KR100768769B1 - 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치 - Google Patents
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Abstract
변위장치(10)는 하우징(11), 상기 하우징(11)내 왕복축(13)을 따라 직선으로 왕복가능한 왕복부재(12), 상기 하우징(11)과 함께 정의하는 제 1(14) 및 제 2(15) 가변 체적실을 구비한다. 유체 유입구(17)는 상기 제 1 가변 체적실(14)과 연결된다. 유체 배출구(78)는 상기 제 2 가변 체적실(15)과 연결되어 있다. 유입구 밸브(16)는 상기 유체 유입구(17)를 통하여 상기 제 1 가변 체적실(14) 안으로 유체의 흐름을 허용하지만 상기 제 1 가변 체적실(14)로부터 상기 유체 유입구(17) 밖으로 유체의 흐름을 방지한다.
2행정 사이클, 가변 체적실, 교류발전기, 하이브리드 기관, 유체변위 장치
Description
본 발명은 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치에 관한 것이다.
본 발명은 기관이나 압축기중 어느 하나의 형태로 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 매우 간단하고 특히 밸브 트레인 시스템(valve train system), 분리 교류발전기(separate alternator) 및 시동모터 또는 캠 샤프트(cam shaft)를 필요로 하지 않는 장치를 제공하는 것이 목적이다. 본 발명의 장치는 하이브리드 차량(hybrid vehicle)내에 설치되어 전력을 생산하고 차량을 구동시키기 위한 전기 모터로서 사용되는 기관으로 사용될 수 있다.
미국특허번호 제US-A-5172784호는 선형 발전기와 결합되고 차량용 전기모터를 구동시키기 위한 전지 팩(battery pack)과 연계되어 사용되는 외연방식의 스털링 기관(Stirling engine)을 구비하는 하이브리드 차량 구동용 장치를 기술하고 있다.
미국특허번호 제US-A-4924956호는 대향 단부에 제 1 및 제 2 연소실과 상기 단부 사이에 제 3 연소실을 갖는 실린더를 포함하는 하우징을 구비한 앞뒤로 연결된 이중작동(double acting) 프리 피스톤 기관(free piston engine)을 기술하고 있다. 제 1 이중작동 피스톤은 제 1 및 제 3 연소실 사이에서 변위될 수 있다. 제 2 이중작동 피스톤은 제 2 및 제 3 연소실 사이에 이동될 수 있다. 상기 이중작동 피스톤들은 서로 시간 간격을 둔 순서로 움직이도록 연결된다. 선형 교류발전기(linear alternator)는 한 코일을 각각의 상기 이중작동 피스톤에 부착시키고 다른 전기코일로 상기 실리더를 둘러쌈으로써 상기 기관에 결합되어 있으며, 상기 실린더 상에 감긴 코일의 자기장은 상기 두 피스톤상에 감긴 상기 코일에 의해 교차된다.
본 발명은
하우징;
상기 하우징내 왕복축을 따라 직선으로 왕복하고, 상기 하우징과 함께 제 1 및 제 2 가변 체적실을 정의하는 왕복부재;
상기 제 1 가변 체적실과 연결된 유체 유입구(inlet);
상기 제 2 가변 체적실과 연결된 유체 배출구(outlet);
상기 유체 유입구를 통해 상기 제 1 가변 체적실 안으로 유체 흐름을 허용하고 상기 제 1 가변 체적실로부터 상기 유체 유입구 밖으로 유체 흐름을 방지하는 유입구 밸브수단;
상기 제 1 가변 체적실로부터 상기 제 2 가변 체적실로 유체 흐름을 허용하고 상기 제 2 가변 체적실로부터 상기 제 1 가변 체적실로 유체 흐름을 방지하는 이송 밸브수단; 및
상기 제 2 가변 체적실로부터 상기 유체 배출구 밖으로 유체 흐름을 허용하고 상기 유체 배출구로부터 상기 제 2 가변 체적실 안으로 유체 흐름을 방지하는 배출구 밸브수단을 구비하고,
제 1 방향으로 상기 하우징내에서 상기 왕복부재가 이동하는 동안, 유체가 상기 제 1 가변 체적실 안으로 유입되고, 상기 제 2 가변 체적실내 유체는 상기 제 2 가변 체적실로부터 상기 유체 배출구를 경유하여 배출되며,
제 1 방향의 반대방향인 제 2 방향으로 상기 하우징내에서 상기 왕복부재가 이동하는 동안, 유체가 상기 제 1 가변 체적실에 압축되고, 상기 제 1 가변 체적실로부터 상기 이송 밸브수단을 경유하여 상기 제 2 가변 체적실로 상기 유체가 이송되는, 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치에 있어서,
상기 왕복부재는 왕복축에 수직하게 연장된 중간부와 상기 중간부의 대향면상에 있는 두 개의 단부를 구비하며, 상기 각각의 단부는 상기 왕복축에 거의 평행하게 연장되어 있는 벽을 구비하고 상기 각각의 단부는 상기 중간부와 함께 일단에서 개방단부 실린더(open-ended cylinder) 개구를 정의하며,
상기 하우징은 상기 왕복부재의 제 1 개방단부 실린더 안으로 연장되어 있고 상기 제 1 개방단부 실린더내 피스톤으로서 작동하는 제 1 피스톤부를 가지며, 상기 제 1 피스톤부 및 상기 제 1 개방단부 실리더가 함께 상기 제 1 가변 체적실을 정의하고,
상기 하우징은 상기 왕복부재의 제 2 개방단부 실린더 안으로 연장되어 있고 상기 제 2 개방단부 실린더내 피스톤으로서 작동하는 제 2 피스톤부를 가지며, 상기 제 2 피스톤부 및 상기 제 2 개방단부 실린더와 함께 상기 제 2 가변 체적실을 정의하는 것을 특징으로 하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치를 제공한다.
위에서 주어진 상기 장치의 구조는 절감된 비용으로 무게가 감소되고 단순화된 기관 또는 압축기를 제공한다. 사실, 상기 장치는 단일 이동부재를 가지고 있다. 예를 들면, 상기 장치는 하이브리드 차량에 기관으로서의 사용에 이상적일 것이다.
바람직하기로, 상기 왕복부재는 대개 원형 반경반향의 횡단부를 가지고 상기 단부 각각은 상기 왕복부재의 중심축으로부터 이격된 환형 벽을 구비한다.
횡단부상에 원형의 상기 왕복부재를 만드는 것이 전체적으로 상기 장치의 제작을 용이하게 한다.
바람직하기로, 전기권선(electrical winding)이 상기 왕복부재를 둘러싸는 상기 하우징내에 제공되며 상기 전기권선은 상기 왕복부재의 단부 벽에 인접 평행하게 연장되어 있다.
본 발명은 매우 컴팩트하고 단순히 결합된 장치 및 전력 발전기를 제공할 수 있다. 상기 왕복부재에 인접하게 상기 권선을 위치시킴으로써 더 많은 전력 및/또는 더 큰 전기제어가 제공된다. 상기 기관의 구조는 기관내 상기 피스톤의 작동율이 더 크게 인출되도록 할 수 있으며 또한 상기 장치의 구조는 전기력이 압축기내 가스를 압축하거나 또는 기관내 연료/공기 혼합기를 압축하는데 효율적으로 사용되도록 한다. 전기제어는 또한 상기 왕복부재의 위치를 정확하게 제어하는데 사용될 수 있다.
바람직하기로, 상기 전기권선은 상기 왕복부재상의 왕복축에 평행하게 연장되어 있고 각각의 왕복에서 상기 왕복부재에 의해 이동된 거리 및 상기 왕복부재의 축상 길이의 합과 적어도 동일한 길이를 갖는다.
바람직하기로, 상기 왕복부재의 단부 벽은 상기 하우징내 정의된 슬롯에서 활주될 수 있으며 상기 하우징내 전기권선은 상기 슬롯을 정의하는 표면에 인접 평행하게 연장된다. 바람직하기로, 실(seal)은 상기 단부가 활주하는 상기 슬롯과 상기 왕복부재의 단부 사이에 형성된다.
일부 실시예에서 탄성수단은 상기 하우징과 상기 왕복부재 사이에서 상기 왕복부재 일측으로 힘을 가하여 한 방향으로 움직이도록 작용한다. 바람직하기로, 상기 탄성수단은 상기 왕복부재 일측으로 힘을 가하여 상기 제 2 가변체적을 최소 체적으로 감소시키도록 작동한다.
본 장치에서 상기 왕복부재는 본질적으로 자유 운동부재이다. 종래기술에서, 자유운동 피스톤은 디젤기관 또는 스털링 기관에 사용되는 경향이 있었다. 디젤기관에서 연소는 상기 디젤 사이클의 작용에 의해서 확정될 수 있다. 그러나, 상기 기관은 꽤 커서 다루기가 곤란한 경향이 있다. 스털링 기관은 내연기관내 잇점이 떨어진다. 상기 왕복부재 일측으로 힘을 가하는 상기 탄성수단은 표준 코일 스프링 또는 가스 스프링을 구비할 수 있다. 상기 장치는 예를 들면, 3000rpm의 공진주파수와 동일한 주파수로 작동되도록 구성될 수 있다. 상기 장치는 편리한 지점에서 상기 왕복부재를 정지(pause)하게 함으로써 정지기간 동안에 출력전력을 변화시키도록 가변되게 작동될 수 있다.
바람직하기로, 각각의 상기 유입구 밸브수단과, 상기 배출구 밸브수단과 상기 이송밸브 수단은 압력차의 작용하에 개폐되는 일방밸브(one-way) 또는 왕복동안 상기 왕복부재에 의해 싸이클을 이루며 개폐되는 상기 가변 체적실로 개방되는 포트를 포함한 포트밸브(ported valve)를 구비한다.
