CN110168195B

CN110168195B - 设置有涡轮机的逆循环装置

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Publication number: CN110168195B
Application number: CN201780082192.7A
Authority: CN
Inventors: 拉法埃莱·安东尼奥·斯佩齐亚; 阿尔贝托·特拉韦尔索; 斯特凡诺·巴尔贝里斯; 卢卡·拉罗萨; 保罗·西尔韦斯特里
Original assignee: Sitter Technology Co ltd
Current assignee: Sitter Technology Co ltd
Priority date: 2017-01-04
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: IT201600132467A1; EP3565955A1; WO2018127445A1; EP3565955B1; US11306592B2; JP2020506355A; CN110168195A; US20190323350A1

Abstract

一种逆压缩循环装置(M)，包括布置成沿着装置(M)中工质的路径串联的蒸发机(9)、压缩机(1)以及冷凝机(3)，进一步包括置于冷凝机(3)和蒸发机(9)之间的边界层涡轮机(7)，该涡轮机(7)包括：一套动力盘(30)，安装于在转子壳体(53)的体积内旋转的轴(33)上，进口(70)用于将工质引入定子体积(51)中；定子喷嘴(52)，在与动力盘(30)相切的方向上使液流加速；工质的排出件(73)，转子壳体(53)包括来自动力盘的外围部分的工质的液体部分的排放部(71，72)，以避免液体部分在转子壳体的体积的外围部分集中。

Description

设置有涡轮机的逆循环装置

技术领域

本发明涉及逆循环的领域，特别是涉及提高利用工质(working fluid，工作流体)在闭合回路中蒸发和凝结相变的制冷系统或者压缩式热泵的性能。

本发明具体涉及一种用于上面引用的逆循环的冷凝机与蒸发机之间压力差的能量回收装置，此能量通常耗散在具有减小的通道截面的适合的管道内或者节流阀内。

为了减少压缩制冷系统的能量耗散，本发明发现在制冷工业上优选和有利但是非限定性的应用，例如那些工业规模(大于100kW电力)或者家用规模(小于10kW电力)的制冷压缩系统。

背景技术

在背景技术中已知制冷系统和热泵能量回收的解决方法。

制冷系统和热泵也被称为逆循环。逆循环主要分为两种类别：压缩系统和吸收系统。

关于压缩系统，该压缩系统通常包括含有例如R134a或者R22技术气体的工质的闭合回路，工质按如下顺序流过压缩机，冷凝机，节流阀或者毛细管和蒸发机。

在这些系统中，冷凝机在比蒸发机更高的压力下操作：因此，工质通过耗散元件，例如孔、节流阀或者毛细管，从冷凝机的液相转变为蒸发机的液相和蒸汽相。在上述的耗散原件内部，工质穿过从单相状态(液体)变为双相状态(液体和蒸汽)，耗散压力能。部分来自油聚集处，例如压缩机内，的润滑油通常也随着工质一起循环。

背景技术提供借助用于产生有用功率的膨胀机以利用冷凝机和蒸发机之间压力差，具有减少压缩机的机械能的消耗以及减少蒸发机进口处的工质质量(蒸汽质量部分相对于液相和蒸汽相的全部质量)，因此增加从蒸发机进口到蒸发机出口之间可利用焓差。逆循环性能的增加能通过性能系数(COP)的增加来测量。性能系数通常定义为蒸发机吸收的热量和压缩机需要的功的绝对值的比值。取决于应用的形式和尺寸，逆循环的性能系数通常可以在2到10的范围内变化。由于在冷凝机和蒸发机之间引入涡轮机，减少的机械能消耗和减少的质量已知允许逆循环性能系数的增加高达20％。

在背景技术已知的装置中，特别地，专利US4336693-A已知描述使用径向涡轮机的制冷装置，径向涡轮机具有叶片以提供工质膨胀功能，从先前的蒸汽相中提供分离的液相至有用功的提取中。有用功能用于移动负载，例如电动发电机。

专利EP0728996-B1描述了在制冷系统中，为了提高用于部分负载涡轮机的性能，用于两相液体的具有叶片的涡轮机，该涡轮机由流体旁通特征。此外，上述的涡轮机能被连接至制冷循环的压缩机。此专利在性能上估计有如下增长：对于100-1000吨的制冷系统，使用例如R22或者R134A高压工质以及由两极感应电机(处于3000到3600转)驱动的离心式压缩机的或者螺杆式压缩机，涡轮机的效率估计等于60％。涡轮机相对于带有节流阀的系统，根据操作条件，压缩机机械能的消耗减少6-15％。

