WO2011145758A1 - 단열내화 디젤 엔진 및 그것을 이용한 발전기용 고효율 엔진 - Google Patents

단열내화 디젤 엔진 및 그것을 이용한 발전기용 고효율 엔진 Download PDF

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김창선
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Kim Chang Sun
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Definitions

  • the present invention relates to an adiabatic refractory diesel engine and a high-efficiency engine for a generator using the same, and more particularly, to facilitate the ignition of fuel while preventing deterioration or damage of the adiabatic refractory of an adiabatic refractory diesel engine, and to burn most fuels.
  • the present invention relates to an adiabatic refractory diesel engine capable of converting heat into power and a high efficiency engine for a generator using the same.
  • adiabatic engines in which a combustion material is treated with a heat insulating material around a combustion chamber as a method of preventing energy loss of the internal combustion engine and improving efficiency using the same. It is known that an adiabatic engine is composed of a two-stroke cycle diesel engine. In addition, when the adiabatic engine is composed of a two-stroke cycle diesel engine, it is known that it is preferable to configure the intake of compressed air in the exhaust process. However, since there are many limitations to the practical use of the adiabatic engine, there have been no examples of practical use that have been implemented to the level of commercialization.
  • the conventional adiabatic engine does not solve the problem of excessive heat storage in the insulated combustion chamber.
  • the combustion chamber internal temperature may accumulate in a short time beyond the initial temperature stress (melting point) of the insulation. This will degrade or damage the insulation and render the engine inoperable.
  • This heat storage problem is not solved by exhaust of exhaust gas alone.
  • the adiabatic engine is configured as a two-stroke cycle diesel engine.
  • the intake valve is opened to inject compressed air during the exhaust process, and the compressed air is pushed out by the compressed air. In this process, the intake air is mixed with the exhaust gas in the combustion chamber. The combustion is likely to be incomplete.
  • the adiabatic engine is configured as a two-stroke cycle diesel engine, the larger the diameter of the cylinder and the piston, the longer the ignition delay time of the fuel, there is also a problem that the ignition does not occur immediately after the fuel injection in the injector.
  • the present invention has been made to solve the above problems, the first problem to be solved by the present invention is to prevent excessive heat storage in the insulated combustion chamber to protect the insulation insulation and at the same time fuel insulated by insulation insulation It is to provide an adiabatic refractory diesel engine and a high-efficiency engine for a generator using the same that can improve the engine output by converting combustion heat into expansion steam.
  • the second problem to be solved by the present invention is to configure the adiabatic engine as a two-stroke cycle diesel engine, even if the intake valve is opened during the exhaust process, and compressed air is injected, the compressed air and exhaust gas are not mixed, and the exhaust gas is completely pushed out.
  • the present invention provides an adiabatic refractory diesel engine capable of preventing exhaust gas from remaining in compressed air before fuel injection, and a high efficiency engine for a generator using the same.
  • the third problem to be solved by the present invention is that when the adiabatic engine is composed of a two-stroke cycle diesel engine, the total volume of the compressed air in which the injection fuel is inhaled, regardless of the diameter of the cylinder and piston and the degree of compression of the intake air by the piston
  • the present invention provides a heat-resistant refractory diesel engine and a high-efficiency engine for a generator using the same, which can be uniformly injected at the same time and thus cause ignition immediately after fuel injection.
  • the fourth problem to be solved by the present invention is to provide a high-efficiency engine for a generator that can increase the engine efficiency by converting the amount of heat remaining in the exhaust gas to power to generate expanded steam.
  • the above-described first to third objects of the present invention include a piston comprising a piston head coated with an insulating refractory refractory, a skirt provided only with a piston ring without coating the insulating refractory, and a section in which the piston head reciprocates.
  • the inner wall is provided with a cylinder coated with an insulating refractory, an exhaust valve and an exhaust pipe, the inner surface is coated with an insulating refractory, and is coupled to the upper part of the cylinder to be sealed with the insulating refractory coating wall of the cylinder and the piston head coated with the insulating refractory.
  • a cylinder head constituting the adiabatic fireproof chamber in particular in the cylinder head, a cylinder having a diameter smaller than the internal hollow and piston head of the cylinder and the volume is 1/20 to 1/200 of the expansion volume of the adiabatic fireproof chamber
  • a compressed air engine for forming a small combustion chamber having a shape and introducing compressed air into the small combustion chamber in an exhaust stroke at an upper end of the small combustion chamber. And an intake valve and an injector for injecting fuel and water into the compressed air introduced into the combustion chamber at a constant time difference.
  • the above-mentioned first to third objects of the present invention are more effectively achieved by coating the exhaust valve inner surface, the combustion chamber inner wall and the intake valve inner surface with heat-resistant refractory materials.
  • the above-mentioned fourth task of the present invention includes a generator engine containing the adiabatic refractory diesel engine and a low temperature volatilization medium therein, and the exhaust gas of the adiabatic refractory diesel engine is supplied to the engine for generating a generator.
  • a heat exchanger which vaporizes and expands the low-temperature volatile gas to expand the steam
  • an adiabatic refractory expansion engine in which the piston expands by inputting the expansion steam of the low-temperature volatile medium from the heat exchanger, and receives exhaust steam of the adiabatic refractory expansion engine by cooling water
  • a cooling recovery device returning the heat exchanger after condensation.
  • the fuel and water are sequentially injected into the injector installed at the upper end of the combustion chamber, so that the heat of combustion generated every time the fuel is burned is steam of water. It is converted into energy and kinetic energy to generate the expansion force, which prevents excessive heat storage in the insulated engine, thereby protecting the insulation of the insulation and improving the engine output.
  • the heat discharged outside by the heat insulating refractory material is converted into power by vaporizing the inside of the engine, there is no deterioration or damage of the heat storage refractory material and the heat insulating refractory material caused by this, and the general internal combustion engine It is possible to drastically improve internal combustion engine efficiency by preventing 30% cooling loss and 30% exhaust loss.
  • the compressed air when composed of a two-stroke cycle diesel engine, and when the intake valve is opened to inject compressed air, the compressed air is introduced through a small combustion chamber in a high temperature state with a small cross-sectional area and a long length, and the piston Since it rises until just before contacting the lower end of the cylinder head and cannot enter the combustion chamber, the compressed air is not diffused or mixed into the exhaust gas and the exhaust gas is completely pushed out to minimize the residual amount of exhaust gas in the compressed air before fuel injection.