본 발명은 복잡한 밸브 트레인 시스템의 필요성을 제거할 수 있다. 본 발명이 기관으로서 사용되는 경우에는 전기권선을 사용함으로써 교류발전기 및 시동모터를 조합할 수 있다.
본 발명은 밸브의 이동을 제어하기 위한 캠축의 필요성을 제거한다. 본 발명이 기관으로 사용되는 경우에는 본질적으로 2 행정 사이클로 작동한다.
바람직하기로, 상기 유입구 밸브수단은 스프링에 의해 일측으로 가압된 일방 밸브를 구비한다.
일실시예에서 상술한 장치는 내연기관으로 기능을 하는데 있어서,
충전공기가 상기 유체 유입구를 경유하여 상기 제 1 가변 체적실 안으로 유입되고,
상기 제 1 가변 체적실 안으로 유입된 상기 충전공기는 압축되고,
상기 압축된 충전공기는 이송 밸브수단을 경유하여 제 2 가변 체적실로 이송되고,
상기 장치는 연료를 상기 압축된 충전공기와 함께 혼합되도록 제 2 가변 체적실로 이송하는 연료 이송수단을 구비하고.
상기 연료 및 공기의 압축된 충전 혼합기가 상기 제 2 가변 체적실 내에 연소되어 팽창되고,
상기 팽창 연소된 혼합기는 상기 이송 밸브수단을 경유하여 상기 제 2 가변 체적실로 이송되는 연이은 충전공기에 의해 상기 제 2 가변 체적실로부터 소기(掃氣)된다.
본 발명은 본질적으로 하나의 이동부재만 갖는 매우 단순한 기관구조를 제공한다.
바람직하기로, 상기 기관에 사용되는 연료는 압축 천연가스이며 상기 장치는 압축된 상태의 천연가스를 저장하기 위한 저장수단과 펌핑수단의 이용없이도 상기 제 2 가변 체적실로 상기 압축된 천연가스의 흐름을 제어하는 연료 이송수단을 구비한다. 상기 기관은 어떤 펌프도 필요하지 않는다는 사실에 의해 단순하게 제작된다. 상기 기관은 단순하고 가볍게 만들어지며 예를 들면 텔레비젼과 조명을 구동시키기에 충분한 전력을 제공하도록 사용될 수 있다. 용기에 담긴 천연가스는 폭넓게 이용가능하다. 왜냐하면 천연가스는 방출의 어려운 문제를 남기지 않고 공기중에서 매우 효율적으로 연소되기 때문에, 상기 천연가스의 연소는 많은 방출문제를 해소한다. 더욱이 본 발명의 기관은 예를 들면, 촉매 컨버터가 필요없기 때문에 배기가스 처리에 대한 어떤 필요성 없이도 실행될 수 있다.
바람직하기로, 상기 유입구 밸브수단은 일방밸브를 구비하고 상기 이송 밸브수단은 상기 왕복부재의 운동동안 싸이클을 이루며 개폐되는 포트를 구비하며 상기 배기 밸브수단은 상기 왕복부재의 운동동안 싸이클을 이루며 개폐되는 포트를 구비한다. 더욱 바람직하게는, 상기 이송 밸브수단은 상기 제 1 가변 체적실내에 개방될 수 있는 제 1 이송포트와 상기 제 2 가변 체적실내에 개방될 수 있는 제 2 이송포트와 상기 제 1 및 제 2 이송포트를 연결하도록 상기 왕복부재를 통하여 연장한 도관 수단를 구비한다.
상기 제 1 이송포트는 상기 왕복부재의 한 개방단부 실린더의 단부 벽의 안으로 향한 면에 제공되고 상기 제 2 이송포트는 상기 왕복부재의 타단이 개방된 실린더의 단부 벽의 안으로 향한 면에 제공된다.
본 발명은 가스 흐름이 상기 왕복부재를 둘러싸고 있는 상기 하우징을 통하기 보다는 상기 왕복부재 자체를 통하여 실제로 지나가는 단순한 구조를 제공하고 있다. 이는 가스 통로에 대한 새로운 접근이다.
상술한 바와 같이, 상기 하우징의 제 1 피스톤부는 제 1 개방단부 실린더내에 연장되어 있고 상기 왕복부재의 왕복동안 상기 제 1 개방단부 실린더내에 있는 상기 제 1 이송포트를 개폐하는 것이 바람직하다. 상기 하우징의 제 2 피스톤부는 상기 제 2 개방단부 실린더내에 연장되어 있고 상기 제 2 개방단부 실린더에서 피스톤으로서 작동하며 상기 왕복부재의 왕복동안 상기 제 2 개방단부 실린더내에 있는 상기 제 2 이송포트를 개폐하는 것이 또한 바람직하다. 이상적으로, 상기 배기 밸브수단은 상기 제 2 가변 체적실내에 개방될 수 있는 배기포트와 상기 배기포트를 상기 유체 배출구에 연결시키도록 상기 왕복부재를 통하여 연장한 도관수단을 구비한다. 제공된 상기 배기포트는 상기 제 2 이송포트에 대향한 위치에 있고, 상기 제 2 개방단부 실린더의 단부 벽의 안으로 향한 면상에 효과적으로 제공된다. 상기 하우징의 제 2 피스톤부는 상기 왕복부재의 왕복동안 상기 배기포트를 개폐함으로써 상기 배기포트의 개폐를 제어하는 것이 바람직하다.
상기 기관은 구조가 단순하고, 2-행정사이클로 작동하며, 소기작용을 이용하여 연소된 가스의 적어도 일부분을 제거한다. 일부 배기가스는 순차적인 연소를 위해 새롭게 유입되는 연료와 함께 여전히 불가피하게 잔존할 것이기 때문에, 상기 소기작용은 일부 배기가스 재순환을 허용할 것이다. 이는 기관의 배기를 향상시킬 수 있다.
바람직하기로, 상기 왕복부재의 각 왕복동안, 상기 하우징의 제 2 피스톤부는 순차적으로:
상기 배기포트를 개방하여 연소가스가 상기 제 2 가변 체적실로부터 유출되도록하고,
상기 제 2 이송포트를 개방하여 상기 제 2 가변 체적실 안으로 충전공기의 유입을 허용하여 상기 배기포트를 통하여 상기 제 2 가변 체적실 밖으로 연소가스를 소기시키고 연소를 위해 공기를 공급하도록 하며,
상기 제 2 이송포트를 폐쇄하여 압축동안 상기 이송포트를 통하여 공기가 배출되는 것을 막으며, 그리고
상기 배기포트를 폐쇄하여 연소준비가 된 상기 제 2 가변 체적실을 밀봉한다.
바람직하기로, 상기 제 2 가변 체적실내 피스톤으로서 작용하는 상기 하우징의 상기 제 2 피스톤부에는 상기 제 2 이송포트가 개방될 때 연소가 개시되는 영역을 정의하는 상기 제 2 이송포트에 인접 위치한 절단부가 제공된다. 바람직하게는, 상기 연료 이송수단은 상기 하우징의 상기 제 2 피스톤부내 절단부에 의해 정의된 상기 제 2 가변 체적실의 영역으로 연료를 전달한다.
바람직하기로, 상기 연료 및 공기 혼합기는 활성 래디칼(radical) 연소에 의해 점화된다. 활성의 래디칼 연소는 상기 혼합기의 상승된 온도 및 압력에 따라 상기 혼합기내 있는 자유 래디칼 이온의 존재로 인해 상기 연료/공기 혼합기가 자발적으로 연소를 개시하는 해당 기술분야에 인지된 새로운 연소 메카니즘이다. 상기 자유 래디칼 이온은 혼합기에서 배기가스의 보유에 의해 가장 효과적으로 도입되고 소기작용과 함께 2-행정 사이클의 사용이 이를 적극 보조한다. 더욱이, 본 발명에 바람직한 상기 소기작용 장치는 자동차 점화를 위해 매우 양호한 연료/공기 혼합기의 잘 균형잡힌 분배를 하는 공증된 시스템이다. 상기 활성 래디칼 연소는 특히 기관이 안정적인 속도로 운행될 때, 안정적이고 깨끗한 연소를 한다. 본 발명의 매우 단순한 기관은 2-행정 사이클을 갖는 활성의 래디칼 연소를 사용하는 것이고 완전한 부하조건 및 반부하 조건에서 안정상태 및 무리없는 안정상태로서 작동한다.
본 발명의 장치는 점화가 개시될 때 상기 제 2 가변 체적실의 영역내에 작동하는 스파크 점화수단이 제공될 수 있다. 상기 스파크 점화수단은 활성 래디칼 연소 대신에 또는 활성 래디칼 연소와 조합하여 사용될 수 있다. 상기 스파크 점화는 특정 시간에 연소를 보장하는 반면, 상기 활성 래디칼 연소는 매우 낮은 수준의 NOx 탄화수소 및 탄소 일산화물(carbon monoxide)을 제공하는 연소를 보장할 것이기 때문에, 활성 래디칼 연소는 스파크 점화와 병행하여 사용되는 것이 바람직하다.
바람직하기로, 상기 하우징은 상기 왕복부재를 지나고 상기 왕복부재를 냉각시키위해 대기로부터 냉각공기가 유입 또는 배출되도록 하는 상기 왕복부재를 통과하는 도관수단을 구비한다. 상기 왕복부재는 그 자체로 상기 왕복부재를 통하여 냉각공기에 대한 통과를 허용하는 상기 왕복부재를 통과하는 냉각통로(cooling passage)를 가질 수 있다. 또한, 냉각공기의 사용은 예를 들면, 물 펌프를 필요로하지 않는 매우 단순한 기관을 제공한다.
