KR20020096761A

KR20020096761A - 열 엔진 냉동 압축기

Info

Publication number: KR20020096761A
Application number: KR1020010035600A
Authority: KR
Inventors: 김원봉
Original assignee: 김원봉
Priority date: 2001-06-16
Filing date: 2001-06-16
Publication date: 2002-12-31

Abstract

공기를 냉매로 하는 냉동기에 이용되는 저온의 압축공기를 생산하는 열 엔진 냉동 압축기에 관한 것으로, 유압에 의해 압축기의 왕복작동이 이루어지면서 압축공기가 생성되고, 이 압축공기의 일부가 수냉식 열교환기에서 저온의 압축공기로 냉각되어 제습기를 거쳐 팽창밸브를 통과하면서 단열팽창되어 냉동기에서 냉동부하가 이루어지는 단계와, 상기의 나머지 압축공기가 연소기에서 연료와 연소반응을 하여 고온 고압의 압축연소가스를 생성하는 단계와, 상기 압축연소가스로 팽창기의 왕복작동이 이루어져 유압을 생산하는 단계와;

팽창기의 배기가스가 상기 수냉식 열교환기에서 열교환되어 저온의 배기가스로 배기되면서 응축수가 생성되어 기액분리기를 통해 냉각탱크로 순환하는 것과; 상기 열교환기에서 압축공기의 단열압축 과정으로 발생된 압축 열 열원과 배기가스 열원으로 냉각수의 고압증기가 생성는 것과; 상기의 연소기 출구측에 상기의 고압증기가 주입되어 압축연소가스와 집적 혼합을 이루어 과열증기가 생성되는 것과; 상기의 팽창기에서 생성된 유압이 축압기를 거쳐 다시 상기의 압축기 작동 유압 원으로 작용하는 반복과정이 이루어지는 단계와, 상기 압축기의 흡입 유체로는 냉동기의 냉매 순환공기와, 필터를 거친 일부의 외기로 구성되는 특징으로 반 개방형의 열 엔진 냉동 압축기가 이루어진다.

Description

열 엔진 냉동 압축기 {COMPRESSOR OF THE FREEZER AND ENGINE}

본 발명은 공기를 냉매로 이용하는 냉동기의 저온 압축공기를 생산하는 열 엔진 냉동 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 공기를 냉매로 이용하는 냉동기의 사이클은 단열압축→등압방열→단열팽창→등압흡열의 사이클을 거치면서 등압흡열에서 냉동부하가 이루어진다.

공기를 냉매로 이용하는 종래의 냉동기는 공기를 단열압축하는 과정에서 많은 압축 열이 발생되고, 이 압축 열은 등압방열 과정에서 외부로 방열 하여야만 냉동 사이클이 이루어지므로 압축기의 부하에너지가 크게 증가되어 냉동의 성적 계수가 낮은 문제점이 있었다

공기를 냉매로 이용하는 종래의 냉동 사이클은 개방형 사이클이 가능하며 환경친화적 냉동기를 이루는 장점이 있는 반면에, 공기의 단열 압축 열이 높아 등압방열 에너지가 대단히 크므로 압축기의 부하가 크게 증가되어 냉동 성적 계수가 크게 저하되는 문제점이 있었다. 그래서 냉동기 분야에서 공기를 냉매로 이용하는 냉동 사이클보다 냉동 성적 계수가 우수한 증기압축식의 냉동사이클이 냉동기 분야의 대부분을 점유하고 있다

일반적으로 종래의 냉동기는 프레온(CFC)의 냉매를 이용한 증기압축식 냉동사이클이 대부분으로, 이 증기압축식 냉동사이클에서도 단열압축→등압방열→단열팽창→등압흡열의 사이클을 거치면서 등압흡열에서 냉동부하가 이루어지는데, 프레온(CFC)을 냉매로 이용하는 증기압축식 냉동기는 프레온(CFC)가스의 환경적 문제로 친환경적 대체 냉매가 절실히 요구되는 실정이다.

증기압축식 냉동사이클은 첨부도면 제 3도의 예시에서와 같이 압축기(14)의 단열압축과정으로 발생된 압축 열을 콘덴서(15)를 이용하여 등압방열하는 과정이 필수적이므로 압축기(14)의 일 량은 등압방열 에너지에 비례하여 증가하게 되므로 압축기(14)의 소요동력이 증가되어 에너지의 손실이 크다.

증기압축식 압축기(14)의 구동력은 전동모타의 동력에 의존하는데 있어서, 첨부도면 제 2도의 예시에서와 같이 발전 효율이 공급열원의 40％ 정도이고 송전손실 5％를 감안하면, 실제 냉동사이클의 압축기(14)에서 압축 일(W)을 하여 등압방열로 방열하는 열에너지는 매우 큰 손실 에너지가 되고 있다.

또한 압축기(14)의 구동력을 내연엔진의 동력으로 이용할 때에는 별도의 내연엔진이 필요되는 냉동기의 구성이 더욱 복잡하게 이루어진다.

그리고 냉동사이클에서 등압방열하는 방열 에너지를 회수하여, 이 열에너지로 압축기의 구동 에너지로 활용하고자 할 때에는 별도의 복잡한 증기터빈과 같은 열기관이 추가적으로 필요로하는 부수적 장치가 필수적이고, 효율도 매우 낮아 큰 실효성이 없다.

본 발명은 상기의 문제점을 핵심적으로 해결하고자 창안한 것으로,

공기를 냉매로 하는 환경 친화적인 냉동사이클을 이루는 것과:

유압이 압축기의 피스톤로드 측으로 작용하여 압축기의 왕복작동이 이루어지면서 압축기의 피스톤헤드 측에서 압축공기를 만드는 단계와; 이 압축공기의 일부가 수냉식 열교환기에서 저온의 압축공기로 냉각되어 제습기를 거쳐 팽창밸브를 통과하면서 단열팽창되어 냉동기에서 냉동부하가 이루어지는 단계와; 상기의 나머지 압축공기가 연소기에서 연료와 연소반응을 하여 고온 고압의 압축연소가스를 생성하는 단계와; 상기 압축연소가스가 팽창기의 피스톤헤드 측에서 작용되어 팽창기의 왕복작동이 이루어지면서 피스톤로드 측에서 유압이 생산되는 단계와;

팽창기의 배기가스가 상기 수냉식 열교환기에서 열교환되어 저온의 배기가스로 배기 되면서 응축수가 생성되어 기액분리기를 통해 냉각탱크로 순환하는 것과; 상기 수냉식 열교환기에서 압축공기 압축 열 열원과 배기가스 열원으로 냉각수의 고압증기가 생성되며, 냉각수탱크의 냉각수가 고압수펌프로 승압되어 고압수의 형태로 상기 열교환기에 주입되는 것과;

엔진탱크 내 유압작동유인 유체가 저장되며, 열 엔진 냉동 압축기를 구성하는 압축기와 팽창기, 연소기가 상기 엔진탱크의 유체 속에 잠몰되어 냉각이 이루어지는 것과; 엔진탱크의 유체를 냉각하는 열교환관이 구성되어 이 열교환관으로 상기의 고압수펌프에 의한 저온의 고압수가 흐르면서 열교환이 이루어져 엔진탱크의 유체가 냉각되는 것과;

엔진탱크의 유체 열원으로 승온된 고압 고온수가 상기 열교환기로 주입되는 것과;

상기 고압증기가 연소기 출구측에 주입되어 압축연소가스와 집적 혼합을 이루어 과열증기가 생성되는 것과;

상기의 팽창기에서 생성된 유압이 축압기를 거쳐 다시 상기의 압축기 작동 유압원으로 작용하는 반복과정이 이루어지는 단계와;

상기 압축기의 흡입 유체로는 냉동기의 냉매 순환공기와, 필터를 거친 일부의 외기로 구성되는 특징으로 반 개방형의 열 엔진 냉동 압축기가 이루어져, 열 엔진 냉동 압축기의 열효율이 높은 것과; 피스톤방식의 압축기와 팽창기로 구성된 동력의 전달 매체가 유압메카니즘으로 이루어져 크랭크축과 같은 복잡한 회전 기계구성품을 획기적으로 대체할 수 있는 매우 간단하면서 열효율이 높은 압축공기를 이용한 냉동기의 열 엔진 냉동 압축기를 구현 하고자 한다.

제 1도는 본 발명의 열 엔진 냉동 압축기의 구성도

제 2도는 발전 공정을 예시한 공정도

제 3도는 종래의 증기압축식 냉동사이클을 예시한 공정도

제 4도는 본 발명의 열 엔진 냉동 압축기의 사이클 공정도

제 5도는 열 엔진 냉동 압축기의 열역학 사이클을 예시한 도면

제 6도는 본 발명의 압축기를 예시한 도면

제 6-1도에서 6-6도는 압축기의 왕복작동 과정을 예시한 도면

제 7도는 본 발명의 팽창기를 예시한 도면

제 7-1도에서 7-6도는 팽창기의 왕복작동 과정을 예시한 도면

제 8도는 본 발명의 연소기를 예시한 단면도

제 9도는 제 8도의 A-A'선상에서 도시한 열교환기 내통의 폐쇄부재를 도시한 도면

제 10도는 연소기의 유체 흐름을 예시한 도면

제 11도는 본 발명 압축기와 팽창기에 상호 작동력과 부하력 사이의 관계도를 예시한 도면

＜도면의 주요 부호에 대한 부호 설명＞

1 : 축압기 2,5,11 : 차단밸브 3 : 엔진탱크

4 : 필터 6 : 고압수펌프 7 : 냉각수 탱크

8 : 정온기 9 : 제습기 10 : 기액분리기

100 : 연소기 101 : 점화플러그 110 : 연료노즐홀더

120 : 내통 130 : 연료노즐 140 : 외통

150 : 단열통 200 : 압축기 201 : 피스톤로드

202 : 로드커버 210 : 방향절환밸브

211 : 방향절환밸브 작동체 230 : 제어아웃밸브

241, 251 : 파워피스톤 242, 252 : 파일롯트 피스톤

243, 253 : 파일롯트실린더 261, 271 : 흡입첵크밸브

262, 272 : 토출첵크밸브 Lp1, Lp2 : 파일롯트 유압

Lb1, Lb2 : 밸런스 유압 Lp3 : 또 다른 파일롯트 유압

P : 유압 원 300 : 팽창기

301 : 피스톤로드 302 : 로드커버(안내부재)

310 : 좌번 인-아웃밸브 320 : 우번 인-아웃밸브

311, 322 : 상개형밸브 312, 321 : 상폐형밸브

351, 361 : 파워피스톤 352, 362 : 파일롯트 피스톤

353, 363 : 파일롯트실린더 372, 382 : 흡입첵크밸브

371, 381 : 토출첵크밸브 Lp4, Lp5 : 파일롯트 유압

Lb3, Lb4 : 밸런스 유압 Lp6 : 또 다른 파일롯트 유압

첨부도면 제 1도의 예시와 같이 축압기(1)의 입출입라인에 차단밸브(2)가 구성되고, 압축기(200)의 피스톤로드 측과 팽창기(300)의 피스톤로드 측간에는 가압유체인 유압의 연결라인(L10)으로 연통되어 있다.

