本発明は、ベーンタイプ機械（１００）に関する。ハウジング（１０１）は、ベーンセル（１０２〜１１３）を収容する概して円筒状の空間と、入口開口（１１４）および出口開口（１１５）と、を有する。ハウジング内には、シャフト（１１６）が偏心的に配置される。シャフトに、互いに対して概して平行に配置される第１ガイドプレート（１１７）および第２ガイドプレートが設けられる。ハウジング（１０１）の内壁（１１８）の方向においてシャフト（１１６）に対して概して径方向に変位可能なスライド（１１９〜１２９）が、ガイドプレートによって案内され、ハウジングの内壁（１１８）の隣接する領域の２つのそれぞれの隣接するスライド（１１９、１２０；１２０、１２１；．．．）が関係して、ベーンセル（１０２〜１１３）が形成され、入口開口（１１４）の領域におけるベーンセルの体積は、出口開口（１１５）の領域におけるベーンセルの体積とは異なる。シャフト（１１６）の速度と使用される媒体の温度とを上昇させるため、したがって効率を向上させるため、スライド（１１９〜１２９）は、圧油によって潤滑されることが好ましく、それらは、ガイドウェイ（１３０）によって径方向かつ軸方向に案内され、ガイドウェイは、ハウジング（１０１）に対して固定され、同様に圧油によって潤滑されることが好ましい、ということが提案される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気、内燃機関からの排気ガス、蒸気媒体またはそれらの混合物等のガス媒体の膨張または圧縮のためのベーンセル機に関し、また、少なくとも１つのベーンセル機を使用することが好ましい廃熱利用の方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ベーンセル機は、ＤＥ２０１１７２２４Ｕ１から既知である。膨張プロファイルを、熱要件によりよく適合させることができるように、かつベーンセル機を低製造費で製造することができるように、回転方向にセル体積が増減するベーンセルユニットを備えたベーンセル機が提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が基づく目的は、信頼性が高くかつ効率的なベーンセル機と、廃熱を利用するまさにかかる方法と、を明示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、それぞれの独立請求項の特徴によって達成される。有利な進展が、従属請求項の主題である。
【０００５】
本発明によるベーンセル機は、空気、温度が最大５００℃の内燃機関からの排気ガス、蒸気媒体またはそれらの混合物等のガス媒体の膨張または圧縮に役立つ。ベーンセル機は、ベーンセル機のベーンセルを受容する概して円筒状の空間または径が一定でない空間と、その空間に入口ポートおよび出口ポートと、を有するハウジングを有する。ハウジング内に、シャフトが偏心的に配置される。シャフトに、互いに本質的に平行に配置される第１ガイドプレートおよび第２ガイドプレートが設けられる。ガイドプレートは、ハウジングの内壁の方向においてシャフトに対して本質的に径方向に変位可能なスライドを案内する。２つの隣接するスライドとハウジングの内壁の隣接領域とにより、ベーンセルがそれぞれ形成される。入口ポートの領域におけるベーンセルの体積は、出口ポートの領域におけるベーンセルの体積と異なる。本発明によれば、ハウジングの内壁の方向において径方向に変位可能なスライドは、圧油で潤滑されガイドトラックによって径方向にかつ軸方向に案内されることが好ましい。ガイドトラックは、ハウジングに対して固定位置に構成され、同様に、圧油で潤滑されることが好ましい。
【０００６】
本発明の好ましい実施形態では、第１連続ガイドトラックおよび／または第２連続ガイドトラックが設けられる。このガイドトラックまたはこれらガイドトラックは、ハウジングの内壁の方向において径方向に変位可能なスライドの移動を、それぞれ、スライドまたはスライドのハウジングの内壁に面する面、すなわちスライドの端面が、本質的に接触なしに、その移動の経路全体に沿って、ハウジングの内壁を通過して移動するように制限する。
【０００７】