专利EP 0676600B1涉及包括以涡轮机取代节流阀的制冷系统，其特征为具有外周的叶片的转子。

专利US 4442682示出了用于应用在制冷系统的本吉式水轮机型涡轮机，因此具有叶片，在该制冷系统里，涡轮机出口的工质蒸汽部分直接绕开蒸汽机出口，减少其负载损失。

专利US20130294890-A1示出逆布雷顿循环的无叶片的压缩机(边界层压缩机)用于汽车车厢的制冷。工质为单相气体，最好是空气。

专利CN 203131996-U描述了用于封闭空间的空调，其中叶片涡轮机取代节流阀，此叶片涡轮机通过磁耦合耦接至电动发电机。

通常，可以声明背景技术承认在具有工质相变的逆循环中，设计和提供能操作取代节流阀的涡轮机的困难。

这个困难主要由于工质的在系统的这点上由液相部分和气相部分组成的两相性。

背景技术也承认由于不同的转速，上述的涡轮机和压缩机之间直接耦接的困难。

尽管上述指出的已知的解决方法大体上是起作用的，然而它们都有一些限制，在压缩制冷系统循环中这些限制目前已经阻止有效可靠的涡轮机的装置，具体是：

-叶片的腐蚀，固定的(定子)或者运动的(转子)，腐蚀是由分散在两相流体的蒸汽中的液体部分引起(从经验上来说，在蒸气涡轮机或者气体涡轮机压缩机雾化系统中，在高速流体的条件下，气态流体夹带无论多小的液体颗粒，是已知的，并且事实上转子叶片的腐蚀是不可能避免的)；

-第三相物质的存在，和处于两相状态下的工质一起，由压缩机的油组成，必须在系统中循环；

-规模影响，由于在节流阀点上相当低体积的流量，需要减少涡轮机的尺寸，因而导致效率惩罚。

发明内容

本发明的目的是克服背景技术的缺陷，特别是在逆循环中允许有效的压力能回收，在逆循环中压力能通常通过有减小的通道的管道或者通过节流阀耗散。

本发明的另外一个目的是提供逆循环装置，其中通过不或者很少遭受磨损和失效或者故障的可靠的组件提供压力能回收。

具体地，本发明的目的是解决涡轮机在压缩逆循环的高压部分和低压部分之间操作以及即使是局部地由工质交叉所导致的磨损问题，该工质从冷凝机直接到达上述的逆循环的蒸发机。这种涡轮机在多相的状态下操作工质，最简单的条件为两相液体和蒸汽，也混合可能来自压缩机的任何油并且在循环内循环。这种涡轮机可以处理用于任何质量的价值的工质。

此外，本发明的另外一个目的是解决随着尺寸的减小涡轮机的性能衰减，并且相对于传统的应用，那是逆循环中重要的减少，因为工质的流量质量和处理液的高密度都减小。

将会在下文中变得更加明显的此目标和这些以及其他目的通过依据符合所附独立权利要求的，任选地有独立权利要求特征的逆循环装置达到，需要理解的是独立权利为本描述整体的一部分。

