물 가스의 유량을 제어하도록 구성된 유량 제어 장치와 통신할 수 있다. 제어 장치는 생성물 가스의 유량을 조절하도록 유동 제어 장치에 명령을 발송할 수 있다. 제어 장치는 하나 또는 여러 개의 유량 센서 및/또는 하나 또는 여러 개의 가스 센서의 하나 또는 여러 개의 센싱 신호 혹은 판독결과에 기반하여 명령을 생성할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(1222)는, 호흡기에서 공급되는 공기 흐름 또는 산소가스 흐름의 유량을 제어하는 것을 포함한다. 예를 들어, 제어 장치는 호흡기와 유선 통신 또는 무선 통신할 수 있다. 제어 장치는 공기 흐름 또는 산소가스 흐름의 유량을 조절하도록 호흡기에 명령을 발송할 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(1222)는, 하나 또는 여러 개의 조작 과정에서 환자에게 수송될 가스 혼합물의 1종 또는 여러 종의 성분의 농도를 측정하도록 가스 모니터링 장치를 조작하는 것을 포함한다. 예를 들어, 단계(1222)는, 초기화 프로세스, 세척 프로세스, 샘플링 프로세스 및 교정 프로세스 중의 하나 또는 여러 개의 과정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
상술한 설명은 설명의 목적에서 나온 것이다. 이는 무진장한 것은 아니며 개시된 정확한 형태 또는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 개시된 실시예의 명세서 및 실행을 고려하면, 실시예의 변화와 개편은 자명할 것이다. 예를 들어, 설명한 실시형태는 하드웨어를 포함하지만, 본 개시의 시스템과 방법에 부합되면 하드웨어와 소프트웨어로 구현할 수도 있다. 또한, 일부 부품은 서로 연결되어 있는 것으로 설명되었지만, 이러한 부품은 서로 조합되거나 임의의 적합한 방식으로 분포될 수 있다.
또한, 본문에서 이미 설명적인 실시예를 설명하였지만, 범위는 본 개시에 기반한 등가적 원소, 변화, 생략, 조합(예를 들어 각종 실시예의 측면을 뛰어넘는 조합), 개편 및/또는 대체 방안을 구비하는 임의의 실시예 및 전체 실시예를 포함한다. 또한, 개시된 방법의 단계는 단계에 대한 순서 재배정 또는 단계 삽입 또는 단계의 삭제를 포함하는 특정 방식으로 변화할 수 있다.
상세한 설명에 따르면, 본 개시의 특징과 장점은 자명한 것이다. 또한, 본 개시 내용을 연구함으로써 수많은 보정과 변화가 나타나기 쉽기 때문에, 본 개시 내용을 상기 명확한 구성 및 조작으로 한정하는 것을 원하지 않는다. 따라서, 본 개시의 범위 내에 포함되는 전체 적합한 변화와 등가물을 사용할 수 있다.
상기 실시예는 하드웨어, 소프트웨어(프로그램 코드) 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 통해 실시할 수 있다. 만약 소프트웨어를 통해 실시되면, 이는 상기 컴퓨터-판독가능 저장 매체에 저장될 수 있다. 프로세서에 의해 실시될 경우, 소프트웨어는 개시된 방법의 적어도 일부 단계를 수행할 수 있다.
전술한 명세서에서, 이미 많은 구체적인 세부사항을 참고하여 실시예를 설명하였고, 상기 많은 구체적인 세부사항은 실시 형태에 의해 상이할 수 있다. 상기 실시예에 대해 특정 개편 및 보정을 진행할 수 있다. 본문에 개시된 개시 내용의 명세서 및 실행을 고려하여, 기타 실시예는 본 분야의 당업자에 있어서 자명한 것이다. 명세서와 예시는 단지 예시적인 것으로 간주되며, 본 개시 내용의 진실적인 범위와 사상은 첨부된 청구범위에 의해 지시된다. 도면에 나타난 단계의 순서도 단지 설명하기 위한 것일 뿐, 임의의 주어진 조작 방법에 대해 반드시 전체 단계를 수행해야 한다는 것을 의미하지 않으며, 또한 전체 단계가 임의의 특정된 단계 순서에 한정된다는 것을 의미하지 않는다. 따라서, 본 분야의 당업자는, 동일한 방법을 실시할 경우, 이러한 단계는 상이한 순서로 수행될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 도면에 나타난 장치는 단지 설명하기 위한 것이며, 주어진 장치 또는 시스템은 이러한 장치의 부품 또는 모듈의 상이한 조합을 포함할 수 있다.
