从DE 201 17 224U1获知了一种叶片型机器。为了使膨胀特征 能够更好地适配于热要求以及为了能够以较低的生产成本制造叶 片型机器，提出了一种具有叶片单元的叶片型机器，它具有沿旋转 方向增大和减小的室容积。

本发明的目的是提出一种可靠和有效的叶片型机器 (Fluegelzellenmaschine)以及如此来利用废热的方法。
该目的通过有关的独立权利要求的特征实现。有利的改进方案 是从属权利要求的主题。
根据本发明的叶片型机器用于气态介质，如特别是空气、内燃 机的具有温度达500℃的排气、汽状介质或者它们的混合物的膨胀 或者压缩。叶片型机器具有壳体，该壳体具有大体上圆柱形的空间 或者具有非恒定的半径的空间，该空间用于容纳叶片型机器的叶片 室(Fluegelzelle)，以及具有在该空间中的入口和出口。在壳体中偏 心地安排有一个轴。在该轴上配备有实质上彼此平行安排的第一和 第二导向板。由导向板来引导多个滑件，这些滑件在实质上径向地 相对于轴在壳体的内壁的方向上可位移。在每一情况下通过两个相 邻的滑件与该壳体的内壁的相邻区域形成一个叶片室。这些叶片室 在入口区域中的容积与这些叶片室在出口区域中的容积不同。根据 本发明，径向地在壳体的内壁的方向上可位移的滑件优选地由压力 油润滑并且通过导轨来径向和轴向地引导。导轨配置为相对于该壳 体固定的位置并且同样优选地由压力油来润滑。
在本发明的优选实施例中配备有第一和/或第二连续的导轨。该 导轨或者这些导轨限定滑件在壳体的内壁的方向上径向可位移的 运动，在每一情况下其方式为该滑件或者该滑件朝向该壳体的内壁 的一侧(也就是说该滑件的端面)实质上无接触地沿着其整个移动 路径经过该壳体的内壁而移动。
根据本发明的叶片型机器用于气态介质，如特别是空气、内燃 机的具有温度达500℃的排气、汽状介质或者它们的混合物的膨胀 或者压缩。叶片型机器具有一个壳体，该壳体具有大体上圆柱形的 空间或者具有非恒定的半径的空间，该空间用于容纳叶片型机器的 叶片室以及具有在该空间中的入口和出口。在壳体中偏心地安排有 一个轴。在该轴上配备有实质上彼此平行安排的第一和第二导向 板。由导向板来引导滑件，该滑件在实质上径向地相对于轴在壳体 的内壁的方向上可位移。在每一情况下通过两个相邻的滑件与该壳 体的内壁的相邻区域形成一个叶片室。这些叶片室在该入口区域中 的容积与这些叶片室在该出口区域中的容积不同。根据本发明，径 向地在壳体的内壁的方向上可位移的滑件优选地由压力油润滑并 且通过导轨来径向和轴向地引导。导轨配置为相对于该壳体固定的 位置并且同样优选地由压力油来润滑。
在本发明的一个优选实施例中配备有第一和/或第二连续的导 轨。这个导轨或者这些导轨限定滑件在壳体的内壁的方向上径向可 位移的运动，在每一情况下其方式为该滑件或者该滑件朝向该壳体 的内壁的一侧(也就是说该滑件的端面)实质上无接触地沿着其整 个移动路径经过该壳体的内壁而移动。
在本发明的一个优选的实施例中，该无接触的运动通过一个非 圆柱形的壳体和一个圆形的导轨或者通过一个圆柱形的壳体和一 个非圆形的导轨或者通过特定形状的壳体和导轨而实现。
对于非圆柱形的壳体和圆形的导轨的情况，以下的等式有待根 据R得出数值解，以实现本发明的一个优选的实施例：


两个等式的较大的值被用于优选的设计。
在这种情况下，适用以下缩写：
x：从轴的旋转轴线到壳体的壁的距离
t：在端面上的滑件宽度
b：从滑件的导向销(140-151)的中心点到滑件的端面的距离
a：在轴的旋转轴线与圆形导轨的中心点之间的距离
线x与穿过转子的中心点和在轴与壳体之间的最小距离的点 的直线之间的角度
r：导轨的半径
在圆柱形的壳体和非圆形的导轨的情况下，在根据本发明的另 一优选的实施例中适用于以下的关系式：
其中
其中
对缩写的解释如下：
y：从轴的旋转轴线到导轨的中心的距离
R：圆柱形壳体的半径
e：在轴的旋转轴线和圆柱形壳体的中心点之间的距离
t：在端面上的滑件宽度
线y与穿过转子的中心点和在轴与壳体之间的最小距离的点 的直线之间的角度
b：从滑件的导向销的中心点到滑件的端面的距离
根据本发明的具有圆柱形壳体和非圆形的导轨的实施例是特 别优选的。