特别地，本发明的目的是压缩逆循环装置，包括布置成沿着工质在装置中的路径彼此串联的蒸发机、压缩机以及冷凝机，

进一步包括边界层涡轮机，置于冷凝机和蒸发机之间，上述的涡轮机包括：

一套动力盘，安装在于在转子壳体的体积内部旋转的轴上，

进口，用于将工质引进定子体积中，

定子喷嘴，在与动力盘相切地方向上使液流加速，

工质的排出件，

转子壳体包括至少上述的来自动力盘的外围部分的工质的液体部分的排放部，以避免液体部分集中在上述的转子壳体的体积的外部部分。

本发明的基本思想是使用边界层涡轮机，也涉及如摩擦型或者特斯拉型的涡轮机，在没有转子叶片的情况下，能够处理单相或者多相流体，任选地耦接至电力发电机。

边界层装置，并且具体是用于有用能产生的涡轮机而且泵或者压缩机，1913年被特斯拉取得专利。特别参考边界层涡轮机(专利US1061206)，他们使用没有类似翅膀的轮廓或者叶片或者叶轮的旋转平盘，很多他们将此定义为“无叶片的”。概念地，转子事实上因为阻力(粘性摩擦)而并不因为升力从工质吸收动能，因此利用的是流体的粘度和粘接性能。这种类型的涡轮机因此适合和具有高密度的稠密的流体工作。接下来，边界层泵或者涡轮机改善的变化被各种报告，尤其是用于操作复杂的流体例如多相的流体。事实上，在这些边界层装置中，多相流体的稠密的部分并没有被叶片或者叶轮转移，因此表面的机械腐蚀被最小化。反之，传统的涡轮机或者泵带有用于和流体交换功的叶轮或者叶片，当他们用于多相流体时遭受快速磨损。同样地，由于相同的原因，重要的优点已经被报道在操作遭受气蚀的液体的情况下，通常由于腐蚀，导致传统叶片的机械性能的快速减小。

此外，没有和流体相互影响的叶轮或者叶片导致摩擦方面的重要优势，由于流体动力激发的旋转轴的振动在这种情况下被最小化。此外，在传统处理多相流体的涡轮机装置中摩擦问题特别地严重。

然而，边界层涡轮机对于多相流体的应用性由连接到由转子的离心力引起的相分离的限制，这是因为不同相之间的不同密度。这个多相流体的“离心”实际上引起最稠密的相集中在转子的外围。

在液-气多相流体(最简单的方式为两相)的情况下，转子的外围区域和外部容器壳体(叶轮室)之间的液体积累，引起上述的转子水溢出，进而导致粘度的能量耗散。液相的液流通过位于转子中心的出口，事实上，比起气相所需要的需要更高的压力梯度。

本发明依据的的总体思路时具有压缩逆循环的装置，至少装配有工质的压缩机，至少一个蒸发机和至少一个冷凝机，并且具有边界层涡轮机，在工质的高压循环部分和低压循环部分之间操作。

更具体地说，本发明的目的是带有压缩逆循环的装置，包括沿着工质在装置中的路径布置成彼此串联的蒸发机，压缩机，冷凝机，装置进一步包括边界层涡轮机，在冷凝机和蒸汽机之间操作(被提供)，上述的涡轮机包括：

一套动力盘，安装于在转子壳体的体积内部旋转的轴上，

进口，用于将工质引进定子体积，

定子喷嘴，在与动力盘相切地方向上使液流加速，

工质的排出件，

上述的边界层涡轮机能处理所有或者部分的逆循环装置的工质的流量。

此外，上述的边界层涡轮机能完成工质的部分膨胀，分配给另外的组件完成膨胀的任务。

此解决方法提供了最小化涡轮机腐蚀的优势，因为涡轮机没有会被单相或者多相流体腐蚀的叶轮或者叶片。在后者的情况下，流体的特征为质量在0和1之间变化。此外，此解决方法对于小尺寸的涡轮机(微涡轮机)提供了额外的减小的涡轮机性能上的尺寸影响的负面影响的优势。

依据有利的实施方式，在之前描述的逆循环里，边界层涡轮机用于产生可用能，例如以机械的形式。用于产生电力的发电机能耦接至上述的涡轮机。

此解决方法提供了减少逆循环能量消耗的优势，增加它的制冷能力或者热泵的热输出，允许它的性能系数(COP)双重增加。

依据有力的实施方式，上述用于应用在上述的逆循环的边界层涡轮机特征为在转子壳体(或叶轮室)有至少一个排水管部用于排出工质的液体部分。上述的排放部能连接转子壳体的体积至涡轮机的出口或者直接至逆循环的蒸发机。

此解决方法有避免转子外围的区域水溢出风险的优势，因为工质的稠密的(液体)部分和/或如果存在的话，循环的油通过离心力聚集。这允许涡轮机性能优化，减少粘滞损失。

依据有利的实施方式，为了调整排出的流量，上文引用的排出排放部能由有变化的截面的恰当的阀节流。

此解决方法有能够适应排出排放部的尺寸以操作逆循环的条件的优势，因为允许液体部分从转子壳体的体积完全排空而不排出蒸汽部分部分，因此最大化工质流过动力盘的蒸汽部分。

依据有利的实施方式，涡轮机有至少一个旋转密封盘，其外径小于上述动力盘和它在其中旋转的密封定子元件的外径；上述的动力盘具有轴向的排出孔，旋转密封盘的具有轴向的排出孔与动力盘上的排出孔连续。

