KR20070027902A

KR20070027902A - 하이브리드 전기 전도성 하이드로겔 상변환 잠열 축열 난방및 냉 시동 방지 장치

Info

Publication number: KR20070027902A
Application number: KR1020050079816A
Authority: KR
Inventors: 양경준
Original assignee: 양경준
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2007-03-12

Abstract

본 발명은 망초(Na2SO4)계 상변환 잠열 축열재에 일정량에 보락스와 결정수를 첨가한 후 가열하여 용액을 만들고, 전도성 물질인 천연 인상 흑연(Natural Crystalline Graphite)또는 탄소 나노 섬유(Graphite Nano Fiber)또는 CNT(Carbon Nano Tube)또는 탄화규소 (Carborundum)분말을 용액에 완전히 분산된 상태에서 폴리비닐알코올-폴리아크릴산-폴리아크릴산나트륨 공중합체 고흡수성 고분자를 혼합 후, 전도성 물질이 3차원 고 흡성 고분자 그물망에 갇혀진 상태로 분산되어진 전도성 하이드로겔 상변환 축열재를 제조하여 자동차 엔진 배기열 및 엔진 냉각수 열을 축열하여 동절기 자동차의 초기 시동 시, 전원 입력과 동시에 상변환 축열재가 축열한 열로 실내 난방을 가동하고, 별도의 냉 시동 방지 시스템(전기계통, 연료계통, 윤활유 계통, 연소 공기계통)을 적용하여 엔진 냉 시동 방지와 안정적인 난방 열원을 공급 하는 장치이다.

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Description

하이브리드 전기 전도성 하이드로겔 상변환 잠열 축열 난방 및 냉 시동 방지 장치{hybrid electroconductive Hydrogel Phase Change Material heating and cold starting prevention system}

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 하이브리드 전기 전도성 하이드로겔 상변환 잠열 축열 난방 및 냉 시동 방지 장치의 주요 구성도 이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명

1. 전극 2. 온도 센서 포트(3-포트)

3. 엇갈린 경사각 열 교환판 4. 방열관(연료용)

41. 방열관(엔진 냉각수용)

5. UV램프 6. 보온재

7. 클러치 & 브레이크 8. 교류동기 전동기

9. 교류동기 발전기(GSF 용) 10. 파형 구심판 로터

11. 파형 막판 스테이터 12. 교류동기 발전기(터보차저 용)

13. 인버터 14. 3방향 오토 댐퍼

141. 3방향 오토 댐퍼 142. 3방향 오토 댐퍼

143. 3방향 오토 밸브 144. 3방향 오토 밸브

15. 배터리 축열 커버 16. 엔진오일 축열 커버

17. 전기 전도성 하이드로겔 상변환 잠열 축열재(EHPCM)축열조

18. 광촉매 코팅 영역 19. 열교환기

20. 황금나선 토출장치(GSF) 21. 분배기

본 발명은 자동차운전 시의 축, 발전 전기와 엔진 냉각수 및 터보차저에서 배기되는 배기 열을 전기 전도성 하이드로 겔 상변환 잠열축열재(EHPCM)를 이용하여 상시 축열 저장 하였다가 동절기의 자동차 전원 입력과 동시에 축열 열을 차내로 공급 하며, EHPCM을 이용하여 별도의 자동차 냉 시동을 방지 하는 축열 식 난방 장치에 관한 것이다.

종래의 자동차 냉 시동과 관련한 디젤 차량의 경우 전기 계통에 있어서 배터리 온도가 낮아지면 성능이 떨어지고 필요한 출력을 내기위해 충전되는 능력 역시 감소하며, 연료계통에 있어서 디젤 연료가 겨울철에 굳어지는 왁싱(waxing)

