JP5384105B2 - 定圧で連続的に「低温」燃焼し、アクティブチャンバを備えた低温エンジン−コンプレッサユニット - Google Patents

Description

本発明は、圧搾空気で動作するエンジン−コンプレッサユニット、特に、可変容積で仕事を発生するアクティブチャンバと共に、ピストンをしばらくの間上死点で停止させ、エンジンの回転を停止させるピストン移動制御装置と、一体型の（又は一体型ではない）圧縮装置と、環境熱エネルギーを回収するための装置とを用いるエンジン−コンプレッサユニットに関する。本発明は、単一エネルギーモード（燃料又は圧搾空気）もしくは双エネルギーモード（同時に又は連続的に、燃料及び圧搾空気）で動作することができる。

本著者は、都会と郊外での完全に清浄な動作のための圧搾空気を用いる、複数の駆動システムとそれらの装置に関する数多くの登録された特許を有している。
ＷＯ ９６／２７７３７ ＷＯ ９７／００６５５ ＷＯ ９７／３９２３２
ＷＯ ９７／４８８８４ ＷＯ ９８／１２０６２ ＷＯ ９８／１５４４０
ＷＯ ９８／３２９６３ ＷＯ ９９／３７８８５
これらの発明を実行するために、本著者は、参照するべき特許出願ＷＯ ９９／６３２０６で、ピストンが上死点で停止することを可能にする、エンジンピストン移動制御装置とプロセスも説明した。このプロセスは、単一又は双エネルギーと２つ又は３つの供給モードでのこれらのエンジンの動作に関する、これも参照するべき本著者の特許出願ＷＯ ９９／２０８８１でも、説明されている。

本著者のこれも参照するべき特許出願ＷＯ ９９／３７８８５で、本著者は、直接に、又は環境の熱エネルギー回収装置の熱交換器を介して、貯蔵タンクから来る圧搾空気を、燃焼並びに／もしくは膨張チャンバ内に導入する前に、熱ヒータ内に送り、この熱ヒータで、その温度を増加させることにより、この圧搾空気を、エンジンの燃焼並びに／もしくは膨張チャンバ内に導入する前に、圧力並びに／もしくは体積を、さらに増加させ、この結果、このエンジンに得られるパフォーマンスをさらに著しく向上させるという事実により、使用のために利用可能なエネルギー量を増加させる解決方法を提案している。

熱ヒータを用いることは、化石燃料を用いる場合に、汚染排気を最小にするために、現存する手段により触媒作用を及ぼし、又は浄化することができる清浄な連続的な燃焼を提供するという利点を有している。

本著者は、単一又は複数のエネルギーで動作する補助的な圧搾空気吸入を行なうエンジン−コンプレッサ−エンジン原動機ユニットを扱っている、参照すべき特許ＷＯ ０３／０３６０８８を登録した。

圧搾空気で動作し、高圧圧搾空気貯蔵タンクを有するこれらのタイプのエンジンでは、この高圧圧搾空気貯蔵タンクに高圧で保持されるが、圧力がこのタンクが空にされるにつれて減少する圧搾空気は、エンジンシリンダで用いられる前に、最終使用圧力として知られる安定な中間圧力まで減圧されなければならない。周知の、隔膜とばねとを用いる従来の減圧弁は、流速が非常に小さく、この用途のためにこれらを用いるには、非常に重くパフォーマンスの悪い装置が必要となる。さらに、これらの装置は、圧力降下の間の冷却された空気の湿度のために非常に凍結を受けやすいからである。

この問題を解決するために、本著者は、高圧の圧搾空気タンクとバッファタンクとを備えた圧搾空気注入エンジンのための可変な減圧弁を扱う、これもまた参照するべき特許ＷＯ ０３／０８９７６４も登録した。

本著者は、また、一方が圧搾空気の吸入口と連通し、他方がシリンダと接続されている２つの別々のタンクからなる可変容積の膨張チャンバ(chambre d’expansion)を扱っている特許ＷＯ ０２／０７０８７６を登録した。これらは、排気サイクルの間に、第１のタンクを圧搾空気で充填することができ、この場合、第２のタンクの圧力がこの排気サイクルの間に達成される一方で、ピストンは、移動を際開始する前は、ＴＤＣにあるように、互いに接続されていても、互いから独立していてもよい。これら２つのタンクは、連通し続け、共に圧力を解放し、エンジンストロークを実行し、これらタンクのうち少なくとも一方には、その容積を変化させる手段が設けられ、結果として生じるエンジンのトルクを等圧で変化させることが可能となる。

これらの減圧装置では、チャンバを充填することは、常に、機械の一般的な効率を低下させる。

この後者の問題を解決するために、本著者は、ピストンを上死点で停止させるための装置を用いるアクティブチャンバエンジンを扱った特許ｎｏ.ＷＯ ２００５／０４９９６８も登録した。このエンジンは、作業容積(capacite’ de travail)として知られるバッファ容積を介して、高圧貯蔵タンクに収容される圧搾空気又は他の圧搾ガスにより動力供給されることが好ましい。双エネルギータイプの作業容積は、補助エネルギー（化石エネルギー又は他のエネルギー）により動力供給される加熱装置を有し、この装置を通過した空気の温度と体積とを増加させる。この作業容積は、このように、外部の燃焼チャンバである。

このタイプのエンジンでは、エンジンの内部の膨張チャンバは、仕事を発生させるような手段が取付けられた可変な容積からなり、この容積は、常設の通路によりメインエンジンピストンの上方にある空間と結合され又は接触している。ピストンが上死点で停止される一方、作動空気は、最小容積の膨張チャンバに加圧されて入れられ、この容積は、押圧で、増大し、仕事を発生させる。作動圧搾空気は、膨張チャンバに収容され、続いて、エンジンシリンダ内で膨張し、この結果、エンジンピストンを押し、入替わりに、仕事を供給する。この場合、エンジンピストンが、排気ストロークの間に上昇するにつれて、膨張チャンバの可変容積は、その最小容積に戻り、動作サイクル全体を再開する。

