JP2024516485A - 強制吸入システムをエミュレートするための装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、推進源の強制吸入システムの動的エミュレーション用装置に関する。この装置は、入口管（２）、出口管（４）、タービンセット（１２）、１つ以上の電動圧縮機（１４）、冷却手段（２０）、加熱手段（２４）、および温熱調整手段を備える。本発明は、以下の動作：１つ以上の電動圧縮機（１４）の回転速度を制御することによって給気圧力を調整すること；安全手段を用いて、１つ以上の電動圧縮機（１４）の運転状態を制御すること；温熱調整手段を用いて給気温度を調整すること；タービンセット（１２）のタービンの幾何学形状を変更することによって、推進源（１０）の出口ガスの背圧を調整すること；のうちの１つ以上を備える方法にも関する。

Description

本発明は、概して強制吸入システム（「過給システム」）の分野、より具体的には、例えばレシプロ内燃機関、燃料電池などの推進源（ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅｓ）の強制吸入システムのエミュレーション、前述の強制吸入システムおよび／または推進源を設計する段階で実行されるエミュレーションに関する。

発明の背景

多気筒エンジンの製造では、まず単気筒のエンジン（単気筒エンジン）を設計し、それを基にして多気筒エンジンを開発するのが一般的である。

コストを削減するために、最近では単一のベースシリンダを設計し、そのベースシリンダを必要なだけ複製してさまざまな多気筒エンジンを得る、つまり、ベースシリンダに似た同じタイプのシリンダを備えた３気筒、４気筒、６気筒、１２気筒エンジンを製造する傾向が広まっている。

この状況は、例えばマルチセル燃料電池の場合など、他のタイプの推進源の製造でも生じる。最初にベースセルが設計され、次に複数のセルがベースセルとして実装されて、マルチセル燃料電池を得る。

推進源（エンジンや燃料電池など）は通常、出力を高めるために強制吸入システムに接続される。したがって、強制吸入システムも一般的な設計の焦点である。

強制吸入推進源の設計では、推進源が耐用期間中に遭遇する可能性のある静的および動的の両方の複数の運転状態を考慮する必要がある。このように、推進源の開発中に、そのレスポンスを分析するためにさまざまな運転状態をシミュレートするのが一般的である。期待に十分応える推進源を実現できるかどうかはその開発にかかっており、これは繊細な職務である。

エンジン性能の改善に関する装置および方法は従来技術において公知である。

例えば、定常状態のエンジンのポンピングロスを測定するためのさまざまなタイプの装置および方法が公知である。前述の公知の装置および方法のいくつかは、ＵＳ２０１５２１１９６１Ａ１（内燃機関のポンプ損失算出装置）、ＥＰ１３４７１６３Ａ１（内燃機関のポンピングロスを推定する方法）、およびＵＳ２００９０１８７４８Ａ１（ポンピングトルク推定モデルのシステムおよび方法）に開示されている。これらの装置および方法は、定常状態（つまり、静的および非動的状態）に限ってポンピングロスを測定することを目的としている。

例えば、ＷＯ２０１９１１８８３４Ａ１（熱管理のためのカム位相制御）に開示されているように、エンジン運転を最適化するための装置および方法も公知であり、この文書は、カムシンクロナイザーの手段によってバルブ開度を制御することによりエンジンの熱管理を最適化する（熱損失を低減する）方法を提示している。

例えば、ＥＰ２０２３１１７Ａ１（単気筒エンジンを過給する方法）およびＦＲ２８９１０５０Ａ１（ディーゼル型単気筒テストベンチ用の空気過給プラント）に開示されているように、エンジンの強制吸入用の他の装置および方法も公知である。

ＥＳ２４８５６１８Ａ１（内燃機関をテストするための雰囲気調整装置）およびＥＳ２３９８０９５Ａ１（レシプロ内燃機関によって吸入される空気の圧力および温度状態をシミュレートするための設備）に開示されているように、テスト中にエンジンに空気を供給するために空気を調整できる装置または設備も公知であり、その調整により、シミュレートされた海抜高度に応じて特定の空気状態がシミュレートされる。

しかしながら、前述の文書のいずれも、強制吸入システムを設計または選択する前に、強制吸入推進源の動的状態（すなわち、過渡状態）をエミュレートすることができない。特に、例えば文書ＥＳ２４８５６１８Ａ１およびＥＳ２３９８０９５Ａ１の装置は、主にエンジンの排気背圧に対してエンジンの吸気圧力を独立して制御できないので、適切な動的レスポンスを与えることができない。言い換えれば、エンジンの排気背圧とは無関係に強制吸入をエミュレートすることができない。実際、これらの装置は吸気圧力と排気背圧とが同じになるように設計されている。高度に基づいて大気状態をシミュレートすることができるようにするには、テスト中にエンジンの吸気領域と排気領域とが同じ圧力に保たれることが必須の要件である。そのために、これらの装置はエンジンの吸気領域と排気領域との間に連通ダクトを備えており、これにより両方の圧力（吸気圧力および排気背圧）が等しくなる。

強制吸入推進源が耐用期間中に遭遇する状況のかなりの部分には、動的な運転状態が関係する。したがって、当技術分野では、前述の（強制吸入システムに結合された）推進源（例えばレシプロ内燃機関または燃料電池）および／または推進源と関連付けられた強制吸入システムを設計および開発できるようにするために、強制吸入システムに結合された推進源のレスポンスの（過渡状態での）動的エミュレーションを実行できる装置が依然として必要とされている。より具体的には、強制吸入またはターボ吸入推進源の強制吸入システムの加速および減速の動的エミュレーションを実行できる装置を有することが望ましいだろう。

前述の技術的問題を解決するために、本発明は、強制吸入システムの動的エミュレーション用装置に関する。具体的には、本発明は、例えばターボ／強制吸入レシプロ内燃機関（ＲＩＣＥ）の燃焼用空気またはターボ／強制吸入燃料電池のカソードを通って循環する空気などの強制吸入推進源内の給気が受ける圧力および温度の変動を動的にエミュレートすることを可能にする装置に関する。

より具体的には、本発明の第１の態様は、推進源の強制吸入システムの動的エミュレーション用装置に関する。その装置は：
- 環境から吸引された空気を推進源の給気として使用するために、一端が推進源の吸気口へ接続され、吸引端と呼ばれる他端で環境から空気を吸引するように構成された入口管と；
- 一端が推進源の排気口へ接続され、排出端と呼ばれる他端で推進源の出口ガスを環境へ排出するように構成された出口管と；
- 出口管内に可変幾何学形状を有するタービンと、タービンへ結合された入口管内の圧縮機とを備えるタービンセットであって、タービンセットは、タービンが出口ガスの背圧勾配に適合し、圧縮機によって給気を圧縮するために前述のガス内で利用可能なエネルギーの一部を回収するように構成されたタービンセットと；
- タービンセットの圧縮機と直列に配置され、給気を圧縮し、制御された方法で給気の圧力勾配を再現するように構成された入口管内の１つ以上の電動圧縮機と；
- １つ以上の電動圧縮機と直列に配置され、給気を冷却するように構成された冷却手段と；
- 給気を加熱するように構成された加熱手段と；
- 冷却手段から来る少なくとも１つの低温給気流と加熱手段から来る高温給気流との混合流を調整し、これにより、その圧力に関して独立して給気温度を調整し、その結果、給気の温度勾配が正確に制御され、冷却手段および加熱手段の熱慣性を克服するように構成された、給気のための温熱調整手段と；を備える。

