CN104995384A - 排气能量回收系统 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

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。
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″n″个叶片的阳转子和具有″n+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。因此，当转子30的例如叶片30-1的一个叶片相对于入口24前进时，转子32的例如叶片30-2的叶片相对于入口24离开，从而相对于高压流体流12-1离开。
如图所示，第一和第二转子30和32相对于转子轴固定，第一转子被固定至输出轴38，第二转子被固定至轴40。每个转子轴38，40均由一副轴承(未示出)支撑，并分别围绕轴线X1和X2旋转。需要注意的是，轴线X1和X2大体上彼此平行。
第一和第二转子30和32相互交织并连续啮合形成整体旋转。再参考图1，膨胀器20还包括啮合正时齿轮42和44，其中正时齿轮42与转子30固定旋转，正时齿轮44与转子32固定旋转。该正时齿轮42、44还被构造成保持转子30、32的相对位置，从而完全防止转子30、32之间的接触，这将对转子30、32导致严重损坏。优选，在由正时齿轮42、44转动期间转子30、32之间保持严格公差。由于转子30、32是非接触的，不同于转子叶片相互接触的典型回转螺旋装置及其他类似配置的旋转设备，膨胀装置20的运转不需要在流体12中加入润滑剂。
当流体从较高的第一压力的工作流体12-1经历膨胀成为第二压力的工作流体12-2时，工作流体12驱动输出轴38旋转。另外，如图1和2所示，输出轴38延伸超出壳体22的边界。因此，该输出轴38被构造成获取由膨胀器20在入口24和出口26之间的转子腔28中流体12膨胀期间产生的功或动力，并从膨胀器20将功作为输出转矩输出。虽然图示该输出轴38被可操作地连接至第一转子30，可选地，输出轴38也可操作地连接至第二转子32。该输出轴38可以与发动机52联接，从而可以从排气回收能量。
膨胀器的几何结构的一个方面，转子叶片30-1到30-4和32-1到32-4中的每一个都具有叶片几何结构，其中，第一和第二转子30和32每个的螺旋沿其匹配长度34基本恒定。如图5示意性所示，叶片几何结构的一个参数是螺旋角HA。以限定的方式，应理解下文提到的转子叶片的″螺旋角″指的是在转子30和32节圆直径PD(或节距圆)上的螺旋角。齿轮和转子领域的技术人员应该能够很好地理解术语节圆直径和其标识，本文中不再描述。如本文中所使用，该螺旋角HA可以通过如下公式计算：螺旋角(HA)＝(180/.pi.*arctan(PD/Lead))，其中：PD＝转子叶片的DE节圆直径；Lead＝叶片完成360度螺旋的叶片长度。需要注意的是，Lead是螺旋角以及叶片30、32各自长度L1、L2的函数。本领域技术人员应当理解，螺旋角为叶片的角位移，用度数标识，其出现在从转子的后端向转子的前端″行进″叶片的长度时。如图所示，螺旋角大约120度，螺旋角可以更小或更大，例如160度。
膨胀器几何结构的另一个方面，入口24包括入口角24-1，如图4所示出的，入口角24-1定义为入口24的内表面24a(例如前部内表面)的大致角或平均角。在一个实施例中，入口角24-1定义为入口24的大致中线的角度，例如图1和图4所示。在一个实施例中，入口角24-1定义为流体12-1由于与前部内表面24a接触进入转子30、32大致形成的方向，如图1和4所示。如图所示，入口角24-1既不垂直也不平行于转子30、32的旋转轴线X1、X2。因此，入口24的前部内表面24a使得流体12-1的主体部分形成为沿相对于转子30、32的旋转轴线X1、X2具有倾斜角的方向，从而大体上平行于入口角24-1。
另外，如图1和4所示，入口24的形状可以将流体12-1引导至转子30、32的第一轴端30a，30b，并从侧向引导至转子叶片的前缘和后缘表面(未示出)。然而，应当理解入口角24-1大致平行或垂至于轴线X1、X2，尽管对于某些转子结构会产生效率损耗。另外，需要注意的是，入口24可以是朝向入口开口24b变窄的形状，如图1和4所示。