Claims (129)
- 반응 매질을 수용하도록 구성된 액체 영역 및 NO가 함유된 생성물 가스를 수용하도록 구성된 가스 영역을 구비하는 반응 챔버;
상기 반응 매질에 배치되고 음극을 포함하는 여러 개의 전극;
상기 여러 개의 전극에 전기적으로 연결되고 NO가 생성되도록 상기 음극에 기설정된 전압 또는 기설정된 전류를 인가하도록 구성된 에너지원;
상기 반응 매질 중에 배치된 스파저;
상기 스파저와 유체 연통되고 캐리어 가스를 상기 스파저로 수송하도록 구성된 입구 회로;
상기 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통되고, 상기 반응 챔버로부터 생성물 가스를 수송하도록 구성된 출구 회로; 및
제1 유체 흐름이 상기 반응 챔버에 대해 순환하도록 구성된 제1 순환 회로; 를 포함하고,
상기 제1 순환 회로는,
상기 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통되는 제1 입구;
상기 스파저와 유체 연통되는 제1 출구; 및
상기 제1 입구로부터 상기 제1 출구로의 제1 유체 흐름을 생성하도록 구성된 제1 펌프; 를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 캐리어 가스는 질소가스를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 유체 흐름은 생성물 가스 흐름을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 스파저는 상기 음극과 인접되도록 구성되고, 상기 스파저는 상기 반응 매질에서 기포를 방출하여 상기 기포가 상기 음극의 표면을 따라 퍼지도록 구성된 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 스파저는 다공성 구조를 포함하며, 상기 다공성 구조는 약 0.1μm 내지 약 1mm의 평균 크기를 구비하는 여러 개의 공극을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응 챔버는 제1 측 및 상기 제1 측과 대향되는 제2 측을 포함하며, 상기 음극은 상기 반응 챔버의 제2 측과 대략 수직되게 위치 결정된 전극 플레이트를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 전극 플레이트는 표면, 제1 가장자리 및 상기 제1 가장자리와 대향되는 제2 가장자리를 포함하고; 상기 제1 가장자리는 상기 반응 챔버의 제1 측을 따라 연장되며, 상기 제2 가장자리는 상기 반응 챔버의 제2 측을 따라 연장되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 스파저는 상기 반응 챔버의 제2 측과 상기 전극 플레이트의 제2 가장자리 사이에 배치되며, 상기 스파저는 상기 전극 플레이트의 제2 가장자리로부터 제1 가장자리로 연장된 기포 경로를 따라 기포를 방출하도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
제2 유체 흐름이 상기 반응 챔버에 대해 순환하도록 제2 순환 회로를 더 포함하고, 상기 제2 순환 회로는,
상기 반응 챔버의 액체 영역과 유체 연통되는 제1 포트;
상기 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통되는 제2 포트;
상기 제1 포트에서 상기 제2 포트 또는 상기 제2 포트에서 상기 제1 포트로의 제2 유체 흐름을 생성하도록 구성된 제2 펌프; 및
상기 제2 펌프의 하류에 배치되고 상기 반응 매질이 통과할 때 상기 반응 매질로부터 NO를 분리시키도록 구성된 액체-가스 분리장치;를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 액체-가스 분리 장치는 NO가 침투될 수 있는 분리막을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 분리막은 약 500cm2 내지 50000cm2의 범위의 표면적을 구비하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제2 순환 회로는 스위칭 밸브를 더 포함하고 작업 모드와 청결 모드에서 조작되도록 구성되며, 여기서,
상기 작업 모드에서, 상기 스위칭 밸브는 제1 위치에 있고, 상기 제2 유체 흐름은 반응 매질 흐름을 포함하며, 상기 제2 펌프는 상기 제2 유체 흐름을 상기 제1 포트로부터 상기 액체-가스 분리 장치를 통과하여 상기 제2 포트로 순환시키도록 구성되며; 및
상기 청결 모드에서, 상기 스위칭 밸브는 제2 위치에 있고, 상기 제2 유체 흐름은 가스 흐름을 포함하며, 상기 제2 펌프는 상기 제2 유체 흐름을 상기 제2 포트로부터 상기 액체-가스 분리 장치를 통과하여 상기 제1 포트로 순환시키도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응 매질은 완충 용액, 아질산 이온원 및 촉매를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 촉매는 금속-리간드 착물을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 아질산 이온원은 1종 또는 여러 종의 아질산염을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 기설정된 전압은 약 1V 내지 약 5.0V인 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 기설정된 전류는 약 0mA 내지 약 600mA인 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 생성물 가스의 NO 농도를 검출하도록 구성된 NO 센서를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치. - 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 장치를 포함하고, 상기 장치는,
반응 매질을 수용하도록 구성된 액체 영역 및 NO가 함유된 생성물 가스를 수용하도록 구성된 가스 영역을 구비하는 반응 챔버;
상기 반응 매질에 배치되고 음극을 포함하는 여러 개의 전극;
상기 여러 개의 전극에 전기적으로 연결되고 NO가 생성되도록 상기 음극에 기설정된 전압 또는 기설정된 전류를 인가하도록 구성된 에너지원;
상기 반응 매질 중에 배치된 스파저;
상기 스파저와 유체 연통되고 캐리어 가스를 상기 스파저로 수송하도록 구성된 입구 회로;