本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様による、エミュレーション用装置を使用した、推進源の強制吸入システムの動的エミュレーション方法に関する。エミュレーション方法は、推進源への給気として使用するために環境から空気を吸引するステップと；給気を推進源に供給するステップと；推進源の出口ガスを環境へ排出するステップと；を備え、特に、以下の１つ以上の動作：
- １つ以上の電動圧縮機の回転速度（ｒｏｔａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｍｅ）を制御することによって給気圧力を調整すること；
- 安全手段を用いて１つ以上の電動圧縮機の運転状態が常に適切であるように制御すること；
- 温熱調整手段を用いて給気温度を調整すること；
- タービンセットのタービンの幾何学形状を変更することによって推進源の出口ガスの背圧を調整すること；が実行される。

本発明による強制吸入システムの動的エミュレーション用の装置および方法は、単気筒研究用ＲＩＣＥ、任意のタイプの自然吸気式または大気式ＲＩＣＥ、任意のタイプの燃料電池などの推進源に適用することができる。これらすべての場合において、この動的エミュレーション用の装置および方法を用いて、動的条件下で推進源とさまざまなターボ／強制吸入システムとの結合を実験的に迅速かつ効率的に評価できるようにすることは、非常に興味深いことである。

強制吸入システムの動的エミュレーション用の装置および方法によって得られるいくつかの側面および最も重要な利点は以下のとおりである：
- 推進源の給気（例えば、エンジン内の燃焼用空気、または燃料電池のカソードを循環する空気）の圧力および温度の動的な変化を制御し、ターボ／強制吸入システムの加速の過渡状態をエミュレートすることができる。

- ターボ／強制吸入システムによって制御される負荷の過渡状態中に推進源（例えば、単気筒または多気筒のＲＩＣＥ、任意のタイプの自然吸気ＲＩＣＥ、任意のタイプの燃料電池など）の性能（および、この場合には排出ガス）に対する前項で説明した変動の影響をシミュレートすることができる。

- 推進源（例えば、ＲＩＣＥまたは燃料電池）に適用可能な任意のターボ／強制吸入技術を実験的にエミュレートし、研究対象の推進源に応じて最適な技術を選択することができる。

- 特定の推進源（例えば、ＲＩＣＥまたは燃料電池）のターボ／強制吸入システムのサイズ設定を、アセンブリの動的挙動を考慮して、実験的に行うことができる。

- 任意の産業用途、特にこれらの装置が高度な過渡条件下で作動する輸送に関連する用途において、強制吸入動力装置（例えば、ＲＩＣＥまたは燃料電池ベースの強制吸入動力装置）の設計段階を加速することができる。

本明細書および特許請求の範囲全体を通して、用語「備える」およびその変形は、他の技術的特徴、追加物、構成要素、またはステップを排除することを意図するものではない。さらに、「備える」には、「からなる」という場合も含まれる。当業者であれば、本発明の他の目的、利点、および特徴は、部分的には説明から、また部分的には本発明の実施から推測されるであろう。以下の実施例は例示の目的で提供されるものであり、本発明を限定することを意図するものではない。さらに、本発明は、本明細書に示される特定の実施形態の可能な組み合わせをすべて網羅する。

本発明は、以下の図面を参照するとよりよく理解されるであろう。図面では、以下の内容が例示的かつ非限定的な方法で示されている。
図１は、本発明の好ましい実施形態による、動的エミュレーション用システムの概略図である。 図２は、２つの冷却手段を備えた、本発明の別の好ましい実施形態による、動的エミュレーション用システムの概略図である。 図３は、本発明の別の好ましい実施形態による、動的エミュレーション用システムの概略図であり、２つの冷却手段と、タービンセットの圧縮機および２つの電動圧縮機にそれぞれ関連付けられた３つのパージ弁とを備えている。

第１の態様によれば、本発明は、例えば、レシプロ内燃機関の強制吸入システム、燃料電池の強制吸入システムなど、推進源の強制吸入システムの動的エミュレーション用装置に関する。

本装置は、ターボ／強制吸入推進源の流量範囲の圧力および温度勾配範囲をエミュレートすることを意図している。

本発明の文脈内では、「動的」エミュレーションは、圧力および温度の広い勾配範囲を独立かつ正確な方法で再現する能力を意味すると理解され、これは現在の技術水準に対して大きな違いをもたらす。これらの勾配は、電動アシストタービンセットを含む、あらゆるターボ／強制吸入技術を備えた推進源で到達することができる勾配に対応する。

本発明の好ましい実施形態による、動的エミュレーション用装置は、以下で説明するように、入口管（２）、出口管（４）、タービンセット（１２）、および好ましくは電動圧縮機タイプの１つ以上の圧縮機（１４）を備える：
- 入口管（２）は、一端が推進源（１０）の吸気口へ接続され、吸引端と呼ばれる他端で環境から空気を吸引するように構成される。環境から吸引された空気は、推進源（１０）への給気として使用される。

本明細書で使用される場合、用語「入口管」は、単一の管だけでなく、環境と推進源（１０）との間の給気の通過を目的としたあらゆるダクトのアセンブリを含む、広範で非限定的な意味で理解されなければならない。

- 出口管（４）は、一端が推進源（１０）の排気口へ接続され、排出端と呼ばれる他端で推進源（１０）の出口ガスを環境へ排出するように構成される。

本明細書で使用される場合、用語「出口管」は、単一の管だけでなく、推進源（１０）と環境との間の出口ガスの通過を目的としたあらゆるダクトのアセンブリを含む、広範で非限定的な意味で理解されなければならない。

好ましい実施形態によれば、エミュレーション用装置の管はＤＮ５０管である。

- タービンセット（１２）は、可変幾何学形状を有するタービンと、タービンへ結合された圧縮機とを備える。タービンは出口管（４）内に配置され、圧縮機は入口管（２）内に配置される。このようにして、タービンセット（１２）は、タービンが出口ガスの背圧勾配に適合し、圧縮機によって給気を圧縮するために前述の出口ガス内で利用可能なエネルギーの一部を回収するように構成される。

好ましい実施形態によれば、タービンセット（１２）は１０ｋＷの出力を有する。

好ましくは、タービンセット（１２）のタービンは求心ラジアルタービンである。

特定の実施形態によれば、エミュレーション用装置は、例えばツインターボの作動をエミュレートする目的でいくつかのタービンセットを備える。

- 本発明の文脈内では、電動圧縮機は、電動エンジンによって機械的に動かされる圧縮機を意味すると理解される。１つ以上の電動圧縮機（１４）が入口管（２）内に配置され、タービンセット（１２）の圧縮機と直列に配置される。１つ以上の電動圧縮機（１４）は、給気を圧縮し、制御された方法で給気の圧力勾配を再現するように構成される。

強制吸入の需要がそれほど高くない場合には、単一の電動圧縮機（１４）の存在で十分な場合がある。好ましくは、エミュレーション用装置は、強制吸入のニーズがより大きな状況を網羅することができるいくつかの電動圧縮機（１４）を備える。図１、図２、および図３に示す実施形態によれば、エミュレーション用装置は、互いに対しておよびタービンセット（１２）の圧縮機に対して直列に配置された、いくつかの電動圧縮機（１４）を備える。この場合、電動圧縮機（１４）が互いに直列に配置されているという事実は、エミュレーション用装置が高レベルの給気圧力を達成し、制御された方法で給気の高圧勾配を再現する能力に有利となる。