압축기(200)에는 유압의 유로를 절환하여 압축기(200)의 피스톤을 왕복 작동시키는 방향절환밸브(210)와, 압축기(200)의 피스톤 동작 완료 시점을 검출하면서 피스톤의 왕복작동을 지시하는 제어입력밸브(220) 및 제어아웃밸브(230)의 제어작용으로 방향절환밸브(210)의 유로가 자동적으로 절환 되면서 유압에너지로 압축기(200)의 피스톤이 왕복 작동되는 압축기이므로, 압축기(200)의 피스톤헤드 측에서 피스톤의 왕복 작동에 따른 흡입 압축작용이 이루어져 압축공기가 생산되어 토출첵크밸브를 통하여 압축공기가 토출라인(L30)으로 토출된다.

상기의 압축기(200)에서 생산된 압축공기가 압축공기 토출라인(L30)에서 분기라인((L40),(L50)으로 60:40의 비율로 분리 토출되는 압축공기 중, 분기라인(L50)으로 토출되는 60％의 압축공기는 수냉식 열교환기(400)의 상부로 배치된 도입관(L51)을 통해 제1열교환관(401)으로 도입되어 상기 열교환기의 하부로 배치된 토출관(L52)을 향해 열교환기(400) 상부에서 하부로 토출하는 과정에 열교환기(400) 내의 냉각수와 열 교환이 이루어져 저온의 압축공기가 생성됨과 아울러 냉각수의 가열이 이루어져 열교환기(400) 내 냉각수의 상층부로 고온의 고압증기가 생성된다.

상기 열교환기(400) 토출관(L52)으로 토출되는 저온 고압의 압축공기가 제습기(9)에서 제습되어 팽창밸브(600)를 통과하면서 냉동기(500)의 도입관(L60)으로 분출하여 단열팽창과정을 거쳐 냉동기(600)에서 등압흡열의 냉동부하가 이루어지면서 토출라인(L61)으로 분출된다.

상기 냉동기(400)의 토출라인(L61)으로 분출하는 저온 저압의 냉매공기는 냉각수탱크(7)에서 고온의 냉각수와 열교환으로 냉각수의 열원을 흡수하여 상술한 냉매 순환라인(L22)과 연통되는 압축기(200)의 흡입라인(L20)으로 흡입되는 순환과정이 이루어지고, 상술한 냉각수탱크(7)는 저온 저압의 냉매 순환공기와 열교환되어 저온으로 냉각된다.

상기의 나머지 40％의 압축공기가 압축공기 토출라인(L30)에서 분기라인(L40)으로 분리되어 분기라인(L40)을 통해 연소기(100)에 도입되어서, 도시되지 않은 연료고압펌프로 승압되어 연료분사노즐(130)에 의해 고압 분사되는 연료와 혼합을 이루면서 압축공기와 연료가 연속적으로 연소반응을 하여 압축연소가스가 생성되어 토출로(L41)로 토출되고, 상기의 수냉식 열 교환기(400)에서 압축공기 열원과 열교환으로 생성된 고압증기가 증기라인(L70)을 통해 상기의 연소기(100) 출구측의 토출로(L41)에 주입되어져, 압축연소가스와 고압증기가 집적 혼합을 이루면서 과열증기로 가열되어, 고온 고압의 압축연소가스와 고온 고압의 과열증기로 이루어진 이원적 작동유체(이하 작동유체라 간단히 표기함)가 작동유체라인(L42)을 통해 팽창기(300)의 피스톤헤드 측으로 작용하여 팽창기의 피스톤 왕복 작동이 이루어져 팽창기(300)의 피스톤로드 측에서 유압이 생산 토출 되는데 있어서,

팽창기(300)의 피스톤헤드 측으로 작용하는 작동유체의 단속을 선택적으로 수행하여 팽창기(300)의 피스톤을 왕복 작동시키는 좌번 인-아웃밸브(310)와 우번 인-아웃밸브(320), 그리고 팽창기의 피스톤 작동 완료시점을 감지하여 상기 좌·우번 인-아웃밸브(310)(320)의 작동을 수행하는 제어입력밸브(330)와 제어아웃밸브(340)에 의하여 작동유체에 의한 팽창기(300)의 피스톤이 왕복작동 되면서 팽창기(330)의 피스톤로드에서 피스톤의 왕복작동에 따른 펌프작용이 이루어져 흡입첵크밸브 및 토출첵크밸브에 의하여 팽창기의 피스톤로드 측에서 가압유체의 유압이 생산된다.

상기 팽창기(300)의 배기가스가 좌·우번 인-아웃밸브(310),(320)의 교번적 단속제어로 배기라인(L80)으로 배기되면, 상술한 수냉식 열교환기(400)의 상부로 배치된 도입관(L83)을 통해 제2열교환관(402)으로 도입되어 상기 열교환기(400)의 하부로 배치된 배기관(L84)을 향해 열교환기(400) 상부에서 하부로 배기되는 과정에 열교환기(400) 내의 냉각수와 열 교환이 이루어져 저온의 배기가스가 생성됨과 아울러 열교환기(400) 내 냉각수의 가열이 이루어져 열교환기(400) 내 냉각수의 상층부로 고온의 고압증기가 생성되는 것과;

상술한 열교환기(400)의 배기관(L84)으로 저온의 배기가스가 배기되면서 배기가스에 다량으로 포함된 수분이 응축수로 되어 기액분리기(10)에서 배기가스는 대기로 방출되고 상술한 응축수는 다시 순환라인(L93)을 통해 냉각수탱크(7)로 환수된다.

상기 팽창기(300)에서 생성된 가압유체의 유압은 연결라인(L10)을 거쳐 축압기(1)에서 맥동 압력이 완충되고, 다시 압축기(1)의 작동 동력으로 소비되는 일련의 유압 생성과 소비의 반복적 과정이 이루어지면서 열 엔진 냉동기의 열 엔진 압축기의 동력작용이 연속적으로 이루어진다.

상술한바와 같이 냉각수탱크(7)는 냉동기(500)로 배출되는 저온 저압의 냉매인 순환공기에 의하여 상술한 기액분리기(10)의 응축수 환수라인(L93)으로부터 유입되는 고온의 응축수가 저온으로 냉각되므로 냉각수탱크(7)의 냉각수는 저온으로 냉각되고, 이 냉각수탱크(7)의 저온 냉각수를 공급받아 고압수펌프(6)로 승압하여 연결라인(L90)을 통해 상기의 열교환기(400) 하부측으로 배치된 도입관(L94)으로 주입되어 열교환기(400)의 압축공기 압축 열 및 배기가스 배기 열원과 열교환이 이루어진다.

한편 엔진탱크(3) 내에는 도시되지 않은 유압작동유인 유체로 충전되어 있고, 이 유체 속에 상기한 열 엔진의 구성 품인 압축기(200) 일체, 및 팽창기(300)일체, 연소기(100)가 상기의 유체에 잠몰되어 유체의 냉각작용으로 열 엔진 냉동 압축기의 냉각을 이루는데 있어서,

엔진탱크(3)의 유체를 일정온도로 냉각하는 냉각수의 열교환관(H1)이 상기 엔진탱크(3)의 유체에 잠몰되어 별도로 구성되고, 이 열교환관(H1)으로 상술한 고압수연결라인(L90)에서 분기되는 도입관(L91)통해 저온의 냉각수가 도입되면서 열교환관(H1)을 통하여 저온의 냉각수와 고온 유체간에 열교환이 이루어져 냉각수의 고압 고온수 형태로 상술한 열교환기(400)의 상하부 중간에 배치되는 도입관(L92)으로 주입되므로 열교환기(400)의 냉각수 증기화 열원이 증가된다.

엔진탱크(3)의 유체온도가 규정온도 이상으로 승온되면 정온기(8)가 개통되어 다량의 냉각수가 엔진탱크(3)의 열교환관(H1)을 순환하면서 순환라인(L93)을 통하여 냉각수탱크(7)로 집적 순환하게 되므로 엔진탱크(3)의 유체 유온은 규정온도로 관리된다.

상술한 저온의 고압 압축공기에 의하여 제습기(9)에서 제거된 다량의 수분은 고온 고압의 압축공기에 회수되어 상기한 열교환기(400)의 고압증기라인(L70)으로 주입되므로, 상술한 고압증기의 작동유체 과정을 거쳐 기액분리기(10)에서 응축수로 작용 냉각수탱크(7)의 보충수 역할을 하도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한 연소기(100)의 입측과 팽창밸브(600)의 입측에 각각 차단밸브(5),(11)를 구성하여, 열 엔진 냉동 압축기의 기동 정지 후에도 압축기(200)의 토출라인(L30)에 압축공기가 유지되어 압축기(200)의 기동시 상기 토출라인(L30)으로 새로운 압축공기를 충진해야하는 것을 생략할 수 있어 압축기의 시동을 효과적으로 이루는 특징을 갖는 열 엔진 냉동 압축기가 구성된다.

열 엔진 냉동 압축기의 구성에 따른 작용을 설명하면

축압기는 이미 산업현장에 많이 이용되는 공지의 기술이며, 첨부도면 제 1도에 상세히 예시된바와 같이 측압기(1)의 입출입라인에 차단밸브(2)를 설치하여 유압을 저장할 수 있는 수단기구인바, 이 축압기(2)에 저장된 유압에너지가 차단밸브(2)의 개통으로 압축기(200)의 피스톤로드 측으로 작용하게 되는데 있어서,

압축기(200)에는 유압의 유로를 절환하여 압축기(200)의 피스톤을 왕복 작동시키는 방향절환밸브(210)와, 압축기(200)의 피스톤 동작 완료 시점을 검출하면서 피스톤의 왕복작동을 지시하는 제어입력밸브(220) 및 제어아웃밸브(230)의 제어작용으로 방향절환밸브(210)의 유로가 자동적으로 절환 되면서 유압에너지로 압축기(200)의 피스톤이 왕복 작동되는 압축기이므로 압축기(200)의 피스톤헤드 측에서 피스톤의 왕복 작동에 따른 흡입 압축작용이 이루어져 압축공기가 생산되어 토출첵크밸브를 통하여 압축공기가 토출된다.

