排气能量回收系统技术方案

一种排气能量回收系统，包括动力装置和容积式流体膨胀器。动力装置具有用于输送具有第一压力的排气流的排气出口。容积式流体膨胀器包括壳体和输出轴。壳体具有入口和出口，壳体入口与排气出口流体连通。容积式流体膨胀器构造成通过将排气流膨胀至低于第一压力的第二压力而在输出轴处产生有用功，且随着排气流从壳体入口移至出口，排气流的体积基本没有减小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】排气能量回收系统相关申请该申请于2013年12月27日作为PCT国际申请提出，并要求申请日为2013年I月3日的美国专利申请61/748,740、申请日为2013年3月15日的美国专利申请61/787，834以及申请日为2013年3月15日的美国专利申请61/798，137作为优先权，其内容通过引用包含于本文中。
本专利技术涉及用于排气再循环系统的容积式流体膨胀器。
技术介绍
在很多产生能量或将能量转化为有用功的过程中都必然会产生废热能量，例如动力装置。通常，这种废热能量被释放到周围环境中。某种应用中，废热能量产生自内燃机。发动机的排气通常具有高温和高压，且通常不经过任何能量回收过程便被排放到周围环境中。或者，已经使用一些方法在同一过程或不同过程中来回收废能以及对回收能量进行再利用。然而，仍然需要提高能量回收的效率。
技术实现思路
总的来说，本专利技术涉及一种容积式流体膨胀器。本专利技术描述了包括如下几个方面在内但不局限于此的诸多方面。本专利技术的一个方面中，提供了一种容积式流体膨胀器，通过膨胀工作流体从而产生有用功。在一个应用中，该容积式流体膨胀器被用来从动力设备中回收废能，例如来自燃料电池或者内燃机的废热能量。该动力装置可以设置在车辆中或者用于静止设备，例如动力装置被作为发电机的情况。在一个可能的结构而非限制性的示例中，该容积式流体膨胀器用于内燃机的排气再循环系统。在一个示例中，工作流体是来自内燃机或者燃料电池的全部或部分排气流。另一个示例中，将工作流体与来自内燃机或燃料电池的废热流分开并被其加热，例如PCT国际申请W02013/130774中描述的那样。W02013/130774公开工作流体可被用于朗肯循环，其中该工作流体可以是例如乙醇、正戊烷或甲苯的溶剂。W02013/120774在此通过引用包含于此。如所示，该容积式流体膨胀器包括壳体，其具有构造成接收处于第一压力的工作流体的入口和构造成以比第一压力低的第二压力排出工作流体的出口。该膨胀器还包括可转动地布置在壳体中的第一和第二螺旋啮合转子，其构造成被工作流体旋转并将工作流体从入口传送至出口。每个转子具备多个叶片，其定位成当第一转子的一个叶片相对入口前进时，第二转子的一个叶片相对于入口离开。该膨胀器还包括输出轴，转子的运动带动其旋转，由此容积式流体膨胀器回收的能量被传回动力装置。配方的另一个实施例涉及车辆，其包括动力设备并采用上述系统以增大由动力设备产生的动力。根据本专利技术的另一个方面，能量回收装置设置在排气再循环(EGR)系统中以提高内燃机的性能或效率。该容积式流体膨胀器被构造成从发动机接收第一排气流，将第一排气流膨胀至第二排气流，产生机械功，并排出第二排气流。如上所述的容积式流体膨胀器可以被用于该容积式流体膨胀器。第二排气流具有比第一排气流低的压力和/或温度。尤其是，该容积式流体膨胀器包括具有入口和出口的壳体。其中，发动机具有进气歧管和排气歧管，入口与排气歧管流体连通并构造成从排气歧管接收第一排气流。该出口与进气歧管流体连通并构造成排出第二排气流。在一些实施例中，该入口可以直接与排气歧管流体连通，出口可以直接与进气歧管流体连通。该能量回收系统进一步包括连接至容积式流体膨胀器的发电机。在一些实施例中，发电机被构造成控制容积式流体膨胀器中转子的转速，从而调整由该装置排出的第二排气流的量。该能量回收系统进一步包括储能装置。容积式流体膨胀器产生的机械功储存在储能装置中，之后在需要的时候进行释放。该储能装置可以是电池组或蓄能器。本专利技术的又一个方面中，提供了一种用于容积式流体膨胀器的发电机。