(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動液を蒸発させる蒸発器（９０）と、
圧縮された作動蒸気（１１２）を凝縮させる凝縮器（１１４）と、
前記蒸発器（９０）内で蒸発した蒸発作動蒸気（３１４）を吸引口（９２）を通して運ぶためのラジアルインペラ（３０４）が取り付けられた前記吸引口（９２）を備えた圧縮機モータ（１１０）と、
前記ラジアルインペラ（３０４）によって運ばれる圧縮された作動蒸気（１１２）を前記凝縮器（１１４）に導くように構成された案内空間（３０２）と、
前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）を液体で冷却するための冷却装置（４２０）であって、前記冷却装置（４２０）は、前記液体を前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）の外側に導く（４２１、４２２）ように構成され、前記案内空間（３０２）の上部外側または下部外側は前記圧縮された作動蒸気（３１４）と接触せず、前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）の内側は前記作動蒸気または前記圧縮された作動蒸気（３１４、１１２）と接触する、冷却装置（４２０）とを備え、
前記吸引口（９２）の前記外側と前記案内空間（３０２）の下面とが蒸気密封方式で互いに接続され、前記冷却装置（４２０）は、前記吸引口（９２）の前記外側を順次通過し、その後前記案内空間（３０２）の前記下部外側を順次通過する流れの前記液体、または前記案内空間の前記下部外側を順次通過し、その後前記吸引口（９２）の前記外側を順次通過する流れの前記液体を導くように構成される、ヒートポンプ。
【請求項２】
冷却用の前記液体は前記ヒートポンプの前記作動液である、
請求項１に記載のヒートポンプ。
【請求項３】
前記ヒートポンプの動作中、前記凝縮器（１１４）内の圧力は、前記案内空間（３０２）の前記下部外側または前記吸引口（９２）の前記外側に存在する圧力と本質的に同じである、請求項１または２に記載のヒートポンプ。
【請求項４】
作動液を蒸発させる蒸発器（９０）と、
圧縮された作動蒸気（１１２）を凝縮させる液化装置（１１４）と、
前記蒸発器（９０）内で蒸発した蒸発作動蒸気（３１４）を吸引口（９２）を通して運ぶためのラジアルインペラ（３０４）が取り付けられた前記吸引口（９２）を備えた圧縮機モータ（１１０）と、
前記ラジアルインペラ（３０４）によって運ばれる圧縮された作動蒸気（１１２）を前記凝縮器（１１４）に導くように構成された案内空間（３０２）と、
前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）を液体で冷却するための冷却装置（４２０）であって、前記冷却装置（４２０）は、前記液体を前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）の外側に導く（４２１、４２２）ように構成され、前記案内空間（３０２）の上部外側または下部外側は前記圧縮された作動蒸気（３１４）と接触せず、前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）の内側は前記作動蒸気または前記圧縮された作動蒸気（３１４、１１２）と接触する、冷却装置（４２０）とを備え、
前記冷却装置（４２０）は、
前記案内空間（３０２）の上部外側（３７２）に前記液体を供給するための供給ライン（４２２、３２４、３７７、３７６）と、
前記案内空間（３０２）の前記上部外側から前記吸引口（９２）の外側へ前記液体を排出するための排出ライン（３７８）と、
前記排出ライン（３７８）によって排出される前記液体を前記吸引口（９２）の前記外側に沿って前記案内空間（３０２）の下部外側へ、および前記案内空間（３０２）の前記下部外側に沿って導く冷却チャネル（３７９）と、
前記案内空間（３０２）の前記下部外側から前記液体を導くためのオーバーフロー部（３８２）とを備える、ヒートポンプ。
【請求項５】
前記オーバーフロー部（３８２）は、前記案内空間（３０２）の前記下部外側の端部（３８１）を越えて１ｃｍよりも大きい距離だけ突出するように構成され、前記オーバーフロー部（３８２）は該オーバーフロー部（３８２）が突出する前記距離内に、２ｍｍを超える液面を保持する突起を備える、請求項４に記載のヒートポンプ。
【請求項６】
前記案内空間（３０２）の前記上部外側は、前記供給ライン（４２２、３２４、３７７、３７６）によって提供される前記作動液を保持するように構成された凹部（３７２）を備え、前記排出ライン（３７８）は、前記ヒートポンプの動作中に前記凹部（３７２）内の利用可能な液面より下にある前記凹部（３７２）内の領域（３７３）に取り付けられる、請求項４または５に記載のヒートポンプ。
【請求項７】
前記供給ライン（４２２、３２４、３７７、３７６）の液面はオーバーフロー部（３８２）の液面よりも高いため、前記ヒートポンプの動作中に、重力によって、液体の流れが、前記供給ライン（４２２、３４２、３７７、３７６）、前記排出ライン（３７８）および前記冷却チャネル（３７９）を通過する、
請求項４〜６のいずれか一項に記載のヒートポンプ。
【請求項８】
前記ヒートポンプは、前記吸引口（９２）を通して蒸気流を前記ヒートポンプの動作に垂直な方向に上向きに運ぶように構成され、前記案内空間（３０２）は、蒸気流を前記ラジアルインペラ（３０４）の前記端部での水平流から、前記凝縮器（１１４）に向かって下向きの蒸気流に偏向するように構成される、
請求項１または４に記載のヒートポンプ。
【請求項９】
前記案内空間（３０２）は、上面視で円形形状を備え、その外縁部に円形凹部（３７２）を備え、
前記冷却装置（４２０）は、前記凹部（３７２）を前記液体で満たすように構成される、
請求項１または４に記載のヒートポンプ。
【請求項１０】
作動液を蒸発させる蒸発器（９０）と、
圧縮された作動蒸気（１１２）を凝縮させる液化装置（１１４）と、
前記蒸発器（９０）内で蒸発した蒸発作動蒸気（３１４）を吸引口（９２）を通して運ぶためのラジアルインペラ（３０４）が取り付けられた前記吸引口（９２）を備えた圧縮機モータ（１１０）と、
前記ラジアルインペラ（３０４）によって運ばれる圧縮された作動蒸気（１１２）を前記凝縮器（１１４）に導くように構成された案内空間（３０２）と、
前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）を液体で冷却するための冷却装置（４２０）であって、前記冷却装置（４２０）は、前記液体を前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）の外側に導く（４２１、４２２）ように構成され、前記案内空間（３０２）の上部外側または下部外側は前記圧縮された作動蒸気（３１４）と接触せず、前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）の内側は前記作動蒸気または前記圧縮された作動蒸気（３１４、１１２）と接触する、冷却装置（４２０）とを備え、