현상이 나타나 스크린과 필터를 막게 되고 급격하게 굽은 연료라인과 피팅 등에 저항이 걸리게 한다. 또한 윤활유 계통에 있어서 겨울철 운전과 관련하여, 엔진에 사용되는 윤활유의 두 가지 중요한 물리적 특성은 유동점(pour point)과 점도 인데, 점도가 무엇보다 중요하다. 우선, 오일은 오일 팬 내에서 자유롭게 흐를 수 있어야 하고 다음으로 엔진을 자유롭게 순환할 수 있어야 한다. 크랭크 케이스 내의 오일이 고체화 된 상태에서 엔진 시동을 한다면 윤활유 부족에 의해 중대한 하자가 발생할 것이다. 오일은 충분하게 낮은 유동점을 유지해야 하며 그럼으로써 낮은 온도에서도 항상 액체 상태로 유지되어야 한다. 공기 흡입 계통에 있어서는 공기 밀도와 공기 온도 두 가지 측면을 고려하여야 한다. 대기 온도가 낮아지면 공기 밀도는 증가한다. 그 결과 터보차저 엔진의 경우 실린더 최고 압력이 증가하게 된다. 실린더 압력의 증가는 다음 유형의 문제를 발생시킬 수 있다. 아울러 LPG 차량의 경우 연료펌프를 사용하지 않고 연료탱크(봄베)내의 가스 자체 압력으로만 연료를 공급하기 때문에 온도 저하로 인해 연료탱크 내 압력이 낮아지면 시동이 어려워진다. - 특히 겨울철에는 프로판 20%, 부탄 70%로 사용하기 때문에 엔진의 기화기(Vaporizer)가 작동하려면 약 0.3㎏/㎠의 연료 압력이 필요하다. 그러나 외기 온도가 약 -15℃ 이하로 되면 프로판 30%의 증기압이 0.3㎏/㎠ 이하로 되기 때문에 기화기의 원활한 작동이 불가능해 시동이 어려워지게 된다. 기타 관련 장치로 미국'센토 서멀 시스템'사가 개발한'쾌속 난방(Rapid Heat)'으로 이름 붙여진 열기구 히팅 시스템은 차 시동을 건지 10초 이내에 온도가 오르기 시작, 20초내에 섭씨 30도까지 차 내부를 덥힐 수 있다. 승용차가 달리는 동안의 뜨거워진 냉각수가 이 원통으로 보내져 저장되며, 시동이 걸리면 아직은 차가운 엔진 속의 냉각수는 이 통속으로 들어가는 대신, 이미 통속에 저장됐던 뜨거운 물이 흘러나오면서 히터의 온도를 삽시간에 올려버린다는 원리이다. 개당 단가는 500∼700달러선이며, 이 장치는 비교적 소형의 크기와 간단하게 설치 운용 된다는 장점은 있으나 장치보유열/외부의 온도 편차 클 경우 일정한 온도 유지 및 장시간의 안정된 열원 공급에는 무리가 따른다. 또한 동절기의 급강하된 온도로 인하여 자동차가 냉 시동이 발생할 경우는 실질 적인 운용에 한계가 있다. 이와 함께 종래의 자동차 과급기 장치 운용에 있어 터보차저의 경우 엔진 배기가스에 의해 회전하는 터빈과 공기 압축을 담당하는 터빈이 하나의 축으로 일체화 되어 배기가스의 고열이 공기 압축에 방해가 되어왔다.

따라서 본 하이브리드 전기 전도성 하이드로겔 상변환 잠열 축열 난방 및 냉 시동 방지 장치는 자동차 운행 중의 엔진 열을 흡열한 냉각수와 엔진의 배기열이 터보차저 가동 후의 열교환기(19)를 경유하면서 축열 저장 되어 자동차 엔진이 가동 전 전원 입력과 동시에 차내 난방 공급열원으로 제공 되고, 이러한 축열 난방 공급이 장시간에 걸 처 이루지는 경우 열교환기(8)의 축열 부에 설치되는 온도 센서의 하한 신호에 의해 축전지로부터 전원이 공급되어 전도성 하이드로겔의 상변환 잠열 축열을 이용하여 안정적인 난방 열원을 공급한다. 또한 엔진 과 급기 장치에 있어서 전기계통, 연료계통, 윤활유 계통, 공기 흡입 계통에 걸 처 냉 시동 방지 시스템으로 운용 되고, 종래의 터보차저의 불합리를 개선할 목적으로 공기압축용 터빈을 제거하는 대신에 교류동기 발전기(12)를 부착하여 발전되는 전력이 인버터를 경유하여 배터리에 충전되어 황금나선 토출 장치(GSF)교류 동기 전동기(8)를 가동하여 공기를 응축 및 압축하여 엔진 연소 공기로 공급한다.