압축기(200)에서 생성된 압축공기는 단열압축과정에서 많은 압축 열을 발생하여 고온의 압축공기 상태로 토출라인(L30)으로 토출되어 대략 60:40의 비율로 분기라인(L40),(L50)으로 분기되는데 있어서,

대략 60％의 압축공기가 분기라인(L50)을 통하여 열교환기(400)의 상부, 도입관(L51)으로 도입되어 열교환기(400) 열교환관(401)을 통하여 하부의 토출관(L52)으로 토출되는 과정에 열교환기(400)의 냉각수와 열교환을 이루어 상기의 압축 열을 방열한채, 저온의 압축공기 상태로 토출된다.

열교환기(400)에서 토출된 저온 고압 압축공기가 교번 적으로 이루어지는 제습기(9)에서 습기가 제거되어 팽창밸브(600)를 통과하면서 단열팽창의 과정을 이루어 냉동기(500)의 흡열부에서 등압흡열 과정으로 냉동기의 냉동부하가 이루어진다.

상기 냉동기(500)의 등압흡열 과정으로 냉동 열원을 흡수한 저온 저압의 공기는 다시 냉각수 탱크(7)에서 냉각수와 열교환 작용을 거쳐 냉각수 열원을 흡열하여 압축기(200)의 순환공기로 작용하는데 있어서,

압축기(200)의 흡입작용으로 필터를 거친 외기와 대략 60:40의 비율로 상기 압축기의 흡입공기를 이루게되어 공기를 냉매로 하는 반 개방형 냉동사이클이 이루어진다.

한편 상기 압축기(200)의 왕복 작동으로 생성된 고압 고온의 압축공기 중 나머지 40％는 분기라인(L40)을 통하여 연소기(100)로 도입되어 도시하지 않은 연료펌프로 승압된 고압의 연료노즐(130)에서 분사되는 미립자 액체연료와 연소반응을 거쳐 고온 고압의 연소가스(이하 압축연소가스라 함) 형태인 압축연소가스를 생성한다.

연소기(100)에서 생성되는 압축연소가스는 외부 연료에 의한 등압연소 과정과 연료의 연소 열원으로 압축연소가스의 온도가 급상승되므로 체적이 크게 증가되어 압축연소가스의 작동유체 일 량은 상기의 압축기(200)에서 생성된 압축공기 작동유체 일 량보다 크게 증가된다.

연소기(100에서 토출되는 압축연소가스 라인(L41)에 상술한 냉동기의 열교환기(400)에서 압축공기의 압축 열을 방열하는 과정에 얻어진 냉각수의 고압증기라인(L70)이 상호 연통되면서 압축연소가스와 고압증기가 집적 적으로 혼합을 이루어 고압증기의 열원 에너지를 과열증기로 유도함과 아울러 고온 고압의 압축연소가스 온도를 저하하도록 유도하여 다음에 서술되는 팽창기(300)의 적절한 작동유체 온도를 제공하는 반면에 습증기의 과열증기에 의한 작동유체의 일 량을 증가시키는 작용이 이루어진 압축연소가스와 과열증기의 이원적 작동유체를 이루게 된다.

고온 고압의 압축연소가스와 고온 고압의 과열증기로 이루어진 이원적 작동유체(이하 작동유체라 간단히 표기함)가 팽창기(300)의 피스톤헤드 측으로 작용하면 팽창기의 피스톤이 왕복 작동하여 팽창기(300)의 피스톤로드 측에서 유압이 생산 토출 되는데 있어서,

팽창기(300)의 피스톤헤드 측으로 작용하는 작동유체의 단속을 선택적으로 수행하여 팽창기(300)의 피스톤을 왕복 작동시키는 좌번 인-아웃밸브(310)와 우번 인-아웃밸브(320), 그리고 팽창기의 피스톤 작동 완료시점을 감지하여 상기 좌·우번 인-아읏밸브(310)(320)의 작동을 수행하는 제어입력밸브(330)와 제어아웃밸브(340)에 의하여 작동유체에 의한 팽창기(300)의 피스톤이 왕복작동 되면서 팽창기(330)의 피스톤로드에서 피스톤의 왕복작동에 따른 펌프작용이 이루어져 흡입첵크밸브 및 토출첵크밸브에 의하여 팽창기의 피스톤로드 측에서 가압유체의 유압이 생산된다.

팽창기(300)에서 생성된 가압유체의 유압은 축압기(1)에서 맥동 압력이 완충되고, 다시 압축기(200)의 작동 동력으로 소비되는 일련의 유압 생성과 소비의 반복적 과정이 이루어지면서 열 엔진 냉동 압축기의 동력작용이 연속적으로 이루어진다.

상기 팽창기(300)로부터 배기되는 배기가스는 고 열원을 갖는 열원 채이므로 상기한 열교환기(400)의 상부, 도입관(L83)으로 도입되어 열교환기(400)의 제2열교환관(402)을 거쳐 하부의 토출관(L84)으로 배출되는 과정에 열교환기(400)의 냉각수와 열교환이 이루어지므로, 상술한 압축공기의 압축열원 방열 작용으로 얻어지는 고압증기의 증기화 가열 열원이 증가하여 열교환기의 고압증기 열원 에너지가 증가된다.

한편 배기가스가 열교환기(400)에서 냉각수에 의해 저온으로 냉각되므로 압축연소가스와 과열증기의 이원적 작동유체를 갖는 배기가스에는 다량의 수분이 응축수의 복수화가 이루어져 기액분리기(10)에서 배기가스는 대기로 분출되고 응축수는 냉각수탱크(7)로 복귀된다.

상기한 냉동기(500)의 냉매인 저온 저압의 순환공기가 냉각탱크(7)의 상부, 도입관(L61)에서 도입되어 냉각탱크(7)의 하부, 배출관(L22)으로 배출되면서 상기 압축기(200)의 흡입라인(L20)으로 흡입되므로, 냉각탱크(7)로 복귀되는 응축수의 냉각 작용이 이루어져 냉각탱크(7)의 하단에는 냉각수의 저온 현상이 이루어지고, 이 저온의 냉각수를 공급받아 고압수펌프(6)로 승압하여 연결라인(L90)을 통하여 상기의 열교환기(400) 하부측으로 배치된 도입관(L94)으로 주입되어 열교환기(400)의 압축 공기 압축 열 및 배기가스 배기 열원과 열교환이 이루어진다.

한편 엔진탱크(3) 내에는 도시되지 않은 유압작동유인 유체로 충전되어 있고, 이 유체 속에 상기한 열 엔진의 구성 품인 압축기(200) 일체, 및 팽창기(300) 일체, 연소기(100)가 상기의 유체에 잠몰되어 유체의 냉각작용으로 열 엔진 냉동 압축기의 냉각을 이루는데 있어서,

엔진탱크(3)의 유체를 일정온도로 냉각하는 냉각수의 열교환관(H1)이 별도로 구성되고, 이 엔진탱크(3)의 열교환관(H1)으로는 상기의 고압수펌프(6)로 승압된 저온의 냉각수가 순환하면서 엔진탱크(3)의 유체온도 열원으로 가열되어 상술한 열교환기(400)의 상하부 중간에 배치되는 도입관(L92)으로 주입되므로 열교환기(400)의 냉각수 가열열원 증가가 이루어져 상기 열교환기(400)의 고압증기 생산이 증가된다.

엔진탱크(3)의 유체온도가 규정온도 이상으로 승온되면 정온기(8)가 개통되어 다량의 냉각수가 엔진탱크(3)의 열교환관(H1)을 순환되면서 엔진탱크(H1)의 유체 유온이 규정온도로 관리된다.

첨부도면 제 4도는 본 발명의 열 엔진 냉동 압축기 사이클의 공정도를 예시한 것으로,

냉동사이클과 열 엔진 사이클을 함께 이루는 유압에너지의 동력(W₁₂)으로 작동되는 열 엔진 냉동 압축기(200)에서 단열압축 과정을 거쳐 압축공기가 생성되고, 이 압축공기 중, 60％의 압축공기는 방열기(401)에서 등압방열(-Q₂₃) 과정을 거쳐 외부로 단열압축 열 전량을 방열 시켜, 팽창밸브(600)를 통과하면서 단열팽창이 이루어지면서, 줄-톰슨의 작용으로 공기의 온도가 급강하하여 냉동기(500)의 흡열기에서 등압흡열(+Q₄₁) 과정이 이루어져 냉동부하가 이루어진다.

상기의 압축기(200)에서 단열압축 과정으로 생성된 압축공기 중, 40％의 나머지 압축공기가 연소기(100)에서 연료와 등압연소되어 연소열원(+Q)으로 등압가열되므로 고온 고압의 압축연소가스 상태인 작동유체를 이루고, 상기의 냉동사이클에서 방열열원(-Q₂₃)으로 얻어진 고압증기 열원(+Q₂₃)과 혼합을 이루어 팽창기(300)에서 단열팽창 하는 과정에 유압에너지(W₅₆)로 치환되고, 팽창기(300)에서 배기되는 고온의 방열 열원(-Q₆₇)으로 얻어진 고압증기 열원(+Q₆₇)이 상기 팽창기(300)의 작동유체로 추가 작용하여 팽창기(300)의 유압에너지(W₅₆) 생산이 고 효율적으로 이루어져 유압으로 왕복작동하는 압축기(200)의 동력 손실 에너지가 최소로 이루어지는 열 엔진 냉동 압축기의 사이클이 이루어진다.

상기 압축기(200)의 흡입 유체로는 냉동기(500)를 순환하는 60％의 냉매 순환공기와, 40％의 외기 공기를 함께 흡입하는 반 개방형 열 엔진 냉동 압축기의 사이클이 이루어진다.

상기의 냉동사이클에서 단열팽창과정의 팽창밸브 대용으로, 도시되지 않은팽창터빈을 적용할 수 있으며, 팽창터빈의 회전 일을 유압펌프에 의한 유압으로 치환하여 압축기의 유압에너지 보조 동력으로 활용할 수도 있다.

첨부도면 제 5도는 본 발명 열 엔진 냉동 압축기의 열역학 사이클을 예시한 것으로,

압축기에서 유압에너지에 의해 단열압축 과정으로 얻어진 고온의 압축공기 일부가 방열기에서 등압방열(-Q23)과정으로 저온의 압축공기로 유도되어 온도와 엔트로피의 감소가 함께 이루어지며, 팽창밸브에서 단열팽창 되므로 흡열기에서 등압흡열(-Q41) 과정이 이루어지면서 냉동부하가 이루어지는 열 엔진 냉동 압축기의 냉동사이클에서 방열되는 빗금친 열원(-Q23)이 팽창증기로 치환된다.