前記案内空間（３０２）および前記吸引口（９２）は、下から見て円形であり、前記吸引口（９２）は前記案内空間（３０２）に移行し、前記冷却装置（４２０）は、前記吸引口（９２）および前記案内空間（３０２）の底面から間隔を空けた冷却チャネル壁によって形成された冷却チャネル（３７９）を備え、前記冷却チャネル壁も円形に構成され、前記冷却装置によって前記冷却チャネル（３７９）に供給される液体（４２０）が前記冷却チャネル壁によって保持され、前記吸引口（９２）の外側および前記案内空間（３０２）の前記下部外側と接触する、ヒートポンプ。
【請求項１１】
作動液を蒸発させる蒸発器（９０）と、
圧縮された作動蒸気（１１２）を凝縮させる液化装置（１１４）と、
前記蒸発器（９０）内で蒸発した蒸発作動蒸気（３１４）を吸引口（９２）を通して運ぶためのラジアルインペラ（３０４）が取り付けられた前記吸引口（９２）を備えた圧縮機モータ（１１０）と、
前記ラジアルインペラ（３０４）によって運ばれる圧縮された作動蒸気（１１２）を前記凝縮器（１１４）に導くように構成された案内空間（３０２）と、
前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）を液体で冷却するための冷却装置（４２０）であって、前記冷却装置（４２０）は、前記液体を前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）の外側に導く（４２１、４２２）ように構成され、前記案内空間（３０２）の上部外側または下部外側は前記圧縮された作動蒸気（３１４）と接触せず、前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）の内側は前記作動蒸気または前記圧縮された作動蒸気（３１４、１１２）と接触する、冷却装置（４２０）とを備え、
前記凝縮器（１１４）は、凝縮器ハウジングを備え、
前記圧縮機モータ（１１０）は前記凝縮器ハウジングに取り付けられ、回転子（３０７）と固定子（３０８）を備え、前記回転子（３０７）は、蒸発した前記作動蒸気（３１４）を圧縮するための前記ラジアルインペラ（３０４）が取り付けられたモータシャフト（３０６）を備え、前記圧縮機モータ（１１０）はモータ壁（３０９）を備え、
前記圧縮機モータ（１１０）を取り囲み、作動媒体入口（３６２、３３０）を備えるモータハウジング（３００）は、モータ冷却用の液体を前記モータ壁（３０９）に導くように構成され、
前記モータハウジング（３００）は、前記ヒートポンプの動作中に、前記モータハウジング（３００）から前記案内空間（３０２）の前記上部外側への通路（３７７）を介して、モータ冷却用の前記液体を排出するようにさらに構成され、
前記圧縮機モータ（１１０）は、前記固定子（３０８）に対して前記回転子（３０７）を支持するベアリング部（３４３）をさらに備え、
前記圧縮機モータ（１１０）は、前記ベアリング部（３４３）が前記液体作動媒体（３２８）の最高液面（３２２）を超えるように前記モータハウジング（３００）内に配置されるか、または
前記圧縮機モータ（１１０）は、少なくとも部分的に前記回転子（３０７）と前記固定子（３０８）を含む前記圧縮機モータ（１１０）の領域が前記液体作動媒体（３２８）の前記最高液面（３２２）の下に配置されるように、前記モータハウジング（３００）に取り付けられるか、または
前記モータハウジング（３００）内に突出し、前記液体作動媒体（３２８）の最高液面（３２２）を画定するオーバーフロー部（３２４）を備え、前記オーバーフロー部（３２４）は、前記モータハウジングから前記通路（３７７）を介して前記凝縮器（１１４）へと延び、前記オーバーフロー部（３２４）は、蒸気空間（３２３）から前記凝縮器（１１４）への蒸気の蒸気通路をさらに表し、前記モータハウジング（３００）内と前記凝縮器ハウジング内の圧力は本質的に同じである、ヒートポンプ。
【請求項１２】
前記オーバーフロー部（３２４）は、前記液体作動媒体（３２８）を前記モータハウジング（３００）内の前記液体作動媒体（３２８）の最大液面（３２２）を超えて前記凝縮器（１１４）に導くと同時に、前記蒸気空間（３２３）と前記凝縮器（１１４）の間に蒸気経路を作るように構成される、
請求項１１に記載のヒートポンプ。
【請求項１３】
前記圧縮機モータ（１１０）は、ボールベアリングを備え、
前記ボールベアリングの周囲に密閉容積（３６４）があり、
前記冷却装置（４２０）は、前記液体を前記密閉容積（３６４）に導き、そこから液体を導き出し、そこから前記液体を前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）に提供するように構成され、直接またはモータ冷却を介して提供される、
請求項１、４、１０または１１のいずれか一項に記載のヒートポンプ。
【請求項１４】
前記冷却装置（４２０）は、液体作動媒体（３２８）を前記モータのボールベアリングの周りの密閉容積（３６４）から導き出し、それを提供するように構成され、前記液体作動媒体（３２８）は、前記モータハウジング（３００）の底部に提供される、
請求項１３に記載のヒートポンプ。
【請求項１５】
前記モータシャフトは、
シャフトコア（３０６’）と、
前記シャフトコア（３０６’）に固定された永久磁石（３０７）を有する磁石領域と、
前記永久磁石を固定するための磁石領域（３０７）の周りに配置された固定スリーブ（３９６）とを備え、
前記圧縮機モータ（１１０）は、前記磁石領域が液体作動媒体（３２８）の最高液面（３２２）より下に位置するように、モータハウジング（３００）に取り付けられる、
請求項１、４、１０または１１に記載のヒートポンプ。
【請求項１６】
作動液を蒸発させる蒸発器（９０）と、
圧縮された作動蒸気（１１２）を凝縮させる液化装置（１１４）と、
前記蒸発器（９０）内で蒸発した蒸発作動蒸気（３１４）を吸引口（９２）を通して運ぶためのラジアルインペラ（３０４）が取り付けられた前記吸引口（９２）を備えた圧縮機モータ（１１０）と、
前記ラジアルインペラ（３０４）によって運ばれる圧縮された作動蒸気（１１２）を前記凝縮器（１１４）に導くように構成された案内空間（３０２）と、
前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）を液体で冷却するための冷却装置（４２０）であって、前記冷却装置（４２０）は、前記液体を前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）の外側に導く（４２１、４２２）ように構成され、前記案内空間（３０２）の上部外側または下部外側は前記圧縮された作動蒸気（３１４）と接触せず、前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）の内側は前記作動蒸気または前記圧縮された作動蒸気（３１４、１１２）と接触する、冷却装置（４２０）とを備え、
前記圧縮機モータ（１１０）は、ボールベアリングとボールベアリング冷却装置とモータ冷却装置とを備え、
前記ボールベアリング冷却装置は、前記液体を前記ボールベアリングに位置する閉鎖容積（３６４）内に供給するように構成され、
前記モータ冷却装置は、前記閉鎖容積（３６４）から運び出された液体をモータ壁（３０９）に導くように構成され、