したがって、アクティブチャンバエンジンの熱力学的なサイクルは、単一エネルギーの圧搾空気モードで４つの段階を有している。すなわち、
仕事を行なわない等温膨張と、
移動(un transfert)、すなわち、変化準等温として知られる仕事を伴うわずかな膨張と、
仕事を伴ったポリトロープ膨張と、
準環境圧力での排気と、である。

補助的燃料モードでの双エネルギー用途では、空気コンプレッサは、高圧タンク、又は作業容積（燃焼チャンバ）もしくはこれらの容積の両方に組合わせて、供給する。

アクティブチャンバエンジンを、化石燃料の単一エネルギーで製造することもできる。上述したようなバージョンでは、高圧圧搾空気貯蔵タンクは、この結果、ただ単に取除かれる。

アクティブチャンバエンジンは、外部燃焼チャンバエンジンである。しかしながら、ヒータ内での燃焼は、火炎が作動圧搾空気に適用される、「外部−内部」として知られる内部的燃焼であっても、空気が熱交換器を介して加熱される、「外部―外部」として知られる外部的燃焼であってもよい。

このタイプのエンジンは、以下の関係による定圧及び可変容積の燃焼を用いる。
ＰＶ１＝ｎＲＴ１
ＰＶ２＝ｎＲＴ２
ここで、Ｐは一定であり、Ｖ１／Ｖ２＝Ｔ１／Ｔ２である。

定圧で温度を増加させる効果により、圧搾空気の体積が同じ割合で増加する。体積をＮ倍増加させると、温度のＮ倍の同じ増加が必要とされる。

補助的なエネルギーでの双エネルギー及び自律的な動作では、圧搾空気が高圧タンク内に入れられる場合、この結果、熱力学的なサイクルは、７つの段階からなる。すなわち、
吸入と、
圧縮と、
作動容積ないでの等温膨張と、
昇温と、
移動、すなわち仕事を伴うわずかな膨張（準等温として知られる）と、
仕事を伴うポリトロープ膨張と、
準環境圧力での排出と、である。

圧搾空気が作動容積すなわち燃焼チャンバ内に直接入れられる場合、熱力学的なサイクルは、６段階からなり、
吸入と、
圧縮と、
昇温と、
移動、すなわち準等温として知られる、仕事を伴うわずかな膨張と、
仕事を伴うポリトロープ膨張と、
準環境圧力での排気とになる。

このタイプのエンジンでは、双エネルギー用途で、作動容積すなわち燃焼チャンバ内に入れられる圧搾空気の温度は、環境温度又は高温で生じ、この圧搾空気が高圧貯蔵タンクから来るならばほぼ等しく、コンプレッサから直接繰るならば、比較的高い。体積は、温度を増加させることにより、サイクルの次の段階では増加される。

コンプレッサから直接到達する空気の温度は、環境よりも４００℃程度上の値に到達しうる。

非限定的な例により明確にすると、３０ｃｃのチャンバに３０バールの圧力で、貯蔵タンクから取出され作動及び加熱チャンバに３０バールの圧力で、２９３Ｋ（２０℃）の環境温度で導入される５ｃｃの圧搾空気の充填では、温度を初期値、すなわち１７５８Ｋすなわち１４８５℃、の６倍に上昇させる燃焼が必要とされる。

５ｃｃの充填分が直接、コンプレッサから到達するのであれば、この充填分は、すでにほぼ６９３℃（４２０Ｋ）の温度にあり、したがって、同じ結果のためには、この充填分の温度は、２１５８Ｋすなわち１８８５℃に上げられなければならない。

外部燃焼チャンバで高温を用いることにより、素材と、冷却と、特に１０００℃より上で形成されるＮＯｘ（窒素酸化物）による汚染に関する数多くの制約がもたらされる。

本発明による、低温、連続「低温」燃焼、定圧、アクティブチャンバエンジン−コンプレッサユニットでは、逆説的に、機械の効率の著しい向上も提供する、ずっと低温の燃焼を用いる同等のパフォーマンスを提供することにより、これらの制約を取除くことを提案する。

前記低温、アクティブチャンバ、エンジン−コンプレッサユニットは、共に、又は別個に用いられる手段により特徴付けられ、特に、
このユニットは、大気からの空気を極低温に冷却し、空気圧縮装置に供給する低温チャンバを有し、この空気圧縮装置は、続いて、依然としてまだ低温のこの作動圧縮空気を空気加熱装置に取付けられた作動容積すなわち外部燃焼チャンバ内に押入れ、ここで、この空気の体積は著しく増加することを特徴とする。この空気は、続いて、ＷＯ ２００５／０４９９６８によるアクティブチャンバ内へと導入されることが好ましく、このアクティブチャンバは、それ自身、
ピストンが上死点で停止されている間、加圧下の空気又はガスが最小体積で前記膨張チャンバ内に入れられ、続いて、押圧のもとで、体積を増加させ、仕事を発生させることと、
前記膨張チャンバ内に収容されている圧搾空気は、続いて、前記エンジンシリンダ内で膨張し、この結果、前記エンジンピストンをその移動に沿って押し、入替わりに仕事を供給することと、
前記排気ストロークの間での前記エンジンピストンの上方への移動の間、前記膨張チャンバ内の可変容積は、最小容積に戻り、作動サイクル全体を再開することとを特徴とする。

本発明によれば、熱力学的なサイクルは、この結果、７つの段階により特徴付けられる。すなわち、
大気の空気の温度を大幅に低下させることと、
吸入と、
圧縮と、
昇温（一定体積での燃焼）と、
準定温での移動と、
ポリトロープ膨張と、
準環境圧力での排気とである。