상기 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통되고, 상기 반응 챔버로부터 생성물 가스를 수송하도록 구성되는 출구 회로;
상기 출구 회로와 유체 연통되는 압력 용기;를 포함하며, 상기 압력 용기는 상기 출구 회로로부터 생성물 가스를 제공받고, 기설정된 압력 또는 기설정된 압력보다 낮은 조건에서, 제공받은 생성물 가스를 저장하며, 제공받은 생성물 가스를 방출하도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 캐리어 가스는 질소가스를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 19 항에 있어서,
제1 유체 흐름이 상기 반응 챔버에 대해 순환하도록 구성된 제1 순환 회로를 더 포함하고, 상기 제1 순환 회로는,
상기 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통되는 제1 입구;
상기 스파저와 유체 연통되는 제1 출구; 및
상기 제1 입구로부터 상기 제1 출구로의 제1 유체 흐름을 생성하도록 구성된 제1 펌프; 를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 21 항에 있어서,
상기 제1 유체 흐름은 생성물 가스 흐름을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 스파저는 상기 음극과 인접되도록 구성되고, 상기 스파저는 상기 반응 매질에서 기포를 방출하여 상기 기포가 상기 음극의 표면을 따라 퍼지도록 구성된 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 스파저는 다공성 구조를 포함하며, 상기 다공성 구조는 약 0.1μm 내지 약 1mm의 평균 크기를 구비하는 여러 개의 공극을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 반응 챔버는 제1 측 및 상기 제1 측과 대향되는 제2 측을 포함하며, 상기 음극은 상기 반응 챔버의 제2 측과 대략 수직되게 위치 결정된 전극 플레이트를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 25 항에 있어서,
상기 전극 플레이트는 표면, 제1 가장자리 및 상기 제1 가장자리와 대향되는 제2 가장자리를 포함하고; 상기 제1 가장자리는 상기 반응 챔버의 제1 측을 따라 연장되며, 상기 제2 가장자리는 상기 반응 챔버의 제2 측을 따라 연장되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 26 항에 있어서,
상기 스파저는 상기 반응 챔버의 제2 측과 상기 전극 플레이트의 제2 가장자리 사이에 배치되며, 상기 스파저는 상기 전극 플레이트의 제2 가장자리로부터 제1 가장자리로 연장된 기포 경로를 따라 기포를 방출하도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 19 항에 있어서,
제2 유체 흐름이 상기 반응 챔버에 대해 순환하도록 제2 순환 회로를 더 포함하고, 상기 제2 순환 회로는,
상기 반응 챔버의 액체 영역과 유체 연통되는 제1 포트;
상기 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통되는 제2 포트;
상기 제1 포트에서 상기 제2 포트 또는 상기 제2 포트에서 상기 제1 포트로의 제2 유체 흐름을 생성하도록 구성된 제2 펌프; 및
상기 제2 펌프의 하류에 배치되고 상기 반응 매질이 통과할 때 상기 반응 매질로부터 NO를 분리시키도록 구성된 액체-가스 분리장치;를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 28 항에 있어서,
상기 액체-가스 분리 장치는 NO가 침투될 수 있는 분리막을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 28 항에 있어서,
상기 분리막은 약 500cm2 내지 약 50000cm2의 표면적을 구비하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 28 항에 있어서,
상기 제2 순환 회로는 스위칭 밸브를 더 포함하고 작업 모드와 청결 모드에서 조작되도록 구성되며, 여기서,
상기 작업 모드에서, 상기 스위칭 밸브는 제1 위치에 있고, 상기 제2 유체 흐름은 반응 매질 흐름을 포함하며, 상기 제2 펌프는 상기 제2 유체 흐름을 상기 제1 포트로부터 상기 액체-가스 분리 장치를 통과하여 상기 제2 포트로 순환시키도록 구성되며; 또한
상기 청결 모드에서, 상기 스위칭 밸브는 제2 위치에 있고, 상기 제2 유체 흐름은 가스 흐름을 포함하며, 상기 제2 펌프는 상기 제2 유체 흐름을 상기 제2 포트로부터 상기 액체-가스 분리 장치를 통과하여 상기 제1 포트로 순환시키도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 반응 매질은 완충 용액, 아질산 이온원 및 촉매를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 32 항에 있어서,
상기 촉매는 금속-리간드 착물을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 32 항에 있어서,
상기 아질산 이온원은 1종 또는 여러 종의 아질산염을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 기설정된 전압은 약 1.4V 내지 약 5.0V인 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 기설정된 전류는 약 0mA 내지 약 600mA인 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 생성물 가스의 NO 농도를 검출하도록 구성된 NO 센서를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 압력 용기는
제1 영역과 제2 영역을 포함하는 내부 캐비티를 한정하고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역과 유체 연통되며, 상기 제1 영역의 하류에 배치되는 몸체;
상기 제1 영역과 유체 연통되는 가스 입구와 가스 출구;
상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 통과하는 굴곡된 유동 경로를 한정하는 여러 개의 격판; 및