하이브리드 전기 전도성 하이드로겔 상변환 잠열 축열 난방 및 냉 시동 방지 장치는 엇갈린 경사각의 열 교환기(19)를 통하여 자동차의 전기 에너지 및 폐열을 회수함에 있어, 열교환기(19)의 설계는 급, 배기가 통과하는 경로의 세로방향을 2등분한 면적의 중심에 내각 120도의 엇갈린 경사각을 가진 열 교환 판을 균등 배치하고 급, 배기 간 엇갈린 경사각의 열판(3)이 접하는 열교환면에 전기 전도성 하이드로겔 상변환 잠열 축열재(17)충진 축열조를 설치한다. 열교환기(19)의 재질은 SUS316*0.6T로 도면의 형상을 가지고 브레이징 공법에 의해 기밀 합체 제작되며 급, 배기가 경유하는 관로의 표면인 광촉매 코팅 영역(18)은 아나타제계 이산화티탄 도막을 형성하여 열 교환판과 대향되는 열교환관의 직진 면에 설치되는 UV램프(5) 에서 조사 되는 자외선(386nm)에 의한 광촉매 효과로 급기경로는 외기공기에 포함된 오염물질을 분해 살균함과 동시에 배기경로는 연소 폐가스를 분해하여 배출함으로서 급, 배기 공기를 동시에 청정하는 효과를 가진다. 또한 열교환기(19)의 열 교환 특징은 각각의 급, 배기 관로로 이동되어진 기체가 열교환기 내로 진입 되어 엇갈린 경사각 (내각120도)에 의해 전단의 경사각에 대향하는 유선과 기체 진행방향과 일직선으로 직진 하려는 유선 분리가 일어나고 직진하는 유선은 주 흐름을 앞으로 진행하는 역할을 수행하며, 경사각에 대향 압축되었던 유선은 경사각의 꼭지 점에서 작은 소용돌이(와류=eddy)로 분산되고, 경사각을 따라 내리며 더욱 작은 소용돌이로 쪼개짐을 반복 하면서 수많은 작은 소용돌이(eddy)를 발생 시켜 주위로부터 열과 물질은 끌어 모아 분산 하여 열 교환 판을 사이로 비가역적 현상을 극대화한 다. 아울러 열교환기(19)의 방열관은 엔진 냉각수 순환용 열 교환 방열 관(4)과 연료 순환 방열 관(41)이 구분 되어 매입 된다. 또한 전기 전도성 하이드로겔 상변환 축열재(7)는 시약용망초 또는 공업용 망초 또는 무수 망초 (Na2SO4)에 일정량에 보락스와 결정수를 첨가한 후 가열하여 용액을 만들고, 용융액 중의 결정수에 보락스가 완전히 용해되도록 상기 혼합물을 10분 동안 교반하여 보락스가 완전히 용해된 후, 전도성 물질인 천연 인상 흑연(Natural Crystalline Graphite)또는 탄소 나노 섬유(Graphite Nano Fiber)또는 CNT(Carbon Nano Tube)또는 탄화규소 (Carborundum)분말을 첨가하여 다시 10분 동안 교반하여 전도성 물질이 용액에 완전히 분산된 상태에서 폴리비닐알코올-폴리아크릴산-폴리아크릴산나트륨 공중합체 고흡수성 고분자를 혼합 후 충분히 교반하여 고 흡수성 고분자 및 전도성 물질이 용액 내에 고르게 분산될 수 있게 하였다. 고흡수성 고분자를 혼합할수록 용액의 점도가 높아져 마침내는 용액이 유동성을 상실하면서 전기 전도성 하이드로 겔 타입 난방용 잠열 축열재가 형성되고, 전기 전도성 하이드로 겔이 형성되면 고 흡수성 고분자의 혼합이 어려워지므로, 이러한 불균일한 혼합을 방지하기 위해 30분 동안 충분히 교반하였다. 그 결과, 분산된 전도성 물질이 3차원 고 흡성 고분자 그물망에 갇혀진 상태로 분산되어 전기 전도성 하이드로겔 축열재의 상변환 시 전기 전도성 물질의 비중에 따른 침강이 발생하지 않는 전기 전도성 하이드로 겔 상변환 축열재(7)를 제조하였다. 이와 같은 열 교환기(19)의 운용은 동절기와 상시로

