KR20010013078A

KR20010013078A - 내연 기관용 연료-공기 혼합기의 조합 장치와 방법, 및 그장치에 이용되는 열교환기

Info

Publication number: KR20010013078A
Application number: KR19997011057A
Authority: KR
Inventors: 알렉산드르 바실리에비체 프가체프
Original assignee: 알렉산드르 바실리에비체 프가체프
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 2001-02-26
Also published as: DE69910334T2; DE69910334D1; EP1006274B1; US6314919B1; WO1999049204A1; JP2002514286A; EP1006274A1; EP1006274A4

Abstract

본 발명은 엔진 제조 분야에 관한 것이고, 주된 흐름에 공급되는 농축 공기-연료 혼합기의 일부분을 처리하기 위한 내연 기관의 흡기 시스템에 사용될 수 있으며, 여기에서 액체 연료가 분무화되어 가스로 전환된다. 본 발명의 목적은 연료 절감을 상승시키고, 배기 가스 독성을 감소시키고, 보다 값싼 저옥탄 연료를 사용할 수 있게 하기 위한 것이다. 공기-연료 혼합기를 조합하는 방법은 엔진에 의해 사용될 정유(精油)의 10% - 100% 범위 사이를 함유하는 과도하게 농축된 혼합기 흐름을 가열하기 위해 생성된 고온 가스들로부터 열을 이용하는 단계를 포함하며, 여기에서 가열은 제2 흐름과 혼합기를 혼합하기 전에 실행된다. 그 혼합기는 그때 반응 중에 사용된 공기를 보상하기 위해 활성기의 열적 작용을 하나 또는 그 이상의 단계에서 받는다. 본 발명의 장치는 열교환기(1) 뿐만 아니라 혼합기 성분을 분배하는 유닛(2)을 포함하며, 이 유닛은 흡기 덕트(5)에 의해 혼합기(mixture)가 활성기(4)를 갖춘 챔버(3)로 공급되는 혼합기 회로에 연결된다. 이 챔버에서 고온 가스들이 생성되어, 가스 회로의 흡기 덕트(6) 뿐만 아니라 가스 회로의 배기 덕트(7)를 통해 엔진 흡기 시스템으로 흐른다. 활성기(4) 챔버는 파이프(8)에 연결되고, 추가의 공기를 활성기에 공급하기 위한 복수의 노즐(9)에 연결된다. 열교환기는 열 전달체 및 가열체의 흐름을 위한 복수의 셀-채널들을 형성하는 엠보싱된 격벽을 구비한 본체를 포함하며, 셀-채널 각각의 벽들은 그 단부에서 채널 높이의 반까지 함께 결합된다.

Description

내연 기관용 연료-공기 혼합기의 조합 장치와 방법, 및 그 장치에 이용되는 열교환기{METHOD FOR PREPARING AN AIR-FUEL MIXTURE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, DEVICE FOR REALISING THE SAME AND HEAT-EXCHANGER}

현재, 내연 기관용 연료-공기 혼합기(fuel-air mixture)를 조합하는 통상의 방법은, 액체 연료로부터 수소 함유 가스를 생성해서, 이 가스를 연료-공기 혼합기에 첨가하는 것으로 이루어진다.

그러나, 지금까지 알려진 방법에 따른 액체 연료 분해 반응은 고가의 백금 기저 촉매에 의해 상당한 고온(미국 특허 제4,147,142호 참조)에서 일어난다. 이 촉매는 작용 과정에서 정기적인 교체를 필요로 한다. 노킹 방지 첨가제는 촉매에 손상을 입힌다. 그리고 연료 분해를 위해 배출 가스의 열만을 이용하게 되면, 연료 분해 공정이 효과적이면서 안정하게 진행되는 데에 적합하지 못하다.

따라서, 보다 고온의 연료-공기 혼합기가 연료의 일부 연소에 의해 얻어지며, 따라서 연료의 소비가 증가된다(미국 특허 제3,901,197호 참조). 그때, 그렇게 예열된 혼합기가 촉매실을 통하여 내연 기관으로 공급된다. 그러나, 엔진 외부 연소(open fire)의 이용은 내연 기관의 제반조건을 고려한다면 위험하다. 엔진이 불안정하게 작동하거나 작동하지 않게 되면, 화염이 이동해서 화재가 발생할 위험이 상승되며, 이는 연료-공기 혼합기에 대한 화염 이동 속도가 혼합기 자체의 유속을 초과할 수 있기 때문이다.