好ましい実施形態によれば、１つ以上の電動圧縮機（１４）はラジアル遠心圧縮機である。好ましくは、１つ以上の電動圧縮機（１４）は、総出力が２０ｋＷであり、より好ましくは、低圧用に１１ｋＷ、高圧用に９ｋＷである。

本発明は、以下に説明するように、動的エミュレーションの実行を可能にするニーズを考慮して開発された。本発明の装置は、推進源（１０）の吸気圧力と排気背圧とを独立して制御することを可能にする。より具体的には、推進源（１０）の吸気領域と排気領域とは互いに連通しておらず、その結果、排気背圧に対する吸気圧力の独立性が保証される。この状況は図１、図２、および図３に見られる。前述の独立性の結果として、本装置は推進源の強制吸入システムの動的エミュレーションを実行することができる。

好ましい実施形態によれば、動的エミュレーション用装置は冷却手段（２０）も備える。好ましくは、冷却手段（２０）は電動圧縮機（１４）と直列に配置される。冷却手段（２０）は、好ましくは圧縮中に加熱された後、給気を冷却するように構成される。このようにして、冷却手段（２０）の結果として、「給気温度」パラメータは、「給気圧力」パラメータに対して独立となる。

図１に示す好ましい実施形態によれば、冷却手段（２０）は２つの電動圧縮機（１４）の下流に配置される。別の実施形態によれば、冷却手段（２０）は、２つの電動圧縮機（１４）の間に配置することができる。

好ましくは、冷却手段（２０）は熱交換型冷却器である。冷却手段（２０）は、冷却源として、適切な液体冷却剤（冷却塔からの水、室温の水道水など）や逆ランキンサイクルベースの冷却器などを使用することができる。異なるタイプの冷却を組み合わせて冷却源として使用することもできる。例えば、図１に示す実施形態によれば、冷却源は、冷却塔からの水による冷却と逆ランキンサイクルによる冷却との組み合わせである。

好ましい実施形態によれば、冷却手段（２０）は１５ｋＷの出力を有する。

好ましい実施形態によれば、動的エミュレーション用装置は加熱手段（２４）も備える。加熱手段（２４）は、給気を加熱するように構成される。このようにして、加熱手段（２４）の結果として、「給気温度」パラメータは、「給気圧力」パラメータに対して独立となる。図１、図２、および図３に示すように、加熱手段（２４）は再生器であることが好ましい。再生器は、出口管（４）を通って循環する、推進源（１０）の出口ガスから熱を回収し、その熱を入口管（２）を通って循環する給気を加熱するために使用するように構成される。

好ましい実施形態によれば、加熱手段（２４）は４０ｋＷの出力を有する。

給気も圧縮されるときに加熱されることを考慮すると、特定の実施形態によれば、加熱手段（２４）は、タービンセット（１２）の実際の圧縮機と、１つ以上の電動圧縮機（１４）自体とから構成されると考えることができるので、給気を加熱するための追加の装置が不要になる。この場合、「給気温度」パラメータを「給気圧力」パラメータに対して独立させるために、前述の冷却手段（２０）などの、その目的に特化した手段を実装することができる。

好ましい実施形態によれば、動的エミュレーション用装置は、温熱調整手段も備える。温熱調整手段は、冷却手段（２０）から来る少なくとも１つの低温給気流と加熱手段（２４）から来る高温給気流との混合流を調整するように構成されており、これにより、圧力に関して独立した方法で給気温度を適切に調整することができる。温熱調整手段の結果として、冷却手段（２０）および加熱手段（２４）の熱慣性を克服して、給気の温度勾配を正確に制御することができる。

好ましい実施形態によれば、動的エミュレーション用装置は、入口管（２）、出口管（４）、タービンセット（１２）、１つ以上の電動圧縮機（１４）、冷却手段（２０）、加熱手段（２４）、および温熱調整手段を備える。

温熱調整手段の異なる特徴を、好ましい実施形態に従って以下に説明する：
- 温熱調整手段は、並列分岐回路に組み込まれる。好ましくは、分岐回路は、１つ以上の電動圧縮機（１４）の下流に配置される。すなわち、電動圧縮機（１４）が１つの場合には電動圧縮機（１４）の下流側に、電動圧縮機（１４）が複数の場合には最後に配置された電動圧縮機（１４）（図１、図２および図３の実施形態によれば、さらに下流に位置する第２の電動圧縮機（１４））の下流側に配置される。

- 温熱調整手段は、１つ以上の支流にそれぞれ配置され、その対応する支流を通る給気流の流量を調整する１つ以上の混合弁（２６）を備える。

図１に示す実施形態によれば：
分岐回路は、入口管（２）の分岐点を通って始まり、推進源（１０）の上流の収束点で再び収束する２つの支流を有する。好ましくは、加熱手段（２４）は１つの支流に配置され、冷却手段（２０）は別の支流に配置され、それらが並列に配置される。温熱調整手段は、それぞれの支流に配置された２つの混合弁（２６）（１つの支流にある混合弁と、別の支流にある別の混合弁）を有し、対応する支流を通る空気の流れを通して、高温給気流の流量および低温給気流の流量を調整する。両方の流れが収束点にて一定圧力で混合され、したがって給気の温度勾配がそれによって制御される。

図２に示す実施形態によれば：
分岐回路は３つの支流を有する。好ましくは、加熱手段（２４）は１つの支流に配置され、冷却手段（２０）は別の支流に配置され、残りの支流は加熱手段または冷却手段を介さずに流れ、この残りの支流を循環する給気流は温度変化を受けないようにする（中立給気流と呼ばれる）。温熱調整手段は、それぞれの支流に配置された３つの混合弁（２６）（３つの支流のそれぞれに１つの混合弁）を有し、これらの弁は、高温給気流の流量、低温給気流の流量、および中立給気流の流量を、それぞれ、対応する支流を通して調整する。流れが一定圧力で混合され、給気の温度勾配が制御される。

説明した構成に加えて、温熱調整手段およびそれが組み込まれる分岐回路は、他の構成を有することができる。例えば、代替実施形態によれば、温熱調整手段は、各支流に１つの混合弁（２６）の代わりに、支流の合流点に配置されたサーモスタット混合弁（２６）を備える。分岐回路が２つの支流を有する別の実施形態によれば、１つの支流はいかなる加熱手段も、（例えば、冷却手段が支流内に配置されていないので）冷却手段も経由せずに流れるので、この支流を通って循環する給気流は温度変化を受けない。別の実施形態によれば、１つ以上の支流は混合弁（２６）を備えていなくてもよい。

好ましい実施形態によれば、混合弁（２６）は、線形調整ナイフゲート弁、好ましくはＤＮ１００、より好ましくはシューバー＆サルツァー（Ｓｃｈｕｂｅｒ ＆ Ｓａｌｔｚｅｒ）ＧＳタイプの弁である。好ましくは、高温給気流に対応する支流の混合弁（２６）は、例えば５５０度（摂氏：以下同じ）までの動作温度を許容する高温弁である。