本発明によるベーンセル機は、空気、温度が最大５００℃の内燃機関からの排気ガス、蒸気媒体またはそれらの混合物等のガス媒体の膨張または圧縮に役立つ。ベーンセル機は、ベーンセル機のベーンセルを受容する概して円筒状の空間または径が一定でない空間と、その空間に入口ポートおよび出口ポートと、を有するハウジングを有する。ハウジング内に、シャフトが偏心的に配置される。シャフトに、互いに本質的に平行に配置される第１ガイドプレートおよび第２ガイドプレートが設けられる。ガイドプレートは、ハウジングの内壁の方向においてシャフトに対して本質的に径方向に変位可能なスライドを案内する。２つの隣接するスライドとハウジングの内壁の隣接領域とにより、ベーンセルがそれぞれ形成される。入口ポートの領域におけるベーンセルの体積は、出口ポートの領域におけるベーンセルの体積と異なる。本発明によれば、ハウジングの内壁の方向において径方向に変位可能なスライドは、圧油で潤滑されガイドトラックによって径方向にかつ軸方向に案内されることが望ましい。ガイドトラックは、ハウジングに対して固定位置に構成され、同様に、圧油で潤滑されることが好ましい。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態では、第１連続ガイドトラックおよび／または第２連続ガイドトラックが設けられる。このガイドトラックまたはこれらガイドトラックは、ハウジングの内壁の方向において径方向に変位可能なスライドの移動を、それぞれ、スライドまたはスライドのハウジングの内壁に面する面、すなわちスライドの端面が、本質的に接触なしに、その移動の経路全体に沿って、ハウジングの内壁を通過して移動するように制限する。
【０００９】
この接触のない移動は、本発明の好ましい実施形態において、非円筒状ハウジングと円形ガイドトラックとにより、または円筒状ハウジングと非円形ガイドトラックとにより、または特別な形態のハウジングおよびガイドトラックにより達成される。
【００１０】
非円筒状ハウジングおよび円形ガイドトラックの場合、本発明の好ましい実施形態に到達するために、以下の式が、Ｒに従って数値的に解かれる。
【数１】

【００１１】
２つの式のうちの高い方の値が、好ましい設計に使用される。
【００１２】
この場合、以下の省略形が適用される。
ｘ：シャフトの回転軸からハウジングの壁までの距離
ｔ：スライドの端面における幅
ｂ：スライド（１４０〜１５１）のガイドピンの中心点からスライドの端面までの距離
ａ：シャフトの回転軸と円形ガイドトラックの中心点との間の距離
φ：線ｘと、ロータの中心点およびシャフトとハウジングとの間の最短距離の点を通る直線と、の間の角度
ｒ：ガイドトラックの半径
【００１３】
円筒状ハウジングおよび非円形ガイドトラックの場合、本発明のさらに好ましい実施形態では、以下の式が適用される。
【数２】

の場合、
【数３】

であり、
【数４】

の場合、
【数５】

である。
【００１４】
省略形の説明は以下の通りである。
ｙ：シャフトの回転軸からガイドトラックの中心までの距離
Ｒ：円筒状ハウジングの半径
ｅ：シャフトの回転軸と円筒状ハウジングの中心点との間の距離
ｔ：スライドの端面における幅
φ：線ｙと、ロータの中心点およびシャフトとハウジングとの間の最短距離の点を通る直線と、の間の角度
ｂ：スライドのガイドピンの中心点からスライドの端面までの距離
【００１５】
円筒状ハウジングを備えかつ非円形ガイドトラックを備える本発明による実施形態が特に好ましい。
【００１６】
本発明による方法により機械的接触がないため、各スライドの端面とハウジングの内壁との間に実質的に摩擦が発生しない。それにより、摩擦ベーンセル機に比較して、耐用年数が著しく延長されかつ効率が著しく向上する。機械的接触がないため、本発明によるベーンセル機のベーンホイールまたはベーンセルは、入口ポートと出口ポートとの間の差圧が著しく低い場合でさえも回転する。その結果、本発明によるベーンセル機により、以前は、従来のベーンセル機で利用することができなかった、周囲圧力に比較して差圧の低いエネルギー資源を使用することが可能になる。各スライドの端面とハウジングの内壁との間のわずかな間隙を介するベーンセル機のセル間の圧力等化は、実質的に無関係である。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態では、第１ガイドトラックが設けられる第１ガイドトラックプレートが設けられ、それは、シャフトとともに回転する第１ガイドプレートに対して概して平行である。第１ガイドトラックプレートは、ハウジングに対して回転しないように配置される。
【００１８】
本発明のさらに好ましい実施形態では、第２ガイドトラックが設けられる第２ガイドトラックプレートが設けられ、それは、シャフトとともに回転する第２ガイドプレートに対して概して平行である。第２ガイドトラックプレートは、ハウジングに対して回転しないように配置される。
【００１９】
本発明によるこれらの方法により、ベーンセル機のコンパクトな配置と、それでもなお、ベーンセル機のスライドの、ハウジングの内壁に対する接触のない正確な案内と、を達成することができる。２つのガイドトラックプレートを、互いに対して正確に調整することができる。その結果、スライドが傾きなしに径方向に移動する。第１ガイドトラックおよび適当な場合は第２ガイドトラックも、径方向に移動可能なスライドの端面のハウジングの内壁からの距離が、ベーンセル機の動作中に概して一定のままであるように、それぞれのガイドトラックプレートに設けられることが好ましい。第１ガイドトラックおよび適当な場合は第２ガイドトラックを、同様に、ハウジングの内壁からのスライドの端面の距離が、ベーンセルの回転移動とそれに伴う圧力増大中に低減し、すなわち圧力の増大により、隣接するベーンセルが互いからより有効に分離されるかまたは密閉されるように、ハウジングのシャフトの偏心配置に適合させてもよい。これは、ベーンセル機の効率に対し有利な効果がある。