더군다나, Ｃ_nＨ_n+2형태의 그을음과 코크스(coke)로서 촉매 기공 속에 퇴적되는 연소되지 않은 탄화 수소가 농축된 혼합기의 연소 후에 남게 되면, 촉매의 기능을 마비시킨다. 한편, 연료 분해를 위해 ICE 배기 가스들의 열만을 이용하면, 연료의 분해 공정이 효과적이면서 안정하게 진행되기에 부적합하다.

따라서, 보다 고온의 혼합기가 연료의 일부 연소에 의해 얻어지며, 따라서 연료의 소비가 증가된다(미국 특허 제3,901,197호 참조). 그때, 그렇게 예열된 혼합기는 먼저 촉매실로 공급되고 나서, 엔진으로 공급된다.

그러나, 내연 기관에서 엔진 외부 연소(open fire)를 이용하는 것은 위험하다. 엔진이 불안정하게 작동하거나 작동하지 않게 되면, 연료-공기 혼합기에 대한 화염 이동 속도가 혼합기 자체의 유속을 초과할 수 있으므로, 화염이 이동해서 화재가 발생될 위험이 상승된다.

농축된 혼합기는 완전하게 연소될 수 없기 때문에, 그을음과 코크스(coke)로서 촉매 기공에 퇴적되는 Ｃ_nＨ_n+2형태의 불완전 연소된 탄화 수소가 형성되며, 따라서 촉매의 기능을 마비시킨다.

독일 특허 제3,607,007호는 특수한 배관의 고온의 폐쇄 단부 상에 유동하는 혼합기 흐름들중 하나를 가열하는 것을 개시하고 있지만, 상기 단부면에 형성된 증기와 가스 쿠션(steam-and-gas cushion) 뿐만 아니라 혼합기의 진행 흐름에 나타나는 상당한 공기 역학적인 항력(drag)으로 인해 효율이 낮다. 더욱이, 연료 분해 반응이 흡열 반응으로서 본 방법에 의해 제공되지 않는 고온에서 진행되며, 이에 반하여 밸브 시트의 영역에서 750℃의 온도를 가진 배기 가스를 이용하는 것도 불가능하다. 이는 상기 영역으로부터 배관의 가열되는 단부면을 향하여 멀어지는 방향으로 상기 온도가 급격하게 떨어지기 때문이다.

연료-공기 혼합기를 조합하기 위한 선행기술의 장치중 하나가 점화 스파크와 버너를 갖춘 추가의 가열 장치를 포함하는 것으로 공지되어 있으며, 그 버너는 연료-공기 혼합기가 공급되어 그 속에서 엔진 외부 연소 방식으로 연소시키며, 그 후에 그 혼합기가 촉매를 갖춘 반응기로 공급되고, 그 반응기에서 액체 연료 분자의 일부가 분해된다(독일 특허 공개 제2,613,348호).

그러나, 엔진 외부 연소(open fire)와 고가이면서 단명(短命)인 촉매를 이용하는 것 및 비경제적인 상기 방법 및 장치들을 엔진 제조 산업에 적용하는 것은 비효율적이다.

특히 엔진 제조 산업에 사용되는 열교환기들에 대해 말하자면, 그 열교환기들은 공기 역학적인 항력(抗力) 또는 진행하는 흐름들의 헤드(head) 손실을 최소화하는 것에 관한 제반 필요조건을 충족시켜야만 한다. 그러한 필요조건은 저압의 가스 흐름들 또는 진공화된 가스 흐름들 사이의 열교환을 위한 열교환 장치에서 특히 중요하다.