优选地，上述的涡轮机的排出件进一步包括用于排出和排出通道的径向的孔。

为了防止工质从叶轮室中泄露到涡轮机的排出孔中，上述的密封盘进一步特征为恰当的轴向对称形状部分。

依据有利的实施方式，上述的边界层涡轮机为“脉冲”型，为了从定子和动力盘的进口最大化输出的蒸汽部分以及最小化通过密封盘外围的流量的泄露，这种泄露从转子的外围区域流到排出孔。此解决方法有最大化通过涡轮机产生的功率和减少由于泄露的损失的优势。

本发明也提供用于借助工质在上述的涡轮机附近旁通调整上述逆循环的第一方法，为了提供上述的叶轮室的排出排放部将工质的液体部分完全外流，而不排出蒸汽部分，也当逆循环的操作条件变化时。此解决方法提供了最小化工质的液体部分和转子接触并且最大化了流经转子的工质部分的蒸汽部分的优势，在膨胀效率和产生有用功率方面有益处。

上文提到的优势也可以通过位于边界层涡轮机上游或者下游的节流阀，或者两个阀都存在，调节上述逆循环的第二方法实现，为了提供工质的液体部分通过上述的叶轮室的排出排放部完全外流，而不排出蒸汽部分，也当逆循环的操作条件变化时。

此优势也能通过用于调节上述逆循环的第三个方法实现，通过以阀节流排出排放部，为了提供工质的液体部分通过上述的叶轮室的排出排放部完全外流，而不排出蒸汽部分，也当逆循环的操作条件变化时。

在一个优选的有利的实施方式中，上文提到的三个调节方法能成对交替或者三个同时存在。

进一步优势的特性为权利要求书的主题，权利要求书理解为整体的一部分。

附图说明

下文将参照非限定性实例描述本发明，附图具有非限定性解释的目的。这些附图示出本发明的不同方面和实施方式以及，在适当情况下，示出结构、组件、材料的参考标号；不同附图中相似的元件由相似参考标号指出。

在附图中：

图1是有至少一个压缩机、一个蒸发机和一个冷凝机的逆循环的视图，在逆循环中，从系统的高压部分(冷凝机)到系统的低压部分(蒸发机)通过边界层涡轮机发生，至少一部分工质膨胀。

图2a和图2b分别示出了用于逆循环的温度(T)-熵(S)和压力(P)-焓(H)热力学参考曲线；曲线标会了传统循环(点ABCD)和带有理想的涡轮机，即有全部工质流量的等熵绝热膨胀(点ABCD_is)；

图3示出了用于制冷应用的全部逆循环从开始到结束的过渡中，插入逆循环样机的边界层涡轮机轴的速度曲线；

图4是应用于逆循环边界层涡轮机实例的分解；通过实例，涡轮机相对于中心线绘制为对称。

图5是图4的边界层涡轮机的装配的立体剖视图。

具体实施方式

尽管本发明易受各种修改和替换的结构影响，一些优选的实施方式被示出并在下文中被详细描述。

需要明白的是在任何情况下都无意将本发明限制于特定解释的实施方式中，而且相反的是，它旨在涵盖所有修改，可替换的结构，以及落入本发明的范围内的等效物，如权利要求书中限定的。

除非特别说明，使用“例如”，“等”，“或者”指代非排他的替代物没有限定。

指示，例如“竖直”和“水平”，“上部”和“下部”(在没有其它指示下)参考安装(或操作)条件以及参考日常用语中使用的术语读取，其中“竖直”指实质上平行于重力“g”矢量方向的方向而“水平”指垂直于重力矢量方向的方向。

参考图1示出的逆循环，作为非限定性实例，使用工质R134a或者R22型，由例如为电动型马达的马达(2)驱动的压缩机(1)将工质从其中存在蒸发机(9)存在的低压区域送至其中存在冷凝机(3)存在的高压区域。从上述的冷凝机，工质传统地流过膨胀元件(节流阀或者毛细管)以进入蒸发机。在本发明中，为了产生有用功，至少一部分工质流过边界层涡轮机(7)。