바람직하기로, 상기 기관은 상기 왕복부재를 둘러싸는 상기 하우징내 전기권선을 구비하고 상기 왕복부재의 왕복은 전기 부하와 접속될 수 있는 전기권선과 함께 전력을 발생하는데 사용된다. 예를 들어, 본 발명은 하이브리드 차량에 기관으로서 사용될 수 있다. 상기 왕복부재는 단상 교류전류를 발생시킬 수 있다. 그리고 나서 3상 교류전류가 발명자의 사용에 의해 제공될 것이다. 본 발명은 실린더 라이너(cylinder liner)에 전기코일을 제공함으로써 상기 발전기를 상기 기관 그 자체에 일체화시키고 있다. 그러므로써 상기 전기코일은 상기 왕복부재에 매우 가까이 있게 되고 이는 발전기에 대한 상당한 효율을 돕는다.
상기 코일은 상기 왕복부재에 인접하고 상기 코일과 상기 왕복부재 사이에 유동적 연결을 감쇠시키는 어떤 실린더 라이너도 없다. 상기 코일과 상기 왕복부재 사이의 틈은 상기 전기회로의 최대효율을 보장하는 약 1 인치의 1/1000로 감소될 수 있다.
본 발명은 기관 및 발전기의 양호한 조합을 제공하는데, 이는 상기 기관이 피스톤을 제공한다는 점에서 일반적으로 실린더 블록이고 실린더를 제공한다는 점에서 일반적으로 피스톤이되는 본질적으로 내외가 뒤바뀐 구조이기 때문이다. 이는 둘러싼 상기 코일과 상기 왕복부재 사이에 양호한 상호작용을 용이하게 한다.
본 발명은 전류기술 및 연료전지 기술사이의 간극을 채울 것이며, 기존의 기관 및 연료전지 시스템의 복잡성과 비용 때문에 하이브리드 차량을 생산하기 위한 지연이 부분적으로 있어 왔던 차량에 대한 직접적인 하이브리드 전력 해결방안을 제공할 수 있음이 고려되어 진다. 본 기관은 또한 정전 발전기로서 매우 유용하게 될 것이다. 상기 발전기는 현재 더 통상적이고 더 효율적이며 유압 액츄에이터(hydraulic actuator)를 더 대신하는 차량에서 전기 액츄에이터용 전력 발전기로서 사용될 수 있다. 차량에서 상기 조합된 발전기 기관은 상기 기관이 차량을 추진하는 전기모터를 구동하기 위한 전력을 제공할 뿐만 아니라 차량 외부에 사용되는 전기기구를 구동하기 위한 예를 들면, 50Hz의 외부전력을 또한 제공할 수 있도록 외부 사용을 위한 소켓이 제공되어 질 수 있다.
본 발명은 동일한 왕복축상에 놓이고, 함께 이동하도록 연결된 제 1 및 제 2 장치의 왕복부재와, 한 장치에서 연소가스가 팽창되는 동안에, 다른 장치에서 연료 및 공기의 혼합기가 압축되도록 선택되는 두 장치의 타이밍을 가지며, 제 1 장치가 제 2 장치와 앞뒤로 연결되어 있는 기관으로 상술한 동작을 하는 장치의 사용방법을 또한 제공한다. 상기 두 피스톤의 결합은 한 기관에 상기 연료 및 공기의 연소를 이용하여 다른 기관에서 충전 공기를 압축하는 힘으로 작동하는 가스의 후속폭발을 갖는다.
본 발명의 다른 태양으로서, 본 발명의 장치는 상기 장치의 전기권선에 공급되는 전력에 의해 왕복하도록 피동되는 왕복부재를 갖는 압축기로서 또한 사용되는데 있어, 왕복중에:
충전가스가 상기 유체 유입구를 경유하여 상기 제 1 가변 체적실로 유입되고,
상기 제 1 가변 체적실로 유입된 충전가스가 상기 가변 체적실내에 압축되고,
상기 압축된 가스는 상기 이송 밸브수단을 경유하여 상기 제 2 가변 체적실로 이송되고,
상기 제 2 가변 체적실로 전달된 상기 압축된 가스는 상기 제 2 가변 체적실내에 더 압축되고,
상기 제 2 가변 체적실로 전달된 상기 압축된 가스는 상기 배출구 수단을 경유하여 상기 배출구로 배출된다.
바람직하게는, 본 발명의 압축기 구현에 있어 상기 유입구 밸브수단은 상기 유체 유입구로부터 상기 제 1 가변 체적실 안으로 가스가 통과하도록 허용하고 상기 제 1 가변 체적실로부터 상기 유체 유입구 밖으로는 가스가 통과하지 않도록 하며, 제 1 크기의 압력차가 상기 유체 유입구와 상기 제 1 가변 체적실에 걸쳐 확립된 후에만 상기 유체 유입구로부터 상기 제 1 가변 체적실로 가스의 통과를 허용하는 제 1 일방밸브를 구비한다.
바람직하게는, 상기 이송밸브 수단은 상기 제 1 가변 체적실로부터 상기 제 2 가변 체적실로 가스가 통과하도록 허용하고, 상기 제 2 가변 체적실로부터 상기 제 1 가변 체적실로 가스가 통과하는 것을 방지하며, 압력차가 상기 제 1 가변 체적실과 상기 제 2 가변 체적실에 걸쳐 제 2 크기로 확립될 때만 상기 상기 제 1 가변 체적실로부터 상기 제 2 가변 체적실로 가스의 통과를 허용하는 제 2 일방밸브를 구비하고 있다.
바람직하게는, 상기 배출구 밸브수단은 상기 제 2 가변 체적실로부터 상기 유체 배출구로 가스가 유출되도록 허용하지만, 상기 유체 배출구를 경유하여 상기 제 2 가변 체적실로 가스가 유입되는 것을 방지하고, 압력차가 상기 제 2 가변 체적실과 상기 유체 배출구에 걸쳐 제 3 크기로 확립될 때만 상기 제 2 가변 체적실로부터 가스의 배출을 허용하는 제 3 일방밸브를 구비하고 있다.
본 발명에 의해 제공된 상기 압축기는 상기 제 1 가변 체적실에 제 1 수준의 압력과 상기 제 2 가변 체적실에 제 2 수준의 압력으로 압축된 가스를 갖는 2단계 압축기임을 알게 될 것이다. 바람직하기로, 상기 제 1, 제 2, 제 3 일방밸브는 스프링에 의해 일측으로 가압된 밸브이다.
본 발명의 압축기는 그 구조가 단순하고 저렴하다.
상기 제 1 가변 체적실은 바람직하기로는 제 1 면적을 갖는 왕복축에 수직으로 취한 횡단부를 가지고 상기 제 2 가변 체적실은 상기 제 1 면적보다 더 작은 제 2 면적을 갖는 왕복축에 반경방향으로 취한 횡단부를 가지고 있다. 그러므로, 상기 왕복부재상에 가해진 힘에 대해 상기 제 1 가변 체적실내 가스에 가해진 압력은 상기 제 2 가변 체적실내 가스에 가해진 압력보다 더 작다.
바람직하기로, 상기 하우징은 상기 제 1 가변 체적실로 연장되고 반경방향 횡단부에 상기 제 1 가변 체적실과 결합되는 제 1 피스톤부를 가지며, 상기 하우징은 상기 제 2 가변 체적실로 연장되고 반경방향 횡단부에 상기 제 2 가변 체적실과 결합되는 제 2 피스톤부를 가진다.
본 발명은 구성부품의 통상적인 배열을 역으로 함으로써 구조의 단순성을 달성한다. 상기 실린더는 상기 왕복부재에 의해 제공되고 상기 피스톤은 고정 하우징에 의해 제공된다.
바람직하기로, 상기 유입구 밸브수단은 상기 하우징의 상기 제 1 피스톤부에 제공되고 상기 배출구 밸브수단은 상기 제 2 피스톤부에 제공된다. 바람직하기로, 상기 이송 밸브수단은 상기 왕복부재의 중간부에 위치된다.
상기 제 2 가변 체적실은 상기 제 1 가변 체적실의 최대 체적보다 작은 최대 체적을 갖는 것이 바람직하다.
바람직하기로, 상기 기관은 전기권선을 구동시키기 위해 사용된 전기 파형을 제어하기 위한 조절 수단을 가짐으로써 상기 장치의 출력을 제어한다.
본 발명의 또 다른 실시예가 첨부도면을 참조로 설명된다:
도 1은 본 발명에 따른 내연기관의 개략 횡단면도이다;
도 2는 도 1의 내연기관을 관통하도록 취한 개략 횡단면도이다;
도 3은 도 1 및 도 2에 예시된 내연기관의 조합된 쌍의 개략도이다; 그리고
도 4는 본 발명에 따른 압축기를 관통하도록 취한 개략 횡단면도이다.
도 1을 참조하면, 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치가 내연기관(10)의 형태로 도시되어 있다. 상기 내연기관(10)은 왕복부재(12)가 왕복하는 하우징(11)을 구비하고 있다. 상기 왕복부재(12)는 상기 하우징(11)의 왕복축(13)을 따라 직선으로 왕복 가능하다. 상기 왕복부재(12)는 상기 하우징(11)과 함께 제 1 가변 체적실(14) 및 제 2 가변 체적실(15)을 정의한다.
일방향으로 스프링에 의해 가압된 밸브 형태의 유입구 밸브(16)는 공기가 공기 유입구(17)로부터 상기 제 1 가변 체적실(14) 안으로 유입되도록 하고 상기 제 1 가변 체적실(14)로부터 상기 공기 유입구(17) 밖으로 공기가 유출되는 것을 방지한다.