好ましい実施形態によれば、動的エミュレーション用装置は、給気の湿気から凝縮水を除去するように構成された１つ以上の凝縮水分離器（２２）を備える。これにより、凝縮水によるエミュレーション用装置や推進源（１０）の損傷が防止される。既知のように、凝縮は、例えば、冷却後、圧縮後、その両方の組み合わせ後、熱損失などにより、さまざまな状況下で発生する可能性がある。そのために、１つ以上の凝縮水分離器（２２）を、必要に応じてエミュレーション用装置上の異なる位置、例えば電動圧縮機（１４）の後、冷却手段（２０）の後などに配置することができる。

図１に示す実施形態によれば：
エミュレーション用装置は、分岐回路の冷却手段（２０）の下流、具体的には、（温熱調整手段が組み込まれている）分岐回路の下流、および推進源（１０）の上流の入口管（２）内に凝縮水分離器（２２）を備える。

図２、図３の実施形態によれば：
図１に示す凝縮水分離器（２２）に加えて、エミュレーション用装置は別の凝縮水分離器（２２）を備える。この別の凝縮水分離器（２２）は、２つの電動圧縮機（１４）の間に配置され、同様に２つの電動圧縮機（１４）の間に位置する冷却手段（２０）の下流に配置される。この配置の結果、この別の凝縮水分離器（２２）は、２番目に配置された電動圧縮機が凝縮水によって損傷することを防止する。

好ましい実施形態によれば、１つ以上の凝縮水分離器（２２）は軸方向サイクロン分離器である。好ましくは、１つ以上の凝縮水分離器（２２）は、ＤＮ１５０の直径を有する。

好ましい実施形態によれば、エミュレーション用装置は、１つ以上の電動圧縮機（１４）の運転状態を安全性の観点から常に適切であるように制御し、電動圧縮機（１４）、推進源（１０）、またはエミュレーション用装置の他の構成要素にとって危険となる可能性のある状態を防止するように構成された安全手段を備える。好ましくは、安全手段は、１つ以上の電動圧縮機（１４）にそれぞれ関連付けられた１つ以上のエアパージ弁（１８）（電動圧縮機ごとに１つのパージ弁）を備える。この１つ以上のエアパージ弁（１８）により、空気流量が非常に低く、空気流量が１つ以上の電動圧縮機（１４）のポンピング（放出）領域内にある場合でも、推進源（１０）が作動できることが可能になる。１つ以上のエアパージ弁（１８）の結果として、「給気の流量」パラメータは、「給気圧力」パラメータに関して独立になる。

給気の流量は、推進源（１０）の実際の運転によって決定される。しかしながら、給気の流量は、１つ以上のパージ弁（１８）の動作によって間接的に影響を受ける。そのため、その性質上、１つ以上のパージ弁（１８）により、二次的な機能として給気の流量を一定に調整することもできる。

１つ以上のパージ弁（１８）は、それぞれのパージ管内に配置され、そのパージ管は、対応する電動圧縮機（１４）の後の入口管（２）から出て、出口管（４）に入る。具体的には、図１、図２、および図３に示す実施形態によれば、第１の電動圧縮機（１４）（すなわち、他の電動圧縮機の上流に位置する電動圧縮機）に関連付けられたパージ弁（１８）は、２つの電動圧縮機（１４）の間の入口管（２）から出るパージ管内に配置される。第２の電動圧縮機（１４）（すなわち、第１の電動圧縮機の下流に位置する他の電動圧縮機）に付随するパージ弁（１８）は、第２の電動圧縮機（１４）の後の入口管（２）から出て出口管（４）に入る別のパージ管内に配置される。

エミュレーション用装置が、２つの電動圧縮機（１４）の間に冷却手段（２０）を有する場合：好ましくは、より有利な方法では、図２および図３に示すように、第１の電動圧縮機（１４）に対応するパージ管が、電動圧縮機（１４）と前記冷却手段（２０）との間の入口管（２）から出てくる。代替実施形態によれば、このパージ管は、凝縮水分離器（２２）と第２の電動圧縮機（１４）との間に出てくることができる。

好ましい実施形態によれば、エミュレーション用装置は、タービンセット（１２）の圧縮機に関連付けられたエアパージ弁（１８）を備える。このパージ弁（１８）はそれぞれのパージ管内に配置され、そのパージ管は、タービンセット（１２）の圧縮機の後に入口管（２）から出て出口管（４）に入る。具体的には、図３に示す実施形態によれば、このパージ管は、タービンセット（１２）の圧縮機と第１の電動圧縮機（１４）との間の入口管（２）から出てくる。このように、この実施形態によれば、エミュレーション用装置は３つのエアパージ弁（１８）を備える。すなわち、（上述したように）電動圧縮機（１４）に関連付けられた２つのパージ弁（１８）と、タービンセット（１２）の圧縮機に関連付けられたパージ弁（１８）とを備える。

加熱手段（２４）が上述した再生器である場合、パージ管は再生器の下流で出口管（４）に入ることが好ましい。例えば、図３に示す実施形態によれば、エミュレーション用装置は、３つのパージ弁（１８）にそれぞれ対応する３つのパージ管を備える。その３つのパージ管は再生器の下流の出口管（４）に入る。

好ましい実施形態によれば、１つ以上のパージ弁（１８）は、線形調整ナイフゲート弁、好ましくはＤＮ１００、より好ましくはシューバー＆サルツァーＧＳタイプの弁である。

任意選択で、１つ以上のパージ弁（１８）の機能を開発するために、他の解決策を実装することができる。例えば、特定の実施形態によれば、電動圧縮機（１４）は異なるサイズを有し、互いに平行に配置される。したがって、この場合、電動圧縮機（１４）の運転状態が常に適切になるように制御するためのパージ弁（１８）は必要ない。

任意選択で、給気の流量は、他の流量調整手段を用いて調整できる。例えば、特定の実施形態によれば、推進源（１０）に入る給気の流量は、推進源（１０）の吸気口に配置された流量調整弁によって調整される。

好ましい実施形態によれば、エミュレーション用装置は、タービンセット（１２）の圧縮機をバイパスするバイパス管内に配置された逆止弁（１６）を備える。図１、図２、および図３に示すように、このバイパス管はタービンセット（１２）の圧縮機の上流から出て、その下流へ延び、次の電動圧縮機（１４）の前に向かう。本発明の文脈内では、「バイパス管を通した空気の流入」は、空気がバイパス管を通って推進源（１０）の吸気口に向かって通過することを意味すると理解されなければならない。そして、「バイパス管を通る空気の戻り」とは、空気がバイパス管を通って入口管（２）の吸引端に向かって通過することを意味すると理解されなければならない。逆止弁（１６）は、給気がバイパス管を通って戻るのを防ぐように構成される。同様に、逆止弁（１６）は、タービンセット（１２）の圧縮機の出口圧力がその入口圧力以上である場合には、バイパス管を通る給気の流入を防止するように構成され、それ以外の場合には、バイパス管を介して給気を流入させて両方の圧力を等しくするように構成される。このようにして、タービンセット（１２）のタービンが出口ガスから十分なエネルギーを回収できないとき、例えば急加速プロセス中に、逆止弁（１６）がタービンセット（１２）の圧縮機をバイパスするのに役立ち、これにより、エミュレーション用装置の動的レスポンスへの悪影響が防止される。好ましくは、逆止弁（１６）はＤＮ１００逆止弁である。