膨胀器几何结构的另一个方面，出口26包括出口角26-1，如图1和4所示。在一个实施例中，出口角26-1定义为出口26的内表面26a的大致角或平均角。在一个实施例中，出口角26-1定义为出口26的大致中线的角度，如图1和4所示。在一个实施例中，出口角26-1定义为流体12-1由于与内表面26a接触离开转子30、32大致形成的方向，如图1和4所示。如图所示，出口角26-1既不垂直也不平行于转子30、32的旋转轴线X1、X2。因此，出口26的内表面26a以倾斜角从转子30、32接收离开的流体12-2，从而降低出口26的背压。在一个实施例中，入口角24-1和出口角26-1大体上相等或平行，如图1和4所示。在一个实施例中，入口角24-1和出口角26-1彼此倾斜。应当理解，出口角26-1可以大体上垂直于轴线X1、X2，虽然对于某些转子结构会产生效率损耗。进一步需要注意的是，出口角26-1可以垂直于轴线X1、X2。对结构进行设计时，出口26-1的方向和尺寸设计成使得离开的流体12-2尽可能容易并迅速地排出每个转子腔28，从而尽可能降低背压。轴38的输出功率达到最大，以使得出口引起的背压最小化，从而迅速地排出流体。
通过调节入口角24-1和转子30、32的几何结构来对膨胀器20的效率进行最优化。例如，转子30、32的螺旋角HA和入口角24-1可以配置成互补的形式。由于入口24将流体12-1引导至每个转子30、32的前缘面和后缘面，流体12-1对膨胀器20同时做正功和负功。
如图所示，图2示出了叶片30-1、30-4、32-1和32-2通过入口开孔24b均暴露于流体12-1。每个叶片都具有前缘面和后缘面，两者在相关转子旋转的不同点处都暴露于流体。前缘面是叶片的一侧，转子按照R1，R2方向旋转时其大部分向前，而后缘面是与前缘面相反的叶片的一侧。例如，转子30按R1方向旋转时，侧面30-1a则为叶片30-1的前缘面，侧面30-1b为后缘面。转子32按与R1相反的R2方向旋转时，前缘面和后缘面则反过来，侧面32-2a为叶片32-2的前缘面，侧面32-2b为后缘面。
总的来说，当流体12-1经过入口开孔24b时冲击叶片的后缘面，施加在每个转子30、32上的是正功。使用正功的术语，意思是流体12-1促使转子按期望的方向旋转：转子30是R1方向，转子32是R2方向。如图所示，流体12-1操作成将正功施加在转子32-2的后缘面32-2b上，例如表面部分47。流体12-1还将正功施加在转子30-1的后缘面30-4b上，例如表面部分46。然而，流体12-1还在经过入口开孔24b时冲击叶片的前缘面，例如表面30-1和32-1，从而将负功施加在每个转子30、32上。使用负功的术语，意思是流体12-1使转子按与期望方向R1，R2相反的方向旋转。
因此，期望能对转子30、32以及入口24的形状和定向进行设计，以使得尽可能多的流体12-1冲击叶片的后缘面，而很小的一部分流体12-1冲击叶片前缘，从而通过膨胀器20执行最高的净正功。
使得膨胀器20的效率和净正功最优化的有益结构是，转子叶片螺旋角HA约为35度且入口角24-1大约30度。这样的构造将施加在叶片后缘面上的碰撞区最大化，并将施加在叶片前缘面上的碰撞区最小化。在一个实施例中，螺旋角为约25度和约40度之间。在一个实施例中，入口角24-1设为螺旋角15度的范围内(加或减)。在一个实施例中，螺旋角为约25度和约40度之间。在一个实施例中，入口角24-1设为螺旋角HA的15度的范围内(加或减)。在一个实施例中，入口角位于螺旋角的10度的范围内(加或减)。一个实施例中，入口角24-1位于螺旋角HA的5度的范围内(加或减)。一个实施例中，入口角24-1位于螺旋角HA的15％的范围内(加或减)；一个实施例中，入口角24-1位于螺旋角的10％的范围内(加或减)。其它入口角和螺旋角的值不脱离本发明的构思。然而，已经发现如果入口角和螺旋角不能充分地接近，否则将产生效率的严重下降(例如，10-15％)。
具有容积式流体膨胀器的排气能量回收系统
图8是具有容积式流体膨胀器20的能量回收系统100实施例的示意图。如图8所示，该能量回收系统可以在车辆130中实施。容积式流体膨胀器20直接用来自动力装置102(例如燃料电池或内燃机)的排气操作。该容积式流体膨胀器20被构造成从动力装置102接收部分或全部排气，并提取储存在排气流中的至少一部分能量。在一些实施例中，该回收能量被送回动力装置102。例如，动力装置102的驱动轴机械地连接至容积式流体膨胀器20的输出轴，使得容积式流体膨胀器20回收的能量被传输至动力装置102。在其它实施例中，回收能量被传输至发电机124，或用作其它部件的动力，或被储存在储能装置例如储能器中用于后续使用。还有的实施例，回收的能量可以被传输至动力装置102和发电机124两者，如图8所示。
