KR20080047530A - 연속적인 정압 저온 연소가 일어나고 활성 챔버를 구비하는저온 모터 압축기 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속적인 정압 "저온" 연소가 이루어지고 특히 작동 압축 공기에 의해 작동하는 활성 챔버를 구비하며, 피스톤의 운동과 활성 챔버를 제어하는 제어 디바이스를 사용하는 모터 압축기 유닛에 관한 것으로, 이 유닛은 공기 압축 디바이스(28, 25, 26, 33)의 흡기부(28)에 공급되는 압축 공기를 매우 저온으로 낮춘 후, 여전히 저온인 상기 작동 압축 공기를 가열 디바이스(19A)가 설치된 정압의 외부 연소 챔버(19)로 전달하는 저온 챔버(29)를 포함하고, 이 연소 챔버에서 압축 공기가 활성 챔버(13)로의 준등온 전달 이전에 체적이 증가하여, 마스터 실린더(2)에서 팽창하여 다른 일을 생성하기 전에 일을 생성한다. 본 발명은 육상 차량, 자동차, 버스, 모터사이클, 보트 보조 동력 플랜트, 폐열 발전 조립체(cogeneration assembly), 고정식 열엔진에 적용할 수 있다.

Description

연속적인 정압 저온 연소가 일어나고 활성 챔버를 구비하는 저온 모터 압축기 유닛{LOW TEMPERATURE MOTOR COMPRESSOR UNIT WITH CONTINUOUS COLD COMBUSTION AT CONSTANT PRESSURE AND WITH ACTIVE CHAMBER}
본 발명은 압축 공기에 의해 작동하는 모터 압축기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 가변 체적 일 생성 활성 챔버, 일체형(또는 비일체형) 압축 디바이스 및 주위 열에너지를 회수하는 에너지 회수 디바이스와 함께, 소정 기간 동안 피스톤을 상사점에서 정지시키고, 엔진 회전을 정지시키는 피스톤 운동 제어 디바이스를 사용하는 모터 압축기 유닛에 관한 것이다. 모터 압축기는 모노에너지 모드(mono-energy mode)(연료 또는 압축 공기) 또는 바이에너지 모드(bi-energy mode)(연료 및 압축 공기, 동시 또는 연속적)로 작동할 수 있다.
본 출원인은 도시 및 교외 상황에 있어서의 전체적으로 무오염 작동을 위해 압축 공기를 사용하는 구동 시스템과 그들의 설비에 관한 많은 특허를 등록하였다.
- WO 96/27737 WO 97/00655 WO 97/39232
- WO 97/48884 WO 98/12062 WO 98/15440
- WO 98/32963 WO 99/37885
이들 발명을 구현하기 위해서, 본 출원인은 또한 반드시 참조해야 하는 본 출원인의 특허 출원 WO 99/63206에서 피스톤이 상사점에서 정지하게 할 수 있는 엔진의 피스톤 운동 제어 디바이스 및 방법을 설명하였다. 이 방법은 반드시 참조해야 하는 본 출원인의 특허 출원 WO 99/20881에도 설명되어 있으며, 이 특허 출원은 모노에너지 또는 바이에너지 모드 및 2개 또는 3개 공급 모드로의 이러한 엔진의 작동에 관한 것이다.
반드시 참조해야 하는 본 출원인의 특허 출원 WO 99/37885에서, 본 출원인은 저장고로부터 직접 또는 주위 열에너지 회수 디바이스의 열교환기(들)를 통해 나오는 압축 공기가 엔진의 연소 및/또는 팽창 챔버로 유입되기 전에 열교환기로 전달되어, 온도를 증가시킴으로써 엔진의 연소 및/또는 팽창 챔버로 유입되기 전에 압력 및/또는 체적이 더욱 증대되고, 이에 따라 이 엔진에 의해 달성될 수 있는 성능을 더욱 현저히 개선한다는 사실을 통해 이용 가능한 에너지의 양을 증가시키는 해결책을 제안하고 있다.
서멀 히터(thermal heater)를 사용하는 것은 화석 연료 사용시에 최소의 오염물을 방출하도록 임의의 기존의 수단에 의해 촉진 또는 오염이 제거될 수 있는 연속적인 무오염 연소를 제공한다는 장점을 갖는다.
본 출원인은 모노 또는 멀티 에너지 모드로 추가의 압축 공기 주입을 일으키는 모터 압축기-모터 발전기 유닛에 관한, 반드시 참조해야 하는 특허 출원 WO 03/036088을 등록하였다.
압축 공기에 의해 작동되고, 고압 압축 공기 저장고를 포함하는 이들 타입의 엔진에 있어서, 저장고에서 고압으로 유지되지만 저장고가 빔에 따라 압력이 감소 하는 압축 공기는 엔진의 실린더(들)에서 사용되기 전에 버퍼 탱크에서 최종 사용 압력으로 알려진 안정한 중간 압력으로 낮춰져야 한다. 다이어프램과 스프링을 사용하는 잘 공지되어 있는 종래의 압력 감소 밸브는 유량이 매우 낮고, 이러한 용도로 압력 감소 밸브를 사용하기 위해서는 매우 무겁고 성능이 불량한 디바이스가 필요하다. 더욱이, 압력 감소 밸브는 압력 강하 중에 냉각되는 공기의 습도로 인해 매우 동결되기 쉽다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 출원인은 또한 고압 압축 공기 저장고와 버퍼 탱크를 구비하는 압축 공기 주입 엔진을 위한 가변 흐름 감소 밸브에 관한, 반드시 참조해야 하는 특허 출원 WO 03/089764을 등록하였다.
본 출원인은 또한, 하나는 압축 공기 유입구와 연통하고, 나머지 하나는 실린더에 연결된 2개의 별도의 탱크로 구성된 가변 체적 팽창 챔버에 관한 특허 출원 WO 02/070876을 등록하였다. 이들 탱크는 함께 결합되거나 서로 분리되어, 배기 사이클 중에 제1 탱크가 압축 공기로 채워질 수 있고, 그 후 피스톤이 운동을 재시작하기 전에 TDC에 있는 동안에 배기 사이클의 종료시에 제2 탱크에서의 압력이 설정될 수 있다. 2개의 탱크는 서로 통신하여 엔진 행정을 실시하도록 함께 압력을 배출하며, 이들 탱크 중 적어도 하나에는 동일한 압력에서 엔진의 최종 토크가 변할 수 있도록 그 체적을 변하게 하는 수단이 마련된다.
이들 압력 감소 디바이스에 있어서, 챔버의 충전은 항시 기계의 일반적인 효율을 감소시킨다.
후자의 문제를 해결하기 위해서, 본 발명자는 또한 피스톤을 상사점에서 정 지시키는 다비이스를 사용하는 활성 챔버 엔진에 관한, 특허 출원 WO 2005/049968을 등록하였다. 이 엔진은 압축 공기 또는 워크 커패서티(work capacity)로 알려진 버퍼 커패서티를 통해 고압 저장고에 수용된 압축 공기 또는 임의의 다른 압축 가스에 의해 작동되는 것이 바람직하다. 바이에너지 버전에서의 워크 커패서티는 보조 에너지(화석 에너지 또는 다른 에너지)에 의해 작동되는 공기 가열 디바이스를 포함하며, 공기 가열 디바이스는 이 디바이스를 통과하는 공기의 온도 및 체적을 증대시킨다. 따라서, 워크 커패서티는 외부 연소 챔버이다.