上述的涡轮机(7)能被连接至用于产生电能的电动发电机(8)。上述的有用功或者部分电能补偿压缩机功或者电能的消耗，因此减少全部能量消耗并且增加性能系数。上述的边界层涡轮机(7)和多相流体一起工作，选取最简单的情况下的两相。参考图2a、图2b以及传统逆循环，流体在压缩机内进行A-B的转变，然后在冷凝机内进行B-C的转变，然后在节流元件内进行C-D的等焓转变，然后在蒸发机里进行D-A的转变闭合循环。

在本发明的情况中，将从冷凝机中输出的流体送至边界层涡轮机(7)。理想地，此涡轮机可以进行由点C-D_is之间代表的等熵可逆转变。然而，实际的膨胀转变其特征为等熵绝热效率低于100％(即理想转变的情况)，并且因此实际的转变将包含在一个理想的C-D_is和一个完全耗散的C-D之间。这带来如下两个优势：可用能的回收，能用来减少压缩机能量的消耗；蒸发机中可利用的焓差的增加，由此引起制冷或者热泵能力的增加。这两个优势都会带来相对于没有边界层涡轮机的初始逆循环性能系数增加：事实上能量回收允许性能系数的分母减少，补偿用于压缩花费的功，然而蒸发机内的焓差增加，允许性能参数的分子的等分增加。

沿着工质在边界层涡轮机内部的运动路径，工质通过定子体积内恰当的进口(70)在高压下被补给。上述的定子体积由为涡轮机外部的外壳(75)和内部圆环(50)限定的体积代表，其中内部圆环有用于加压的流体通过的合适的槽。在图4中，作为非限定性实例，上述的定子体积(51)和上述的槽的体积一致。上述的圆环(50)因此形成外部地定子体积(51)以及内部地转子壳体或者叶轮室(53)。转子壳体内部有涡轮机的能够从流体中提取有用功的运动元件。由旋转轴(33)表示上述运动元件，动力盘(30)牢固地安装在旋转轴(33)上，并且沿着旋转轴相互间隔(间隙空间)：动力盘的数量至少等于两个。工质通过穿过合适的定子喷嘴(52)从定子体积流至叶轮室，这在约与动力盘(30)相切的方向上加速了液流。

圆环(50)具有定子喷嘴(52)，定子喷嘴作为通过孔连接定子体积(51)和转子壳体(53)本身。

流体加速发生花费压力能，从定子体积到叶轮室的压力能减小。由于上述的压力减少，流体增加它的蒸汽部分并且减少液体部分：液体部分也能包括在逆循环内循环的润滑油。蒸汽部分被迫穿过动力盘之间的间隙空间，直到流量通过盘上恰当的孔(35)发生排出；每个动力盘(30)都具有接近盘本身的中间部分的转子轴向排出孔(35)，在旋转轴(33)的附近。

由于切向摩擦力，流体和动力盘(30)交换有用功，并且因此通过上述的盘在切线方向上变慢，直到流体流出上述的转子轴向排出孔(35)。

上述转子轴向排出孔(35)和密封盘轴向排出孔(32)对齐。这种密封盘的位于成套的动力盘的反侧，在没有间隙空间的情况下挤压成套的动力盘：流体因此首先流经转子轴向排出孔(35)，然后经过密封盘(31)上的密封盘轴向排出孔(32)，最终流过固定的排出环(57)上的排出环径向孔(59)，最终收集并且经由外壳(75)上的径向排出通道(73、74)送至外壳(75)外。

在上述的转子轴向排出孔和密封盘轴向排出孔(35、32)中，压力比动力盘外围低，并且除了少数压力损失，等于涡轮机的最终排出压力(在径向排出通道(73、74)。因此，在成套的动力盘的两端表面上对着的两个相反的密封定子元件(54)，在成套的动力盘两端，限制工质从动力盘外围到转子轴向排出孔(35)和密封盘轴向排出孔(32)的泄露损失是非常重要的。

密封盘(31)具有密封效果，其特征为具有适当地轴对称的槽(34A)以阻止工质泄露；优选地密封盘(31)具有至少环形缘(34)，衔接环绕密封定子元件(54)的对应座部(54A)。

上述的密封盘(31)可以由整体的零件或者通过有明确厚度的多个盘的组装的装置提供：在这两种情况下，密封盘(31)的特征为每一部分的外径都比相应的密封定子元件(54)的相应部分的内径小并在其中旋转，优选小于0.3％，并且为了将前述的泄露损失最小化，密封盘(31)的外径小于动力盘(30)的直径。