前記モータ冷却装置は、前記液体がオーバーフローする液体オーバーフローを含むように構成され、
前記吸引口（９２）または前記案内空間（３０２）の前記冷却装置（４２０）は、前記モータ冷却装置から溢れた液体を収集し、それを前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）の冷却に使用するように構成される、ヒートポンプ。
【請求項１７】
前記モータ冷却装置および前記冷却装置は、前記ヒートポンプの前記凝縮器（１１４）内に存在する同じ圧力で動作するように構成される、
請求項１６に記載のヒートポンプ。
【請求項１８】
作動液を蒸発させるための蒸発器（９０）と、圧縮された作動蒸気（１１２）を凝縮するための凝縮器（１１４）と、前記蒸発器（９０）で蒸発した作動蒸気（３１４）を吸引口（９２）を通して運ぶためのラジアルインペラ（３０４）が取り付けられた前記吸引口（９２）を備えた圧縮機モータ（１１０）と、前記ラジアルインペラ（３０４）によって前記凝縮器（１１４）に運ばれる圧縮された前記作動蒸気（１１２）を導くように構成された案内空間（３０２）とで熱をポンピングする方法であって、
前記吸引口（９２）の前記外側と前記案内空間（３０２）の外部下面とが蒸気密封方式で互いに接続され、前記作動液は前記吸引口（９２）の前記外側を順次通過し、その後、前記案内空間（３０２）の前記下部外側を順次通過するステップ、または、
前記作動液は前記案内空間（３０２）の前記下部外側を順次通過し、その後、前記吸引口（９２）の前記外側を順次通過するステップを含み、
前記作動液は前記案内空間（３０２）の下部外側または前記吸引口（９２）の外側に案内され（４２１、４２２）、前記案内空間（３０２）の上部外側または下部外側は圧縮された前記作動蒸気（３１４）と接触せず、前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）の内側は蒸発したかまたは圧縮された前記作動蒸気（１１２、３１４）と接触する、ステップ
を含む、方法。
【請求項１９】
作動液を蒸発させるための蒸発器（９０）と、圧縮された作動蒸気（１１２）を凝縮するための凝縮器（１１４）と、前記蒸発器（９０）で蒸発した作動蒸気（３１４）を吸引口（９２）を通して運ぶためのラジアルインペラ（３０４）が取り付けられた前記吸引口（９２）を備えた圧縮機モータ（１１０）と、前記ラジアルインペラ（３０４）によって前記凝縮器（１１４）に運ばれる前記圧縮された作動蒸気（１１２）を導くように構成された案内空間（３０２）とを備えたヒートポンプを製造する方法であって、
前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）を液体で冷却するための冷却装置（４２０）を取り付けるステップであって、前記冷却装置（４２０）は、前記吸引口（９２）の前記外側と前記案内空間（３０２）の外部下面とが蒸気密封方式で互いに接続され、前記作動液は前記吸引口（９２）の前記外側を順次通過し、その後、前記案内空間（３０２）の前記下部外側を順次通過するか、もしくは前記作動液は前記案内空間（３０２）の前記下部外側を順次通過し、その後、前記吸引口（９２）の前記外側を順次通過するよう前記案内空間（３０２）の下部外側または前記吸引口（９２）の外側に導くように配置され（４２１、４２２）、前記案内空間（３０２）の上部外側もしくは下部外側は前記作動蒸気（３１４）と接触せず、前記案内空間（３０２）または前記吸引口（９２）の内側は蒸発または圧縮された前記作動蒸気（１１２、３１４）と接触する、ステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、案内空間または吸引口を冷却する冷却装置を有するヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
図８Ａおよび図８Ｂは、欧州特許第２０１６３４９号明細書に記載されているヒートポンプを示す。第一に、ヒートポンプは、排出側の作動蒸気ライン１２で蒸気を生成するために、作動液として水を蒸発させる蒸発器１０を含む。蒸発器は蒸発空間（図８Ａには図示せず）を備え、蒸発空間で２０ｈＰａ未満の蒸発圧力を生成するように構成されている。そのため、水は１５℃未満の温度で蒸発空間において蒸発する。水とは、例えば、地下水、地下または集水管内を自由に循環する塩水、特定の塩分を含む水、河川水、湖水または海水のことである。全てのタイプの水、すなわち、石灰を含む水、石灰を含まない水、塩を含む水、または塩を含まない水を使用してもよい。これは、全てのタイプの水、すなわち、これら全ての「水素」が好ましい水特性を有するという事実に基づく。すなわち、ヒートポンププロセスに使用できる「Ｒ７１８」としても知られている水のエンタルピ差比は６であり、これは、例えば、Ｒ１３４ａの典型的な使用可能なエンタルピ差比の２倍を超える。
【０００３】
水蒸気は、吸引ライン１２を介して、図８Ａで符号１６で示されているラジアル圧縮機などのターボ機械、例えば、ターボ圧縮機形式の圧縮機／液化装置システム１４に供給される。ターボ機械は、作動蒸気を少なくとも２５ｈＰａを超える蒸気圧に圧縮するように構成される。２５ｈＰａは約２２℃の液化温度に対応しており、これは、少なくとも比較的暖かい日には、床下暖房に十分な加熱順方向フローライン温度に既になっている可能性がある。より高いフロー温度を生成するために、３０ｈＰａを超える圧力がターボ機械１６で生成され、３０ｈＰａの圧力は２４℃の液化温度を有し、６０ｈＰａの圧力は３６℃の液化温度を有し、１００ｈＰａの圧力は４５℃の液化温度に対応する。床下暖房システムは、非常に寒い日でも４５℃のフロー温度で十分に加熱するように構成される。
【０００４】
ターボ機械は、圧縮作動蒸気を液化するように構成された液化装置１８と結合される。液化により、作動蒸気に含まれるエネルギが液化装置１８に供給され、順方向フローライン２０ａを介して暖房システムに供給される。次に、作動液は、戻りフローライン２０ｂを通って液化装置に還流する。
【０００５】
上記の例によれば、高エネルギの水蒸気によって吸収された熱（エネルギ）をそれより冷たい加熱水から直接抽出することが好ましく、その熱は加熱水によって吸収されて加熱水は温度上昇する。ここで、蒸気から非常に多くのエネルギが抽出されるため、蒸気は凝縮され、加熱回路にも関与する。
【０００６】
図８Ｂは、異なる圧力およびこれらの圧力に関連する蒸発温度を説明するための表を示し、特に、作動媒体としての水については、かなり低い圧力を蒸発器で選択しなければならないことになる。
【０００７】
独国特許出願公開第４４３１８８７号明細書は、軽量で大容量の高性能遠心圧縮機を備えたヒートポンプシステムを開示している。２段目の圧縮機を出る蒸気の飽和温度は、周囲温度または利用可能な冷却水の温度を超えているため、熱放散が可能である。圧縮された蒸気は、２段目の圧縮機によって、上部の冷却水スプレーユニット内に設けられたバルク層から成る凝縮器ユニットに移送され、冷却水は水循環ポンプによって供給される。圧縮された水蒸気はバルク層を通って凝縮器内を上昇し、そこで下向きに流れる冷却水と直接向流接触する。蒸気は凝縮し、冷却水に吸収された凝縮潜熱は、システムから一緒に除去される凝縮水と冷却水を介して大気に放出される。凝縮器は、真空ポンプによって配管を介して非凝縮性ガスを用いて連続的にフラッシュされる。