이러한 타입의 엔진에 있어서, 엔진의 내부 팽창 챔버는, 일을 생성하고 영구적인 통로에 의해 주(主) 엔진 피스톤 위에 있는 공간에 접속하여 접촉하는 수단이 설치되는 가변 체적으로 구성된다. 피스톤이 상사점에서 정지한 동안, 작동 공기가 소정 압력을 받아, 소정 추력(thrust)을 받아 증가하고 일을 생성하는 최소 체적의 팽창 챔버로 유입된다. 그 후, 팽창 챔버에 수용되어 있는 작동 압축 공기가 엔진 실린더에서 팽창하여, 엔진 피스톤을 압박하고 이어서 일을 공급한다. 그 다음, 엔진 피스톤이 배기 행정 중에 상승할 때, 팽창 챔버의 가변 체적이 최소 체적으로 복귀하여 완전한 작동 사이클을 재시작한다.
따라서, 활성 챔버 엔진의 열역학 사이클은 모노에너지 압축 공기 모드에서 4 단계를 포함한다.
- 일이 없는 등온 팽창
- 전달 - 준등온(quasi-isotheraml) 상태로 알려진, 일을 생성하는 약간의 팽창
- 일을 생성하는 폴리트로픽 팽창(polytropic expansion)
- 준대기압에서의 배기
보조 연료 모드의 바이에너지 용례에서는, 공기 압축기가 고압 저장고와 워크 커패서티(연소 챔버) 중 어느 하나, 또는 조합된 이들 양자에 공급한다.
활성 챔버 엔진은 화석 연료 모노에너지식으로 제조될 수도 있다. 따라서, 전술한 버전에서는 고압 압축 공기 저장고가 간단하게 완전히 제거된다.
활성 챔버 엔진은 외부 연소 챔버 엔진이지만, 히터 내에서의 연소는 화염이 작동 압축 공기에 직접 가해지는 "외부-내부식(eternal-internal)"으로 알려진 내부식과, 공기가 열교환기를 통해 가열되는 "외부-외부식(eternal-eternal)"으로 알려진 외부식 중 어느 하나일 수 있다.
이러한 타입의 엔진은 다음 관계에 따른 정압 및 가변 체적 연소를 이용한다.
PV1 = nRT1
PV2 = nRT2
여기서, P가 상수이면 V1/V2 = T1/T2
정압으로 온도를 증가시키는 효과는 동일한 양의 압축 공기의 체적을 증가시킨다. 체적을 N배 증가시키려면 동일하게 온도를 N배 증가시키는 것이 필요할 것이다.
바이에너지 모드 및 보조 에너지에 의한 자발적인 작동에서 압축 공기가 고압 저장고로 유입되는 경우, 열역학 사이클은 7 단계로 구성된다.
- 흡입
- 압축
- 워크 커패서티에서의 등온 팽창
- 온도 증가
- 전달 - (준등온 상태로 알려진) 일을 생성하는 약간의 팽창
- 일을 생성하는 폴리트로픽 팽창
- 준대기압에서의 배기
압축 공기가 워크 커패서티 또는 연소 챔버로 직접 유입되는 경우, 열역학 사이클은 6 단계로 구성되며, 다음과 같다.
- 흡입
- 압축
- 온도 증가
- 전달 - 준등온 상태로 알려진 일을 생성하는 약간의 팽창
- 일을 생성하는 폴리트로픽 팽창
- 준대기압에서의 배기
이러한 타입의 엔진에 있어서, 바이에너지 용례에서는 워크 커패서티 또는 연소 챔버로 유입되는 압축 공기의 온도는 주위 온도나 이보다 높은 온도, 압축 공기가 고압 저장고에서 나오는 경우와 대략 동일한 온도 또는 압축 공기가 압축기로부터 직접 나오는 경우보다 높은 온도로 된다. 체적은 온도를 증가시키는 것에 의해 사이클의 다음 단계에서 증가된다.
압축기로부터 직접 나오는 공기의 온도는 주위보다 높은 400 ℃ 정도의 값에 이를 수 있다.
명확성을 기하기 위해서, 비제한적인 예로서, 압력이 30 바인 30 cc의 활성 챔버를 공급하기 위해서, 저장고로부터 제거되어 압력이 30 바이고 주위 온도가 293 K(20 ℃)인 작동 및 가열 챔버로 유입되는 5 cc의 압축 공기 로드(load)는 온도를 그 초기 온도의 6배, 즉 1758 K 또는 1485 ℃로 상승시키는 연소를 필요로 한다.
5 cc의 로드가 압축기로부터 직접 나온 경우에는 이미 대략 693 K(420 ℃)이며, 동일한 결과를 위해서 로드의 온도는 2158 K 또는 1885 ℃로 상승되어야 한다.
외부 연소 챔버에서 고온을 사용함으로써 재료, 냉각, 및 특히 1000 ℃를 초과했을 때 형성되는 NOX에 의한 오염과 관련한 여러 가지 제약이 초래된다.
본 발명에 따른 연속적인 정압 저온 연소가 이루어지고 활성 챔버를 구비하는 모터 압축기 유닛은, 역설적으로 기계의 효율을 현저히 향상시키는 보다 저온의 연소를 이용하여 동등한 성능을 제공함으로써 이들 제약을 제거하는 것을 제안한다.
활성 챔버를 구비하는 저온 모터 압축기 유닛은 함께 또는 개별적으로 취해져 사용되는 수단을 특징으로 하며, 특히
- 상기 저온 모터 압축기 유닛은, 공기 압축 디바이스에 공급되는 대기로부터의 공기를 매우 낮은 온도로 냉각하는 저온 챔버를 포함하며, 상기 공기 압축 디바이스는 뒤이어 여전히 저온인 이 작동 압축 공기를, 공기의 체적이 현저히 증가되는 공기 가열 디바이스가 설치된 워크 커패서티 또는 외부 연소 챔버로 강제하며, 또한 상기 압축 공기는 그 후에 WO 2005/049968 자체에 따른 활성 챔버 내로 유입되는 것이 바람직하고,
- 피스톤이 상사점에 정지되어 있는 동안, 가압 조건하의 공기 또는 가스가 최소 부피의 팽창 챔버로 들어간 후, 팽창 챔버가 추력을 받아 체적이 증가하고 일을 생성하며,
- 그 후, 팽창 챔버에 수용되어 있는 압축 공기가 엔진 실린더에서 팽창하고, 이에 따라 엔진 피스톤을 압박하여 하향 이동시키고, 이어서 열을 공급하며,
- 배기 행정 중의 엔진 피스톤의 상향 운동 동안에 팽창 챔버의 가변 체적이 최소 체적으로 복귀되어 완전한 작동 사이클을 재시작하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따르면 열역학 사이클은 다음 7 단계를 특징으로 한다.
