CN109154456B - 用于冷却器系统的涡轮节热器 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

用于冷却器系统的涡轮节热器
背景
技术领域
本发明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。
发明内容
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，本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明的又一个目的在于提供一种使用根据本发明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发明的上述和其它目的、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表示包括根据本发明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是根据本发明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是示出根据本发明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所示的根据本发明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是根据本发明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是根据本发明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发明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发明。
首先参照图1，示出了包括根据本发明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、36b增大制冷剂压力。扩散器/蜗壳36a、36b相对于压缩机壳体30不可移动地固定。压缩机马达38经由轴42而使叶轮34a、34b旋转。磁轴承组件40对轴42进行磁支承。磁轴承组件40优选包括第一径向磁轴承44、第二径向磁轴承46以及轴向(推力)磁轴承48。在任何情况下，至少一个径向磁轴承44或46能旋转地对轴42进行支承。推力磁轴承48沿着旋转轴线支承轴42。替代地，轴承系统可包括滚子元件、流体动力轴承、静压轴承和/或磁轴承、或者这些部件的任意组合。通过这种方式，制冷剂在离心压缩机22中被压缩。
在冷却器系统10运转时，压缩机22的第一级叶轮34a和第二级叶轮34b旋转，冷却器系统10中的低压的制冷剂被第一级叶轮34a吸入。通过入口导叶32a调节制冷剂的流量。由第一级叶轮34a吸入的制冷剂被压缩至中压，通过第一扩散器/蜗壳36a增大制冷剂压力，然后制冷剂被引入第二级叶轮34b。通过入口导叶32b来调节制冷剂的流量。第二级叶轮34b将中压制冷剂压缩至高压，并通过第二扩散器/蜗壳36b增大制冷剂压力。然后高压气体制冷剂被排出至冷却器系统10。
如上所述，冷却器系统10具有根据本发明的涡轮节热器26。除了根据本发明的涡轮节热器26之外，冷却器系统10是常规的冷却器系统。因此，除了与涡轮节热器26有关之外，本文将不会进一步详细讨论和/或说明冷却器系统10。然而，对于本领域技术人员而言将清楚可见的是，冷却器系统10的常规部件可以构造成各种方式，而不脱离本发明的范围。
涡轮节热器26连接至压缩机22的中间级，以将气体制冷剂喷入压缩机22的中间级内，下面进行更详细说明。在所说明的实施方式中，涡轮节热器26在冷却器系统10中配置在蒸发器28与冷凝器24之间。
参照图3A和图6，涡轮节热器26基本上包括喷嘴62、佩尔顿轮机(Pelton wheelturbine)64以及节热器叶轮66。佩尔顿轮机64配置在涡轮机壳体63内。节热器叶轮66配置在叶轮壳体67内。涡轮节热器26还包括管状壳体(未示出)，该管状壳体将涡轮机壳体65与叶轮壳体67连接。管状壳体的一端附接至涡轮机壳体65，而管状壳体的另一端附接至叶轮壳体67。
参照图3A、图5、图6和图7，涡轮节热器26还包括轴70、轴承72以及轴承外壳74。轴70能绕沿着轴70的纵向方向延伸的旋转轴线旋转。轴承72配置在轴承外壳74内。轴承72被固定并以能旋转的方式支承轴70。轴承72是常规的轴承，因而，除了与本发明有关之外，本文将不会详细讨论和/或说明。相反，对于本领域技术人员而言将清楚可见是，在不偏离本发明的情况下，可以使用任何合适的轴承。轴承72的示例包括滚子轴承、滑动轴承和/或磁轴承。图7所示的轴承72是滑动轴承。
