• / 22
  • 下載費用:30 金幣  

排氣能量回收系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201380069538.1

申請日:

2013.12.27

公開號:

CN104995384A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回IPC(主分類):F02B 37/013申請公布日:20151021|||實質審查的生效IPC(主分類):F02B 37/013申請日:20131227|||公開
IPC分類號: F02B37/013; F02B37/00; F02B39/00 主分類號: F02B37/013
申請人: 伊頓公司
發明人: W·N·埃博根; S·N·薩布拉馬尼安
地址: 美國俄亥俄州
優先權: 61/748,740 2013.01.03 US; 61/787,834 2013.03.15 US; 61/798,137 2013.03.15 US
專利代理機構: 北京市中咨律師事務所11247 代理人: 吳鵬; 馬江立
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201380069538.1

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.02.13|||2016.01.27|||2015.10.21

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種排氣能量回收系統,包括動力裝置和容積式流體膨脹器。動力裝置具有用于輸送具有第一壓力的排氣流的排氣出口。容積式流體膨脹器包括殼體和輸出軸。殼體具有入口和出口,殼體入口與排氣出口流體連通。容積式流體膨脹器構造成通過將排氣流膨脹至低于第一壓力的第二壓力而在輸出軸處產生有用功,且隨著排氣流從殼體入口移至出口,排氣流的體積基本沒有減小。

權利要求書

權利要求書
1.  一種排氣能量回收系統,包括:
具有進氣歧管和排氣歧管的發動機;和
容積式流體膨脹器,其接收第一排氣流,將所述第一排氣流膨脹成第二排氣流,產生機械功,并將所述第二排氣流排出,所述第二排氣流的壓力低于所述第一排氣流的壓力,
其中,所述容積式流體膨脹器包括具有入口和出口的殼體,所述入口與所述排氣歧管流體連通并構造成從所述排氣歧管接收所述第一排氣流,且所述出口與所述進氣歧管流體連通并構造成排出所述第二排氣流。

2.  根據權利要求1所述的系統,其中,所述入口直接與所述排氣歧管流體連通,且所述出口直接與所述進氣歧管流體連通。

3.  根據權利要求1所述的系統,其中,所述容積式流體膨脹器進一步包括:
多個轉子,其設置在所述殼體中并構造成將所述第一排氣流膨脹成所述第二排氣流;和
輸出軸,其可操作地連接至所述多個轉子中的一個,并隨著排氣通過所述殼體內的所述多個轉子發生膨脹而由排氣驅動產生旋轉。

4.  根據權利要求3所述的系統,其中,所述多個轉子包括可旋轉地設置在所述殼體中的第一和第二螺旋嚙合轉子,其中,每個轉子都具有數量相等的多個非接觸葉片。

5.  根據權利要求1所述的系統,進一步包括發電機,所述發電機構造成控制所述容積式流體膨脹器,以調節從所述容積式流體膨脹器排出的所述第二排氣流的量。

6.  根據權利要求3所述的系統,進一步包括發電機,所述發電機構造成控制所述轉子的轉速,以調節從所述容積式流體膨脹器排出的所述第二排氣流的量。

7.  根據權利要求1所述的系統,進一步包括儲能裝置,其中,所述容 積式流體膨脹器產生的機械功儲存在所述儲能裝置中,用于隨后根據指令釋放。

8.  根據權利要求7所述的系統,其中,所述儲能裝置是電池或蓄能器。

9.  一種用于發動機的容積式流體膨脹器,所述發動機具有進氣歧管和排氣歧管,所述膨脹器包括:
具有入口和出口的殼體,所述入口與所述排氣歧管流體連通并構造成從所述排氣歧管接收第一排氣流,所述出口與所述進氣歧管流體連通并構造成排出第二排氣流,所述第二排氣流的壓力和/或溫度比所述第一排氣流低;
多個轉子,其設置在所述殼體中并構造成將所述第一排氣流膨脹成所述第二排氣流;和
輸出軸,其可操作地連接至所述多個轉子中的一個,并隨排氣通過所述殼體中的所述多個轉子發生膨脹而由排氣驅動產生旋轉從而產生機械功。