换句话说，密封盘(31)和密封定子元件(54)之间的径向距离优选小于相应直径的0.3％。

正如动力盘(30)，上述的密封盘(31)牢牢地安装在旋转轴(33)上。

反而，在通过定子喷嘴(52)膨胀之后仍然存在的液体部分由如下如下两个可供选择的路径：到达最小的程度，其是由蒸汽部分夹带至涡轮机的流量的，并且对于大部分零件，由于离心力它被限制在动力盘外围的转子壳体中。

为了从转子壳体排空上述的质量部分，叶轮室的壁具有排出排放部(71、72)，以收集液体部分并将其传送到涡轮机的外壳外。

具体是，上述的排出排放部(71、72)是设置在转子壳体(53)外围部分的排放部；更详细地说，排水管道包括第一排放部分(71A、72A)，该第一排放部分设置为处于密封定子元件(54)的周围部分中的管道，所述第一排放部分与第二排放部分(71B、72B)流体连通，所述第二排放部分在密封定子元件(54)中设置为圆周的通道或者环形的通道，在使用中面对外壳(75)的内壁，并且在该通道的转弯处与外壳(75)的孔流体连通。

通过实例，上述的排放部(71、72)可以向涡轮机(73)的总体排出部传送液体部分或者，在其他实施方式中，直接传送至逆循环的蒸发机。

排出排放部(71、72)通过各自的阀被优选地节流(未示出)。

这允许避免运动盘的外围部分水溢出，由于粘滞效应，水溢出带来损失。

最后，涡轮机的外壳(75)可以由塞子(60)在末端关闭，能承受适当地承载力以允许旋转轴(33)旋转。

可以机械地连接逆循环的压缩机(1)至上述的旋转轴以减少它的能量消耗。

在另一个优选地结构中，用于产生电力的发电机(8)连接至上述的旋转轴。

总结起来，如图4和图5所示出的在优选的实施方式中的涡轮机(7)，包括优选地轴对称结构，其中至少包括：

-涡轮机外壳(75)，限定内部的体积

-两个相互面对且相反的反向的塞子(60)，用于在对侧关闭涡轮机外壳(75)的内部体积

-旋转轴(33)，穿过内部体积并且在塞子(60)外部突出，

上述的涡轮机外壳(75)包括：

径向进口(70)，用于加压流体；

排放部(71、72)，

径向排出通道(73、74)；

上述的涡轮机外壳(75)的内部体积内部至少包括：

-内部圆环(50)，具有用于加压的流体通过的外部的环形的槽，限定涡轮机外壳(75)的内壁、定子体积(51)，上述的圆环(50)内部地限定转子壳体(53)；上述的内部圆环(50)具有定子喷嘴(52)，连接定子体积(51)和转子壳体(53)，

-一套动力盘(30)，其置于上述的转子壳体(53)内并且与上述的旋转轴(33)耦接，

-第一和第二密封盘(31)，设置上述成套的动力盘(30)的相对侧处并且与上述的旋转轴(33)耦接，

上述动力盘(30)具有转子轴向排出孔(35)，上述密封盘(31)具有和上述的转子轴向排出孔(35)对齐的密封盘轴向排出孔(32)，

-第一和第二固定(不旋转)密封定子元件(54)，各自包围上述的第一和第二密封盘(31)的至少一部分，

上述旋转密封盘(31)相对于动力盘(30)同轴，并且具有小于上述的外力盘(30)外径的外径，同时具有与密封定子元件(54)的对应座部相符合的环形缘(34)，

-第一和第二排出环(57)，其分别位于上述的第一和第二密封定子元件(54)和上述的塞子(60)之间，上述的第一和第二排出环(57)具有径向排出环孔(59)，

上述的密封盘轴向排出孔(32)与上述的径向排出环孔(59)流体连通，上述的径向排出环孔(59)和上述的涡轮机外壳(75)的径向排出通道(73、74)流体连通。

在这个实施方式中，如上文描述的转子壳体(53)的外部部分具有上述的排放部(71、72)。

在另外一个实施方式中，(可以被认为基础实施方式)，涡轮机(7)并没有呈现轴对称结构，并且涡轮机(7)包括：

-涡轮机外壳(75)，限定内部的体积

-旋转轴(33)，穿过内部体积并且在塞子(60)外部突出，

上述的涡轮机外壳(75)包括：

径向进口(70)，用于加压流体，

排放部(71)，

径向排出通道(73)；

上述的涡轮机外壳(75)的内部体积内部至少包括：

-内部圆环(50)，具有用于加压的流体通过的外部的环形的槽，限定涡轮机外壳(75)的内壁，定子体积(51)，上述的圆环(50)内部地限定转子壳体(53)；上述的内部圆环(50)具有定子喷嘴(52)，连接定子体积(51)和转子壳体(53)，