好ましい実施形態によれば、動的エミュレーション用装置は、１つ以上の電動圧縮機（１４）と直列に配置された追加の冷却手段（２０）を備える。このように、本実施形態によれば、エミュレーション用装置は、上述した冷却手段と、これから述べる追加の冷却手段との２つの冷却手段（２０）を備える。

図２および図３に示す実施形態によれば、冷却手段（２０）のうちの１つは２つの電動圧縮機（１４）の間に配置され、他の冷却手段は、２番目に位置する電動圧縮機の下流側に配置される（説明のために、２番目に位置する電動圧縮機は、１番目に位置する電動圧縮機の下流側に位置するものとする）。好ましくは、この他の冷却手段は分岐回路の１つの支流に配置される。

好ましくは、追加の冷却手段（２０）は熱交換型冷却器である。追加の冷却手段（２０）は、冷却源として、適切な液体冷却剤（冷却塔からの水、室温の水道水など）や逆ランキンサイクルベースの冷却機などを使用することができる。冷却塔からの水による冷却や逆ランキンサイクルによる冷却など、異なるタイプの冷却を組み合わせて冷却源として使用することもできる。好ましい実施形態によれば、追加の冷却手段（２０）は１５ｋＷの出力を有する。

好ましくは、図２および図３に示すように、冷却手段（２０）は同じ冷却源を使用する。

好ましい実施形態によれば、エミュレーション用装置は、入口管（２）の吸引端にエアフィルタ（２８）、出口管（４）の排出端にサイレンサ（３０）をさらに備え、給気から不純物を除去し、推進源（１０）の出口ガスの吸引騒音と排出騒音との両方を低減する。

好ましい実施形態によれば、エミュレーション用装置は：
- 推進源（１０）の運転パラメータ、例えば、吸気口の給気温度、吸気口の給気圧、排気口の出口ガス圧力を測定するための１つ以上のセンサーと；
- １つ以上のセンサーと通信し、設定値および１つ以上のセンサーの読み取り値に基づいてエミュレーション用装置の運転を制御するように構成されている、プログラム可能なオートマトン（ａｕｔｏｍａｔｏｎ）と；を備える。

本明細書に記載されるように複数の実施形態が可能であるが、図に示される出口ガスおよび給気の流れ図に従った要素の正確な位置は、異なる構成要素の相乗効果を利用して、可能な限り最高のエネルギー効率を達成するように設計される。例えば、１つ以上の電動圧縮機（１４）は空気を大幅に加熱し、タービンセット（１２）はほとんど圧縮および加熱せず、１つ以上の冷却手段（２０）は凝縮水を生成し、再生器は、エクセルギー等を破壊しないようにタービンセット（１２）のタービンの後に配置される。

一例として、出力が３０ｋＷから１５０ｋＷの間の乗用車に使用されるエンジンの型式範囲について、好ましい実施形態による本発明のエミュレーション用装置の特徴は以下のとおりである：
- １つ以上の電動圧縮機（１４）：総出力２０ｋＷ、好ましくは、低圧用で１１ｋＷ、高圧用で９ｋＷ。

- タービンセット（１２）：１０ｋＷの出力。

- 加熱手段（２４）：４０ｋＷの出力。

- １つ以上の冷却手段（２０）：それぞれ１５ｋＷの出力。

好ましい実施形態によれば、装置は、以下の特徴を備えた他の構成要素をさらに備える：
- １つ以上のパージ弁（１８）および１つ以上の混合弁（２６）は、線形調整ナイフゲート弁、好ましくはＤＮ１００であり、加熱手段（２４）の出口に位置する混合弁（２６）は、高温弁（例えば、最大５５０度）である。

- 逆止弁（１６）はＤＮ１００である。

- １つ以上の凝縮水分離器（２２）は軸方向サイクロン分離器であり、水頭損失を最小限に抑えながら適切な渦度を達成するためにＮＡＣＡプロファイルを用いて特別に設計され、ＤＮ１５０の直径を有する。

- さまざまな構成要素を接続する管の直径はＤＮ５０である。

第２の態様によれば、本発明は、本発明の第１の態様によるエミュレーション用装置を使用した、推進源（１０）の強制吸入システムの動的エミュレーション方法に関する。

この方法により、強制吸入推進源（１０）内の給気が受ける圧力および温度の変動を動的にエミュレートすることが可能である。

一般に、本発明の特定の実施形態によれば：
- 給気の圧力は、１つ以上の電動圧縮機（１４）の回転速度を制御することによって調整することができる。給気も圧縮時に加熱されることを考慮すると、１つ以上の電動圧縮機（１４）の回転速度を制御することにより、給気の温度を調整することもできる。

- 推進源（１０）の出口ガスの背圧は、タービンセット（１２）のタービンを制御することによって調整することができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、エミュレーション方法は、推進源（１０）への給気として使用するために環境から空気を吸引するステップと；給気を推進源（１０）に供給するステップと；推進源（１０）の出口ガスを環境へ排出するステップと；を備え、特に、以下の１つ以上の動作：
- １つ以上の電動圧縮機（１４）の回転速度を制御することによって給気圧力を調整すること；
- １つ以上の電動圧縮機（１４）の運転状態が安全性の観点から常に適切であるように制御し、電動圧縮機（１４）、推進源（１０）、またはエミュレーション用装置の他の構成要素にとって危険となる可能性のある状態を防止すること；
を実行することができる。

この制御は、好ましくは１つ以上のパージ弁（１８）を備える（以下の）安全手段：
- 温熱調整手段を用いて給気温度を調整すること；
- タービンセット（１２）のタービンの幾何学形状を変更することによって、推進源（１０）の出口ガスの背圧を調整すること；
を用いて実行される。

本発明のエミュレーション用装置によるエミュレーション方法を以下にさらに詳細に説明する：
- まず、空気が環境状態から入口管（２）に入り、タービンセット（１２）の圧縮機に入る。タービンセット（１２）の圧縮機内で給気の圧力および温度が上昇する。

図に示すように、装置に逆止弁（１６）が付いている好ましいケースでは、タービンセット（１２）の出口圧力が入口圧力より低い異常運転の場合、逆止弁（１６）が開き、バイパス管を通って給気が流入し、これらの圧力を等しくする。

タービンセット（１２）の圧縮機を通過した後、給気は１つ以上の電動圧縮機（１４）を通過し、各電動圧縮機（１４）で圧力および温度が再び上昇する。タービンセット（１２）の圧縮機および１つ以上の電動圧縮機（１４）を通る給気の通過は、推進源（１０）の吸気口における給気の所望の状態を達成するために制御される。

- 本装置が２つの電動圧縮機（１４）の間に冷却手段（２０）を有し、前記冷却手段（２０）の後に凝縮水分離器（２２）を有する、図２および図３に示す実施形態の場合、給気は、第２の電動圧縮機（１４）に入る前に、給気の温度が低下する前記冷却手段（２０）を通過し、冷却手段（２０）での冷却後に凝縮した湿気から水分が除去される前記凝縮水分離器（２２）を通過する。

図に示す実施形態のように、１つ以上の電動圧縮機（１４）に関連付けられた１つ以上のパージ弁（１８）を備えた実施形態の場合、１つ以上のパージ弁（１８）は、１つ以上の電動圧縮機（１４）の運転状態を調整し、電動圧縮機または設備の任意の構成要素にとって危険な運転状態を防止する（設備は、電動圧縮機のエミュレーション用装置と推進源との組み合わせとして理解される）。エミュレーション用装置がタービンセット（１２）の圧縮機に関連付けられたパージ弁（１８）を有する図３に示す実施形態の場合、このパージ弁（１８）は圧縮機の運転状態を調整し、危険な運転状態を防止する。