【０００８】
国際公開第２０１４０７２２３９号パンフレットは、凝縮蒸気が作動液中で凝縮されるための凝縮ゾーンを有する液化装置を開示している。凝縮ゾーンは容積ゾーンとして構成され、凝縮ゾーンの上端と下端の間に横方向の境界がある。さらに、液化装置は、凝縮ゾーンの外側端に沿って延び、凝縮される蒸気を側部境界を横方向に越えて凝縮ゾーンに供給するように構成された蒸気導入ゾーンを含む。これにより、液化装置の容積を増加させることなく、実際の凝縮は体積凝縮になるが、これは、液化される蒸気が一方の側から凝縮容積または凝縮ゾーンに正面から導入されるだけでなく、側面から、好ましくは全ての側面から導入されるためである。これにより、直接向流式凝縮と比較して、同じ外寸で提供される凝縮量が増加するだけでなく、凝縮ゾーンで液化される蒸気は凝縮液の流れ方向を横切る流れ方向を含むため、凝縮器の効率が同時に改善される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ヒートポンプの一般的な問題は、可動部品、特に、高速可動部品を冷却する必要があるという事実である。ここで、圧縮機モータ、特にモータシャフトに、具体的に問題がある。とりわけ、圧縮機としてラジアルインペラを使用するヒートポンプは、小型化を実現するために非常に高速で作動し、例えば、５０，０００回転／分を超える領域では、シャフト温度は部品の破壊につながる問題のある値に達する可能性がある。
【００１０】
ラジアルインペラを備えた圧縮機モータを使用するヒートポンプのさらに一般的な欠点は、ラジアルインペラの動作および下流に配置された案内空間により、作動蒸気が相当過熱することである。過熱作動蒸気、具体的には作動媒体として水を使用する場合における過熱水蒸気は、飽和蒸気よりも粘度が高いため、流動抵抗が大きくなる。
【００１１】
原理的に、過熱作動媒体蒸気は、十分かつ効率的に凝縮できるようにするために、まずは、その過熱を低減する必要がある。しかし、効率的な凝縮は、ヒートポンプを実現するために特に重要であるが、一方で、ヒートポンプは、ヒートポンプの使用に応じて加熱または冷却に対して高い性能値をもたらす。さらに、ヒートポンプはできるだけ小さな空間を使用し、凝縮器のサイズに制限を設ける必要がある。凝縮器の寸法が小さいほど、「設置面積」またはヒートポンプが占める容積または空間が小さくなる。したがって、ヒートポンプの凝縮器内で高効率の凝縮を達成することは非常に重要である。そうして始めて、効率がよく、容積や設置面積が大きすぎないヒートポンプが作られる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、より効率的なヒートポンプを提供することである。
【００１３】
本目的は、請求項１に記載のヒートポンプ、または請求項１８に記載の熱をポンピングする方法、または請求項１９に記載のヒートポンプを製造する方法によって解決される。
【００１４】
本発明は、作動媒体蒸気の過熱による凝縮器効率の低下を回避するために、案内空間および／または吸引口の液体による冷却が採用されるという発見に基づいている。これにより、案内空間および／または吸引口の温度は、液化装置内の圧力の飽和圧力温度に可能な限り近づけて維持される。したがって、蒸気流からのエネルギ／熱は、吸引口または案内空間の材料または壁を介して結合される。好ましい実施形態の場合である水が作動液として使用される場合、吸引口または案内空間に運ばれた水は沸騰し始めるため、そのエネルギを放出する。したがって、案内空間および／または吸引口は、吸引口部を介してラジアルインペラによって最初に吸引され、そこから接触空間に供給される蒸気圧の飽和蒸気温度に非常に近く維持される。作動蒸気は、その後、案内空間内で、液化装置または凝縮器の計画圧力まで圧縮される。したがって、案内空間および／または吸引口を冷却すると、作動媒体蒸気の過熱が防止される。そのため、作動媒体蒸気が凝縮器に入る際に、容易な凝縮を可能とするための過熱を減らす必要がなくなる。代わりに、作動媒体蒸気は、時間、容積、または移動距離に関してさらにロスすることなく、凝縮器内で直接凝縮できる。これにより、対応する案内空間／吸引口冷却を採用していなかった実施形態と比較して凝縮器の容積を小さくしても、効率的な凝縮器を実現することができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態では、案内空間は熱伝導性の高い材料で構成される。このようにして、案内空間は、案内空間を通過して流れる蒸気からエネルギを抽出し、それを案内空間または吸引口の周りを流れる冷却水に直接転送する。これにより、案内空間は、蒸気圧の飽和蒸気温度に、さらに良好に保持される。他方、案内空間の材料の熱抵抗が残っているので過熱は完全には低減されないが、大幅に低減されるので、案内空間内での液化は防止される。ただし、この残りの過熱により、凝縮は案内空間内では既に発生せず、液化装置でのみ効率的に発生するようになる。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態では、案内空間用の冷却液は、モータボールベアリングを介しておよび／または使用するのが好ましいオープンモータ冷却を介して予め案内される。オープンモータ冷却により、冷却液は再び部分蒸発により飽和蒸気温度まで冷却される。ボールベアリング冷却とモータ冷却のカスケードでは、冷却液は、既にボールベアリング冷却によって吸収されたエネルギをモータ冷却で放出する。したがって、オープンな案内空間冷却のために最適に調整された液体媒体が提供される。
【００１７】
好ましい実施例では、案内空間の外側の上部が最初に液体で満たされる。そのような片側案内空間冷却では、作動液は単にオーバーフローするが、これは、本発明の好ましい実施形態では、作動液がいずれの場合でも「シャワー」の形態で導入される凝縮器に単に流れるため、問題のない、または望ましくさえある。好ましいさらなる実施形態では、冷却液は、さらに、上部案内空間の冷却、すなわち案内空間の上側の冷却から、追加の下部案内空間の冷却および／または吸引口の冷却に導かれる。案内空間の端部には、オーバーフローのあるオープン領域がある。蒸発により、作動液は、常に飽和蒸気温度まで冷却される。残りの作動液もオーバーフローし、凝縮器容積にたやすく流れ込み、さらに処理される。しかしながら、代替的に、作動液は、ヒートポンプの作動液ではない作動液であってもよいが、これは、特に、実施例によれば、必ずしも作動液が圧縮作動蒸気と接触する必要がないためである。
【００１８】
本発明は、案内空間冷却および／または吸引口冷却によって熱部品の負荷がさらに低減されるという点でさらに有利であり、これら案内空間や吸引口は、通常、圧縮機の近くに配置されるヒートポンプにおいて比較的大きな表面を占める。凝縮器内の圧力レベルで行われることが好ましい液体冷却により、非常に効率的な蒸発冷却が実現される。この蒸発冷却により、圧縮機全体を飽和蒸気温度に近づけることができる。好ましい実施形態では、圧縮におけるモータ損失、ベアリング損失、および過熱は、非常に効率的なヒートポンプの実現だけでなく、動作中の安全で安定したヒートポンプを実現するために、蒸発によって本質的に低減される。