本発明による熱力学的なサイクルを用いる低温エンジン−コンプレッサユニットは、また、前記コンプレッサに入れられる空気が、吸熱気化液体を用いる冷却（又は低温）システムの低温チャンバで非常に強く冷却されることを特徴とする。冷却剤又は気体状態の極低温の液体は、低温コンプレッサを用いて圧縮され、冷却剤が液化するコイルに押入れられる。この液化により、熱が解放され、この液体は、続いて、この液体が気化する（吸熱現象）低温チャンバに位置している気化器に導入される。このように生成された蒸気は、コンプレッサに戻り、サイクルは、再開することができる。前記低温チャンバに収容される作動空気は、このように、著しく冷却され、収縮され、続いて、依然として低温で、引入れられ、空気コンプレッサにより圧縮される。前記燃焼チャンバ内では、この空気は、加熱され、続いて、仕事を発生させるアクティブチャンバへの準定温での移動をし、続いて、入替わって仕事を発生させるエンジンシリンダ内でのポリトロープ膨張を行なう。

非限定的な例により明確にすると、空気コンプレッサにより作業及び燃焼チャンバ内に３０バールの圧力と９０Ｋの温度で直接、導入された５ｃｃの圧搾空気の充填分を３０ｃｃのアクティブチャンバに３０バールで供給するには、初期値すなわち５４０Ｋすなわち２６７℃の６倍に昇温させる燃焼が必要とされる。

本発明の変形例によれば、依然として低温で、コンプレッサから来る作動圧搾空気は、前記燃焼チャンバに誘導される前に空気−空気熱交換器を通過し、このように、この空気の温度は、ほとんど環境まで低下し、この空気の体積は、前記燃焼チャンバに導入される前に著しく増加する。熱エネルギーの供給の必要は、このように、著しく減少する。

比較の例により明確にすると、依然として、空気−空気熱交換器を通過し、この結果、準環境、すなわち２７０Ｋに昇温し、作動及び加熱チャンバ内へと導入される１５ｃｃの体積となる、９０Ｋで空気コンプレッサから来る圧搾空気の５ｃｃの充填分を、３０バールでアクティブチャンバに、供給するには、温度をその温度の値（すなわち５４０℃）の２倍までだけ増加させる燃焼が必要とされ、結果として、エネルギーと燃料との大きな節約となる。

本発明の変形例によると、依然として低温で、空気コンプレッサから来る作動圧搾空気は、大容積の高圧貯蔵タンクに誘導され、このタンクで、その相対的な体積と貯蔵時間とに応じて、この空気は、ほとんど環境温度に戻る。この空気は、続いて、好ましくは、ＷＯ ０３／０８９７６４による動的減圧弁を介して、前記燃焼チャンバ内の平均作動圧力に膨張され、この燃焼チャンバで、この空気は、続いて、加熱され、この空気の体積は、大きく増加される。続いて、この空気は、仕事を発生させるアクティブチャンバ内へと準等温の移動を行い、続いて、この空気は、エンジンシリンダ内にポリトロープ膨張を行い、入替りに、仕事を発生させる。

前記貯蔵タンクの容積とこのタンク内に滞在する時間にしたがって、環境温度への戻りを、すでにこのタンクに収容されている空気と混合することにより、自然に得ることができる。しかしながら、本発明の変形例によれば、コンプレッサとタンクとの間に空気−空気熱交換器を挿入し、説明した本発明の原理を変えることなく、環境温度への戻りを加速することが可能である。

本発明のこの変形例による熱力学的なサイクルは、このサイクルが９つの段階からなることを特徴とする。すなわち、
大気の空気温度を大きく低下させることと、
吸入と、
圧縮と、
定圧での環境への回帰と、
低温膨張と、
昇温（一定容積での燃焼）と、
準等温での移動と、
ポリトロープ膨張と、
環境温度での排気とである。

本発明による、低温アクティブチャンバエンジン−コンプレッサユニットは、双モードでも動作する。すなわち、空気コンプレッサは、この空気コンプレッサの排気ダクトの分流路を介して、高圧貯蔵タンク又は燃焼チャンバもしくはこれらの両方に組合わせて、供給し、この結果、前記ユニットが動作している間に、この高圧貯蔵タンクを充填することできる。この後の(ce dernier cas)場合には、もし、過給機が、高圧貯蔵タンクに誘導するダクトの分流路の後に位置しているならば、この過給機がこのタンクを高圧で充填し、また、前記燃焼チャンバに中間の圧力で供給するために用いることができることは好都合である。

この後の(ce dernier cas)場合には、このユニットは、前記燃焼チャンバの前に位置した動的減圧弁を介して、この燃焼チャンバ内の圧力を制御することにより制御されることが好ましい。

本発明の他の変形例によると、作動チャンバヒータは、例えば、特許ＥＰ ０ ３０７２９７Ａ１とＥＰ ０ ３８２５８６Ｂ１とで、用いられ説明されているような、吸収及び脱離のプロセスに基づいた熱力学的プロセスを用いることができることが好都合である。これらのプロセスは、流体、例えば液体アンモニウムの、カルシウム又は塩化マンガンなどのような塩と反応する気体への、気化による転換を用いる。このシステムは、第１段階で、気化器内に収容されたアンモニウムの蓄えの気化により、一方では、冷気が発生され、他方では、発熱する塩を収容した反応器内での化学反応が発生される。このアンモニウムの蓄えが使い尽くされたとき、このシステムは、第２段階で、前記反応器に、アンモニアが塩化物から分離されて、凝縮により液体状態に戻る、反応を逆転させる熱を供給することにより、再充填可能である。

このように説明した熱化学的なヒータは、段階１の間に生成された熱を使用し、圧搾空気をエンジンシリンダの膨張チャンバ内に導入する前に、高圧貯蔵タンクから来た圧搾空気の圧力並びに／もしくは体積を増加させる。

段階２の間、このシステムは、エンジンの排気や他の熱源により解放された熱供給により再生成される。

本発明の変形例によれば、エンジン−コンプレッサ―エンジン−発電機ユニットには、バーナなどを備えた熱ヒータと、上に挙げたタイプの熱化学的ヒータとの両方が取付けられ、この熱力学的ヒータは、熱化学的ヒータの段階１の間に、結合させて、又は連続して
用いることもでき、この場合、バーナを備えた前記熱的ヒータは、バーナを備えたヒータを用いて、前記ユニットの動作の間に、この反応器を加熱することにより、熱化学的ヒータが空の場合に、この熱化学的ヒータを再生成（段階２）するように用いられる。