由于通过根据本发明的措施而不存在机械接触的原因，实际上 在每个滑件的端面与壳体的内壁之间不会出现摩擦。由此，使用寿 命以及效率与有摩擦的叶片型机器相比被显著地提高。由于不存在 机械接触，根据本发明的叶片型机器的叶轮或者叶片室甚至在入口 与出口之间的压差显著更低的情况下就进行旋转。由此，根据本发 明的叶片型机器使之有可能使用具有相对于环境压力来说小的压 差的能量源，以前一直不能用一个常规的叶片型机器对该压差加以 利用。通过在每个滑件的端面与壳体的内壁之间的小间隙进行的叶 片型机器的室之间的压力均衡几乎是不相关的。
在本发明的一个优选的实施例中设置了配备有第一导轨的一 个第一导轨板，该第一导轨板大体上平行于随该轴一同旋转的该第 一导向板。该第一导轨板就旋转而言相对于该壳体被固定地安排。
在本发明的另一优选的实施例中设置了配备有第二导轨的一 个第二导轨板，该第二导轨板大体上平行于随该轴一同旋转的该第 一导向板。该第一导轨板就旋转而言相对于该壳体被固定地安排。
通过根据本发明的这些措施可以实现一种结构紧凑的叶片型 机器，并且还实现叶片型机器的这些滑件(相对于壳体内壁无接触 的)的精确导向。两个导轨板可以彼此相对地精确地调整。结果是 滑件的无翘曲(verkantungsfrei)的径向移动。第一以及适当时第二 导轨也优选地如此配备于有关的导轨板中，即在叶片型机器的运行 中，可径向移动的滑件的端面到壳体的内壁的距离大体上保持恒 定。同样，第一以及适当时第二导轨适配于轴在壳体中的偏心安排， 其方式为在叶片室的旋转运动以及随之压力增加的过程中滑件的 端面到壳体的内壁的距离变小，也就是说，随着增大的压力，相邻 的叶片室更有效地彼此分隔或者密封。这对叶片型机器的效率是有 利的。
在本发明的一个优选实施例中提出，第一和/或第二导轨板螺旋 固定到该壳体上。此外，可以提出，第一和/或第二导轨板形成壳体 的第一和/或第二端面。
在本发明的一个优选的设计方案中提出，滑件在每一情况下配 备了一个第一导向销和/或一个第二导向销，该导向销在每一情况下 被引导穿过一个纵向槽，该纵向槽在每一情况下相对于该轴径向地 延伸并且配备在该第一导向板和/或该第二导向板中。由此滑件可以 进行实质上无翘曲的径向位移。
在本发明的一个优选的实施例中提出，在导向销上配备有可围 绕其纵向轴线旋转移动并通过导轨导向的半月形导轨镰形件 (Fuehrungsbahnsichel)。导轨优选地由压力油润滑和/或利用压力油 安装。通过导轨镰形件，在滑件径向位移的过程中出现在导轨上的 力可以分配到导轨和/或，适当时，油膜的较大的面积上，由此特别 可以减小摩擦损失以及进而减小可能的磨损。通过根据本发明的优 选的压力油润滑和/或压力油安装，与滚动安装相比，可以显著地提 高叶片型机器的轴的转速并且也可以毫无问题地使用具有明显较 高温度的介质。与滚动安装相反，通过导轨镰形件的压力油安装也 可以吸收出现的轴向力。这对根据本发明的叶片型机器的效率、结 构尺寸、使用寿命以及可靠性都有积极影响。
在根据本发明的另一个实施例中提出，第一和/或第二导轨通过 连续的导轨槽形成，该导轨槽优选地在第一和/或第二导轨板的内表 面中铣出。由此可以实现滑件在轴向和径向方向上的成本低廉、精 确以及可靠的导向。
在一个实施例中，根据本发明的叶片型机器具有输送润滑油的 通道，这些通道将润滑油供应到在该第一和/或第二导向板中的该导 向销和/或该导轨镰形件和/或在每一情况下到该滑件的一个径向延 伸的槽，其中，润滑油的供应优选地通过在该轴中的至少一个输送 润滑油的通道来实现，和/或润滑油的排放优选地通过在该第一和/ 或第二导向板中的、排放润滑油的至少一个通道来实现。由此可以 通过根据本发明的叶片型机器的转速和使用的介质的温度的可能 的提高来显著地改善可靠性和效率。
根据本发明的废热利用的方法优选地通过使用至少一个根据 本发明的叶片型机器来实现。一个固定的或者移动的燃烧装置，其 排气被输送给一个第一热传递装置和/或一个排气涡轮增压器。第一 叶片型机器，它压缩环境压力下的空气并且将其输送给该热传递装 置并且将包含在排气中的热能提供给被压缩的空气。第二叶片型机 器将被压缩和加热的空气膨胀或者解压缩到一个压力，该压力低于 来自该燃烧装置的排气的压力或者，适当时，低于在该排气涡轮增 压器的出口处的排气压力。离开该热传递装置或者，适当时，离开 该排气涡轮增压器的被解压缩的空气和排气被供应给第三叶片型 机器。该第三叶片型机器将该排气和空气的混合物膨胀到环境压力 并且同时做有用功。