【００２０】
本発明の有利な実施形態では、第１ガイドトラックプレートおよび／または第２ガイドトラックプレートは、ハウジングにねじ留めされる。さらに、第１ガイドトラックプレートおよび／または第２ガイドトラックプレートは、ハウジングの第１端面および／または第２端面を形成してもよい。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態では、スライドに、それぞれ第１ガイドピンおよび／または第２ガイドピンが設けられ、それらはそれぞれ、それぞれシャフトに対して径方向に走りかつ第１ガイドプレートおよび／または第２ガイドプレートに設けられる長手方向溝内に導かれる。それにより、スライドの概して傾きのない径方向の変位を成し遂げることができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態では、ガイドピンに、三日月型ガイドトラックカマが設けられ、それは、その長手方向軸を中心に回転して移動可能であり、かつガイドトラックによって案内される。ガイドトラックは、圧油によって潤滑されかつ／または圧油を用いて取り付けられることが好ましい。ガイドトラックカマにより、スライドの径方向の変位中にガイドトラックに発生する力を、ガイドトラックのかつ／または適当な場合は油膜のより広い領域に分散させることができ、その結果、特に、摩擦損失、したがってあり得る摩耗を低減することができる。本発明による好ましい圧油潤滑および／または圧油取付により、回転取付と比較して、ベーンセル機のシャフトの回転速度を著しく増大させることができ、著しく高い温度の媒体さえも障害なしに使用することができる。ガイドトラックカマの圧油取付のために、回転取付とは対照的に、発生する軸方向の力もまた吸収することができる。これは、本発明によるベーンセル機の効率、全体サイズ、耐用年数および信頼性に対し好ましい効果を与える。
【００２３】
本発明のさらなる実施形態では、第１ガイドトラックおよび／または第２ガイドトラックは、第１ガイドトラックプレートおよび／または第２ガイドトラックプレートの内面にフライス加工されることが好ましい連続ガイドトラック溝によって形成される。それにより、径方向かつ軸方向におけるスライドの費用効率よく、正確かつ確実な案内を達成することができる。
【００２４】
一実施形態では、本発明によるベーンセル機は、潤滑油を搬送し、かつ潤滑油をガイドピンおよび／またはガイドトラックカマにかつ／またはそれぞれ第１ガイドプレートおよび／または第２ガイドプレートにおけるスライドの径方向に延在する溝に供給する、ダクトを有する。潤滑油の供給は、少なくとも１つのダクトがシャフトに潤滑油を搬送することによって発生することが好ましく、かつ／または潤滑油の排出は、第１ガイドプレートおよび／または第２ガイドプレートにおいて少なくとも１つのダクトが潤滑油を排出することによって発生することが好ましい。その結果、本発明によるベーンセル機における回転速度および使用される媒体の温度の上昇が可能となり、そのため、信頼性および効率を著しく向上させることができる。
【００２５】
本発明による廃熱利用のための方法は、本発明による少なくとも１つのベーンセル機を使用して実装されることが好ましい。固定または可動燃料装置からの排気ガスは、第１熱伝達装置および／または排気ガスターボチャージャに供給される。第１ベーンセル機が、周囲圧力下の空気を圧縮し、圧縮空気は熱伝達装置に供給される。その後、排気ガスに含まれる熱エネルギーは、圧縮空気に供給される。第２ベーンセル機が、圧縮されかつ加熱された空気を、燃焼装置からの排気ガスの圧力を下回るか、または適当な場合は、ターボチャージャの出口における排気ガスの圧力を下回る圧力まで膨張させまたは減圧する。熱伝達装置または適当な場合は排気ガスターボチャージャから出る減圧空気および排気ガスは、第３ベーンセル機に供給される。第３ベーンセル機は、排気ガスおよび空気の混合物を周囲圧力まで膨張させ、同時に、有用な作業を行う。
【００２６】
本発明による方法は、高効率という特徴を有し、特に、本発明によるベーンセル機が使用される場合、本来は単純に望ましくない方法で環境に排出され使用されないエネルギー資源の好都合な利用が可能になる。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、本発明による第１ベーンセル機は、周囲圧力または大気圧下の空気を、燃焼装置の排気マニホルドにおける排気ガスの出口圧力の圧力のおよそ２倍まで、または適当な場合は、ターボチャージャの下流の排気ガスの出口圧力の圧力のおよそ２倍まで圧縮する。それにより、本発明の効率をさらに向上させることができる。