상기 몸체에 배치되고 상기 제2 영역과 유체 연통되는 압력 방출 밸브;를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 38 항에 있어서,
상기 제1 영역은 제1 유동 경로를 한정하는 제1 세트의 여러 개의 챔버를 포함하며;
상기 제2 영역은 상기 제1 유동 경로와 유체 연통되는 제2 유동 경로를 한정하는 제2 세트의 여러 개의 챔버를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 38 항에 있어서,
상기 압력 용기는 상기 제1 영역 중의 가스 압력을 검출하도록 구성된 압력 센서를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 19 항에 있어서,
여과 시스템을 더 포함하고, 상기 여과 시스템은 상기 출구 회로의 하류에 배치되어 상기 출구 회로와 유체 연통되며, 상기 여과 시스템은 상기 생성물 가스 중의 1종 또는 여러 종의 불순물을 감소시키도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 41 항에 있어서,
상기 여과 시스템은 수분 필터 및 고체 물질 필터를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 42 항에 있어서,
상기 고체 물질 필터는 다공성 구조를 구비하는 고분자 재료를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 43 항에 있어서,
상기 고분자 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르설폰, 혼합된 셀룰로오스에스테르, 폴리아미드(나일론), 나일론 6 및 나일론 66을 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 여러 종의 재료를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 43 항에 있어서,
상기 다공성 구조는 약 0.01μm 내지 약 2.0μm의 평균 공극 크기를 구비하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 42 항에 있어서,
상기 수분 필터는 적어도 하나의 막 필터를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 21 항에 있어서,
상기 제1 순환 회로의 상기 제1 입구의 하류 및 상기 제1 펌프의 상류에 배치된 여과 장치를 더 포함하며, 상기 여과 장치는 상기 제1 유체 흐름 중의 1종 또는 여러 종의 액체 불순물 및/또는 고체 불순물을 감소시키거나 제거하도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 47 항에 있어서,
상기 여과 장치는 상기 1종 또는 여러 종의 액체 불순물 및/또는 고체 불순물이 중력에 기반하여 상기 제1 유체 흐름에서 침강되어 나올 수 있도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 38 항에 있어서,
상기 압력 용기의 하류에 배치되고 상기 압력 방출 밸브와 유체 연통되는 폐가스 처리 장치를 더 포함하며, 상기 폐가스 처리 장치는 상기 압력 방출 밸브를 통해 상기 압력 용기로부터 제공받은 가스 중의 1종 또는 여러 종의 질소산화물을 감소시키거나 제거하도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 49 항에 있어서,
상기 폐가스 처리 장치는 적어도 일부에 여과 재료가 충진되어 있는 굴곡된 유동 경로를 포함하며, 상기 여과 재료는 상기 1종 또는 여러 종의 질소산화물과 반응하도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 50 항에 있어서,
상기 여과 재료는 산화제로 제조된 기재를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 51 항에 있어서,
상기 기재는 분자체, 실리카겔, 산화알루미늄, 스펀지, 코튼, 폼 수지, 실리카 및 활성탄을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종의 재료를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 51 항에 있어서,
상기 산화제는 과망간산염, 과황산염, 크롬산염 및 중크롬산염을 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 여러 종의 염을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 압력 용기의 하류에 배치되고 상기 압력 용기와 유체 연통되는 가스 변환기를 더 포함하며, 상기 가스 변환기는 상기 생성물 가스 중의 1종 또는 여러 종의 이산화질소를 흡수하고, 및/또는 상기 생성물 가스 중의 1종 또는 여러 종의 이산화질소를 NO로 변환시키도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 54 항에 있어서,
상기 가스 변환기는
몸체;
입구;
출구; 및
상기 입구로부터 상기 출구로 연장되는 굴곡된 유동 경로; 를 포함하며, 상기 굴곡된 유동 경로는 적어도 일부분에 여과 재료가 충진되어 있는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 55 항에 있어서,
상기 여과 재료는 환원제로 제조된 기재를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 56 항에 있어서,
상기 기재는 분자체, 실리카겔, 산화알루미늄, 스펀지, 코튼, 폼 수지를 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종의 재료를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 56 항에 있어서,
상기 환원제는 비타민 C, 비타민 E 및 비타민 A를 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 55 항에 있어서,
상기 가스 변환기는 여러 개의 격판을 더 포함하며, 상기 격판은 상기 몸체의 내부 캐비티를 상기 굴곡된 유동 경로를 한정하는 여러 개의 챔버로 나누도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 입구 회로의 상류에 배치되고 상기 입구 회로와 유체 연통되는 캐리어 가스원을 더 포함하며, 상기 캐리어 가스원은 상기 캐리어 가스를 생성하거나 상기 입구 회로에 상기 캐리어 가스를 공급하도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 60 항에 있어서,