- 대기 온도의 큰 하강
- 흡입
- 압축
- 온도 증가(일정한 체적에서의 연소)
- 준등온 전달
- 폴리트로픽 팽창
- 준대기압에서의 배기
본 발명에 따른 열역학 사이클을 이용하는 저온 모터 압축기 유닛은 또한 압축기로 들어오는 공기가 흡열, 및 액체 증발을 이용하는 냉각(또는 극저온) 시스템의 저온 챔버에서 강력히 냉각되는 것을 특징으로 한다. 가스 상태의 냉매 또는 극저온 액체는 극저온 압축기를 사용하여 압축되어 이 액체가 액화하는 코일로 강제된다. 이러한 액화는 열을 방출하고, 그 후 액체는 이 액체가 기화(흡열 현상)하는 저온 챔버에 위치하는 증발기로 유입된다. 이렇게 생성된 증기는 압축기로 복귀하고 열역학 사이클을 다시 시작할 수 있다. 따라서, 저온 챔버에 수용되어 있는 작동 공기가 현저히 냉각되어 수축한 후 여전히 저온이며, 공기 압축기에 의해 취출되고 압축된다. 연소 챔버에서, 작동 공기가 가열되어 이 작동 공기의 체적은 일을 생성하는 활성 챔버로의 준등온 전달, 이어서 일을 생성하는 엔진 실린더에서의 폴리트로픽 팽창 이전에 현저히 증가된다.
명확성을 기하기 위해서, 비제한적인 예로서, 압력이 30 바인 30 cc의 활성 챔버를 공급하기 위해서, 공기 압축기에 의해 직접 압력이 30 바이고 온도가 90 K인 작동 및 연소 챔버로 유입되는 5 cc의 압축 공기 로드(load)는 온도를 그 초기 온도의 6배, 즉 540 K 또는 267 ℃로 상승시키는 연소를 필요로 한다.
본 발명의 변형예에 따르면, 압축기로부터 나오는 여전히 저온인 작동 압축 공기는 연소 챔버로 지향되기 전에 공기-공기 열교환기를 통과하고, 이러한 방식으로 압축 공기의 온도는 거의 주위 온도로 떨어지고, 압축 공기의 체적은 압축 공기가 연소 챔버로 유입되기 전에 현저히 증가한다. 따라서, 열에너지 공급이 상당히 감소된다.
명확성을 기하기 위해서, 비제한적인 예로서, 역시 압력이 30 바인 활성 챔버를 공급하기 위해서, 90 K인 공기 압축기로부터 나와 공기-공기 열교환기를 통과하여 온도가 준주변 온도, 즉 270 K로 상승하고, 작동 및 가열 챔버로 유입될 15 cc의 체적을 부여하는 5 cc의 압축 공기 로드는 온도를 단지 그 초기 온도의 2배(즉, 540 K)로 상승시켜 상당한 에너지 및 연료 절감을 초래하는 연소를 필요로 한다.
본 발명의 변형예에 따르면, 공기 압축기로부터 나오는 여전히 저온인 작동 압축 공기는 체적이 큰 고압 저장고로 지향되어, 압축 공기의 상대 체적 및 저장 시간에 따라, 압축 공기는 대부분 주위 온도로 복귀한다. 그 후, 압축 공기는 바람직하게는 WO 03/089764에 따른 동역학적 압력 감소 밸브를 통해 연소 챔버에서의 평균 작동 압력으로 팽창되고 난 다음에 가열되고, 압축 공기의 체적은 준등온 상태로 압축 공기가 일을 생성하는 활성 챔버로의 준등온 전달, 이어서 일을 생성하는 엔진 실린더에서의 압축 공기의 폴리트로픽 팽창 이전에 매우 증가된다.
저장고의 체적 및 이 저장고에서 저장되는 시간에 따라, 이미 저장고에 수용되어 있는 공기와 함께 블렌딩함으로써 주위 온도로의 복귀가 자연적으로 이루어질 수 있다. 그러나, 본 발명의 변형예에 따르면 압축기와 저장고 사이에 공기-공기 열교환기를 삽입하여 설명한 본 발명의 원리를 변화시키지 않고도 주위 온도로의 복귀를 가속시킬 수 있다.
따라서, 이러한 본 발명의 변형예에 따른 열역학 사이클은 다음의 9 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
- 큰 폭의 대기 온도의 하강
- 흡입
- 압축
- 정압에서의 주위로의 복귀
- 등온 팽창
- 온도 증가(일정한 체적에서의 연소)
- 준등온 전달
- 폴리트로픽 팽창
- 주위 압력에서의 배기
본 발명에 따른 활성 챔버를 구비하는 저온 모터 압축기 유닛은 또한 2개 모드로 작동하는데, 즉 공기 압축기가 고압 저장고와 연소 챔버 중 하나 또는, 공기 압축기의 유출 도관 상의 션트(shunt)를 통해 조합된 고압 저장고 및 연소 챔버 양자를 공급하여, 유닛이 작동되는 동안 고압 저장고가 채워질 수 있다. 후자의 경우, 저장고를 고압으로 채우고, 또한 연소 챔버에 중간 압력을 공급하도록, 고압 저장고에 이르는 도관 상의 션트 뒤에 배치되는 과급기를 사용하는 것이 바람직할 수도 있다.
후자의 경우, 모터 압축기 유닛은 연소 챔버 앞에 위치하는 동역학적 압력 감소 밸브를 통해 연소 챔버 내의 압력을 조절함으로써 제어되는 것이 유리하다.
본 발명의 다른 변형예에 따르면, 작동 챔버 히터는, 예컨대 EP 0 307 297 A1 및 EP 0 382 586 B1에서 사용되고 설명된 것과 같은 흡착 및 탈착 공정에 기초한 열화학적 공정을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 이들 공정은 유체, 예컨대 액체 암모늄이 칼슘 또는 망간염화물 등과 같은 염과 반응을 일으키는 가스로 증발하는 것에 의한 변환을 이용한다. 시스템은 제1 단계에서 증발기에 수용된 암모늄 비축물의 증발이 저온을 생성하는 한편, 열 방출 염을 포함하는 리액터에서의 화학 반응을 일으키는 열전지와 같이 작동한다. 암모늄 비축물이 고갈되었을 때, 시스템은 암모늄이 염화물로부터 분리되는 반응을 거꾸로 하는 리액터의 열을 공급하는 것에 의해 제2 단계에서 재충전되고, 암모늄은 응축에 의해 액체 상태로 복귀한다.
따라서, 설명된 열화학적 히터는 제1 단계 중에 생성된 열을 사용하여, 저장고에서 나온 압축 공기가 엔진 실린더의 팽창 챔버로 유입되기 전에 이 압축 공기의 압력 및/또는 체적을 증가시킨다.
제2 단계 중에, 시스템은 엔진의 배기 가스에 의해 방출되는 열 공급 또는 임의의 다른 열원에 의해 재생된다.