【００２８】
本発明による方法の一実施形態では、燃焼装置に、第１ベーンセル機によって圧縮された圧縮周囲空気が供給される。その結果、適当な燃焼装置の場合、その効率を同様に向上させることができる。
【００２９】
本発明の一実施形態では、第２熱伝達装置が提供され、それには、燃焼装置の冷却回路からの熱エネルギーと、第３ベーンセル機の排気ガス／空気混合物の残留熱とが供給される。第２熱伝達装置によって排出されるガス媒体は、第４ベーンセル機によって膨張され、同時に有用な作業を行う。本発明によるこの方法により、内燃機関の冷却回路の廃熱もまた有利に利用することができる。
【００３０】
本発明による方法の一実施形態では、第２熱伝達装置は、液体貯蔵器から抽出されかつポンプによる圧力で作用される液体、特に水、二酸化窒素または環状シロキサンが供給される蒸発装置である。それにより、本発明による方法によってすでに達成可能な効率を、廃熱の利用においてさらに向上させることができる。
【００３１】
本発明の一実施形態では、第４ベーンセル機によって膨張されるガス媒体は、凝縮装置に供給され、そこで、ガス媒体が凝縮し同時に熱を放出し、液体が液体貯蔵器に供給される。この方法により、排気ガス／空気混合物の残留熱と燃焼装置の冷却回路からの廃熱とを利用する有利な閉回路が達成される。
【００３２】
本発明によるベーンセル機と本発明による廃熱利用の方法とについて、必ずしも比例尺ではない図面を使用して、例示的な実施形態により以下より詳細に説明する。同じ参照記号は同じかまたは同様に作用する要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１は、概略断面図を用いて、本発明による、空気、内燃機関からの排気ガス、蒸気媒体またはそれらの混合物等のガス媒体の膨張または圧縮のためのベーンセル機１００の動作原理を示す。ベーンセル機１００のハウジング１０１は、概して一部円形断面を有し、その概して円筒状の内部空間にベーンセル１０２〜１１３と、外側に入口ポート１１４および出口ポート１１５と、を有する。ハウジング１０１内に、駆動シャフトまたは被駆動シャフト１１６が偏心的に配置される。シャフト１１６に、第１ガイドプレート１１７および第２ガイドプレート（図示せず）が設けられる。ガイドプレートは、スライド１１９〜１２９を、それらが、ハウジング１０１の内壁１１８の方向においてシャフト１１６に対して本質的に径方向に移動することができるように案内する。
【００３４】
シャフト１１６は、機械的に駆動されると、ハウジング内でガイドプレートとともに回転する。遠心力により、スライド１１９〜１２９は、回転中、径方向に外側に移動する。この場合、それらは、それぞれ、ガイドプレートに締結されかつシャフト１１６とともにベーンセル１０２〜１１３をシャフト１１６に対して閉鎖する（図示せず）、２つのガイド壁間で案内される（図示せず）。したがって、ベーンセルがハウジング１０１の内壁１１８の領域に位置しない限り、ベーンセルのそれぞれは、径方向において外側にのみ開放される。各スライド１１９〜１２６の端面１３１は、ハウジング１０１の内壁１１８からわずかな距離で、内壁を通過して移動し、すなわち、スライド１１９〜１２６、および後にはスライド１２７〜１２９も、好ましくは概してまたは完全に接触することなく、ハウジング１０１の内壁１１８を通過して移動する。この例示的な実施形態では、大気圧下の空気は、入口ポート１１４の領域に位置する。シャフト１１６が、機械的に、たとえば電気モータまたは内燃機関により右回りに回転１８０すると、空気は、入口ポート１１４を介して、後に概して閉鎖したベーンセル１０６内に進む。空気は、入口ポート１１４から出口ポート１１５まで進む間、ベーンセルの体積が低減することにより圧縮される。圧縮空気は、出口ポート１１５を介してベーンセル機から出る。圧縮空気の一部はベーンセル内に残り、本発明によれば、この空気は、出口ポート１１５から入口ポート１１４まで進む間に大気圧まで膨張される。
【００３５】
対照的に、圧力の増大が、入口ポート１１４に比較して出口ポート１１５の領域で優勢となり、シャフト１１６が概して自由に回転することができる場合、出口ポート１１５はベーンセル機１００の入口ポートになり、入口ポート１１４は出口ポートになる。この場合、逆のプロセスが発生し、ベーンセル機は入ってくるガス媒体を減圧する。この場合、シャフト１１６は左回りに回転１８１し、たとえば電気（モータ図示せず）を駆動し、すなわち、ベーンセル機またはそのシャフト１１６は作業を行う。
【００３６】