容积式流体膨胀器20还具有能量传输环节122，其用于容积式流体膨胀器20和动力装置102之间和/或容积式流体膨胀器20和发电机124之间，从而使得装置20的输出轴和动力装置102或者发电机124之间的转速能达到最佳匹配。能量传输环节122可以是齿轮单元、液压马达、皮带轮或任何其它能够以机械的方式传输能量的装置。当容积式流体膨胀器20同时连接动力装置102和发电机124时，能量传输环节122可构造成变速传动系统，将容积式流体膨胀器的输出轴同时连接至动力装置102的输出轴和发电机124。在一些实施例中，变速传动系统为行星齿轮组，其包括太阳轮、齿圈和位于太阳轮和齿圈之间的多个行星轮。太阳轮使可连接容积式流体膨胀器20的输出轴，行星轮可连接动力装置102的输出轴，且齿圈可连接发电机124。
图9是具有容积式流体膨胀器20的能量回收系统200的第二实施例的示意图。排气能量回收系统200将排气从发动机202再循环到发动机202的进气口。系统200采用容积式流体膨胀器20来从排气回收至少部分能量并控制返回至发动机202的排气再循环的量。在这个实施例中，系统200包括发动机202、容积式流体膨胀器20和EGR冷却器230。
发动机202被构造成以再循环至系统200中的发动机202的排气的一部分操作。通常，发动机202包括多个气缸204、曲轴206、排气歧管208和进气歧管210。多个气缸204容纳有活塞(未示出)并允许活塞在其中往复运动。曲轴206被构造成将往复活塞的直线运动转化成旋转运动。排气歧管208可构造成与多个气缸204流体连通并收集来自该气缸204的排气的一体结构。在这个实施例中，排气歧管208直接连接至容积式流体膨胀器20并与该装置20流体连通。进气歧管210与多个气缸204流体连通并构造成向气缸204提供燃料/空气混合物。
容积式流体膨胀器20可构造成不仅从排气回收能量，同时还控制返回到系统200的发动机202中的排气量。通过排气歧管208从气缸204排出的排气具有高于周围环境的压力并由此包含可通过容积式流体膨胀器20予以回收的能量。为了从排气回收能量，容积式流体膨胀器20被构造成从发动机202接收排气，将排气膨胀并因此使得排气具有比从装置20排出时更低的压力。这还将使得排气显著地冷却。容积式流体膨胀器20随着排气在装置20内膨胀从排气回收能量，并从回收能量中产生机械功。
在这个示例中，容积式流体膨胀器20直接与发动机202的排气歧管208流体连通，从而接收来自发动机202的排气。一些实施例中，容积式流体膨胀器20以类似于上述文件中的容积式流体膨胀器20被构造。例如，容积式流体膨胀器20包括壳体、多个转子和输出轴。
壳体具有入口和出口。入口与排气歧管连通并以从气缸204接收排气。出口与进气歧管流体连通并将在装置20内膨胀的排气排出。
多个转子设置在壳体内并操作成使排气膨胀。如图2和3所示，多个转子可包括两个螺旋啮合的转子。这两个转子可旋转地设置在壳体内并分别具有多个叶片。
输出轴连接到一个转子并当排气经过转子并体积膨胀时在排气的作用下产生旋转。通过输出轴的旋转产生的机械功可传输给任何部件或其它需要的装置。例如，回收能量可被储存于根据指令释放储存的能量的储能装置中，例如电池或蓄能器。在其它实施例中，通过将装置20的输出轴机械地连接至发动机202的曲轴206，回收能量可以返回至发动机202，如图9所示。能量传输环节222可设置在容积式流体膨胀器20和发动机202之间，以提供发动机202和装置20的输出轴的转速之间的更好匹配。在一些实施例中，能量传输环节222可被构造成同时向发动机202和发电机224提供输出的行星轮组，如图9所示。
容积式流体膨胀器20还构造成控制通过进气歧管210反馈至发动机202的排气量，从而替代了典型地用来调节再循环至系统200中发动机202的排气量的EGR阀。为了替代EGR阀，容积式流体膨胀器20被设置成与进气歧管210以及排气歧管208流体连通。例如，在如上所示容积式流体膨胀器20的入口直接与排气歧管208流体连通的同时，装置20的出口被构造成与进气歧管210流体连通，从而装置20内膨胀的排气被排出至进气歧管210。在一些实施例中，该容积式流体膨胀器20的出口直接与发动机202的进气歧管210流体连通。