본 발명의 변형예에 따르면, 모터 압축기-모터 발전기 유닛에는 버너(또는 다른 것)를 구비하는 열화학적 히터와, 이 열화학적 히터의 제1 단계 중에 결합식으로 또는 연속해서 사용 가능한 앞서 설명한 타입의 열화학적 히터가 설치되며, 버너를 구비하는 열화학적 히터는 후자가 비었을 때 유닛의 작동중에 리액터를 가열하는 버너를 구비하는 히터를 사용하여 열화학적 히터를 재생(제2 단계)하는 데 사용된다.
본 발명의 변형예에 따르면, 활성 챔버를 구비하는 저온 모터 압축기는 외부-외부식 연소 챔버를 사용하는 것이 유리할 수 있는데, 즉 이 연소 챔버에서는 작동 압축 공기가 화염과 접촉하지 않고, 공기-공기 열교환기를 통해 가열된다. 이 경우, 엔진의 배출 공기는 냉각 또는 극저온 시스템의 저온 챔버 내에서 재순환하여 새로운 사이클을 시작하고, 저온 모터 압축기 유닛은 폐사이클로 작동한다. 이러한 구성에서는 저온 챔버의 대기 유입구가 제거된다. 이러한 해결책에 따르면, 주위보다 온도가 낮고, 대략 대기압, 가능하다면 약간 과압인 팽창 공기가 저온 챔버로 유입될 수 있다. 명확성을 기하기 위해서, 비제한적인 예로서 활성 챔버로 유입되고 300 cc의 엔진 실린더에서 팽창되며 온도가 540 K(267 ℃)인 30 cc의 로드는 배기 단계를 시작할 시에 그 온도가 약 200 K(-73 ℃)일 것이기 때문에, 냉각 또는 극저온 시스템의 저온 챔버에서의 로드 냉각이 더욱 용이해진다.
이 경우, 작동 공기는 저온 챔버의 증발기에 있는 열교환기 상의 서리 형성을 방지하여 그 효율을 유지하도록, 질소와 같은 습기가 없는 가스로 대체되는 것이 유리할 수 있다.
엔진의 배기 가스 온도가 주위 온도보다 높은 경우, 엔진의 배출 공기의 온도를 준주위 온도로 복귀시키는 공기-공기 열교환기가 저온 챔버 앞에서 도관 상에 배치된다.
활성 챔버를 구비하는 저온 모터 압축기 유닛은, 저장고에 수용되어 있고, 바람직하게는 일을 생성하는 활성 챔버로의 준등온 전달 이전, 이어서 일을 생성하는 엔진 실린더 내에서의 폴리트로픽 팽창 이전에 연소 챔버에서 WO 03/089764에 따른 동역학적 압력 감소 밸브를 통해 중간 압력으로 팽창되는 공기를 사용함으로써 외부 에너지 공급 없이 모노에너지 공기에 의해 작동한다.
이 경우, 그 후 압축기는 이 압축기의 유입구와 배기 도관이 폐쇄 상태로 유지되고, 냉각 시스템의 압축기가 더 이상 작동하지 않으며 연소 챔버의 가열 디바이스가 작동되지 않는 건식 작동 상태로 된다.
작동 변형예에 따르면, 본 발명에 따른 모터 압축기 유닛은, 저장고에 수용되어 있고, 바람직하게는 연소 챔버에서 WO 03/089764에 따른 동역학적 압력 감소 밸브를 통해 중간 압력으로 팽창된 후, 일을 생성하는 활성 챔버로의 준등온 전달 이전, 이어서 일을 생성하는 엔진 실린더 내에서의 폴리트로픽 팽창 이전에 가열되어 체적이 현저히 증가하는 압축 공기를 사용함으로써 바이에너지에 의해 작동한다.
이 경우, 그 후 압축기는 이 압축기의 유입구와 배기 도관이 폐쇄 상태로 유지되고, 냉각 시스템의 압축기가 더 이상 작동하지 않으며 연소 챔버의 가열 디바이스가 작동되지 않는 건식 작동 상태로 된다.
본 발명의 변형예에 따르면, 모터 압축기 유닛은 바이에너지에 의해 작동하는데, 즉 소정 작동 조건, 예컨대 도시 영역에서의 차량에 관한 조건에서는 모노에너지 공기에 의해, 및/또는 다른 작동 조건, 고속도로 상의 동일 차량에 관한 조건에서는 모노에너지 연료에 의해 작동한다.
압축기의 배기 도관은 이 도관 상의 흐름 제어식 션트를 통해 연소 챔버 및/또는 고압 저장고에 연속적으로 또는 동시에 공급한다. 고압 저장 및 동시적인 매체 작동 압력 연소를 위해, 공기 과급기가 션트와 저장고 사이에서 도관 상에 위치한다.
본 발명을 구현하는 데 사용되는 냉각 시스템, 증발기 및 열교환기의 압축 모드와, 사용 재료, 그리고 냉매 또는 극저온 액체는 설명된 본 발명을 변화시키지 않고도 변할 수 있다. 냉매 및 극저온 액체 중에서, 질소, 수소 및 헬륨이 소망하는 결과를 얻기 위해 사용될 수 있다.
활성 챔버의 냉각, 압축 및 작동 사이클, 즉 체적을 증가시킴으로써 허용되는 로드를 유입하고, 일을 생성하며, 이어서 엔진 피스톤의 팽창 운동 중에 챔버의 실제 체적인 소정 체적을 유지한 후, 최소 체적으로 복귀시켜 새로운 사이클을 허용하는 것을 완성하기 위한 임의의 기계식, 유입식, 전기식 또는 다른 디바이스는 설명한 본 발명을 변화시키는 일 없이 사용될 수 있다.
바람직하게는, 활성 챔버로 알려져 있는 가변 체적 팽창 챔버는 압력 피스톤으로 알려져 있는, 실린더 내에서 슬라이딩하고 커넥팅 로드에 의해 엔진 크랭크샤프트에 연결되는 피스톤으로 구성된다. 그러나, 동일한 기능 및 본 발명의 열역학 사이클을 수행하게 하는 다른 기계식, 전기식 또는 유압식 디바이스도 본 발명의 원리를 변화시키는 일 없이 사용될 수 있다.
바람직하게는, 전체 디바이스(피스톤 및 압력 레버)는 반대 방향의 거울상 압력 레버에 의해 하부 아암을 고정 단부, 즉 피벗부를 지나도록 연장시킴으로써 균형이 맞춰지며, 상기 거울상 압력 레버는 이 레버가 부착되는 아암과 대칭이며 동일한 관성을 갖고, 피스톤의 축과 평행한 축을 따라 이동 가능하며, 질량 관성이 피스톤의 질량 관성과 크기는 동일하고 반향은 반대이다. 관성은 무게 중심에서 기준점까지의 거리와 질량을 곱한 값이다. 멀티실린더 엔진의 경우, 반대측 질량부는 통상적으로 균형을 맞추는 피스톤과 같이 작동하는 피스톤이다,
본 발명에 따른 디바이스는, 대향하는 실린더들의 축과 압력 레버의 고정점이 대략 동일한 축을 따라 정렬되고 크랭크샤프트에 연결된 제어 커넥팅 로드의 핀이 다른 곳, 즉 분절형 아암에 대해 공통인 핀이 아니라 공통 핀과 고정점 또는 피벗부 사이의 아암 자체에 위치하는 후자의 구성을 사용한다. 이러한 방식으로, 하부 아암과 그 대칭부는 대략 중앙부에 피벗부 또는 고정점을 구비하고, 대향하는 피스톤에 연결된 자유단에 2개의 핀을 구비하는 단일 아암을 제공한다.