상기 왕복부재(12)는 왕복축(13)에 수직하게 뻗은 중간부(18)를 구비하고 있다. 상기 왕복부재(12)는 또한 상기 중간부(18)의 대향측에 2개의 단부(19,20)를 구비하고 있다. 각각의 상기 단부(19,20)는 상기 왕복축(13)에 거의 평행하게 연장된 벽을 구비하고 있다. 각각의 상기 단부(19,20)는 상기 중간부(18)와 함께 일단에서 개방단부 실린더 개구를 정의한다. 상기 하우징(11)은 상기 왕복부재(12)의 제 1 개방단부 실린더에 연장되어 있고, 상기 단부(19)에 의해 형성된 개방단부 실린더내에서 피스톤으로 작용하는 제 1 피스톤부(21)를 구비한다. 상기 제 1 피스톤부(21)와 상기 단부(19)에 형성된 제 1 개방단부 실린더가 상기 제 1 가변 체적실(14)을 함께 정의한다.
상기 하우징(11)은 상기 단부(20)에 의해 정의된 상기 개방단부 실린더로 연장되어 있고 상기 단부(20)에 의해 정의된 개방단부 실린더내에 피스톤으로서 작동하는 제 2 피스톤부(22)를 구비한다. 상기 개방단부 실린더와 상기 단부(20)에 형성된 상기 제 2 피스톤부(22)가 상기 제 2 가변 체적실(15)을 함께 정의한다. 상기 제 1 가변 체적실(14)로부터 상기 제 2 가변 체적실(15)로 가스의 이송은 3개의 도관(23, 24, 및 25)(도 2 참조)에 의해 가능해진다. 각 도관(23,24,25)은 제 1 가변 체적실(14)상에 개방될 수 있는 이송포트로부터 제 2 가변 체적실(15)상에 개방될 수 있는 이송포트에 까지 이어져 있다. 예를 들면, 도 1에서 도시된 바와 같이, 상기 도관(23)은 제 1 가변 체적실 (14)상에 개방될 수 있는 이송포트(26)로부터 제 2 가변 체적실(15)상에 개방될 수 있는 이송포트(27)에 까지 이어져 있다. 상기 이송포트(26,27)는 상기 하우징(11)의 피스톤부(21,22)에 의해 각각 정렬되고 덮혀질 때 폐쇄된다. 상기 이송포트(26,27)는 상기 피스톤부(21,22)에 의해 각각 정렬되지 않고 덮혀지지 않을 때 개방된다.
도관(30)은 상기 왕복부재(12)를 통해 연장되어 있고 상기 기관(10)의 배기관(32)과 함께 상기 가변 체적실(15)에서 개방될 수 있는 배기포트(31)와 연결되어 있다. 상기 배기포트(31)는 도 2에서 도시된 바와 같이, 이송포트(27,33,및 34)에 직경방향으로 마주보는 위치에 있다.
상기 왕복부재(12)는 원형의 반경방향 횡단면을 가지는 것을 도 2에서 또한 알 수 있다. 상기 왕복부재(12)의 상기 단부(19,20)는 왕복축(13)에 일치하는 상기 왕복부재(12)의 중심축으로부터 이격된 각각의 환형 벽을 구비한다. 각각의 상기 단부(19,20)의 환형 벽은 상기 하우징(11)내에 제공된 환형 슬롯에서 활주할 수 있다. 두 환형 슬롯(35,36)은 상기 하우징(11)의 각 단부에 제공되어 있다. 상기 단부(19)와 상기 슬롯(35)사이에 환형링 실(annular ring seal)(37)이 작용하며, 상기 단부(20)와 상기 슬롯(36)사이에 환형링 실(38)이 작용한다.
전기권선(39)이 상기 하우징(11)내에 상기 왕복부재(12) 주위에 감긴 채 제공된다. 상기 전기권선(39)은 본래 환형이며 상기 왕복부재(12)의 실린더 최외각 표면에 인접 평행하게 연장되어 있다. 상기 환형 전기권선(39)은 왕복축(13)에 평행하게 연장되어 있고 각각의 왕복운동동안 상기 왕복부재(12)의 축 길이 및 상기 왕복부재(12)에 의해 이동된 거리의 합과 적어도 동일한 길이를 갖는다.
상기 기관(10)은 연료로서 압축 천연가스를 사용한다. 상기 압축 천연가스는 가스 인젝터(injector)(42)까지 파이프(41)로 연결되어 있는 압축 용기(40)에 들어있다. 상기 가스 인젝터(42)는 상기 제 2 가변 체적실(15)내에 압축된 천연가스의 유량을 조절하지만, 상기 기관(10)은 상기 연료에 대한 임의의 펌핑수단을 포함하지 않으며, 대신에 압축가스 그 자체의 압력에만 의존한다.
상기 하우징(11)의 상기 제 2 피스톤부(22)에는 상기 이송포트(27, 33, 및 34)가 개방될 때, 즉 상기 왕복부재(12)가 도 1에서 도시된, 즉, 최대 체적에 또는 최대 체적에 근접한 상기 제 2 가변 체적실의 체적과 최소 체적에 또는 최소 체적에 근접한 상기 제 1 가변 체적실의 체적을 갖는 좌측에 배치된 위치에 있을 때, 상기 이송포트(27,33, 및 34)에 인접 위치한 절단부(cut out portion)(43)가 제공된다. 상기 절단부(43)는 연소가 개시되는 제 2 가변 체적실(15)내 영역을 정의한다. 점화 플러그(44)가 상기 영역(43)에서 작동되도록 제공된다.
상기 하우징(11)에는 45,46과 같은 냉각공기 유입구가 제공된다. 도시된 바와 같이 이들 냉각공기 유입구(45,46)는 냉각공기가 상기 하우징(11)내로 유입되도록 하지만 상기 하우징(11)으로부터 배출되지 않도록 하는 밸브 유입구이다. 대신에, 냉각공기 배출구(47,48)가 상기 하우징(11)의 타단에 제공된다. 냉각공기 도관(47,48)은 상기 왕복부재(12)의 길이를 따라 직선으로 뻗어있다. 상기 왕복부재(12)가 왕복함에 따라, 냉각공기는 냉각공기 유입구(45,46)를 통하여 안으로 유입되고, 상기 냉각공기 도관(47,48)을 통과하여, 상기 냉각공기 배출구(47,48)를 통하여 배출된다. 실제로, 상기 배출구(48)를 통하여 배출된 상기 냉각공기는 상기 배기관(32)을 통하여 배기가스와 혼합된다.
도 1 및 도 2에서 도시된 상기 기관의 작동에서, 충전공기가 상기 유체 유입구(17) 및 상기 일방향 유입구 밸브(16)를 경유하여 상기 제 1 가변 체적실(14)로 유입된다. 상기 공기는 상기 제 1 가변 체적실(14)의 체적이 증가될 때, 즉 상기 왕복부재(12)가 도 1에서 오른쪽의 위치로 이동할 때, 상기 제 1 가변 체적실(14)로 유입된다. 상기 왕복부재(12)가 상기 제 1 가변 체적실(14)의 체적을 증가시키도록 움직임에 따라, 상기 일방향 유입구 밸브(16)를 가로질러 상기 제 1 가변 체적실(14)내로 공기의 유입을 허용하는 압력차가 발생된다. 공기는 상기 체적실(14)이 최대 체적에 도달할 때까지 상기 체적실(14) 안으로 계속 들어오게 된다. 이 지점에서, 상기 일방밸브(16)가 폐쇄되고, 상기 왕복부재(12)는 상기 체적실(14)의 체적을 감소시키도록 작동한다.
상기 이송포트(26)는 상기 왕복부재(12)의 전부 또는 대부분의 이동을 통해 개방되어 진다. 상기 왕복부재(12)가 상기 체적실(14)의 체적을 감소하도록 작동함에 따라, 상기 체적실(14)내 공기가 압축되고 또한 상기 이송포트(26)를 통하여 상기 도관(23,24, 및 25)으로 이동되어 진다. 초기에 상기 왕복부재(12)가 상기 체적실(14)의 체적을 감소하도록 작동할 때, 상기 이송포트(27,33, 및 34)는 상기 하우징(11)의 피스톤부(22)에 의해 밀봉되어 있기 때문에, 상기 이송포트(27,33, 및 34)는 상기 체적실(15)에 개방되어 있지 않다. 상기 체적실(14)이 최소 체적에 이르고 상기 체적실(15)이 최대 체적에 이를 때, 상기 이송포트(27,33, 및 34)는 개방되고 상기 압축된 공기가 상기 체적실(15) 안으로 유입되며 상기 체적실(15)로부터 연소된 가스를 상기 배기포트(31)를 통하여 배기관(32) 밖으로 소기한다. 상기 이송포트(27,33, 및 34)를 경유하여 유입된 상기 공기는 또한 상기 기관(10)에 새로운 충전공기를 형성한다.
일단 상기 체적실(15)이 최대 체적에 이르게 되면, 상기 왕복부재(12)의 운동방향이 바뀌게 되며, 상기 왕복부재(12)는 상기 체적실(15)의 체적을 감소시키도록 작동하여 상기 체적실(14)의 체적을 증가시키게 한다. 그리고 나서 상기 이송포트(27,33, 및 34)는 상기 피스톤부(22)의 외주변 표면에 의해 덮혀져 폐쇄되어 진다. 상기 배기포트(31)는 상기 피스톤부(22)에 의해 실질적으로 폐쇄되어 진다. 상기 체적실(15)이 폐쇄되어 지고나서 상기 체적실(15)내 공기는 상기 왕복부재(12)가 이동하여 상기 체적실(15)의 체적을 감소시킴으로써 압축되어 진다.