-第一和第二密封盘(31)，设置在上述成套的动力盘(30)的相对侧处并且与上述的旋转轴(33)耦接，

上述动力盘(30)具有转子轴向排出孔(35)，上述密封盘(31)具有和上述的转子轴向排出孔(35)对齐的密封盘轴向排出孔(32)

-密封定子元件(54)，包围上述的密封盘(31)的至少一部分，

上述的密封盘(31)相对于动力盘(30)同轴，并且具有小于上述的外力盘(30)外径的外径，同时具有与密封定子元件(54)的对应座部相符合的环形缘(34)，

-排出环(57)，位于上述的密封定子元件(54)和上述的塞子(60)之间，上述的排出环(57)具有径向排出环孔(59)。

上述的密封盘轴向排出孔(32)与上述的径向排出环孔(59)流体连通，上述的径向排出环孔(59)和上述的涡轮机外壳(75)的径向排出通道(73)流体连通。

在这个实施方式中，如上文描述的转子壳体(53)的外部部分具有上述的排放部(71)。

考虑应用R134a作为工质并且在条件为4bar与8.9℃的蒸发机(9)和条件为16bar与57.9℃的冷凝机(3)之间操作的逆循环；采用热力学通常惯例，其中正号表示向循环提供热量(或通过循环吸收)并且向循环产生的功；让性能系数(COP)为蒸发机吸收的热量与通过循环需要的全部功的绝对值的比值。在传统逆循环的情况下，即有一个耗散膨胀装置，例如节流阀，假设压缩中等熵的绝热效率等于80％，将会得到的性能系数为1.98。如果流量等于2kg/s，压缩机(1)吸收的功率为-119.3kW。如果依据本发明的边界层涡轮机(7)安装取代节流阀，随着涡轮机的等熵绝热效率变化，逆循环消耗的总功率减少，因此性能系数增加，如下表所示：

使用边界层涡轮机取代节流阀，和能量回收的可能性一起已经借助样机的方式由实验证明：图3示出了在逆循环样机的打开电源到关闭电源的测试期间检测到的边界层涡轮机旋转速度。

因此达到了上面列出来的目标和目的。

目前所描述的多个变化明显是可能的。

比如，参考图1，为了随着逆循环操作条件的变化优化涡轮机的性能，来自逆循环冷凝机的工质由直接到达涡轮机变为可以部分或者全部通过调节旁通阀(4)。而且，涡轮机可能进行工质的部分膨胀。而且，例如工质会在涡轮机的上游或者下游通过恰当的调整节流阀(5、6)被节流。这些阀(4、5、6)能是独立地或者是成对地或者三个同时存在。随着逆循环操作的变化，使用这些调整阀允许工质的液体部分的正确的流量通过排出排放部(71,72)从叶轮室到涡轮机的出口，避免动力盘(30)外围部分的会导致粘滞损失的水溢出，并且将流经转子的工质中蒸汽部分的最大化，否则蒸汽部分可能通过上述的排出排放部(71、72)部分泄露。此外，例如，通过适当地调整上述的排出排放部(71、72)通道部分能避免叶轮室的水溢出或者通过排出排放部的蒸汽部分，由此调整从叶轮室(53)中排出的工质的流量质量。

作为进一步的实例，参考图4，叶轮室(53)的外径可以是任一一个大于动力盘(30)外径的，并不需要使叶轮室尽可能精确地包含上述的动力盘，即，在叶轮室和动力盘之间拥有最小径向间隔。

作为进一步的实例，参考图5，密封盘(31)能具有径向对称的槽和轴向对称的槽，或者仅有两个选择中的一个，为了阻止工质从动力盘的外围到排出孔(35、32、59)流过。