실린더의 개수는 본 발명의 원리를 변화시키는 일 없이 변할 수 있지만, 보다 큰 사이클의 규칙성을 얻기 위해서 2개 이상의 실린더를 구비하는 대향 실린더들로 이루어진 쌍의 짝수 개의 조립체를 사용하는 것이 바람직하다.
예컨대, 도시 영역에서 주행하는 차량을 위한 모노에너지 압축 공기 모드로 작동하는 동안에는 고압 저장고에 저장되어 있는 압축 공기의 압력만이 사용된다. 예컨대, 일반 도로에서 주행하는 차량을 위한 화석 연료 또는 다른 모드에서는, 챔버를 충전하는 작업과 팽창을 위해서 공기를 가열하여 커패서티를 통과하는 공기의 온도를 증가시켜, 결과적으로 공기의 유효 체적 및/또는 압력을 증가시키는 커패서티가 요구된다.
본 발명에 따른 엔진은 연소 챔버 내의 압력을 조절함으로써 제어되는 것이 유리하고, 전자 컴퓨터는 상기 워크 커패서티에서의 압력에 따라 보조 에너지 모드로 작동할 때 공급되는 화석 에너지의 양을 제어한다.
본 발명의 변형예에 따르면, 작동 공기 압축기는 복수 단(段)으로 구성될 수 있다. 이 경우, 작동 공기는 냉각 또는 극저온 시스템을 다시 통과함으로써 각 단 사이에서 냉각될 것이고, 이후의 각 단의 배기량은 이전 단의 배기량보다 적다.
본 발명의 다른 변형예에 따르면, 엔진은 각기 본 발명에 따른 활성 챔버를 포함하는 복수의 팽창 단으로 구성된다. 각 단 사이에는 필요에 따라, 이전 단 및/또는 가열 디바이스에서 나온 배출 공기를 가열하는 열교환기가 배치된다. 다음 단의 배기량은 이전 단의 배기량보다 많다.
모노에너지 압축 공기 유닛에 있어서, 공기는 제1 실린더에서의 팽창시에는 온도가 하강하고, 열교환기에서 주위 온도로 가열되는 것이 유리하다.
보조 에너지 모드의 바이에너지 엔진에 있어서, 공기는 보조 에너지, 예컨대 화석 연료를 사용하여 서멀 히터에서 가열된다.
이러한 구성의 변형예에 따르면, 각 단 뒤에서, 배출 공기는 복수의 단을 구비하는 단일 히터를 향해 지향된다.
열교환기는 공기-공기 열교환기, 또는 공기-액체, 또는 임의의 다른 디바이스일 수도 있고, 가스는 소망하는 효과를 이룰 수도 있다.
연속적인 정압 "저온" 연소 모터 압축기 유닛은 WO 2005/049968에 따른 활성 챔버를 사용하는 것이 유리하다. 그러나, 본 발명의 여러 변형예에 따르면, 커넥팅 로드, 표준 크랭크샤프트, 회전 피스톤 등과 같은 종래 엔진의 팽창 디바이스를 사용할 수 있으며, 이것은 압축 디바이스에 있어서도 마찬가지이다. 압축 디바이스에 있어서, 압축단의 개수와 구성- 다른 피스톤, 회전 피스톤, 터빈 -은 설명한 본 발명의 원리를 변화시키는 일 없이 변동될 수 있다.
본 발명에 따른 활성 챔버를 구비하는 저온 모터 압축기 유닛은 모든 육상, 해양, 철도 또는 항공 운송 수단에서 사용될수 있다.
본 발명에 따른 활성 챔버를 구비하는 저온 모터 압축기 유닛은 또한 정전 보수 및 발전용 응급 발전 유닛, 그리고 발전, 가열 및 공조를 위한 많은 가정용 발전 용례에서 그 용례를 찾는 것이 유리할 수도 있다.
본 발명의 다른 목적, 장점 및 특징은 첨부 도면에 도시되어 있는 다양한 비제한적인 가능한 구성에 관한 설명을 읽어보면 알게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 활성 챔버를 구비하는 저온 연소 모터 압축기 유닛의 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 다른 작동 단계의 본 발명에 따른 모터 압축기 유닛의 단면도이다.
도 5는 모노에너지 연료 구성을 갖는 본 발명에 따른 모터 압축기 유닛의 도면이다.
도 6은 바이에너지 바이모드 구성을 갖는 본 발명에 따른 모터 압축기 유닛의 도면이다.
도 7은 폐사이클의 외부-외부식 연소 챔버 구성을 갖는 본 발명에 따른 모터 압축기 유닛의 도면이다.
도 1은 실린더(2) 내에서 슬라이딩하고 압력 레버에 의해 제어되는 엔진 피 스톤(1)(상사점이 있는 상태로 도시되어 있음)을 보여주는, 3개의 주 구성 요소, 즉 냉각 또는 극저온 시스템(A), 모터 압축기 유닛(B) 및 외부 연소 디바이스(C)의 단면도이다. 엔진 피스톤(1)은 이 피스톤의 핀에 의해 아암(3)으로 구성된 압력 레버의 자유단(1A)에 연결되고, 아암(3)은 다른 아암(4)에 대해 공통인 핀(5)에 관절식으로 연결되며, 다른 아암(4)은 대략 중앙부에 마련되는 고정 핀(6)에 고정되어 오실레이팅한다. 핀(4A)에는 그 축(10) 상에서 선회하는 크랭크샤프트(9)의 크랭크핀(8)에 결합되는 제어 결합 로드(7)가 부착된다. 크랭크샤프트가 회전할 때, 제어 커넥팅 로드(7)는 하부 아암의 핀(4A)를 통해 하부 아암(4)과, 압력 레버의 아암(3, 4)의 공통핀(5)에 힘을 인가하여 실린더(2)의 축을 따라 피스톤(1)을 이동시키고, 엔진 행정 중에 피스톤(1)에 인가된 힘을 크랭크샤프트(9)로 되돌려보내어 크랭크샤프트를 회전하게 한다. 엔진 실린더의 상부는 통로(12)를 통해, 커넥팅 로드(15)에 의해 크랭크샤프트(9)의 크랭크핀(16)에 연결되어 있는, 압력 피스톤으로 알려진 피스톤(14)이 슬라이딩하는 활성 챔버 실린더(13)와 연결된다. 밸브(18)에 의해 제어되는 유입 도관(17)은 엔진 실린더(2)와 활성 챔버 실린더(13)를 연결하는 통로(12)에 이르고, 엔진에 작동 챔버(19)에서 나온 압축 공기를 공급하며, 상기 작동 챔버는 화석 연료, 생물 연료 또는 알콜이나 가스가 공급될 수 있는 버너(19A)로 표시되고 대략 정압으로 유지되는 연속적인(또는 대략 연속적인) 연소 디바이스를 포함한다. 엔진 실린더(2)의 상부에는, 배기 밸브(24)에 의해 제어되는 배기 도관(23)이 마련된다.
