(57)【要約】【課題】本発明の見地は、とりわけ燃焼サイクルを介して、仕事を生成するためのプロセスである。【解決手段】このプロセスにおいては、例えばエアといったような酸化剤を圧縮する。このプロセスにおいては、さらに、酸化剤に対して、とりわけ燃料といったような、例えば石油やケロセンやディーゼル等の炭化水素といったような、還元剤を混合して、混合物を形成し、例えばスパークや（圧縮）熱を使用して、混合物を点火させる。このプロセスにおいては、さらに、点火させた混合物を膨脹させ、仕事を生成し、燃焼させて膨脹させた混合物と、圧縮した酸化剤と、の間において熱交換を行い、燃焼させて膨脹させた混合物を排気する。【選択図】図５
2020139506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
とりわけ燃焼サイクルを介して、仕事を生成するためのプロセスであって、
例えばエアといったような酸化剤を圧縮し、
前記酸化剤に対して、とりわけ燃料といったような、例えば石油やケロセンやディーゼル等の炭化水素といったような、還元剤を混合して、混合物を形成し、
例えばスパークや（圧縮）熱を使用して、前記混合物を点火させ、
点火させた前記混合物を膨脹させ、
仕事を生成し、
燃焼させて膨脹させた前記混合物と、圧縮した前記酸化剤と、の間において熱交換を行い、
燃焼させて膨脹させた前記混合物を排気する、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項２】
請求項１記載のプロセスにおいて、
前記酸化剤の前記圧縮を行った後に、前記点火を行い、
前記熱交換を行った後に、前記点火を行う、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項３】
請求項１または２記載のプロセスにおいて、
前記酸化剤と前記還元剤との前記混合物を、圧縮し、
前記熱交換を行った後に、（燃焼前の）前記混合物を圧縮する、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、
前記圧縮時には、前記酸化剤を冷却する、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、
追加される前記還元剤の量を、燃焼時に生成される熱の最大で２０％が好ましくは最大で１０％が好ましくは最大で３％が、膨張時に冷却材によってあるいは周囲雰囲気によって除去されるように、前記酸化剤とマッチングさせる、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、
前記熱交換時には、燃焼させた前記混合物を、３２０Ｋ以下という温度へと、好ましくは３００Ｋ以下という温度へと、冷却する、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、
燃焼させた前記混合物を、少なくとも１５００Ｋという温度へと、好ましくは少なくとも１６００Ｋという温度へと、好ましくは少なくとも１７００Ｋという温度へと、到達させる、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、
少なくとも７０％という効率を有している、好ましくは少なくとも８０％という効率を有している、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、
燃焼させた前記混合物のエネルギーを使用することにより、前記酸化剤を圧縮する、ことを特徴とするプロセス。
【請求項１０】
例えば請求項１〜９のいずれか１項に記載されたプロセスを使用することにより、仕事を生成するための、とりわけエンジンといったような、デバイスであって、
例えばエアといったような酸化剤を圧縮するためのコンプレッサと、
前記酸化剤と例えば燃料といったような還元剤との混合物を燃焼させるための、さらには、燃焼中のおよび／または燃焼後の前記混合物を膨脹させるための、チャンバと、
燃焼させて膨脹させた前記混合物から、前記コンプレッサから導出された前記酸化剤へと、熱を移送するための熱交換器と、
を具備している、
ことを特徴とするデバイス。
【請求項１１】
請求項１０記載のデバイスにおいて、
前記コンプレッサには、圧縮熱を除去するためのインタークーラーが設けられている、ことを特徴とするデバイス。
【請求項１２】
請求項１１記載のデバイスにおいて、
前記コンプレッサが、複数のステージを備え、
少なくともいくつかのステージには、好ましくはすべてのステージには、インタークーラーが設けられている、
ことを特徴とするデバイス。
【請求項１３】
好ましくは２ストロークのピストンエンジンといったような、ピストンエンジンであって、
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のデバイスとされ、
好ましくは、少なくとも実質的に添付図面に図示された、および／または、少なくとも実質的に明細書内で説明された、ものとされている、
ことを特徴とするピストンエンジン。
【請求項１４】
請求項１３記載のピストンエンジンにおいて、
シリンダと、
前記シリンダ内において往復動可能に受領されるピストンと、
少なくとも１つの吸気バルブと、
少なくとも１つの排気バルブと、
前記吸気バルブおよび前記排気バルブを駆動するための、例えばカムシャフトといったような、手段と、
を具備してなり、
少なくとも前記吸気バルブの閉塞および／または前記排気バルブの開放が、例えば１分間あたりの回転数および／または前記エンジンの負荷に依存して、可変とされている、ことを特徴とするピストンエンジン。
【請求項１５】
請求項１３または１４記載のピストンエンジンにおいて、
前記少なくとも１つの吸気バルブの閉塞および／または開放が、前記ピストンの上死点（ＴＤＣ）においてあるいはその近傍において、例えば前記ピストンの前記上死点から前記ストロークの１０％以内の距離のところにおいて、圧縮された前記酸化剤を前記シリンダ内へと導入させ得るようにして、行われる、
ことを特徴とするピストンエンジン。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のピストンエンジンにおいて、
圧縮させたガスを一時的に貯蔵するためのアキュムレータを具備している、
ことを特徴とするピストンエンジン。
【請求項１７】
好ましくはターボシャフトといったような、ガスタービンであって、
請求項１〜１６のいずれか１項に記載された特徴点を有し、
好ましくは、少なくとも実質的に添付図面に図示された、および／または、少なくとも実質的に明細書内で説明された、ものとされている、
ことを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、仕事を生成するという技術分野に関するものである。とりわけ、本発明の技術分野は、燃焼サイクルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人や材料の輸送量や移動は、西欧諸国の繁栄によって、また、他の諸国の急速な産業化によって、指数関数的に成長している。