구분운용 외 동절기 자동차 초기 가동 시와 동절기 운행 중인 경우로 구분 된다. 동절기 초기 자동차 가동 시는 전원이 입력되는 순간에 열 교환기(19)의 축 열 열이 오토댐퍼 (141)을 경유, 오토 댐퍼(142), 오토 댐퍼(14)를 경유 하여 차내 난방 열원으로 공급 된다. 또한 동절기 운행 중인 경우는 터보차저를 거친 엔진 연소 배기열을 열 교환기(19)를 경유하여 머플러로 배기하여 엔진 연소열을 회수 축열 하고, 열 교환기(19)의 축열조 센서(2)가 설정 이상의 온도를 감지할 경우 오토 뎀퍼(141)에서 상시 방향으로 전환되어 오토 뎀퍼(14)를 경유하여 차내로 난방을 급기 된다. 이와 동시에 터보차저에 공기 압축 터빈과 교체되어 설치된 교류동기 발전기(12)에서 발전된 전류는 인버터를 경유하여 배터리에 축전과 함께 배터리에서 축전된 직류 전류를 인버터에서 교류로 전환하여 황금나선 토출장치(20)을 가동하여 엔진 연소공기를 응축 및 압축하여 공급된다. 이때 황금나선 토출장치(20)의 구성 및 원리는 황금 나선 비율(약 1.618 - 그림5의 식들에서 예와 같이 황금나선의 X축, Y축을 기준으로 한 각각의 호와 그 반지름은 1.618의 비율을 유지하며 황금나선의 중심을 향해 무한소의 수축과 동시에 무한대의 팽창 특징)의 파형 곡선을 가지는 파형 막판을 스테이터(11)로 하고 파형 구심판인 로터(10)를 유체의 펌프부로 적용하면서 로터(10)의 회전하는 원심력과 구심력을 이용, 종래의 터빈 엔진과 4싸이클 기관의 작동과 같은 흡입 → 압축 → 팽창(폭발) → 배기 싸이클을 가진다. 황금나선(Golden Spiral)토출 장치의 회전방향은 반시계방향으로 흡입 되는 유체의 코리올리 효과의 극대화를 위하였다.

두개의 파형 판(10,11)은 금속 재질(스테인레스 스틸 또는 알미늄 또는 은도금 구리판 또는 구리 합금 - 구리78%, 주석22%)의 파도모양의 파형 구심판인 로터(10)가 회전함으로써 서로 수렴하는 형태로 마주 보고 있는 파형 막판인 스테이터 (11) 사이의 유체는 원심력을 받으면서 축 → 원주상의 운동을 시작하면서 가속된다. 이때 원심력과 구심력에 의한 보텍스 운동에 의한 흡입력이 발생하여 스테이터(11)하단, 흡입부에 진공이 발생하고 이때 진공의 세기는 로터(10)의 회전력에 달려있다. 즉 반 시계 반향으로 회전하는 로터(10)의 흡입력에 의해 스테이터(11)전단의 흡입부로 도입되는 유체는 코리올리 효과에 의한 회전 운동을 가지고 도입되며, 일정 각도로 흡입 부 내면 중심으로 점점 좁아지는 수렴하는 면을 따라 더욱 빠른 회전력을 가진다. 흡입부 하단인 구심성의 중심에 도달한 유체는 로터축을 중심으로 360도 방향으로 균일 하게 수렴하여 좁아지는 스테이터(11)의 볼록한 면에 대하여 빠른 유속의 성질을 가지며 압력이 낮아지고, 대향하는 로터(10)의 오목한 면에 대하여 감속 되며 압력은 높아지는 베르누이 효과를 유발 하여 두개의 파형 판인 고정된 스테이터(11)와 회전하는 로터(10)가 만든 파형의 통로 입구 압력이 낮아지면서 파형의 통로로 빠르게 진입 된다.