10.  根據權利要求9所述的膨脹器,其中,所述多個轉子包括可旋轉地設置在所述殼體中的第一和第二螺旋嚙合轉子,其中,每個轉子都具有數量相等的多個非接觸葉片。

11.  根據權利要求9所述的膨脹器,其中,所述入口直接與所述排氣歧管流體連通,且所述出口直接與所述進氣歧管流體連通。

12.  根據權利要求9所述的膨脹器,進一步包括發電機,所述發電機構造成控制所述容積式流體膨脹器,以調節從所述容積式流體膨脹器排出的所述第二排氣流的體積。

13.  根據權利要求12所述的膨脹器,其中,所述發電機構造成控制所述轉子的轉速。

14.  根據權利要求9所述的膨脹器,進一步包括儲能裝置,其中,所述容積式流體膨脹器產生的機械功儲存在所述儲能裝置中,用于隨后根據指令釋放。

15.  根據權利要求14所述的膨脹器,其中,所述儲能裝置是電池或蓄 能器。

16.  一種用于容積式流體膨脹器的發電機,所述容積式流體膨脹器包括:
具有入口和出口的殼體,所述入口與內燃機的排氣歧管流體連通并構造成從所述排氣歧管接收第一排氣流,所述出口與所述發動機的進氣歧管流體連通并構造成排出第二排氣流,所述第二排氣流的壓力和/或溫度比所述第一排氣流低;
多個轉子,其設置在所述殼體中并構造成將所述第一排氣流膨脹成所述第二排氣流;和
輸出軸,其可操作地連接至所述多個轉子中的一個,并隨排氣通過所述殼體中的所述多個轉子發生膨脹而由排氣驅動產生旋轉從而產生機械功,
其中,所述發電機構造成控制所述轉子轉速,以調節從所述容積式流體膨脹器的所述殼體排出的所述第二排氣流的量。

17.  一種排氣能量回收系統,包括:
a.動力裝置,其具有用于輸送具有第一壓力的排氣流的排氣出口;和
b.容積式流體膨脹器,其包括:
i.具有入口和出口的殼體,殼體入口與所述排氣出口流體連通;
ii.輸出軸;
c.其中,所述容積式流體膨脹器構造成通過將所述排氣流膨脹至低于所述第一壓力的第二壓力而在所述輸出軸處產生有用功,且隨著所述排氣流從殼體入口移至出口,所述排氣流的體積基本沒有減小。

18.  根據權利要求17所述的排氣能量回收系統,其中所述動力裝置為燃料電池。

19.  根據權利要求17所述的排氣能量回收系統,其中,所述動力裝置是汽車的內燃機。

20.  根據權利要求19所述的排氣能量回收系統,其中,所述容積式流體膨脹器包括:
a.可旋轉地設置在所述殼體中的第一和第二螺旋嚙合轉子,其中,所述第一和第二螺旋嚙合轉子具有數量相等的多個葉片,并且其中,第一轉子的葉片不接觸第二轉子的葉片。

21.  根據權利要求17所述的排氣能量回收系統,其中,所述容積式流體膨脹器的輸出軸與所述動力裝置的輸出軸機械地聯接。

22.  根據權利要求17所述的排氣能量回收系統,其中,所述容積式流體膨脹器的輸出軸與發電機機械地聯接。

23.  根據權利要求21所述的排氣能量回收系統,其中,所述容積式流體膨脹器的輸出軸還與發電機或液壓泵聯接。

24.  根據權利要求23所述的排氣能量回收系統,其中,變速傳動系統將膨脹器輸出軸連接至所述動力裝置的輸出軸并且連接至發電機或液壓泵。

25.  根據權利要求24所述的排氣能量回收系統,其中,所述變速傳動系統為行星齒輪組,其包括太陽輪、齒圈和位于太陽輪和齒圈之間的多個行星輪。

26.  根據權利要求25所述的排氣能量回收系統,其中,所述太陽輪聯接至所述容積式流體膨脹器的輸出軸,所述行星輪聯接至所述動力裝置的輸出軸,并且所述齒圈聯接至發電機或液壓泵。