喷嘴62配置在涡轮节热器26的入口处，以将离开冷凝器24的制冷剂引入涡轮节热器26内。佩尔顿轮机64配置在喷嘴62的下游。佩尔顿轮机64附接至轴70的一端。节热器叶轮66附接至轴70的另一端。冷却器系统10中的制冷剂流动从喷嘴62进入涡轮节热器26并流至佩尔顿轮机64。制冷剂流动之后驱动佩尔顿轮机64，从而使附接至佩尔顿轮机64的轴70旋转。节热器叶轮66之后随着轴70旋转而旋转。即，在涡轮节热器26中，使用制冷剂流动由佩尔顿轮机64产生的动力通过轴70传递，并且传递的动力对节热器叶轮66进行驱动。以这种方式，涡轮节热器26在不使用单独的马达的情况下由制冷剂驱动。更具体而言，根据本发明的涡轮节热器26，不需要诸如电动马达之类的马达来驱动佩尔顿轮机64或节热器叶轮66。
当制冷剂流过其中时，喷嘴62减小制冷剂的压力并增大制冷剂的流速。更具体而言，利用喷嘴26，进入涡轮节热器26的制冷剂的压力减小至低于压缩机22的中间级中的制冷剂的中压。压缩机22的中间级位于压缩机22第一级与第二级之间。流过喷嘴62的制冷剂是两相(气-液)制冷剂。制冷剂之后被引入佩尔顿轮机64内。佩尔顿轮机64将两相制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂。佩尔顿轮机64还减小制冷剂的流速。
在佩尔顿轮机64中分离的液体制冷剂被引入冷却器系统10中的膨胀阀27内。另一方面，在佩尔顿轮机64中分离的、主要包括气体制冷剂和少量液体制冷剂的制冷剂经由管道(未示出)被引入节热器叶轮66内，上述管道将佩尔顿轮机64与节热器叶轮66连接。节热器叶轮66将被引入该节热器叶轮66中的制冷剂的压力增大至中压。如上所述，节热器叶轮66被来自佩尔顿轮机64的动力驱动。
离开节热器叶轮66的制冷剂被喷入压缩机22的中间级内。喷入压缩机22的中间级内的气体制冷剂之后与通过压缩机22的第一级叶轮34a压缩后的中压的制冷剂混合。混合后的制冷剂流至第二级叶轮34b以被进一步压缩。
现将参照图3A、图3B和图5，对涡轮节热器26中的制冷剂的流动和涡轮节热器26的每个位置处的制冷剂的压力进行说明。离开冷凝器24的制冷剂通过喷嘴62进入涡轮节热器26(位置A)。制冷剂的压力被喷嘴62减小至低于中压。参见图3A和图3B中的处理(1)。流过喷嘴62的制冷剂流动被引入佩尔顿轮机64(位置B)内。制冷剂在佩尔顿轮机64中被分离成气体制冷剂和液体制冷剂。在佩尔顿轮机64中分离的液体制冷剂离开佩尔顿轮机64(位置D)，并流至冷却器系统10中的膨胀阀27。参见图3A和图3B中的处理(2)。另一方面，在佩尔顿轮机64中分离的气体制冷剂离开佩尔顿轮机64(位置C)，并流至节热器叶轮66(位置C’)。气体制冷剂的压力被节热器叶轮66增大至中压。中压的气体制冷剂离开节热器叶轮66(位置E)而被喷入压缩机22的中间级内。参见图3A和图3B中的处理(3)和处理(4)。
以这种方式，涡轮节热器26中的制冷剂的压力被喷嘴62减小至低于压缩机22的中压。另外，从使制冷剂膨胀(从位置A至位置B)的处理(1)中提取功，并且提取的功被赋予节热器叶轮66。根据本发明，Δh如图3B的p-h图表所示地增大。其结果是，可以实现对冷却器系统10中的冷却能力的增强。
将参照图4A和图4B，对冷却能力增强的工程值的示例进行说明。图4A是典型循环的p-h图表，而图4B是使用根据本发明的涡轮节热器26的增强循环的p-h图表。此处说明的工程值仅是使用R134a作为制冷剂的示例。本领域技术人员将清楚可见的是，工程数据和图表根据制冷剂类型和运转条件不同而不同。在这些示例中，图4A所示的典型循环的中压为612kPa，图4B所示的根据本发明的增强循环的中压为490kPa。因此，中压减小了122kPa。典型循环的冷却能力(蒸发器处的焓差)为172kJ/kg，根据本发明的增强循环的冷却能力为182kJ/kg。因此，冷却能力提高了10kJ/kg。典型循环的理论COP(性能系数)为8.21，而根据本发明的增强循环的理论COP为8.69。因此，理论COP提高了约5％。以这种方式，通过使用根据本发明的涡轮节热器26，提高了COP。
第二实施方式
将参照图8A，对根据本发明第二实施方式的涡轮节热器26’进行说明。在本实施方式中，涡轮节热器26’还包括膨胀器68。根据第二实施方式的涡轮节热器26’的其它元件与根据第一实施方式的涡轮节热器26的其它元件大致相同。因此，除非理解第二实施方式所需，否则本文将不再对它们进行详细讨论。除了本文说明和/或图示之外，第一实施方式的描述和图示也适用于第二实施方式。