이때 유체는 자기가 가진 에너지를 덜 소비하는 쪽으로 흐르는 코안다 효과(coanda effect)에 의해 유체의 유동은 처음으로 곡면을 따라 흐르는 현상을 경험하게 되며, 그것은 유체의 점성에 의한 것으로서, 계속 이어지는 파형의 통로 내를 이동하면서 진행하는 유체의 에너지 파장이 앞으로 흐르게 되는 파형 경로에서 부딪쳐 되 오는 정보를 전달 받으면서 경로를 스스로 인식하며, 그에 따라서 흐르게 된다. 동시에 파형의 통로로 진입된 공기는 원심력과 함께 파형의 통로를 따라서 이동하면서 축 - 원주 상의 보텍스 운동을 일으켜 점점 냉각, 응집하기 시작한다. 로터(10)을 세차게 구동할수록 공기분자는 원심력과 구심력을 동시에 경험하면서 점점 냉각되고 응집된다. 이와 같이 구심성 응집과 확산을 빠르게 반복함으로써 일반적으로 하강, 응집하는 냉을 단열 팽창의 형태로 변환 토출 시킨다. 아울러 엔진으로부터 고온을 흡열한 냉각수가 오토 밸브 (143)에서 방열관(41)을 경유하여 열 교환기(19)에 축열 후 히트 코일로 공급된다. 이때 역시 열교환기(19)축열조 온도가 설정 이상 감지 시는 방열관(41)을 경유치 않으며 히트 코일로 직접 공급된다. 이와 같은 과정에서 냉 시동 방지 시스템 운용 부분에 있어서 전기 계통은 배터리 전해액 부분을 전기 전도성 하이드로겔 상변환 잠열 축열재(7)에 담지된 상태로 하고, 단열재가 외부를 감싼 배터리 보온 박스를 제공하여 동절기 온도 급강하에 따른 배터리 출력 저하가 엔진 크랭킹 부하의 증가요인을 방지한다. 또한 연료 계통에 있어서 오토 밸브(144)를 경유한 연료가 방열관(4)를 거치면서 디젤차량의 경우 연료의 왁싱(waxing)현상을 방지 하며, LPG차량의 경우, 방열관(4)를 경유하여 연료가 기화 하면서 기화기(Vaporizer)의 작동력을 원활하게 한다. 윤활유 계통의 냉 시동 방지는 엔진의 하부 엔진오일 부분의 형상과 면적에 대하여 전기 전도성 하이드로겔 상변환 잠열 축열재(7)에 담지 된 상태로 하고, 단열재가 외부를 감싼 엔진오일 보온용 욕조 형 커버(16)를 제공하여 동절기 온도와 상관 없이 윤활유의 두 가지 중요한 물리적 특성인 유동점(pour point)과 점도를 유지 한다. 공기 흡입 계통을 위해서는 기존의 엔진 에어 클리너와 병행하여 분배기(21)내의 안내날개가 자동 조절 각도에 위치하여 에어 클리너로부터 차 거운 공기의 양을 줄인 상태에서 열교환기(19)와 오토 댐퍼(142)를 경유하여 공급되는 따뜻해진 공기를 터보차저로 흡입 한다.

이상의 과정에서 전기에너지 축 발전 운용 시스템에 있어서, 자동차 토탈 파워 PW = PW1+PW2+100Watt가 고려된 발전기와 배터리가 선정 되어야 하며, 두개의 발전기(9,12)로부터 발전된 전력은 인버터를 경유하여 배터리에 충전되고, 충전된 전류는 다시 교류로 변환 출력되어 상시의 GSF(20)교류동기 전동기를 가동하고 냉 시동 방지를 위한 전기, 윤활계통 커버(15.16)의 소모 전류와 하이브리드 자동차 전기 축전용으로 공급된다. 또한 본 장치가 장착된 차량의 장시간 주차로 인한 열교환기(19)의 축열이 저하 된 경우 1분 이내에 냉 시동 시스템 가동을 위한다.

이상과 같이 본 발명에 따라 동절기 차량 탑승과 동시에 따뜻한 공기를 공급함으로서 쾌적하고 안전한 운전을 위하고, 냉 시동과 관련하여 최근 소형 트럭, 승용차, 소형 건설기계 등의 분야에 있어서도 고속 디젤기관을 널리 이용하게 되었고 앞으로 디젤 연료의 중질화 및 세탄가 저하의 경향 등을 고려할 경우 시동성의 확보는 더욱 중요한 문제가 된다. 또한 환경오염 문제와 관련하여 자동차 배기가스 배출 규제가 나날이 강화되고 있으며, 이 규제를 만족시키기 위한 여러 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 발명은 기존 차량의 효율 상승에 기여함과 더불어 향후 하이브리드 자동차의 주 목적인 저에너지 고효율 자동차 실현에 있어서 폐열의 재활용을 위하여 전기 전도성 하이드로겔 축열재를 이용한 축열과 이를 이용한 발전 및 충전을 통하여 열교환기(19)와 더불어 안정적인 열원을 확보 공급함으로서 차량 각 부위의 냉 시동으로 인한 부품 소손의 방지는 물론 자동차 효율 상승을 통한 에너지 절약 효과가 있다.