說明書

說明書排氣能量回收系統
相關申請
該申請于2013年12月27日作為PCT國際申請提出,并要求申請日為2013年1月3日的美國專利申請61/748,740、申請日為2013年3月15日的美國專利申請61/787,834以及申請日為2013年3月15日的美國專利申請61/798,137作為優先權,其內容通過引用包含于本文中。
技術領域
本發明涉及用于排氣再循環系統的容積式流體膨脹器。
背景技術
在很多產生能量或將能量轉化為有用功的過程中都必然會產生廢熱能量,例如動力裝置。通常,這種廢熱能量被釋放到周圍環境中。某種應用中,廢熱能量產生自內燃機。發動機的排氣通常具有高溫和高壓,且通常不經過任何能量回收過程便被排放到周圍環境中。或者,已經使用一些方法在同一過程或不同過程中來回收廢能以及對回收能量進行再利用。然而,仍然需要提高能量回收的效率。
發明內容
總的來說,本發明涉及一種容積式流體膨脹器。本發明描述了包括如下幾個方面在內但不局限于此的諸多方面。
本發明的一個方面中,提供了一種容積式流體膨脹器,通過膨脹工作流體從而產生有用功。在一個應用中,該容積式流體膨脹器被用來從動力設備中回收廢能,例如來自燃料電池或者內燃機的廢熱能量。該動力裝置 可以設置在車輛中或者用于靜止設備,例如動力裝置被作為發電機的情況。在一個可能的結構而非限制性的示例中,該容積式流體膨脹器用于內燃機的排氣再循環系統。
在一個示例中,工作流體是來自內燃機或者燃料電池的全部或部分排氣流。另一個示例中,將工作流體與來自內燃機或燃料電池的廢熱流分開并被其加熱,例如PCT國際申請WO2013/130774中描述的那樣。WO2013/130774公開工作流體可被用于朗肯循環,其中該工作流體可以是例如乙醇、正戊烷或甲苯的溶劑。WO2013/120774在此通過引用包含于此。
如所示,該容積式流體膨脹器包括殼體,其具有構造成接收處于第一壓力的工作流體的入口和構造成以比第一壓力低的第二壓力排出工作流體的出口。該膨脹器還包括可轉動地布置在殼體中的第一和第二螺旋嚙合轉子,其構造成被工作流體旋轉并將工作流體從入口傳送至出口。每個轉子具備多個葉片,其定位成當第一轉子的一個葉片相對入口前進時,第二轉子的一個葉片相對于入口離開。該膨脹器還包括輸出軸,轉子的運動帶動其旋轉,由此容積式流體膨脹器回收的能量被傳回動力裝置。
配方的另一個實施例涉及車輛,其包括動力設備并采用上述系統以增大由動力設備產生的動力。
根據本發明的另一個方面,能量回收裝置設置在排氣再循環(EGR)系統中以提高內燃機的性能或效率。該容積式流體膨脹器被構造成從發動機接收第一排氣流,將第一排氣流膨脹至第二排氣流,產生機械功,并排出第二排氣流。如上所述的容積式流體膨脹器可以被用于該容積式流體膨脹器。第二排氣流具有比第一排氣流低的壓力和/或溫度。尤其是,該容積式流體膨脹器包括具有入口和出口的殼體。其中,發動機具有進氣歧管和排氣歧管,入口與排氣歧管流體連通并構造成從排氣歧管接收第一排氣流。該出口與進氣歧管流體連通并構造成排出第二排氣流。在一些實施例中,該入口可以直接與排氣歧管流體連通,出口可以直接與進氣歧管流體連通。
該能量回收系統進一步包括連接至容積式流體膨脹器的發電機。在一些實施例中,發電機被構造成控制容積式流體膨脹器中轉子的轉速,從而 調整由該裝置排出的第二排氣流的量。
該能量回收系統進一步包括儲能裝置。容積式流體膨脹器產生的機械功儲存在儲能裝置中,之后在需要的時候進行釋放。該儲能裝置可以是電池組或蓄能器。
本發明的又一個方面中,提供了一種用于容積式流體膨脹器的發電機。該發電機被構造成通過控制轉子的轉速來調節從容積式流體膨脹器的殼體排出的第二排氣流的量。
附圖說明
圖1是具有根據本發明的示例的特征的容積式流體膨脹器的第一實施例的截面側視圖。
圖2是圖1中容積式流體膨脹器的示意性俯視立體圖。
