用于冷却器系统的涡轮节热器技术方案

一种涡轮节热器(26)，适于在包括喷嘴(62)、涡轮机(64)以及节热器叶轮(66)的冷却器系统(10)中使用。喷嘴(62)将制冷剂引入涡轮节热器(26)内。涡轮机(64)配置在喷嘴(62)的下游，且涡轮机(64)附接至能绕旋转轴线旋转的轴(70)。通过喷嘴(62)引入的制冷剂的流动驱动涡轮机(64)以使轴(70)旋转。节热器叶轮(66)附接至轴(70)，以随着轴(70)旋转而旋转。在涡轮节热器(26)中，喷嘴(62)减小制冷剂的压力，使得进入涡轮节热器(26)的制冷剂的压力低于预定压力，流过喷嘴(62)的至少一些制冷剂被引入节热器叶轮(66)，且节热器叶轮(66)将引入其中的制冷剂的压力增大至预定压力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于冷却器系统的涡轮节热器背景
本专利技术总体上涉及一种用于冷却器系统的涡轮节热器。背景信息冷却器系统是从介质中去除热量的制冷机器或装置。通常使用诸如水之类的液体作为介质，并且冷却器系统在蒸气压缩制冷循环中运转。该液体接着能通过热交换器进行循环，以根据需要对空气或装备进行冷却。作为必要的副产品，制冷会产生废热，必须将其排放至环境中，或者为了获得更高的效率，将其回收以用于加热的目的。常规的冷却器系统通常使用离心压缩机，该离心压缩机通常被称为涡轮压缩机。因此，这种冷却器系统可以被称为涡轮冷却器。替代地，能使用其它类型的压缩机，例如螺杆压缩机。在常规的(涡轮)冷却器中，制冷剂在离心压缩机中被压缩并被送至热交换器，在上述热交换器中，在制冷剂与热交换介质(液体)之间发生热交换。这种热交换器被称为冷凝器，因为制冷剂在该热交换器中冷凝。作为结果，热量被传递至介质(液体)以加热介质。离开冷凝器的制冷剂通过膨胀阀膨胀，并被送至另一个热交换器，在该热交换器中，在制冷剂与热交换介质(液体)之间发生热交换。该热交换器被称为蒸发器，因为制冷剂在该热交换器中加热(蒸发)。作为结果，热量从介质(液体)传递至制冷剂，从而使液体冷却。来自蒸发器的制冷剂接着返回至离心压缩机，并重复该循环。所用的液体通常是水。常规的离心压缩机基本上包括壳体、入口导叶、叶轮、扩散器、马达、各种传感器以及控制器。制冷剂依次流过入口导叶、叶轮以及扩散器。因而，入口导叶联接至离心压缩机的进气端口，而扩散器联接至叶轮的出气端口。入口导叶对进入叶轮的制冷剂气体的流量进行控制。叶轮增大制冷剂气体的速度。扩散器用于将由叶轮给出的制冷剂气体的速度(动态压力)转换成(静态)压力。马达使叶轮旋转。控制器控制马达、入口导叶以及膨胀阀。以这种方式，制冷剂在常规的离心压缩机中被压缩。为了提高冷却器系统的效率，已使用了节热器。例如，参见美国专利申请公布第2008/0098754号。节热器将制冷剂气体与两相(气液)制冷剂分离，并且制冷剂气体被引入压缩机的中压部分。
技术实现思路
已经发现在常规的节热器中，离开节热器的制冷剂气体的压力减小至中压，使得制冷剂气体被引入压缩机的中间部内。冷却器系统中的冷却能力能够随着压缩机的中压降低而提高。根据一种常规技术，压缩机可以具有两个不同尺寸的叶轮，其中，第一级处的叶轮具有较小的尺寸，而第二级处的叶轮具有较大的尺寸，以在压缩机中实现制冷剂较低的中压。尽管这种技术运行得相当好，但这种系统需要大尺寸压缩机以允许叶轮的尺寸差异，这会导致成本增加。因此，本专利技术的一个目的在于提供一种涡轮节热器，该涡轮节热器在压缩机中不使用不同尺寸的叶轮的情况下，在冷却器系统中实现冷却能力增强。本专利技术的另一个目的在于提供一种不使用单独马达的自供电涡轮节热器。本专利技术的又一个目的在于提供一种涡轮节热器，该涡轮节热器通过使用膨胀器进一步增强冷却能力。本专利技术的又一个目的在于提供一种使用根据本专利技术的涡轮节热器的冷却器系统。