Claims

하이브리드 전기 전도성 하이드로겔 상변환 잠열 축열 난방 및 냉 시동 방지 장치는 엇갈린 경사각의 열 교환기(19)를 통하여 자동차의 전기 에너지 및 폐열을 회수함에 있어, 열교환기(19)의 설계는 급, 배기가 통과하는 경로의 세로방향을 2등분한 면적의 중심에 내각 120도의 엇갈린 경사각을 가진 열 교환 판을 균등 배치하고 급, 배기 간 엇갈린 경사각의 열판(3)이 접하는 열교환면에 전기 전도성 하이드로겔 상변환 잠열 축열재(17)충진 축열조를 설치한다. 열교환기(19)의 재질은 SUS316*0.6T로 도면의 형상을 가지고 브레이징 공법에 의해 기밀 합체 제작되며 급, 배기가 경유하는 관로의 표면인 광촉매 코팅 영역(18)은 아나타제계 이산화티탄 도막을 형성하여 열 교환판과 대향되는 열교환관의 직진 면에 설치되는 UV램프(5) 에서 조사 되는 자외선(386nm)에 의한 광촉매 효과로 급기경로는 외기공기에 포함된 오염물질을 분해 살균함과 동시에 배기경로는 연소 폐가스를 분해하여 배출함으로서 급, 배기 공기를 동시에 청정하는 효과를 가진다. 또한 열교환기(19)의 열 교환 특징은 각각의 급, 배기 관로로 이동되어진 기체가 열교환기 내로 진입 되어 엇갈린 경사각 (내각120도)에 의해 전단의 경사각에 대향하는 유선과 기체 진행방향과 일직선으로 직진 하려는 유선 분리가 일어나고 직진하는 유선은 주 흐름을 앞으로 진행하는 역할을 수행하며, 경사각에 대향 압축되었던 유선은 경사각의 꼭지 점에서 작은 소용돌이(와류=eddy)로 분산되고, 경사각을 따라 내리며 더욱 작은 소용돌이로 쪼개짐을 반복 하면서 수많은 작은 소용돌이(eddy)를 발생 시켜 주위로부터 열과 물질은 끌어 모아 분산 하여 열 교환 판을 사이로 비가역적 현상을 극대화한다. 아울러 열교환기(19)의 방열관은 엔진 냉각수 순환용 열 교환 방열 관(4)과 연료 순환 방열 관(41)이 구분 되어 매입 된다. 또한 전기 전도성 하이드로겔 상변환 축열재(7)는 시약용망초 또는 공업용 망초 또는 무수 망초 (Na2SO4)에 일정량에 보락스와 결정수를 첨가한 후 가열하여 용액을 만들고, 용융액 중의 결정수에 보락스가 완전히 용해되도록 상기 혼합물을 10분 동안 교반하여 보락스가 완전히 용해된 후, 전도성 물질인 천연 인상 흑연(Natural Crystalline Graphite)또는 탄소 나노 섬유(Graphite Nano Fiber)또는 CNT(Carbon Nano Tube)또는 탄화규소 (Carborundum)분말을 첨가하여 다시 10분 동안 교반하여 전도성 물질이 용액에 완전히 분산된 상태에서 폴리비닐알코올-폴리아크릴산-폴리아크릴산나트륨 공중합체 고흡수성 고분자를 혼합 후 충분히 교반하여 고 흡수성 고분자 및 전도성 물질이 용액 내에 고르게 분산될 수 있게 하였다. 고흡수성 고분자를 혼합할수록 용액의 점도가 높아져 마침내는 용액이 유동성을 상실하면서 전기 전도성 하이드로 겔 타입 난방용 잠열 축열재가 형성되고, 전기 전도성 하이드로 겔이 형성되면 고 흡수성 고분자의 혼합이 어려워지므로, 이러한 불균일한 혼합을 방지하기 위해 30분 동안 충분히 교반하였다. 그 결과, 분산된 전도성 물질이 3차원 고 흡성 고분자 그물망에 갇혀진 상태로 분산되어 전기 전도성 하이드로겔 축열재의 상변환 시 전기 전도성 물질의 비중에 따른 침강이 발생하지 않는 전기 전도성 하이드로 겔 상변환 축열재(7)를 제조하였다. 이와 같은 열 교환기(19)의 운용은 동절기와 상시로 구분운용 외 동절기 자동차 초기 가동 시와 동절기 운행 중인 경우로 구분 된다. 동절 기 초기 자동차 가동 시는 전원이 입력되는 순간에 열 교환기(19)의 축열 열이 오토댐퍼 (141)을 경유, 오토 댐퍼(142), 오토 댐퍼(14)를 경유 하여 차내 난방 열원으로 공급 된다. 또한 동절기 운행 중인 경우는 터보차저를 거친 엔진 연소 배기열을 열 교환기(19)를 경유하여 머플러로 배기하여 엔진 연소열을 회수 축열 하고, 열 교환기(19)의 축열조 센서(2)가 설정 이상의 온도를 감지할 경우 오토 뎀퍼(141)에서 상시 방향으로 전환되어 오토 뎀퍼(14)를 경유하여 차내로 난방을 급기 된다. 이와 동시에 터보차저에 공기 압축 터빈과 교체되어 설치된 교류동기 발전기(12)에서 발전된 전류는 인버터를 경유하여 배터리에 축전과 함께 배터리에서 축전된 직류 전류를 인버터에서 교류로 전환하여 황금나선 토출장치(20)을 가동하여 엔진 연소공기를 응축 및 압축하여 공급된다. 이때 황금나선 토출장치(20)의 구성 및 원리는 황금 나선 비율(약 1.618 - 그림5의 식들에서 예와 같이 황금나선의 X축, Y축을 기준으로 한 각각의 호와 그 반지름은 1.618의 비율을 유지하며 황금나선의 중심을 향해 무한소의 수축과 동시에 무한대의 팽창 특징)의 파형 곡선을 가지는 파형 막판을 스테이터(11)로 하고 파형 구심판인 로터(10)를 유체의 펌프부로 적용하면서 로터(10)의 회전하는 원심력과 구심력을 이용, 종래의 터빈 엔진과 4싸이클 기관의 작동과 같은 흡입 → 압축 → 팽창(폭발) → 배기 싸이클을 가진다. 황금나선(Golden Spiral)토출 장치의 회전방향은 반시계방향으로 흡입 되는 유체의 코리올리 효과의 극대화를 위하였다.