本発明によれば、部分的に径が出口ポート１１５から入口ポート１１４まで増大する領域１８２を有する本質的に概して円形断面を備えたハウジング１０１が提供される。その結果、ベーンセル１１３に入り（シャフト１１６が左回り１８１に移動する場合）大気圧下にある空気は、より低い圧力、たとえば０．９５バールまで膨張される。この圧力差により、軸の回転が促進され、したがって、ベーンセル機１００の効率が向上する。
【００３７】
ハウジング１０１の内壁１１８を通過する各スライドの端面１３１が概して接触しないで摺動するようにするために、本発明によれば、少なくとも１つのガイドトラック１３０が設けられる。概略的に示すガイドトラック１３０は、各スライド１１９〜１２９の径方向の位置を確定する。連続したガイドトラックは、ガイドトラックプレート（図示せず）の背面に位置するガイド溝またはガイドダクト（図示せず）であることが好ましく、ガイドトラックプレートは、シャフト１１６とともに回転するガイドプレート１１７に対して概して平行である。ガイドプレート１１７とは対照的に、ガイドトラックプレート（図示せず）は、ハウジング１０１に対して回転しないように配置される。ガイドトラックプレートは、ハウジングにねじ留めされ、ハウジングを下方に閉鎖することが好ましい。各スライド１１９〜１２９のガイドピン１４０〜１５１は、ガイドトラック１３０内を形態嵌合して通ることが好ましい。シャフトの回転中、ガイドピンが設けられた各スライドは、ガイドトラックおよびピンの形態嵌合を介して所定位置内に案内され、その結果、それぞれのベーンセルは、ハウジングの内壁に対して概して密封され、なおかつ、各スライドの端面のハウジングとのまたはハウジング壁との接触が概して回避される。それにより、ベーンセルの本質的に摩擦のない回転が達成され、これにより、隣接するベーンセル間に残っている間隙を介していかなる明確な圧力損失ももたらされない。全体的に、本発明によるベーンセル機１００の効率は、既知の摩擦のあるベーンセル機より著しく高い。
【００３８】
これは特に、入口ポートと出口ポートとの間の差圧が低い場合に当てはまる。それは、既知の高摩擦ベーンセル機とは対照的に、本ベーンセルは、本質的に摩擦がないために、この場合でさえも回転し作業を行うことができるためである。低差圧もまた利用することができるように、本発明によるベーンセル機またはそのベーンセルを、より大きい寸法で設計してもよい。対照的に、既知の摩擦ベーンセル機の寸法を増大することにより、克服すべきそれらの摩擦力も増大し、したがって、既知のベーンセル機では、この方法によって何も改善されない。
【００３９】
本発明の好ましい実施形態（図示せず）では、ハウジングの下面にもまた、ハウジングにねじ留めされ、かつ同様にスライドに取り付けられる下部ピン（図示せず）を案内するガイドトラックを有する、ガイドトラックプレートが設けられる。
【００４０】
２重の案内のために、スライドを、径方向に、概して傾きなしに案内することができる。さらに、本発明によれば、ピンに、ピンを中心に回転することができ、かつガイドトラックによって案内される、ガイドトラックカマを設けてもよい。ピンと比較して、ガイドトラックカマは、圧油によって潤滑されることが好ましいガイドトラックとの接触面が広く、その結果、表面圧力が降下し、摩擦がさらに低減し、信頼性が向上するかまたは耐用年数が延長される。
【００４１】
スライドおよびガイドピンまたはガイドトラックカマは、潤滑油を搬送する適当なダクト（図示せず）を介してそれらの案内機構において潤滑されかつ／または取り付けられることが好ましい。好ましいことは、圧油潤滑または圧油取付であり、それは、たとえば回転取付より、回転速度を早くしかつ使用される媒体の温度を高くすることができ、その結果、効率が上昇し、構造的な寸法、したがって費用を低減させることができる。
【００４２】
図２は、本発明による廃熱利用のための第１システムを示し、それを参照して、本発明による方法について説明する。本発明によるシステムは、燃焼装置２０１と、入口および出口を備えた第１熱伝達装置２０４と、排気ガスターボチャージャ２０５と、第１ベーンセル機２０６と、連結ライン２１０と、第２ベーンセル機２１１と、第３ベーンセル機２１４と、を有する。
【００４３】