상기 캐리어 가스원은 압축 공기로부터 상기 캐리어 가스를 생성하도록 구성된 질소가스 생성 장치를 포함하며, 상기 질소가스 생성 장치는 질소가스 분리막을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 60 항에 있어서,
상기 캐리어 가스는 부피에 따라 계산하여 약 99.0%보다 높은 질소가스를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 60 항에 있어서,
상기 캐리어 가스원은 유동 제어 장치를 포함하며, 상기 유동 제어 장치는 상기 입구 회로로의 캐리어 가스의 유량을 제어하도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 19 항에 있어서,
호흡 장치와 연결되도록 구성된 통기 회로를 더 포함하고, 상기 통기회로는 상기 호흡 장치 및 상기 압력 용기의 하류에 배치되며 상기 호흡 장치 및 상기 압력 용기와 유체 연통되는 흡기 회로를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 64 항에 있어서,
상기 흡기 회로는,
상기 호흡 장치로부터 공기 흐름 또는 산소가스 흐름을 제공받도록 구성된 입구;
상기 입구의 하류에 배치되고, 상기 압력 용기로부터 생성물 가스를 제공받도록 구성된 포트;
상기 입구의 하류에 배치되고 상기 공기 흐름 또는 상기 산소가스 흐름의 유량을 측정하도록 구성된 유량 센서; 및
상기 압력 용기로부터 공급된 생성물 가스 및 상기 호흡 장치로부터 공급된 공기 또는 산소가스를 포함하는 가스 혼합물을 수송하도록 구성된 출구; 를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 65 항에 있어서,
상기 흡기 회로는 샘플링 포트를 더 포함하고, 상기 샘플링 포트는 상기 출구의 상류에 배치되며 상기 가스 혼합물의 샘플 가스 흐름을 배출하도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 66 항에 있어서,
가스 모니터링 장치를 더 포함하고, 상기 가스 모니터링 장치는 하나 또는 여러 개의 가스 센서를 포함하며, 상기 하나 또는 여러 개의 가스 센서는 상기 샘플 가스 흐름을 제공받고 상기 샘플 가스 흐름의 NO2, NO 및 O2 중의 1종 또는 여러 종의 농도를 측정하도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 제 67 항에 있어서,
상기 압력 용기로부터 상기 흡기 회로에 들어가는 생성물 가스의 유량을 제어하도록 구성된 유량 제어 장치;
상기 유량 센서, 상기 유량 제어 장치 및 상기 가스 모니터링 장치와 통신하는 제어 장치;를 포함하고, 여기서 상기 제어 장치는,
상기 가스 모니터링 장치 및/또는 상기 유량 센서로부터 하나 또는 여러 개의 센싱 신호 또는 판독결과를 제공받고;
상기 하나 또는 여러 개의 센싱 신호 또는 판독결과에 기반하여 명령을 생성하고; 및
상기 흡기 회로로 들어가는 생성물 가스의 유량을 조절하기 위해, 유동 제어 장치에 상기 명령을 발송하도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - NO를 생성하기 위한 장치를 포함하고, 상기 장치는,
반응 매질을 수용하도록 구성된 액체 영역 및 NO가 함유된 생성물 가스를 수용하도록 구성된 가스 영역을 구비하는 반응 챔버;
상기 반응 매질에 배치되고 음극을 포함하는 여러 개의 전극;
상기 여러 개의 전극에 전기적으로 연결되고 NO가 생성되도록 상기 음극에 기설정된 전압 또는 기설정된 전류를 인가하도록 구성된 에너지원;
상기 반응 매질 중에 배치된 스파저;
상기 스파저와 유체 연통되고 캐리어 가스를 상기 스파저로 수송하도록 구성된 입구 회로;
상기 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통되고, 상기 반응 챔버로부터 생성물 가스를 수송하도록 구성되는 출구 회로;
제1 유체 흐름이 상기 반응 챔버에 대해 순환하도록 구성되고,상기 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통되는 제1 입구;상기 스파저와 유체 연통되는 제1 출구; 및 상기 제1 입구로부터 상기 제1 출구로의 제1 유체 흐름을 생성하도록 구성된 제1 펌프;를 포함하는 제1 순환 회로; 및
제2 유체 흐름이 상기 반응 챔버에 대해 순환하도록 구성되고, 상기 반응 챔버의 액체 영역과 유체 연통되는 제1 포트; 상기 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통되는 제2 포트; 상기 제1 포트에서 상기 제2 포트 또는 상기 제2 포트에서 상기 제1 포트로의 제2 유체 흐름을 생성하도록 구성된 제2 펌프; 및 상기 제2 펌프의 하류에 배치되고 상기 반응 매질이 통과할 때 상기 반응 매질로부터 NO를 분리시키도록 구성된 액체-가스 분리장치;를 포함하는 제2 순환 회로;
상기 출구 회로의 하류에 배치되고 출구 회로와 유체 연통되며, 상기 생성물 가스 중의 1종 또는 여러 종의 불순물을 감소시키도록 구성되는 여과 시스템;
상기 여과 시스템의 하류에 배치되고 상기 여과 시스템과 유체 연통되며, 상기 출구 회로로부터 생성물 가스를 제공받고, 기설정된 압력 또는 기설정된 압력보다 낮은 조건에서, 제공받은 생성물 가스를 저장하며, 제공받은 생성물 가스를 방출하도록 구성되는 압력 용기; 및
상기 압력 용기의 하류에 배치되고 상기 압력 용기와 유체 연통되며, 상기 생성물 가스 중의 NO를 환자에게 수송하도록 구성된 통기 회로; 를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 시스템. - 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
NO가 생성되도록 에너지원을 통해 기설정된 전압 또는 기설정된 전류를 여러 개의 전극 중의 하나 또는 여러 개의 전극에 인가하고, 상기 여러 개의 전극은 반응 챔버에 수용된 반응 매질에 배치되고, 상기 여러 개의 전극은 음극을 포함하며, 상기 반응 챔버는 가스 영역과 액체 영역을 포함하고, 상기 액체 영역은 상기 반응 매질에 수용되도록 구성되며, 상기 가스 영역은 NO가 함유된 생성물 가스를 수용하도록 구성되는 단계;