【００１９】
好ましい実施形態のさらなる態様および利点を以下に提示する。
【００２０】
さらなる態様によるヒートポンプは、特別な対流シャフト冷却を含む。このヒートポンプは、凝縮器ハウジングを有する凝縮器と、凝縮器ハウジングに取り付けられ回転子および固定子を有する圧縮機モータであって、回転子は、蒸発器ゾーンに延びるラジアルインペラが取り付けられたモータシャフトを有し、ラジアルインペラによって圧縮された蒸気を受け取り、それを凝縮器に導くように構成された案内空間とを備える。さらにヒートポンプは、圧縮機モータを取り囲み、凝縮器内の圧力と少なくとも同じ圧力を維持するように構成されるモータハウジングを備える。ただし、圧力はラジアルインペラの背後の圧力よりも大きい圧力でも十分である。特定の実施例では、この圧力は、凝縮器圧力と蒸発器圧力の中間の圧力に設定される。さらに、モータハウジング内の蒸気を固定子とモータシャフトの間のモータギャップに供給するために、モータハウジング内に蒸気供給部が設けられる。さらに、モータは、さらなるギャップが、固定子とモータシャフトとの間のモータギャップからラジアルインペラに沿って案内空間まで延びるように構成される。
【００２１】
これにより、モータハウジング内で比較的高い圧力が発生し、これは凝縮器と蒸発器からの平均圧力よりも高く、凝縮器圧力と同じかそれより高いことが好ましい一方で、ラジアルインペラに沿って案内空間まで広がる広いギャップには、より低い圧力が存在する。この圧力は、凝縮器と蒸発器の平均圧力と同じであり、蒸発器からの蒸気を圧縮するとき、ラジアルインペラはラジアルインペラの前に高圧領域を、ラジアルインペラの後に低圧または真空領域を作るという事実により、実施される。特に、ラジアルインペラの前の高圧領域は、凝縮器の高圧よりもまだ小さく、ラジアルインペラの「背後」の低圧は、ラジアルインペラの出口の高圧よりもまだ小さいものである。凝縮器の高い圧力は、案内空間の出口にのみ存在する。
【００２２】
モータギャップと「結合」されたこの圧力勾配は、作動蒸気がモータハウジングから蒸気供給部を通ってモータギャップおよびさらなるギャップに沿って凝縮器に確実に引き込まれることで確保する。この圧力は、凝縮器作動媒体の温度レベル以上である。これは、モータ内、特に、モータシャフト内の腐食などを起こす全ての凝縮問題を回避するため、特に、有利である。
【００２３】
したがって、この態様では、蒸発器で利用可能な最も冷たい作動液は、対流シャフト冷却には使用されない。蒸発器内の冷蒸気も使用されない。代わりに、対流シャフト冷却では、凝縮器温度でヒートポンプ内に存在する蒸気が使用される。対流の性質により、これは依然として十分なシャフト冷却を提供する、すなわち、蒸気供給部、モータギャップおよびさらなるギャップにより、モータシャフトの周りに大量の、特に調整可能な量の蒸気が流れる。同時に、この蒸気が蒸発器内の蒸気とは対照的に比較的温かいという事実により、モータギャップおよび／またはさらなるギャップ内のモータシャフトに沿った凝縮がないことが保証される。代わりに、最も低い温度よりも高い温度がここで作られる。凝縮は常に容積内の最低温度で発生するので、モータギャップ内およびさらなるギャップ内では、これらが温かい蒸気に囲まれているため、凝縮は起きない。
【００２４】
これにより、十分な対流シャフト冷却が保証され、モータシャフトの過度の温度とそれに伴う摩耗が防止される。さらに、モータ内の凝縮は、例えばヒートポンプが停止しているとき、効果的に防止される。また、これにより、このような凝縮に関連する全ての動作上の安全性の問題と腐食の問題が効果的に排除される。対流シャフト冷却の態様によれば、本発明は、非常に信頼性の高いヒートポンプをもたらす。
【００２５】
モータ冷却を伴うヒートポンプに関するさらなる態様では、ヒートポンプは、凝縮器ハウジングを有する凝縮器と、凝縮器ハウジングに取り付けられ、回転子および固定子を有する圧縮機モータとを含む。回転子は、作動媒体蒸気を圧縮するための圧縮機モータが取り付けられたモータシャフトを含む。さらに、圧縮機モータにはモータ壁がある。ヒートポンプは、圧縮機モータを取り囲み、好ましくは、凝縮器内の圧力と少なくとも同じ圧力を維持するように構成され、モータを冷却するために凝縮器からモータ壁に液体作動媒体を導く作動液入口を有する、モータハウジングを含む。ただし、モータハウジングからの熱放散は沸騰または蒸発によって行われるため、モータハウジング内の圧力も大幅に低くなる可能性がある。したがって、モータ壁での熱エネルギは、主にモータ壁から蒸気を介して運び去られ、次いで、この加熱された蒸気は、例えば、凝縮器に放散される。代替的に、モータ冷却からの蒸気を蒸発器または外部に持ち込むこともできる。ただし、加熱蒸気を凝縮器に導くことが好ましい。本発明のこの態様では、モータがそれを通過する水によって冷却される水冷とは対照的に、冷却は蒸発によって行われ、運ばれる熱エネルギは蒸気消散によって運び去られる。利点の１つは、冷却に必要な液体が少なく、蒸気を簡単に逃がす、例えば、自動的に凝縮器に送り、そこで蒸気は再び凝縮してモータの熱排出量を凝縮液に移すことができることである。
【００２６】
したがって、モータハウジングは、ヒートポンプの動作中に、気泡の沸騰または蒸発により作動媒体が配置される蒸気空間を形成するように構成される。モータハウジングはさらに、蒸気排出を通じてモータハウジング内の蒸気空間から蒸気を導き出すように構成される。凝縮器とモータハウジングの間のガス透過可能な接続によって蒸気の排出が実現されるように、凝縮器に導かれることが好ましい。
【００２７】
モータハウジングは、ヒートポンプの動作中、モータハウジング内の液体作動媒体の最高液面を維持し、さらに最高液面を超える蒸気空間を形成するよう構成されるのが好ましい。モータハウジングは、最高液面を超える作動媒体を凝縮器に導くように構成される。この実施例により、気泡沸騰するのに十分な作動液がモータ壁上にあることが作動液液面から常に保証されるため、蒸気生成を通じた冷却を非常に堅牢に保つことができる。代替的に、作動液液面を常に維持する代わりに、作動液をモータ壁にスプレーしてもよい。スプレーされた液体は、モータの壁に接触すると蒸発するように与えられ、それによりモータの冷却能力が達成される。
【００２８】
モータは液体作動媒体とモータ壁で効果的に冷却される。ただし、この液体作動媒体は、蒸発器からの冷たい作動媒体ではなく、凝縮器からの温かい作動媒体である。凝縮器からの温かい作動媒体を使用しているにもかかわらず、十分なモータ冷却が提供される。ただし、同時に、モータが過度に冷却されないようにし、特に、モータは凝縮器内または凝縮器ハウジング上で最も冷たい部分の温度まで冷却されないようにする。これは、例えばモータが動作していないときだけでなく、動作中に、モータハウジングの外側で作動媒体蒸気の凝縮を引き起こし、腐食やその他の問題につながる。代わりに、モータは十分に冷却されるが、同時に、常に最も冷たい「端部」で発生する凝縮が圧縮機モータで発生しないように、常にヒートポンプの最も暖かい部分にあることが保証される。