燃焼装置２０１は、周囲圧力または大気圧下の空気２０２を吸い込み、高温排気ガス２０３を排出する。高温排気ガスは、第１熱伝達装置２０４にその入口を介して供給される。大気圧下の空気２０７は、第１ベーンセル機２０６によって吸い込まれ、燃焼装置の排気マニホルドにおける排気ガスの出口圧力のおよそ２倍まで圧縮される。対照的に、燃焼装置が、図示するように排気ガスターボチャージャを有する場合、空気は、第１ベーンセル機によって、排気ガスターボチャージャの下流の排気ガスの出口圧力のおよそ２倍まで圧縮される。圧縮中、燃焼装置に対するタップ空気を、第１ベーンセル機から抽出してもよい（図示せず）。圧縮空気２０９は、第１ベーンセル機２０６の出口を第２ベーンセル機２１１の入口に連結する連結ライン２１０に導かれる。連結ライン２１０は、排気ガスに含まれる熱エネルギー２０８の大部分を、連結ライン２１０内に導かれる圧縮空気に伝達するために、熱伝達装置２０４の熱コイルの形態で配置される（図示せず）。熱伝達装置では、圧縮空気は、逆流原理に基づいて、およそ排気ガスの温度まで加熱され、排気ガスは、およそ圧縮空気の温度まで冷却される。加熱された圧縮空気は第２ベーンセル機２１１に入り、減圧された空気が第２ベーンセル機から出る。第２ベーンセル機２１１から出る空気は、燃焼装置から現れる排気ガスの圧力を下回るか、または図示するように排気ガスターボチャージャが存在する場合は、排気ガスターボチャージャから出る排気ガスの圧力を下回る圧力を有する。
【００４４】
さらなる連結ラインが、熱伝達装置２０４の出口を排気ガスターボチャージャ２０５の入口に連結し、これに対し、燃焼装置からの冷却された排気ガスを供給する。排気ガスターボチャージャ２０５によって圧縮されターボチャージャの出口２１２から出る排気ガスは、第２ベーンセル機２１１から排出される圧縮空気と結合される。圧縮空気と圧縮排気ガスとの混合物２１３は、第３ベーンセル機２１４の入口に供給され、第３ベーンセル機２１４は、圧縮混合物を、大気圧を有する混合物２１５まで膨張させる。第３ベーンセル機２１４における減圧中、第３ベーンセル機２１４は、たとえば、第３ベーンセル機のシャフトにフランジ状に取り付けられる発電機を介して、作業を行う。
【００４５】
図３は、本発明による、図２に示す第１システム２００に関してさらに改善された廃熱利用のための第２システムを示す。第１システムに加えて、第２システム３００は、第２熱伝達装置３０１と、燃焼装置２０１の冷却回路３０２と、第４ベーンセル機３０４と、液体貯蔵器３０５と、ポンプ３０６と、凝縮装置３０９と、を有する。
【００４６】
第３ベーンセル機から出る空気と排気ガスとの膨張した混合物２１５と、第２熱伝達装置３０１を加熱する冷却回路３０２と、は、第２熱伝達装置に熱エネルギーを供給する。液体貯蔵器３０５に存在する蒸発可能な液体３０７は、ポンプ３０６によって第２熱伝達装置内に注入される。第２熱伝達装置３０１では、供給される液体は、冷却回路３０２と、膨張空気および膨張排気ガスの混合物２１５と、を介して供給される熱エネルギーのために蒸発する。蒸気は、液体貯蔵器３０５内の液体の圧力より高い圧力を有する。蒸気は、第４ベーンセル機３０４の入口に供給され、かつ第４ベーンセル機３０４の出口を介して、蒸気の膨張または減圧後に、凝縮装置３０９に供給される。凝縮装置において発生する液体３０８は、液体貯蔵器３０５内に再循環される。
【００４７】
蒸気の膨張中、第４ベーンセル機３０４は、たとえば、ベーンセル機３０４のシャフトにフランジ状に取り付けられた発電機を介して、有用な作業を行う。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明により好ましいように、図２および図３に示すシステムに、本発明によるベーンセル機が提供される場合、システムは、特に、とりわけ高い効率という特徴を有する。さらに、作業を行うために、または電流を発生するために、さらに低い差圧を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明によるベーンセル機を、本発明による動作原理を示す断面図で示す。
【図２】本発明による廃熱利用のための第１システムを示し、それを参照して本発明による方法を説明する。
【図３】本発明による、第１システムに比較してさらに改良された廃熱利用のための第２システムを示す。
【符号の説明】
【００５０】
１００ ベーンセル機
１０１ ハウジング
１０２〜１１３ ベーンセル
１１４ 入口ポート
１１５ 出口ポート
１１６ シャフト
１１７ ガイドプレート
１１８ 内壁
１１９〜１２９ スライド
１３０ ガイドトラック
１３１ 端面
１４０〜１５１ ガイドピン
１６０〜１７１ 長手方向溝
１８０ 右回り回転
１８１ 左回り回転
１８２ ハウジングの部分領域
２００ 本発明による廃熱利用のための第１システム
２０１ 燃焼装置
２０２ 大気圧下の空気
２０３ 排気ガス
２０４ 熱伝達装置
２０５ 排気ガスターボチャージャ
２０６ 第１ベーンセル機
２０７ 大気圧下の空気
２０８ 排気ガスに含まれる熱エネルギー
２０９ 圧縮空気
２１０ 連結ライン
２１１ 第２ベーンセル機
２１２ 排気ガスターボチャージャの出口
２１３ 空気および排気ガスの混合物
２１４ 第３ベーンセル機
２１５ 空気および排気ガスの膨張混合物
３００ 本発明による廃熱利用のための第２システム
３０１ 第２熱伝達装置
３０２ 冷却回路
３０３ ガス媒体