내연 기관의 배기 가스들과 연료-공기 혼합기 사이의 열교환을 위한 열교환 장치 뿐만 아니라, 차량에서 액체-가스 연료의 직접 전환용 장치가 공지되어 있다(독일 특허 제3,607,007호, 소비에트 사회주의 공화국 연방의 발명자 증명서 제493,073호, 러시아 연방 특허 제2,008,495호).

액체-연료 전환 시스템은 낮은 공기 역학적인 항력에 특징이 있는 기존의 통상적인 연료-공기 조합 시스템과 더불어 내연기관에서 작동한다. 따라서, 전환 시스템에서 상기 항력이 상당히 증가할 때, 그 시스템의 효율은 매우 낮다.

여기에서 제안된 방법에 가장 가까운 것이 러시아 연방의 특허 제2,008,494호로부터 알려진 방법이며, 연료-공기 혼합기의 2개의 흐름들이 형성되어 과농축되며, 그 흐름들중의 하나가 배기 가스에 의해 가열되고 나서, 혼합기 점화점 이상의 온도로 예열된 활성기(promoter)를 통과함으로써 추가로 가열되며, 활성기의 경계층을 상기 활성기의 표면과 수회에 걸쳐 반복적으로 접촉시킴으로써 연료의 열적인 크래킹이 활성기의 경계층에서 일어나게 된다.

상기 제안된 장치에 가장 가까운 것이 러시아 연방의 특허 제2,008,494호에 따른 장치이며, 흡기관과 배기관을 가진 이중 루프 열교환기, 가스 루프인 열교환기의 제1 루프, 및 그 열교환기의 제2 루프를 포함하며, 제2 루프는 처리되는 혼합기 성분의 혼합 배합기와, 혼합 연결기와, 열교환기 배기구에 마련된 백열(白熱) 요소와, 엔진의 배기관을 포함하며, 열교환기 가스 루프의 흡기관 및 배기관은 엔진 배기관에 연결되고, 대기(atomsphere)에 노출되며, 배합기 혼합관은 제어 부재를 경유하여 열교환 혼합 루프와 연통하며, 백열 부재는 비점화형이고, 잘 발달된 가열 표면을 가진 활성기로서 나타나고, 열교환기 혼합 루프의 배기관에 배치된다.

여기에서 제안된 열교환기에 가장 가까운 것이 독일 출원 제2,408,462호로서 국제특허분류 F 28 D 9/00에 따른 열교환기이며, 여기에서 열교환 요소로서 이용된 것은 서로에 대해 처리되는 물질의 흐름들을 차단하는 주름판이다, 그 주름판은 열전달 매체와 이 매체를 따라 진행하도록 예열되는 물질용 유로(流路) 또는 교번 셀들(alternating cells)을 형성한다.

그러나, 상기 물질의 흐름들은 공급 후 열교환기 흡기구 및 배기구 모두를 90°로 두번 선회해서 빠져나가며, 따라서 공기역학적인 항력을 크게 증가시키고 국부적인 헤드 손실(H₁₁)을 증가시킨다.

H₁₁= E ㆍV₂/2g

여기에서, E는 90°의 흐름 선회에 있어서 항력 계수(1.129)이고,

V 는 유속이고,

g 는 중력가속도이다.

하나의 흐름이 4회 반복하여 선회된다면, E = 1.625 이다.

상기의 공기역학적인 항력을 극복하려면, 차량의 제반조건 하에서 보다 많은 연료 소비를 유발하여 연료 전환 시스템의 효율에 악영향을 주는 추가의 에너지량이 필요하다. 그와 같은 구성 배열의 입력/출력 장치는 열교환기를 크게 만들고, 이에 의해 열교환기가 차량에 항상 장착될 수 없다.

연료 전환 시스템을 위한 열교환기에서 열교환 표면적을 증가시키는 구성 요소의 이용은 또한 공기 역학적인 항력을 증가시킴에 따라 제한을 받는다. 일반적으로, 그러한 시스템의 열교환기들은 그 자체의 구성상 제반 필요조건을 그 구성 요소에 차례로 부과하는 그 내부의 낮은 희박도(또는 압력)에서 작동한다(02 - 0.8 ㎪). 따라서, 예를 들어, 열교환기의 외장체(shell)와 주름체(corrugations)를 0.2-0.3㎜ 두께의 금속판으로 제조하면, 생산기술을 단순화시키고, 열전달의 제반 조건을 향상시키고, 열교환기의 열적인 지체를 감소시킬 수 있다.