한편 상기 압축기에서 단열압축과정으로 얻어진 고온의 나머지 압축공기가 연료와 연속적으로 연소되므로 연소열원(+Q)의 공급에 의해 팽창기에 작용하는 압축연소가스 작동유체의 온도와 엔트로피가 함께 증가하게 되고, 이 고온 고압의 압축연소가스에 상기 냉동사이클의 등압방열로 치환된 팽창증기의 빗금친 저온 열원(+Q23)과, 팽창기의 배기열원(-Q67)으로 치환되는 또 다른 팽창증기의 빗금친 저온 열원(+Q67)이 동시에 공급되어 팽창기의 작동유체가 압축연소가스와 팽창증기의 이원적 혼합 작동유체로 되어 팽창기의 작동유체 온도가 저하되는 반면에 작동유체의 엔트로피가 크게 증가하는 열효율이 높은 열 엔진 냉동 압축기의 열역학 사이클이 이루어진다.

상기한 압축기는 첨부도면 제 6도에 상세히 예시된바와 같이

압축기실린더(240),(250) 내부의 중앙에 피스톤로드(201)의 안내부재(202)가내측으로 돌출되고, 이 안내부재(202)의 양단부에는 압축기실린더(240),(250) 경(면적)보다 소경이면서 상기 안내부재(202)의 경(단면적)보다 대경을 갖는 또 다른 파일롯트실린더(243),(253)가 형성되며, 이 파일롯트실린더(243),253)에 가압유체(유압)의 토출과 배출이 이루어지는 유출·입구(244),(254)가 형성되고, 또한 이 파일롯트실린더(243),(253)에 유체의 유출과 유입이 이루어지는 밸런스포트((248),(258)가 형성되며, 상기의 파일롯트실린더(243),(253) 양단부와 압축기유압실(246),(256)의 내측 양단부간에 파일롯트 유압이 유출하고 유입하는 파일롯포트(247),(257)가 형성되어 압축기 실린더가 형성된다.

상기의 압축기실린더(240),(250)의 피스톤로드 안내부재(202)에 피스톤로드(201)가 상기의 안내부재(202)와 긴밀히 접촉하면서 슬라이딩되게 내설되고, 이 피스톤로드(201)의 양 단부 각각에 압축기실린더(240),(250)의 내벽과 긴밀히 슬라이딩되는 파워피스톤(241),(251)이 조립 체결되는데 있어서, 상기의 파워피스톤(241),(251)과 피스톤로드(201)간에 상술한 파일롯트실린더(243),(253)로 긴밀히 슬라이딩하면서 출입하는 파일롯트피스톤(242),(252)이 배치된다.

상기의 파워피스톤(241),(251)과 파일롯트피스톤(242)(252)은 한 몸체로 형성되는 것이 바람직하다.

압축기실린더(240),(250) 양 단부 실린더헤드(245),(255)측으로 실린더커버(249),(259)가 조립 체결되고, 이 실린더커버(249),(259)에 공기를 흡입하는 흡입첵크밸브(261),(271)와 압축공기를 토출하는 토출첵크밸브(262),(272)가 각각 구성된다.

상기한 압축기실린더 유출·입구(244),(254)에 가압유체 방향절환밸브(210)의 유출입유로와 상호 연통되도록 방향절환밸브(210)가 압축기 실린더(200)에 배치되는데 있어서, 방향절환밸브(210)는 외부 파일롯트유로(Lp3)에 의한 파일롯트유압으로 작동하는 파일롯트작동부(211)가 구비된 방향절환밸브(210)이다.

방향절환밸브(210)는 압축기실린더(200)에 고정 배치되어서 상기의 압축기실린더의 유출·입구(244),(254)와 방향절환밸브(210)의 유출입유로가 블록화로 직통 연결되는 것이 바람직하다.

상기한 압축실린더의 안내부재(202)를 기준으로 좌측에 형성된 밸런스포트(248)와 파일롯포트(247)에 압축기(200)의 왕복작동을 제어하는 제어입력밸브(220)의 밸런스유로(Lb1)와 파일롯트유로(Lp1)가 각각 연통되어서 제어입력밸브(220)가 압축기 실린더(200)에 고정배치 되는데 있어서, 제어입력밸브(220)는 입력라인의 유압 원(P)인 가압유체를 출력유로(Lp3)로 토출하는 기능을 한다.

상기한 압축실린더의 안내부재(202)를 기준으로 우측에 형성된 밸런스포트(258)와 파일롯포트(257)에 압축기(200)의 왕복작동을 제어하는 제어아웃밸브(230)의 밸런스유로(Lb2)와 파일롯트유로(Lp2)가 각각 연통되어서 제어아웃밸브(230)가 압축기 실린더에 고정배치 되는데 있어서, 제어아웃밸브(230)는 출력유로(Lp3)의 가압유체를 탱크로 드레인하는 기능을 한다.

상기 제어입력밸브(220)와 제어아웃밸브(230)는 한 몸체로 블록화 되어 압축기실린더(200)에 고정배치 되어서 상기 압축기실린더(200)의 밸런스포트(248),(258)와 파일롯포트(247),(257)에 제어입력밸브(220) 및 제어아웃밸브(230) 각각의 밸런스유로(Lb1),(Lb2)와 파일롯트유로(Lp1),(Lp2)가 블록화로 직통 연결될 수도 있다.

상기한 제어입력밸브(220)와 제어아웃밸브(230) 각각의 출력유로(Lp3)가 연결라인으로 연통되고, 이 연결라인은 상술한 방향절환밸브의 파일롯트유로와 연통 된다.

상기의 압축기 구성에 따른 유압에 의한 압축기의 왕복작동은

첨부도면 제 6-1도에 상세히 예시된바와 같이 방향절환밸브(210)에 의해 유압의 회로가 압축기(200)의 우측 유압실(250)로 작용하여 피스톤로드(202)의 우측(256)에 유압이 작용하므로 피스톤이 우측으로 이동되고, 압축기(200)의 우측 피스톤헤드 측(255)에서 체적이 감소되어 공기를 압축하므로 압축공기가 생성되면서 토출첵크밸브(272)를 통하여 압축공기가 토출 되는데, 이때 좌측의 유압실(240)은 피스톤의 우측 이동에 따라 용적이 감소하면서 방향제어밸브(210)를 통하여 오일을 드레인 하게 되며, 또한 좌측의 피스톤헤드(245) 측에서는 피스톤(241)의 우측 이동에 따른 체적 증가가 이루어지면서 흡입체크밸브(261)를 통하여 외기를 흡입하게 된다.

첨부도면 제 6-1도의 예시와 같이 압축기(200)의 피스톤이 유압에 의해 우측으로 이동하게 되면 제어아웃밸브(230)의 양측 밸렌스유로(Lb2)와 파일롯유로(Lp2)에 동압의 유압이 작용하므로 제어아웃밸브(230)는 스프링의 탄발력으로 항상 출력라인(Lp3)이 차단되도록 회로가 구성된다.

상술한 유압의 작용으로 압축기(200)의 피스톤이 우측으로 이동 완료되는 시점에 첨부도면 제 6-2도의 예시와 같이 좌측유압실(240)의 피스톤로드(202)에 구성된 파일롯트피스톤(242)이 파일롯트유압실(243)의 입구로 인입 하면서 파일롯트유압실(243)의 입구를 차단하므로 제 6도에 상세히 예시된 밸런스포트(248)와 좌측유압실(240)의 유출·입구(244)가 상호 연통되는 반면, 파일롯포트(247)가 상기 유출·입구(244)와 불통되는 관계가 이루어지므로 좌측유압실(240)의 오일 드레인 작용이 상기의 유출·입구(244)와 불통되는 관계에 의하여 차단된다.

상술한 과정으로, 좌측유압실(240)의 오일이 유출·입구(244)와 불통되어 드레인 차단된 상태에서 상기의 파워피스톤(241)의 우측 이동이 더 진행되면 좌측의 유압실 체적이 감소하면서 좌측 유압실내에는 상술한 오일 드레인 차단작용으로 고압의 유압이 발생되어 제어입력밸브(220)의 파일롯트유압이 된다.

좌측유압실(240)에서 파일롯트유압이 발생되면 파일롯포트(247)와 파일롯유로(Lp1)로 파일롯트유압이 토출되어, 제어입력밸브(220)의 파일롯트 유압작용이 이루어져 제어입력밸브(220)를 열림으로 작동하게 되는데, 이때 제어입력밸브(220)의 밸런스유압은 상기한 압축실린더(240)의 밸런스포트(248)를 통하여 자유흐름 상태로 드레인 된다.

상술한 유압의 작용으로 압축기(200)의 피스톤이 우측으로 이동 완료되는 시점에 좌측의 파일롯포트에 파일롯트유압이 발생되어 제어입력밸브(220)가 열려져 유압원(P)으로부터 첨부도면 제 6-3의 예시와 같이 또 다른 파일롯트유압이 토출유로(Lp3)로 토출하여 압축기(200) 방향절환밸브(210)의 외부 파일롯트유압으로 작용하므로 방향절환밸브(210)의 밸브유로가 절환되어 압축기의 좌측유압실(240)로 유압이 작용하게 되므로, 압축기의 촤즉 피스톤로드 측으로 유압이 작용하여 압축기의 피스톤이 좌측으로 이동하게 된다.

압축기(200)의 좌측유압실(240)에 유압이 작용하여 피스톤이 좌측으로 이동되면,

첨부도면 제6-4도에 예시된바와 같이 압축기(200)의 좌측 피스톤헤드 측에서는 공기를 압축하여 압축공기를 발생시키고, 압축공기의 적정압력 상태에서 토출첵크밸브(262)를 통하여 압축공기의 토출이 이루어지는 반면, 우측의 흡입첵크밸브(271)로 흡입작용이 이루어지고, 또한 우측 유압실(250)의 오일은 방향절환밸브(210)를 통하여 드레인 된다.

상술한 방향절환밸브(210)를 통하여 압축기(200)의 좌측 유압실(240)에 유압이 작용하면, 피스톤이 좌측으로 이동하면서 첨부도면 제 6-2도에 예시된 파일롯트피스톤(242)이 파일롯트실린더(243)로부터 이격된 상태가 되므로 첨부도면 제6-4의 예시와 같이 밸런스유로(Lp1)와 파일롯유로(Lb1)에 동압의 유압이 작용하여 제어입력밸브(220)가 스프링의 탄발력으로 차단상태를 이루게 된다.