圖3是具有根據本發明的示例的特征的容積式流體膨脹器的第二實施例的側面立體圖。
圖4是圖3所示容積膨脹器的剖面側視立體圖。
圖5是示出了圖1和3所示的容積膨脹器的轉子的幾何參數的示意圖。
圖6是示出了圖1和3所示的容積膨脹器的轉子的示意圖。
圖7是示出了圖1和3所示的容積膨脹器中使用的轉子的立體圖。
圖8是應用于車輛的具有容積式流體膨脹器的能量回收系統的第一實施例的示意圖。
圖9是具有容積式流體膨脹器的能量回收系統的第二實施例的示意圖。
圖10是具有渦輪增壓器的能量回收系統的第三實施例的示意圖。
圖11是具有渦輪增壓器的能量回收系統的第四實施例的示意圖。
具體實施方式
將參照附圖對各種實施例進行描述,其中不同視圖中同樣的附圖標記表示相同的部分和部件。各個實施例并不是對所附權利要求的保護范圍的 限制。另外,說明書中描述的任何實施例并不是為了限制,而僅僅是為了描述對所附權利要求的諸多可能實施例中的一部分。
容積式流體膨脹器
參見圖1-4,示出了容積式流體膨脹器20的兩個實施例(圖1-2和圖3-4)。需要注意的是,相同的附圖標記用于兩個實施例中相似的部件。下面的描述可應用于每個實施例。本文中的該容積式流體膨脹器20可被描述為膨脹器、膨脹裝置或容積能量回收裝置。能量回收系統可由與容積式流體膨脹器聯接的部件形成,容積式流體膨脹器直接或間接地將能量傳輸回動力裝置。
如圖所示,膨脹裝置20包括具有流體入口24和流體出口26的殼體22,流體12-1經過膨脹裝置20壓降后將能量傳送至輸出軸38。該入口24構造成容許工作流體12-1處于第一壓力,而出口26被構造成以低于第一壓力的第二壓力排出工作流體12-2。該輸出軸38通過同時連接位于殼體22的腔28中的第一和第二交錯對轉式轉子30、32被驅動。各轉子30、32具有葉片,其沿著轉子30、32的長度方向呈螺紋狀或螺旋狀設置。隨著轉子30、32的旋轉,葉片至少部分地將流體12-1封閉于殼體內側,此時流體12-1的膨脹僅發生在代表系統失效的泄露的情況下。不同于當流體封閉時流體量產生變化的一些膨脹裝置,當流體12橫穿過轉子30、32的長度時,限定在葉片和裝置20殼體22內側之間的體積恒定。因此,該膨脹裝置20被稱作″容積裝置″,因為封閉的或部分密封的流體體積不發生變化。
另如圖2所示,每個轉子30、32具有四個葉片,轉子30具有30-1、30-2、30-2、30-3和30-4,轉子32具有32-1、32-2、32-3和32-4。雖然所示出的每個轉子30和32都具有四個葉片,但每個轉子可具有等于或大于兩個的任意數量葉片。例如,圖7示出的轉子33具有三個葉片33-1、33-2和33-3。另外,每個轉子30和32的葉片數量相同。這不同于典型的回轉螺旋裝置20和其他類似構造的旋轉設備的結構,其具有不同的葉片數量(例如,具有″n″個葉片的陽轉子和具有″n+1″個葉片的陰轉子)。另外,膨脹裝置的區別特征之一在于,轉子30和32是相同的,但轉子30和32 反向設置,因此,從一個軸端看,一個轉子的葉片順時針旋轉而相配合的轉子的葉片逆時針旋轉。因此,當轉子30的例如葉片30-1的一個葉片相對于入口24前進時,轉子32的例如葉片30-2的葉片相對于入口24離開,從而相對于高壓流體流12-1離開。
如圖所示,第一和第二轉子30和32相對于轉子軸固定,第一轉子被固定至輸出軸38,第二轉子被固定至軸40。每個轉子軸38,40均由一副軸承(未示出)支撐,并分別圍繞軸線X1和X2旋轉。需要注意的是,軸線X1和X2大體上彼此平行。
第一和第二轉子30和32相互交織并連續嚙合形成整體旋轉。再參考圖1,膨脹器20還包括嚙合正時齒輪42和44,其中正時齒輪42與轉子30固定旋轉,正時齒輪44與轉子32固定旋轉。該正時齒輪42、44還被構造成保持轉子30、32的相對位置,從而完全防止轉子30、32之間的接觸,這將對轉子30、32導致嚴重損壞。優選,在由正時齒輪42、44轉動期間轉子30、32之間保持嚴格公差。由于轉子30、32是非接觸的,不同于轉子葉片相互接觸的典型回轉螺旋裝置及其他類似配置的旋轉設備,膨脹裝置20的運轉不需要在流體12中加入潤滑劑。