【００２９】
好ましくは、モータハウジング内の液体作動媒体は、凝縮器とほぼ同じ圧力に維持される。これは、モータを冷却する作動媒体は凝縮器作動媒体であり、かつ凝縮器内と同じ温度にあるため、該作動媒体はその沸点に近いことを意味する。モータの動作に起因する摩擦によりモータ壁が加熱されると、熱エネルギが液体作動媒体に伝達される。液体作動媒体がその沸点に近いという事実により、気泡沸騰は、モータハウジングを最高液面まで満たす液体作動媒体内のモータハウジング内で始まる。
【００３０】
この気泡沸騰により、モータハウジング内の液体作動媒体量が非常に強く混合されるため、非常に効率的な冷却が可能になる。この沸騰アシスト冷却はまた、好ましくは提供される対流要素によって大幅にアシストされ、その結果、最終的に、液体媒体の比較的小さな容積または変動する容積を用いた非常に効率的なモータ冷却が実現され、それに加えて、冷却は自己制御であるため、さらに制御する必要はない。このようにして、高度な技術を用いずに効率的なモータ冷却が達成され、ひいてはヒートポンプの動作信頼性に大きく貢献する。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態は、続いて、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】絡み合った配置のヒートポンプを示す。
【図２】案内空間または吸引口を冷却するための冷却装置を備えたヒートポンプの好ましい実施形態を示す。
【図３】一方が対流シャフト冷却、もう一方がモータ冷却を備えたヒートポンプの概略図を示す。
【図４ａ】凹部領域を備えた案内空間の上面図を示す。
【図４ｂ】冷却チャネルおよび冷却液がオーバーフロー状態の吸引口および案内空間の下からの図を示す。
【図５】図１の実施形態による蒸発器底部および凝縮器底部を備えたヒートポンプの断面図を示す。
【図６】国際公開第２０１４０７２２３９号パンフレットに示されているような液化装置の斜視図を示す。
【図７】国際公開第２０１４０７２２３９号パンフレットから、一方では液体分配プレートと、他方では蒸気入口ギャップを備えた蒸気導入ゾーンの図を示す。
【図８ａ】水を蒸発させるための既知のヒートポンプの概略図を示す。
【図８ｂ】作動液としての水の圧力と蒸発温度を説明するための表を示す。
【図９】第２の態様によるモータ冷却を備えたヒートポンプの概略図を示す。
【図１０】第１の態様による従来のシャフト冷却および第２の態様によるモータ冷却を有する一実施形態によるヒートポンプを示し、特にモータ冷却に重点を置いている。
【図１１】ボールベアリング冷却、モータ冷却、案内空間冷却および吸引口冷却を組み合わせた本発明の好ましい実施形態を示す。
【図１２】ベアリング部を有するモータシャフトの断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、蒸発器空間１０２内で作動液を蒸発させるための蒸発器を備えたヒートポンプ１００を示す。ヒートポンプはさらに、凝縮器底部１０６によって制限される凝縮器空間１０４内で蒸発した作動液を液化するための凝縮器を含む。断面図または側面図として見ることができる図１に示すように、蒸発器空間１０２は、凝縮器空間１０４によって少なくとも部分的に囲まれる。さらに、蒸発器空間１０２は、凝縮器底部１０６によって凝縮器空間１０４から分離される。加えて、凝縮器底部は、蒸発器空間１０２を画定するために蒸発器底部１０８に接続される。一実施例では、圧縮機１１０は、蒸発器空間１０２または他の任意の場所の上面に設けられており、図１には詳細に説明されていないが、蒸発した作動液を圧縮し、圧縮蒸気１１２として凝縮器空間１０４に導くように構成される。凝縮器空間は、凝縮器壁１１４によって外側に向かってさらに制限される。凝縮器底部１０６と同様に、凝縮器壁１１４は蒸発器底部１０８に固定される。特に、蒸発器底部１０８に対するインタフェースを形成する領域における凝縮器底部１０６の寸法は、図１に示す実施形態において、凝縮器底部が凝縮器空間壁１１４によって完全に囲まれるような寸法である。これは、図１に示すように、凝縮器空間が蒸発器の底部まで延び、同時に蒸発器空間がかなりの上方に、、通常は凝縮器空間１０４のほぼ全体を通って延びることを意味する。
【００３４】
凝縮器底部が蒸発器底部に接続されることを特徴とする、凝縮器と蒸発器のこの「絡み合った」または連動する配置は、ヒートポンプの特に高い効率を提供し、したがってヒートポンプの特にコンパクトな設計を可能にする。サイズに関しては、ヒートポンプの寸法、例えば、円筒形の場合、凝縮器壁１１４は、直径が３０〜９０ｃｍで高さが４０〜１００ｃｍの円筒と同等である。寸法は、要求されるヒートポンプ性能クラスに従って選択されてもよいが、上記の寸法であることが好ましい。これにより、蒸発器の底部は、本発明の好ましい実施形態に従って、全ての液体の入口および出口を含むように設計され、液体の入口および出口が側面または上から不要である場合、特に、ほぼ真空状態にある蒸発器空間のインタフェースの数を容易に減らすことができるため、容易かつ安価に製造できる非常にコンパクトな設計が得られる。
【００３５】
また、ヒートポンプの動作方向は、図１に示すようなものであることに注意すべきである。このことは、他のヒートポンプまたは対応するポンプユニットへの接続ラインを除いて、動作中に蒸発器底部がヒートポンプ下部を画定することを意味する。これは、動作中に蒸発器空間で生成された蒸気が上昇し、モータで偏向されて凝縮器空間に上部から底部に供給されること、および、凝縮液は底部から上部に導かれ、次いで、上から凝縮器空間に供給され、その後、例えば、単一の液滴または小さな液体の流れを介して、凝縮のために凝縮器空間内を上部から底部に流れ、好ましくは交差して供給される圧縮蒸気と反応する、ことを意味する。
【００３６】
蒸発器が凝縮器内にほぼ完全にまたは完全に配置される「絡み合った」配置により、空間を最適に使用したヒートポンプの非常に効率的な実施が可能になる。凝縮器空間は蒸発器底部まで延びているため、凝縮器空間はヒートポンプの「高さ」全体または少なくともヒートポンプの大部分に形成される。同時に、蒸発器空間もヒートポンプのほぼ全高にわたって広がっているため、可能な限り大きい。絡み合った配置により、蒸発器が凝縮器の下に配置される配置とは対照的に、空間は最も効率的な方法で使用される。これにより、ヒートポンプの特に効率的な作動が可能になり、他方で、蒸発器と凝縮器の両方が高さ全体に広がるため、特に空間効率が高く、コンパクトな設計が可能になる。これにより、蒸発器空間と凝縮器空間の「厚さ」が減少する。主たる蒸発は、蒸発器空間が利用可能な容積のほぼ全体を満たす下部領域で行われるため、凝縮器内部で先細になる蒸発器空間の「厚さ」が減少することは問題ないことがわかっている。他方、主な凝縮は上部、すなわち蒸発器空間が既に比較的薄く、凝縮器空間に十分な空間が残っている場所で行われことから、凝縮器空間の厚さの減少は、特に下部領域、すなわち蒸発器空間が利用可能な空間のほぼ全体を満たす場所では重要ではない。したがって、絡み合った配置は、各機能空間が大きな容積を必要とする場所で各機能空間に大きな容積が与えられるという点で理想的である。蒸発器空間には底部に大きな容積があり、凝縮器空間には上部に大きな容積がある。それにもかかわらず、一方の機能空間が大きな容積を占め、他の機能空間が比較的小さい容量であっても、国際公開第２０１４０７２２３９号パンフレットに記載されたように2つの機能要素が上下に配置されるヒートポンプと比較して効率の向上に寄与する。