한편 제어아웃밸브(230)는 스프링의 탄발력으로 상시 드레인 차단상태가 유지되므로 상술한 방향절환밸브(210)의 파일롯트유압은 계속 유지되고, 방향절환밸브(210)의 유압회로는 압축기의 좌측실린더(240)로 유압을 계속하여 토출 시켜 압축기의 작동을 수행하게 된다.

상술한 유압의 작용으로 압축기(200)의 피스톤이 좌측으로 이동 완료되는 시점에

첨부도면 제 6-5도에 예시된바와 같이 압축기(200)의 우측 피스톤에 형성된 파일롯트피스톤(252)이 우측실린더(250)의 파일롯트유압실(253) 입구에 인입 하게 되므로 파일롯트실린더(253) 입구가 차단되어 첨부도면 제6도에 예시되는 우측 유압실(250)의 밸런스포트(258)와 유출·입구(254)는 상호 연통되는 반면, 우측실린더(250)의 파일롯포트(257)가 상기 우측실린더(250)의 밸런스포트(258) 및 유출·입구(254)와 불통되는 관계가 이루어져 피스톤의 좌측 이동에 따른 우측실린더(250)의 체적 감소로 고압의 파일롯트 유압이 발생하게 되고, 이 과정으로 발생된 파일롯트 유압이 우측실린더(250)의 파일롯포트로 토출되어 파일롯유로(Lp2)에 의해 상기 제어아웃밸브(230)의 파일롯트 유압으로 작용되어 제어아웃밸브(230)를 작동시키게 된다.

상술한 유압의 작용으로 압축기(200)의 피스톤이 좌측으로 이동 완료되는 시점에 파일롯트 유압이 발생되어 제어아웃밸브(230)가 작동되면서 제어아웃밸브(230)가 열려지게 되므로, 상술한 방향절환밸브(210)의 외부 파일롯트 유압이 제어아웃밸브(230) 회로를 통하여 드레인 됨과 동시 상술한 방향절환밸브(210)는 스프링의 탄발력으로 첨부도면 제 6-6의 예시와 같이 방향절환밸브(210)의 유로가 절환 하게되고, 이 방향절환밸브(210)의 유로를 통하여 유압이 압축기의 우측실린더(250)로 토출하면서 압축기(200)의 1왕복 작동이 이루어진다.

첨부도면 제 7도에 상세히 예시된바와 같이

팽창기실린더(350),(360) 내부의 중앙에 피스톤로드 안내부재(302)가 내측으로 돌출되고, 이 안내부재(302)의 양단부에는 팽창기실린더(350),(360) 경(단면적)보다 소경이면서 상기 안내부재(302)의 경(단면적)보다 대경을 갖는 또 다른 파일롯트실린더(353),(363)가 형성되며, 이 파일롯트실린더(353),(363)에 가압유체의 토출과 배출이 이루어지는 유출·입구(354),(364)가 형성되고, 이 유출·입구(354),(364)에는 각각의 토출밸브(371),(381)와 흡입첵크밸브(372),(382)가 배치된다.

상기 팽창기실린더(350),(360) 토출밸브(371),(381)와 흡입첵크밸브(372),(382)가 각각의 개별적인 유출·입구를 구성하여 각각의 포트내에서 유체의 토출흐름과 드레인 흐름간의 간섭작용을 배제하게 할 수 있다.

상기 팽창실린더(350),(360)의 파일롯트실린더(353),(363)에 유체의 유출과 유입이 이루어지는 밸런스포트(358),(368)가 형성되며, 또한 파일롯트실린더(353),(363) 양단부와 팽창실린더(356),(366)의 내측 양 단부간에 파일롯트 유압이 유출하고 유입하는 파일롯포트(357),(367)가 형성되어 팽창기실린더(350),(360)가 형성된다.

상기 팽창기실린더(350),(360)의 피스톤로드 안내부재(302)에 피스톤로드(301)가 상기의 안내부재(302)와 긴밀히 접촉하면서 슬라이딩되게 내설되고, 이 피스톤로드(301)의 양 단부 각각에 팽창기실린더(350),(360)의 내벽과 긴밀히 슬라이딩되는 파워피스톤(351),(361)이 조립 체결되는데 있어서, 상기의 파워피스톤(351),(361)과 피스톤로드(301)간에 상술한 파일롯트실린더(353),(363)로 긴밀히 슬라이딩하면서 출입하는 파일롯트피스톤(352),(362)이 배치된다.

상기의 파워피스톤(351),(361)과 파일롯트피스톤(352),(362)은 한 몸체로 형성되는 것이 바람직하다.

팽창기실린더(350),(360) 양 단부에는 실린더커버(359),(369)가 조립 체결되고, 이 실린더커버(359),(369) 각각에 팽창가스를 토출시키면서 배기 할 수 있는 좌·우번 인-아웃밸브(310),(320)가 각각 배치되는데 있어서, 좌·우번 인-아웃밸브의 작동은 외부 파일롯트유로(Lp6)에 의한 파일롯트 유압으로 작동된다.

상기의 팽창기실린더 커버(359),(369) 각각에 좌·우번 인-아웃밸브(310),(320)가 고정 체결되는데 있어서, 각각의 팽창가스 작동유체와 배기가스의 통로가 파이프 연결관을 생략하는 직통으로 좌·우번 인-아웃밸브(310),(320)와 팽창실린더(350),(360)의 피스톤헤드 측(355),(365) 각각의 가스실과 연통 되는 것이 바람직하다.

상기한 팽창실린더(350),(360)의 안내부재(302)를 기준으로 좌측에 형성된 밸런스포트(358)와 파일롯포트(357)에 팽창기(300)의 왕복작동을 제어하는 제어입력밸브(330)의 밸런스유로(Lb3)와 파일롯트유로(Lp4)가 각각 연통 되어서 제어입력밸브(330)가 팽창기실린더에 고정배치 되는데 있어서, 제어입력밸브(330)는 입력라인의 유압 원(P)인 가압유체를 출력유로(Lp6)로 토출하는 기능을 하여 또 다른 파일롯트 유압을 발생하는 기능을 한다.

상기한 팽창실린더의 안내부재(302)를 기준으로 우측에 형성된 밸런스포트(368)와 파일롯포트(367)에 팽창기의 왕복작동을 제어하는 제어아웃밸브(340)의 밸런스유로(Lb4)와 파일롯트유로(Lp5)가 각각 연통 되어서 제어아웃밸브(340)가 팽창기실린더에 고정배치 되는데 있어서, 제어아웃밸브(340)는 출력유로의 가압유체(파일롯트 유압)를 탱크로 드레인하는 기능을 한다.

상기의 팽창기(300) 구성에 따른 압축연소가스 또는 과열증기(이하 작동유체함)에 의한 팽창기의 왕복작동은

첨부도면 제 7-1도에 상세히 예시된바와 같이 상시 배기가스를 차단함과 아울러 작동유체를 상시 통과하는 좌번 인-아웃밸브(310)의 토출밸브(311)를 통하여 작동유체가 팽창기의 좌측실린더(350)의 피스톤헤드 측(355) 에 작용하면, 작동유체의 팽창력으로 피스톤이 우측으로 작동하게 됨과 아울러 좌측 피스톤로드 측(356)에는 오일이 가압되어 유압이 발생되고, 이 가압유체의 유압은 토출첵크밸브(371)를 통하여 외부로 토출된다.

상기와 같이 팽창기(300)의 우측 작동이 이루어짐과 아울러 우측의 피스톤헤드 측에는 상시 작동유체의 통과를 차단하면서 배기가스를 상시 통과시키는 우번 인-아웃밸브(320)의 배기밸브(322)를 통하여 우측의 피스톤헤드 측의 작동유체가 배기라인으로 배기되고, 또한 우측의 피스톤로드 측의 유압실(366)이 체적 증가되면서 흡입첵크밸브(382)를 통하여 오일을 흡입하게된다.

상기와 같이 팽창기의 피스톤이 우측으로 작동하면서 좌측 피스톤로드 측(356)에서 유압이 발생되게 되면 좌측의 밸런스유로(Lb3)와 파일롯유로(Lp4)에 동압의 유압이 작용하므로 첨부도면 제 7-1의 예시와 같이 제어입력밸브(330)는 스프링의 탄발력으로 상시 차단되어 있는 상태가 된다.

상술한 작동유체의 작용으로 팽창기의 피스톤이 우측으로 이동 완료되는 시점에 첨부도면 제 7-2도의 예시와 같이 좌측실린더(350)의 피스톤로드에 구성된 파일롯트피스톤(352)이 파일롯트실린더((353)의 입구로 인입 하면서 파일롯트실린더(353)의 입구를 차단하므로 제 7도에 상세히 예시된 좌측실린더(350)의 밸런스포트(358)와 유출·입구(354)가 상호 연통되는 반면, 좌측실린더(350)의 파일롯포트(357)가 상기 유출·입구(354)와 불통되는 관계가 이루어지므로 좌측실린더(350)의 오일 토출 작용이 상기의 유출·입구(354)와 불통되는 관계에 의하여 차단된다.

상술한 과정으로, 좌측실린더(350)의 유압이 유출·입구(354)와 불통되어 드레인 차단된 상태에서 상기의 파워피스톤(351)의 우측 이동이 더 진행되면 좌측실린더(350) 유압실(356)의 체적이 감소하면서 좌측 유압실내에는 상술한 유압 토출 차단작용으로 고압의 유압이 발생되어 제어입력밸브(330)의 파일롯트유압이 된다.

좌측실린더(350)에서 파일롯트유압이 발생되면 파일롯포트(357)와 파일롯유로(Lp4)로 파일롯트유압이 토출되어, 제어입력밸브(330)의 파일롯트 유압작용이 이루어져 제어입력밸브(330)가 열림으로 작동되는데, 이때 제어입력밸브(330)의 밸런스유압은 상기한 좌측실린더(350)의 밸런스포트(358)를 통하여 유압흐름 상태로 토출첵크밸브(371)로 토출된다.

상술한 작동유체의 작용으로 팽창기의 피스톤이 우측으로 이동 완료되는 시점에 좌측실린더(350)의 파일롯포트(357)에 파일롯트 유압이 발생되어 제어입력밸브(330)가 열려져 유압 원(P)으로부터 첨부도면 제 7-3의 예시와 같이 또 다른 파일롯트유압이 파일롯유로(Lp6)를 통하여 팽창기 좌번 인-아웃밸브(310) 및 우번인-아웃밸브(320)의 외부 파일롯트유압으로 작용하면,

좌번 인-아웃밸브(310) 및 우번 인-아웃밸브(320)의 밸브유로가 절환되어 상기 좌번 인-아웃밸브(310)는 배기밸브(312)가 열려짐과 아울러 작동유체 토출밸브(311)가 차단되고, 또한 우번 인-아웃밸브(320)는 배기밸브(322)가 차단됨돠 아울러 작동유체 출밸브(321)가 열려지는 작용이 이루어진다.