本発明の変形例によれば、低温アクティブチャンバエンジン−コンプレッサは、外部−外部チャンバ、すなわち前記作動圧搾空気が火炎と接触せず、この圧搾空気が空気−空気熱交換器を介して加熱されるチャンバ、を用いることができることが好都合である。この場合には、エンジンの排気は、冷却又は低温システムの低温チャンバで再利用され、新たなサイクルを再開し、低温エンジン−コンプレッサユニットは、閉サイクルで動作する。この構成では、低温チャンバの大気吸入口は、取外される。この解決方法により、場合に応じてわずかに過度な圧力でもほぼ大気圧で、環境よりも低い温度で、膨張された空気を低温チャンバに再導入することができる。非限定的な例により明確にすると、前記アクティブチャンバ内に５４０Ｋ（２６７℃）の温度で導入され、３００ｃｃのエンジンシリンダ内で膨張された、３０ｃｃの充填分では、排気段階の開始時に、２００Ｋ（−７３℃）程度の温度にあり、冷却又は低温システムの低温チャンバの冷却が、大変容易になる。

この場合には、作動空気を湿度のないガスに置換えることができ、低温チャンバの気化器の熱交換器で霜が形成されることを防止し、この結果、その効率を維持することは、好都合である。

エンジンの排気温度が環境温度よりも高い場合、エンジンの排気温度を準環境に戻す空気−空気熱交換器は、低温チャンバの前のダクトに位置している。

低温アクティブチャンバエンジン−コンプレッサユニットは、燃焼チャンバ内で中間の圧力でＷＯ ０３／０８９７６４により動的減圧弁を介して膨張されることが好ましい、貯蔵タンクに収容されている空気を用いて、外部のエネルギー供給を用いることなく、単一エネルギーで動作し、続いて、仕事を発生させるアクティブチャンバ内への準定温での移動を行い、続いて、入替わりに仕事を発生させるエンジンシリンダ内でのポリトロープ膨張を行なう。

この場合には、続いて、コンプレッサが、このコンプレッサの吸入ダクトと排出ダクトとを閉じたままで、試運転位置にあり、冷却システムのコンプレッサは、もはや運転せず、燃焼チャンバの加熱装置は、作動されていない。

作動の変形例によると、本発明によるエンジン−コンプレッサユニットは、燃焼チャンバ内で、ＷＯ ０３／０８９７６４による動的減圧弁を介して、中間の圧力まで膨張されることが好ましい、貯蔵タンク内に収容された圧搾空気を用いることにより、双エネルギーで動作し、燃焼チャンバでは、この空気は、続いて、加熱されその体積が著しく膨張され、続いて、仕事を発生させるアクティブチャンバ内へと準定温の移動を行い、続いて、入替わりに仕事を発生させるエンジンシリンダ内でポリトロープ膨張を行なう。

この場合には、コンプレッサが、続いて、このコンプレッサの吸入ダクトと排気ダクトとを閉じたまま試運転位置に位置し、冷却システムのコンプレッサは、もはや運転せず、燃焼チャンバの加熱装置が作動される。

本発明の変形例によると、エンジン−コンプレッサユニットは、双エネルギーモードで、すなわち、例えば市街地域での車両にとっての特定の作動条件で単一エネルギーの空気で、並びに／もしくは例えば高速道路での同一の車両にとっての特定の単一エネルギー燃料で、作動する。

コンプレッサの排気ダクトは、連続して、又は同時に、排気ダクトの流れが制御された分流路を介して、燃焼チャンバ並びに／もしくは高圧貯蔵タンクに供給する。高圧での貯蔵と、同時な中間の作動圧力での燃焼とのために、続いて、過給機が、前記分流路と貯蔵タンクとの間のダクトに位置している。

冷却システムの圧縮モード、気化器と熱交換器、用いられる素材、本発明を実行するために用いられる冷却剤すなわち低温液体は、説明した本発明を変えることなく、変わってもよい。複数の冷却剤と低温液体とのうちで、窒素と、水素と、ヘリウムとを所望の結果を得るために用いることができる。

アクティブチャンバの冷却、圧縮、及び作動サイクルを完了させるための、すなわち、容積を増加させ、仕事を発生させ、続いて、エンジンピストンの拡張と、新しいサイクルを可能とするように最小容積に戻る移動の間のチャンバの実際の容積である所定の容積を維持することにより入れられる充填分を導入するための、機械的、液圧的、電子的、又はその他の装置を、説明した発明を変えることなく用いることができる。

アクティブチャンバとして知られる可変容積の膨張チャンバは、圧力ピストンとして知られ、シリンダ内を摺動し、エンジンのクランクシャフトへの接続ロッドにより接続されたピストンから形成されている。しかしながら、本発明の原理を変えることなく、本発明の同じ機能と熱力学的なサイクルとを可能とする他の機械的、電子的、及び液圧的な装置を用いることができる。

装置全体（ピストン、及び圧力レバー）は、下方のアームを、反対方向の、対照的で、取付けられているレバーと同一の慣性を備え、ピストン、すなわち同一の慣性質量、の軸と平行で、ピストンの方向と反対方向の軸に沿って動くことができる、ミラー圧力レバー(levier a` pression miroir)により、この下方のアームの固定端、又は回動部を越えて延ばすことにより均衡されていることが好ましい。マルチシリンダエンジンの場合、対向する質量は、均衡させているピストンのように普通に動作するピストンであってもよい。

本発明による装置は、対向する複数のシリンダの軸と圧力レバーの固定点とが、同一の軸に沿って整列し、クランクシャフトに接続されている制御接続ロッドのピンが、他のところ、すなわち、関節接続されたアームに共通したピンではなく、この共通のピンと固定点又は回動部との間のアームそれ自身に位置している、後者の配置を用いることが好ましい。このように、下方のアームとこのアームの対称性とは、ほぼ、このアームの中央と対向するピストンに接続されている自由端の各々での２つのピンでの回動部又は固定点を備えた単一のアームを示している。

比較的すぐれたサイクルの規則性を得るために、２つより多い、例えば４つ又は６つのシリンダを備えた、対向するシリンダの対からなる偶数に基づくアセンブリを用いることは好ましいが、本発明の原理を変えずにシリンダの数が変化することは可能である。