如上所述，根据第二实施方式的涡轮节热器26’包括膨胀器68。膨胀器68配置在佩尔顿轮机64的下游。膨胀器68包括至少一个膨胀器叶轮。膨胀器68对从佩尔顿轮机64引入膨胀器68内的制冷剂执行膨胀处理。已在膨胀器68中经受膨胀处理的制冷剂被引入冷却器系统10中的蒸发器28内。使用根据第二实施方式的涡轮节热器26’的冷却器系统10不需要膨胀阀27。
现将参照图8A、图8B和图11，对涡轮节热器26’中的制冷剂的流动和涡轮节热器26’的每个位置处的制冷剂的压力进行说明。离开冷凝器24的制冷剂通过喷嘴62进入涡轮节热器26(位置A)。制冷剂的压力被喷嘴62减小至低于中压。参见图8A和图8B中的处理(1)。流过喷嘴62的制冷剂流动被引入佩尔顿轮机64内(位置B)。制冷剂在佩尔顿轮机64中被分离成气体制冷剂和液体制冷剂。在佩尔顿轮机64中分离的气体制冷剂离开佩尔顿轮机64(位置C)，并流至节热器叶轮66(位置C’)。气体制冷剂的压力被节热器叶轮66增大至中压。中压的气体制冷剂离开节热器叶轮66(位置E)而被喷入压缩机22的中间级内。参见图8A和图8B中的处理(3)和处理(4)。另一方面，在佩尔顿轮机64中分离的液体制冷剂离开佩尔顿轮机64(位置D)，并流至具有下面说明的膨胀器68A和膨胀器68B的膨胀器68。制冷剂在膨胀器68中经受膨胀处理。离开膨胀器68(位置F)的制冷剂被引入冷却器系统10中的蒸发器28内。参见图8A和图8B中的处理(2)。
以这种方式，涡轮节热器26’中的制冷剂的压力被减小至低于压缩机22的中压。而且，从使制冷剂膨胀(从位置A至位置B)的处理(1)中提取功，并且提取的功被赋予节热器叶轮66。在根据第二实施方式的涡轮节热器26’中，从膨胀器68中的膨胀处理(从位置D至位置F)提取额外的功。其结果是，如图8B所示，可以实现对冷却器系统10中的冷却能力的进一步增强。
将参照图9A和图9B，对冷却能力增强的工程值的示例进行说明。图9A是典型循环的p-h图表，而图9B是使用根据本发明第二实施方式的涡轮节热器26’的增强循环的p-h图表。此处说明的工程值仅是使用R134a作为制冷剂的示例。本领域技术人员将清楚可见的是，工程数据和图表根据制冷剂类型和运转条件不同而不同。在这些示例中，图9A所示的典型循环的中压为612kPa，图9B所示的根据本发明第二实施方式的增强循环的中压为490kPa。因此，中压减小了122kPa。典型循环的冷却能力(蒸发器处的焓差)为172kJ/kg，根据本发明第二实施方式的增强循环的冷却能力为201kJ/kg。因此，冷却能力提高了29kJ/kg。典型循环的理论COP(性能系数)为8.21，而根据本发明第二实施方式的增强循环的理论COP为9.60。因此，理论COP提高了约17％。以这种方式，通过使用根据本发明第二实施方式的涡轮节热器26’，将进一步增强COP。
如图10A和图10B所示，根据本发明第二实施方式的涡轮节热器26’的膨胀器68可用作发电机或泵。在膨胀器68A用作发电机的情况下(图10A)，膨胀器68A中的旋转能量用于获得发电机中的电能。在膨胀器68B用作泵的情况下(图10B)，膨胀器68B用作泵以使制冷剂再循环流过降膜蒸发器，下面进行更详细说明。
图12A是用作图10A所示的发电机的膨胀器68A的分解立体图。图12B是用作图10B所示的泵的膨胀器68B的分解立体图。而且，图13A是膨胀器68A的示意剖视图，图13B是膨胀器68B的示意剖视图。
参照图12A和图13A，膨胀器68A基本上包括膨胀器涡轮机80和发电机82。膨胀器涡轮机80配置在膨胀器涡轮机壳体81内。发动机82配置在发电机壳体(未示出)内。膨胀器68A还包括将膨胀器涡轮机壳体81与发电机壳体的壳体(未示出)。发动机82包括轴90、定子91以及转子92。轴90能绕沿着轴90的纵向方向延伸的旋转轴线旋转。轴90在其一端处附接到膨胀器涡轮机80。定子91是固定构件，其例如固定到发电机壳体。转子92配置在定子91内，并固定地联接至轴90。轴承93和轴承94配置成能旋转地支承轴90。轴承93、94是常规的轴承，因而本文将不再详细讨论和/或图示。对于本领域技术人员而言将清楚可见是，在不偏离本发明的情况下，可以使用任何合适的轴承。
在运转中，膨胀器涡轮机80通过由制冷剂赋予的功而旋转，从而将旋转能量转换成电能。以这种方式，膨胀器68A用作发电机，该发电机被制冷剂的膨胀处理中获得的能量驱动。所产生的电力可以用作驱动冷却器系统10中的入口导叶、磁轴承或电子膨胀机构的电源。而且，可以设置蓄电池以储存所产生的电力。