본 발명은 일반적으로는 기계공학에 관한 것이며, 보다 세부적으로는 엔진 제조 산업에 관한 것으로, 내연 기관의 연료 시스템에 적용될 수 있다.

본 발명은 엔진에 공급되는 연료-공기 혼합기(fuel-air mixture)의 할당량을 증가시키기 위해, 여기서 제안된 방법을 실행하는 장치의 구성 배열을 단순화시키기 위해, 그리고 특정 엔진의 출력부와 더불어 장치의 유연하지 못하면서 큰 부피의 결합을 피하기 위해서, 또 수송 차량의 연료 전환 시스템에서 열교환기의 작동을 포함하여 열교환기의 보다 높은 작동 효율 및 경제성을 얻기 위해서, 수소 함유 가스의 경제성 및 생산 효율을 증가시키는 데에 주된 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 제안된 방법은 연료-공기 혼합기의 두개의 흐름을 형성하고, 그중의 하나는 점화 범위 이하에서 과농축되고, 일산화탄소 및 수소 함유 가스를 얻기 위해 예열되고, 내연 기관에 공급되기 전에 상기 연료-공기 혼합기의 나머지 하나의 흐름과 혼합되며, 내연 기관에 의해 소비되는 연료량의 10% - 100%를 함유한 과농축된 연료-공기 혼합기의 흐름은 흐름의 방향을 따라 연달아 배열된 활성기에 의해 발휘되는 단일 단계 또는 복수 단계의 열적 작용을 받고, 반응을 위해 소비된 공기는 활성기 가열의 각 단계 후에 처리되는 흐름에 더 많은 공기를 첨가함으로써 부분적으로 또는 완전하게 보상된다.

제안된 방법의 효율 및 경제성에 대한 추가의 상승은 고온의 오일 가스의 열에 의해 연료-공기 혼합기가 예열된다는 사실에 기인하여 얻어진다.

게다가, 상기 고온 가스는 내연 기관의 다기관(manifold)에서 연료-공기 혼합기의 나머지 하나의 흐름과 혼합될 때에 가스의 자가 점화 가능성에 대한 염려 때문에 다른 방식으로 실행되어야만 하는 특별한 추가 절차에 의하지 않고 냉각된다.

제안된 장치의 향상된 특징은 연료-공기 혼합기를 조합하는 장치가, 흡기관 및 배기관을 구비한 이중 루프 열교환기, 처리되는 혼합기의 성분의 배합기, 잘 발달된 가열 표면적과 더불어 활성기로서 나타나는 무점화 백열 효소를 갖춘 챔버를 포함한다는 사실에 기인하여 얻어지며, 본 발명에 따르면, 혼합기 처리 루프의 흡기구는 혼합기 성분의 배합기 및 활성기 챔버와 연통하고, 열교환기 가스 처리 루프의 흡기관 및 배기관은 활성기 챔버 및 엔진의 연료-공기 혼합 덕트에 각각 연결되는 반면에, 활성기 챔버는 활성기의 공기 노즐 하류 및 공기 덕트와 연통한다.

보다 효율적인 장치의 작동은 활성기가 복수 단계로 설계되어 연속적으로 배열된 수많은 섹션으로서 나타나고, 공기 노즐이 각각의 활성기 단계 이후에 처리되는 혼합기 흐름에 공기를 공급하도록 위치 조정되어 있다는 사실로 인하여 얻어진다.

열교환기의 향상된 특징은, 열교환기는 열교환 매체와 이를 따라 진행도록 가열된 유체를 위해, 슬릿형의 셀-덕트(cells-ducts)를 형성하는 주름 격벽을 수용한 외장체(shell)를 포함하며, 주름체의 최상부에서 셀 각각의 단부면들이 셀의 긴 쪽의 반까지 기밀적으로 함께 결합되어, 흐름들이 슬릿형의 셀-덕트의 축선을 따라 진행하도록 열교환기로 들어가거나 나오도록 구성된다.