當流體從較高的第一壓力的工作流體12-1經歷膨脹成為第二壓力的工作流體12-2時,工作流體12驅動輸出軸38旋轉。另外,如圖1和2所示,輸出軸38延伸超出殼體22的邊界。因此,該輸出軸38被構造成獲取由膨脹器20在入口24和出口26之間的轉子腔28中流體12膨脹期間產生的功或動力,并從膨脹器20將功作為輸出轉矩輸出。雖然圖示該輸出軸38被可操作地連接至第一轉子30,可選地,輸出軸38也可操作地連接至第二轉子32。該輸出軸38可以與發動機52聯接,從而可以從排氣回收能量。
膨脹器的幾何結構的一個方面,轉子葉片30-1到30-4和32-1到32-4中的每一個都具有葉片幾何結構,其中,第一和第二轉子30和32每個的螺旋沿其匹配長度34基本恒定。如圖5示意性所示,葉片幾何結構的一個參數是螺旋角HA。以限定的方式,應理解下文提到的轉子葉片的″螺旋角″指的是在轉子30和32節圓直徑PD(或節距圓)上的螺旋角。齒輪和轉子 領域的技術人員應該能夠很好地理解術語節圓直徑和其標識,本文中不再描述。如本文中所使用,該螺旋角HA可以通過如下公式計算:螺旋角(HA)=(180/.pi.*arctan(PD/Lead)),其中:PD=轉子葉片的DE節圓直徑;Lead=葉片完成360度螺旋的葉片長度。需要注意的是,Lead是螺旋角以及葉片30、32各自長度L1、L2的函數。本領域技術人員應當理解,螺旋角為葉片的角位移,用度數標識,其出現在從轉子的后端向轉子的前端″行進″葉片的長度時。如圖所示,螺旋角大約120度,螺旋角可以更小或更大,例如160度。
膨脹器幾何結構的另一個方面,入口24包括入口角24-1,如圖4所示出的,入口角24-1定義為入口24的內表面24a(例如前部內表面)的大致角或平均角。在一個實施例中,入口角24-1定義為入口24的大致中線的角度,例如圖1和圖4所示。在一個實施例中,入口角24-1定義為流體12-1由于與前部內表面24a接觸進入轉子30、32大致形成的方向,如圖1和4所示。如圖所示,入口角24-1既不垂直也不平行于轉子30、32的旋轉軸線X1、X2。因此,入口24的前部內表面24a使得流體12-1的主體部分形成為沿相對于轉子30、32的旋轉軸線X1、X2具有傾斜角的方向,從而大體上平行于入口角24-1。
另外,如圖1和4所示,入口24的形狀可以將流體12-1引導至轉子30、32的第一軸端30a,30b,并從側向引導至轉子葉片的前緣和后緣表面(未示出)。然而,應當理解入口角24-1大致平行或垂至于軸線X1、X2,盡管對于某些轉子結構會產生效率損耗。另外,需要注意的是,入口24可以是朝向入口開口24b變窄的形狀,如圖1和4所示。
膨脹器幾何結構的另一個方面,出口26包括出口角26-1,如圖1和4所示。在一個實施例中,出口角26-1定義為出口26的內表面26a的大致角或平均角。在一個實施例中,出口角26-1定義為出口26的大致中線的角度,如圖1和4所示。在一個實施例中,出口角26-1定義為流體12-1由于與內表面26a接觸離開轉子30、32大致形成的方向,如圖1和4所示。如圖所示,出口角26-1既不垂直也不平行于轉子30、32的旋轉軸線X1、 X2。因此,出口26的內表面26a以傾斜角從轉子30、32接收離開的流體12-2,從而降低出口26的背壓。在一個實施例中,入口角24-1和出口角26-1大體上相等或平行,如圖1和4所示。在一個實施例中,入口角24-1和出口角26-1彼此傾斜。應當理解,出口角26-1可以大體上垂直于軸線X1、X2,雖然對于某些轉子結構會產生效率損耗。進一步需要注意的是,出口角26-1可以垂直于軸線X1、X2。對結構進行設計時,出口26-1的方向和尺寸設計成使得離開的流體12-2盡可能容易并迅速地排出每個轉子腔28,從而盡可能降低背壓。軸38的輸出功率達到最大,以使得出口引起的背壓最小化,從而迅速地排出流體。