상술한 작동유체의 작용으로 팽창기(300)의 피스톤이 우측으로 이동 완료된 시점에 팽창기(300)의 좌측실린더(350) 파일롯포트(357)에서 발생된 고압의 파일롯트유압으로 제어입력밸브(330)가 열려져 유압 원(P)으로부터 또 다른 외부 파일롯트유압이 발생되어 좌번 인-아웃밸브(310) 및 우번 인-아웃밸브(320)의 역전 작용이 상술한바와 같이 이루어지므로,

첨부도면 제 7-4의 예시와 같이 우측실린더(360) 우번 인-아웃밸브(320)의 토출밸브(321)를 통하여 작동유체가 팽창기의 우측실린더(360) 피스톤헤드 측에 작용하여 팽창기의 피스톤이 좌측으로 작동하게된다.

상기의 과정으로 팽창기의 좌측 작동이 이루어지면 팽창기의 우측실린더(360) 유압실에 오일의 가압이 이루어져 유압이 발생되어 토출첵크밸브(381)를 통하여 가압유체(유압)가 토출 생성되는 반면에, 좌측실린더(350)의 유압실은 피스톤의 좌측 이동에 따른 유압실의 체적이 증가하면서 흡입첵크밸브(372)를 통하여 오일을 흡입하게되고, 또한 좌측실린더(350)의 피스톤헤드 측으로는 좌번 인-아웃밸브(310)의 배기밸브(312)를 통하여 배기가스를 배기하는 작용이 이루어진다.

한편 첨부도면 제 7-4도의 예시와 같이 팽창기의 피스톤이 좌측으로 작동하는 시점에서는 상기의 좌측실린더(350) 파일롯트피스톤이 파일롯트실로부터 이격된 상태가 되므로 밸런스포트와 파일롯포트가 상호 연통됨과 아울러 상기의 파일롯트유압이 제거되는 관계가 이루어져 제어입력밸브(330)는 스프링의 탄발력으로 차단되는데, 이때 우측실린더(350)의 피스톤로드 측으로는 밸런스포트와 파일롯포트간에 상호 연통되어 동압의 관계가 이루어져 제어아웃밸브(340)도 스프링의 탄발력으로 차단되어 있는 상태가 되므로 상술한 좌번 인-아웃밸브(330) 및 우번 인-아웃밸브(340)의 외부 파일롯트 유압은 제거되지 않고 유지된다.

상술한 작동유체의 작용으로 팽창기의 피스톤이 좌측으로 이동 완료되는 시점에,

첨부도면 7-5도의 예시와 같이 우측실린더(360)의 피스톤로드 측으로 구성된 파일롯트피스톤(362)이 파일롯트실린더(363)의 입구로 인입 하면서 파일롯트실린더(363)의 입구를 차단하므로 제 7도에 상세히 예시된 우측실린더(360)의 밸런스포트(368)와 유출·입구(364)가 상호 연통되는 반면, 파일롯포트(367)가 상기 유출·입구(364)와 불통되는 관계가 이루어지면서 상술한 우측실린더(360) 파워피스톤(361)의 좌측 이동에 따른 우측실린더(360)의 유압실에는 유출·입구(364)와 연통된 밸런스포트(368)의 유압보다 더 높은 고압의 파일롯트 유압이 발생하게 된다.

상기의 과정으로 팽창기의 우측실린더(360)에 고압의 파일롯트유압이 발생되면 우측실린더(360)의 파일롯포트(367)로 토출하여 파일롯유로(Lp5)를 통하여 제어아웃밸브(340)를 작동하게 되어 제어아웃밸브(340)가 열림으로 작동하게 되는데, 이때 제어아웃밸브(340)의 밸런스유압은 상기한 우측실린더(360)의 밸런스포트(358)를 통하여 가압유체의 유압흐름 상태로 토출첵크밸브(381)를 통하여 토출하게 된다.

상술한 작동유체의 작용으로 팽창기(300)의 피스톤이 좌측으로 이동 완료되는 시점에 우측실린더(360)의 파일롯포트(367)에 파일롯트유압이 발생되어 제어아웃밸브(340)가 열려져 상술한 또 다른 파일롯트유압 원이 첨부도면 제 7-5의 예시와 같이 드레인 제거된다.

상술한 제어아웃밸브(340)가 열려져 또 다른 파일롯트유압 원이 첨부도면 제 7-5의 예시와 같이 드레인 제거됨과 아울러 좌번 인-아웃밸브(310) 및 우번 인-아웃밸브(320)의 밸브유로가 첨부도면 제 7-6의 예시와 같이 복귀 절환되어 상기 좌번 인-아웃밸브(310)는 배기밸브(312)가 차단됨과 아울러 작동유체 토출밸브(311)가 열려지고, 또한 우번 인-아웃밸브(320)는 배기밸브(322)가 열려짐과 아울러 작동유체 토출밸브(321)가 차단되는 작용이 이루어진다.

상기의 과정으로 팽창기는 좌번 인-아웃밸브(330)의 작동유체 토출밸브(311)를 통하여 토출되는 작동유체의 팽창작용으로 우측 작동이 이루어지는 팽창기(300)의 1왕복 작동이 이루어지면서 팽창기의 토출첵크밸브(371),(381)에서 가압유체의 유압이 연속적으로 만들어지게 된다.

첨부도면 제 10도에 상세히 예시된바와 같이

연소기는 내통(120)파 외통(140), 단열통(150), 연료노즐홀더(110)로 구성되고 연료노즐홀더(110)에 연료노즐(130)이 체결 조립된다.

상기 내통관(120)의 우측 단부에는 개구부 통채형으로 형성되며 좌측 단부측 폐쇄부재(121)에는 첨부도면 제9도에 예시된 다수개의 분공(123)이 천공되며, 중앙에 동심원상의 통공(122)이 형성되고, 이 폐쇄부재(121)의 좌측에 상기의 연료노즐홀더(110)가 일정 간격으로 이격되어 고정 체결된다.

상기의 연료노즐홀더(110)는 내부가 빈 동심원상의 통채로 구성되어 연소용 압축공기가 도입되는 유입관(114)이 구비되며, 이 유입관(114)에는 도시되지 않은 연소용 압축공기 량을 조절할 수 있는 조절밸브가 구성 될 수 있다.

연료노즐홀더(110) 내부에 축 방향으로 연료노즐(130)이 설치되는데 있어서, 연료노즐(130) 외주면과 연료노즐홀더(110) 내벽간에는 연소용공기가 유통할 수 있는 충분한 공간부가 형성된다.

상기의 내통(120) 외주면과 외통(140) 내벽 사이로 내통(120)을 냉각하는 압축공기가 충분히 흐를 수 있도록, 외통(140) 내벽이 상기한 내통(120)의 외주면과 일정한 공간을 확보 한 채, 내통(120)을 동심원상으로 감싸면서 내통(120)의 개구 단부보다 축 방향으로 길게 연장되면서 폐쇄부재(141)가 구성되어, 이 폐쇄부재(141)의 중심에 연소가스 토출구(142)가 천공되는데 있어서, 상기의 내통(120) 개구 단부와 외통(140)의 폐쇄부재(141)간에 연소가스와 상술한 냉각용 압축공기가 충분히 혼합을 이를 수 있는 공간이 확보되는 한편, 외통(140)의 폐쇄부재(141) 반대측으로 냉각용 압축공기 도입배관(143)이 구성된다.

상기의 단열통(150)은 일단이 폐쇄부재(151)로 폐쇄되어 연결아답터(152)가고정된 채, 외통(140)의 폐쇄부재(141)와 이격되고, 또한 외통(140)의 외주면과 일정공간을 확보하면서 외통(140)을 동심원상으로 감싸는데 있어서, 단열통(150)이 외통(140)을 축 방향으로 충분히 감싸는 형태를 구성하는 목적은 외통(140) 외벽을 대기 또는 냉각유체로부터 격리시켜 본 발명의 연소기에서 냉각유체에 잠몰되는 상황에서 연소기(100)의 열 손실을 방지할 수 있으며, 또한 본 발명의 특성상 자연스럽게 생성되는 저온의 포화증기를 연소기(100)의 단열통(150) 내측으로 도입하면서 연소기(100)의 출구(152)에서 포화증기와 연소가스의 혼합을 유도하여 포화증기를 과열증기로 유도하면서 연소가스의 온도를 본 발명 팽창기의 적정 온도로 강하하는 목적을 갖는다.

미 설명 부호 101은 연소기의 점화플러그이다.

상기 연소기의 구성에 따른 작용을 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 제 8도 내지 제10에 상세히 예시된바와 같이 연소기(100)의 연료노즐홀더(110) 내측을 통하여 일부의 연소용 압축공기가 도입되면, 이 압축공기는 내통(120)의 폐쇄부재(121) 중심에 천공된 통공(122)으로 일부의 압축공기가 내통(120)의 연소부(①)로 토출되면서 연료노즐(130)의 분사체(131)로 고압의 연료에 의해 미립자로 분무되는 연료와 내측부 연소가 이루어지고, 또한 상기 연료노즐홀더(110)로 도입된 나머지 압축공기는 상기 폐쇄부재(121) 통공(122) 외측으로 천공된 다수개의 분공(123)을 통하여 내통(120)의 연소부로 토출되면서 고압의 연료에 의해 연료노즐(130)의 분사체(131)를 통하여 미립자로 분무되는 연료와 외측부 연소가 이루어져 내통(①)의 개구부로 분출하여 연소기(100)의 외통(140) 내측의혼합부(②)로 분출된다.

한편 내통(120)과 외통(140)의 공간부로 냉각용 도입배관(143)을 통하여 상기 연료노즐홀더(110) 내부로 도입된 압축공기 량보다 많은 냉각용 압축공기가 도입되어 연소기의 혼합부(②)로 토출되는 과정에 연소기(100)의 내통(120) 외주면을 냉각하는 기능을 연출하여 고온 고압하의 연소기(100) 내통(120) 구조물을 보호하는 기능을 수행하고, 또한 상기 냉각용 압축공기가 연소기(100)의 혼합부(②)에서 연소가스와 집적 혼합을 이루어 연소가스의 온도를 저하시키는 작용을 하게된다.