열교환기의 제안된 구성 배열은 혼합기 흐름들을 반복적으로 90° 선회시키도록 하는 장치를 제거할 수 있게 한다.

제안된 방법은 0.4이하의 초과 공기 계수를 가진 과농축 혼합기가 점화될 수 없으며; 탄화수소 연료 성분의 분자들의 일부가 활성기의 예열된 표면 또는 그것의 경계층과 접촉하게 된 후에 부분적으로 산화되며; 활성기 또는 연속적으로 배열된 수 많은 단계(그렇지 않으면, 수 많은 활성기)와 반복적으로 상호 작용한 후에 연료가 가장 완전하게 분해된다는 개념에 기초를 두고 있다.

산화제 부족 상태 하에서 공정이 진행되면, 유기 연료(Ｃ₈Ｈ₁₈) 분자들이 분해된다. 탄소(C)와 수소(H)로 분리된 분자들은 산소와 결합되며, 즉 부분적인 산화 반응이 아래와 같이 진행된다.

Ｃ₈Ｈ₁₈+ nＯ₂= nＣ_nＨ_n+2+ nＣＯ + nＣＯ₂+ nＨ.

원래의 분자는 상당히 가벼운 구조로 변하며, 그때 기체 ＣＯ와 Ｈ₂는 해리된다. 따라서, 흡열 분해 반응이 일어난다. 배기 가스와 물이 열적인 분해 공정에 관여한다. 그러나, 산화제의 양이 ( α＜ α_co상태에서) 탄소를 ＣＯ로 산화시키기에 부족한 경우, 그을음을 함유한 (분산) 탄소가 방출을 시작한다. 공기 산소는 처리되는 혼합기에서 연속적으로 소비되기 때문에, 그 양은 초과 공기 계수를 상승시키지 않고 공급될 수 있게 하며, 이에 의해 활성기 영역에서 진행되는 상기의 공정의 진행이 더 많은 수소 함유 가스들 뿐만 아니라, 산화 반응에서 해리되는 추가의 열량을 얻기 위해 연장될 수 있다. 이러한 목적을 위해 공기는 활성기를 지나서 들어가는 연료-공기 혼합기에 추가된다. 혼합기 흐름의 진행 방향을 따라 연속적으로 배열된 수 많은 단계를 가진 활성기를 사용하는 경우, 공기는 각각의 활성기 단계 후에 추가된다.

연료-공기 혼합기가 활성기에 의해 처리된 후에, 연료-공기 혼합기는 다음의 고옥탄 오일 가스, 즉 ＣＨ₄, Ｃ₂Ｈ₆, Ｃ₃Ｈ₈, 및 Ｃ₁₄Ｈ₁₀, 뿐만 아니라 ＣＯ와 Ｈ₂를 함유한다. 따라서, 처리되는 연료는 상당히 가벼운 기상(氣相)으로 변한다.

전술한 오일 가스들은 고옥탄 수(125)에 특징이 있고, 이에 반하여 연료-공기 혼합기 속에 수소가 존재함으로써 그 혼합기의 점화 범위가 확장된다. 이것은 역으로 혼합기를 엷게 해서, 내연 기관에 공급된 연료의 전량(全量)을 연소시킬 수가 있다. 새로운 엔진에 관한 한, 그러한 고옥탄 오일 가스들의 이용은 압축비를 증가시키며, 따라서 그 기술과 성능 특성을 향상시킨다. 연료-공기 혼합기를 조합하기 위한 제안된 방법이 이용되면, 고옥탄 및 저옥탄 연료 양자에 대하여 차량이 구동될 수 있다. 게다가, 배기 가스중의 유독성 가스의 함량이 감소되고, 노킹 방지 첨가제가 사용될 필요가 없고, 내연 기관의 작동 온도가 낮아진다.

이하에 제시된 본 발명의 이해를 향상시키기 위해, 그 바람직한 특정 실시예중 일부가 첨부 도면을 참조로 하여 해석될 수 있는 바,

도 1은 제안된 방법을 실행하기 위한 장치의 개략적인 작동도이다.

