[发明专利]排气能量回收系统

说明书

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1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。

技术领域

本发明涉及用于排气再循环系统的容积式流体膨胀器。

背景技术

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。

发明内容

总的来说，本发明涉及一种容积式流体膨胀器。本发明描述了包括如下几个方面在内但不局限于此的诸多方面。

本发明的一个方面中，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WO2013/130774中描述的那样。WO2013/130774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。WO2013/120774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。

根据本发明的另一个方面，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。

本发明的又一个方面中，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是具有根据本发明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是具有根据本发明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。