엔진 피스톤(1)은 정상부에 연결되는 제2 단(25), 즉 압축 실린더(26) 내에 서 엔진 피스톤(1)과는 무관하게 슬라이딩하는 압박 플레이트를 포함하며, 상기 압축 실린더에는 저온 챔버(29)로부터 밸브(28)에 의해 도관(27)을 통해 매우 저온의 대기가 공급되고, 상기 저온 챔버 내에는 냉각 또는 극저온 시스템(A)의 증발기(30), 크랭크샤프트(10)에 의해 구동되는 극저온 액체 압축기(31)(본 도면에는 구동이 도시되어 있지 않음) 및 액화 열교환기(32)가 설치된다. 압축 실린더(26)의 상부에는 또한 배기 밸브(33)가 마련되어, 연소 챔버(19)가 주변 열교환기(35)를 지나 배기 도관(34)을 통해 공급되게 한다.
유닛은 저온 챔버 입력부(29)에 위치하는 스로틀(29A)에 의해 제어된다.
도 2는 유입 단계 중의 본 발명에 따른 활성 챔버 엔진의 단면도이다. 엔진 피스톤(1)이 상사점에서 정지되고, 유입 밸브가 개방되며, 워크 커패서티(19)에 수용되어 있는 공기 압력이 압력 피스톤(14)을 압박함과 동시에, 활성 챔버(13)의 실린더를 충전하고 커넥팅 로드(15)를 통해 크랭크샤프트(9)를 회전시킴으로써 일을 생성하며, 이 일은 준정압 상태에서 생성될 때 매우 크다.
크랭크샤프트는 계속해서 회전할 때 엔진 피스톤(1)이 하사점(도 3)으로 이동하게 하며, 거의 이와 동시에 유입 밸브(18)가 다시 폐쇄된다. 활성 챔버에 수용되어 있는 압력이 팽창하여, 엔진 피스톤(1)을 압박하고 이어서 크랭크샤프트가 아암(3, 4)과 제어 커넥팅 로드(7)에 의해 구성된 드라이브라인(driveline) 조립체에 의해 회전하게 함으로써 일을 생성한다.
엔진 피스톤(1)의 하향 운동이 압박 플레이트(25)를 구동하여 극저온 시스템의 매우 저온인 증발기(30)가 설치되는 저온 챔버(29)에서 확실하게 냉각된 대기를 흡입함과 동시에, 우선 가스상 극저온 액체를 액화하는 열교환기(32)(열원)의 압축기(31)에 의해 압축되는 가스상 극저온 액체가 증발기(30)(냉원)로 다시 강제되며, 이 증발기에서는 압력이 보다 낮아 극저온 액체가 가스 상태로 압축기(31)로 복귀하여 새로운 사이클을 시작하기 전에 기화(흡열)한다.
이러한 엔진 피스톤(1)의 사이클 중에, 압력 피스톤(14)은 하사점으로의 이동을 계속하고 상사점을 향한 운동을 다시 시작하며, 모든 구성 요소는 피스톤의 상향 운동(도 4 참고) 중에 압력 피스톤(14)과 엔진 피스톤(1)이 거의 동시에 그들의 상사점에 도달하여, 엔진 피스톤(1)은 정지하고, 압력 피스톤(14)은 새로운 사이클을 개시하는 새로운 하향 운동을 시작하도록 조정된다. 2개의 피스톤(1, 14)의 상향 운동 중에, 배기 밸브(24)가 개방되어 배기 도관(23)을 통해 팽창 공기가 제거되는 한편, 압박 플레이트(25)가 여전히 저온인 압축 공기를 열교환기(35)를 다시 통과하도록 강제하여, 이 압축 공기가 연소 챔버(19)로 들어가도록 압축 공기의 체적을 증가시킴으로써 주위 온도에 근접한 온도로 복귀한다.
도 5는 공기 압축기로부터 나오는 여전히 저온인 압축 공기가 대형 고압 저장고로 지향되는 본 발명에 따른 모터 압축기 유닛의 단면도로, 실린더(2) 내에서 슬라이딩하고 압력 레버에 의해 제어되는 엔진 피스톤(1)(상사점에 있는 상태로 도시되어 있음)을 볼 수 있으며, 본 발명에 따른 활성 챔버를 구비하는 저온 모터 압축기 유닛은 3개의 주 구성 요소인 냉각 또는 극저온 시스템(A)와, 모터 압축기(B) 및 이 압축기의 외부 연소 디바이스(C), 그리고 고압 저장고(D)를 포함한다. 엔진 피스톤(1)은 이 피스톤의 핀에 의해 아암(3)으로 구성된 압력 레버의 자유단(1A)에 연결되고, 아암(3)은 다른 아암(4)에 대해 공통인 핀(5)에 관절식으로 연결되며, 다른 아암(4)은 고정핀(6)에 고정되어 오실레이팅한다. 핀(5)은 아암(3, 4)들에 대해 공통이며, 제어 커넥팅 로드(7)는 축(10) 상에서 선회하는 크랭크샤프트(9)의 크랭크핀(8)에 연결된다. 크랭크샤프트가 회전할 때, 제어 커넥팅 로드(7)는 압력 레버의 아암(3, 4)의 공통핀(5)에 힘을 인가하여 실린더(2)의 축을 따라 피스톤(1)을 이동시키고, 엔진 행정 중에 피스톤(1)에 인가된 힘을 크랭크샤프트(9)로 되돌려보내어 크랭크샤프트를 회전하게 한다. 엔진 실린더의 상부는 통로(12)를 통해, 커넥팅 로드(15)에 의해 크랭크샤프트(9)의 크랭크핀(16)에 연결되어 있는, 압력 피스톤으로 알려진 피스톤(14)이 슬라이딩하는 활성 챔버 실린더(13)와 연결된다. 밸브(18)에 의해 제어되는 유입 도관(17)은 엔진 실린더(2)와 활성 챔버 실린더(13)를 연결하는 통로(12)에 이르고, 엔진에 작동 챔버(19)에서 나온 압축 공기를 공급하며, 상기 작동 챔버는 화석 연료, 생물 연료 또는 알콜이나 가스가 공급될 수 있는 버너(19A)로 표시되고 대략 정압으로 유지되며, 그 자체에 동역학적 압력 감소 밸브(21)에 의해 제어되는 도관(20)을 통해 고압 저장고(22)로부터 나온 압축 공기가 공급되는 연속적인(또는 대략 연속적인) 연소 디바이스를 포함한다. 엔진 실린더(2)의 상부에는, 배기 밸브(24)에 의해 제어되는 배기 도관(23)이 마련된다.