두개의 파형 판(10,11)은 금속 재질(스테인레스 스틸 또는 알미늄 또는 은도금 구리판 또는 구리 합금 - 구리78%, 주석22%)의 파도모양의 파형 구심판인 로터 (10)가 회전함으로써 서로 수렴하는 형태로 마주 보고 있는 파형 막판인 스테이터(11) 사이의 유체는 원심력을 받으면서 축 → 원주상의 운동을 시작하면서 가속된다. 이때 원심력과 구심력에 의한 보텍스 운동에 의한 흡입력이 발생하여 스테이터(11)하단, 흡입부에 진공이 발생하고 이때 진공의 세기는 로터(10)의 회전력에 달려있다. 즉 반 시계 반향으로 회전하는 로터(10)의 흡입력에 의해 스테이터(11)전단의 흡입부로 도입되는 유체는 코리올리 효과에 의한 회전 운동을 가지고 도입되며, 일정 각도로 흡입 부 내면 중심으로 점점 좁아지는 수렴하는 면을 따라 더욱 빠른 회전력을 가진다. 흡입부 하단인 구심성의 중심에 도달한 유체는 로터축을 중심으로 360도 방향으로 균일 하게 수렴하여 좁아지는 스테이터(11)의 볼록한 면에 대하여 빠른 유속의 성질을 가지며 압력이 낮아지고, 대향하는 로터(10)의 오목한 면에 대하여 감속 되며 압력은 높아지는 베르누이 효과를 유발 하여 두개의 파형 판인 고정된 스테이터(11)와 회전하는 로터(10)가 만든 파형의 통로 입구 압력이 낮아지면서 파형의 통로로 빠르게 진입 된다.