１つ以上のパージ弁（１８）は、例えば緊急時に開くことができる。

- 好ましい実施形態によれば、分岐回路では、図に示す実施形態のように、分岐回路の１つの支流に冷却手段（２０）があり、別の支流に加熱手段（２４）があり、それらの支流に混合弁（２６）がある。１つ以上の電動圧縮機（１４）で圧縮された後、給気は分岐回路に入る。混合弁（２６）の開度に応じて、給気は異なる流れに分かれ、加熱手段（２４）による加熱または冷却手段（２０）による冷却のためにそれぞれの支流を流れる。

図２に示す実施形態の場合、分岐回路には３つの支流があり、そのうちの１つは温度変化のない空気流の通過を目的としている。混合弁（２６）の開度に応じて、給気は異なる流れに分かれ、加熱手段（２４）による加熱、冷却手段（２０）による冷却、または加熱、冷却せずに輸送するための３つの支流を通って流れる。

支流を通過した後、異なる温度の異なる給気流が混合されて、所望の温度が達成される。このように、混合弁（２６）の開度に応じて、給気温度を変化させることができる。

- 好ましい実施形態によれば、図に示す実施形態のように、分岐回路の後に凝縮水分離器（２２）が設けられる。温度が調整された後、給気は対応する凝縮水分離器（２２）に入り、そこで混合気を冷却した後に凝縮した可能性のある湿気から水分が除去される。

- 次に、給気は推進源（１０）に導入される。推進源（１０）では、給気を利用して推進エネルギーが発生し、高圧かつ高温の出口ガスが生成される。

- 出口ガスは、タービンセット（１２）の圧縮機に機械結合されて回転するタービンセット（１２）のタービン内で膨張する。タービン内では、ガスが膨張して圧力および温度が低下する。

- 出口ガスは環境中に排出される。

図に示すように、加熱手段（２４）が再生器である場合、出口ガスは、大気中に排出される前に再生器を通過し、加熱手段（２４）の支流を通って循環する給気を加熱することによって、その温度を下げる。再生器の後、推進源（１０）から来る出口ガスは大気中に排出される。

好ましい実施形態によれば、本発明の方法は、以下の時間勾配範囲：
- ５ｂａｒ／ｓから－５ｂａｒ／ｓの給気圧の時間勾配範囲、
- ５ｂａｒ／ｓから－１５ｂａｒ／ｓの推進源の排気口における出口ガスの背圧（排気背圧とも呼ばれる）の時間勾配範囲、
- ０．５度／ｓから５度／ｓである給気温度の時間勾配範囲、のうちの１つ以上をエミュレートするステップを備える。

さらに、これらの勾配は、絶対圧力および温度の非常に広い範囲内で（互いに独立して）高精度で実現することもできる：
- 好ましい実施形態によれば、２．０から６．０ｂａｒ（Ａ）±２０ｍｂａｒの精度および給気絶対圧力範囲がエミュレートされる。

- 好ましい実施形態によれば、３０から８０度±０．５度の精度および給気温度範囲がエミュレートされる。

好ましい実施形態によれば、エミュレーション用装置は、１つ以上のセンサーと通信するプログラム可能なオートマトンによって制御される。プログラム可能なオートマトンは、好ましくは推進源（１０）の吸気口および排気口の圧力および温度を測定する１つ以上のセンサーから測定値を収集する。これらの圧力および温度の値をユーザーが必要とする設定値に調整するために、プログラム可能なオートマトンは、（以下の）いくつかの制御機構、好ましくはＰＩＤコントローラを備え、設備のアクチュエータに作用することができる：
- １つ以上の電動圧縮機（１４）のための制御機構であって、１つ以上の電動圧縮機（１４）にそれぞれ結合された１つ以上のエンジンの回転速度に基づいて吸気圧力を調整する。

- タービンセット（１２）のタービン用の制御機構であって、タービンの幾何学形状の変更に基づいて出口ガス背圧を調整する。

- 温度調整手段のための制御機構であって、好ましくは１つ以上の混合弁（２６）の位置に基づいて吸気口の給気温度を調整する。

好ましい実施形態によれば、プログラム可能なオートマトンはまた、安全手段のための制御機構、好ましくはＰＩＤコントローラを備え、１つ以上の電動圧縮機（１４）の運転状態を、これらの状態が安全性の面で常に適切となるように調整する。好ましくは、この制御機構は、１つ以上の対応するパージ弁（１８）の位置に基づいて、１つ以上の電動圧縮機（１４）の運転状態を調整する。

上述のように、本明細書に開示されるエミュレーション用装置は、定常状態および動的運転状態の両方において、推進源の強制吸入システムをシミュレートすることができる。本発明の装置は、推進源（１０）の吸気圧力と排気背圧とを独立して制御することを可能にし、したがって動的エミュレーションを実行することができる。強制吸入システムの動的進化をシミュレーションする可能性は、本明細書に開示される装置が特異であり、従来技術の強制吸入システムをシミュレーションするための他のいかなる装置とも異なることを意味する。

本発明の装置は、いくつかの圧縮手段、具体的にはタービンセット（１２）と１つ以上の電動圧縮機（１４）との組み合わせに基づいており、例えば、レシプロ内燃機関または燃料電池のように、現在の推進源で使用されるタービンセットの加速および減速をシミュレーションすることができるようにする。エミュレーション用装置の運転は、推進源（１０）の強制吸入自体のために、推進源（１０）の高圧出口ガスからの回収エネルギーに基づいている。１つ以上の電動圧縮機（１４）が電気的に運転されるという事実により、非常に迅速な（非常に動的な）レスポンスが可能になる。タービンセット（１２）の圧縮機は、正の圧縮比を提供できる状況では、消費電力の削減に役立つ。

エミュレーション用装置の運転は、冷却手段（２０）、加熱手段（２４）、および給気温度をその圧力とは無関係に調整できる温熱調整手段によってもサポートされ得る。

本発明の装置は、推進源および強制吸入システムを設計するためのツールを構成する。本発明の装置の結果として、単一の作動ユニット（例えば、単気筒エンジンまたは単セル燃料電池）を備えたモックアップによる実際の推進源の「簡略化」をベースとしてエミュレーションを実行することが可能である。説明として、レシプロ内燃機関の場合、作動ユニットはシリンダである。同様に、燃料電池の場合、作動ユニットはセルである。ここで、複数の推進源とは、複数の作動ユニットを備えた推進源（例えば、多気筒エンジン）を指す。単純な推進源は、単一の作動ユニット（例えば、単気筒エンジン）を備えた推進源を指す。

実施例として、本発明のエミュレーション用装置によって強制吸入される内燃機関を設計するために実行されるプロセスを以下に概説する：
- エミュレーション用装置は、特定の特性（シリンダ容積、ストローク比、直径など）を備えた単気筒エンジン（開発ベースエンジン）のシリンダに結合される。

- エンジンは、エミュレーション用装置によって、異なる強制吸入シナリオに従う。

そのために、エミュレーション用装置の異なる構成要素は、運転パラメータを変更することによって反応する：例えば、１つ以上の電動圧縮機（１４）の回転速度の制御、温度調整手段を用いた給気温度の制御、タービンセット（１２）のタービンの幾何学形状の制御など。