상기 배기포트(31)가 폐쇄될 때이거나, 또는 상기 배기포트(31)가 폐쇄되기 바로 전에, 압축 가스가 상기 체적실(15)로 유입되어 진다. 상기 인젝터(42)는 압축 가스의 유입을 제어한다.
상기 배기포트(31)가 상기 체적실(15)의 체적의 감소에 의해 폐쇄된 후 상기 체적실(15)내 가스 및 공기의 혼합기가 압축된다. 상기 체적실(15)의 체적이 최소가 되는 지점 또는 부근에서, 점화 플러그(44)는 가스 및 공기 혼합기를 스파크시켜 점화한다. 그리고 나서 상기 연소된 가스 및 공기 혼합기는 팽창되고 상기 체적실(15)의 체적이 증가함에 따라 상기 왕복부재(12)에 힘을 가하여 상기 왕복부재(12)를 이동시킨다. 결국, 상기 배기포트(31)는 개방되고, 상기 팽창한 연소가스는 상기 배기관(32)을 통하여 배출될 수 있다. 상기 연소가스는 상기 이송포트(27,33, 및 34)에 유입된 다음 충전공기에 의해 소기되어지고 전체 사이클이 다시 시작된다.
연소전에 상기 체적실(15)내에 있는 연료/공기 혼합기가 약간의 배기가스를 포함하게 될 것이며, 이는 바람직하다. 왜냐하면 상기 배기가스는 래디칼 이온을 포함할 것이고 활성의 래디칼 연소에 의해 상기 연료/공기 혼합기의 연소를 가능하게 할 것이기 때문에 바람직하다. 활성의 래디칼 연소는 해당 기술분야에 공지되어 있어 본 명세서에는 상세하게 설명하지 않을 것이다. 바람직한 실시예에서, 활성의 래디칼 연소는 스파크 점화를 이용한 연소와 병행하여 발생한다.
도 1에서 본 발명의 실시예인 기관(10)은 하우징(11)과 왕복부재(12) 사이에서, 체적실(15)은 최소 체적을 가지고 체적실(14)은 최대 체적을 가지는 위치로, 왕복부재(12)를 일측으로 가압시키도록 작동하는 스프링(49)을 구비한다. 이 장치에서, 상기 체적실(15)내 연소된 가스가 팽창한 후, 상기 스프링(49)은 저장된 에너지를 사용하여, 상기 체적실(14)은 최대 체적을 가지고 상기 체적실(15)은 최소 체적을 가지는 위치로, 왕복부재(12)를 되돌린다.
상기 왕복부재(12)의 왕복은 전기권선(39)에 의해 전기를 발생시킬 것이다. 상기 전기권선(39)은 선(51)상에 교류전류 사인곡선의 파동형태를 발생하는 전자제어기(50)와 접속된다. 상기 선(51)은 전기부하와 접속된다. 상기 선(51)은 점화 플러그(44)의 점화 및 인젝터(42)에 의해 압축 가스의 충전을 제어하는 전자제어기(52)와 또한 접속된다. 상기 제어기(52)는 상기 선(51)의 신호로부터 상기 하우징(11)에 대한 상기 왕복부재(12)의 위치를 알 수 있다.
스프링(49)과 같은 스프링을 사용하는 것보다, 도 3에서 예시된 바와 같이 두 기관(10)이 앞뒤로 연결되어 사용될 수 있음이 고려된다. 상기 기관(10)중 한 기관의 상기 제 2 가변 체적실(15)은 다른 기관(10)의 상기 제 2 가변 체적실(15)이 최소 체적을 가질 때 최대 체적을 가짐을 도 3에서 알 수 있다. 상기 두 왕복부재(12)는 커넥팅 로드(connecting rod)(53)에 의해 연결된다. 상기 기관(10)중 한 기관에서 상기 연소된 가스의 팽창은 두 기관(10)내 상기 왕복부재 모두다가 움직이도록 야기한다. 도시된 상기 장치에서, 상기 왕복부재(12)를 움직이도록 작용하는 팽창력이 항상 있도록 상기 기관중 한 기관에 연소가스의 팽창이 항상 있게 될 것이다. 상기 기관(10)중 한 기관에서 연소가스의 팽창은 한 방향으로 상기 왕복부재(12)를 움직이게 작동하고 상기 다른 기관(10)내 연소가스의 팽창은 반대 방향으로 상기 왕복부재(12)를 움직이게 작동한다.
상기 제어기(50)는 두 기관(10)에 공통되고 선(51)은 선(55)상에 3상 교류전류를 생산하는 인버터(54)에 연결되어 있음을 도 3에서 알 수 있다.
본 발명의 기관은 예를 들면 하이브리드 전기차량의 사용에 적합한 조합된 기관 및 전기발전기를 제공하는 것임을 상기로부터 알게 될 것이다. 이와 같은 경우, 상기 기관은 전지 및 전기 모터의 조합에 연결되고 전지내 축전을 위해 전기 모터를 구동시키고/시키거나 전기를 생산할 것이다. 출력선은 다른 전기장치를 구동시키기도록 차량의 외부부하와 접속될 수 있음이 또한 가능하다.
본 발명의 기관(10)은 상기 기관의 본래 주파수인 고유 주파수에서 작동하도록 설계될 수 있다. 상기 기관은 한 정상상태 조건에서 작동하거나 또는 두 개의 다른 정상상태 조건에서 작동하도록 설계된다. 상기 왕복부재(12) 및 둘러싸고 있는 상기 전기권선(39)의 상호작용은 상기 전자제어기(50)의 사용에 의해 상기 왕복부재(12)의 왕복을 일부 제어가능하게 한다. 상기 왕복부재(12)의 왕복주파수 및/또는 왕복운동의 진폭은 전류출력을 변화시키도록 변경될 수 있다. 상기 전류는 상기 왕복부재(12)의 최대속도에 비례하게 될 것이다.
유도코일(39)은 에나멜 선을 구비할 수 있음이 고려된다.
상술한 상기 기관(10)은 전지와 같은 전기공급원에 의해 피동되는 코일(39)을 이용함으로써 시동될 수 있다. 상기 제어기(50)는 상기 왕복부재 (12)의 왕복을 시작하기 위해 상기 코일(39)에 전압을 인가하도록 사용될 수 있다. 일단 왕복부재(12)가 왕복을 시작하면 상기 제어기(52)는 압축 가스의 충전 및 상기 스파크 플러스(44)의 점화를 시작할 것이다. 시동중 상기 제어기(50)의 제어하에 시간 간격을 둔 대항력이 상기 왕복부재(12)에 가해질 것이다. 도 3 장치의 상기 두 기관(10)의 두 코일은 도 3 장치에서 시동동안 앞뒤로 연결되어 제어될 것이다. 달리 말하면, 상기 코일(39)은 상기 기관으로부터 동력을 뽑아내는 발전기로서 뿐만 아니라 상기 왕복부재의 운동을 시동하도록 하는 전기모터의 일부분으로서 사용된다. 전형적으로 상기 왕복부재는 연소가 개시되기 전에 3번 또는 4번 왕복되어질 것이다.
상기 코일(39)은 상기 체적실(15)의 부피를 감소시키고 그 내부에 충전공기를 압축하도록 작용하는 전자기력을 가하도록 49와 같은 스프링 대신에 또는 스피링과 병행하여 사용될 수 있다. 이것이 발생할 수 있게 상기 코일에 전력이 공급된다. 연료/충전공기를 압축하는 상기 코일(39)에 필요한 평균 전력이 연소가스의 팽창에 의해 야기된 왕복부재의 이동에 의해 코일에 의해 얻는 전력보다 작은 경우 상기 기관은 전력을 생산할 것이다. 상기 코일은 플라이휠(flywheel)에 대한 전기 등가물로서 효과적으로 작동할 수 있다. 연료/충전공기의 압축을 (스프링의 도움없이) 야기하는 유일한 수단으로서 코일의 사용은 왕복부재(12)의 위치에 대한 정확한 제어를 보장하는데 있어 유익하게 될 것이다.
상기 기관(10)은 동작동안 상기 왕복부재(12)가 코일(39)에 의해 가해진 전자기력의 제어하에서, 제어가능한 지속적인 정지를 위해 고정상태를 유지할 수 있는 방식으로 동작될 수 있다. 예를 들면, 상기 왕복부재(12)는 상기 배기포트(31)가 막 폐쇄된 위치에 고정될 수 있다. 정지후, 그리고 나서 상기 코일(39)은 전자기력을 가하여 상기 체적실(15)내 연료/충전공기를 압축시키고, 동작이 다시 시작될 수 있다. 싸이클을 이루며 발생하는 가변길이 정지의 이용은 왕복시 상기 왕복부재(12)가 일정한 최적비로 행해지는 것이 바람직하기 때문에 상기 왕복부재 (12)의 왕복비의 변화대신에 상기 기관의 출력전력을 변화시키도록 사용될 수 있다.
위의 상기 기관은 무게가 가볍고 비용이 적게드는 매우 단순한 구조기관을 제공하고 있음을 알게 될 것이다. 상기 기관은 효과적으로 상기 왕복부재(12)인 단일 이동부분을 갖는다. 상기 기관은 이와 같은 밸브를 구동하기 위해 복잡한 밸브를 이용한 장치 또는 캠 샤프트를 필요로 하지 않는다.