상기 반응 매질 중에 배치된 스파저와 유체 연통되는 입구 회로를 통해 캐리어 가스를 제공받는 단계;
상기 여러 전극 중의 하나 또는 여러 개의 전극의 표면을 스윕하기 위해, 상기 스파저를 통해 상기 반응 매질에서 상기 캐리어 가스의 기포를 방출하는 단계;
상기 제1 순환 회로에서 생성물 가스 흐름을 포함하는 제1 유체 흐름을 상기 반응 챔버에 대해 순환시키는 단계; 및
상기 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통되는 출구 회로를 통해 상기 반응 챔버로부터 상기 생성물 가스를 수송하는 단계;를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 70 항에 있어서,
상기 제1 유체 흐름을 상기 반응 챔버에 대해 순환시키는 단계는, 제1 펌프를 통해 상기 제1 순환 회로의 제1 입구로부터 상기 제1 순환 회로의 제1 출구로의 제1 유체 흐름을 생성시키는 것을 포함하고, 상기 제1 입구는 상기 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통되며, 상기 제1 출구는 상기 스파저와 유체 연통되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 71 항에 있어서,
상기 제1 유체 흐름이 약 0.5L/min 내지 약 5.0L/min의 유량으로 순환하는 단계를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 71 항에 있어서,
상기 스파저의 상류에서 상기 제1 유체 흐름을 상기 캐리어 가스와 결합시키는 단계를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 70 항에 있어서,
상기 스파저는 다공성 구조를 포함하며, 상기 다공성 구조는 약 0.1μm 내지 약 1mm의 평균 크기를 구비하는 여러 개의 공극을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 70 항에 있어서,
상기 반응 챔버는 제1 측 및 상기 제1 측과 대향되는 제2 측을 포함하며, 상기 음극은 상기 반응 챔버의 제2 측과 대략 수직되게 위치 결정된 전극 플레이트를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 75 항에 있어서,
상기 전극 플레이트는 표면, 제1 가장자리 및 상기 제1 가장자리와 대향되는 제2 가장자리를 포함하고; 상기 제1 가장자리는 상기 반응 챔버의 제1 측을 따라 연장되며, 상기 제2 가장자리는 상기 반응 챔버의 제2 측을 따라 연장되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 76 항에 있어서,
상기 스파저는 상기 반응 챔버의 제2 측과 상기 전극 플레이트의 제2 가장자리 사이에 배치되며, 상기 방법은 상기 스파저를 통해 상기 전극 플레이트의 제2 가장자리로부터 제1 가장자리로 연장된 기포 경로를 따라 상기 기포를 방출하는 단계를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 70 항에 있어서,
상기 기설정된 전압 또는 상기 기설정된 전류를 인가하는 것을 종료시키는 단계; 및
제2 순환 회로에서 상기 반응 챔버에 대한 제2 유체 흐름을 생성하는 단계;를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 78 항에 있어서,
상기 제2 순환 회로는 스위칭 밸브를 더 포함하고 작업 모드와 청결 모드에서 조작되도록 구성되며, 상기 방법은,
상기 스위칭 밸브를 제1 위치에 배치하는 단계; 및
상기 작업 모드에서 상기 제2 순환 회로를 조작하는 단계;를 더 포함하고, 상기 작업 모드에서 상기 제2 순환 회로를 조작하는 단계는,
상기 제2 펌프를 통해 상기 제2 유체 흐름을 상기 제1 포트로부터 상기 액체-가스 분리 장치를 통과하여 상기 제2 포트로 순환시키며, 상기 제1 포트는 상기 반응 챔버의 액체 영역과 유체 연통되고, 상기 제2 포트는 상기 반응 챔버의 가스 영역과 유체 연통되며, 상기 제2 유체 흐름은 반응 매질 흐름을 포함하고; 및
상기 반응 매질이 상기 액체-가스 분리 장치를 통과할 때 상기 액체-가스 분리 장치를 통해 상기 반응 매질로부터 NO를 분리시키는 것; 을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 79 항에 있어서,
상기 액체-가스 분리 장치는 NO가 침투될 수 있는 분리막을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 80 항에 있어서,
상기 액체-가스 분리 장치는 약 500cm2 내지 50000cm2의 표면적을 구비하는 막 필터를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 79 항에 있어서,
상기 제2 유체 흐름이 약 0.25L/min 내지 약 10.0L/min의 유량으로 순환하는 단계를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 79 항에 있어서,
상기 작업 모드에서 약 20분 미만의 시간 동안 상기 제2 순환 회로를 조작하는 단계를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 79 항에 있어서,
상기 스위칭 밸브를 제2 위치에 배치하는 단계; 및
상기 청결 모드에서 상기 제2 순환 회로를 조작하는 단계;를 더 포함하고, 상기 청결 모드에서 상기 제2 순환 회로를 조작하는 단계는,
상기 제2 펌프를 통해 상기 제2 유체 흐름을 상기 제2 포트로부터 상기 액체-가스 분리 장치를 통과시켜 상기 제1 포트로 순환시키는 것을 포함하며, 상기 제2 유체 흐름은 가스 흐름을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 84 항에 있어서,
상기 제2 유체 흐름이 0.25L/min 내지 5.0L/min의 유량으로 상기 액체-가스 분리 장치를 통과하여 순환하는 단계를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 84 항에 있어서,
상기 청결 모드에서 상기 제2 순환 회로를 약 0.5분 내지 약 5분의 시간 동안 조작하는 단계를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 70 항에 있어서,