该发电机被构造成通过控制转子的转速来调节从容积式流体膨胀器的壳体排出的第二排气流的量。【附图说明】图1是具有根据本专利技术的示例的特征的容积式流体膨胀器的第一实施例的截面侧视图。图2是图1中容积式流体膨胀器的示意性俯视立体图。图3是具有根据本专利技术的示例的特征的容积式流体膨胀器的第二实施例的侧面立体图。图4是图3所示容积膨胀器的剖面侧视立体图。图5是示出了图1和3所示的容积膨胀器的转子的几何参数的示意图。图6是示出了图1和3所示的容积膨胀器的转子的示意图。图7是示出了图1和3所示的容积膨胀器中使用的转子的立体图。图8是应用于车辆的具有容积式流体膨胀器的能量回收系统的第一实施例的示意图。图9是具有容积式流体膨胀器的能量回收系统的第二实施例的示意图。图10是具有涡轮增压器的能量回收系统的第三实施例的示意图。图11是具有涡轮增压器的能量回收系统的第四实施例的示意图。【具体实施方式】将参照附图对各种实施例进行描述，其中不同视图中同样的附图标记表示相同的部分和部件。各个实施例并不是对所附权利要求的保护范围的限制。另外，说明书中描述的任何实施例并不是为了限制，而仅仅是为了描述对所附权利要求的诸多可能实施例中的一部分。容积式流体膨胀器参见图1-4，示出了容积式流体膨胀器20的两个实施例(图1-2和图3_4)。需要注意的是，相同的附图标记用于两个实施例中相似的部件。下面的描述可应用于每个实施例。本文中的该容积式流体膨胀器20可被描述为膨胀器、膨胀装置或容积能量回收装置。能量回收系统可由与容积式流体膨胀器联接的部件形成，容积式流体膨胀器直接或间接地将能量传输回动力装置。如图所示，膨胀装置20包括具有流体入口 24和流体出口 26的壳体22，流体12_1经过膨胀装置20压降后将能量传送至输出轴38。该入口 24构造成容许工作流体12-1处于第一压力，而出口 26被构造成以低于第一压力的第二压力排出工作流体12-2。该输出轴38通过同时连接位于壳体22的腔28中的第一和第二交错对转式转子30、32被驱动。各转子30、32具有叶片，其沿着转子30、32的长度方向呈螺纹状或螺旋状设置。随着转子30、32的旋转，叶片至少部分地将流体12-1封闭于壳体内侧，此时流体12-1的膨胀仅发生在代表系统失效的泄露的情况下。不同于当流体封闭时流体量产生变化的一些膨胀装置，当流体12横穿过转子30、32的长度时，限定在叶片和装置20壳体22内侧之间的体积恒定。因此，该膨胀装置20被称作"容积装置"，因为封闭的或部分密封的流体体积不发生变化。另如图2所示，每个转子30、32具有四个叶片，转子30具有30-1、30-2、30-2、30-3和30-4，转子32具有32-1、32-2、32-3和32_4。虽然所示出的每个转子30和32都具有四个叶片，但每个转子可具有等于或大于两个的任意数量叶片。例如，图7示出的转子33具有三个叶片33-1、33-2和33-3。另外，每个转子30和32的叶片数量相同。这不同于典型的回转螺旋装置20和其他类似构造的旋转设备的结构，其具有不同的叶片数量(例如，具有"η"个叶片的阳转子和具有"η+1"个叶片的阴转子)。另外，膨胀装置的区别特征之一在于，转子30和32是相同的，但转子30和32反向设置，因此，从一个轴端看，一个转子的叶片顺时针旋转而相配合的转子的叶片逆时针旋转。因当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种排气能量回收系统，包括：具有进气歧管和排气歧管的发动机；和容积式流体膨胀器，其接收第一排气流，将所述第一排气流膨胀成第二排气流，产生机械功，并将所述第二排气流排出，所述第二排气流的压力低于所述第一排气流的压力，其中，所述容积式流体膨胀器包括具有入口和出口的壳体，所述入口与所述排气歧管流体连通并构造成从所述排气歧管接收所述第一排气流，且所述出口与所述进气歧管流体连通并构造成排出所述第二排气流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·N·埃博根，S·N·萨布拉马尼安，
申请(专利权)人：伊顿公司，
类型：发明
国别省市：美国;US