본 발명의 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치는 압축기를 또한 제공할 수 있고 이에 대한 예가 도 4에 도시되어 있다. 도 4에서 압축기(100)가 왕복부재(102)를 왕복시키는 하우징(101)을 구비하고 있는 것이 도시되어 있다. 상기 왕복부재(102)는 왕복축(103)을 따라 왕복한다. 상기 왕복부재(102)는 상기 하우징(101)과 함께 제 1 가변 체적실(104)과 제 2 가변 체적실(105)을 정의한다. 상기 제 1 가변 체적실(104)은 제 1 면적을 갖는 상기 왕복축(103)의 반경방향으로 취한 횡단면을 가지고, 상기 제 2 가변 체적실(105)은 제 1 면적보다 작은 제 2 면적을 갖는 왕복축(103)의 반경방향으로 취한 횡단면을 갖는다. 상기 제 2 가변 체적실(105)은 상기 제 1 가변 체적실(104)의 최대 체적보다 작은 최대 체적을 갖는다. 일방향 유입구 밸브(106)는 가스 유입구(107)로부터 상기 제 1 가변 체적실(104) 안으로 가스 유입을 허용하지만, 상기 제 1 가변 체적실(104)로부터 상기 가스 유입구(107) 밖으로 가스가 나가도록 허용하지는 않는다. 상기 일방향 유입구 밸브(106)는 스프링에 의해 일측으로 가압되어 있고 제 1 크기의 압력차가 상기 가스 유입구(107)와 상기 제 1 가변 체적실(104)에 걸쳐 확립될 때 상기 가스 유입구(107)로부터 상기 제 1 가변 체적실(104) 안으로만 가스가 유입하도록 허용한다. 상기 왕복부재(102)는 상기 왕복축(103)에 수직하게 연장된 중간부(108)를 구비한다. 상기 왕복부재(102)는 상기 중간부(108)의 대향면상에 두 단부(109,110)를 갖는다. 상기 단부(109,110)는 상기 왕복축에 거의 평행하게 연장된 벽을 구비한다. 각 단부(109,110)는 상기 중간부(108)와 함께 일단에서 개방된, 개방단부 실린더를 정의한다. 상기 하우징(101)은 상기 단부(109)에 의해 부분적으로 정의된 개방단부 실린더 안으로 연장된 제 1 피스톤부(111)를 갖는다. 상기 피스톤부(111)는 상기 단부(109)에 의해 부분적으로 정의된 상기 개방단부 실린더내 피스톤으로서 작동한다. 상기 개방단부 실린더와 상기 단부(109)에 의해 부분적으로 정의된 상기 제 1 피스톤부(111)가 상기 제 1 가변 체적실(104)을 함께 정의한다.
제 2 피스톤부(112)는 상기 벽(110)에 의해 부분적으로 정의된 개방단부 실린더 안으로 연장된다. 상기 피스톤부(112)는 상기 단부(110)에 의해 부분적으로 정의된 개방단부 실린더내 피스톤으로서 작동하고 상기 개방단부 실린더와 상기 피스톤부(112)가 함께 제 2 가변 체적실(105)을 정의한다.
상기 왕복부재(102)는 대개 원형의 반경방향 횡단면을 가지고, 상기 단부(109,110)는 상기 왕복축(103)과 일치하는 상기 왕복부재(102)의 중심축으로부터 이격된 환형 벽을 각각 구비한다. 상기 단부(109,110)의 벽은 상기 하우징(101)의 마주보는 단부에 제공된 두 개의 환형 슬롯(113,114)내에 활주할 수 있다. 스프링에 의해 일측으로 가압된 일방향 이송밸브(115)가 상기 왕복부재(102)의 상기 중간부(108)에 제공된다. 상기 밸브(115)는 상기 체적실(104)로부터 상기 체적실(105)까지 가스가 흐르도록 허용하지만 상기 체적실(105)로부터 상기 체적실(104)로 역으로 흐르는 것을 허용하지 않는다. 상기 밸브(115)는 스프링에 의해 일측으로 가압되어 있고 압력차가 상기 체적실(104)과 상기 체적실(105)에 걸쳐 제 2 크기로 확립될 때 상기 체적실(104)로부터 상기 체적실(105)로 가스가 흐로도록만 허용된다.
또한 스프링에 의해 일측으로 가압된 제 3 일방밸브(116)가 상기 피스톤부(112)에 제공되고 상기 체적실(105)로부터 가스 배출구(117)로 가스가 배출되게 한다. 상기 일방밸브(116)는 상기 체적실(105)로부터 가스 배출구(117)로 가스가 배출되게 하지만 상기 가스 배출구(117)로부터 상기 체적실(105) 안으로 가스가 유입되게는 허용하지 않는다. 상기 밸브(116)는 압력차가 상기 체적실(105)과 상기 가스 배출구(117)를 걸쳐 제 3 크기로 확립될 때만 상기 체적실(105)로부터 상기 가스 배출구(117)로 가스가 배출되도록 스프링에 의해 일측으로 가압된다.
환형 전기권선(118)은 상기 왕복부재(102)를 둘러싸고 상기 왕복부재(102)의 실린더 표면 바깥으로 대향하도록 인접 평행하게 연장된다. 상기 전기권선(118)은 왕복축(103)에 평행하게 연장되고 상기 왕복부재(102)의 축 길이 및 각각의 왕복에서 상기 왕복부재(102)에 의해 이동된 거리의 합과 적어도 동일한 길이를 갖는다.
상기 전기권선(118)은 전력(120)의 공급원과 접속된 제어기(119)에 접속된 다. 상기 제어기(119)는 주기적인 형태로 상기 왕복부재(102)가 먼저 한 방향으로 힘을 받고나서 반대방향으로 힘을 받는 방식으로 제어된 전기 파형을 상기 코일(118)에 제공한다. 상기 왕복부재(102)는 바람직하기로 상기 제어기(119)에 의해 공급된 전기 파형에 의해 설정된 주파수에서 앞뒤로 왕복하도록 야기된다.
상기 체적실(104)의 체적이 최소에서 시작한다면, 상기 왕복부재는 상기 체적실(104)의 체적이 증가하도록 상기 코일(118)에 의해 가해진 전자기력에 의해 힘을 받게 될 것이다. 체적의 이러한 증가는 상기 유입구 밸브(106)에 걸쳐 압력차를 확립할 것이고 이 압력차가 상술한 제 1 크기보다 더 클 때, 상기 유입구 밸브(106)는 상기 가스 유입구(107)로부터 상기 체적실(104)로 가스가 유입되도록 개방될 것이다. 일단 상기 체적실(104)이 최대 체적에 이르게되면 상기 일방밸브(106)는 폐쇄될 것이고 상기 왕복부재(102)는 상기 체적실(104)의 체적을 감소시키도록 자기력에 의해 힘을 받게 될 것이다. 그러므로 상기 체적실(104)내 가스가 압축된다. 상기 체적실(104)내 압축가스의 압력이 (상술한) 제 2 크기를 초과하게 되면, 상기 일방밸브(115)가 개방될 것이고 상기 체적실(104)로부터 (상기 체적실(104)의 크기가 감소됨에 따라 크기가 증가되는) 상기 체적실(105)로 가스가 흐르게 될 것이다. 상기 체적실(105)이 최대 체적에 도달하게 되고 상기 체적실(104)이 최소 체적에 도달하게 되면, 상기 일방밸브(115)는 폐쇄되고, 상기 왕복부재(102)는 상기 체적실(105)의 체적을 동시에 감소시키도록 하는 한편 (상술한 바와 같이 가스가 유입되는) 상기 체적실(104)의 체적을 증가시키도록 다시 힘을 받게 될 것이다. 상기 체적실(105)은 감소된 횡단면적을 가지고 있기 때문에, 상기 왕복부재(102)에 작용한 힘은 체적실(105)내에 압축된 가스에 가해지는 더 큰 압력을 초래한다. 체적실(105)내 압축가스는 상기 밸브(116)에 걸치는 압력차가 제 3 크기에 도달할 때까지 압축되고, 제 3 크기에 도달하는 지점에서 상기 밸브(116)가 개방되고, 체적실(105)내 압축가스가 상기 가스 배출구(117)를 경유하여 배출된다.
본 발명에 의해 제공된 상기 압축기(100)는 매우 단순한 구조의 2단계 압축기라는 것을 알게 된다. 상기 압축기의 출력은 전기권선(118)을 구동시키는데 사용되는 전기 파형을 제어함으로써 단순히 제어될 수 있다.
상기 압축기(100)의 구조는 상기 피스톤이 고정 하우징의 일 부분인 반면에 상기 실린더는 왕복부재의 일 부분인 점에서 특이하다. 이 구조는 상기 환형 전기권선(118)과 상기 전기권선(118)에 인접 위치한 상기 왕복부재(102) 사이에 유동적 연결(flux linkage)의 양호한 사용을 가능하게 한다. 상기 2단계 압축기는 효과적인 단일 이동부 장치이다.
상기 왕복부재에 의해 정의된 상기 개방단부 실린더는 원형 횡단면인 반면에, 상기 개방단부 실린더는 임의의 횡단면이 될 수 있고 상기 용어 "실린더"의 사용은 원형 횡단면을 필요로 하는 것이 아니라, 예를 들면 사각형 횡단면, 타원 횡단면, 직사각형 횡단면을 포함할 수 있거나 또는 가장 편리한 어떤 형태의 횡단면이라도 포함할 수 있음을 인식해야 한다.
상술한 상기 기관(10)에서, 예를 들면 이송포트, 예를 들어 26은 상기 체적실(14)이 최소 체적에 있을 때 상기 피스톤(21)에 의해 폐쇄되는 반면에, 상기 체적실(14,15) 사이에서의 이송제어는 상기 체적실(15)로 개방되는 상기 이송포트(27, 33, 및 34)에 의해 지배받게 되므로, 상기 체적실(14)에 개방되는 상기 이송포트는 상기 체적실(14)에 대해 영구히 개방될 수 있다.