상기 반응 매질은 완충 용액, 아질산 이온원 및 촉매를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 87 항에 있어서,
상기 촉매는 금속-리간드 착물을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 87 항에 있어서,
상기 아질산 이온원은 1종 또는 여러 종의 아질산염을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 70 항에 있어서,
상기 기설정된 전압은 약 1.4V 내지 약 5.0V인 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 70 항에 있어서,
상기 기설정된 전류는 약 0mA 내지 약 600mA인 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 70 항에 있어서,
NO 센서를 통해 상기 생성물 가스의 NO 농도를 측정하는 단계를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 70 항에 있어서,
상기 기설정된 전압 또는 상기 기설정된 전류를 인가하기 전, 자극 주기 내에 상기 여러 개의 전극 중의 적어도 하나의 전극에 자극 전압 또는 자극 전류를 인가하는 단계를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 93 항에 있어서,
상기 자극 주기는 약 0.5분 내지 약 5분인 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 93 항에 있어서,
상기 자극 전압은 상기 기설정된 전압의 약 2배 내지 약 8배인 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 93 항에 있어서,
상기 자극 전류는 상기 기설정된 전류의 약 2배 내지 약 8배인 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 70 항에 있어서,
램프 주기 내에서 안정 상태 NO 농도를 구비하는 생성물 가스를 상기 출구 회로에 수송하여 통과시키는 단계를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 97 항에 있어서,
상기 램프 주기는 약 2분 내지 약 10분인 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 70 항에 있어서,
약 50mL/min 내지 약 12L/min의 유량으로 상기 캐리어 가스를 제공받는 단계를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 70 항에 있어서,
상기 생성물 가스를 상기 출구 회로와 유체 연통되는 압력 용기로 수송하는 단계를 더 포함하고, 여기서, 상기 압력 용기는
제1 영역과 제2 영역을 포함하는 내부 캐비티를 한정하고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역과 유체 연통되며, 상기 제1 영역의 하류에 배치되는 몸체;
상기 제1 영역과 유체 연통되는 가스 입구와 가스 출구;
상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 통과하는 굴곡된 유동 경로를 한정하는 여러 개의 격판; 및
상기 몸체에 배치되고 상기 제2 영역과 유체 연통되는 압력 방출 밸브;를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 100 항에 있어서,
압력 유지 주기 이후, 상기 가스 출구를 통해 상기 압력 용기로부터 상기 생성물 가스를 수송하는 단계를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 101 항에 있어서,
압력 센서를 통해 상기 제1 영역 중의 가스 압력을 검출하는 단계를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 70 항에 있어서,
상기 생성물 가스를 상기 출구 회로로부터, 상기 출구 회로의 하류에 배치되고 상기 출구 회로와 유체 연통되는 여과 시스템으로 수송하는 단계; 및
상기 여과 시스템을 통해 상기 생성물 가스 중의 1종 또는 여러 종의 불순물을 감소시키는 단계; 를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 103 항에 있어서,
상기 여과 시스템은 수분 필터 및 고체 물질 필터를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 104 항에 있어서,
상기 고체 물질 필터는 다공성 구조를 구비하는 고분자 재료를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 105 항에 있어서,
상기 고분자 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에테르설폰, 혼합된 셀룰로오스에스테르, 폴리아미드(나일론), 나일론 6 및 나일론 66을 포함하는 군에서 선택되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 105 항에 있어서,
상기 다공성 구조는 0.1μm 내지 2.0μm의 평균 공극 크기를 구비하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 104 항에 있어서,
상기 수분 필터는 적어도 하나의 막 필터를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 70 항에 있어서,
상기 여과 장치를 통해 중력을 기반으로 상기 제1 유체 흐름 중의 1종 또는 여러 종의 액체 불순물 및/또는 고체 불순물을 감소시키거나 제거하는 단계를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 100 항에 있어서,
상기 압력 방출 밸브를 통해 상기 압력 용기로부터 방출된 가스를 폐가스 처리 장치로 수송하는 단계; 및
상기 폐가스 처리 장치를 통해 상기 가스 중의 1종 또는 여러 종의 질소산화물을 환원시키는 단계;를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 110 항에 있어서,
상기 생성물 가스를 상기 폐가스 처리 장치의 굴곡된 유동 경로에 수송하여 통과시키는 단계를 더 포함하며, 상기 굴곡된 유동 경로의 적어도 일부분에는 상기 1종 또는 여러 종의 질소산화물과 반응하도록 구성된 여과 재료가 충진되어 있는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 111 항에 있어서,