【０００３】
船舶や飛行機や車両や列車や大型トラックの移動や数は、日に日に増加しており、車両は、化石燃料から主に動力を得ており、化石燃料の需要は、しだいに増加している。
【０００４】
ディーゼルエンジンにおける石油の燃焼サイクルの解析は、燃焼サイクルの性能が低いことを示している。Sadi Carnot 氏（１７９６〜１８３２）は、熱から仕事への変換が、いわゆる「熱源」と「シンク（sink）」との間の温度差のみに依存することを、見出した。燃焼エンジンにおける熱源は、エンジンのシリンダ内の炭化水素の燃焼に起因するエア温度の増大である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】本明細書には、先行技術文献は記載されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃焼温度は、１６００℃（１８７３Ｋ）という温度にまで、あるいはそれ以上の温度にまで、容易に上昇する。炭化水素の燃焼に基づくエンジンにおける最大の理論的な変換効率は、大きくても、６９％に過ぎない。しかしながら、実際には、この数字が得られることがなく近づくことさえできないことが判明している。非常に効率的なディーゼルの最大変換効率は、４２％を超えるものではなく、石油の燃焼に基づくエンジンの場合は、良くても３０％に過ぎない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一見地は、燃焼サイクルを使用して仕事を生成するためのプロセスである。
【０００８】
本発明の見地は、とりわけ燃焼サイクルを介して、仕事を生成するためのプロセスである。このプロセスにおいては、例えばエアといったような酸化剤を圧縮する。このプロセスにおいては、さらに、酸化剤に対して、とりわけ燃料といったような、例えば石油やケロセンやディーゼル等の炭化水素といったような、還元剤を混合して、混合物を形成し、例えばスパークや（圧縮）熱を使用して、混合物を点火させる。このプロセスにおいては、さらに、点火させた混合物を膨脹させ、仕事を生成し、燃焼させて膨脹させた混合物と、圧縮した酸化剤と、の間において熱交換を行い、とりわけ、燃焼させて膨脹させた混合物からの熱によって、圧縮させた酸化剤を加熱し、さらに、燃焼させて膨脹させた混合物を排気する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】オットーサイクルのＰ−Ｖ曲線を示すグラフである。
【図２】爆発限界を示すグラフである。
【図３Ａ】石油エンジンのサンキー図を示している。
【図３Ｂ】ディーゼルエンジンのサンキー図を示している。
【図４】本発明による燃焼サイクルのＰ−Ｖ曲線を示すグラフである。
【図５】本発明におけるプロセスを使用したエンジンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
例示の目的のために、本発明の原理について、例示としての様々な実施形態を参照して説明する。ある種の実施形態が詳細に説明されるけれども、当業者であれば、同じ原理を、他のシステムや他の方法においても同等に適用し得ること、また、他のシステムや他の方法においても同等に使用し得ることは、理解されるであろう。
【００１１】
本発明の実施形態について説明する前に、本発明が、本発明の適用に際して、図示された特定の実施形態の細部に何ら限定されないことは、理解されるであろう。これに加えて、本明細書において使用される用語は、説明の目的のためのものに過ぎず、本発明を何ら限定するものではない。さらに、ある種の方法が、ある順序で示された複数のステップを参照して説明されるけれども、多くの場合において、それら複数のステップは、当業者には自明であるような他の順序で実行することができる。したがって、新規な方法は、本明細書において例示する特定のステップ構成に限定されるものではない。
【００１２】
本明細書においては、および、特許請求の範囲においては、「１つの」という単数形表現は、特に断らない限り、複数形表現をも含有することに、注意されたい。また、「１つの」や「1つまたは複数の」や「少なくとも１つの」という用語は、互換的に使用することができる。「具備している」や「備えている」や「有している」や「から構成された」という表現も、また、互換的に使用することができる。
【００１３】
本明細書においては、ディーゼルサイクルおよびオットーサイクル（石油エンジンにおけるサイクル）が解析され、制限因子が決定される。新たに開発された他の燃焼サイクルが提示される。この代替可能なサイクルは、ずっと多くの熱を仕事へと変換する。例えば、ディーゼルサイクルの約２倍の熱を仕事へと変換し、石油の燃焼に基づくエンジンの約３倍の熱を仕事へと変換する。
【００１４】
新たな変換サイクルの利点は、既存のエンジンの多くの部品を使用することにより、新たなエンジンを構成し得ることである。新たなエンジンの好ましい構成における１つの構成部材は、セラミック材料の使用である。
【００１５】
ディーゼルエンジンの変換効率（熱から仕事への変換効率）は、最大で４０％であり、石油エンジンの変換効率は、３０％よりも大きい。最大の理論的な変換効率（１８７３Ｋという燃焼温度、および、３００Ｋという雰囲気温度）は、８４％と計算された。
性能係数  ＝  （Ｔｈｉｇｈ  −  Ｔｌｏｗ）／（Ｔｈｉｇｈ）
【００１６】
燃焼によって生成された大部分の熱は、現在のところ、エンジンによる仕事へと変換されることがなく、水冷によっておよび排気ガスによって消失される。これは、爆発限界と、燃焼熱と、エアの熱容量と、のミスマッチによって引き起こされる。
【００１７】
炭化水素の燃焼熱は、シリンダ内のエアよりもずっと大きなものであって、とりわけオットーサイクルにおいては、温度および爆発範囲内において吸収することができる。
【００１８】
爆発限界は、高温側において広げられる。エア量と燃焼熱とは、（はるかに）高温において、マッチングすることができる。この特徴点により、排気ガスの熱によって取込エアを加熱することができる。これにより、比較的高温の燃焼温度のところでは、燃料を低減することができる。一実施形態においては、新たなタイプのエンジンは、２つのストロークであって、比例した摩擦を低減することができる。取込エアの圧縮は、直列でエア流れを有したターボユニットによって行われる。ターボコンプレッサに対しては、機械的に駆動されるコンプレッサの代替として、排気ガスの圧力および容積によって、動力が供給される。新たなエンジンの計算された変換比率は、約６５％であり、この数値は、機械的な摩擦損失を除外したすべての損失に関して計算されたサイクルに関するものである。
【００１９】