상술한 상기 기관(10) 또는 상기 압축기(100)에서, 상기 왕복부재 (12,102)는 양호한 자기재료로 구성되는 강철(steel)일 수 있다. 대안으로, 코일은 예를 들면 더 가벼운 부재의 사용을 허용하기 위해 상기 왕복부재(12,102) 내부에 제공될 수 있다. 전류는 상기 장치의 수행을 향상시키기 위해 이와 같은 코일을 통하여 흐를 수(또는 유도될 수) 있다.
본 발명의 상세한 설명에 포함됨.
Claims (40)
- 하우징;상기 하우징내 왕복축을 따라 직선으로 왕복할 수 있고, 상기 하우징과 함께 제 1 및 제 2 가변 체적실을 정의하는 왕복부재;상기 제 1 가변 체적실에 연결된 유체 유입구;상기 제 2 가변 체적실에 연결된 유체 배출구;상기 유체 유입구를 통하여 상기 제 1 가변 체적실 안으로 유체 흐름을 허용하고 상기 제 1 가변 체적실로부터 상기 유체 유입구밖으로 유체 흐름을 방지하는 유입구 밸브수단;상기 제 1 가변 체적실로부터 상기 제 2 가변 체적실로 유체 흐름을 허용하고 상기 제 2 가변 체적실로부터 상기 제 1 가변 체적실로 유체 흐름을 방지하는 이송 밸브수단; 및상기 제 2 가변 체적실로부터 유체 배출구로 밖으로 유체 흐름을 허용하고 상기 유체 배출구로부터 상기 제 2 가변 체적실 안으로 유체 흐름을 방지하는 배출구 밸브수단을 구비하고,제 1 방향으로 상기 하우징내 상기 왕복부재가 이동하는 동안, 유체가 상기 제 1 가변 체적실 안으로 유입되며, 상기 제 2 가변 체적실내 유체는 상기 제 2 가변 체적실로부터 상기 유체 배출구를 경유하여 배출되고,제 1 방향의 반대방향인 제 2 방향으로 상기 하우징내에 상기 왕복부재가 이동하는 동안, 유체가 상기 제 1 가변 체적실 안에 압축되며, 유체가 상기 제 1 가변 체적실로부터 상기 이송 밸브수단을 경유하여 상기 제 2 가변 체적실로 이송되고,상기 왕복부재는 왕복축에 수직하게 연장된 중간부와 상기 중간부의 대향면상에 있는 두 개의 단부를 구비하며, 상기 각각의 단부는 상기 왕복축에 거의 평행하게 연장되어 있는 벽을 구비하고 상기 각각의 단부는 상기 중간부와 함께 일단에서 개방단부 실린더 개구를 정의하며,상기 하우징은 상기 왕복부재의 제 1 개방단부 실린더 안으로 연장되어 있고 상기 제 1 개방단부 실린더내 피스톤으로서 작동하는 제 1 피스톤부를 가지며, 상기 제 1 피스톤부 및 상기 제 1 개방단부 실리더가 함께 상기 제 1 가변 체적실을 정의하고,상기 하우징은 상기 왕복부재의 제 2 개방단부 실린더 안으로 연장되어 있고 상기 제 2 개방단부 실린더내 피스톤으로서 작동하는 제 2 피스톤부를 가지며, 상기 제 2 피스톤부 및 상기 제 2 개방단부 실린더가 함께 상기 제 2 가변 체적실을 정의하는, 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치로서,상기 장치는 상기 왕복부재의 각 단부 벽에 인접 평행하게 연장되어 있고, 상기 왕복부재를 둘러싸고 있는 하우징내에 제공된 전기권선을 더 구비한 것을 특징으로 하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 왕복부재는 대개 원형 원주방향 횡단면을 가지고, 상기 단부 각각은 상기 왕복부재의 중심축으로부터 이격된 환형 벽을 구비하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 전기권선은 상기 왕복부재의 왕복축에 평행하게 연장되어 있고, 상기 왕복부재의 축 길이 및 각각의 왕복시 상기 왕복부재에 의해 이동된 거리의 합과 적어도 동일한 길이를 갖는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 왕복부재의 단부 벽은 상기 하우징내에 정의된 슬롯에서 활주가능하며 상기 하우징내 상기 전기권선은 상기 슬롯을 정의하는 표면에 인접 평행하게 연장되어 있는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 4 항에 있어서,실(seal)이 상기 왕복부재의 단부와 상기 단부가 활주하는 상기 슬롯 사이에 형성되는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 5 항에 있어서,탄성수단이 상기 하우징과 상기 왕복부재 사이에서 상기 왕복부재 일측으로 힘을 가하여 한쪽 방향으로 움직이도록 작용하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 탄성수단은 상기 왕복부재 일측으로 힘을 가하여 상기 제 2 가변 체적실을 최소 체적으로 감소시키도록 작용하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 1 항에 있어서,각각의 상기 유입구 밸브수단과 상기 배출구 밸브수단 및 상기 이송 밸브수단은 압력차의 작용하에 개폐하는 일방밸브(one-way valve)이거나 왕복동안 상기 왕복부재에 의해 주기적으로 개폐되는 상기 가변 체적실중 한 체적실에 개방되는 포트를 포함하는 포트밸브(ported valve)를 구비하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 유입구 밸브수단은 스프링에 의해 일측으로 가압된 일방밸브를 구비하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 1 항에 있어서,충전공기가 상기 유체 유입구를 경유하여 상기 제 1 가변 체적실로 유입되고,상기 제 1 가변 체적실로 유입된 상기 충전공기는 압축되며,상기 압축된 충전공기는 상기 이송 밸브수단을 경유하여 상기 제 2 가변 체적실로 이송되고,상기 장치는 상기 압축된 충전공기와 함께 혼합하기 위해 연료를 상기 제 2 가변 체적실로 이송하는 연료 이송수단을 구비하고,상기 연료 및 공기의 압축된 충전 혼합기가 연소되고 상기 제 2 가변 체적실에서 팽창되어 지며,상기 팽창된 연소 혼합기가 상기 이송 밸브수단을 경유하여 상기 제 2 가변 체적실로 이송된 연이은 충전공기에 의해 제 2 가변 체적실로부터 소기(掃氣)되는 내연기관으로서 기능하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 사용된 연료는 압축 천연가스이고, 상기 장치는 압축된 상태의 천연가스를 저장하기 위한 저장수단을 구비하며, 상기 연료 이송수단은 펌핑수단을 사용하지 않고도 상기 제 2 가변 체적실로 상기 압축된 천연가스의 유량을 제어하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,상기 유입구 밸브수단은 일방밸브를 구비하고, 상기 이송 밸브수단은 상기 왕복부재가 운동하는 동안 주기적으로 개폐되는 포트를 구비하고, 상기 배기 밸브수단은 상기 왕복부재가 운동하는 동안 주기적으로 개폐되는 포트를 구비하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 이송 밸브수단은 상기 제 1 가변 체적실내에 개방될 수 있는 제 1 이송포트와 상기 제 2 가변 체적실내에 개방될 수 있는 제 2 이송포트 및 상기 제 1 및 제 2 이송포트를 연결시키기 위해 상기 왕복부재를 통해 연장된 도관수단을 구비하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 이송포트는 상기 왕복부재의 한 개방단부 실린더의 단부 벽의 안으로 향한 면에 제공되고, 상기 제 2 이송포트는 상기 왕복부재의 다른 개방단부 실린더의 단부 벽의 안으로 향한 면에 제공되는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 하우징의 제 1 피스톤부는 상기 왕복부재가 왕복하는 동안 상기 제 1 개방단부 실린더에 있는 상기 제 1 이송포트를 개폐하고, 상기 하우징의 제 2 피스톤부는 상기 왕복부재가 왕복하는 동안 상기 제 2 개방단부 실린더에 있는 상기 제 2 이송포트를 개폐하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 배기 밸브수단은 상기 제 2 가변 체적실내 개방될 수 있는 배기포트 및 상기 배기포트를 상기 유체 배출구에 연결시키기 위해 상기 왕복부재를 통해 연장된 도관수단을 구비하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 배기포트는 상기 제 2 개방단부 실린더의 단부 벽의 안으로 향한 면상에 제공되고, 상기 배기포트는 상기 제 2 이송포트에 대향한 위치에 있는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 17 항에 있어서,상기 하우징의 제 2 피스톤부는 상기 왕복부재가 왕복하는 동안 상기 배기포트를 개폐하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 18 항에 있어서,상기 왕복부재가 각각 왕복하는 동안 상기 하우징의 상기 제 2 피스톤부는 순차적으로:상기 배기포트를 개방하여 연소된 가스가 상기 제 2 가변 체적실로부터 흐르도록 하고,상기 제 2 이송포트를 개방하여 상기 제 2 가변 체적실로 유입된 충전공기가 연소된 가스를 상기 배기포트를 통하여 상기 제 2 가변 체적실 밖으로 소기하도록 하고 연소를 위해 공기를 공급하도록 하며,상기 제 2 이송포트를 폐쇄하여 공기가 압축동안 상기 이송포트를 통하여 빠져나는 것을 방지하고,상기 배기포트를 폐쇄하여 연소준비를 위해 상기 제 2 가변 체적실을 밀봉하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,상기 하우징의 상기 제 2 피스톤부에는 상기 제 2 이송포트가 개방될 때 연소가 개시되는 영역을 정의하는 상기 제 2 이송포트에 인접 위치한 절단부(cut-out portion)가 제공되는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 연료 이송수단은 상기 하우징의 상기 제 2 피스톤부내 상기 절단부에 의해 정의되는 상기 제 2 가변 체적실의 영역으로 연료를 이송하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 21 항에 있어서,상기 연료 및 공기 혼합기는 상승된 압력 및 온도 조건에 따른 래디칼 이온의 존재에 의해 야기된 점화에 의해 점화되는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 21 항에 있어서,연소가 상기 압축된 연료 및 공기 혼합기를 점화하도록 개시되는 상기 제 2 가변 체적실의 영역에서 동작되도록 스파크 점화수단이 제공되는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 하우징은 냉각공기가 상기 왕복부재의 통과 및 냉각을 위해 대기로부터 유입 및 배출되도록 하는 상기 왕복부재를 통하여 통과하는 도관수단을 구비하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 24 항에 있어서,상기 왕복부재는 상기 왕복부재를 통하여 냉각공기의 통과를 허용하는 상기 왕복부재를 통과하는 냉각통로를 구비하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 왕복부재의 왕복은 전기부하와 접속될 수 있는 상기 전기권선과 함께 전력을 발생하는데 사용되는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 10 항에 의한 하나의 제 1 유체변위 장치와 제 10 항에 의한 다른 하나의 제 2 유체변위 장치를 앞뒤로 연결하여 사용하는 방법으로서,상기 제 1 및 제 2 유체변위 장치들의 왕복 부재는 동일한 왕복 축 상에 놓여있고 , 상기 제 1 및 제 2 유체변위 장치들의 왕복 부재는 함께 움직이도록 연결되며, 연소가스가 하나의 유체변위 장치 내에서 팽창하는 동안 연료 및 공기의 충전 혼합기는 다른 유체변위 장치 내에서 압축되도록 양 유체변위 장치들의 타이밍이 선택되는 것을 특징으로 하는 제 1 유체변위 장치와 제 2 유체변위 장치를 앞뒤로 연결하여 사용하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전기권선에 공급된 전력에 의해 왕복하도록 구동되는 상기 