根据本发明的方法的独到之处在于高的效率并且，特别是在使 用了根据本发明的叶片型机器时，它允许方便利用多种能源，这些 能源否则会以一种不令人希望的方式未加以利用即被排放到环境 中。
在本发明的一个设计方案中提出，根据本发明的第一叶片型机 器将在环境压力或者大气压力下的空气压缩到大约为在该燃烧装 置的排气歧管处的排气的输出压力的大约两倍的压力或者，适当 时，到该涡轮增压器下游的排气的输出压力的大约两倍的压力。
在根据本发明的方法的一个设计方案中提出，向燃烧装置供应 压缩的环境空气，该环境空气由第一叶片型机器压缩。由此同样可 以在适当的燃烧装置时提高其效率。
在本发明的一个实施例中，安排了一个第二热传递装置对该第 二热传递装置供应来自该燃烧装置的一个冷却回路的热能以及该 第三叶片型机器的排气-空气混合物的余热。由该第二热传递装置输 出的气态介质由一个第四叶片型机器进行膨胀并且该第四叶片型 机器同时做有用功。通过根据本发明的该措施也可以以有利的方式 使用内燃机的冷却回路的废热。
在根据本发明的方法的一个设计方案中提出，第二热传递装置 是蒸发装置，对该蒸发装置供应了由液体存储箱中提取的并由泵加 压的液体，具体是水、二氧化氮或者环硅氧烷。由此，已经通过根 据本发明的方法实现的废热利用的效率可以被又一次改善。
在本发明的一个设计方案中提出，由第四叶片型机器膨胀的气 态介质被输送给冷凝装置，在该冷凝装置中气态介质被冷凝并由此 放出热量并且液体被输送给液体存储箱。通过该措施实现了用于使 用排气-空气混合物的余热和来自燃烧装置的冷却回路的废热的有 利的、封闭的循环。
附图说明
以下使用未必按比例精确的附图通过示例性实施方案来进一 步描述根据本发明的叶片型机器和根据本发明的废热利用方法。相 同的参考标号代表相同的或者起相同作用的部件。在附图中：
图1在根据本发明的叶片型机器的截面图中示出了根据本发明 的工作原理；
图2示出用于废热利用的根据本发明的一个第一系统，结合该 图描述了根据本发明的方法，以及
图3示出用于废热利用的根据本发明的一个第二系统，相对于 第一系统，该第二系统已进行了进一步改进。

图1通过示意性的截面图示出了根据本发明的叶片型机器100 的工作原理，该叶片型机器用于气态介质，如空气、内燃机的排气、 汽态介质或者它们的混合物的膨胀或压缩。叶片型机器100的壳体 101具有大体上部分圆形的截面并且在其大体上圆柱形的内部空间 中具有叶片室102至113以及朝向外部的入口114和出口115。在 壳体101中，偏心地安排有一个驱动轴或者从动轴116。在轴116 上配备有一个第一导向板117和一个第二导向板(未示出)。滑件 119至129由导向板导向，其方式为这些滑件可以在实质上径向地 关于轴116在壳体101的内壁118的方向上移动。
当轴116被机械地驱动时，那么该轴在壳体中与导向板一同旋 转。出于离心力的原因，在旋转时滑件119至129径向地向外移动。 在这种情况下，将这些滑件在各自情况下在两个导向壁(未示出) 之间导向，导向壁固定在导向板上并且该导向壁与轴116一同相对 于轴封闭叶片室102至113(未示出)。因此，每个叶片室仅仅在径 向方向上向外开放，只要叶片室不处于壳体101的内壁118的区域 中。每个滑件119至126的端面131在距壳体101的内壁118的很 小的距离上移动经过内壁，也就是说，滑件119至126以及还有后 续的滑件127至129优选地大体上或者完全无接触地移动经过壳体 101的内壁118。在该实施例中，处于大气压力下的空气处于入口 114的区域中。当轴116被机械地、例如由电机或者内燃机顺时针 180旋转时，空气通过入口114进入到接下来大体上封闭的叶片室 106中。在其从入口114到出口115的路径上，基于叶片室的变小 的容积而将空气压缩。被压缩的空气通过出口115离开叶片型机器。 被压缩的空气中的一部分留在叶片室中并且根据本发明将该空气 在其从出口115到入口114的路径上膨胀为大气压力。
