[實用新型]用于產生有用功的系統、體積流體膨脹器和能量回收系統

有效

• 申請號: 201320188451.3
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN203547984U
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: W·N·埃博根
• 申請（專利權）人: 伊頓公司
• 主分類號: F02G5/02
• 分類號: F02G5/02;F01C1/18
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 秘鳳華;吳鵬

技術領域

本公開涉及利用燃燒發動機的廢熱的系統，特別是借助于體積流體膨脹器裝置使用有機朗肯循環（Organic?Rankine?Cycle）來利用廢熱的系統。?

背景技術

朗肯循環是一種將熱能轉化為機械功的發電循環。朗肯循環通常用于熱發動機中，并且通過使工作物質從較高溫度狀態轉到較低溫度狀態來完成上述轉化。經典的朗肯循環是基于蒸汽發動機的操作的基本熱力學過程。?

在朗肯循環中，熱“源”產生熱能，該熱能使工作物質達到較高溫度狀態。工作物質在發動機的“工作體”中做功，同時將熱量傳遞到較冷的“散熱器（sink）”直到工作物質達到較低的溫度狀態。在此過程中，通過利用工作物質的特性，一些熱能被轉化為功。熱量在外面被供給到閉合回路中的工作物質，其中，所述工作物質是具有非零熱容的流體，其可以是氣體或液體，例如水。朗肯循環的效率通常被工作流體所限制。?

朗肯循環通常采用單獨的子系統，如冷凝器、流體泵、諸如沸騰器的熱交換器、以及膨脹器式渦輪機。所述泵常常用于加壓從冷凝器中接收的作為液體而不是氣體的工作流體。通常，所有的能量在泵送工作流體通過完整循環的過程中損失，沸騰器中的工作流體的大部分汽化能也是如此。能量因此在循環中損失，主要因為在渦輪機中可以發生的冷凝被限制在約10％，以使渦輪葉片的侵蝕最小化，而汽化能被該循環拒絕通過冷凝器。另一方面，與在壓縮機內壓縮作為氣體的流體相比，泵送作為液體的工作流體通過該循環需要輸送流體所需的能量的相對較小份額。?

經典的朗肯循環的一個變型是有機朗肯循環（ORC），其命名是由于?使用有機高分子質量流體，并具有比水-汽相變更低的溫度下發生的液-汽相變或沸點。這樣，作為經典的朗肯循環中的水和蒸汽的替代，在ORC中的工作流體可以是溶劑，例如正戊烷（n-pentane）或甲苯。ORC工作流體允許從較低溫度源的朗肯循環熱回收，如生物質燃燒、工業廢熱、地熱、太陽池等。低溫熱然后可被轉化為有用功，該有用功繼而可被轉化為電力。?

實用新型內容

概括地說，本實用新型所要解決的一個技術問題是提高產生廢熱的車輛內燃發動機的工作效率。更具體地說，本實用新型所提出的技術方案旨在提高與內燃發動機一起使用的現有的廢熱回收系統的效率。?

構造為轉移工作流體并產生有用功的體積或容積式膨脹器包括一個殼體。該殼體包括構造為接納相對高壓的工作流體的入口端，和構造為排出相對低壓的工作流體的出口端。該膨脹器還包括第一和第二扭轉嚙合轉子，其可旋轉地設置在殼體中并且構造為使相對高壓的工作流體膨脹為相對低壓的工作流體。每個轉子都具有多個葉片（lobe），并且當第一轉子的一個葉片相對于入口端超前時，第二轉子的一個葉片相對于該入口端拖后。膨脹器另外還包括輸出軸，其構造為在相對高壓的工作流體進行膨脹時由該工作流體驅動旋轉。?

本公開的另一個實施例針對一種用于經由閉環的朗肯循環產生有用功的系統，其中，該系統包括上述的體積膨脹器。?

本公開的另一個實施例針對一種車輛，該車輛包括發電設備（power-plant）并采用上述系統以增加該發電設備所產生的電力。?

具體地，本實用新型涉及一種用于經由閉環朗肯循環產生有用功的系統，該系統包括：構造為冷凝工作流體的冷凝器；構造為對工作流體加壓的流體泵；構造為加熱工作流體的熱交換器；以及體積流體膨脹器，所述膨脹器構造為接收來自熱交換器的工作流體，產生功，并將工作流體轉移到冷凝器，所述膨脹器包括：殼體，所述殼體具有構造為接納相對高壓的?工作流體的入口端，和構造為排出相對低壓的工作流體的出口端；第一和第二扭轉嚙合轉子，所述轉子可旋轉地設置在殼體中，并構造為使相對高壓的工作流體膨脹成為相對低壓的工作流體，其中，每個轉子具有多個葉片；以及輸出軸，所述輸出軸操作性地連接到第一和第二轉子之一，并且在工作流體進行膨脹時被工作流體驅動旋轉。?

優選地，所述入口端包括相對于拖后葉片入射的入口角，當所述拖后葉片被旋轉并呈現于工作流體時，所述入口角基本平行于所述拖后葉片的表面平面。?