参照图12B和图13B，膨胀器68B基本上包括膨胀器涡轮机80和泵84。膨胀器涡轮机80配置在膨胀器涡轮机壳体81内。泵84包括泵叶轮86，并且泵叶轮86配置在泵叶轮壳体87内。泵叶轮壳体87具有入口87a和出口87b。膨胀器68B还包括将膨胀器涡轮机壳体81与泵壳体87的壳体(未示出)。泵84还包括轴96。轴96能绕沿着轴96的纵向方向延伸的旋转轴线旋转。轴96在其一端处附接至膨胀器涡轮机80，而在其另一端处附接至泵叶轮86。以这种方式，膨胀器涡轮机80与泵84经由轴96彼此连接。轴承97和轴承98配置成能旋转地支承轴96。轴承97、98是常规的轴承，因而本文将不再详细讨论和/或图示。对于本领域技术人员而言将清楚可见是，在不偏离本发明的情况下，可以使用任何合适的轴承。
在运转中，膨胀器涡轮机80通过由制冷剂赋予的功而旋转，并且膨胀器涡轮机80的旋转经由轴96传递至泵叶轮86。泵叶轮86将从膨胀器叶轮壳体87的入口87a引入的制冷剂的流动朝膨胀器叶轮壳体87的出口87b驱动。离开出口87b的制冷剂被引入蒸发器内以通过其循环。制冷剂之后被再次引入入口87a内以进行另一循环。以这种方式，膨胀器68B用作被制冷剂的膨胀处理中获得的能量驱动的泵，以通过蒸发器使制冷剂循环。具体而言，膨胀器68B优选适用于蒸发器为降膜蒸发器的情况。在降膜蒸发器中，液体制冷剂从上方沉积到传热管的外表面上，从而沿着传热管的外表面形成液体制冷剂层或薄膜，其需要制冷剂循环。
冷却器系统10可以包括冷却器控制器。冷却器控制器是常规的冷却器控制器，因而本文将不再详细讨论和/或图示。冷却器控制器可以包括至少一个微处理器或CPU、输入/输出(I/O)接口、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)以及存储设备(临时或永久)，这些部件形成被编程为执行一个或多个控制程序以控制冷却器系统10的计算机可读介质。冷却器控制器能可选地包括：诸如小键盘之类的输入接口，所述输入接口接收来自用户的输入；以及显示设备，所述显示设备用于将各种参数显示给用户。
就全球环境保护而言，考虑在冷却器系统中使用诸如R1233zd、R1234ze之类的新型的低GWP(Global Warming Potential：全球变暖潜值)制冷剂。低全球变暖潜值制冷剂的一个示例为蒸发压力等于或小于大气压的低压制冷剂。例如，低压制冷剂R1233zd是离心冷却器应用的候选项，因为其是不易燃、无毒、低成本，并且与诸如R1234ze之类的其它候选项相比具有高COP，而所述R1234ze是目前主流的制冷剂R134a的替代品。根据本发明的涡轮节热器可以使用这种低压制冷剂。然而，根据本发明的涡轮节热器可以使用各种低压制冷剂，并且不限于低压制冷剂。
术语的一般解释
在理解本发明的范围时，本文所使用的术语“包括”及其派生词旨在表示开放式术语，其指定表述的特征、元件、零件、组、整体和/或步骤的存在，但是不排除其它未表述的特征、元件、零件、组、整体和/或步骤的存在。上述内容也适用于具有类似含义的诸如术语“包括”、“具有”及其派生词之类的术语。而且，当以单数形式使用时，术语“部件”、“部”、“部分”、“构件”或“元件”可以具有单个部件或多个部件的双重含义。
本文使用的用于描述由零件、部以及设备等执行的运行或功能的术语“检测”包括不需要物理检测的零件、部以及设备等，还包括确定、测量、建模、预测或计算等，以执行运行或功能。
本文所使用的用于描述设备的零件、部或部件的术语“构造”包括构成和/或编程为执行期望功能的硬件和/或软件。
本文所使用的诸如“大体上”、“大约”以及“大致”的程度术语是指改型后的术语的合理偏差量，而最终结果不会显著改变。
尽管仅选择了选定的实施方式以对本发明进行说明，但对于本领域技术人员而言，从本公开中应当明白，在本文中，能够在不脱离随附权利要求书限定的本发明的范围内进行各种改变和修改。例如，各种零件的尺寸、形状、位置或方向能够根据需要和/或期望来进行改变。直接连接或彼此接触地示出的零件能够具有配置在它们之间的中间结构。一个元件的功能可以由两个元件来执行，反之亦然。一个实施方式的结构和功能能够在另一个实施方式中采用。所有优点不需要同时出现在特定实施方式中。现有技术中每个唯一的特征单独或与其它特征相结合，也应当被认为是申请人对进一步发明的单独描述，包括由这些特征所体现的结构和/或功能概念。因而，根据本发明的实施方式的上述描述仅被提供用于说明，并不旨在限制由随附权利要求书及它们的等同物所限定的本发明。

Claims (14)