通過調節入口角24-1和轉子30、32的幾何結構來對膨脹器20的效率進行最優化。例如,轉子30、32的螺旋角HA和入口角24-1可以配置成互補的形式。由于入口24將流體12-1引導至每個轉子30、32的前緣面和后緣面,流體12-1對膨脹器20同時做正功和負功。
如圖所示,圖2示出了葉片30-1、30-4、32-1和32-2通過入口開孔24b均暴露于流體12-1。每個葉片都具有前緣面和后緣面,兩者在相關轉子旋轉的不同點處都暴露于流體。前緣面是葉片的一側,轉子按照R1,R2方向旋轉時其大部分向前,而后緣面是與前緣面相反的葉片的一側。例如,轉子30按R1方向旋轉時,側面30-1a則為葉片30-1的前緣面,側面30-1b為后緣面。轉子32按與R1相反的R2方向旋轉時,前緣面和后緣面則反過來,側面32-2a為葉片32-2的前緣面,側面32-2b為后緣面。
總的來說,當流體12-1經過入口開孔24b時沖擊葉片的后緣面,施加在每個轉子30、32上的是正功。使用正功的術語,意思是流體12-1促使轉子按期望的方向旋轉:轉子30是R1方向,轉子32是R2方向。如圖所示,流體12-1操作成將正功施加在轉子32-2的后緣面32-2b上,例如表面部分47。流體12-1還將正功施加在轉子30-1的后緣面30-4b上,例如表面部分46。然而,流體12-1還在經過入口開孔24b時沖擊葉片的前緣面,例如表面30-1和32-1,從而將負功施加在每個轉子30、32上。使用負功的術語,意思是流體12-1使轉子按與期望方向R1,R2相反的方向旋轉。
因此,期望能對轉子30、32以及入口24的形狀和定向進行設計,以使得盡可能多的流體12-1沖擊葉片的后緣面,而很小的一部分流體12-1沖擊葉片前緣,從而通過膨脹器20執行最高的凈正功。
使得膨脹器20的效率和凈正功最優化的有益結構是,轉子葉片螺旋角HA約為35度且入口角24-1大約30度。這樣的構造將施加在葉片后緣面上的碰撞區最大化,并將施加在葉片前緣面上的碰撞區最小化。在一個實施例中,螺旋角為約25度和約40度之間。在一個實施例中,入口角24-1設為螺旋角15度的范圍內(加或減)。在一個實施例中,螺旋角為約25度和約40度之間。在一個實施例中,入口角24-1設為螺旋角HA的15度的范圍內(加或減)。在一個實施例中,入口角位于螺旋角的10度的范圍內(加或減)。一個實施例中,入口角24-1位于螺旋角HA的5度的范圍內(加或減)。一個實施例中,入口角24-1位于螺旋角HA的15%的范圍內(加或減);一個實施例中,入口角24-1位于螺旋角的10%的范圍內(加或減)。其它入口角和螺旋角的值不脫離本發明的構思。然而,已經發現如果入口角和螺旋角不能充分地接近,否則將產生效率的嚴重下降(例如,10-15%)。
具有容積式流體膨脹器的排氣能量回收系統
圖8是具有容積式流體膨脹器20的能量回收系統100實施例的示意圖。如圖8所示,該能量回收系統可以在車輛130中實施。容積式流體膨脹器20直接用來自動力裝置102(例如燃料電池或內燃機)的排氣操作。該容積式流體膨脹器20被構造成從動力裝置102接收部分或全部排氣,并提取儲存在排氣流中的至少一部分能量。在一些實施例中,該回收能量被送回動力裝置102。例如,動力裝置102的驅動軸機械地連接至容積式流體膨脹器20的輸出軸,使得容積式流體膨脹器20回收的能量被傳輸至動力裝置102。在其它實施例中,回收能量被傳輸至發電機124,或用作其它部件的動力,或被儲存在儲能裝置例如儲能器中用于后續使用。還有的實施例,回收的能量可以被傳輸至動力裝置102和發電機124兩者,如圖8所示。