本明細書においては、新たなタイプの燃焼サイクルについて説明する。この新たなタイプの燃焼サイクルは、「フースサイクル」と称されるものであって、「オットーサイクル」や「ディーゼルサイクル」と比較して、はるかに高い効率を有している。
【００２０】
図１に示すようなオットーサイクルは、Nikolaus August Otto 氏（１８３２〜１８９１）によって開発された。Otto氏は、E. Langen氏と一緒に、１８６４年に、ガスで動作するエンジンを構築した。Otto氏は、１８７６年に、エンジンに対してスパーク点火を採用した。「オットーサイクル」は、現在では、石油やガス燃料混合体で動作する、すべてのタイプの２ストロークまたは４ストロークのエンジンとして、認識されている。
【００２１】
ディーゼルサイクルは、Rudolf Diesel 氏（１８５８〜１９１３）によって開発された。ディーゼルエンジンの効率は、Diesel 氏が思い描いていたものの一部に過ぎないものであった。しかしながら、実質的には、オットーサイクルよりも高効率である。ディーゼルエンジンの原理は、オットーサイクルの原理とは相違している。ディーゼルエンジンにおけるエアの圧縮は、圧縮エアのエア温度が、シリンダ内に注入された（ディーゼル）燃料が自発的に点火するものとされていてスパーク点火が不要なレベルにまで、増大するようなものとされている。
【００２２】
高速の解析により、双方のサイクルの熱動力学的性能が、理論的に到達可能な性能と比較して、非常に悪いものであることが、判明している。１８７３Ｋ（１６００℃）という燃焼温度、および、３００Ｋ（２７℃）という雰囲気温度においては、Carnotリミットに関連した熱から仕事への理論的な変換は、８４％と計算される。
【００２３】
良い性能のディーゼルエンジンの変換比率は、４２％を超えることがなく、高性能の石油エンジンの変換比率は、３０％未満である。双方のサイクルとも、理論的な可能な性能よりも、非常に悪い性能である。燃料の燃焼によって加熱された高温ガスの熱は、仕事に変換されるのではなくて、冷却システムによって、および、排気ガスの残りの熱容量によって、消失される。
【００２４】
これは、本明細書において説明するような新たなサイクルとは相違している。新たなサイクルの排気ガスの最終温度は、雰囲気温度レベルをわずかに超える程度であり、新たなタイプのエンジンにおいては、エンジンの冷却がほぼ不要である。新たなエンジンの燃焼サイクルにおいては、ガスタイプの燃料から、すべての範囲のバイオ燃料を含む任意の種類の液体燃料に至るまで、任意のタイプの燃料を使用することができる。オットー原理やディーゼル原理をベースとした燃焼エンジンの場合の熱から仕事への低い変換比率は、冷却システムによっておよび排気ガスによって熱が失われることに起因している。このような熱損失は、燃焼熱と燃料の爆発限界との間のジレンマによって引き起こされる。これは、以下の説明によって説明される。
【００２５】
エア／燃料混合体の燃焼は、（蒸発した）燃料とエアとの比率が、ある種の限界内である場合にのみ、すなわち、いわゆる爆発限界内である場合にのみ、引き起こされる。燃料の比率が、大きすぎる場合（リッチ混合体）や小さすぎる場合（リーン混合体）には、燃焼が伝搬することがなく、混合体内に位置した高温点火源は、燃焼を引き起こさない。これは、図２に示されている。燃焼の限界においてリッチな（リッチすぎる）混合体は、例えば一酸化炭素といったような多くの未燃焼成分を生成することとなり、燃焼の限界において乏しい混合体は、燃焼チャンバ内において部分的にしかかつ局所的にしか燃焼することがない。石油の爆発限界は、容積比率で１〜７％である。しかしながら、最適な混合体は、理論的に計算することができる。
【００２６】
石油は、多様な炭化水素分子から構成されている。石油（アルケン）の平均成分は、一般的な化学式ＣｎＨ２ｎ＋２によって単純化することができる。しかしながら、石油混合体の中には、環状の炭化水素や不飽和炭化水素が存在している。この計算においては、「ｎ」が８であるような石油に関して、平均組成がＣｎＨ２ｎであると仮定している。石油の（平均）化学式は、Ｃ８Ｈ１６であると仮定される。分子量は、Ｃ＝１２およびＨ＝１であることにより、
８×１２ ＋ １６×１ ＝ ９６＋１６ ＝ １１２
と計算される。
【００２７】
Ｃ８Ｈ１６の燃焼：
Ｃ８Ｈ１６ ＋ １２Ｏ２ → ８ＣＯ２ ＋ ８Ｈ２Ｏ
【００２８】
各モル（ガス状態において）は、同じ容積（１ｂａｒかつ０℃において、２２．４リットル）を有している。１モルのＣ８Ｈ１６ の燃焼のためには、理論的には、１２モルのＯ２を必要とする。雰囲気エアは、約２１容積％の酸素から構成されている。よって、燃焼のための合計の理論的な容積は、１００／２１×１２モル＝５７．１４３モルエア／モル石油である。
【００２９】
理論
石油１モルは、２２．４リットルであり、１１２ｇである。エア５７．１４３モルは、１２８０リットルであり、１２８０×１．２７６６（ｋｇ／ｍ３）＝１６３４ｇである。  
【００３０】
爆発限界の下限（１％）が、エアの最大量に等しい。
【００３１】
石油１リットルは、５ｇであり、エア１００リットルは、１２７．６６ｇであり、１００／１０００×１．２７６６（ｋｇ／ｍ３）である。
【００３２】
１ｇの石油の燃焼熱は、４２．７ｋＪ／ｇであり、１ｋｇのエアに関しては、この最小量は、１０００／１２７．６６×５＝３９．１６７ｇの石油であり、燃焼熱は、３９．１６７×４２．７＝１６７２．４１１ｋＪである。
【００３３】
計算においては、（燃焼した）燃料成分に追加された質量および容積は、考慮していない。なぜなら、合計質量に対しての比率が、非常に小さいからである。
【００３４】
２０℃−（１０００ｋＰａ）および１５００℃−（３２４６ｋＰａ）（燃焼後）からのエアの平均的な熱容量は、平均で０．８５１２９５ｋＪ／（ｋｇ．Ｋ）であり、温度上昇は、５５６Ｋから１８００Ｋである。
【００３５】
５５６Ｋから１８００Ｋ（ΔＴは、１２４４Ｋである）へのエア１ｋｇによって吸収された熱は、１（ｋｇ）×０．８５１２９５（ｋＪ／（ｋｇ．Ｋ））×１２４４Ｋ＝１０５９ｋＪと計算される。これは、石油の燃焼熱の１０５９／１６７２．４＝６３．３％に過ぎない。しかしながら、他の大きな熱損失が存在する。排気された燃焼済みガスは、なおも非常に高温であり、排気熱（４９３．９０８ｋＪ／ｋｇ）の大部分を含有している。最終的に仕事へと変換される熱は、１０５９−４９４＝５６５ｋＪ／ｋｇに過ぎず、５６５ｋＪ／ｋｇの仕事の最終的出力は、１６７２．４１１ｋＪという燃焼熱を有した石油の（最小量の）３９．１６７ｇによって計算される。
【００３６】
実用的には、この比率は、エンジンの内部摩擦損失のために、さらに悪くなる。仕事の残りの出力は、実質的に低減し、変換効率は、それに応じて減少する。水循環ポンプやエンジンに取り付けられたラジエータファンといったようないくつかの他のデバイスは、オットープロセスサイクルの変換効率を、さらに低減させる。オットープロセスは、以下の表１にまとめられている。石油の燃焼熱は、３９．１６７ｇの石油に関して４２．７ｋＪ／ｇであることから、１６７２．４ｋＪである。仕事の出力は、５６５ｋＪ／ｋｇである。最大流速のエアを使用した場合の理論的な変換効率（最大の効率）は、５６５／１６７２．４＝３３．８％である。