- エンジンのレスポンスが得られる。

- エンジンのレスポンスを分析し、シリンダ内の起こり得る変化を評価してエンジンのレスポンスを改善する。

- 必要に応じて、最適なソリューションが見つかるまで、変更されたエンジンのシリンダ、その他もろもろを使用して前述のステップが繰り返される。

- 最後に、最適なシリンダに基づいて、必要なシリンダを備えた最終エンジンが設計／製造される。

本発明のエミュレーション用装置による他のタイプの推進源の設計、例えば燃料電池の設計も、前段落で説明したものと同様の方法で実行される。これらのステップは、単気筒エンジンのシリンダの代わりに、対応する推進源、例えば単セル燃料電池に対して単純に実行される。

ミュレーション用装置は、推進源（１０）で最適に性能発揮する強制吸入システムの特性を指定するための設計ツールとしても使用できる。強制吸入を行わない推進源（１０）のために、本発明のエミュレーション用装置を用いて、強制吸入システムを設計するために実行されるプロセスを以下に概説する：
- エミュレーション用装置によって、推進源（１０）は、異なる強制吸入シナリオでのテストに従う。そのために、エミュレーション用装置の異なる構成要素は、運転パラメータを変更することによって反応する：例えば、１つ以上の電動圧縮機（１４）の回転速度の制御、温度調整手段を用いた給気温度の制御、タービンセット（１２）のタービンの幾何学形状の制御など。

- 推進源（１０）のレスポンスを分析し、エミュレーション用装置の構成要素のパラメータの起こり得る変化を評価して、推進源（１０）のレスポンスを改善する。

- 必要に応じて、強制吸入システムの最適なソリューションが見つかるまで、前述の手順が繰り返される。

- 最後に、テストで測定された圧力、流量、温度、勾配を用いて、測定された圧力と温度との比率、（適切に無次元化された）測定された流量を最もよく再現し、測定された勾配を生成およびサポートする技術的ソリューションに基づいて、強制吸入システム（ターボマシン）が設計／製造される。

本発明の装置は、単一の作動ユニットを備えたモックアップによる実際の推進源の「簡略化」を基礎として使用してエミュレーションを実行できるようにするために、使用されるターボ機械の規模は、サイズおよびパワーの点で必然的に可変でなければならない。この規模は、一方では、乗り物（乗用車、軽輸送、重量輸送、鉄道、海上輸送、軽航空など）で使用されるエンジンのさまざまなシリンダ容量など、さまざまな推進源に適合させる必要があり、他方では、単一の推進源と比較した複数の推進源の作動ユニットの数（例えば、単気筒エンジンと比較した多気筒エンジンのシリンダ数（１２／１、６／１、４／１、３／１）に適合させる必要がある。圧力および温度勾配の範囲を再現し、単一のアーキテクチャで規模の要件に十分柔軟に適応するエミュレーション用装置の開発は困難であるが、そのことによって本発明の新規性が正当化される。

このように、エミュレーション用装置の開発には、いくつかの重要な状況を考慮する必要がある。エミュレーション用装置は、定常状態と動的運転状態とが異なる複数の状況を１つの同じアーキテクチャでエミュレートすることができなければならない。そのためには、同じアーキテクチャで、タービンセット、１つ以上の電動圧縮機、冷却手段、加熱手段、温熱調整手段など、エミュレータ用装置の構成要素の規模を変更することができなければならない。

本発明の実際のエミュレーション用装置の設計は複雑であるので、その開発にレシプロ内燃機関および流体システムのシミュレーション用のソフトウェアが使用された。このソフトウェアのおかげで、推進源によって生成される（高度に非定常な）脈動流が動的エミュレーション用装置の性能に与える影響を考慮しながら、前述の構成要素を適切にサイズ設定するためにエミュレーション用装置の異なる構成要素の性能を必要なレベルの精度で計算することが可能になった。

実施例として、レシプロ内燃エンジンに適用するためのソフトウェアによってエミュレーション用装置を設計するために実行されるプロセスを以下に概説する：
- まず、単一の作動ユニット、この場合は単気筒エンジンを備えた推進源（１０）に結合されたエミュレーション用装置の提案（この提案は、エミュレーション用装置の仮想モデルに対応する）が、例えば、どの特性がサプライヤーのデータおよび／または経験的データから取得されるかなど、構成要素の分布および特定の特性に従って、ソフトウェアに入力される。

- 入力された提案に基づいて、ソフトウェアを用いて異なるシナリオがシミュレーションされ、各シミュレーションで１つ以上の構成要素の運転パラメータが変化する。

- シミュレーション結果を実際の強制吸入システムに対応する参考値と比較する。

- シミュレーションしたレスポンスが実際のレスポンス（参考値）から乖離している場合、エミュレーション用装置の特性の一部が変更され、同じ検証プロセスが再度実行される（つまり、ソフトウェアに提案を入力し、異なるシナリオをシミュレーションし、現実と比較する）など、その他もろもろ、結果が最適になるまで、つまり、結果が現実に十分に近づくまで繰り返される。

- 提案が検証されると、その検証された提案に従ってエミュレーション用装置が製造される。

例えば燃料電池などの他のタイプの推進源に適用するための本発明のエミュレーション用装置の設計は、前段落で説明したものと同様の方法で実行される。これらのステップは、燃焼エンジンの代わりに、対応する推進源、例えば燃料電池で単純に実行される。

上記に基づいて、本発明の装置および方法は、強制吸入推進源の動的運転状態（すなわち、過渡状態）および定常状態の運転状態、例えば、最適化や設計基準に基づいてユーザーによって課される状態、をエミュレートすることを可能にする。

ユーザーは、強制吸入推進源の定常状態および動的のエミュレーションを実行することができ、前述の推進源および／または強制吸入システムを設計および開発することができる。これは、例えば、強制吸入レーシングエンジンを設計および／または改良する場合に非常に役立つ。通常、レーシングエンジンを設計および／または改良するには、レーシング車両にエンジンを搭載し、長時間のサーキットテストセッションが実行される。テストセッションでは、ドライバーはセンサーを用いてエンジンおよび強制吸入システムのレスポンスに関するできるだけ多くのデータを取得するために、エンジンを複数の強制吸気シナリオ（さまざまな加速、減速、速度など）に従わせる。本発明によって、レーシング車両を用いてこれらのサーキットテストを実行する必要なく、前記データの大部分を得ることができ、コストを大幅に削減することができる。

本発明は、その好ましい実施形態を参照して、本明細書に記載されているが、当業者であれば、以下の添付の特許請求の範囲によって規定される保護の範囲から逸脱することなく、上記記載の実施形態にさまざまな修正および変形を適用できることが理解されよう。

Claims (27)