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，其中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，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，所述涡轮机构造并设置成将通过所述喷嘴引入的所述制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂，并且所述气体制冷剂和所述液体制冷剂在不同位置从所述涡轮机排出；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，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，
所述涡轮节热器被连接至所述压缩机的中间级，所述中间级位于所述压缩机的第一级与第二级之间，
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，
由所述涡轮机分离的所述气体制冷剂被引入所述节热器叶轮内，随后被喷入位于所述压缩机的所述第一级和所述第二级之间的所述中间级，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气体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所述的涡轮节热器，其特征在于，
所述涡轮机是佩尔顿轮机。
6.如权利要求1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。
7.如权利要求1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，
所述膨胀器构造和布置成对引入上述膨胀器中的所述制冷剂执行膨胀处理，并且
已经受所述膨胀处理的所述制冷剂被引入至所述冷却器系统中的所述蒸发器。
8.如权利要求7所述的涡轮节热器，其特征在于，
所述膨胀器包括至少一个膨胀器叶轮。
9.如权利要求7或8所述的涡轮节热器，其特征在于，
所述膨胀器用作被所述制冷剂的所述膨胀处理中获得的能量驱动的发电机。
10.一种冷却器系统，其特征在于，包括：
制冷回路，所述制冷回路具有连接在一起的压缩机、蒸发器和冷凝器，其中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；以及
涡轮节热器，
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，所述涡轮机构造并设置成将通过所述喷嘴引入的所述制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂，并且所述气体制冷剂和所述液体制冷剂在不同位置从所述涡轮机排出；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，并且
所述涡轮节热器被连接至中间级，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，
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，
由所述涡轮机分离的所述气体制冷剂被引入所述节热器叶轮内，随后被喷入位于所述压缩机的第一级和第二级之间的中间级
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气体制冷剂的压力增大至所述预定压力。
11.如权利要求10所述的冷却器系统，其特征在于，
所述涡轮节热器在所述冷却器系统中配置在所述蒸发器与所述冷凝器之间。
12.如权利要求10所述的冷却器系统，其特征在于，
所述涡轮节热器还包括膨胀器，所述膨胀器配置在所述涡轮机的下游，并且
所述膨胀器构造和布置成对引入所述膨胀器中的所述制冷剂执行膨胀处理，使得已经受所述膨胀处理的所述制冷剂被引入至所述冷却器系统中的所述蒸发器。
13.如权利要求12所述的冷却器系统，其特征在于，
所述膨胀器用作发电机，所述发电机被所述制冷剂的所述膨胀处理中获得的能量驱动。
14.如权利要求12所述的冷却器系统，其特征在于，
所述蒸发器是降膜蒸发器，
所述膨胀器用作被所述制冷剂的所述膨胀处理中获得的能量驱动的泵，以通过所述降膜蒸发器使所述制冷剂循环。
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