  • Compressed air intaken during fuel injection is filled only in the small combustion chamber, and the injector is installed at the top of the small combustion chamber so that the injection fuel is injected uniformly into the entire compressed air intake at the same time. The engine runs smoothly without failure.
  • the amount of heat discharged from the adiabatic refractory diesel engine is recycled and used to generate the inflated steam, and this expansion steam is put into the adiabatic refractory expansion engine and converted into power to maximize the efficiency of the generator engine.
  • the engine since the heat of combustion of the engine is not discharged to the outside and most of the heat of combustion is utilized as an output inside the engine, the engine does not need to be forcedly cooled or at least air-cooled. There is an effect of simplifying the cooling device.
  • FIG. 1 is a block diagram of a heat insulation refractory diesel engine according to the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded view illustrating the cylinder head separated from the adiabatic refractory diesel engine illustrated in FIG. 1.
  • 3 to 9 are operational flowcharts of the adiabatic fireproof diesel engine according to the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram of the adiabatic fireproof expansion engine according to the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram of a high efficiency engine for a generator using the adiabatic refractory diesel engine and adiabatic refractory expansion engine according to the present invention.
  • auxiliary chamber 25 compressed air pipe
  • coil 100 insulated refractory diesel engine
  • the adiabatic fireproof diesel engine includes a cylinder 1, which is a component of a reciprocating internal combustion engine, a piston 3 reciprocating in the cylinder, intake means and exhaust. Means are provided and include a cylinder head 17a coupled to the upper portion of the cylinder 1.
  • the piston 3 consists of a piston head 5 coated with a heat insulating refractory 37c and a skirt 7 provided with only a piston ring 9 without coating the heat insulating refractory.
  • the length of the piston head 5 coated with the heat insulating refractory 37c may be about 1/2 to 5/4 of the stroke distance of the piston 3.
  • the case where the length of the piston head 5 coated with the heat insulating refractory 37c almost coincides with the stroke distance of the piston 3 is illustrated. All or part of the inner wall of the section in which the piston head 5 reciprocates is coated with the insulating refractory 37a, and the lower inner wall of the cylinder 1 is not coated with the insulating refractory 37a.
  • the entire inner wall of the section in which the piston head 5 is reciprocated is illustrated in the case of being coated with the insulation refractory 37a.
  • the piston ring 9 provided on the skirt 7 of the piston 3 slides only on the inner wall of the cylinder lower metal to which the insulating refractory 37a is not coated.
  • the cylinder head 17a is provided with an exhaust valve 19 whose lower end is disposed at a height that is equal to the lower surface of the cylinder head 17a.
  • the cylinder head 17a is provided with an exhaust pipe 21 intermittently interlocked with the inside of the chamber 35 by the exhaust valve 19. In the case of the manifold, the exhaust pipe 21 is connected to the exhaust manifold.
  • the lower surface of the cylinder head 17a is all coated with a heat insulating refractory 37b.
  • the inner surface of the exhaust valve 19 is also coated with a heat insulating refractory.
  • the upper surface of the piston head 5 coated with the heat insulating refractory 37a and the heat insulating refractory 37c of the cylinder 1 and the lower surface of the cylinder head 17a coated with the heat insulating refractory 37b are sealed heat resistant fireproof.
  • the chamber 35 is formed.
  • the present invention is characterized in that the cylinder head (17a) has a smaller cross-sectional area than the inner hollow and the piston head (5) of the cylinder (1) and the volume is 1/20 to 1/200 of the expansion capacity of the adiabatic fireproof chamber.
  • the injector 29 is connected to a fuel supply pipe 31 and a water supply pipe 33.
  • the inner wall of the small combustion chamber 23a and the inner surface of the intake valve 27 are also coated with a heat insulating refractory material. As shown in FIG. 1, it is preferable that the vertical travel length of the small combustion chamber 23a is made larger than the diameter of the small combustion chamber 23a. By doing so, the channels of sucked compressed air can be formed narrow and long, and the compressed air can push the combustion gas more strongly without mixing.
  • the exhaust valve is closed and the compressed air is further pressurized (up to about 20 kg / cm 2) to completely fill the small combustion chamber 23a with intake air. After that, the intake valve 27 is closed.
  • the combustion chamber 23a shows an ignition and vaporization step of sequentially injecting fuel and water into the compressed air in the combustion chamber 23a.
  • the fuel is injected from the injector 29 to ignite in the small combustion chamber 23a, and immediately after the water H 2 O is also injected to vaporize.
  • the amount of water sprayed is an amount capable of maintaining the internal temperature of the small combustion chamber 23a at about 1400 ° C.
  • the combustion chamber 23a rapidly rises to reach about 4000 ° C, and the insulation insulation melts at this temperature.
  • the present invention is to reduce the temperature of the small combustion chamber (23a) to an appropriate temperature by converting the heat amount into the expansion steam by water injection to be used for power generation.
  • the expansion energy of the steam obtained at this time is about the same as the expansion energy of the combustion explosion. Since the wall of the small combustion chamber 23a is coated with a heat insulating refractory while the engine is in operation, the internal combustion chamber 23a internal temperature is kept close to the fuel ignition temperature even before the compressed air is input. If water is injected in a state in which the small combustion chamber 23a is not provided separately or there is no coating by the heat insulating refractory, ignition and combustion of fuel are likely to be incomplete in the next stroke.
  • the expansion stage In this step, the combustion gas explosion pressure and the water evaporation pressure are mixed to lower the piston 3.
  • the expansion force obtained at this time depends on the maximum expansion volume of the chamber 35 and the volume ratio of the small combustion chamber 23a.
  • the expansion volume of the chamber 35 is about 20 to 200 times the volume of the small combustion chamber 23a. It is preferable.
  • FIG. 8 shows a step in which the expansion of the piston 3 is completed so that the piston 3 reaches the bottom dead center, and the exhaust valve 19 is opened to start exhausting. At this time, the hollow inside the cylinder terminates the adiabatic expansion and maintains the internal temperature at about 300 ° C.