【００３７】
【表１】
2020139506.tif 000003
【００３８】
ディーゼル燃焼サイクルは、より効率的である。これは、主に、爆発限界のウィンドウが、（エンジンの）高温側において広がっていることに起因する。図２を参照されたい。これにより、エアの比率がより大きくなり、より多くの熱を、（より多くの）エアによって消費することができる。エンジンの構成部材に対して伝達される熱は、石油エンジンの場合と、およそ同じである。よって、エンジンの冷却による熱損失は、石油エンジンの冷却による熱損失と、ほぼ同じである。石油エンジンおよびディーゼルエンジンに関しての、損失や仕事の出力や熱が、図３Ａおよび図３Ｂにおいて、いわゆる「サンキー」図によって示されている。
【００３９】
新たなタイプの燃焼エンジンにおけるエンジン構成部材について、説明する。新たなタイプの燃焼エンジンは、既存の石油エンジンや既存のディーゼルエンジンに対して同様のものであって、多くのエンジン構成部材において共通している。原理的には、（プロトタイプの）エンジンは、すべての良好であることが示された構成部材を使用して、既存の技術を利用して、構築することができる。一実施形態においては、新たなエンジンは、２ストロークエンジンであって、クランクシャフトと、クランクシャフトに対して連結されたピストンロッドを有したピストンと、を有しており、オットーエンジンやディーゼルエンジンと比較して、大きな差異はない。
【００４０】
エンジンには、吸気バルブおよび排気バルブと、２つのカムシャフトと、が設けられる。双方のカムシャフトは、歯付きベルトやギヤホイールを介して、クランクシャフトによって駆動される。
【００４１】
一方のカムシャフトは、排気バルブの開放を制御し、他方のカムシャフトは、吸気バルブの開放タイミングを制御する。吸気バルブを開放するための回転角度は、固定される（最も外に位置したピストンに関して）。しかしながら、そのバルブが閉塞される角度は、負荷や所望のエンジン速度に依存する。カムの形状は、閉塞角度を、長手方向におけるカムシャフトのスライドによって制御し得るように、形成される。スライドは、開放角度に影響を及ぼすものではなく、閉塞角度に対してのみ影響を及ぼす。この原理は、また、排気バルブのタイミング機構においても、適用される。排気バルブの閉塞角度は、固定される（同様に、最も外に位置したピストンに関して）。しかしながら、開放角度は、そのように固定されることがなく、角度シフトは、エンジン速度および負荷に依存するものであって、カム形状によって、および、長手方向におけるカムシャフトの移動によって、制御される。
【００４２】
双方の制御可能なカムシャフトの個別的に制御可能な角度シフトは、ステップモータ構成を有した制御システムによって、得られる。
【００４３】
追加的な連結が、シリンダヘッドを介して、シリンダ容積どうしの間に、形成され、それらの間に制御可能なバルブを有した比較的小さな圧力ボトルに対して連結される。圧縮エアという態様のエネルギーを、スローダウン時に貯蔵することができ、加速時には、エンジンに対して供給することができる。これは、圧縮エアによる低重量かつ低コストのハイブリッド手法を提供する。圧力ボトル内のエアは、また、エンジンの始動時にも、使用される。
【００４４】
エンジンには、単一の膨脹ステージ（タービン側）を有したターボユニットが設けられる。ターボユニットは、エアフローを有した４ステージから５ステージの圧縮ユニットに対して、機械的に連結される。圧縮ユニットどうしは、互いに直列に連結される。インタークーラーが、最後の圧縮ステージを除いて、すべての圧縮ステージの間に取り付けられる。ターボユニットは、オットーサイクルの圧縮ストロークの終了時に、大きな圧力を有した圧縮エアを提供する。
【００４５】
一実施形態においては、エンジンは、熱交換器を備えている。熱交換器は、従来のラジエータおよび水ポンプと交換される。熱交換器は、シリンダからの排気ガス流の熱と、ターボユニットから導出された圧縮エア流の熱と、の間において、熱交換を行う。
【００４６】
（標準的な）マフラーを使用することにより、燃焼音を減衰させることができる。バックアップバッテリ付きのダイナモが設けられ、これにより、電力を供給することができる。
【００４７】
エンジンの潤滑は、既存の石油エンジンや既存のディーゼルエンジンにおいて使用されているものと、同じく構成される。
【００４８】
エンジンの始動に際しては、圧縮エアとは別に、追加的な新たなタイプの構成部材を必要とする。すなわち、電力が供給されるあるいは燃料が供給される吸気エア加熱ユニットを必要とする。この新たな構成部材は、始動時にのみ、吸気エアを、十分な高温にまで加熱する。
【００４９】
エンジンは、石油エンジンおよびディーゼルエンジンの場合と比較して、はるかに高い平均燃焼温度で動作するものであり、熱損失が、可能な限り制限されている。その理由のために、多数の断熱手段が使用される。例えば、シリンダ壁のセラミックコーティングや、シリンダ壁上のライニングや、ピストンの頂部上のセラミックコーティングや、シリンダヘッドの熱露出表面上のセラミックコーティングや、吸気バルブのセラミックコーティングや、排気バルブのセラミックコーティング、が使用される。使用されるべき原理については、後述する。キー材料の１つは、セラミック材料である。
【００５０】
セラミック材料は、本発明にとって、優秀な特性を有している。セラミック材料は、極めて硬いものであり、重量が比較的軽いものであり、摩耗に対して優れた抵抗性を有しており、さらに、非常に小さな熱伝達係数を有している。特定の特性を有した広範なセラミック材料を利用することができる。調査によって、専門会社との相談によって、および、専用の耐用試験によって、適切な選択が行われなければならない。
【００５１】
特性の相違を示すための例として、スチールと、任意に選択されたセラミック材料（ＭｇＯ）と、スチールセラミック（ＭｇＯ）と、を例示する。
【００５２】
スチールは、７．８という密度（ｋｇ／ｍ３）と、１６３０という最大温度（Ｋ）と、５０という熱伝導度（Ｗ／（ｍ．Ｋ））と、１２×１０−６という熱膨脹係数（Ｋ−１）と、を有している。スチールセラミックは、２．８という密度（ｋｇ／ｍ３）と、２２００という最大温度（Ｋ）と、７（１０００℃）という熱伝導度（Ｗ／（ｍ．Ｋ））と、８×１０−６という熱膨脹係数（Ｋ−１）と、を有している。
【００５３】