도 2는 열교환기 요소의 변형예를 예시하는 바: 즉,

A 는 일체형(solid-design) (용접된) 외장체에 관한 것이고,

B 는 섹션/비섹션 외장체에 관한 것이고,

C 는 주름 격벽에 의해 형성된 셀-덕트의 요소에 관한 것이다.

도 3은 열교환기의 셀-덕트의 단부를 예시하는 바: 즉,

A 는 셀-덕트의 벽의 공동 결합된 (압축된) 부분에 관한 것이고(정면도),

B 는 동일한 것에 관한 것이고(평면도),

C 는 동일한 것에 관한 것이다(측면도).

도 4는 단축된 셀-덕트 및 보조 공간을 예시하는 바: 즉,

A 는 동일한 너비의 셀들에 관한 것이고,

B 는 다른 너비의 셀들에 관한 것이다.

도 5는 열교환기를 반응기 (활성기) 챔버에 연결한 것을 예시하는 바: 즉,

A 는 (흐름에 따른 바와 같이) 단일 열교환기에 관한 것이고,

B 는 2개의 직렬로 연결된 열교환기 요소들에 관한 것이다.

제안된 방법을 실행하기 위한 장치는 이중 루프 열교환기(1)와, 혼합기 성분(연료와 공기)의 배합기(2), 활성기(4)를 수용한 활성기 챔버(3), 배합기를 열교환기의 혼합기 처리 루프와 연통시키는 연료-공기 혼합기용 흡기구(5), 활성기 챔버의 배기구에 연결된 열교환기 가스 처리 루프의 흡기구(6), 최종 생성된 가스가 엔진으로 들어가는 가스 처리 루프의 배기구(7), 및 활성기 챔버 내에 배치된 공기 노즐(9)에 마련된 예비-공기 배관(8; extra-air piping)을 포함한다.

제안된 장치를 작동시키면, 과농축된 가솔린-공기 혼합기(0.45 이하의 초과 공기 계수를 가짐)이 배합기(2)에서 조합되며, 그 혼합기는 흡기구(5)를 통해 열교환기(1)의 혼합기 루프로 공급되고 나서, 활성기 챔버(3)의 활성기(4)의 도움으로 열적인 작용에 노출된다. 그때, 챔버(3)에서 얻어진 고온의 오일 가스들이 가스 처리 루프의 흡기구(6)를 경유하여 배기구(7)를 향해 통과되며, 따라서 이 가스들의 열을 배합기(2)에 의해 혼합기 처리 루프를 따라 활성기 챔버(3)까지 공급된 연료-공기 혼합기에 전달되며, 이에 의해 상기 고온의 가스들이 냉각된다. 상기 반응을 위해 소비된 공기를 보상하기 위해, 추가의 공기가 배관(8)을 따라 활성기 챔버로 공급되며, 그 공기는 활성기 하류의 노즐(9)을 경유하여 처리되는 혼합기에 공급된다.

그 장치는 처리되는 혼합기(mixture)의 흐름의 이동 방향을 따르는 것과 같이 연속적으로 배열된 수 많은 섹션을 구성하는 활성기(promoter)들을 사용할 가능성도 제공한다. 그러한 사정으로, 공기 노즐들이 각각의 활성기 섹션 다음에 제공된다.

그 활성기는 터미널(10)을 통해 전류에 의해 가열된다. 활성기들은 여러가지의 구성 배열을 가질 수 있고, 전기적 가열 요소용으로 사용되는 모든 재료로부터 만들어질 수 있다. 활성기의 구성 배열을 만족시키기 위한 핵심 필요조건은 잘 발달된 가열 표면이다.

그 장치는 가열을 위해서 엔진 배기 가스들을 이용하지 않으며, 이에 의해 엔진 배기 시스템과 구성상 결합되지 않고, 장치가 차량에 이용될 때 중요한 모든 편리한 장소에 설치될 수 있다.

열교환기의 제안된 구성 배열은 혼합기 흐름들을 90°로 반복적으로 선회시키는 장치를 제거할 수 있게 한다.