一个或多个上述目的基本上能够通过提供一种涡轮节热器来获得，所述涡轮节热器适于在冷却器系统中使用，其包括连接以形成制冷回路的压缩机、蒸发器以及冷凝器，所述涡轮节热器包括：喷嘴，所述喷嘴构造和布置成将制冷剂引入所述涡轮节热器内；涡轮机，所述涡轮机配置在所述喷嘴的下游，所述涡轮机附接至能绕旋转轴线旋转的轴，并且通过所述喷嘴引入的所述制冷剂的流动驱动所述涡轮机以使所述轴旋转；以及节热器叶轮，所述节热器叶轮附接至所述轴，以随着所述轴旋转而旋转。在所述涡轮节热器中，所述喷嘴还构造和布置成减小所述制冷剂的压力，使得进入所述涡轮节热器的所述制冷剂的压力低于预定压力，至少一些所述制冷剂穿过所述喷嘴被引入所述节热器叶轮内，并且所述节热器叶轮构造和布置成将引入所述节热器叶轮中的所述制冷剂的压力增大至所述预定压力。从以下结合附图公开优选实施方式的详细描述，本领域技术人员可以更了解本专利技术的上述和其它目的、特征、方面以及优点。附图说明现在，参考构成本原始公开的一部分的附图：图1表示包括根据本专利技术第一实施方式的涡轮节热器的冷却器系统；图2是图1所示的冷却器系统的离心压缩机的立体图，为了图示的目的，离心压缩机局部剖开并以截面示出；图3A是图1所示的冷却器系统中的涡轮节热器的示意图；图3B是示出涡轮节热器中每个点处的制冷剂压力的p-h图表；图4A是典型循环的p-h图表；图4B是图3A所示的涡轮节热器中的增强循环的p-h图表；图5是示出了制冷剂流动的图3A所示的涡轮节热器的立体图；图6是图5所示的涡轮节热器的分解立体图；图7是图5和图6所示的涡轮节热器的轴承外壳的立体图，为了图示的目的，轴承壳体局部剖开并以截面示出；图8A是根据本专利技术第二实施方式的涡轮节热器(带有膨胀器)在冷却器系统中的示意图；图8B是示出根据本专利技术第二实施方式的涡轮节热器中每个点处的制冷剂压力的p-h图表；图9A是典型循环的p-h图表；图9B是图8A所示的根据本专利技术第二实施方式的涡轮节热器中的增强循环的p-h图表；图10A是根据本专利技术第二实施方式的涡轮节热器的示意图，其中，膨胀器用作发电机；图10B是根据本专利技术第二实施方式的涡轮节热器的示意图，其中，膨胀器用作泵；图11是示出了制冷剂流动的根据本专利技术第二实施方式的涡轮节热器和膨胀器的立体图；图12A是图10A所示的用作发电机的膨胀器的分解立体图；图12B是图10B所示的用作泵的膨胀器的分解立体图；图13A是图10A所示的用作发电机的膨胀器的示意剖视图；图13B是图10B所示的用作泵的膨胀器的示意剖视图。具体实施方式现将参照附图，对所选的实施方式进行说明。本领域技术人员从本公开中将清楚可见的是，以下的实施方式的描述仅被提供来用于说明，而不是为了限制由所附权利要求书及其等同物限定的本专利技术。首先参照图1，示出了包括根据本专利技术第一实施方式的涡轮节热器26的冷却器系统10。冷却器系统10优选是以常规的方式使用冷却水和冷却器水的水冷却器。本文所示的冷却器系统10是双级冷却器系统。然而，本领域技术人员根据本公开将清楚可见是，冷却器系统10只要具有中间级，则可以是包括更多级的多级冷却器系统。冷却器系统10基本上包括串联连接在一起以形成制冷回路的压缩机22、冷凝器24、膨胀喷嘴25、涡轮节热器26、膨胀阀27以及蒸发器28。另外，各种传感器(未示出)配置于冷却器系统10的整个回路。参照图1和图2，在所示的实施方式中，压缩机22是双级离心压缩机。更具体而言，本文所示的压缩机22是包括两个叶轮的双级离心压缩机。然而，压缩机22可以是包括更多个叶轮的多级离心压缩机。所示实施方式的双级离心压缩机22包括第一级叶轮34a和第二级叶轮34b。离心压缩机22还包括第一级入口导叶32a、第一扩散器/蜗壳36a、第二级入口导叶32b、第二扩散器/蜗壳36b、压缩机马达38、磁轴承组件40以及各种常规传感器(未示出)。制冷剂依次流过第一级入口导叶32a、第一级叶轮34a、第二级入口导叶32b以及第二级叶轮34b。