系统200还可以在容积式流体膨胀器20之前或之后包括出口209。因为来自发动机202的排气没有必要全部反馈至进气歧管210，出口209构造成将不必要的排气部分排出系统200和并防止其进入发动机202。
系统200还可以包括用于控制再循环至发动机202的排气量的发电机224。该发电机224可以与容积式流体膨胀器20机械地相连并操作为确定和控制装置20中转子的速度。通过调整转子的转速，发电机224可以控制在装置20内进行膨胀并通过进气歧管210从装置20返回至发动机202的排气的量或体积。
容积式流体膨胀器20还操作以降低EGR冷却负载。典型地，系统200要求EGR冷却器230降低再循环至发动机202的排气的温度。然而，设置在EGR回路上的容积式流体膨胀器20操作以提供具有降低温度的排气，从而减少了EGR冷却器230的冷却负载。如上所述，来自排气歧管208的排气在经过容积式流体膨胀器20内的转子时，体积发生膨胀(也就是，压力下降)。同时，体积膨胀使得排气的温度降低。由此，容积式流体膨胀器20降低排气温度并为EGR冷却器230分担了冷却负载。在一些实施例中，容积式流体膨胀器20充分操作以按期望减小再循环的排气的温度，系统200中就不需要设置EGR冷却器230。
图10是能量回收系统200的第三实施例的示意图。由于许多概念与特征与图9所示的第二实施例类似，将对第二实施例的相关描述通过引用结合到第三实施例中。其中，示出相同或相似的特征或元件，在可能的情况下使用相同的附图标记。下面对第三实施例的描述主要针对第二实施例和第三实施例之间的差异之处。
这个实施例中，系统200具有涡轮增压器250。如图10所示图，涡轮增压器250与排气歧管208流体连通并被构造成由来自排气歧管208的排气驱动。涡轮增压器250还包括增压空气冷却器252，其用于对提供到进气歧管210的空气进行冷却从而增大发动机效率。EGR混合器240用来接收来自涡轮增压器250的压缩空气和经过容积式流体膨胀器20的排气，并将它们的混合物供应到发动机202的进气歧管210。系统200中的其它部件与图9中所描述的一样或类似，因此，为了简便起见不再进行进一步的说明。
图11是具有涡轮增压器250的能量回收系统200的第四实施例的示意图。图11的结构和图10相同，除了EGR混合器240设置在涡轮增压器250之前。由于许多概念与特征与图10所示的第三实施例类似，将对第三实施例的相关描述通过引用结合到第四实施例中。其中，示出相同或相似的特征或元件，在可能的情况下使用相同的附图标记。下面对第四实施例的描述主要针对第三实施例和第四实施例之间的差异之处。
这个实施例中，EGR混合器240接收空气以及来自容积式流体膨胀器20的排气，并将空气和排气的混合物供应到涡轮增压器250。为了简便起见。其它部件不再进行进一步说明。
上述的各个实施仅仅是通过示意来说明，这不应理解为对所附权利要求的限制。本领域技术人员容易进行修改和替代，这不会局限于本文所描述的示范性实施例和应用例，且不会脱离权利要求保护范围的精神实质。

Claims (26)

1.一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。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述入口直接与所述排气歧管流体连通，且所述出口直接与所述进气歧管流体连通。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述容积式流体膨胀器进一步包括：
多个转子，其设置在所述壳体中并构造成将所述第一排气流膨胀成所述第二排气流；和
输出轴，其可操作地连接至所述多个转子中的一个，并随着排气通过所述壳体内的所述多个转子发生膨胀而由排气驱动产生旋转。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述多个转子包括可旋转地设置在所述壳体中的第一和第二螺旋啮合转子，其中，每个转子都具有数量相等的多个非接触叶片。
5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括发电机，所述发电机构造成控制所述容积式流体膨胀器，以调节从所述容积式流体膨胀器排出的所述第二排气流的量。
6.根据权利要求3所述的系统，进一步包括发电机，所述发电机构造成控制所述转子的转速，以调节从所述容积式流体膨胀器排出的所述第二排气流的量。