  • step 9 shows a state in which the exhaust is advanced by the rise of the piston 3 in the state where the exhaust valve 19 is opened. At this stage, the intake valve 27 is not opened. After that, repeat step 3a again.
  • Insulated refractory engines have no loss of calories.
  • pressure generated by the expansion energy of fuel and water is about 200 kg / cm 2
  • energy can be energized until the last residual pressure becomes 4 kg / cm 2, thereby converting more than 80% of the initial expansion energy into power.
  • This increases the explosive power by about two times or more by injecting water (H 2 O) during fuel explosion (in an amount capable of maintaining the internal temperature of the combustion chamber at 1400 ° C., generally 40 to 70 mass% of the fuel).
  • Instantaneous cooling outside the engine where the fuel is oxidatively generated causes significant heat loss and pressure loss, but injecting water into the engine while the engine is insulated gives a large kinetic energy.
  • the initial pressure is 200 kg / cm 2
  • the energy generated when operating at 600 R.P.M can be described as follows.
  • the force that raises the weight of 1.00kg by 1m per second is 1kw, so it is 2260.8ton x 10 revolutions / second / 8 / 0.1,28,260kw.
  • the amount of oxygen absorbed in the fuel is different, so the amount of oil is not considered.
  • the fuel of this engine can be diesel, saya A, saya B, vitea C, biodiesel, etc., and general liquid and gaseous fuel can be used.
  • the efficiency is increased as the volume ratio between the maximum expansion volume of the chamber 35 and the small combustion chamber 23a increases, but manufacturing difficulty is preferably about 20 to 200: 1.
  • FIG. 11 shows a high efficiency engine for a generator using an adiabatic refractory diesel engine according to the present invention.
  • 300 °C gas discharged from the adiabatic refractory diesel engine 100 is sent to the next heat exchanger 57 through a pipe 47, the exhaust gas is a heat exchanger by the amount of heat
  • alcohol, methyl chloroform, acetone, and the like are boiled to expand at a pressure of about 20 kg / cm 2, and this expanded gas is sent to the adiabatic refractory expansion engine 200 and converted into power.
  • the present invention from the moment of oxidizing the material energy of the primitive fuel, it is converted into expansion energy and thermal energy and used as a power completely, and the amount of heat remaining in the exhaust gas is converted into power again.
  • the high-efficiency engine for a generator accommodates the adiabatic refractory diesel engine 100 and a low temperature volatile medium therein, and receives exhaust gas from the adiabatic refractory diesel engine to the sensible heat of the exhaust gas and the latent heat of condensation.
  • Condensed by the exhaust steam of the adiabatic refractory expansion engine 200 is condensed by the cooling water and consists of a cooling recovery device (41, 45) to return to the heat exchanger.
  • the adiabatic refractory expansion engine 200 removes the injector 29 from the adiabatic refractory expansion engine 100.
  • the adiabatic fireproof expansion engine 200 includes a piston 3 composed of a piston head 5 coated with adiabatic refractory 37c and a skirt 7 in which only a piston ring 9 is installed without the adiabatic refractory coating, and the piston
  • the inner wall of the section in which the head 5 reciprocates is provided with a cylinder 1 coated with a heat insulating refractory 37a, an exhaust valve 19 and an exhaust pipe 21, and an inner surface is coated with a heat insulating refractory 37b.
  • a cylinder head coupled to an upper portion of the cylinder 1 and constituting a sealed insulation fire chamber 35 together with the insulation head 37a coated wall of the cylinder 1 and the piston head 5 coated with the insulation insulation 37c. 17b is provided.
  • the cylinder head 17b has a cylindrical shape having a smaller cross-sectional area than the inner hollow of the cylinder 1 and the piston head 5 and a volume of 1/20 to 1/200 of the expansion volume of the adiabatic fireproof chamber 35.
  • An auxiliary chamber 23b is formed, and an expansion steam engine 22 and an intake valve 27 for introducing expansion steam from the heat exchanger 57 to the auxiliary chamber 23b are installed at an upper end of the auxiliary chamber 23b. do.
  • the auxiliary chamber 23b of the cylinder head 17b may be omitted and the expansion steam 22 and the intake valve may be injected into the cylinder 1 directly from the expansion steam 22 and the intake valve 27. 27 may be provided at the lower end of the cylinder head 17b.
  • the low temperature volatile medium should be a volatile liquid having a lower boiling point than water. Therefore, alcohol, methylchloroform (trichloroethane), acetone and the like can be used.
  • the low-temperature volatilization medium absorbs heat from the exhaust gas of the adiabatic refractory diesel engine 100 in the heat exchanger 57, becomes expansion steam, and is injected into the adiabatic refractory expansion engine 200, and then adiabatic.
  • the piston of the refractory expansion engine 200 is pushed to generate power, and is sent to the cooling recovery devices 41 and 45 for circulation.
  • the cooling recovery device is composed of a cooler 41 and a pump 45.
  • the low temperature volatile medium is discharged to the cooler 41 and then condensed by the coolant in the cooler 41, and the low temperature volatile medium is sent back to the heat exchanger 57 by the pump 45 to circulate.
  • Water vapor in the exhaust gas deprived of heat from the heat exchanger 57 is condensed to become water, and is introduced into the collection and pollutant absorption tank 39 together with other exhaust gas components for processing.
  • the invention is that the explosion power can be doubled by adding water (H 2 O) without damaging heat in the adiabatic refractory diesel engine, and the two adiabatic refractory internal combustion engines are operated sequentially with one drop of fuel. Can be obtained twice.

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Abstract

본 발명은 단열내화 디젤 엔진의 단열내화물의 열화나 손상을 방지하면서 연료의 착화를 용이하게 할 뿐만 아니라, 대부분의 연료 연소 열량을 동력으로 전환할 수 있는 단열내화 디젤 엔진 및 그것을 이용한 발전기용 고효율 엔진에 관한 것으로, 단열내화물로 코팅된 피스톤 헤드와 단열내화물의 코팅 없이 피스톤 링만 설치된 스커트로 된 피스톤과, 상기 피스톤 헤드가 왕복하는 구간의 내벽이 단열내화물로 코팅된 실린더와, 배기밸브 및 배기관을 구비하고 내면이 단열내화물로 코팅되며 상기 실린더의 상부에 결합되어 상기 실린더의 단열내화물 코팅벽 및 단열내화물이 코팅된 피스톤 헤드와 함께 밀폐된 단열내화 챔버를 구성하는 실린더 헤드를 포함하되, 상기 실린더 헤드에, 실린더의 내부 중공 및 피스톤 헤드보다 지름이 작고 용적은 상기 단열내화 챔버 팽창 용적의 1/20 ~ 1/200인 통형상의 소연소실을 형성하고, 상기 소연소실의 상단에, 배기행정에서 소연소실에 압축공기를 투입하는 압축공기관 및 흡기밸브와, 소연소실에 투입된 압축공기에 연료와 물을 일정한 시차를 두고 분사하는 인젝터를 설치한 것을 특징으로 한다.