容積式流體膨脹器20還具有能量傳輸環節122,其用于容積式流體膨脹器20和動力裝置102之間和/或容積式流體膨脹器20和發電機124之間,從而使得裝置20的輸出軸和動力裝置102或者發電機124之間的轉速能達到最佳匹配。能量傳輸環節122可以是齒輪單元、液壓馬達、皮帶輪或任何其它能夠以機械的方式傳輸能量的裝置。當容積式流體膨脹器20同時連接動力裝置102和發電機124時,能量傳輸環節122可構造成變速傳動系統,將容積式流體膨脹器的輸出軸同時連接至動力裝置102的輸出軸和發電機124。在一些實施例中,變速傳動系統為行星齒輪組,其包括太陽輪、齒圈和位于太陽輪和齒圈之間的多個行星輪。太陽輪使可連接容積式流體膨脹器20的輸出軸,行星輪可連接動力裝置102的輸出軸,且齒圈可連接發電機124。
圖9是具有容積式流體膨脹器20的能量回收系統200的第二實施例的示意圖。排氣能量回收系統200將排氣從發動機202再循環到發動機202的進氣口。系統200采用容積式流體膨脹器20來從排氣回收至少部分能量并控制返回至發動機202的排氣再循環的量。在這個實施例中,系統200包括發動機202、容積式流體膨脹器20和EGR冷卻器230。
發動機202被構造成以再循環至系統200中的發動機202的排氣的一部分操作。通常,發動機202包括多個氣缸204、曲軸206、排氣歧管208和進氣歧管210。多個氣缸204容納有活塞(未示出)并允許活塞在其中往復運動。曲軸206被構造成將往復活塞的直線運動轉化成旋轉運動。排氣歧管208可構造成與多個氣缸204流體連通并收集來自該氣缸204的排氣的一體結構。在這個實施例中,排氣歧管208直接連接至容積式流體膨脹器20并與該裝置20流體連通。進氣歧管210與多個氣缸204流體連通并構造成向氣缸204提供燃料/空氣混合物。
容積式流體膨脹器20可構造成不僅從排氣回收能量,同時還控制返回到系統200的發動機202中的排氣量。通過排氣歧管208從氣缸204排出的排氣具有高于周圍環境的壓力并由此包含可通過容積式流體膨脹器20予以回收的能量。為了從排氣回收能量,容積式流體膨脹器20被構造成從 發動機202接收排氣,將排氣膨脹并因此使得排氣具有比從裝置20排出時更低的壓力。這還將使得排氣顯著地冷卻。容積式流體膨脹器20隨著排氣在裝置20內膨脹從排氣回收能量,并從回收能量中產生機械功。
在這個示例中,容積式流體膨脹器20直接與發動機202的排氣歧管208流體連通,從而接收來自發動機202的排氣。一些實施例中,容積式流體膨脹器20以類似于上述文件中的容積式流體膨脹器20被構造。例如,容積式流體膨脹器20包括殼體、多個轉子和輸出軸。
殼體具有入口和出口。入口與排氣歧管連通并以從氣缸204接收排氣。出口與進氣歧管流體連通并將在裝置20內膨脹的排氣排出。
多個轉子設置在殼體內并操作成使排氣膨脹。如圖2和3所示,多個轉子可包括兩個螺旋嚙合的轉子。這兩個轉子可旋轉地設置在殼體內并分別具有多個葉片。
輸出軸連接到一個轉子并當排氣經過轉子并體積膨脹時在排氣的作用下產生旋轉。通過輸出軸的旋轉產生的機械功可傳輸給任何部件或其它需要的裝置。例如,回收能量可被儲存于根據指令釋放儲存的能量的儲能裝置中,例如電池或蓄能器。在其它實施例中,通過將裝置20的輸出軸機械地連接至發動機202的曲軸206,回收能量可以返回至發動機202,如圖9所示。能量傳輸環節222可設置在容積式流體膨脹器20和發動機202之間,以提供發動機202和裝置20的輸出軸的轉速之間的更好匹配。在一些實施例中,能量傳輸環節222可被構造成同時向發動機202和發電機224提供輸出的行星輪組,如圖9所示。