例えば、市街地域を走らせている車両のための単一エネルギーの圧搾空気モードでの動作の間、高圧タンク内に蓄えられた圧搾空気の圧力だけが用いられる。例えば、公道を走らせている車両のための化石燃料又は他のモードでは、続いて、容積(capacite’)が、加熱をされこの容積を通過する空気の温度を増加させ、結果として、チャンバを充填する動作と膨張とのために、この容積の使用可能な体積並びに／もしくは圧力を増加させる必要がある。

本発明によるエンジンは、燃焼チャンバ内の圧力を制御することにより制御されることが好ましく、前記作動容積内の圧力に応じて補助エネルギーモードで動作している場合、電子コンピュータが、供給される化石エネルギーの量を制御する。

本発明の変形例によれば、作動空気コンプレッサを複数の段階から形成することができる。この場合には、空気は、冷却又は低温システムに戻って通過することにより各段階の間で冷却され、後の段階の各々の変位は、前の段階の変位よりも小さい。

本発明の他の変形例によれば、エンジンは、複数の膨張段階(e’tages)から形成され、各段階は、本発明によるアクティブチャンバを有している。前の段階からの排気を加熱する熱交換器並びに／もしくは、もし必要ならば、補助的なエネルギーを用いる加熱装置が、各段階の間に位置している。後の段階の変位は、前の段階の変位よりも大きい。

単一エネルギーの圧搾空気ユニットでは、第１のシリンダ内の膨張により温度を低下させ、空気は、環境温度の熱交換器内で加熱されることが好ましい。

補助的エネルギーモードでの双エネルギーエンジンでは、空気は、補助エネルギー、例えば化石燃料を用いる熱ヒータ内で加熱される。

この配置の変形例によると、各段階の後で、排気は、複数の段階を有する単一のヒータに向けて誘導される。

前記熱交換器は、空気−空気熱交換器、又は、空気−液体熱交換器、もしくは、所望の効果を発生させる他の装置又はガスであってもよい。

低温、連続「低温」燃焼、定圧エンジン−コンプレッサユニットは、ＷＯ ２００５／０４９９６８によるアクティブチャンバを用いることが好ましい。しかしながら、本発明の数多くの変形例によると、従来のエンジンからの膨張装置、例えば、接続ロッド、標準的なクランクシャフト、ロータリピストンなどを用いることができ、圧縮装置にとっても同様である。これらの装置にとって、圧縮装置の数と、その設計、往復ピストン、ロータリピストン、タービン、を説明した本発明の原理を変更させることなく変化させることができる。

本発明による、アクティブチャンバ低温エンジン−コンプレッサユニットを、全ての陸上、海洋、線路上、又は航空の乗物で用いることができる。

本発明による、アクティブチャンバ低温エンジン−コンプレッサユニットには、非常発電ユニット、電気の故障修理及び発生、そしてまた電気と熱とを発生させ、空調を行なうための熱電併給の家庭の数多くの用途でも好都合な用途を見出すことができる。

添付されている構成図に示されている様々な可能だが、非限定的な構成の説明を読めば、本発明の他の目的、利点、及び特徴を見て取れる。

図１は、３つの主要な構成要素：冷却又は低温ユニットＡと、エンジン−コンプレッサユニットＢと、外部燃焼装置Ｃとを有する、本発明による低温、アクティブチャンバ(chambre active)エンジン−コンプレッサユニットの断面構成図であり、シリンダ２内を摺動し、圧力レバーにより制御されているエンジンピストン１（その上死点で示されている）を示している。このピストンエンジン１は、そのピンにより、アーム３からなる圧力レバーの自由端１Ａに接続され、非可動なピン６で揺動するように固定され、ほぼ中央に、軸１０を中心に回転するクランクシャフト９のクランクピン８に接続されている制御接続ロッド７が取付けられているピン４Ａが設けられている他のアーム４と共通のピン５で関節接続されている。前記クランクシャフトが回転するとき、制御接続ロッド７は、下方のアーム４とそのピン４Ａとを介して、圧力レバーのアーム３、４の共通のピン５に力をかけ、この結果、ピストン１をシリンダ２の軸に沿って動かし、また、逆に、エンジンストロークの間にピストン１にかけられた力をクランクシャフトに伝達し、このクランクシャフトを回転させる。前記エンジンシリンダの上流部分は、中を圧力ピストンとして知られるピストン１４がクランクシャフト９のクランクピン１６に接続ロッド１５により接続されて摺動するアクティブチャンバシリンダ１３と通路１２を介して接続されている。弁１８により制御される吸入ダクト１７は、エンジンシリンダ２とアクティブチャンバシリンダ１３とを接続している通路１２内へ通じ、化石燃料、生物燃料、もしくはアルコール又はガスをさえも供給されることができるバーナ１９Ａにより示され、ほぼ一定圧力に維持される連続的な（又は、ほぼ連続的な）燃焼装置を有しているワークチャンバ１９から圧搾空気を前記エンジンに供給する。エンジンシリンダ２の上流部分では、排気弁２４により制御される排気ダクト２３が設けられている。

エンジンピストン１は、キャロット（calotte）と関連している第２段(un deuxie’me e’tage)２５、即ち圧縮ピストン(piston de compression)を備えており、前記圧縮ピストンは、圧縮シリンダ２６内をエンジンピストン１と相互に関連して摺動する。圧縮シリンダ２６には、冷却又は低温システムＡの気化器３０が取付けられた低温チャンバ２９から、ダクト２７を介して弁２８を通して極低温の大気が供給される。冷却又は低温システムＡには、クランクシャフト１０により駆動される（この駆動は、構成図には示されていない）低温液体コンプレッサ３１と液化熱交換器３２も含まれている。圧縮シリンダ２６の上流部分は、排気弁３３も有し、燃焼チャンバ１９に周辺熱交換器３５を通り抜けた後排気ダクト３４を介して供給することが可能となる。