7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括储能装置，其中，所述容积式流体膨胀器产生的机械功储存在所述储能装置中，用于随后根据指令释放。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述储能装置是电池或蓄能器。
9.一种用于发动机的容积式流体膨胀器，所述发动机具有进气歧管和排气歧管，所述膨胀器包括：
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第一排气流，所述出口与所述进气歧管流体连通并构造成排出第二排气流，所述第二排气流的压力和/或温度比所述第一排气流低；
多个转子，其设置在所述壳体中并构造成将所述第一排气流膨胀成所述第二排气流；和
输出轴，其可操作地连接至所述多个转子中的一个，并随排气通过所述壳体中的所述多个转子发生膨胀而由排气驱动产生旋转从而产生机械功。
10.根据权利要求9所述的膨胀器，其中，所述多个转子包括可旋转地设置在所述壳体中的第一和第二螺旋啮合转子，其中，每个转子都具有数量相等的多个非接触叶片。
11.根据权利要求9所述的膨胀器，其中，所述入口直接与所述排气歧管流体连通，且所述出口直接与所述进气歧管流体连通。
12.根据权利要求9所述的膨胀器，进一步包括发电机，所述发电机构造成控制所述容积式流体膨胀器，以调节从所述容积式流体膨胀器排出的所述第二排气流的体积。
13.根据权利要求12所述的膨胀器，其中，所述发电机构造成控制所述转子的转速。
14.根据权利要求9所述的膨胀器，进一步包括储能装置，其中，所述容积式流体膨胀器产生的机械功储存在所述储能装置中，用于随后根据指令释放。
15.根据权利要求14所述的膨胀器，其中，所述储能装置是电池或蓄能器。
16.一种用于容积式流体膨胀器的发电机，所述容积式流体膨胀器包括：
具有入口和出口的壳体，所述入口与内燃机的排气歧管流体连通并构造成从所述排气歧管接收第一排气流，所述出口与所述发动机的进气歧管流体连通并构造成排出第二排气流，所述第二排气流的压力和/或温度比所述第一排气流低；
多个转子，其设置在所述壳体中并构造成将所述第一排气流膨胀成所述第二排气流；和
输出轴，其可操作地连接至所述多个转子中的一个，并随排气通过所述壳体中的所述多个转子发生膨胀而由排气驱动产生旋转从而产生机械功，
其中，所述发电机构造成控制所述转子转速，以调节从所述容积式流体膨胀器的所述壳体排出的所述第二排气流的量。
17.一种排气能量回收系统，包括：
a.动力装置，其具有用于输送具有第一压力的排气流的排气出口；和
b.容积式流体膨胀器，其包括：
i.具有入口和出口的壳体，壳体入口与所述排气出口流体连通；
ii.输出轴；
c.其中，所述容积式流体膨胀器构造成通过将所述排气流膨胀至低于所述第一压力的第二压力而在所述输出轴处产生有用功，且随着所述排气流从壳体入口移至出口，所述排气流的体积基本没有减小。
18.根据权利要求17所述的排气能量回收系统，其中所述动力装置为燃料电池。
19.根据权利要求17所述的排气能量回收系统，其中，所述动力装置是汽车的内燃机。
20.根据权利要求19所述的排气能量回收系统，其中，所述容积式流体膨胀器包括：
a.可旋转地设置在所述壳体中的第一和第二螺旋啮合转子，其中，所述第一和第二螺旋啮合转子具有数量相等的多个叶片，并且其中，第一转子的叶片不接触第二转子的叶片。
21.根据权利要求17所述的排气能量回收系统，其中，所述容积式流体膨胀器的输出轴与所述动力装置的输出轴机械地联接。
22.根据权利要求17所述的排气能量回收系统，其中，所述容积式流体膨胀器的输出轴与发电机机械地联接。
23.根据权利要求21所述的排气能量回收系统，其中，所述容积式流体膨胀器的输出轴还与发电机或液压泵联接。
24.根据权利要求23所述的排气能量回收系统，其中，变速传动系统将膨胀器输出轴连接至所述动力装置的输出轴并且连接至发电机或液压泵。
25.根据权利要求24所述的排气能量回收系统，其中，所述变速传动系统为行星齿轮组，其包括太阳轮、齿圈和位于太阳轮和齿圈之间的多个行星轮。
26.根据权利要求25所述的排气能量回收系统，其中，所述太阳轮联接至所述容积式流体膨胀器的输出轴，所述行星轮联接至所述动力装置的输出轴，并且所述齿圈联接至发电机或液压泵。
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