一実施形態においては、熱伝導度および熱伝達係数が断熱手段によって十分に低減されていることにより、また、許容可能なエンジンブロック温度に対してマッチングされていることによりあるいはエンジンブロックに対して取り付けられた構成部材に対してマッチングされていることにより、エンジンの水冷が不要とされる。この温度は、水冷がないにもかかわらず、既存の石油エンジンや既存のディーゼルエンジンのエンジンブロック温度と比較して、それほど高温とはならない。この平衡が得られないのであれば、いくつかの環境への（限界的な）追加的な熱伝達が、あるいは、（低温の）排気ガスが、エンジンブロックからあるいは取り付けられた構成部材から、行われなければならない。しかしながら、高温ガスからエンジン構成部材への熱伝達は、最小限にまで、最小化されなければならない。
【００５４】
一実施形態においては、エンジンは、圧力ボトルからの圧縮エアを使用して始動される。エアは、シリンダヘッドと圧力ボトルとの間の制御バルブを介して、アウトストロークのシリンダに対して、供給される。小さなバックアップコンプレッサが、取り付けられており、これにより、圧力ボトル内に圧力が残っていない場合には、圧力ボトルを加圧することができる。
【００５５】
他の実施形態においては、新たなサイクルは、圧縮ストロークを有していない。動作後には、エアは、圧縮ステージどうしの間にインタークーラーを有した４ステージのあるいは５ステージのターボユニットによって、圧縮される。ターボユニットに対しては、エンジンの排気ガスから動力が供給される。良好に構成されたターボユニットの効率が、例えば９５％とさえいったように、非常に高効率であることは、周知である。この構成においては、損失をあまり考慮する必要はない。吸気エアは、これらターボユニットによって圧縮され、最終ステージを除いて、各ステージの後ごとに、冷却される。吸気エアは、ターボユニットの後に、向流的な態様で排気ガスの熱によって、はるかに高温にまで加熱される。
【００５６】
圧縮されて加熱されたエアが、シリンダヘッド内の吸気バルブを介して、シリンダ内へと供給される。エア入力は、ピストンが移動して出て行くタイミングで、シリンダに対して供給される。ピストンがトップストローク位置とされた際のシリンダの（デッド）容積が、最小とされることに、言及しておく必要がある。ターボユニットから導出されてアウトストロークのシリンダ内へと供給された圧縮エアは、既に仕事を生成している。吸気バルブの開放時間は、所望の負荷に依存し、また、エンジンの回転速度に依存する。
【００５７】
バルブは、無負荷条件下においては、非常に短い時間（小さな回転角度）にわたって開放され、最大の負荷出力の場合には、および、エンジンの始動時さえにおいては、所定の最大回転角度でもって開放される。この機構は、すなわち、燃料注入と組み合わせた吸気バルブの開放タイミングは、エンジン速度や、ターボ圧力や、動力の出力、に関連する。このようにして、エンジンの速度や動力出力が、制御される。
【００５８】
燃料は、シリンダ内へと、吸気バルブが閉塞された直後に、注入される。シリンダ内のエアが、非常に高温であるために、注入された燃料は、（燃料の種類にかかわらず）自発的に燃焼する。爆発範囲は、この高温においては、非常にワイドである。エアの量および燃料の量は、すべての燃焼熱が、シリンダ内のエアに行き渡るように、制御される。比較的少量の燃料だけが、エアを、所望の高温にまで加熱するだけでよい。なぜなら、エアは、シリンダ内への導入時に既に（非常に）高温とされているからである。周囲の構成部材に対しての熱の漏洩を防止するための手段により、理論的には、しかしながらほぼ実用的には、すべての燃焼熱が、シリンダ内のエア上における行き渡る。
【００５９】
ピストンは、燃焼後には、ストロークアウトする。排気ガスは、膨脹して、仕事を生成する。ストロークの最後の時点では、ピストンが逆向きに移動し、（排気）ガスが、ターボユニットの所望の入力圧力レベルにまで、圧縮される。この圧力レベルは、ピストンの厳密なアウトストローク位置（これは、エンジンの最大の動力出力である）において、既に存在していることができる。負荷がより小さな条件下においては、ストロークの最後におけるシリンダ内のガス圧力は、ターボタービンの所望の入力圧力と比較して、（はるかに）小さい。
【００６０】
排気バルブは、この状態においては、最大ストロークにおいて開放されない。バルブは、逆向きストローク時にピストンが排気ガスを所望のターボタービン圧力レベルにまで圧縮し終わった時点で、カムによって、開放される。クランクシャフト角度に対しての（回転）カムシャフト角度は、（電子的な）カムシャフト角度位置決めシステムによって、最適のカムシャフト角度へと、制御される。
【００６１】
排気ガスの流量および圧力は、ターボユニット内において、機械的エネルギーへと変換される。排気ガスのエネルギー成分（圧力および流量）を使用することにより、吸気エアを、所望の圧力レベルにまで、加圧することができる。このプロセスステップは、既に仕事を導入しており、（高温の）排気ガスからなる容積流れは、（より低温の）吸気エアの容積流れと比較して、はるかに大きなものとされている。よって、排気ガスの圧力降下は、吸気エアの圧力増加と比較して、はるかに小さなものとすることができる。
【００６２】
排気ガスは、なおも、大量の熱を含有している。この熱は、圧縮後には、吸気エア上に行き渡り、非常に効率的に使用される。
【００６３】
全体的な解析により、以下のことが示された。少量の熱が、ターボユニットを冷却している介在エアによって、周囲雰囲気へと流出する。これは、（小さな）損失である。エンジンからの熱漏洩は、断熱手段によって、最小化されているあるいは少なくとも低減されている。これもまた、（小さな）損失である。排気ガス温度は、周囲雰囲気の温度と比較して、少しだけ高い。これもまた、（小さな）損失である。すべての熱損失を合わせても、石油エンジンおよびディーゼルエンジンの場合の熱損失のごく一部に過ぎない。ほぼすべての燃焼熱が、仕事へと変換されている。
【００６４】
以下のいくつかの表は、燃焼サイクルにおけるいくつかのステップをまとめている。最初の表である表２は、吸気エアの圧縮およびインタークーリングを示している。この表は、４つのインタークーラーを有した５ステージのターボ吸気エアコンプレッサに関しての仕事および熱出力を示している。
【００６５】
【表２】
2020139506.tif 000004
【００６６】
以下の表３は、排気ガスの熱による吸気エアの加熱を示している。
【００６７】
【表３】
2020139506.tif 000005
【００６８】
以下の表４は、エンジンの全負荷時における、シリンダのエア変化、燃焼および膨脹、仕事の生成、および、排気ガスの排出、を示している。
【００６９】
【表４】
2020139506.tif 000006
【００７０】
以下の表５は、排気ガスによるターボ推進を示している。
【００７１】
【表５】
2020139506.tif 000007
【００７２】
以下の表６は、排気ガスから吸気エアへの熱交換を示している。
【００７３】
【表６】
2020139506.tif 000008
【００７４】