容積式流體膨脹器20還構造成控制通過進氣歧管210反饋至發動機202的排氣量,從而替代了典型地用來調節再循環至系統200中發動機202的排氣量的EGR閥。為了替代EGR閥,容積式流體膨脹器20被設置成與進氣歧管210以及排氣歧管208流體連通。例如,在如上所示容積式流體膨脹器20的入口直接與排氣歧管208流體連通的同時,裝置20的出口被構造成與進氣歧管210流體連通,從而裝置20內膨脹的排氣被排出至進氣歧管210。在一些實施例中,該容積式流體膨脹器20的出口直接與發動 機202的進氣歧管210流體連通。
系統200還可以在容積式流體膨脹器20之前或之后包括出口209。因為來自發動機202的排氣沒有必要全部反饋至進氣歧管210,出口209構造成將不必要的排氣部分排出系統200和并防止其進入發動機202。
系統200還可以包括用于控制再循環至發動機202的排氣量的發電機224。該發電機224可以與容積式流體膨脹器20機械地相連并操作為確定和控制裝置20中轉子的速度。通過調整轉子的轉速,發電機224可以控制在裝置20內進行膨脹并通過進氣歧管210從裝置20返回至發動機202的排氣的量或體積。
容積式流體膨脹器20還操作以降低EGR冷卻負載。典型地,系統200要求EGR冷卻器230降低再循環至發動機202的排氣的溫度。然而,設置在EGR回路上的容積式流體膨脹器20操作以提供具有降低溫度的排氣,從而減少了EGR冷卻器230的冷卻負載。如上所述,來自排氣歧管208的排氣在經過容積式流體膨脹器20內的轉子時,體積發生膨脹(也就是,壓力下降)。同時,體積膨脹使得排氣的溫度降低。由此,容積式流體膨脹器20降低排氣溫度并為EGR冷卻器230分擔了冷卻負載。在一些實施例中,容積式流體膨脹器20充分操作以按期望減小再循環的排氣的溫度,系統200中就不需要設置EGR冷卻器230。
圖10是能量回收系統200的第三實施例的示意圖。由于許多概念與特征與圖9所示的第二實施例類似,將對第二實施例的相關描述通過引用結合到第三實施例中。其中,示出相同或相似的特征或元件,在可能的情況下使用相同的附圖標記。下面對第三實施例的描述主要針對第二實施例和第三實施例之間的差異之處。
這個實施例中,系統200具有渦輪增壓器250。如圖10所示圖,渦輪增壓器250與排氣歧管208流體連通并被構造成由來自排氣歧管208的排氣驅動。渦輪增壓器250還包括增壓空氣冷卻器252,其用于對提供到進氣歧管210的空氣進行冷卻從而增大發動機效率。EGR混合器240用來接收來自渦輪增壓器250的壓縮空氣和經過容積式流體膨脹器20的排氣,并 將它們的混合物供應到發動機202的進氣歧管210。系統200中的其它部件與圖9中所描述的一樣或類似,因此,為了簡便起見不再進行進一步的說明。
圖11是具有渦輪增壓器250的能量回收系統200的第四實施例的示意圖。圖11的結構和圖10相同,除了EGR混合器240設置在渦輪增壓器250之前。由于許多概念與特征與圖10所示的第三實施例類似,將對第三實施例的相關描述通過引用結合到第四實施例中。其中,示出相同或相似的特征或元件,在可能的情況下使用相同的附圖標記。下面對第四實施例的描述主要針對第三實施例和第四實施例之間的差異之處。
這個實施例中,EGR混合器240接收空氣以及來自容積式流體膨脹器20的排氣,并將空氣和排氣的混合物供應到渦輪增壓器250。為了簡便起見。其它部件不再進行進一步說明。
上述的各個實施僅僅是通過示意來說明,這不應理解為對所附權利要求的限制。本領域技術人員容易進行修改和替代,這不會局限于本文所描述的示范性實施例和應用例,且不會脫離權利要求保護范圍的精神實質。

關 鍵 詞:
排氣 能量 回收 系統
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
關于本文
本文標題:排氣能量回收系統.pdf
鏈接地址:http://www.rgyfuv.icu/p-6381626.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
山东11选5中奖结果走势图