３０４ 第４ベーンセル機
３０５ 液体貯蔵器
３０６ ポンプ
３０７ 液体
３０８ 液体
３０９ 凝縮装置

【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気、内燃機関からの排気ガス、蒸気媒体またはそれらの混合物等のガス媒体の膨張または圧縮のためのベーンセル機（１００）であって、前記ベーンセル機のベーンセル（１０２〜１１３）を受容する概して円筒状の空間と、また前記円筒状空間に入口ポート（１１４）および出口ポート（１１５）と、を有するハウジング（１０１）を備え、
前記ハウジング内に偏心的に配置されたシャフト（１１６）を備え、
前記シャフトに互いに対して本質的に平行に配置された第１ガイドプレートおよび第２ガイドプレート（１１７）を備え、
前記ガイドプレートによって案内され、かつ前記ハウジング（１０１）の内壁（１１８）の方向において前記シャフト（１１６）に対して本質的に径方向に変位可能なスライド（１１９〜１２９）を備え、ベーンセル（１０２〜１１３）が、２つの隣接するスライド（１１９、１２９；１２０、１２１；…）と前記ハウジングの前記内壁（１１８）の隣接領域とによってそれぞれ形成され、前記入口ポート（１１４）の領域における前記ベーンセルの体積が、前記出口ポート（１１５）の領域における前記ベーンセルの体積と異なる、ベーンセル機（１００）であって、
前記ハウジング（１０１）の前記内壁（１１８）の方向において径方向に変位可能な前記スライド（１１９〜１２９）が、ガイドトラック（１３０）によって案内され、
前記ガイドトラックが前記ハウジング（１０１）に対して固定位置にあることを特徴とする、ベーンセル機（１００）。
【請求項２】
前記ハウジングの前記内壁（１１８）の方向において径方向に変位可能な前記スライド（１１９〜１２９）の移動を、それぞれ、前記スライドまたは前記スライドの前記ハウジングの前記内壁に面する面、すなわち前記スライドの端面（１３１）が、本質的に接触なしに、その移動の経路全体に沿って、前記ハウジングの前記内壁を通過して移動するように制限する、第１連続ガイドトラック（１３０）および／または第２連続ガイドトラックを具備することを特徴とする、請求項１に記載のベーンセル機。
【請求項３】
前記第１ガイドトラック（１３０）が設けられ、前記ハウジング（１０１）に対して回転しないように配置され、かつ前記シャフト（１１６）とともに回転する前記第１ガイドプレート（１１７）に対して概して平行である、第１ガイドトラックプレートを具備することを特徴とする、請求項１または２に記載のベーンセル機。
【請求項４】
前記第２ガイドトラックが設けられ、前記ハウジングに対して回転しないように配置され、かつ前記シャフトとともに回転する前記第２ガイドプレートに対して概して平行である、第２ガイドトラックプレートを具備することを特徴とする、請求項２に記載のベーンセル機。
【請求項５】
前記第１ガイドトラックプレートおよび／または前記第２ガイドトラックプレートが、前記ハウジングにねじ留めされることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のベーンセル機。
【請求項６】
前記第１ガイドトラックプレートおよび／または前記第２ガイドトラックプレートが、前記ハウジングの第１端面および／または第２端面を形成することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のベーンセル機。
【請求項７】
前記スライド（１１９〜１２９）に、それぞれ第１ガイドピンおよび／または第２ガイドピンが設けられ、それらがそれぞれ、それぞれ前記シャフト（１１６）に対して径方向に走りかつ前記第１ガイドプレート（１１７）および／または前記第２ガイドプレートに設けられる長手方向溝（１６０〜１７１）内に導かれることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のベーンセル機。
【請求項８】
前記ガイドピンに、三日月型ガイドトラックカマが設けられ、それは、その長手方向軸を中心に回転して移動可能であり、かつ前記ガイドトラックによって案内されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のベーンセル機。
【請求項９】
前記第１ガイドトラックおよび／または前記第２ガイドトラックが、前記第１ガイドトラックプレートおよび／または前記第２ガイドトラックプレートの内面にフライス加工されることが好ましい連続ガイドトラック溝によって形成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のベーンセル機。
【請求項１０】