相反，如果一个相对于入口114增大的压力处于出口115的区 域中并且轴116可以大体上自由旋转，那么出口115成为入口并且 入口114成为叶片型机器100的出口。在这种情况下，执行相反的 过程并且叶片型机器对进入的气态介质解压缩。在此种情况下，轴 116逆时针181旋转，并且驱动例如未示出的电动机，也就是说， 叶片型机器或者其轴116做功。
根据本发明提出，本身具有在大体上圆形截面的壳体101在局 部区域182中具有从出口115向着入口114逐渐增大的半径。其结 果是，(在轴116逆时针181运动时)进入叶片室113中的、处于大 气压下的空气被膨胀到更小的压力，例如0.95bar。该压差支持轴 的旋转并且因此提高了叶片型机器100的效率。
根据本发明，为了使每个滑件的端面131大体上无接触地滑过 壳体101的内壁118，配备有至少一个导轨130。示意性示出的导 轨130确定了每个滑件119至129的径向位置。该连续的导轨优选 的是位于导轨板(未示出)的背侧中的导向槽或者导向通道(未示 出)，其大体上平行于随着轴116旋转的导向板117。与导向板117 不同的是，(未示出的)导轨板就旋转而言相对于壳体101固定地 安排。优选的是，导轨板螺旋固定在该壳体上并且向上封闭壳体。 每个滑件119至129的导向销140至151优选地以一种形状配合在 导轨130中运行。在轴旋转时，每个配备有导向销的滑件通过该导 轨和销的形状配合被引导进入预定的位置，结果是对应的叶片室大 体上相对于壳体的内壁被密封并以此大体上避免了每个滑件的端 面与壳体或者壳体壁的接触。由此实现了叶片室的实质上的无摩擦 旋转，而这没有通过在相邻的叶片室之间保留的缝隙造成任何可感 觉得到的压力损失。总体上，根据本发明的叶片型机器100的效率 明显高于已知的有摩擦的叶片型机器。
这特别适用于在入口和出口之间低压差的情况，因为，即使在 此情况下，叶片室由于其实质上的无摩擦性(区别于已知的高度摩 擦的叶片型机器)而可以旋转并且做功。为了还能够利用较低的压 差，根据本发明的叶片型机器或者其叶片室的尺寸可以设计得较 大。相反，已知的有摩擦的叶片型机器的放大的尺寸也加大了其需 要克服的摩擦力，从而使该措施在已知的叶片型机器中未导致任何 改善。
在本发明的一个优选的实施例中(未示出)，在壳体的下侧也 配备有螺旋固定在壳体上的导轨板，该导轨板具有用于导向下方的 销(未示出)的导轨，这些销同样连接在滑件上。
由于双重的导向，滑件可以大体上无翘曲地径向地导向。此外， 根据本发明，在每种情况下这些销可以配备有导轨镰形件，其可围 绕销旋转并且由导轨导向。导轨镰形件相对于销具有与导轨更大的 接触面积，它优选由压力油润滑，由此表面压力下降，摩擦进一步 降低并且可靠性或者使用寿命上升。
滑件和导向销或者导轨镰形件优选地通过输送润滑油的合适 的通道(未示出)在其导向中润滑和/或安装。通过压力油润滑和压 力油安装是优选的，因为由此可以实现比例如在滚动安装中更高的 转速和所使用介质更高的温度，由此提高了效率并且可以减小结构 尺寸并进而降低成本。
图2示出了根据本发明用于废热利用的第一系统，参照该图描 述根据本发明的方法。根据本发明的系统具有燃烧装置201、具有 入口和出口的第一热传递装置204、排气涡轮增压器205、第一叶 片型机器206、连接管路210、第二叶片型机器211、以及第三叶片 型机器214。
燃烧装置201抽吸处于环境压力或者大气压力下的空气202并 且排出热的排气203。热的排气通过第一热传递装置的入口输送给 第一热传递装置204。处于大气压力下的空气207由第一叶片型机 器206抽吸并且被压缩到燃烧装置的排气歧管处排气的输出压力的 大约两倍的压力。相反，如果燃烧装置具有排气涡轮增压器，如所 示，那么来自第一叶片型机器的空气就被压缩到在排气涡轮增压器 下游的排气的输出压力大约两倍的压力。在压缩期间，用于燃烧装 置的分流空气(Zapfluft)可以由第一叶片型机器获取(未示出)。 被压缩的空气209在连接管路210中输送，该连接管路将第一叶片 型机器206的出口与第二叶片型机器211的入口连接起来。连接管 路210以热盘管的形式配备于热传递装置204中(未示出)，从而 将包含在排气中的热能208中的很大的一部分传递到通过连接管路 210输送的压缩空气中。在热传递装置中，被压缩的空气以对流原 理加热到大约为排气的温度并且排气冷却到大约为压缩空气的温 度。被加热的压缩空气进入到第二叶片型机器211中并且被解压缩 的空气离开第二叶片型机器。在第二叶片型机器211种形成的空气 具有一个压力，该压力低于由燃烧装置喷出的排气的压力或者，如 果存在排气涡轮增压器，如所示，低于由排气涡轮增压器喷出的排 气的压力。