【００３７】
好ましい実施形態では、圧縮機は凝縮器空間の上側に配置され、圧縮された蒸気が一方で圧縮機を通って偏向され、同時に凝縮器空間の端部ギャップに供給される。これにより、下降する凝縮液に対する蒸気のクロスフローの方向が実現されるため、特に高い効率で凝縮が実現される。クロスフローによるこの凝縮は、蒸発器空間が大きい上部領域で特に効果的であり、蒸発器空間を優先し、凝縮器空間が小さい下部領域では、この領域まで浸透した蒸気粒子の凝縮を引き続き可能にするために、特に大きな領域を必要としない。
【００３８】
凝縮器底部に接続される蒸発器底部は、凝縮器入口および凝縮器出口、ならびに蒸発器入口および蒸発器出口を収容するように構成されることが好ましく、蒸発器または凝縮器の中にセンサ用の通路を設けてもよい。これにより、ほとんど真空になっている蒸発器を通る凝縮器入口と凝縮器出口にラインが不要になる可能性がある。これにより、蒸発器を通るあらゆる通路は漏れの可能性があるため、ヒートポンプ全体が故障しにくくなる。この目的のために、凝縮器底部には、凝縮器入口／出口が位置する場所にそれぞれの凹部が備えられており、凝縮器入口／出口が凝縮器底部によって画定される蒸発器空間内を走らないようにしている。
【００３９】
凝縮器空間は、蒸発器底部にも取り付け可能な凝縮器の壁によって制限される。したがって、蒸発器底部には、凝縮器の壁と凝縮器の底部の両方に対するインタフェースがあり、さらに蒸発器と凝縮器の両方に全ての液体供給口がある。
【００４０】
特定の実施例では、蒸発器底部は、蒸発器底部の反対側にある開口部の断面とは異なる断面を有する、個々の供給用の接続ポートを含むように構成される。その場合、個々の接続ポートの形状は、形状または断面形状が接続ポートの長さにわたって変化するように構成されるが、流速に重要な配管の直径は、許容誤差±１０％以内で、ほぼ同じままである。これにより、接続ポートを流れる水がキャビテーションを起こさなくなる。接続ポートを成形することで得られる良好なフロー条件により、対応する配管／ラインが可能な限り短くなることが保証され、ひいてはヒートポンプ全体のコンパクトな設計に貢献する。
【００４１】
蒸発器底部の特別な実施例では、凝縮器の入口は、ほぼ「眼鏡」の形状で２つの部分または複数の部分の流れに分割される。これにより、凝縮液を凝縮器の上部にある２つ以上のポイントに同時に供給することができる。これにより、上から下への強力で、かつ、同時に、特に均一な凝縮器の流れが得られ、上方からも凝縮器に導入される蒸気の非常に効率的な凝縮が可能になる。
【００４２】
冷却水を供給するホースをヒートポンプの圧縮機モータに接続するために、凝縮水用の別のより小さな寸法の給水器を蒸発器の底部に設けてもよく、冷却に使用されるのは蒸発器に供給される冷たい液体ではなく、凝縮器に供給されるより暖かい液体であるが、通常の動作状況ではヒートポンプのモータを冷却するのに十分なほど冷たい。
【００４３】
蒸発器底部は、その組合せ機能によって特徴付けられる。一方では、非常に低い圧力下にある蒸発器に凝縮器入口ラインを通す必要がないようにする。他方、それは、外部に対するインタフェースを表し、円形は可能な限り多くの蒸発器領域が残るので、円形が好ましい。全ての入口ラインと出口ラインは、蒸発器の床を通り、そこから蒸発器空間または凝縮器空間に通じる。プラスチック射出成形を使用して蒸発器底部を製造することは、プラスチック射出成形を使用して、入口／出口ポートの有効で比較的複雑な形状を簡単かつ安価に実行できるため、特に有利である。一方、蒸発器底部はアクセスしやすい部品として設計されているため、特に、低い蒸発器圧力に容易に耐えられるように、十分な構造安定性を備えた蒸発器底部を容易に製造することができる。
【００４４】
本発明では、同じ参照番号は同一または類似の要素を指し、それらが再び現れる場合、全ての図面で全ての参照番号が繰り返されるわけではない。
【００４５】
図２は、本発明によるヒートポンプを示しており、これは、図１に関して説明した絡み合った構成に関連して実装されるが、代替的に、図２に概略的に示すように、絡み合った構成以外の構成で実装することもできる。
【００４６】
ヒートポンプは、作動液を蒸発させる蒸発器９０を含む。さらに、ヒートポンプは、蒸発および圧縮された作動液を凝縮するための凝縮器または液化器１１４を含む。
【００４７】
ヒートポンプは、吸引口９２に結合されたラジアルインペラ１１０、３０４を有する圧縮機モータをさらに含み、蒸発器９０内で蒸発した作動蒸気を吸引口を通して運ぶ。加えて、ヒートポンプは、ラジアルインペラによって運ばれる作動蒸気を凝縮器１１４に導くように配置された案内空間３０２を含む。蒸発器９０で蒸発した作動蒸気は符号３１４で図示され、案内空間に運ばれ、凝縮器１１４に圧縮されて到達する作動蒸気１１２は符号１１２で図示される。
【００４８】
本発明によれば、ヒートポンプは、案内空間３０２または吸引口９２、または案内空間３０２および吸引口９２を液体で冷却するように構成された冷却装置４２０を含む。この目的のために、冷却装置４２０は、吸引口９２への液体ライン４２１および／または案内空間３０２への液体ライン４２２を含む。代替的に、単一の液体ラインのみが存在し、案内空間および吸引口に、例えば、冷却液を次々と連続して供給することができる。冷却装置はさらに、好ましくはライン４２１、４２２を介して、または１つのラインを介して連続的に案内空間３０２または吸引口９２の外側に液体を導くように構成され、案内空間３０２または吸引口９２の外側は作動蒸気３１４、１１２と接触しないのに対して、内側は、それぞれこの作動蒸気３１４および１１２と接触する。
【００４９】
水が作動液として、特に凝縮水として、すなわちヒートポンプの作動液と同じ作動液として、使用されることが好ましい。したがって、液体の蒸気は、作動媒体蒸気３１４、１１２と同じ蒸気であるため、オープンコンセプトが得られる。代替的に、冷却液を使用するクローズドコンセプトを採用してもよく、ここで冷却液は作動液とは別に処理される。次に、冷却装置４２０は、冷却液の戻りフローラインを有するように構成され、戻された加熱冷却液は、別個に冷却され、案内空間または吸引口に冷却された冷却液を提供する。ただし、単純な設計のためには、オープン案内空間／吸引口冷却が好ましい。
【００５０】
図３は、凝縮器空間１０４を含む凝縮器ハウジング１１４を有する凝縮器を備えたヒートポンプを示す。さらに、圧縮機モータが取り付けられており、これは図３に固定子３０８によって図示される。この圧縮機モータは、図３には示されていない凝縮器ハウジング１１４に取り付けられ、固定子および回転子３０６を含み、回転子３０６は、蒸発器ゾーンに延びるラジアルインペラ３０４が取り付けられたモータシャフトを含む。さらに、ヒートポンプは、符号１１２で図示されたように、ラジアルインペラによって圧縮された蒸気を受け取り、それを凝縮器に導くように構成された案内空間３０２を含む。