新たなサイクルの効率および動力出力は、それらの表から読み取ることができる。例えばターボ効率やターボインタークーラーの様々な温度といったような、熱動力学的計算に関連した様々な効率因子が、考慮される。
【００７５】
効率（仕事／熱の比率）は、６４８．９２５／８８５．６３５×１００％＝７３．３％である。これは、機械的効率（４ストロークエンジンに関しては、約１０％、２ストロークエンジンに関しては、約５％）を除外している。
【００７６】
このサイクルで動作しているエンジンの動力出力は、大きい。例えば、５００ｒｐｍで動作している２リットルエンジンの動力出力は、
２リットル／１０００（ｌ／ｍ３）×５０００（ｒｐｍ）／６０（ｓ）
＝０．１６６７ｍ３／ｓ  エア上において
である。エアの質量流は、
０．１６６７ｍ３／ｓ×４．２２８５２（ｋｇ／ｍ３）＝０．７０５ｋｇ／ｓ  エアであり、動力出力は、
０．７０５ｋｇ／ｓ×６４８．９２５（ｋＷ／ｋｇ）＝４５７．３（ｋＷ）
すなわち、６２１．３（Ｈｐ）である。
【００７７】
主な圧力をより大きな値へと増大させるための理論的な制限はない。５０〜６０ｂａｒという燃焼圧力は、異常ではなく、関連する動力出力は、１１００（ｋＷ）すなわち１５００（Ｈｐ）となる。そのような極めて大きな動力出力を有した小さなエンジンを構築することは、現実的な挑戦である。
【００７８】
運動エネルギーの貯蔵および回復について、説明する。車両をスローダウンすることによって解放されるエネルギーを、操作の次なるステージにおいて車両を加速させるために使用し得ることは、重要なことである。それを行い得るシステムは、比較的小さくてコンパクトでなければならず、比較的小さな重量を有していなければならない。
【００７９】
各々がそれぞれ特定の特徴点を有しているような様々なシステムを、この目的のために、新たなタイプのエンジン用に、解析した。圧縮エアシステムが、群を抜いて望ましいことが、判明した。吸気バルブおよび排気バルブに関してプログラム可能なバルブ制御を行うことにより、エンジンは、プログラム可能なコンプレッサおよび圧縮エアモータとして実行することができる。不足しているために追加しなければならない唯一の構成部材は、エア圧力容器である。自動車産業により、カーボンファイバ製のエア圧力容器が極めて軽量であることが、公知である。計算により、ハイブリッドカーの動作のために必要な量のエネルギーを貯蔵するに際しては、１０リットルという容量を有した１つまたは２つの容器で十分であることが、示された。
【００８０】
図５は、本発明による上記のプロセスを使用したエンジンを示す図である。
【００８１】
既存のガスタービンの動作原理においては、エアが、高速で回転するインペラホイールの周縁のところに取り付けられたインペラブレードによって、高速へと加速される。高速とされたこのエアが、減速され、これにより、ベルヌーイの法則に従って、圧力を増大させる。エア速度は、高速でなければならない。なぜなら、低圧におけるエアの密度が、非常に小さく、いくらかの圧力増加が得られなければならないからである。
【００８２】
所望の圧力レベルを得るためには、いくつかの連続的なステージが、必要とされる。燃料が、圧縮エアに対して追加され、高温の燃焼チャンバ内という条件下においては、自発的に燃焼する。これにより、温度が上昇するとともに、関連してガス容積が増大する。高温かつ大容積とされたこのガスが、タービンの排気部分内のタービンホイールを推進し、膨脹した排気ガスの動力出力は、エア圧縮のために必要とされた動力入力と比較して、実質的により大きくなる。
【００８３】
互いに異なる２つのタイプのガスタービンが存在する。一方のタイプのガスタービンは、追加的な動力を、機械的動力へと変換し、他方のタイプのガスタービンは、排気ガス速度内の追加的な動力を変換し、優秀な態様で、ジェット飛行機を推進させる。本明細書における議論は、上記の第１のタイプに限定される。よって、生成された追加的な動力は、機械的エネルギーへと変換される。
【００８４】
共通して使用されるガスタービンは、ガス速度を力へと変換することによって、仕事出力を得る。そのような力は、タービンブレード上に作用し、トルクを生成する。回転速度に起因するこのトルクが、ガスタービンの動力出力である。
【００８５】
実効的な力を生成するために、大きなガス速度が、必要とされる。大きなガス速度は、また、比較的大きな摩擦損失にも関連する。新たな原理は、新たなタイプのガスタービンにおいて使用される。一実施形態においては、本発明によるガスタービンは、異なる原理に基づいて、燃焼ガスの熱容量を、仕事へと変換する。この新たな原理においては、（非常に高速の）ガス速度に代えて、ガスの位置エネルギーが使用される。質量によって生成された重力の場合とは異なり、人工的な重力の場合には、常に２つの異なる現象が、すなわち位置エネルギーおよび運動エネルギーが、存在する。これら位置エネルギーおよび運動エネルギーは、常に一緒に存在する。位置エネルギーは、（利用されないけれども、運動エネルギーも）回転系の遠心力に関連する。回転系内のある種の径方向ストローク上に作用するこの遠心力は、仕事の量であり、この仕事は、位置エネルギーとして規定される。この実施形態においては、ガスタービンの原理は、この原理をベースとしている。
【００８６】
適切なガスが、タービン内において様々なタイプのタービンホイールを介して回転中心から周縁部へと流れ、とりわけ回転速度およびガス密度に依存して、圧力を増大させる。ガスは、より小さな回転速度においては、同じタイプのタービンホイールの小さな回転速度のために、周縁部から回転中心へと逆流する。ガス速度を増大させることは、仕事のコストであり、ガス回転速度を減速させることは、この仕事を、回転システムの駆動源へと戻すことである。ガス回転速度は、この状況では非常に高速である。回転速度が非常に高速ではあるけれども、ハウジング構成部材に対してのガスの速度は、非常に小さく、よって、摩擦損失も、非常に小さい。ガス出口からガス入口へのこの状況における通過は、比較的小さい差分速度を有している。よって、摩擦損失が小さい。しかしながら、運動エネルギーの低減は、巨大である。これについて、以下の例示において立証する。
【００８７】
周縁部のところにおける回転中心から周縁部へのガス流の回転速度は、１００ｍ／ｓである。
【００８８】
周縁部のところにおける周縁部から回転中心へのガス流の回転速度は、８０ｍ／ｓである。
【００８９】
差分速度は、２０ｍ／ｓであり、摩擦損失は、２０ｍ／ｓというこの差分速度に関連するものであって、８０ｍ／ｓや１００ｍ／ｓという速度に関連するものではない。
【００９０】
運動エネルギーの差は、速度の２乗に関連する。
【００９１】
１００ｍ／ｓという速度を有したガスの運動エネルギーは、１００２＝１００００に関連する。
【００９２】
８０ｍ／ｓという速度を有したガスの運動エネルギーは、８０２＝６４００に関連する。これは、６４％に過ぎない。
【００９３】
よって、運動エネルギーにおける大きな差、これにより、位置エネルギーにおける大きな差が、比較的に非常に小さな摩擦損失でもって、得られる。