潤滑油を搬送し、かつ潤滑油を前記ガイドピンおよび／または前記ガイドトラックカマおよび／またはそれぞれ前記第１ガイドプレートおよび／または前記第２ガイドプレートの前記スライドの径方向に走る溝に供給するダクトを具備し、前記潤滑油の供給が、少なくとも１つのダクトが前記シャフトに潤滑油を搬送することによって発生し、かつ／または潤滑油の排出が、前記第１ガイドプレートおよび／または前記第２ガイドプレートにおいて少なくとも１つのダクトが潤滑油を排出することによって発生することが好ましいことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のベーンセル機。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の少なくとも１つのベーンセル機（１００）を使用するのが好ましい、廃熱利用方法であって、
固定または可動燃料装置（２０１）であって、そこからの排気ガス（２０３）が、第１熱伝達装置（２０４）にかつ／または排気ガスターボチャージャ（２０５）に供給される、固定または可動燃料装置（２０１）と、
周囲圧力の空気（２０２、２０７）を圧縮し、それを前記熱伝達装置（２０４）に供給する第１ベーンセル機（２０６）であって、前記熱伝達装置（２０４）において、前記排気ガスに含まれる熱エネルギー（２０８）が圧縮空気（２０９、２１０）に供給される、第１ベーンセル機（２０６）と、
第２ベーンセル機（２１１）が、前記圧縮されかつ加熱された空気を、前記燃焼装置（２０１）からの前記排気ガス（２０３）の圧力を下回るか、または適当な場合は前記排気ガスターボチャージャ（２０５）の出口（２１２）における前記排気ガスの圧力を下回る圧力まで膨張させまたは減圧し、
前記熱伝達装置（２０４）または適当な場合は前記排気ガスターボチャージャ（２０５）から出る前記減圧空気および前記排気ガス（２１３）が、第３ベーンセル機（２１４）に供給され、
前記第３ベーンセル機（２１４）が、前記排気ガスおよび空気の混合物（２１３）を周囲圧力まで膨張させ（２１５）、同時に作業を行うことを特徴とする、廃熱利用方法。
【請求項１２】
前記第１ベーンセル機（２０６）が、前記周囲圧力または大気圧下の空気（２０７）を、前記燃焼装置（２０１）の排気マニホルドにおける排気ガス（２０３）の出口圧力の圧力のおよそ２倍まで、または適当な場合は、前記ターボチャージャ（２０５）の下流の排気ガス（２１２）の出口圧力の圧力のおよそ２倍まで圧縮することを特徴とする、請求項１１に記載の廃熱利用方法。
【請求項１３】
前記燃焼装置に、前記第１ベーンセル機によって圧縮された圧縮周囲空気が供給されることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の廃熱利用方法。
【請求項１４】
前記燃焼装置（２０１）の冷却回路（３０２）からの熱エネルギーと、前記第３ベーンセル機（２１４）の前記排気ガス／空気混合物（２１５）の残留熱とが供給される第２熱伝達装置（３０１）が提供され、
前記第２熱伝達装置（３０１）によって排出されるガス媒体（３０３）が、第４ベーンセル機（３０４）によって膨張され、前記第４ベーンセル機（３０４）が同時に作業を行うことを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の廃熱利用方法。
【請求項１５】
前記第２熱伝達装置（３０１）が、液体貯蔵器（３０５）から抽出されかつポンプ（３０６）による圧力で作用される液体（３０７）、特に水、二酸化窒素または環状シロキサンが供給される蒸発装置であることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の廃熱利用方法。
【請求項１６】
前記第４ベーンセル機（３０４）によって膨張されるガス媒体が凝縮装置（３０９）に供給され、そこで前記ガス媒体が凝縮し同時に熱を放出し、液体（３０８）が前記液体貯蔵器（３０５）に供給されることを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の廃熱利用方法。

【図１】

【図２】

【図３】

【公表番号】特表２００９−５１７５８０（Ｐ２００９−５１７５８０Ａ）
【公表日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５４１８３６（Ｐ２００８−５４１８３６）
【出願日】平成１７年１１月２９日（２００５．１１．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００５／０５３９５８
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０６３３５７
【国際公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【出願人】（５０８１５７９２３）
【出願人】（５０８１５７９３４）