另外的连接管路将热传递装置204的出口与排气涡轮增压器 205的入口连接起来并且向排气涡轮增压器输送燃烧装置的被冷却 的排气。由排气涡轮增压器205压缩的并且在出口212离开涡轮增 压器的排气与由第二叶片型机器211输出的压缩空气一同输送。由 压缩空气和压缩的排气构成的混合物213被输送给第三叶片型机器 214的入口，该第三叶片型机器将压缩的混合物膨胀为具有大气压 力的混合物215。在第三叶片型机器214中进行解压缩的过程中， 例如，通过法兰连接在第三叶片型机器的轴上的一台发电机，后者 做功。
图3示出了根据本发明用于废热利用的第二系统，相对于在图 2中示出的第一系统200，该第二系统被进一步改善。除了第一系 统之外，第二系统300具有第二热传递装置301、燃烧装置201的 冷却回路302、第四叶片型机器304、液体存储箱305、泵306和冷 凝装置309。
形成于第三叶片型机器中的、由空气和排气215构成的膨胀的 混合物和加热第二热传递装置301的冷却回路302向第二热传递装 置供应热能。存在于液体存储箱305中的、可蒸发的液体307由泵 306泵送到第二热传递装置中。在第二热传递装置301中，该输送 的液体由于通过冷却回路302和由膨胀的空气和膨胀的排气构成的 混合物215供应的热能而蒸发。该蒸汽具有一个压力，该压力高于 在液体存储箱305中的液体的压力。蒸汽被输送给第四叶片型机器 304的入口并且在膨胀或者解压缩蒸汽之后通过第四叶片型机器的 出口输送给冷凝装置309。在冷凝装置中积累的液体308循环进入 液体存储箱305。
在蒸汽的膨胀过程中，第四叶片型机器304例如通过法兰连接 在叶片型机器304的轴上的发电机而做有用功。
如果在图2和图3中示出的系统配备有根据本发明的叶片型机 器，如根据本发明所优选的，那么这些系统的独特之处在于，具体 地说，是特别高的效率。此外，即使低的压差也可被利用来做功或 者产生电流。
参考标号清单
100        叶片型机器
101        壳体
102至113   叶片室
114        入口
115        出口
116        轴
117        导向板
118        内壁
119至129   滑件
130        导轨
131        端面
140至151   导向销
160至171   纵向槽
180        顺时针的旋转
181        逆时针的旋转
182        壳体的局部区域
200        根据本发明用于废热利用的第一系统
201        燃烧装置
202        大气压力下的空气
203        排气
204        热传递装置
205        排气涡轮增压器
206        第一叶片型机器
207        大气压力下的空气
208        包含在排气中的热能
209        缩空气
210        连接管路
211        第二叶片型机器
212        排气涡轮增压器的出口
213        空气和排气的混合物
214        第三叶片型机器
215        空气和排气的膨胀的混合物
300        根据本发明用于废热利用的第二系统
301        第二热传递装置
302        冷却回路
303        气态介质
304        第四叶片型机器
305        液体存储箱
306        泵
307        液体
308        液体
309        冷凝装置