【００９４】
ガスは、より大きな圧力でもって、回転中心へと到達する。互いに直列とされた複数のステージにより、必要とされた圧力レベルが得られる。
【００９５】
この原理は、反転させることもできる。よって、差圧を、非常に効率的な態様でもって、仕事へと変換することができる。
【００９６】
機械的な動力出力を有した自立型のガスタービンの変換因子が、むしろ悪いことは、周知である。これは、タービンの廃熱を、通常のスチームサイクルの熱入力として使用することにより、意義深く改良することができる。スチームサイクルを直列で有したガスタービンの利点は、短期的な意味合いにおける非常に高速のレスポンスタイムと、長期的な意味合いにおける実質的に大きな変換効率と、が組み合わされることである。
【００９７】
そのような構成（ＳＴＥＧ）は、むしろ複雑であって、燃料効率という点では、なおも最適化されていない。この比較的悪い燃料効率は、排気ガスの非常に大きな熱容量によって、および、タービン内におけるガス速度が大きいことのために、タービン内のノズル上におけるおよびガイドベーン上における摩擦損失が実質的に大きいことによって、引き起こされる。
【００９８】
このような大きなガス速度は、このガスタービンコンセプトにおいては、重要である。なぜなら、これにガス密度を半分だけ積算したものが、機械的な仕事へと変換されるからである。ガス密度は、比較的大きな燃焼温度のために、および、上述したようにエアの密度が小さいことのために、比較的小さい。
【００９９】
さて、非常に燃料効率の良い熱リサイクルガスタービンの動作原理について、説明する。
【０１００】
第１ステージについては、後述する。このプロセスとガスタービンとの間の１つの相違点は、最終ステージを除くいくつかの圧縮ステージの間において、ガスが冷却されることである。これは、圧縮時に、ガスを低温に維持するためである。これにより、最小量の仕事しか必要とされない。圧縮プロセスに関する例が、以下の表７にまとめられている（エアの圧縮を示している）。
【０１０１】
【表７】
2020139506.tif 000009
【０１０２】
この表は、１０２４．１ｋＰａという圧力まで、続けることができる。より完全な表は、後述の表１３に示されている。
【０１０３】
最終結果は、以下の表８にまとめられている。１つの圧縮ステージあたりにつき２０ｋＪであるので、１０２４．１ｋＰａという所望のエア圧力を得るために必要なステージ数は、２０ステージである。
【０１０４】
【表８】
2020139506.tif 000010
【０１０５】
ここで、圧縮エアの加熱について説明する。圧縮後に、入力エアは、向流的な態様でもって、タービンの排気ガスとの熱交換によって、加熱される。これは、ガスタービンのプロセスにおいては、新規な見地である。熱は、以下の表９に記載された数値に従って、交換される。
【０１０６】
【表９】
2020139506.tif 000011
【０１０７】
次に、燃焼について説明する。加熱されたエアは、次なるプロセスステップにおいては、燃焼チャンバへと流れる。燃料が、非常に高温のエア内へと注入され、自発的な燃焼が起こる。炭化水素とエアとの混合物は、ある種の爆発限界の範囲内になければならない。しかしながら、爆発限界は、高温側においては、広くなるものであり、この高温条件においては、ほぼすべての組成において、自発的な点火が可能である。注入される燃料の量は、燃焼チャンバ内の温度を決定する。この温度は、この計算例においては、１９７５．５Ｋ（１７０２．５℃）に制限される。これは、想定される材質による制限である。
【０１０８】
エアは、すべての燃焼熱を吸収するとともに、温度を上昇させるだけでなく、実質的に容積をも増大させる。燃焼チャンバ内における燃焼が、一定圧力であることが仮定されている。
【０１０９】
次に、膨脹および仕事の生成について説明する。少量の燃焼された燃料成分（計算にはカウントされていない）を有したエアは、第２組をなす複数の膨脹インペラホイールへと案内され、多数の膨脹ステージ上において膨脹される。圧縮インペラおよび膨脹インペラが、共通のシャフト上に取り付けられ、膨脹インペラは、圧縮インペラを直接的に推進する。膨脹インペラは、圧縮インペラとは、逆の態様で構成されている。各ステージが、仕事を生成し、この仕事をシャフトに対して印加する。高温エアの膨脹は、以下の表１０にまとめられている。
【０１１０】
【表１０】
2020139506.tif 000012
【０１１１】
表１０内の数値により、１０１７．７ｋＪという仕事の量が生成されること、しかしながら、排気ガスが、膨脹の終了後において（１００ｋＰａ、雰囲気圧力）、なおも非常に高温であることを、結論づけることができる。排気ガスは、圧縮後にエアを加熱するために使用される熱を含有している。１０１７．７ｋＪという膨脹は、各々が２０．３５４ｋＪという５０個のステージによって、行われる（これは、この計算においては、２０個のインペラホイールである）。
【０１１２】
次に、排気ガスの熱容量について説明する。タービンから導出される排気ガスの（廃棄される）熱容量は、以下の表１１にまとめられている。
【０１１３】
【表１１】
2020139506.tif 000013
【０１１４】
表１２においては、エネルギーバランスは、熱リサイクルガスタービンの理論的な効率を示している。
【０１１５】
【表１２】
2020139506.tif 000014
【０１１６】
理論的な熱効率は、８０％近くである。これは、信じがたいくらいに大きな値であり、より高温の燃焼温度と比較しても、より大きいものとさえすることができる。
【０１１７】
１０ステージによる圧縮の際におけるおよびいくつかのステージの間のガス冷却の際における、エアの理論的な特性が、表１３に示されている。
【０１１８】
【表１３】
2020139506.tif 000015
【０１１９】
エネルギーレベルにおける差は、１つの圧縮ステージあたりにつき、２０ｋＪ／ｋｇである。エアの冷却は、圧縮ステージの間において行われる。
【０１２０】
２０ステージによる膨脹の際におけるエアの理論的な特性が、表１４に反映されている。
【０１２１】
【表１４】
2020139506.tif 000016
【０１２２】
１０１７．７ｋＪ／ｋｇという仕事が、２０ステージによる膨脹において生成される。これは、１つの膨脹ステージあたりにつき、エアの１０１７．７／２０＝５０．８８５ｋＪ／ｋｇである。
【０１２３】
上記の様々な実施形態は、好ましい実施形態である。それら実施形態における様々な構成部材は、組み合わせて提示されているけれども、互いに個別的に使用することができる、あるいは、上記と比較してより少数のおよび／またはより多数の構成部材を有した他の組合せで使用することができる。その場合であっても、本発明の１つまたは複数の利点を、少なくとも部分的に提供することができる。
【０１２４】