엔진 피스톤(1)은 정상부에 연결되는 제2 단(25), 즉 압축 실린더(26) 내에서 엔진 피스톤(1)과는 무관하게 슬라이딩하는 압박 플레이트를 포함하며, 상기 압축 실린더에는 저온 챔버(29)로부터 밸브(28)에 의해 도관(27)을 통해 매우 저온의 대기가 공급되고, 상기 저온 챔버 내에는 냉각 또는 극저온 시스템(A)의 증발기(30), 크랭크샤프트(10)에 의해 구동되는 극저온 액체 압축기(31)(본 도면에는 구동이 도시되어 있지 않음) 및 액화 열교환기(32)가 설치된다. 압축 실린더(26)의 상부에는 또한 배기 밸브(33)가 마련되어, 연소 챔버(19)가 주변 열교환기(35)를 지나 배기 도관(34)을 통해 공급되게 한다.
스로틀(29A)과 결합된 가속 페달에 의해 제어되는 디바이스가 작동 챔버 내의 압력을 조정하기 위해 동역학적 압력 감소 밸브(21)를 작동시키고, 따라서 엔진을 제어한다.
도 6은 고압 저장고(22) 또는 연소 챔버(19) 중 어느 하나 또는 조합된 고압 저장고와 연소 챔버를 제공하는 바이에너지 및 바이모드 버전의, 본 발명에 따른 모터 압축기 유닛의 단면도이다. 압축기의 배기 도관(34)은 공기-공기 열교환기(35)를 통해 연소 챔버(19)를 향하는 션트(34A)와, 압축 공기의 온도를 압축 공기가 HP 저장고에 유입되기 전에 주위 온도에 근접한 온도로 만드는 열교환기(35A)를 통해 고압 저장고(2)를 향하는 도관(34B)을 포함한다. 또한, 공기 과급기(36)가 션트(34A)와 저장고 사이에서 도관(34B) 상에 위치하여, 압축 공기가 연소 챔버(19)의 작동 압력보다 높은 온도로 저장고(22)에 비축될 수 있다. 압축 공기의 온도를 좌우하는 과급기의 특징 및 치수에 따라, 과급기(36)는 열교환기(35A)의 앞이나 뒤에 배치된다. 본 발명에 따른 이러한 구성은 유닛의 작동 중에 저장고(22)가 충전되게 한다.
파일럿 밸브(pilot valve)(34C)가 필요에 따라 연소 챔버와 저장고 내에서의 압축 공기의 흐름이 분배되게 한다.
도 7은 외부-외부식 연소 챔버에 의해 작동하는, 연속적인 정압 "저온" 연소가 일어나고 활성 챔버를 구비하는 폐사이클의 모터 압축기 유닛의 단면도로, A 및 B에서는, 도관(37)에 의해 저온 챔버(29) 내에서 재순환되는 배기 도관(23)을 제외하고는 앞서 설명한 것과 동일한 구성 요소들을 볼 수 있다. 외부-외부식 연소 챔버는, 공기-공기 열교환기(19B)를 통해 팽창 챔버(19C)를 가열하는, 일종의 보일러 또는 노(爐)와 같이 작동하는 버너(19A)로 구성되고, 이 연소 챔버에서 도관(34)과 열교환기(35)를 통해 거의 주위 온도에 도달하는 작동 압력의 압축 공기가 정압에서 그 온도 및 체적이 증가하여, 활성 챔버(13)의 실린더를 충전하면서 압력 피스톤(14)을 압박하여 일을 생성하며, 크랭크샤프트의 커넥팅 로드(15)를 통해 크랭크샤프트(9)를 회전시킨 후에 엔진 피스톤(1)을 압박하는 엔진 실린더(2)에서 폴리트로픽 팽창을 겪게 되어 크랭크샤프트의 드라이브라인 조립체를 통해 크랭크샤프트(9)를 회전시킴으로써 일을 생성할 것이다. 버너에 의해 생성된 고온 공기용 배기 도관(19D)이 노에서 연소된 가스를 대기로 배출한다. 유입 도관(17) 상에 위치하는 스로틀(21A)과 보일러 온도 조절기가 유닛을 제어한다.
이러한 구성에서는, 엔진에서 나온 배출 공기가 0 ℃보다 낮은 온도일 수 있으며, 따라서 저온 챔버에서 보다 용이하게 냉각된다는 점에 유의해야 한다.
본 발명은 여기에서 설명하고 제시한 구성들의 예로만 제한되는 것이 아니다. 설명한 재료, 제어 수단 및 디바이스는 설명된 본 발명을 임의의 방식으로 변화시키는 일 없이 동일한 결과를 낳도록 본 발명과 동등하게 남아 있도록 변할 수 있다.
본 발명의 설명과 청구 범위는 공기의 온도값에 대해 매우 저온, 저온, 주위 또는 주위 온도 및 "저온" 연소라는 용어를 사용한다. 그러나, 작동 온도는 사실상 상대적인 것으로, 명확성을 기하기 위해서 본 출원인은 90 K보다 낮은 값에 대해서는 매우 저온, 200 K보다 낮은 값에 대해서는 저온, 273 내지 293 K은 주위라는 용어를 사용하며, "저온" 연소에 관해서, 이것은 2000 K보다 높은 현재의 엔진 연소와 비교하여, 400 내지 1000 K일 수 있지만, 이것으로만 제한되는 것은 아니다.