Description

단열내화 디젤 엔진 및 그것을 이용한 발전기용 고효율 엔진
본 발명은 단열내화 디젤 엔진 및 그것을 이용한 발전기용 고효율 엔진에 관한 것으로서, 더 상세하게는 단열내화 디젤 엔진의 단열내화물의 열화나 손상을 방지하면서 연료의 착화를 용이하게 할 뿐만 아니라, 대부분의 연료 연소 열량을 동력으로 전환할 수 있는 단열내화 디젤 엔진 및 그것을 이용한 발전기용 고효율 엔진에 관한 것이다.
통상 내연엔진에 공급되는 전체열량을 100%로 가정했을 때, 냉각손실 30%, 배기손실 30%, 제동마력 30%, 기계손실 10%의 정도로 구분된다. 그래서, 가급적이면 이러한 손실에너지를 회수하는 방안을 모색하여야 하는데, 현재 실용화되고 있는 방법은 고온고압의 배기가스가 급속히 팽창되는 것을 이용하는 터보차저(turbo charger) 정도이다.
이 밖에도 내연엔진의 에너지 손실을 막고, 이를 이용하여 효율을 개선하는 방법으로 연소실 주위를 단열재로 처리한 단열 엔진이 다수 개시되어 있다. 단열 엔진은 2행정사이클 디젤엔진으로 구성하는 것이 효율적인 것으로 알려져 있다. 또한, 단열 엔진을 2행정사이클 디젤엔진으로 구성할 경우, 배기과정에서 압축공기의 흡기가 이루어지도록 구성하는 것이 바람직한 것으로 알려져 있다. 그러나, 단열 엔진을 실용화하는 데는 많은 제약이 있기 때문에, 현재까지 상용화의 수준으로 구현되어 현실적으로 사용된 예는 없다.
단열 엔진의 실용화를 제약하는 요인들 중 중요한 것들은 다음과 같은 것들이다.
우선, 종래의 단열 엔진은 단열 된 연소실 내의 과도한 축열(蓄熱) 문제를 해결하지 못하고 있다. 챔버를 형성하는 엔진 구성품들을 단열처리할 경우 연소실 내부 온도는 짧은 시간 내에 단열재의 온도 응력 초기치(용융점)을 초과하여 축적될 수 있다. 이렇게 되면, 단열재가 열화되거나 손상되고 지속적인 엔진의 동작이 불가능하게 된다. 이러한 축열 문제는 배기 가스의 배출만으로 해결되지 않는다.
다른 문제들은 단열 엔진을 2행정사이클 디젤엔진으로 구성할 때 발생하는 문제들이다. 단열 엔진을 2행정사이클 디젤엔진으로 구성할 경우, 배기과정에서 흡기밸브를 열어 압축공기를 투입하고 이 압축공기에 의하여 배기가스를 밀어내게 되는 데, 이 과정에서 흡입공기가 연소실 내의 배기가스와 혼합되어 연소가 불완전해지기 쉽다. 또한, 단열 엔진을 2행정사이클 디젤엔진으로 구성할 경우, 실린더 및 피스톤의 직경이 커질수록, 연료의 착화 지연시간이 길어져 인젝터에서 연료 분사 즉시 착화가 일어나지 못하는 문제점도 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 제1과제는 단열 된 연소실 내의 과도한 축열(蓄熱)을 예방하여 단열내화물을 보호함과 동시에 단열내화물에 의하여 절연된 연료 연소열을 팽창증기로 바꿔 엔진 출력을 향상시킬 수 있는 단열내화 디젤 엔진 및 그것을 이용한 발전기용 고효율 엔진을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 제2과제는 단열 엔진을 2행정사이클 디젤엔진으로 구성하여, 배기과정에서 흡기밸브를 열어 압축공기를 투입하더라도, 압축공기와 배기가스가 혼합되지 않고 배기가스를 완전히 밀어내어, 연료 분사전 압축공기 내에 배기가스가 잔류하는 것을 예방할 수 있는 단열내화 디젤 엔진 및 그것을 이용한 발전기용 고효율 엔진을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 제3과제는 단열 엔진을 2행정사이클 디젤엔진으로 구성할 경우, 실린더와 피스톤의 지름 및 피스톤에 의한 흡입 공기의 압축 정도와 상관없이, 분사 연료가 흡기된 압축공기 전 체적에 동시에 균일하게 분사되어 연료 분사 즉시 착화가 일어날 수 있는 단열내화 디젤 엔진 및 그것을 이용한 발전기용 고효율 엔진을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 제4과제는 배기가스에 잔류하는 열량을 팽창증기의 생성에 사용하여 동력으로 전환함으로써 엔진 효율을 높일 수 있는 발전기용 고효율 엔진을 제공하는 데 있다.
본 발명의 상술한 제1과제 내지 제3과제는, 단열내화 디젤 엔진을, 단열내화물로 코팅된 피스톤 헤드와 단열내화물의 코팅 없이 피스톤 링만 설치된 스커트로 된 피스톤과, 상기 피스톤 헤드가 왕복하는 구간의 내벽이 단열내화물로 코팅된 실린더와, 배기밸브 및 배기관을 구비하고 내면이 단열내화물로 코팅되며 상기 실린더의 상부에 결합되어 상기 실린더의 단열내화물 코팅벽 및 단열내화물이 코팅된 피스톤 헤드와 함께 밀폐된 단열내화 챔버를 구성하는 실린더 헤드를 포함하여 구성하면서, 특히 상기 실린더 헤드에, 실린더의 내부 중공 및 피스톤 헤드보다 지름이 작고 용적은 상기 단열내화 챔버의 팽창 용적의 1/20 ~ 1/200인 통형상의 소연소실을 형성하고, 상기 소연소실의 상단에는, 배기행정에서 소연소실에 압축공기를 투입하는 압축공기관 및 흡기밸브와, 소연소실에 투입된 압축공기에 연료와 물을 일정한 시차를 두고 분사하는 인젝터를 설치함으로써 달성된다.