本ユニットは、低温チャンバの注入口に位置しているスロットル２９Ａにより制御される。

図２は、注入段階の間の、本発明によるアクティブチャンバエンジンの断面構成図である。エンジンピストン１は、その上死点で停止され、吸入弁１８がちょうど開かれ、作動容積(capacite’ de travail)１９内に収容されている空気圧により、圧力ピストン１４が押される一方、アクティブチャンバ１３のシリンダを充填し、その接続ロッド１５を介してクランクシャフト９を回転させることにより仕事を発生させる。この仕事は、ほぼ一定圧で発生されるため重要である。

回転し続ける際に、前記クランクシャフトは、エンジンピストン１をその下死点に移動させ（図３）、ほぼ同時に、吸入バルブ１８は再び閉鎖する。前記アクティブチャンバ内に収容された圧力は、大きくなり、今度は、エンジンピストン１を押して、アーム３、４と制御接続ロッド７とにより形成された駆動ライン組立体を介してクランクシャフト９を回転させることにより仕事を発生させる。

エンジンピストン１が下方へ進行することにより、圧縮ピストン２５が駆動され、低温システムの極低温の気化器３０が取付けられている低温チャンバ２９で大きく冷却された大気を引込む一方、気体状の低温流体が液化する熱交換器３２（熱源）のコンプレッサ３１により最初に圧搾された気体状の低温流体が、気化器３０（低温源）内に戻され、この気化器では、圧力は比較的低いため、この低温流体は、気化し（熱を吸収）、続いて気体の状態でコンプレッサ３１に戻り、新規のサイクルを再開始する。

エンジンピストン１のこのサイクルの間、圧力ピストン１４は、その下死点まで進行を継続し、その上死点に向かって戻り始める。全ての構成要素は、このピストンが上向きに進行している間（図４を見よ）、圧力ピストン１４とエンジンピストン１とが、エンジンピストン１が停止し、圧力ピストン１４が新しいサイクルを開始するために下向きに新たに進行し始めるこれらの上死点にほとんど同時に到達するように、調節されている。これら２つのピストン１、１４が上向きに進行している間、排気弁２４が開き、排気ダクトを通して膨張した空気を取除く一方、圧縮ピストン２５は、依然として低温の圧搾空気を、熱交換器３５を通して押し戻し、この熱交換器では、この圧搾空気は、燃焼チャンバ１９内へと入れる容積に増加することにより周囲に近い温度に戻る。

図５は、空気コンプレッサから出てきた依然として低温な圧搾空気が、断面構成図の高圧で大容積の貯蔵容器に誘導される、本発明によるエンジン−コンプレッサユニットの断面図を示す。本発明による、低温のアクティブチャンバエンジン−コンプレッサユニットは、冷却又は低温システムＡと、エンジン−コンプレッサＢと、外部の燃焼装置Ｃの３つの主要な構成要素と、高圧貯蔵容器Ｄとを有する。図５では、シリンダ２内を摺動し、圧力レバーにより制御されるエンジンピストン１（その上死点で示されている）を見ることができる。エンジンピストン１は、そのピンにより、アーム３からなる圧力レバーの自由端１Ａに接続され、このアーム３は、非可動なピン６で揺動するように固定されている他のアーム４と共通のピンで関節接続されている。これらアーム３、４に共通のピン５で、制御接続ロッド７は、軸１０を中心として回転するクランクシャフト９のクランクピン８に接続され、この結果、ピストン１をシリンダ２の軸に沿って動かし、逆にエンジンストロークの間にピストン１にかけられる力をクランクシャフト９に伝達し、この結果、このクランクシャフトを回転させる。前記エンジンシリンダの上部部分は、通路１２を介してアクティブチャンバシリンダ１３と接続され、このアクティブシリンダの中では、圧力ピストンとして知られるピストン１４が、クランクシャフト９のクランクピン１６に接続ロッド１５により接続されて摺動する。弁１８により制御される吸入ダクトは、エンジンシリンダ２とアクティブチャンバシリンダ１３とを接続する通路１２内へと排出し、前記エンジンに、ワークキャパシティ１９からの圧搾空気を供給する。この作動容積は、バーナ１９Ａにより示され、ほぼ一定圧力に維持され化石燃料、生物燃料、もしくは植物オイル、アルコール又はガスによってさえも燃料供給することができ、それ自身が、動的な減圧弁２１により制御されているダクト２０を介して高圧貯蔵タンク２２からの圧搾空気を供給される、連続的な（又はほとんど連続的な）燃焼装置を有している。排気弁２４により制御される排気ダクト２３が、エンジンシリンダ２の上部部分に設けられている。

エンジンピストン１は、キャロット（calotte）と関連している第２段(un deuxie’me e’tage)２５、即ち圧縮ピストン(piston de compression)を備えており、前記圧縮ピストンは、圧縮シリンダ２６内をエンジンピストン１と相互に関連して摺動する。圧縮シリンダ２６には、冷却又は低温システムＡの気化器３０が取付けられた低温チャンバ２９から、ダクト２７を介して弁２８を通して極低温の大気が供給される。冷却又は低温システムＡには、クランクシャフト１０により駆動される（この駆動は、構成図には示されていない）低温液体コンプレッサ３１と液化熱交換器３２も含まれている。圧縮シリンダ２６の上流部分は、排気弁３３も有し、燃焼チャンバ１９に周辺熱交換器３５を通り抜けた後排気ダクト３４を介して供給することが可能となる。

スロットル２９Ａと組合わせてアクセルペダルにより制御される装置は、動的な減圧弁２１を動作させ、ワークチャンバ内の圧力を規制し、この結果、エンジンを制御する。

図６は、２エネルギー、２モードタイプの、本発明によるエンジン−コンプレッサユニットの断面構成図である。このタイプでは、このユニットの空気コンプレッサは、高圧貯蔵タンク２２又は燃焼チャンバ１９の一方に、もしくは両方に組合わせて供給する。コンプレッサ３４の排気ダクトは、空気−空気熱交換器３５を介して燃焼チャンバ１９に向かった分流路３４Ａと、圧搾空気の温度をＨＰ貯蔵タンク内に導入する前に、環境に近づけるような熱交換器３５Ａを介して高圧貯蔵タンク２２に向かったダクト３４Ｂとを有している。続いて、空気の過給機３６が分流路３４Ａとタンクとの間のダクト３４Ｂに位置している。この結果、圧搾空気を、燃焼チャンバ１９の作動圧力よりも高い圧力でタンク２２内に貯蔵することができる。圧搾空気の温度が依存する、この過給機の特性と寸法とに応じて、過給機３６は、熱交換器３５Ａの前、又は後に位置する。本発明によるこの構成により、タンク２２をユニットの動作中に充填することができる。