상기 여과 재료는 산화제로 제조된 기재를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 112 항에 있어서,
상기 기재는 분자체, 실리카겔, 산화알루미늄, 스펀지, 코튼, 폼 수지, 실리카 및 활성탄을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종의 재료를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 112 항에 있어서,
상기 산화제는 과망간산염, 과황산염, 크롬산염 및 중크롬산염을 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 여러 종의 염을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 100 항에 있어서,
상기 생성물 가스를 상기 압력 용기로부터 가스 변환기로 수송하고 상기 가스 변환기를 통과시키는 단계, 여기서 상기 가스 변환기는 입구로부터 출구로 연장된 굴곡된 유동 경로를 포함하며, 상기 굴곡된 유동 경로는 적어도 일부분에 여과 재료가 충진되어 있도록 구성되고; 및
상기 생성물 가스 중의 1종 또는 여러 종의 이산화질소를 흡수 및/또는 상기 생성물 가스 중의 1종 또는 여러 종의 이산화질소를 NO로 변환시키는 단계;를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 115 항에 있어서,
상기 여과 재료는 산화제로 처리하여 제조된 기재를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 116 항에 있어서,
상기 기재는 분자체, 실리카겔, 산화알루미늄, 스펀지, 코튼, 폼 수지를 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종의 재료를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 116 항에 있어서,
상기 환원제는 비타민 C, 비타민 E 및 비타민 A의 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 70 항에 있어서,
질소가스 생성 장치를 통해 압축 공기로부터 상기 캐리어 가스를 생성시키는 단계를 더 포함하며, 상기 질소가스 생성 장치는 질소가스 분리막을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 119 항에 있어서,
상기 캐리어 가스는 부피를 기준으로 약 99.0%보다 높은 질소가스를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 119 항에 있어서,
상기 질소가스 분리막은 약 0.005μm 내지 약 0.02μm의 평균 공극 크기를 구비하는 여러 개의 공극을 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 121 항에 있어서,
상기 질소가스 분리막은 폴리(4-메틸-1-펜텐), 브롬화 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리이미드 및 폴리디메틸실록산을 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 여러 종의 재료를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 119 항에 있어서,
유동 제어 장치를 통해 상기 입구 회로를 향해 흐르는 캐리어 가스의 유량을 제어하는 단계를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 100 항에 있어서,
통기 회로를 통해 상기 생성물 가스를 수송하는 단계를 더 포함하고, 상기 통기 회로는 상기 압력 용기의 하류에 배치되어 상기 압력 용기와 유체 연통되며, 상기 통기 회로는 호흡 장치와 연결되도록 구성되는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 124 항에 있어서,
상기 통기 회로의 흡기 회로의 입구를 통해 상기 호흡 장치로부터 공기 흐름 또는 산소가스 흐름을 제공받는 단계;
상기 흡기 회로의 입구의 하류에 배치된 포트를 통해 상기 압력 용기로부터 생성물 가스를 제공받는 단계; 및
상기 흡기 회로의 출구를 통해, 상기 압력 용기로부터 공급된 생성물 가스 및 상기 호흡 장치로부터 공급된 공기 또는 산소가스를 포함하는 가스 혼합물을 수송하는 단계;를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 125 항에 있어서,
가스 모니터링 장치를 통해 상기 흡기 회로의 샘플링 포트로부터 상기 가스 혼합물의 샘플 가스 흐름을 제공받는 단계를 더 포함하며, 상기 가스 모니터링 장치는 하나 또는 여러 개의 가스 센서를 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 126 항에 있어서,
상기 가스 모니터링 장치를 통해 상기 샘플 가스 흐름의 NO2, NO 및 O2 중의 1종 또는 여러 종의 농도를 측정하는 단계를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 126 항에 있어서,
제어 장치를 통해 상기 가스 모니터링 장치로부터 하나 또는 여러 개의 센싱 신호 또는 판독결과를 제공받는 단계;
제어 장치를 통해 상기 하나 또는 여러 개의 센싱 신호 또는 판독결과에 기반하여 명령을 생성하는 단계; 및
상기 제어 장치를 통해, 상기 압력 용기의 하류에 배치되는 유동 제어 장치에 명령을 발송하여 상기 흡기 회로에 들어가는 생성물 가스의 유량을 조절하는 단계;를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법. - 제 126 항에 있어서,
제어 장치를 통해, 상기 입구의 하류에 배치되고 상기 공기 흐름 또는 상기 산소가스 흐름의 유량을 측정하도록 구성된 유량 센서로부터 하나 또는 여러 개의 센싱 신호 또는 판독결과를 제공받는 단계;
상기 제어 장치를 통해 상기 하나 또는 여러 개의 센싱 신호 또는 판독결과에 기반하여 명령을 생성하는 단계; 및
상기 제어 장치를 통해 상기 압력 용기의 하류에 배치되는 유동 제어 장치에 명령을 발송하여 상기 흡기 회로에 들어가는 생성물 가스의 유량을 조절하는 단계;를 더 포함하는 일산화질소(NO)를 생성하기 위한 방법.
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