본 발명의 상술한 제1과제 내지 제3과제는 상기 배기밸브 내면, 소연소실 내벽 및 흡기밸브 내면도 단열내화물로 코팅함으로써 더 효과적으로 달성된다.
본 발명의 상술한 제4과제는 발전기용 엔진을 상기 단열내화 디젤 엔진과, 내부에 저온휘발열매체를 수용하고, 상기 단열내화 디젤 엔진의 배기가스를 투입받아 배기가스의 현열 및 응축잠열에 의하여 상기 저온휘발열매체가 기화팽창하여 팽창증기가 되는 열교환기와, 상기 열교환기로부터 저온휘발열매체의 팽창증기를 투입받아 피스톤이 팽창하는 단열내화 팽창 엔진와, 상기 단열내화 팽창 엔진의 배출증기를 투입받아 냉각수에 의해 응축한 후 상기 열교환기에 회귀시키는 냉각회수장치;를 포함하여 구성함으로써 달성된다.
상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 압축공기가 연료 발화온도로 유지되는 소열소실로 투입된 후 소연소실의 상단에 설치된 인젝터에서 연료와 물을 순차 분사함으로써, 연료의 연소시마다 발생하는 연소열이 물의 증기에너지 및 운동 에너지로 전화되어 팽창력을 발생하고, 이로 인해 단열 된 엔진 내에서 과도한 축열(蓄熱)이 예방되므로, 단열내화물을 보호함과 동시에 엔진 출력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 단열내화재에 의하여 외부 방출이 차단된 열을 엔진 내부에서 증기화하여 동력으로 전환하게 되므로, 엔진 내부의 축열 및 이로 인한 단열내화재의 열화나 손상이 없게 되고, 일반적인 내연엔진에서 발생하는 30%의 냉각손실과 30%의 배기손실을 원천적으로 막아 내연 엔진 효율을 획기적으로 개선할 수 있게 되는 것이다.
또한, 본 발명에 의하면, 2행정사이클 디젤엔진으로 구성하고, 배기과정에서 흡기밸브를 열어 압축공기를 투입할 때, 압축공기가 단면적이 작고 길이가 긴 고온 상태의 소연소실을 통해 투입되고, 피스톤은 실린더 헤드 하단면에 접촉하기 직전까지 상승하고 소연소실까지 진입할 수는 없으므로, 압축공기가 배기가스 내로 확산하거나 혼합되지 않고 배기가스를 완전히 밀어내어, 연료 분사전 압축공기 내의 배기가스 잔류량을 극소화할 수 있고, 연료 분사시 흡기된 압축공기는 소연소실에만 충전되고 인젝터는 소연소실 상단에 설치되어 분사 연료가 흡기된 압축공기 전 체적에 동시에 균일하게 분사되므로 매 연료 분사시마다 연료의 착화지연이나 착화실패 없이 엔진이 원활하게 구동되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 단열내화 디젤 엔진에서 배출되는 열량을 재활용하여 팽창증기 생성에 사용되고 이 팽창증기를 단열내화 팽창 엔진에 투입하여 동력으로 전환함으로써 발전기용 엔진의 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 엔진의 연소열이 외부로 방출되지 않고, 그 연소열의 대부분을 엔진 내부에서 출력으로 활용하게 되므로, 엔진을 강제 냉각을 할 필요가 없거나, 최소한 공냉식으로 할 수 있기 때문에 엔진의 냉각장치가 간단해지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 단열내화 디젤 엔진의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 단열내화 디젤 엔진에서 실린더 헤드를 분리하여 도시한 분해도이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명에 따른 단열내화 디젤 엔진의 동작 순서도이다.
도 10은 본 발명에 따른 단열내화 팽창 엔진의 구성도이다.
도 11은 본 발명에 따른 단열내화 디젤 엔진 및 단열내화 팽창 엔진을 사용한 발전기용 고효율 엔진의 구성도이다.
<부호의 설명>
1 : 실린더 3 : 피스톤
5 : 피스톤 헤드 7 : 스커트
9 : 피스톤 링 11 : 회전축
13 : 커넥팅 로드 15 : 크랭크
17a, 17b : 실린더 헤드 19 : 배기밸브
21 : 배기관 23a : 소연소실
23b : 보조챔버 25 : 압축공기관
27 : 흡기밸브 29 : 인젝터
31 : 연료공급관 33 : 물공급관
35 : 챔버 37a, 37b, 37c : 단열내화물
39 : 집수 및 공해물 흡수조 41 : 냉각기
43 : 코일 45 : 펌프
47 : 배관 49 : 폐가스배출관
55 : 퇴수관 57 : 열교환기
59 : 코일 100 : 단열내화 디젤 엔진
200 : 단열내화 팽창 엔진
이하에서는, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록, 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 단열내화 디젤 엔진은 왕복동식 내연 엔진의 구성요소인 실린더(1)와, 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤(3)과, 흡기수단 및 배기수단이 마련되고 실린더(1) 상부에 결합되는 실린더 헤드(17a)를 포함한다.