이때 유체는 자기가 가진 에너지를 덜 소비하는 쪽으로 흐르는 코안다 효과(coanda effect)에 의해 유체의 유동은 처음으로 곡면을 따라 흐르는 현상을 경험하게 되며, 그것은 유체의 점성에 의한 것으로서, 계속 이어지는 파형의 통로 내를 이동하면서 진행하는 유체의 에너지 파장이 앞으로 흐르게 되는 파형 경로에서 부딪쳐 되 오는 정보를 전달 받으면서 경로를 스스로 인식하며, 그에 따라서 흐르게 된다. 동시에 파형의 통로로 진입된 공기는 원심력과 함께 파형의 통로를 따라서 이동하면서 축 - 원주 상의 보텍스 운동을 일으켜 점점 냉각, 응집하기 시작한다. 로터(10)을 세차게 구동할수록 공기분자는 원심력과 구심력을 동시에 경험하면서 점점 냉각되고 응집된다. 이와 같이 구심성 응집과 확산을 빠르게 반복함으로써 일반적으로 하강, 응집하는 냉을 단열 팽창의 형태로 변환 토출 시킨다. 아울러 엔진으로부터 고온을 흡열한 냉각수가 오토 밸브 (143)에서 방열관(41)을 경유하여 열 교환기(19)에 축열 후 히트 코일로 공급된다. 이때 역시 열교환기(19)축열조 온도가 설정 이상 감지 시는 방열관(41)을 경유치 않으며 히트 코일로 직접 공급된다. 이와 같은 과정에서 냉 시동 방지 시스템 운용 부분에 있어서 전기 계통은 배터리 전해액 부분을 전기 전도성 하이드로겔 상변환 잠열 축열재(7)에 담지된 상태로 하고, 단열재가 외부를 감싼 배터리 보온 박스를 제공하여 동절기 온도 급강하에 따른 배터리 출력 저하가 엔진 크랭킹 부하의 증가요인을 방지한다. 또한 연료 계통에 있어서 오토 밸브(144)를 경유한 연료가 방열관(4)를 거치면서 디젤차량의 경우 연료의 왁싱(waxing)현상을 방지 하며, LPG차량의 경우, 방열관(4)를 경유하여 연료가 기화 하면서 기화기(Vaporizer)의 작동력을 원활하게 한다. 윤활유 계통의 냉 시동 방지는 엔진의 하부 엔진오일 부분의 형상과 면적에 대하여 전기 전도성 하이드로겔 상변환 잠열 축열재(7)에 담지 된 상태로 하고, 단열재가 외부를 감싼 엔진오일 보온용 욕조 형 커버(16)를 제공하여 동절기 온도와 상관 없이 윤활유의 두 가지 중요한 물리적 특성인 유동점(pour point)과 점도를 유지 한다. 공기 흡입 계통을 위해서는 기존의 엔진 에어 클리너와 병행하여 분배기(21)내의 안내날개가 자동 조절 각도에 위치하여 에어 클리너로부터 차 거운 공기의 양을 줄인 상태에서 열교환기(19)와 오토 댐퍼(142)를 경유하여 공급되는 따뜻해진 공기를 터보차저로 흡입 한다.

이상의 과정에서 전기에너지 축 발전 운용 시스템에 있어서, 자동차 토탈 파워 PW = PW1+PW2+100Watt가 고려된 발전기와 배터리가 선정 되어야 하며, 두개의 발전기(9,12)로부터 발전된 전력은 인버터를 경유하여 배터리에 충전되고, 충전된 전류는 다시 교류로 변환 출력되어 상시의 GSF(20)교류동기 전동기를 가동하고 냉 시동 방지를 위한 전기, 윤활계통 커버(15.16)의 소모 전류와 하이브리드 자동차 전기 축전용으로 공급된다. 또한 본 장치가 장착된 차량의 장시간 주차로 인한 열교환기(19)의 축열이 저하 된 경우 1분 이내에 냉 시동 시스템 가동을 위한다.