어느 하나의 셀 부분이 압축될 때, 인접한 셀들의 동일한 부분의 너비도 증가한다. 따라서, 각 셀들의 배기(흡기) 부분의 통로의 횡단면적(S)은 영향을 받지 않는다(도 3, A, B):

S = hㆍb = (h/2)ㆍ2b,

여기에서, h 는 셀의 높이이고,

b 는 셀의 너비이다.

반응기 또는 활성기 챔버와 같이, 열교환기에 연결된 장치의 구성 배열에 의존하는 것이 필요한 경우에는 언제라도, 입력부/출력부에 따라 분류된 셀들에는 추가의 흐름 분배기(11)(도 3,C)가 마련될 수 있다. 셀 덕트가 좁을수록, 물질의 흐름들 사이의 열교환이 향상된다.

열교환기가 액체 연료를 오일 가스로 분해하는 반응이 일어나는 장치와 연통하는 경우, 열교환기 배기구에서 고온 가스의 부피가 더 늘어나서, 상기 가스들의 통과를 위한 슬릿형 덕트들이 더 넓어질 수 있다(도 4, B).

따라서, 양쪽 흐름에 대한 덕트의 너비는 그들 흐름의 각각에 대한 공기 역학적인 항력을 충분히 고려하여 최적화된다.

셀 덕트들의 너비가 작은 경우, 열교환기는 층상화된 흐름들 및 낮은 공기 역학적인 항력에 영향을 받지 않는 상태로, 적절하게 큰 열교환 표면적을 가질 수 있고, 적절하게 작동될 수 있다.

기밀적으로 밀봉된 챔버 속의 전기 입력 터미널의 구성 배열은, 특히 전체 장치의 제한된 전체 치수의 제반조건들 하에서, 그리고 차량에서와 마찬가지로 전류원의 연결용 전극에 "저온" 와이어("cool" wire)를 제공하는 것이 필요할 때는 언제나, 고온 전기 히터를 수용한다.

고온 챔버에 전류를 공급하기 위해, 고온의 유체가 흐르는 하나 또는 그 이상의 열교환기 셀들이 감소된 높이(12)(도 4)를 가진다. 따라서 감소된 높이의 셀 위에 형성된 공간(13)은 와이어를 수용하며, 이 와이어는 "고온" 챔버로부터 "저온" 유체(예를 들어, 연료-공기 혼합기)의 흡기구를 향해 열교환기 전체에 걸쳐 상기 공간을 따라 진행한다. 진행할 때, "저온" 흐름이 전기 전도체를 냉각시키며, 따라서 열교환기로부터 "저온" 와이어의 배기구를 제공한다.

필요하다면, 그와 같은 공간들은 고온 영역 뿐만 아니라 필요한 첨가제를 챔버로 공급하는 배관 내에 위치한 자동화 제어 시스템 모니터 및 변환기를 위해 와이어 전도체를 수용할 수 있다.

제안된 열교환기는 단열체(斷熱體)를 갖춘 공통의 케이싱 내에 폐쇄된 단일 또는 그 이상의 열교환 요소들을 포함한다(케이싱과 단열체 양자는 도면에 도시되어 있지 않다).

반응기에서 발생된 고온 오일 가스들의 열을 이용하기 위해, 반응기는 그 입력부 및 출력부를 통해 각각의 열교환기 흐름 통로들에 직접 연결된다. 열교환기로부터 반응기로 진행하는 예열된 연료-공기 혼합기의 흐름은 그 열교환기 내에서 역방향으로 열교환기 전체를 통과하기 위해 180°로 선회된다(도 5, A).

공기 역학적인 향상된 특징은 반응기 또는 활성기 챔버를 동시에 사용하는 경우에 얻어진다. 이 경우, 다중 실린더 내연 기관을 위해 2개의 열교환 요소 또는 2개의 열교환기를 직렬로 연결하는 것이 실용적이다(도 5, B). 그러한 구성의 배열의 경우, 예열된 혼합기의 흐름이 제1 열교환 요소(14)를 통과하며, 그 후에 챔버(15)를 통과하고, 기상 혼합기의 형태로 그 이동의 역행없이 직렬로 연결된 제2 열교환 요소(16)를 통과한다. 혼합기의 제2 흐름이 형성되고, 제1 흐름과 유사하게 처리되지만 반대 방향으로 진행한다. 제1 흐름의 혼합기가 활성기의 상류에서, 챔버(17)로부터 나오는 제2 흐름의 혼합기의 고온 가스들에 의해 가열되는 반면에, 제2 흐름의 혼합기는 챔버(15)로부터 나오는 제1 흐름의 혼합기의 고온 가스에 의해 가열된다.