상기 피스톤(3)은 단열내화물(37c)로 코팅된 피스톤 헤드(5)와 단열내화물의 코팅 없이 피스톤 링(9)만 설치된 스커트(7)로 구성된다. 단열내화물(37c)로 코팅된 피스톤 헤드(5)의 길이는 피스톤(3)의 행정거리의 1/2 내지 5/4 정도로 할 수 있다. 도면에는 편의상 단열내화물(37c)로 코팅된 피스톤 헤드(5)의 길이가 피스톤(3)의 행정거리와 거의 일치하는 경우를 예시하였다. 상기 실린더(1)는 상기 피스톤 헤드(5)가 왕복하는 구간의 내벽 전부 또는 일부가 단열내화물(37a)로 코팅되고, 그 하부 내벽은 단열내화물(37a)이 코팅되지 않는다. 도면에는 피스톤 헤드(5)가 왕복하는 구간의 내벽 전부가 단열내화물(37a)로 코팅된 경우를 예시하였다. 피스톤(3)의 스커트(7)에 마련된 피스톤 링(9)은 단열내화물(37a)이 코팅되지 않은 실린더 하부 금속 내벽에서만 미끄럼 운동한다. 상기 실린더 헤드(17a)에는 하단이 실린더 헤드(17a)의 하면과 일치한 높이로 배치된 배기밸브(19)가 구비된다. 또한, 상기 실린더 헤드(17a)에는 이 배기밸브(19)에 의하여 챔버(35) 내부와 단속되는 배기관(21)이 구비되고, 다기관의 경우 이 배기관(21)은 배기매니폴드에 연결된다. 상기 실린더 헤드(17a)이 하면은 모두 단열내화물(37b)로 코팅된다. 또한, 상기 배기밸브(19) 내면도 단열내화물로 코팅된다.
따라서, 상기 실린더(1)의 단열내화물(37a) 코팅벽과 단열내화물(37c)이 코팅된 피스톤 헤드(5) 상면과 단열내화물(37b)이 코팅된 실린더 헤드(17a) 하면은 밀폐된 단열내화 챔버(35)를 형성한다.
본 발명의 특징은, 상기 실린더 헤드(17a)에, 실린더(1)의 내부 중공 및 피스톤 헤드(5) 보다 단면적이 작고 용적은 상기 단열내화 챔버 팽창 용적의 1/20 ~ 1/200인 통형상의 소연소실(23a)을 형성하고, 상기 소연소실(23a)의 상단에는, 배기행정에서 소연소실(23a)에 압축공기를 투입하는 압축공기관(25) 및 흡기밸브(27)와, 소연소실(23a)에 투입된 압축공기에 연료와 물을 일정한 시차를 두고 분사하는 인젝터(29)를 설치한 데 있다. 상기 인젝터(29)에는 연료공급관(31)과 물공급관(33)이 연결된다. 상기 소연소실(23a) 내벽 및 흡기밸브(27) 내면도 단열내화물로 코팅된 다. 도 1에 도시된 바와 같이, 소연소실(23a)의 상하 진행 길이는 소연소실(23a)의 직경보다 크게 하는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 흡입된 압축공기의 채널이 좁고 길게 형성될 수 있고, 압축공기가 연소가스를 혼합 없이 더 강하게 밀어낼 수 있다.
상술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 단열내화 디젤 엔진의 동작을 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 배기밸브(19)가 열리고 피스톤(3)이 상사점 근처까지 상승한 배기행정 종료 직전 단계를 나타낸다. 배기밸브(19)를 열고 상승하는 피스톤(3)에 의해 챔버(35) 내의 배기가스를 배기관(21)으로 배출하면서, 피스톤(3)이 상사점 부근에 도달하면, 흡기밸브(27)를 열어 압축된 흡입 공기가 소연소실(23a)에 충진되면서 소연소실(23a) 내의 배기가스를 밀어내게 한다. 이 과정을 통하여 소연소실(23a) 내의 연소가스는 모두 배출되고 소연소실(23a)은 압축공기로 채워진다. 피스톤 헤드(5) 상면이 실린더 헤드(17a) 하면에 거의 도달할 즈음에 배기밸브를 닫고 압축 공기를 더욱 가압(약20kg/㎠정까지)하여 소연소실(23a) 내를 흡입 공기로 완전히 충전한 후 흡기밸브(27)를 닫는다.
도 4는 소연소실(23a) 내의 압축공기에 연료와 물을 순차적으로 분사하는 착화 및 증기화 단계를 나타낸다. 피스톤(3)이 상사점에 도달하는 시점에, 인젝터(29)에서 연료를 분사하여 소연소실(23a) 내에서 착화가 이루어지게 한 후 즉시 물(H2O)도 분사하여 증기화하게 한다. 이때 분사되는 물의 양은 소연소실(23a) 내부 온도를 약 1400℃ 정도로 유지하게 할 수 있는 양이다. 단열내화물을 코팅한 엔진의 소연소실(23a)에 연료 분사 후 물을 분사하지 않을 경우, 소연소실(23a)은 급속하게 온도가 상승하여 약 4000℃에 도달하고 이 온도에서 단열내화물은 용융되기 때문에, 본 발명은 물 분사로 열량을 팽창증기로 변환하여 동력발생에 사용함으로써 소연소실(23a)의 온도를 적정 온도로 낮추는 것이다. 이때 얻어지는 증기의 팽창에너지는 연소 폭발에 의한 팽창에너지와 거의 같은 수준이다. 엔진이 운전 중에는 소연소실(23a)의 벽이 단열내화물로 코팅되어 있기 때문에 압축공기 투입 전이라도 소연소실(23a) 내부 온도는 연료 점화 온도에 근접하게 유지된다. 만약, 소연소실(23a)을 별도로 갖추지 않거나, 단열내화물에 의한 코팅이 없는 상태에서, 물을 분사하게 되면, 다음 행정에서 연료의 착화나 연소가 불완전해지기 쉽다. 소열소실(23a) 및 단열내화물 없는 실린더 내에 물을 분사하고 팽창 후 배기하면 기화되지 못한 물이 불규칙한 량으로 실린더 내에 잔류하게 되고, 다음 행정에서 피스톤에 의하여 공기를 압축하거나 외부에서 실린더 내에 압축공기를 투입하더라도, 불규칙한 양의 열량이 물의 기화열로 사용되기 때문에, 실린더 내의 온도를 연료의 점화 온도로 올리는 데 실패할 수 있고, 이는 연료의 착화나 연소를 불완전하게 만드는 것이다.
도 5 내지 도 7은 피스톤 팽창 단계를 나타낸다. 이 단계에서는 연소가스 폭발압력과 물 증발압력이 혼합 작용하여 피스톤(3)을 하강하게 한다. 이때 얻어지는 팽창력은 챔버(35)의 최대 팽창 용적과 소연소실(23a)의 용적비에 따라 달라지는데, 챔버(35) 팽창 용적은 소연소실(23a)의 용적에 비해 약 20~200배의 체적으로 설계하는 것이 바람직하다.