Claims (16)

  1. 특히 작동 압축 공기에 의해 작동하고, 피스톤을 소정 기간 동안 상사점에서 정지시키는 피스톤 운동 제어 디바이스와 활성 챔버를 사용하는, 연속적인 정압 "저온" 연소가 일어나고 활성 챔버를 구비하는 모터 압축기 유닛으로서, 상기 활성 챔버는 충전중에 일을 생성하는 수단이 설치되고 통로에 의해 주(主) 엔진 피스톤 위에 포함되어 있는 공간에 접속하여 영구적으로 접촉하는 가변 체적과, 일체형 또는 비특징적 압축 디바이스로 구성되는 것인 모터 압축기 유닛에 있어서,
    상기 모터 압축기 유닛은 공기 압축 디바이스의 입력부에 공급되는 대기를 매우 저온으로 하강시킬 수 있는 저온 챔버(29)를 포함하고, 상기 공기 압축 디바이스는 뒤이어 여전히 저온인 이 작동 압축 공기를 외부 워크 커패서티(work capacity) 또는 연소 챔버(19)로 강제하며, 이 연소 챔버에는 작동 압축 공기가, 일을 생성하는 팽창 디바이스로의 준등온 전달(quasi-isothermal transfer) 이전에 체적이 증가하는 정압 가열 디바이스(19A)가 설치되고, 상기 활성 챔버 자체는 바람직하게는,
    엔진 피스톤(1)이 상사점에서 정지된 경우, 활성 챔버가 최소 체적일 때 가압 조건하의 공기 또는 가스는 팽창 챔버(12)로 유입되며, 활성 챔버는 추력을 받아 체적이 증가하여 일을 생성하고,
    그 후, 팽창 챔버에 수용되어 있는 작동 압축 공기가 엔진 실린더(2)에서 팽창하여 엔진 피스톤(10)이 하향 운동하도록 엔진 피스톤을 압박하여 일을 공급하 며,
    배기 행정 중에 엔진 피스톤(1)이 상향 운동하는 동안, 팽창 챔버의 가변 체적은 완전한 작동 사이클을 재시작하도록 최소 체적으로 복귀하는 것을 특징으로 하는 모터 압축기 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 작동 압축 공기는 열교환기(35), 바람직하게는 공기-공기 열교환기를 통해 외부 연소 챔버(19)로 유입되기 전에 주위 온도로 복귀하는 것을 특징으로 하는 모터 압축기 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모터 압축기 유닛의 열역학 사이클은
    - 대기 온도의 하강
    - 흡입
    - 압축
    - 온도 증가
    - 정압에서의 준등온 전달
    - 폴리트로픽 팽창(polytropic expansion)
    - 주위 온도에서의 배기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 압축기 유닛.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 압축 공기는 냉각 또 는 극저온 시스템(A)의 저온 챔버에서 흡열 기화 액체를 사용하여 매우 강력히 냉각되며, 초기에 가스상인 냉매 또는 극저온 액체는 극저온 압축기(31)를 사용하여 압축되고 이 액체가 액화하는 코일(32)로 유입되며, 이러한 액화는 열을 방출하고, 그 후 상기 액체는 저온 챔버(29) 내에 위치하고 이 액체가 기화(흡열 현상)하는 증발기(30)로 유입되며, 이렇게 생성된 증기는 압축기로 복귀하여, 사이클이 재시작할 수 있고, 저온 챔버가 매우 저온으로 유지되는 것을 특징으로 하는 모터 압축기 유닛.
  5. 제1항, 제3항 또는 제4항에 있어서, 공기 압축기(28, 25, 26, 33)에 의해 압축되는, 여전히 저온인 압축 공기는 대형 고압 저장고(22)로 지향되고, 이 압축 공기의 상대 체적 및 저장 시간에 따라 거의 주위 온도로 복귀하며, 그 후 바람직하게는 동역학적 압력 감소 밸브(21)에 의해 연소 챔버(19)에서의 평균 작동 압력으로 팽창되고, 활성 챔버로의 준등온 전달 이전에 가열되고 체적이 매우 증가하여 엔진 실린더(2)에서 폴리트로픽 팽창하여 일을 생성하기 전에, 일을 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 압축기 유닛.
  6. 제5항에 있어서, 상기 공기 압축기에 의해 압축된 공기는 공기-공기 열교환기(35A)를 통과하여 온도가 상승하고, 저장고(22)로 유입되기 전에 체적이 증가하는 것을 특징으로 하는 모터 압축기 유닛.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 모터 압축기 유닛의 열역학 사이클은
    - 입력 공기의 온도 하강
    - 흡입
    - 압축
    - 주위로의 복귀
    - 준등온 전달
    - 온도 증가(일정한 체적에서의 연소)
    - 정압에서의 준등온 전달
    - 폴리트로픽 팽창
    - 주위 압력에서의 배기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 압축기 유닛.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 작동 공기 압축기(28, 25, 26, 33)는 연속적이거나 조합되어 있는 저장고(22)와 연소 챔버(19)를 공급하여, 모터 압축기 유닛이 작동하는 동안 저장고(22)가 충전되게 하는 것을 특징으로 하는 모터 압축기 유닛.
  9. 제8항에 있어서, 상기 작동 압축 공기가 저장고(22)로 유입되는 지점의 상류에 과급기(36)가 설치되어, 작동 중에 저장고가 고압으로 충전됨과 동시에, 연소 챔버(19)에 보다 낮은 압력이 제공되는 것을 특징으로 하는 모터 압축기 유닛.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 저장고(22)에 수용되어 있는 공기를 사용함으로써 외부 에너지 공급 없이 작동 공기가, 활성 챔버(12, 13, 14)에서 준등온 전달되어 일을 생성하고, 이어서 엔진 실린더(2)에서 폴리트로픽 팽창하여 일을 생성하기 전에, 바람직하게는 동력학적 압력 감소 밸브(21)에 의해 연소 챔버(19)에서의 평균 압력으로 팽창하고, 그 후 작동 공기 압축기가 이 압축기의 입력 및 배기 도관이 폐쇄된 상태로 유지되고, 냉각 시스템의 압축기가 더 이상 구동되지 않으며, 연소 챔버의 가열 디바이스가 작동되지 않는 건식 작동 상태로 되는 것인 모노에너지식으로 작동하는 것을 특징으로 하는 모터 압축기 유닛.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터 압축기 유닛은 일부 작동 조건에서는 모노에너지(mono-energy) 공기 모드, 및/또는 연소 챔버(19)에서는 바이에너지 저장 압축 공기(22) 플러스 연소 모드, 및/또는 다른 작동 조건에서는 모노에너지 연료 모드인, 바이에너지 멀티모드(bi-energy multi-mode)로 작동하는 것을 특징으로 하는 모터 압축기 유닛.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 연소 챔버에 추가하여, 또는 연소 챔버 대신에 서멀 히터(thermal heater)(29)가 배치되며, 이 서멀 히터는, 화학적 반응으로 인해 열을 생성하고, 반응이 끝났을 때 증발기에서 재응축하는 가스상 암모늄의 탈착을 초래하는 리액터의 가열에 의해 재생 가능한, 리액터(38)에 수용 되어 있는 고상 시약, 예컨대 칼슘, 마그네슘 또는 바륨염화물 또는 다른 것 등과 같은 염과 반응하는 증발기에 포함되어 있는 시약 유체, 예컨대 액체 액모늄 또는 가스의 증발에 의한 변환에 기초하는 열화학적 가스-고체 반응 공정을 사용하는 것을 특징으로 하는 모터 압축기 유닛.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 연소 챔버에는, 압축 공기가 화염과 직접 접촉하지 않고 열교환기에 의해 가열되는 외부-외부식(external-external)으로 알려진 가열 디바이스가 설치되는 것을 특징으로 하는 모터 압축기 유닛.
  14. 제13항에 있어서, 엔진 배기 가스(23)에서 나오는 작동 압축 공기는 새로운 사이클을 재시작하도록 냉각 또는 극저온 시스템(A)의 저온 챔버(29)에서 재순환되어 모터 압축기 유닛이 폐사이클로 작동하게 하는 것을 특징으로 하는 모터 압축기 유닛.
  15. 제10항에 있어서, 엔진 배기 가스의 온도는 주위 온도보다 높은 경우에는, 배출 공기의 온도를 거의 주위 온도로 복귀시키는 공기-공기 열교환기가 저온 챔버의 상류에서 도관 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 모터 압축기 유닛.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 활성 챔버 팽창 디바이스는 표 준 피스톤, 커넥팅 로드, 크랭크, 또는 회전식 엔진 디바이스와 같은 종래의 팽창 시스템을 사용하는 것을 특징으로 하는 모터 압축기 유닛.
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