入口导叶32a、32b以常规方式分别对制冷剂气体流入叶轮34a、34b的流量进行控制。叶轮34a、34b通常在不改变压力的情况下增加制冷剂气体的速度。马达速度确定制冷剂气体速度的增量。扩散器/蜗壳36a、3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮节热器，适于在冷却器系统中使用，其特征在于，包括连接以形成制冷回路的压缩机、蒸发器以及冷凝器，所述涡轮节热器包括：喷嘴，所述喷嘴构造和布置成将制冷剂引入所述涡轮节热器内；涡轮机，所述涡轮机配置在所述喷嘴的下游，所述涡轮机附接至能绕旋转轴线旋转的轴，并且通过所述喷嘴引入的所述制冷剂的流动驱动所述涡轮机以使所述轴旋转；以及节热器叶轮，所述节热器叶轮附接至所述轴，以随着所述轴旋转而旋转，所述喷嘴还构造和布置成减小所述制冷剂的压力，使得进入所述涡轮节热器的所述制冷剂的压力低于预定压力，至少一些所述制冷剂穿过所述喷嘴并被引入所述节热器叶轮内，并且所述节热器叶轮构造和布置成将引入所述节热器叶轮中的所述制冷剂的压力增大至所述预定压力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.17 US 15/156,5481.一种涡轮节热器，适于在冷却器系统中使用，其特征在于，包括连接以形成制冷回路的压缩机、蒸发器以及冷凝器，所述涡轮节热器包括：喷嘴，所述喷嘴构造和布置成将制冷剂引入所述涡轮节热器内；涡轮机，所述涡轮机配置在所述喷嘴的下游，所述涡轮机附接至能绕旋转轴线旋转的轴，并且通过所述喷嘴引入的所述制冷剂的流动驱动所述涡轮机以使所述轴旋转；以及节热器叶轮，所述节热器叶轮附接至所述轴，以随着所述轴旋转而旋转，所述喷嘴还构造和布置成减小所述制冷剂的压力，使得进入所述涡轮节热器的所述制冷剂的压力低于预定压力，至少一些所述制冷剂穿过所述喷嘴并被引入所述节热器叶轮内，并且所述节热器叶轮构造和布置成将引入所述节热器叶轮中的所述制冷剂的压力增大至所述预定压力。2.如权利要求1所述的涡轮节热器，其特征在于，所述涡轮节热器不使用单独的马达而由制冷剂驱动，其中，所述涡轮机由所述制冷剂的流动驱动，所述节热器叶轮由来自所述涡轮机的动力驱动。3.如权利要求1或2所述的涡轮节热器，其特征在于，所述喷嘴还构造和布置成增大所述制冷剂的流速。4.如权利要求1至3中任一项所述的涡轮节热器，其特征在于，所述涡轮机构造和布置成减小所述制冷剂的流速。5.如权利要求1至4中任一项所述的涡轮节热器，其特征在于，所述涡轮机还布置和构造成将所述制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂。6.如权利要求5所述的涡轮节热器，其特征在于，在所述涡轮机中分离的所述气体制冷剂被引入所述节热器叶轮，并且所述节热器叶轮还构造和布置成增大所述气体制冷剂的压力。7.如权利要求1至6中任一项所述的涡轮节热器，其特征在于，所述压缩机是包括至少第一级和第二级的多级离心压缩机。8.如权利要求7所述的涡轮节热器，其特征在于，所述涡轮节热器连接至中间级，所述中间级位于所述压缩机的所述第一级与所述第二级之间，并且所述制冷剂从所述节热器叶轮喷入所述压缩机的所述中间级。9.如权利要求1至8中任一项所述的涡轮节热器，其特征在于，所述涡轮机是佩尔顿轮机。10.如权利要求1至9中任一项所述的涡轮节热器，其特征在于，还包括：轴承，所述轴承能旋转地支承所述轴。11.如权利要求1至10中任一项所述的涡轮节热器，其特征在于，还包括：膨胀器，所述膨胀器配置在所述涡轮机的下游...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·摩根，
申请(专利权)人：大金应用美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US