도 8은 피스톤(3)의 팽창이 완료되어 피스톤(3)이 하사점에 도달하고, 배기밸브(19)를 열어 배기를 시작하는 단계를 나타낸다. 이때, 실린더 내부 중공은 단열팽창을 종료하여 내부온도가 약 300℃ 정도로 유지한다.
도 9는 배기밸브(19)가 열린 상태에서 피스톤(3)의 상승으로 배기가 진행되는 상태를 나타낸다. 이 단계에서는 흡기밸브(27)가 열리지 않는다. 이후 3a 단계를 다시 반복하는 것이다.
본 발명에 단열내화 디젤 엔진에서 발생하는 에너지를 정량적 및 정성적으로 살펴보면 다음과 같다.
단열 내화 엔진은 열량의 손실이 없다. 연료 및 물의 팽창에너지에 의한 발생압력이 약200kg/㎠이라 할 때 마지막 잔류압이 4kg/㎠로 될 때까지 에너지화할 수 있으므로, 최초 팽창에너지의 80% 이상을 동력으로 전환하게 된다. 이것은, 연료 폭발 시 물(H2O)을 분사(연소실 내부 온도를 1400℃로 유지할 수 있는 양으로, 대체로 연료의 40~70질량%)함으로서 폭발력이 약 2배 이상 증가한다. 연료가 산화 발열하는 엔진 외부에서 순간 냉각을 하게 되면 막대한 열손실 및 압력 손실을 초래하지만, 엔진을 단열한 상태에서 엔진 내부에 물을 분사하면 큰 운동에너지를 얻을 수 있는 것이다. 연료 및 기타 무기물은 산화 및 연소 시에는 순간 발화하여 순간 팽창(폭발)을 하고 냉각되면 그 부피는 연소전의 상태보다 작아지지만, 열은 어떤 경우에도 소진되지 않고 다만 이전되거나 확산되거나 다른 에너지 형태로 변환될 뿐이기 때문에 가능한 것이다. 예를 들어, 물이 639℃까지 상승하면 약 150kg/㎠의 압력을 발생하지만, 열 손실이 없게 하여 이것을 상기압으로 기압을 내리면 100℃의 수증기가 되며 이것을 다시 150kg/㎠으로 압축하면 639℃의 물로 환원된다. 이것은 곧 열은 손실되지 않다는 것을 의미한다. 다시 말해, 639℃의 물을 터빈 등으로 동력화하여도 그 후에 스팀화 된 수증기는 원천의 열을 함유하고 있다는 의미이다.
피스톤(3) 직경이 120㎠이고 행정거리를 1m로 하였을 때 최초 압력 200kg/㎠이고, 600 R.P.M으로 운전할 때 발생 에너지는 다음과 같이 서술할 수 있다.
피스톤의 단면적은 60㎠ x 60㎠ x 3.14 = 11,304㎠이고, 이때 피스톤에 작용하는 힘은 11,304㎠ x 200kg/㎠=2,260,800kg≒2260.8ton이다. 이힘을 kw단위로 환산하면, 1.00kg의 무게를 1초에 1m 상승하는 힘이 1kw이므로, 2260.8ton x 10회전/초/8/0.1≒28,260kw이다. 이 계산에서 연료의 산소흡수량은 모두 상이하므로 기름 량은 고려하지 않았다. 본 엔진의 연료로는 경유, 방카A, 방카B, 방카C, 바이오디젤 등을 사용할 수 있으며 일반 액체, 기체 연료는 모두 가능하다. 상술한 바와 같이, 챔버(35) 최대 팽창 용적 및 소연소실(23a)간의 용적비가 클수록 효율은 증가하지만 제조상 어려움이 있으므로 약 20~200:1로 하는 것이 바람직하다.
도 11은 본 발명에 따른 단열내화 디젤 엔진을 이용한 발전기용 고효율 엔진을 나타낸다.
도 11을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 단열내화 디젤 엔진(100)에서 배출되는 300℃ 가스는 배관(47)을 통해 다음 열교환기(57)로 보내지며, 배기가스는 그 열량에 의하여 열교환기(57)에서 알콜, 메틸클로로폼(trichloroethane), 아세톤등을 끓여 약 20kg/㎠의 압력으로 팽창되게 하고, 이 팽창가스는 단열내화 팽창 엔진(200)으로 보내져 동력으로 변환된다. 본 발명에 의하면, 원초 연료가 갖는 물질에너지를 산화하는 순간부터 팽창에너지 및 열에너지로 바꿔 완전하게 동력으로 이용하고, 배기가스에 잔류하는 열량을 또 다시 동력으로 변환시켜 사용하는 것이다.
이를 위하여 본 발명에 따른 발전기용 고효율 엔진은 상기의 단열내화 디젤 엔진(100)과, 내부에 저온휘발열매체를 수용하고, 상기 단열내화 디젤 엔진의 배기가스를 투입받아 배기가스의 현열 및 응축잠열에 의하여 상기 저온휘발열매체가 기화팽창하여 팽창증기가 되는 열교환기(57)와, 상기 열교환기(57)로부터 저온휘발열매체의 팽창증기를 투입받아 피스톤이 팽창하는 단열내화 팽창 엔진(200)과, 상기 단열내화 팽창 엔진(200)의 배출증기를 투입받아 냉각수에 의해 응축한 후 상기 열교환기에 회귀시키는 냉각회수장치(41, 45)로 구성한다.