1. 推進源の強制吸入システムの動的エミュレーション用装置であって：
   - 環境から吸引された空気を推進源の給気として使用するために、一端が前記推進源の吸気口へ接続され、吸引端と呼ばれる他端で前記環境から前記空気を吸引するように構成された入口管と；
   - 一端が前記推進源の排気口へ接続され、排出端と呼ばれる他端で前記推進源の出口ガスを環境へ排出するように構成された出口管と；
   - 前記出口管内に可変幾何学形状を有するタービンと、前記タービンへ結合された前記入口管内の圧縮機とを備えるタービンセットであって、前記タービンセットは、前記タービンが前記出口ガスの背圧勾配に適合し、前記圧縮機によって前記給気を圧縮するために前記ガス内で利用可能なエネルギーの一部を回収するように構成された、タービンセットと；
   - 前記タービンセットの前記圧縮機と直列に配置され、前記給気を圧縮し、制御された方法で前記給気の圧力勾配を再現するように構成された前記入口管内の１つ以上の電動圧縮機と；
   - 前記１つ以上の電動圧縮機と直列に配置され、前記給気を冷却するように構成された冷却手段と；
   - 前記給気を加熱するように構成された加熱手段と；
   - 前記給気のための温熱調整手段であって、前記冷却手段から来る少なくとも１つの低温給気流と前記加熱手段から来る高温給気流との混合流を調整し、これにより、その圧力に関して独立して給気温度を調整するように構成された、温熱調整手段と；を備える、動的エミュレーション用装置。
2. 前記タービンセットの前記タービンは、求心ラジアルタービンであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記電動圧縮機は、互いに直列に配置されていることを特徴とする、請求項１から２のいずれかに記載の装置。
4. 前記１つ以上の電動圧縮機がラジアル遠心圧縮機であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
5. 前記冷却手段は、熱交換型冷却器であることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
6. 前記加熱手段は、再生器であって、前記出口管を通って循環する前記推進源の前記出口ガスから熱を回収し、前記入口管を通って循環する前記給気を加熱する際に前記熱を用いるように構成された再生器であることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の装置であって、
   - 前記温熱調整手段は並列分岐回路に組み込まれ、前記加熱手段は支流のうちの１つに配置され、前記冷却手段は別の支流に配置され；
   - 前記温熱調整手段は、前記支流の１つ以上にそれぞれ配置された前記対応する支流を通る前記給気流の流量を調整する１つ以上の混合弁を備えることを特徴とする、装置。
8. 前記分岐回路の前記支流のうちの１つは、いかなる加熱または冷却手段を通らずに流れるので、この支流を通って循環する前記給気流が温度変化を受けないことを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 前記混合弁のうちの１つは、前記加熱手段の前記支流に配置され、動作温度が５５０度までの高温弁であることを特徴とする、請求項７または８のいずれかに記載の装置。
10. 前記１つ以上の混合弁は、線形調整ナイフゲート弁であることを特徴とする、請求項７から９のいずれかに記載の装置。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の装置であって、
    - 前記タービンセットの出力は１０ｋＷであり；
    - 前記１つ以上の電動圧縮機の総出力は２０ｋＷであり；
    - 前記加熱手段の出力は４０ｋＷであり；
    - 前記冷却手段の出力は１５ｋＷである、
    ことを特徴とする、装置。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の装置であって、前記１つ以上の電動圧縮機の運転状態は、安全性の観点から常に適切であるように制御するために構成された安全手段を備え、前記安全手段は、前記１つ以上の電動圧縮機にそれぞれ関連付けられた１つ以上のエアパージ弁を備えることを特徴とする、装置。
13. 前記タービンセットの前記圧縮機に関連付けられたエアパージ弁を備えることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
14. 前記１つ以上のパージ弁は、線形調整ナイフゲート弁であることを特徴とする、請求項１２または１３のいずれかに記載の装置。
15. 湿った給気から凝縮水を除去するように構成された１つ以上の凝縮水分離器を備えることを特徴とする、請求項１から１４のいずれかに記載の装置。
16. 前記１つ以上の凝縮水分離器は、軸方向サイクロン分離器であることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
17. 請求項１から１６のいずれかに記載の装置であって、前記タービンセットの前記圧縮機をバイパスするバイパス管内に逆止弁を備え、前記逆止弁は、前記タービンセットの前記圧縮機の出口圧力がその入口圧力以上である場合に、前記バイパス管を通る給気の流入を防止し、それ以外の場合は、前記バイパス管を通して給気の流入を可能にし、両方の圧力を等しくするように構成されていることを特徴とする、装置。
18. 請求項７、１２、１５、および１７に記載の装置であって、
    - 前記逆止弁はＤＮ１００弁であり；
    - 前記１つ以上のパージ弁はＤＮ１００弁であり；
    - 前記１つ以上の混合弁はＤＮ１００弁であり；
    - 前記１つ以上の凝縮水分離器は、ＤＮ１５０の直径を有し；
    - 前記装置の前記管の直径はＤＮ５０であることを特徴とする、装置。
19. 前記１つ以上の電動圧縮機に直列に配置された追加の冷却手段を備えることを特徴とする、請求項１から１８のいずれかに記載の装置。
20. 前記入口管の吸引端にエアフィルタを備え、前記出口管の排出端にサイレンサを備えることを特徴とする、請求項１から１９のいずれかに記載の装置。
21. 請求項１から２０のいずれかに記載の装置であって、
    - 前記吸気口の給気温度、前記吸気口の給気圧、前記排気口の出口ガス圧力などの前記推進源の運転パラメータを測定するためのセンサーと；
    - 前記センサーと通信し、設定値および前記センサーの読み取り値に基づいて前記装置の運転を制御するように構成される、プログラム可能なオートマトンと；
    を備えることを特徴とする、装置。
22. 前記推進源は、レシプロ内燃機関および燃料電池からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項１から２１のいずれかに記載の装置。
23. 請求項１から２２のいずれかに記載のエミュレーション用装置を使用して前記推進源の強制吸入システムを動的エミュレーションする方法であって、前記環境から空気を吸引して前記推進源への給気として使用するステップと；前記給気を前記推進源に供給するステップと；前記推進源の出口ガスを前記環境へ排出するステップと；を備え、特に、以下の１つ以上の動作：
    - 前記１つ以上の電動圧縮機の回転速度を制御することによって給気圧力を調整すること；
    - 安全手段を用いて、前記１つ以上の電動圧縮機の前記運転状態が常に適切であるように制御すること；
    - 前記温熱調整手段を用いて給気温度を調整すること；
    - 前記タービンセットの前記タービンの前記幾何学形状を変更することによって、前記推進源の前記出口ガスの前記背圧を調整すること；が実行される、方法。
24. 請求項２３に記載の方法であって、以下の時間勾配範囲：
    - ５ｂａｒ／ｓから－５ｂａｒ／ｓの給気圧力の時間勾配範囲；
    - ５ｂａｒ／ｓから－１５ｂａｒ／ｓの背圧時間勾配範囲；
    - ０．５度／ｓから５度／ｓの給気温度の時間勾配範囲；のうち１つ以上をエミュレートするステップを備えることを特徴とする、方法。
25. ２．０から６．０ｂａｒ（Ａ）±２０ｍｂａｒの精度および給気絶対圧力範囲をエミュレートするステップを備えることを特徴とする、請求項２３または２４に記載の方法。
26. ３０から８０度±０．５度の精度および給気温度範囲をエミュレートするステップを備えることを特徴とする、請求項２３から２５のいずれかに記載の方法。
27. エミュレーション用装置の制御は、前記推進源の前記吸気口内およびその前記排気口内の、前記圧力および温度を測定する前記いくつかのセンサーの読み取り値に基づいてプログラム可能なオートマトンによって実行されることを特徴とする、請求項２３から２６のいずれかに記載の方法。

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