作为进一步的实例，参考图5，密封盘(31)的外径小于密封转子元件(54)的内径，并且在其中旋转。

作为进一步的实例，参考图1，边界层涡轮机可能不止一个，从工质的视角看，布置成串联或者并联。上述的涡轮机可以处理全部或者部分工质的流量。同样地，全部或者仅仅一些调整阀(4、5、6)，和排出排放部(71、72)的截面的调整一样，可能对于每一个涡轮机重复。此外，工质的压缩可以发生在不止一个压缩机(1)内，从工质的视角看，布置成串联或者并联。

本发明在意大利专利申请号102016000132467(UA2016A009642)，其中申请要求优先权在此引入作为参考。

参考标记跟随着权利要求中提及的技术特征，这些参考表记包括用于单一目的增加权利要求的可理解性并且因此，这样的参考标记对于每一项通过参考表记实例的解释没有任何限制性影响。

Claims

1.一种逆压缩循环装置（M），包括布置成沿着所述装置（M）中工质的路径串联的蒸发机（9）、压缩机（1）以及冷凝机（3），

所述逆压缩循环装置还包括边界层涡轮机（7），设置于所述冷凝机（3）与所述蒸发机（9）之间，所述边界层涡轮机（7）包括：

一套动力盘（30），安装于轴（33）上，所述轴在叶轮室（53）的体积内部旋转，

进口（70），用于将工质引入定子体积（51）中，

定子喷嘴（52），在与所述动力盘（30）相切的方向上使液流加速，

工质的径向排出通道（73），

所述叶轮室（53）至少包括来自所述动力盘的外围部分的所述工质的液体部分的排放部（71、72），以避免液体部分在所述叶轮室的体积的外围部分集中，

其特征在于，

所述排放部设置在所述叶轮室（53）的壁上，

所述涡轮机（7）还包括：内部圆环（50），所述内部圆环在外部与涡轮机外壳（75）一起形成定子体积（51），并且在内部形成所述叶轮室（53），

所述叶轮室（53）在侧向由两个密封定子元件（54）界定，

所述定子喷嘴（52）设置在所述内部圆环（50）中，

所述排放部布置在所述密封定子元件（54）中并且设置成穿过所述涡轮机外壳（75），并且

所述径向排出通道（73）设置在所述涡轮机外壳（75）上。

2.根据权利要求1所述的装置（M），包括布置为与所述涡轮机（7）并联的旁通回路（40）。

3.根据权利要求1或2所述的装置（M），包括第一节流阀和第二节流阀（Vlam1；Vlam2），在所述装置中的工质流动方向上，所述第一节流阀和所述第二节流阀分别设置于所述涡轮机（7）的上游和下游。

4.根据权利要求1或2所述的装置（M），包括用于产生电力发电机（8），所述发电机耦接至所述涡轮机（7）。

5.根据权利要求1或2所述的装置（M），其中，所述排放部（71、72）被阀节流，以便调节所述排放部的排出流量。

6.根据权利要求1或2所述的装置（M），其中，所述涡轮机（7）包括：旋转密封盘（31），所述旋转密封盘设置在成套的所述动力盘（30）的至少一面处并且与所述旋转轴（33）耦接；涡轮机外壳（75），限定内部的体积；以及两个相互面对且相反的反向的塞子（60），用于在相对侧关闭所述涡轮机外壳（75）的内部体积，

所述动力盘（30）设置有转子轴向排出孔（35），所述密封盘（31）设置有和所述转子轴向排出孔（35）对齐的密封盘轴向排出孔（32），

- 密封定子元件（54），至少部分包围所述旋转密封盘（31）的一部分，

所述旋转密封盘（31）与所述动力盘（30）同轴，并且所述旋转密封盘的外径小于所述动力盘（30）的外径，并且所述旋转密封盘设置有环形缘（34），所述环形缘与所述密封定子元件（54）的对应座部接合，

- 排出环（57），设置在所述密封定子元件（54）和塞子（60）之间，所述排出环（57）设置有径向排出环孔（59），

所述密封盘轴向排出孔（32）与所述径向排出环孔（59）流体连通，所述径向排出环孔（59）与涡轮机外壳（75）的径向排出通道（73）流体连通。

7.一种用于调节根据前述权利要求中任一项所述的装置的方法，所述方法包括：在所述涡轮机（7）中，至少通过所述叶轮室（53）的排放部（71、72）使工质的液体部分完全流出。