パイロットバルブ３４Ｃにより、燃焼チャンバ内の圧搾空気の流れが可能となり、前記タンクに必要に応じて分配することができる。

図７は、外部−外部(externe-externe)燃焼チャンバで動作する、低温、連続「低温」燃焼、定圧、アクティブチャンバ、閉サイクルエンジン−コンプレッサユニットの断面構成図である。このユニットでは、ＡとＢとで、ダクト３７により低温チャンバ２９内を再循環される排気２３を除いて、上の記載と同一の構成要素が見て取れる。この外部−外部燃焼チャンバは、一種のボイラ又は炉のように作動するバーナ１９Ａからなり、このバーナ１９Ａは、空気−空気熱交換器１９Ｂを介して、膨張チャンバ１９Ｃを加熱し、この膨張チャンバ１９Ｃでは、ダクト３４と熱交換器３５とを介してほとんど環境温度に到達する作業圧力での圧搾空気が定圧で温度と体積とを増加し、圧力ピストン１４を押す一方で、アクティブチャンバ１３のシリンダを充填し、仕事を発生させ、その接続ロッド１５を介してクランクシャフト９を回転させ、続いて、エンジンシリンダ２でのポリトロープ膨張に従って緩和し(pour e^tre de’tendu dans le cylindre moteur)、このエンジンシリンダ２(il)は、エンジンピストン１を押し、そのドライブライン組立体(e’quipage mobile)を介して、クランクシャフト９を回転させることにより仕事を発生させる。前記バーナにより発生された高温の空気のための排気ダクト１９Ｄは、前記炉の中で焼かれたガスを大気中に解放する。吸入ダクト１７に位置しているスロットル２１Ａと、ボイラ温度レギュレータは、このユニットを制御する。

本発明は、説明され図示された説明された、構成の例：素材、制御の手段、及び装置は、同一の結果を生じるように、説明された発明をいかなる意味でも変えずに、変わってもよい。

本発明の記載と請求項とは、空気温度値のために以下の表示を用いている。すなわち、極低温、低温、環境又は環境温度、及び「低温」燃焼である。しかしながら、動作温度は、実際には相対的であり、明確化するために、非限定的な意味で、著者は、これらの用語を用いる。すなわち、９０Ｋよりも低い値に対して極低温、２００Ｋよりも低い値に対して低温、２７３乃至２９３Ｋの間の環境、「低温」燃焼として、２０００Ｋよりも高い現在のエンジンの燃焼との比較してであり、この結果、４００乃至１０００Ｋになりうる。

本発明による低温燃焼アクティブチャンバエンジン−コンプレッサの断面構成図である。 本発明によるエンジン−コンプレッサユニットの異なる動作段階の断面構成図である。 本発明によるエンジン−コンプレッサユニットの異なる動作段階の断面構成図である。 本発明によるエンジン−コンプレッサユニットの異なる動作段階の断面構成図である。 単一の化石燃料の構成の、本発明によるエンジン−コンプレッサユニットの構成図である。 ２エネルギー双モードの構成の、本発明によるエンジン−コンプレッサユニットの構成図である。 閉サイクルの、外部−外部燃焼チャンバの構成の、本発明によるエンジン−コンプレッサユニットの構成図である。

Claims (16)