진행 흐름들의 헤드 손실은 초기(시작) 연료-공기 혼합기를 조합하기 위한 연료 분사 장치를 이용하는 경우에 감소될 수 있다. 그러한 장치는 흡기 열교환기 섹션 상에 즉시 설치될 수 있다.

Claims

점화 범위 이하에서 하나가 과농축되는 연료-공기 혼합기의 2개의 흐름들을 생성하고, 일산화탄소 및 수소 함유 가스들의 생성을 위해 상기 과농축된 흐름을 예열하고, 상기 혼합기의 흐름들을 엔진 실린더들로 공급하기 전에 상기 과농축 흐름을 상기 혼합기의 나머지 하나의 흐름과 혼합시키는, 내연 기관용 연료-공기 혼합기의 조합 방법에 있어서,

상기 엔진에 의해 소비된 연료의 10% - 100%를 함유한 상기 연료-공기 혼합기의 과농축 흐름은 활성기에 의해 단일 단계 또는 복수 단계의 열적 작용을 받고, 반응을 위해 소비된 공기는 부분적으로 또는 완전하게 보상되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료-공기 혼합기의 조합 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 소비된 공기는 상기 활성기의 혼합기 흐름의 하류로 공급됨으로써 보상되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관용 연료-공기 혼합기의 조합 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 과농축된 연료-공기 혼합기의 흐름은 최종 생성된 고온 오일 가스들의 열에 의해 예열되어, 상기 가스들을 상기 엔진으로 공급하기 전에 상기 가스들의 온도를 낮추는 것을 특징으로 하는, 내연 기관용 연료-공기 혼합기의 조합 방법.
흡기관 및 배기관을 구비한 이중-루프 열교환기와, 혼합기 처리 루프와, 가스 처리 루프와, 활성기 챔버와, 혼합기 성분 배합기와, 상기 혼합기 성분 배합기 및 상기 활성기 챔버에 연결된 상기 혼합기 처리 루프의 흡기구를 포함하는 내연 기관용 연료-공기 혼합기 조합 장치에 있어서,

상기 가스 처리 루프의 흡기관 및 배기관은 상기 활성기 챔버에, 그리고 연료-공기 혼합기용 엔진의 흡기 덕트에 연결되고, 상기 활성기 챔버는 추가의 공기 공급 노즐들을 수용하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관용 연료-공기 혼합기 조합 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 활성기는 복수 단계로 설계되고, 연속적으로 배열된 섹션들로서 나타나고, 상기 공기 노즐들은 상기 섹션들 각각을 지나 제공되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료-공기 혼합기 조합 장치.
열전달 매체 및 상기 열교환 매체를 따라 진행하도록 가열되는 유체를 위해 평행한 셀-덕트들을 형성하는 주름 격벽을 수용하는 외장체를 포함하는 열교환기에 있어서,

상기 주름 격벽이 시작하는 최상부에서 셀 각각의 단부면은 상기 셀의 긴 쪽의 반까지 기밀적으로 함께 결합되어, 흐름들이 열교환기의 유로들의 축선을 따라 진행하도록 열교환기로 들어가거나 나오게 하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 6 항에 있어서, 상기 열전달 매체 및 가열되는 유체를 위한 셀-덕트들은 너비가 다른 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 6 항에 있어서, 상기 열교환기의 하나 이상의 셀-덕트들은 감소된 높이를 가지고, 수용 대상의 유체 처리 배관들 및 전기 도관들을 위한 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 6 항에 있어서, 적어도 2개의 열교환 요소들이 2개의 평행한 유로를 형성하기 위해 분리된 활성기 챔버를 통해 서로에 대해 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 열교환기.