도 9를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 상기 단열내화 팽창 엔진(200)은, 단열내화 팽창 엔진(100)에서 인젝터(29)를 제거한 것이다. 따라서, 단열내화 팽창 엔진(200)은 단열내화물(37c)로 코팅된 피스톤 헤드(5)와 단열내화물의 코팅 없이 피스톤 링(9)만 설치된 스커트(7)로 된 피스톤(3)과, 상기 피스톤 헤드(5)가 왕복하는 구간의 내벽이 단열내화물(37a)로 코팅된 실린더(1)와, 배기밸브(19) 및 배기관(21)을 구비하고 내면이 단열내화물(37b)로 코팅되며 상기 실린더(1)의 상부에 결합되어 상기 실린더(1)의 단열내화물(37a) 코팅벽 및 단열내화물(37c)이 코팅된 피스톤 헤드(5)와 함께 밀폐된 단열내화 챔버(35)를 구성하는 실린더 헤드(17b)를 구비한다. 또한, 상기 실린더 헤드(17b)에는, 실린더(1)의 내부 중공 및 피스톤 헤드(5)보다 단면적이 작고 용적은 상기 단열내화 챔버(35) 팽창 용적의 1/20 ~ 1/200인 통형상의 보조챔버(23b)가 형성되고, 상기 보조챔버(23b)의 상단에는, 상기 열교환기(57)에서 보조챔버(23b)에 팽창증기를 투입하는 팽창증기관(22) 및 흡기밸브(27)가 설치된다. 필요에 따라서는 실린더 헤드(17b)의 보조챔버(23b)를 생략하고 팽창증기가 팽창증기관(22) 및 흡기밸브(27)로부터 직접 실린더(1) 내로 분사되도록 팽창증기관(22) 및 흡기밸브(27)를 실린더 헤드(17b) 하단에 설치할 수도 있다.
상기 저온휘발열매체는 물보다 끓는점이 낮은 휘발성 액체여야 한다. 따라서, 알콜, 메틸클로로폼(trichloroethane), 아세톤 등 사용할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이 상기 저온휘발열매체는 열교환기(57)에서 단열내화 디젤 엔진(100)의 배기가스로부터 열량을 흡수하여 팽창증기가 되고, 단열내화 팽창 엔진(200)에 투입된 후, 단열내화 팽창 엔진(200)의 피스톤을 밀어 동력을 발생시키고, 냉각회수장치(41, 45)에 보내져서 순환된다. 냉각회수장치는 냉각기(41)와 펌프(45)로 구성된다. 저온휘발열매체는 냉각기(41)로 배출된 후 냉각기(41)에서 냉각수에 의하여 응축되고, 응축된 저온휘발열매체는 펌프(45)에 의해 열교환기(57) 다시 보내 져서 순환하게 되는 것이다.
열교환기(57)에서 열을 빼앗긴 배기가스 내의 수증기는 응축되어 물이 되고 다른 배기가스 성분과 함께 집수 및 공해물흡수조(39)에 투입되어 처리된다.
발명은 단열내화 디젤 엔진에서 열을 손상하지 않고 또한 물(H2O)을 첨가하여 그 폭발력이 2배로 상승할 수 있고, 또한 한 방울의 연료로 본 단열내화 내연엔진 2개를 순차 가동하므로 동력을 2회에 걸쳐 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 일 실시 예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.

Claims (6)

  1. 단열내화물로 코팅된 피스톤 헤드와 단열내화물의 코팅 없이 피스톤 링만 설치된 스커트로 된 피스톤과, 상기 피스톤 헤드가 왕복하는 구간의 내벽이 단열내화물로 코팅된 실린더와, 배기밸브 및 배기관을 구비하고 내면이 단열내화물로 코팅되며 상기 실린더의 상부에 결합되어 상기 실린더의 단열내화물 코팅벽 및 단열내화물이 코팅된 피스톤 헤드와 함께 밀폐된 단열내화 챔버를 구성하는 실린더 헤드를 포함하되,
    상기 실린더 헤드에는, 실린더의 내부 중공 및 피스톤 헤드보다 지름이 작고 통형상을 가진 소연소실을 형성하고, 상기 소연소실의 상단에는, 배기행정에서 소연소실에 압축공기를 투입하는 압축공기관 및 흡기밸브와, 배기행정 종료 후 소연소실에 투입된 압축공기에 연료와 물을 일정한 시차를 두고 분사하는 인젝터를 설치한 것을 특징으로 하는 단열내화 디젤 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배기밸브 내면, 소연소실 내벽 및 흡기밸브 내면도 단열내화물로 코팅된 것을 특징으로 하는 단열내화 디젤 엔진.
  3. 제 1 항에 있어서,
    단열내화물로 코팅된 피스톤 헤드의 길이는 피스톤의 행정거리의 1/2 내지 5/4 이고, 상기 실린더는 상기 피스톤 헤드가 왕복하는 구간의 내벽 전부 또는 일부가 단열내화물로 코팅되고, 그 하부 내벽은 단열내화물이 코팅되지 않은 것을 특징으로 하는 단열내화 디젤 엔진.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 단열내화 디젤 엔진;
    내부에 저온휘발열매체를 수용하고, 상기 단열내화 디젤 엔진의 배기가스를 투입받아 배기가스의 현열 및 응축잠열에 의하여 상기 저온휘발열매체가 기화팽창하여 팽창증기가 되는 열교환기;
    상기 열교환기로부터 저온휘발열매체의 팽창증기를 투입받아 피스톤이 팽창하는 단열내화 팽창 엔진;
    상기 단열내화 팽창 엔진의 배출증기를 투입받아 냉각수에 의해 응축한 후 상기 열교환기에 회귀시키는 냉각회수장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열내화 디젤 엔진을 이용한 발전기용 고효율 엔진.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단열내화 팽창 엔진은 단열내화물로 코팅된 피스톤 헤드와 단열내화물의 코팅 없이 피스톤 링만 설치된 스커트로 된 피스톤과, 상기 피스톤 헤드가 왕복하는 구간의 내벽이 단열내화물로 코팅된 실린더와, 배기밸브 및 배기관을 구비하고 내면이 단열내화물로 코팅되며 상기 실린더의 상부에 결합되어 상기 실린더의 단열내화물 코팅벽 및 단열내화물이 코팅된 피스톤 헤드와 함께 밀폐된 단열내화 챔버를 구성하는 실린더 헤드를 포함하되,
    상기 실린더 헤드에는, 실린더의 내부 중공 및 피스톤 헤드보다 단면적이 작고 용적은 상기 단열내화 챔버 팽창 용적의 1/20 ~ 1/200인 통형상의 보조챔버를 형성하고, 상기 소챔버의 상단에는, 열교환기에서 소챔버에 팽창증기를 투입하는 팽창증기관 및 흡기밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 단열내화 디젤 엔진.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 저온휘발열매체는 물보다 끓는점이 낮은 휘발성 액체인 것을 특징으로 하는 단열내화 디젤 엔진을 이용한 발전기용 고효율 엔진.
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