1. 作動圧搾空気で動作し、
   ピストンを上死点で停止させる制御接続ロッド（７）とクランクシャフト（９）と、
   通路（１２）により、主エンジンピストン（１）の上方部分で包含された空間と連結されて連絡していると共に、作動容積(capacite’ de travail)（１９）内に収容されている空気圧により、圧力ピストン（１４）が押される一方、アクティブチャンバ（１３）のシリンダを充填し、その接続ロッド（１５）を介して前記クランクシャフト（９）を回転させることにより仕事を発生させる手段が取付けられた可変な容積を有するアクティブチャンバ（１３）と、
   フォースプレート（２５）を備えたコンプレッサシリンダ（２６）と、
   を用いるエンジン−コンプレッサユニットにおいて、
   空気が前記コンプレッサシリンダ（２６）へ、バルブ（２８）を介して非常に低温で供給されるように、大気の温度を低温に冷却するように構成されている低温チャンバ（２９）を具備し、前記コンプレッサシリンダ（２６）は、続いて、依然として低温の前記作動圧搾空気を、バーナー（１９Ａ）が取付けられた燃焼チャンバ（１９）に押入れ、前記燃焼チャンバで、前記作動圧搾空気は、体積が増加し、続いて、仕事を発生させる前記アクティブチャンバ内で、準等温変化を行い、
   前記エンジンピストン（１）が上死点で停止されたとき、前記作動圧搾空気が前記アクティブチャンバ（１３）内に、このアクティブチャンバが最小の体積のときに入れられ、押圧により、この空気は、体積を増加させ、仕事を発生させるように、前記アクティブチャンバは構成されており、
   前記アクティブチャンバに収容された前記圧搾空気は、続いて、エンジンシリンダ（２）内で膨張し、この結果、前記エンジンピストン（１）をその移動に沿って、下方に押圧し、次には仕事を供給し、
   排気ストロークの間の、前記エンジンピストン（１）の上方への移動の間、前記アクティブチャンバ内の可変な容積は、その最小の容積に戻され、作動サイクル全体を再開する、ことを特徴とする、アクティブチャンバを備えたエンジン−コンプレッサユニット。
2. 前記圧搾空気は、熱交換器（３５）を介して、前記外部の燃焼チャンバ（１９）に導入される前に、周囲の温度に戻ることを特徴とする請求項１に記載のエンジン−コンプレッサユニット。
3. 熱力学的なサイクルが、
   供給される空気の温度の低下と、
   吸入と、
   圧縮と、
   昇温と、
   定圧での準等温変化と、
   ポリトロープ膨張と、
   環境圧力への低下後の排気とを有することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン−コンプレッサユニット。
4. 前記作動空気は、吸熱気化液体を用いて、冷却又は低温システム（Ａ）の低温チャンバ内で冷却され、この場合、始めは気体状の冷却剤又は低温液体は、低温コンプレッサ（３１）を用いて圧縮され、この冷却剤又は低温液体が液化するコイル（３２）内に入れられ、この液化により、熱が解放され、前記液体は、続いて、前記低温チャンバ（２９）内に位置する気化器（３０）内に導入され、この気化器で、この液体は、気化し（熱を吸熱する現象）、このように発生された蒸気は、前記コンプレッサに戻り、サイクルが再開することができ、前記低温チャンバは、非常に低温に維持されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエンジン−コンプレッサユニット。
5. 前記コンプレッサシリンダ（２６）により圧搾され、低温のままの空気は、大容量の高圧貯蔵タンク（２２）に誘導され、この高圧貯蔵タンクで、この空気の相対的な体積と貯蔵時間とに応じて、この空気は、ほとんど周囲の温度に戻り、この空気は、続いて、動的な減圧弁（２１）を介して、前記燃焼チャンバ（１９）内で膨張され、この燃焼チャンバで、この空気は、加熱され、この空気の体積は、増大し、続いて、この空気の前記アクティブチャンバ内への準等温変化が行なわれ、仕事が発生され、続いて、この空気の前記エンジンシリンダ（２）内でのポリトロープ膨張が行なわれ、仕事が発生されることを特徴とする請求項１、３、及び４のいずれか１項に記載のエンジン−コンプレッサユニット。
6. 前記コンプレッサシリンダにより圧搾された空気は、空気−空気熱交換器（３５Ａ）を横断し、この空気の温度を上昇させ、体積を増大させ、続いて、この空気は、前記貯蔵タンク（２２）に導入されることを特徴とする請求項５に記載のエンジン−コンプレッサユニット。
7. 熱力学的なサイクルが、
   吸入空気の温度の低下と、
   吸入と、
   圧縮と、
   環境温度への戻りと、
   準等温変化と、
   昇温（一定体積での燃焼）と、
   定圧での準等温変化と、
   ポリトロープ膨張と、
   環境圧力への低下後の排気とを有することを特徴とする請求項５または６に記載の低温エンジン−コンプレッサユニット。
8. 前記コンプレッサシリンダ（２６）が、貯蔵タンク（２２）と前記燃焼チャンバ（１９）とに、前記作動圧搾空気を、連続的に又は組合わせて供給し、このユニットが動作している間に、この貯蔵タンク（２２）を充填することを可能とすることを特徴とする請求項１に記載のエンジン−コンプレッサユニット。
9. 前記作動圧搾空気が前記貯蔵タンク（２２）に導入される前に、過給機（３６）が取付けられ、動作の間に、前記貯蔵タンクを高圧で充填することを可能にし、同時に、前記燃焼チャンバ（１９）に定圧で供給することを可能にすることを特徴とする請求項８に記載の低温エンジン−コンプレッサユニット。
10. 動的減圧弁（２１）を介して、前記燃焼チャンバ（１９）内で標準の圧力まで膨張された、貯蔵タンク（２２）に収容された空気を用いることにより、外部からのエネルギー供給なしで、単一エネルギーの作動空気で動作し、続いて、仕事を発生させる前記アクティブチャンバ（１３）への準等温変化を行い、続いて、仕事を発生させる前記エンジンシリンダ（２）内でのポリトロープ膨張を行い、この場合、作動空気コンプレッサは、吸入ダクトと排気ダクトとを閉じたままで、試運転位置に位置し、前記冷却システムのコンプレッサは、もはや駆動されず、前記燃焼チャンバの加熱装置は、作動されないことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか1項に記載のエンジン−コンプレッサユニット。
11. 前記ユニットは、単一エネルギー空気モード及び単一エネルギー燃料モードの少なくとも１つの下で作動する複数の双エネルギーモード下で、動作することを特徴とする請求項１に記載のエンジン−コンプレッサユニット。
12. 前記燃焼チャンバに加えて、又はこの燃焼チャンバの代わりに熱ヒータを備え、前記燃焼チャンバは、気化器を備え、前記気化器はこの気化器内に収容されている試薬流体の気化による熱化学的な気固反応を生成するように構成されており、前記試薬流体のガスは、反応器内に収容されている固体の試薬と反応し、前記試薬流体のガスと前記固体の試薬との反応は、熱を発生し、この反応が終了したとき、前記固体の試薬から前記試薬流体のガスの脱離を起こさせる前記反応器を加熱することによって、前記試薬流体を、再生成させることができ、前記試薬流体のガスは、前記気化器で再凝縮することを特徴とする請求項１に記載のエンジン−コンプレッサユニット。
13. 前記燃焼チャンバには、外部−外部として知られる加熱装置が取付けられ、前記圧搾空気は、火炎と直接接触することなく、熱交換器により加熱されることを請求項１乃至１２のいずれか1項に記載の低温エンジン−コンプレッサユニット。
14. エンジンの排気（２３）から来る作動空気は、前記冷却又は低温システムＡの低温チャンバ（２９）内で再循環され、新しいサイクルを再開し、前記ユニットが閉サイクルで動作することを可能とすることを特徴とする請求項１３に記載のエンジン−コンプレッサユニット。
15. 前記コンプレッサシリンダから排気される前記作動圧搾空気の温度が周囲の温度より低い場合、前記作動圧搾空気の温度をほとんど周囲の温度まで戻す熱交換器が、前記低温チャンバの前のダクトに位置していることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン−コンプレッサユニット。
16. 前記アクティブチャンバは、ピストン、接続ロッド及びクランク、又はロータリエンジン装置を用いることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか1項に記載のエンジン−コンプレッサユニット。

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