그리고 연소기(100)의 혼합부(②)에는 외통(140)를 동심원상으로 감싸면서 외통체 외주면을 대기 또는 냉각유체로부터 단절시키는 단열통(150) 내측과 상기 외통(140) 외주로 고온의 고압증기(포화증기)가 도입되어 외통(140) 외주면으로 전달되는 열원을 흡수하면서 상기의 고압증기(포화증기)가 외통(140)의 폐쇄부재(141)와 단열통(150)의 폐쇄부재(151)간으로 이격된 증기분출로(153)를 통하여 연소기(100)의 토출구(155) 토출부(③)로 분출되어 고온 고압의 연소가스와 집적 적으로 혼합을 이루어 열교환이 이루어진다.

상기의 포화증기는 많은 열량을 보유한 채, 연소기(100)의 연소가스 토출부(③)로 분출하면서 연소기(100)의 혼합부(②)에서 분출되는 고온 고압의 연소가스와 집적 적으로 혼합을 이루어 열교환이 이루어지므로, 고온 고압의 연소가스의 온도가 저하하도록 유도되는 반면에, 포화증기가 과열증기로 변화하면서 팽창되는 체적의 비가 월등히 크게 이루어짐을 유도하여 연소기(100)의 토출구(155)로 토출되는 연소가스 및 과열증기의 총 작동유체 량 및 작동유체 열량을 크게 증가시키는 연소기이다.

첨부도면 제 9도는 제 8도의 A-A' 선상에서 연료노즐홀더(110)를 취외한 상태에서 도시한 것으로, 연소기(100) 내통(120)의 폐쇄부재(121)에 형성된 통공(122)과 분공(123)을 도시한 것이다.

미 설명 부호 113은 연료노즐홀더(110)의 폐쇄부재이고,

미 설명 부호 111, 112은 상기 연료노즐홀더(110)의 폐쇄부재(113)에 고 정되어 연료노즐(130)을 고정하는 고정볼트와 너트이다.

미 설명 부호 132는 연료노즐(130)에 고압의 연료를 공급하는 연결아답터이다.

첨부도면 제 11도는 압축기(200)와 팽창기(300)의 상호 작동력과 부하력 사이의 관계 도를 나타낸 것으로,

본 발명의 특성상 압축기(200)에 작용(소비)되는 유압 P㎏/㎠과 팽창기(300)에서 생산되는 유압 P'㎏/㎠은 근사한 동압(엄밀히 팽창기의 생성 유압이 크다) 관계이고, 압축기(200)에서 생산되는 압축공기의 압력 A㎏/㎠과 팽창기(300)에서 작용(소비)되는 압축연소가스(팽창증기 포함)의 압력 A'㎏/㎠가 근사한 동압(엄밀히 압축기의 생성 압축공기 압력이 크다) 관계가 이루어지며, 또한 유압의 압력 P㎏/㎠, P'㎏/㎠가 압축공기 및 압축연소가스 압력 A㎏/㎠, A'㎏/㎠ 보다 3배 이상 큰 압력 관계로 이루어진 유압엔진의 동력 압력 사이클을 전제로,

압축기(200)의 피스톤로드(201) 측으로 유압 P㎏/㎠이 작용하여 피스톤(203)이 피스톤헤드 측으로 작동하는 유압에 의한 작동력 Fp 는 피스톤헤드 측에서 압축공기를 가압하는 압축공기 압력 A㎏/㎠의 부하력 Fa의 105％ 이상 크도록 압축기(200)의 피스톤(203)과 피스톤로드(201)간의 면적(C㎠/C'㎠) 비가 설정되고,

또한 팽창기(300)의 피스톤헤드 측으로 압축연소가스 및 팽창증기 압력 A'㎏/㎠가 작용하여 피스톤(303)이 피스톤로드(301) 측으로 작동하는 압축연소가스 및 팽창증기에 의한 작동력 Fa'은 피스톤로드 측에서 유압을 가압하는 유압 P'㎏/㎠ 부하력 FP'의 105％ 이상 크도록 팽창기(300)의 피스톤(303)과 피스톤로드(301)간의 면적(C㎠/C'㎠) 비가 설정된다.

그리고 압축기(200)의 압축공기 생성 부하력 Fa 보다 팽창기(300)의 유압 생성 작동력 Fa'가 105％ 이상 크도록 압축기(200)의 피스톤(203) 면적 C㎠과 팽창기(300)의 피스톤(303) 면적 E㎠이 105％C㎠＜E㎠ 비가 설정된다.

상기와 같은 압축기(200)와 팽창기(300)의 면적 관계와, 압축기(200)의 유압에 의한 작동력과 공기를 압축하는 부하력의 관계, 그리고 팽창기(300)의 압축연소가스에 의한 작동력과 유압을 발생하는 부하력 관계의 조건으로,

압축기(200)의 피스톤로드(2010 측으로 유압의 소비가 이루어지면서 압축공기가 생산되고, 팽창기(300)의 피스톤헤드 측으로 압축연소가스의 소비가 이루어지면서 피스톤로드(301) 측으로 유압이 생산되는 압축기(200)와 팽창기(300)의 왕복작동 사이클이 연속적으로 이루어지는 특징을 갖는 열 엔진 냉동 압축기

열 엔진 냉동 압축기는 유압메카니즘으로 동력이 전달되는 피스톤 방식의 엔진으로 가스터빈 사이클을 이루는 압축기와 팽창기 연소기로 구성된 열 엔진 냉동압축기인바,

환경 친화적인 공기를 냉매로 하는 열 효율이 우수한 냉동기를 구현할 수 있고, 또한 열 엔진 냉동 압축기의 구성에 복잡한 크랭크 회전 기구와 같은 회전체를 생략할 수 있어 열 엔진 냉동기의 구성을 간결화 시킬 수 있다.

압축기는 복잡한 크랭크 회전기구를 일체 생략한 액체의 유압메카니즈으로 왕복작동되는 피스톤 방식의 용적형 압축기를 구현하여 압축기의 냉각이 용이하면서 압축효율이 우수하고, 압축공기가 연소기에서 연속적으로 연소하여 압축연소가스의 작동력으로 팽창기에서 집적 유압과 치환되어 열 엔진을 이루므로 배기가스의 오염을 크게 줄일 수 있고, 팽창기는 복잡한 크랭크 회전기구를 일체 생략한 압축연소가스 및 고압증기의 이원적 작동유체로 왕복 작동되는 피스톤 방식의 용적형 팽창기가 달성되므로 작동유체의 팽창효율이 우수하면서 냉각 성능이 우수하다.

열 엔진 냉동 압축기는 냉동사이클의 등압방열 과정의 방열 열원과, 열 엔진사이클의 배기 열원 및 냉각 열원을 고압증기로 회수하여 압축연소가스와 함께 팽창증기의 이원적 작동유체를 만들어 팽창기에서 유압으로 치환하므로 열 엔진의 효율이 매우 우수하다.

Claims

공기를 냉매로하는 냉동기에 이용되는 저온의 압축공기를 생산하는 열 엔진 냉동 압축기에 있어서,

압축기의 피스톤로드 측으로 방향절환밸브에 의한 유압이 교번적으로 작용함에 따라서, 상기 압축기의 왕복작동이 이루어지면서 피스톤헤드 측에서 압축공기를 생산하여 일부의 압축공기가 열 교환기에서 열 교환되어 저온의 압축공기가 생성되는 반면, 열교환기의 냉각수가 가열되어 고온의 증기를 생성하며, 상기 열교환기에서 토출되는 저온의 압축공기가 제습기를 거쳐 팽창밸브에서 단열팽창되어 냉동기에서 냉동부하를 흡수하면서 다시 상기 압축기의 흡입 공기로 순환하는 냉동사이클 단계와;

압축기에 생성된 상기의 나머지 압축공기가 연소기에서 연료와 연소반응을 하여 압축연소가스를 생성하고, 이 연소가스에 상기의 증기가 집접 혼합되어 과열증기가 생성되는 압축연소가스와 과열증기의 이원적 작동유체를 이루는 것과;

압축연소가스와 과열증기가 팽창기의 피스톤헤드 측으로 작용하여, 좌·우번 인-아웃밸브의 교번적 제어의 단속에 따라서 팽창기의 왕복작동이 이루어져 피스톤로드 측에서 유압이 생산되어 축압기를 거쳐 다시 상기의 압축기 피스톤로드 측으로 작용하는 것과;

상기의 팽창기에서 배기되는 배기가스가 상기 열교환기에서 열교환으로 냉각수를 가열하여 고압증기를 생성함과 아울러 저온의 배기가스로 냉각되어 응축수를유도하여, 응축수는 기액분리기를 통해 냉각수탱크로 환수되고 배기가스는 대기로 배기되는 것과;

냉각수탱크의 냉각수를 고압수펌프로 승압하여 상기 열교환기로 공급하는 것과;

상기 압축기의 흡입 유체로는 상기의 냉매로 작용한 일부의 순환공기와 필터를 거친 일부의 외기로 구성되어, 냉매 공기가 반 개방형으로 순환하는 사이클 특징을 갖는 열 엔진 냉동 압축기
제 1항에 있어서,

유압으로 압축공기를 생산하는 압축기는

압축기의 2개소 피스톤로드 측으로 방향절환밸브에 의한 입·출입의 교번적인 제어흐름을 갖는 유압이 작용함에 따라서, 상기 압축기의 피스톤 왕복작동이 이루어지면서 압축기의 2개소 피스톤헤드 측에서 흡입첵크밸브와 토출첵크밸에 의한 압축공기를 생산하는 피스톤방식의 압축기와;

압축기의 피스톤 작동 완료 시점에 파일롯트유압이 발생되어 제어입력밸브의 열림 작용이 이루어져 또 다른 파일롯트유압을 토출시켜, 상기의 방향절환밸브를 작동하여 압축기의 2개소 피스톤로드의 공급과 드레인 유로를 절환 함으로서 압축기의 피스톤 작동 방향을 절환하는 것과;

상기 압축기의 또 다른 피스톤 작동 완료 시점에 파일롯트유압이 발생되어 제어아웃밸브의 열림 작용이 이루어져 상술한 방향절환밸브를 작동하고 있는 또 다른 파일롯트유압을 드레인 시켜, 상기 방향절환밸브의 공급유로와 드레인유로를 복귀 절환 되도록 유도하여 압축기의 왕복 작동이 연속적으로 이루어지는 특징을 갖는 열 엔진 냉동 압축기
제 2항에 있어서,