しかしながら、本発明の多数の特徴点や利点について、本発明の方法や構成や機能の詳細と一緒に、上述したけれども、そのような説明が例示のためのものに過ぎないこと、および、特許請求の範囲に規定された一般的な全容における本発明の原理の範囲内において、細部に変更を行い得ることは、理解されるであろう。
【図１】
2020139506.tif 000017
【図２】
2020139506.tif 000018
【図３Ａ】
2020139506.tif 000019
【図３Ｂ】
2020139506.tif 000020
【図４】
2020139506.tif 000021
【図５】
2020139506.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月3日(2020.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
とりわけ燃焼サイクルを介して、仕事を生成するためのプロセスであって、
酸化剤を圧縮し、
圧縮された前記酸化剤を燃焼チャンバに供給して、圧縮された前記酸化剤を用いて仕事を発生し、
前記酸化剤に対して、とりわけ燃料といったような還元剤を混合し、混合物を熱を使用して点火させ、
点火させた前記混合物を膨脹させ、これにより仕事を生成することを可能にし、
燃焼させて膨脹させた前記混合物と、圧縮した前記酸化剤と、の間において熱交換を行い、
燃焼させて膨脹させた前記混合物を排気する、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項２】
請求項１記載のプロセスにおいて、
前記酸化剤の前記圧縮を行った後に、前記点火を行い、
燃焼させて膨脹させた前記混合物と、圧縮した前記酸化剤と、の間において前記熱交換を行った後に、前記点火を行う、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項３】
請求項１または２記載のプロセスにおいて、
前記酸化剤と前記還元剤との前記混合物を、圧縮し、
燃焼させて膨脹させた前記混合物と、圧縮した前記酸化剤と、の間において前記熱交換を行った後に、（燃焼前の）前記混合物を圧縮する、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、
前記圧縮時には、前記酸化剤を冷却する、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、
追加される前記還元剤の量を、燃焼時に生成される熱の最大で２０％が好ましくは最大で１０％が好ましくは最大で３％が、膨張時に冷却材によってあるいは周囲雰囲気によって除去されるように、前記酸化剤とマッチングさせる、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、
前記熱交換時には、燃焼させた前記混合物を、３２０Ｋ以下という温度へと、好ましくは３００Ｋ以下という温度へと、冷却する、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、
燃焼させた前記混合物を、少なくとも１５００Ｋという温度へと、好ましくは少なくとも１６００Ｋという温度へと、好ましくは少なくとも１７００Ｋという温度へと、到達させる、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、
少なくとも７０％という効率を有している、好ましくは少なくとも８０％という効率を有している、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、
燃焼させた前記混合物のエネルギーを使用することにより、前記酸化剤を圧縮する、ことを特徴とするプロセス。
【請求項１０】
例えば請求項１〜９のいずれか１項に記載されたプロセスを使用することにより、仕事を生成するための、とりわけエンジンといったような、デバイスであって、
前記酸化剤と還元剤との混合物を燃焼させるための、ならびに燃焼中のおよび／または燃焼後の前記混合物を膨脹させることを可能にするための、チャンバと、
酸化剤を圧縮し、圧縮された前記酸化剤を前記燃焼チャンバに供給して、前記酸化剤を用いて仕事を生成させるためのコンプレッサと、
燃焼させて膨脹させた前記混合物から、前記コンプレッサから導出された前記酸化剤へと、熱を移送するための熱交換器と、
を具備している、
ことを特徴とするデバイス。
【請求項１１】
請求項１０記載のデバイスにおいて、
前記コンプレッサには、圧縮熱を除去するためのインタークーラーが設けられている、ことを特徴とするデバイス。
【請求項１２】
請求項１１記載のデバイスにおいて、
前記コンプレッサが、複数のステージを備え、
少なくともいくつかのステージには、好ましくはすべてのステージには、インタークーラーが設けられている、
ことを特徴とするデバイス。
【請求項１３】
好ましくは２ストロークのピストンエンジンといったような、ピストンエンジンであって、
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のデバイスとされ、
好ましくは、少なくとも実質的に添付図面に図示された、および／または、少なくとも実質的に明細書内で説明された、ものとされている、
ことを特徴とするピストンエンジン。
【請求項１４】
請求項１３記載のピストンエンジンにおいて、
シリンダと、
前記シリンダ内において往復動可能に受領されるピストンと、
少なくとも１つの吸気バルブと、
少なくとも１つの排気バルブと、
前記吸気バルブおよび前記排気バルブを駆動するための、例えばカムシャフトといったような、手段と、
を具備してなり、
少なくとも前記吸気バルブの閉塞および／または前記排気バルブの開放が、例えば１分間あたりの回転数および／または前記エンジンの負荷に依存して、可変とされている、ことを特徴とするピストンエンジン。
【請求項１５】
請求項１３または１４記載のピストンエンジンにおいて、
前記少なくとも１つの吸気バルブの閉塞および／または開放が、前記ピストンの上死点（ＴＤＣ）においてあるいはその近傍において、例えば前記ピストンの前記上死点から前記ストロークの１０％以内の距離のところにおいて、圧縮された前記酸化剤を前記シリンダ内へと導入させ得るようにして、行われる、
ことを特徴とするピストンエンジン。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のピストンエンジンにおいて、
圧縮させたガスを一時的に貯蔵するためのアキュムレータを具備している、
ことを特徴とするピストンエンジン。
【請求項１７】
好ましくはターボシャフトといったような、ガスタービンであって、
請求項１〜１６のいずれか１項に記載された特徴点を有し、
好ましくは、少なくとも実質的に添付図面に図示された、および／または、少なくとも実質的に明細書内で説明された、ものとされている、
ことを特徴とするガスタービン。
【外国語明細書】
2020139506000001.pdf