왕복부재와 함께 압축기로서 기능을 하고, 왕복중에충전가스가 상기 유체 유입구를 경유하여 상기 제 1 가변 체적실로 유입되고,상기 제 1 가변 체적실로 유입된 상기 충전가스는 상기 제 1 가변 체적실내에 압축되고,상기 압축된 가스는 상기 이송 밸브수단을 경유하여 상기 제 2 가변 체적실로 이송되고,상기 제 2 가변 체적실로 이송된 상기 압축된 가스는 상기 제 2 가변 체적실내에 더 압축되고,상기 제 2 가변 체적실내 압축된 가스는 상기 배출구 밸브수단를 경유하여 배출구로 배출되는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 28 항에 있어서,상기 유입구 밸브수단은 상기 유체 유입구로부터 상기 제 1 가변 체적실 안으로 가스가 통과하도록 허용하고 상기 제 1 가변 체적실로부터 상기 유체 유입구 밖으로 가스가 통과하지 않도록 하며, 제 1 크기의 압력차가 확립된 후에만 상기 유체 유입구로부터 상기 제 1 가변 체적실로 가스의 통과를 허용하는 제 1 일방밸브를 구비하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 29 항에 있어서,상기 이송 밸브수단은 상기 제 1 가변 체적실로부터 상기 제 2 가변 체적실로 가스의 통과를 허용하고 상기 제 2 가변 체적실로부터 상기 제 1 가변 체적실로 가스의 통과를 방지하고, 압력차가 제 2 크기로 확립된 후에만 상기 제 1 가변 체적실로부터 상기 제 2 가변 체적실로 가스의 통과를 허용하는 제 2 일방밸브를 구비하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 30 항에 있어서,상기 배출구 밸브수단은 상기 제 2 가변 체적실로부터 상기 유체 배출구로 가스가 배출되도록 허용하고, 상기 유체 배출구를 경유하여 상기 제 2 가변 체적실 안으로 가스가 유입되는 것을 방지하며, 압력차가 제 3 크기로 확립된 후에만 상기 제 2 가변 체적실로부터 가스의 배기를 허용하는 제 3 일방밸브를 구비하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 31 항에 있어서,각각의 제 1, 제 2 및 제 3 일방밸브는 스프링에 의해 일측으로 가압된 밸브인 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 28 항에 있어서,상기 제 1 가변 체적실은 제 1 면적을 갖는 왕복축의 반경방향으로 취한 횡단면을 가지고 제 2 가변 체적실은 제 1 면적보다 더 작은 제 2 면적을 갖는 왕복축의 반경방향으로 취한 횡단면을 갖는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 33 항에 있어서,상기 제 1 피스톤부는 반경방향 횡단면에서 상기 제 1 가변 체적실과 결합되고, 상기 제 2 피스톤부는 반경방향 횡단면에서 상기 제 2 가변 체적실과 결합되는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 34 항에 있어서,상기 유입구 밸브수단이 상기 제 1 피스톤부에 제공되고, 상기 배출구 밸브수단이 상기 제 2 피스톤부에 제공되는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 35 항에 있어서,상기 이송 밸브수단은 상기 왕복부재의 중간부에 위치되는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 33 항에 있어서,상기 제 2 가변 체적실은 상기 제 1 가변 체적실의 최대 체적보다 더 작은 최대 체적을 갖는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
- 제 28 항에 있어서,제어수단이 상기 전기권선을 구동시키는데 사용되는 전기 파형을 제어하기 위해 제공되고, 이에 의해 상기 장치의 출력을 제어하는 싸이클을 이루며 작동되는 유체변위 장치.
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| DE60211517T2 (de) * | 2001-07-05 | 2007-05-03 | Sarcos, L.C., Salt Lake City | Schnell ansprechende energieumwandlungsvorrichtung |
| EP1355050A1 (fr) * | 2002-04-16 | 2003-10-22 | Denys Wasem | Moteur à combustion interne |
| US6793471B2 (en) * | 2002-05-09 | 2004-09-21 | Sergei Latyshev | Fluid machine |
| DE10242141A1 (de) * | 2002-09-03 | 2004-03-18 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Freikolben-Verbrennungsvorrichtung mit elektrischem Lineartrieb |
| US20040265659A1 (en) * | 2003-06-26 | 2004-12-30 | Richardson Curtis A. | Pressure control system for fuel cell gas spring |
| US7810458B2 (en) * | 2003-11-26 | 2010-10-12 | Graydon Aubrey Shepherd | Reciprocating sleeve engine |
| US7066116B2 (en) * | 2004-07-29 | 2006-06-27 | Sarcos Investments Lc | Valve system for a rapid response power conversion device |
| US7363887B2 (en) * | 2004-12-02 | 2008-04-29 | Raytheon Sarcos, Llc | Dynamic mass transfer rapid response power conversion system |
| WO2008156897A2 (en) * | 2007-04-05 | 2008-12-24 | Raytheon Sarcos, Llc | Rapid-fire rapid-response power conversion system |
| JP5447419B2 (ja) * | 2011-03-28 | 2014-03-19 | 株式会社豊田中央研究所 | フリーピストン式発電機 |
| ITVR20110187A1 (it) * | 2011-10-04 | 2013-04-05 | Damiano Giuriato | Macchina ad alta efficienza per la produzione di energia da una sorgente di energia esterna |
| US9777716B2 (en) * | 2013-06-14 | 2017-10-03 | Richard Nelson | Dual displacement fluid level control pump |
| US11406742B2 (en) | 2014-07-18 | 2022-08-09 | M.A. Med Alliance SA | Coating for intraluminal expandable catheter providing contact transfer of drug micro-reservoirs |
| DE102016120354B4 (de) | 2016-10-25 | 2022-02-10 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Freikolbenvorrichtung |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4924956A (en) * | 1986-10-24 | 1990-05-15 | Rdg Inventions Corporation | Free-piston engine without compressor |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB198735A (en) | 1922-02-09 | 1923-06-11 | Peter Mcdermid | Improved internal combustion engine with reciprocating pistons and cylinders |
| GB736664A (en) | 1951-01-31 | 1955-09-14 | Ici Ltd | Improvements in or relating to high pressure reciprocating compressors |
| FR2092659B1 (ko) | 1970-06-05 | 1973-03-16 | Tassinari Robert | |
| ES468200A2 (es) * | 1976-02-11 | 1978-12-16 | Mallofre Salvador Gali | Perfeccionamientos en instalaciones neumaticas. |
| NL7806506A (en) | 1978-06-16 | 1979-12-18 | Adrianus Stephanus Maria Stuij | Compressed air engine for vehicle propulsion - has central power cylinder with piston forming unit with compressor pistons |
| DE2832909A1 (de) | 1978-07-27 | 1980-02-14 | Hans Norbert Heesen | Einkolbenmotor mit zwei brennkammern |
| US4449488A (en) * | 1980-06-09 | 1984-05-22 | Rondal P. Howell | Free piston internal combustion engine |
| US4586881A (en) | 1983-02-28 | 1986-05-06 | Beshore Craig S | Machine having integral piston and cylinder wall sections |
| US4775301A (en) * | 1986-06-27 | 1988-10-04 | Cartwright Garry E | Oscillating electromagnetic pump with one-way diaphragm valves |
| US5085563A (en) * | 1990-01-26 | 1992-02-04 | Collins Development Corporation | Reciprocating pump or motor |
| US5172784A (en) | 1991-04-19 | 1992-12-22 | Varela Jr Arthur A | Hybrid electric propulsion system |
| US5540194A (en) * | 1994-07-28 | 1996-07-30 | Adams; Joseph S. | Reciprocating system |
| US5600961A (en) | 1994-09-07 | 1997-02-11 | General Electric Company | Refrigeration system with dual cylinder compressor |
| US5678522A (en) * | 1996-07-12 | 1997-10-21 | Han; William | Free piston internal combustion engine |
| GB2330012B (en) | 1997-10-04 | 1999-09-15 | Zhang Wei Min | Linear motor compressor |
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Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| US4924956A (en) * | 1986-10-24 | 1990-05-15 | Rdg Inventions Corporation | Free-piston engine without compressor |
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