유압으로 압축공기를 생산하는 압축기는

압축기실린더의 2개소 피스톤로드 측을 공유하는 하나의 로드 커버을 구성하는 안내부재가 구성됨과 아울러 이 안내부재로 슬라이딩되는 피스톤로드가 설치되는 것과;

상기 안내부재 양단 각각에 안내부재 단면적보다 크면서 압축기실린더 면적보다 작은 면적을 갖는 파일롯트실린더가 구성되어 유체의 출입이 이루어지는 밸런스 포트와 유체의 출입이 이루어지는 유출·입구가 각각 구성되는 것과;

상기 피스톤로드 양단 각각에 파워피스톤이 체결되고, 이 파워피스톤과 상기 피스톤로드 양단간에 상기 파일롯트실린더로 긴밀히 슬라이딩되면서 출입하는 파일롯피스톤이 구성되는 것과;

상기 2개소의 파일롯트실과 압축기실린더가 접하는 구간에 파일롯포트가 형성되어 피스톤의 작동 완료 시점에 상기 파일롯피스톤이 파일롯트실린더로 인입 슬라이딩되면서 상기 파워피스톤의 작동에 따른 유체의 흐름을 상기 유출·입구와 불통시키는 반면에 파일롯포트로 파일롯트 유압을 토출시키는 특징을 갖는 열 엔진 냉동 압축기
제 2항에 있어서

압축기의 피스톤 왕복작동에 따라 피스톤로드 측의 2개소 각각의 파일롯포트와 밸런스포트 각각에 동압의 유압이 작용하면 제어입력밸브가 스프링의 탄발력으로 상시 차단되는 것과;

상기 밸런스포트의 유압보다 파일롯포트의 유압이 고압일 경우 제어입력밸브가 열려 또 다른 유압 원을 통과하여 또 다른 파일롯트유압이 토출되면서 상기 방향제어발브의 유로를 절환하는 것과;

상기 밸런스포트의 유압보다 파일롯포트의 유압이 고압일 경우 제어아웃밸브가 열려 상기 방향제어밸브의 작동매체인 또 다른 파일롯트 유압이 드레인 되어 방향제어밸브의 유로가 절환 복귀되는 특징으로 압축기의 피스톤이 유압에 의하여 연속적으로 왕복 작동하는 특징을 갖는 열 엔진 냉동 압축기.
제 1항에 있어서,

압축연소가스의 작용으로 유압을 생산하는 팽창기는

팽창기의 2개소 피스톤헤드 측으로 좌·우번 인-아웃밸브에 의한 공급과 배기의 교번적 단속 제어흐름을 갖는 압축연소가스가 작용함에 따라서, 상기 팽창기의 피스톤 왕복작동이 이루어지면서 팽창기의 2개소 피스톤로드 측에서 흡입첵크밸브와 토출첵크밸에 의한 펌프 작용이 이루어져 유압(가압유체)이 생산되는 피스톤방식의 팽창기와;

팽창기의 피스톤 작동 완료 시점에 파일롯트유압이 발생되어 제어입력밸브의 열림 작용이 이루어져 유압 원으로부터 또 다른 파일롯트유압을 토출시켜 상기의 좌·우번 인-아웃밸브가 작동되는 것과;

상기 좌·우번 인-아웃밸브의 작동에 따라서 압축연소가스의 공급과 배기의 방향이 절환되어 팽창기의 작동 방향이 절환되는 것과;

상기 팽창기의 또 다른 피스톤 작동 완료 시점에 파일롯트유압이 발생되어 제어아웃밸브의 열림 작용이 이루어져 상술한 좌·우번 인-아웃밸브를 작동하고 있는 또 다른 파일롯트유압을 드레인 시켜, 상기 좌·우번 인-아웃밸브의 압축연소가스공급과 배기의 방향을 복귀 절환 하도록 유도하여 팽창기의 피스톤 왕복 작동을 연속적으로 이루어지게 하는 특징을 갖는 열 엔진 냉동 압축기
제 5항에 있어서

압축연소가스로 유압을 생산하는 팽창기는

팽창기의 피스톤 왕복작동에 따라 피스톤로드 측의 2개소 각각의 파일롯포트와 밸런스포트 각각에 동압의 유압이 작용하면 제어입력밸브가 스프링의 탄발력으로 상시 차단되는 것과;

상기 밸런스포트의 유압보다 파일롯포트의 유압이 고압일 경우 제어입력밸브가 열려 또 다른 유압 원을 통과시켜, 또 다른 파일롯트유압을 생성하여

좌·우번 인-아웃밸브를 작동시켜, 좌·우번 인-아웃밸브의 유체 단속밸브가 절환되어 팽창기의 2개소 파스톤헤드 측으로 압축연소가스의 공급과 배기의 방향이절환되어 팽창기의 피스톤이 왕복작동을 이루어지는 것과;

상기 밸런스포트의 유압보다 파일롯포트의 유압이 고압일 경우 제어아웃밸브가 열려 상기 좌·우번 인-아웃밸브의 작동매체인 또 다른 파일롯트유압이 드레인 되어 상기 좌·우번 인-아웃밸브를 작동하던 파일롯트유압의 제거에 의해 좌·우번 인-아웃밸브가 복귀 절환되므로, 상기 좌·우번 인-아웃밸브의 유체 단속밸브가 복귀 절환되어 팽창기의 2개소 피스톤헤드 측으로 압축연소가스의 공급과 배기의 방향이 바뀌어져 팽창기의 피스톤 왕복작동이 이루어지는 특징 갖는 열 엔진 냉동 압축기.
제 5항에 있어서,

압축연소가스를 교본적으로 단속하는 좌·우번 인-아웃밸브는

팽창기의 제어입력밸브로 또 다른 파일롯트유압이 작용하면, 좌번 인-아웃밸브가 작동되어 상시 외부의 압축연소가스를 피스톤헤드 측으로 차단하는 토출밸브와, 피스톤헤드 측의 배기가스를 외부의 배기관으로 상시 배기하는 배기밸브로 구성된 좌번 인-아웃밸브와;

팽창기의 제어입력밸브로 또 다른 파일롯유압이 작용하면, 우번 인-아웃밸브가 작동되어 상시 외부의 압축연소가스를 피스톤헤드 측으로 토출하는 토출밸브와, 피스톤헤드 측과 외부의 배기관이 상시 차단되는 배기밸브로 구성된 우번 인-아웃밸브와;

팽창기의 피스톤헤드의 양단커버 각각에 상기의 좌번 인-아웃밸브와 우번인-아웃밸브가 각각 구성되어 압축연소가스를 팽창기의 양방향 피스톤헤드 측으로 교번적으로 공급함과 아울러 배기하는 특징으로 팽창기의 피스톤이 왕복 작동되는 특징을 갖는 열 엔진 냉동 압축기
제 1항에 있어서

상기의 압축공기와 압축연소가스의 근사한 동압 관계의 압력 하에서,

압축연소가스로 작동되는 피스톤의 작동력이 압축공기를 생산하는 압축기 피스톤의 부하력 보다 큰 관계를 갖는 압축기와 팽창기의 면적 구성이 이루어지는 것과;

압축기의 작용 유압과 팽창기의 생산 유압이 근사한 동압 관계의 압력 하에서,

유압을 생산하는 팽창기의 피스톤 부하력이 유압 작용(소비)으로 작동되는 압축기의 피스톤 작동력보다 큰 관계를 갖도록 압축기와 팽창기의 피스톤 면적에 비례한 피스톤로드의 면적이 정해지는 것과;

압축기의 피스톤로드 측으로 작용하는 유압에 의한 피스톤의 작동력이 피스톤 헤드 측에서 공기를 압축하는 부하력보다 크도록 피스톤과 피스톤로드간의 면적 구성 비율이 정해지는 것과;

팽창기의 피스톤헤드 측으로 작용하는 압축연소가스에 의한 피스톤의 작동력이 피스톤헤드 측에서 유압을 발생하는 부하력보다 크도록 피스톤과 피스톤로드간의 면적 구성 비율이 정해져, 압축기의 피스톤로드 측으로 유압의 소비가 이루어지면서 압축공기가 생산되고, 팽창기의 피스톤헤드 측으로 압축연소가스의 소비가 이루어지면서 피스톤로드 측으로 유압이 생산되는 압축기와 팽창기의 왕복작동 사이클이 이루어지는 특징을 갖는 열 엔진 냉동 압축기
제 1항에 있어서

연소기의 외통체를 동심원상으로 감싸면서 외통체 외주면을 외부와 단절시키는 단열관이 상기 외통체 외주면과 일정 간격으로 이격되어 공간부를 형성하는 것과;

상기 외통체의 폐쇄부재와 단열관의 폐쇄부재간에 일정 간격으로 이격되는 공간부가 형성되어 상기 각각의 폐쇄부재의 중심으로 가스의 토출이 이루어지도록 토출구가 형성되는 것과;

상기 단열관의 폐쇄부재 반대측으로 단열관 내부로 고압증기가 주입되는 주입구가 구성되는 것과;

상기 주입구로 고압증기가 주입되어 연소기의 연소열원으로 가열된 외통체 외주면과 열 교환되어 상기의 폐쇄부재와 폐쇄부재간으로 형성된 공간으로 고압증기가 분출하여 고온고압의 압축연소가스와 집적 적으로 혼합을 이루어 고압증기의 과열증기가 이루어지는 특징을 갖는 열 엔진 냉동 압축기
제 1항에 있어서,

엔진 탱크에 유압 작동유인 유체가 저장되는 것과;

압축기와 팽창기 및 연소기가 상기 엔진탱크의 유체 속에 잠몰되어 유체와 열교환으로 냉각이 이루어지는 것과;

엔진탱크의 유체를 냉각하는 열교환관이 구성되고, 이 열교환관으로 냉각수가 흐르면서 엔진탱크의 고온 유체와 열교환되어 엔진탱크내 유체의 유온이 규정온도로 냉각되는 특징을 갖는 열 엔진 냉동 압축기
제 1항에 있어서

축압기의 유출입라인에 차단밸브가 구성되어 축압기에 유압의 가압유체를 저장할 수 있는 것과;

축압기에 저장된 유압으로 압축기의 피스톤이 왕복 작동되면서 열 엔진 냉동 압축기의 시동이 이루어지는 특징을 갖는 열 엔진 냉동 압축기.
제 1항에 있어서

연소기의 입측과 팽창밸브의 입측에 각각 차단밸브가 구성되어 열 엔진 냉동압축기의 기동 정지 후에도 압축기의 토출라인에 압축공기가 유지되어 압축기의 시동을 효과적으로 이루는 특징을 갖는 열 엔진 냉동 압축기.