【００５１】
モータは、圧縮機モータを囲み、好ましくは、凝縮器内の圧力と少なくとも同じ圧力を維持するように構成されるモータハウジング３００をさらに含む。代替的に、モータハウジングは、蒸発器および凝縮器の平均圧力よりも高い圧力を、またはラジアルインペラと案内空間３０２との間のさらなるギャップ３１３の圧力よりも高い圧力を、または凝縮器内の圧力より高いか同じ圧力を維持するように構成される。モータハウジングは、モータハウジングからモータシャフトに沿って案内空間に向かって圧力降下が発生するように構成され、これにより、作動蒸気がモータギャップおよびさらなるギャップを通り、モータシャフトを通過して引き込まれ、シャフトを冷却する。
【００５２】
必要な圧力を備えたモータハウジング内の領域は、図３の符号３１２で示されている。加えて、蒸気供給部３１０は、モータハウジング３００内の蒸気を、固定子３０８とシャフト３０６との間に存在するモータギャップ３１１に提供するように構成される。加えて、モータは、モータギャップ３１１からラジアルインペラに沿って案内空間３０２まで延びるさらなるギャップ３１３を含む。
【００５３】
本発明の構成では、凝縮器内に比較的高い圧力ｐ３が存在する。他方、案内経路または案内空間３０２には中位の圧力ｐ２がある。蒸発器に加えて、最低圧力はラジアルインペラの背後にあり、ラジアルインペラはモーターシャフトに、すなわちギャップ３１３内に固定される。モータハウジング３００には、圧力ｐ３と同じか、圧力ｐ３より大きい圧力ｐ４がある。これにより、モータハウジングからさらなるギャップの端部まで圧力勾配が生じる。この圧力勾配により、蒸気は、蒸気供給部を通って案内経路３０２までモータギャップおよびさらなるギャップに流れ込む。この蒸気流により、作動蒸気がモータハウジングからモータシャフトを通過して凝縮器に取り込まれる。この蒸気流は、モータギャップ３１１およびモータギャップ３１１に接続するさらなるギャップ３１３を通して、モータシャフトの対流シャフト冷却を提供する。したがって、インペラは、蒸気をモータシャフトを通って下方に吸引する。この蒸気は、蒸気供給部を介してモータギャップに引き込まれ、蒸気供給部は、通常、特別に実装されたドリル孔として実装される。
【００５４】
この点で、一方の対流シャフト冷却と他方のモータ冷却の２つの態様も別々に使用されることを一般的に指摘する必要がある。例えば、特別な個別の対流シャフト冷却を使用しないモータ冷却は、既に動作信頼性を大幅に向上させている。さらに、追加のモータ冷却を伴わない対流モータシャフト冷却は、ヒートポンプの動作信頼性の向上にもつながる。しかしながら、以下の図３に示すように、モータハウジングと圧縮機モータの特に有効な構造を用いて対流シャフト冷却とモータ冷却の両方を実施するために、２つの態様を特に有利な方法で組み合わせてもよく、別の好ましい実施形態では、それらは、特別なボールベアリング冷却によって、それぞれまたは相互に、補足されてもよい。
【００５５】
図３は、対流シャフト冷却とモータ冷却とを組み合わせて使用する実施形態を示し、図３に示す実施形態では、蒸発器ゾーンが１０２で示される。蒸発器ゾーンは、凝縮器底部１０６により、凝縮器ゾーンから、すなわち、凝縮器領域１０４から分離されている。符号３１４で図式化して示される作動蒸気は、図式的におよび断面で示されている回転するラジアルインペラ３０４によって吸引され、案内経路３０２に「押し込まれる」。図３に示す実施形態では、案内経路３０２は、断面が外側に向かってわずかに拡大するように構成されているため、作動蒸気内にまだ存在する運動エネルギは、壁から流れが放出されることなく、乱流による損失なしに、圧力に変換される。外側への放射状の流れにより、半径が案内空間の上部と下部が互いに近づく速度よりも速く成長する限り、流れの断面は連続的に増加する。これにより、蒸気がさらに圧縮される。蒸気圧縮の最初の「段階」は、ラジアルインペラの回転とラジアルインペラの蒸気の「吸引」を介して、既に起きている。ラジアルインペラが蒸気を案内経路の入力部に送り込むとき、すなわち、ラジアルインペラが上側に向かって「終わる」とき、予圧された蒸気は、いわば蒸気詰まりに遭遇する。これにより、さらに蒸気が圧縮され、圧縮により加熱された蒸気１１２が最終的に凝縮器に流入する。
【００５６】
図３は、蒸気供給開口部３２０をさらに示しており、これは、図３に概略的に示されたモータ壁３０９内に構成される。図３に示されるように、このモータ壁３０９は、上部領域に蒸気供給開口部３２０用の貫通孔を有するが、これらの貫通孔は、蒸気がモータギャップ３１１に入り、したがってさらなるモータギャップ３１３にも入る可能性がある任意の位置に構成することができる。このようにして生じた蒸気流３１０は、対流波冷却の所望の効果をもたらす。
【００５７】
図３に示す実施形態はまた、モータを冷却するために凝縮器からモータ壁に液体作動媒体を導くように構成された、モータ冷却を実施する作動媒体入口ライン３３０を含む。さらに、モータハウジングは、ヒートポンプの動作中に液体作動媒体の最高液面３２２を維持するように構成される。加えて、モータハウジング３００は、最高液面より上方に蒸気空間３２３を形成するようにも構成される。さらに、モータハウジングは、液体作動媒体を最高液面を超えて凝縮器１０４に導く手段を備える。例えば、この実施例は、蒸気排出を形成し、上部凝縮器壁の任意の位置に配置され、かつ最高液面３２２を画定する長さを有する平坦なチャネル形状のオーバーフロー部３２４によって、図３に示される実施形態において構成される。凝縮液供給ライン３３０によって、モータハウジングに、すなわち液体領域３２８に過剰な作動液が導入された場合、液体作動媒体はオーバーフロー部３２４を通って凝縮器容積に流れ込む。加えて、オーバーフロー部はまた、モータハウジングと、特にモータハウジングの蒸気空間３２３と、図３に示す受動的配置の凝縮器内部空間１０４との間の圧力補償を提供し、これは、代替的に、対応する長さの管などであってもよい。したがって、モータハウジングの蒸気空間３２３内の圧力は、ほぼ常に一定であるか、高くても、オーバーフロー部に沿った圧力損失のために、凝縮器内の圧力よりわずかに高いだけである。したがって、モータハウジング内の液体３２８の沸点は、凝縮器ハウジング内の沸点に類似する。これにより、モータで発生した熱損失によるモータ壁３０９の加熱は、液体容積３２８で気泡沸騰が発生するという事実につながる。これについては後述する。
【００５８】
また、図３はまた、符号３２６や、モータハウジングと凝縮器ハウジングの間の一面、またはモータ壁３０９と凝縮器ハウジング１１４の他の面との間の同様の位置における様々なシールも概略的に示す。これらのシールは、液密接続と耐圧接続があることを表している。
【００５９】
モータハウジングは、凝縮器とほぼ同じ圧力領域に相当する個別空間を画定する。モータが加熱されて、したがってモータ壁３０９から放出されるエネルギにより、これは液体容積３２８内の気泡沸騰をサポートし、これは体積３２８内の作動液の特に効率的な分布をもたらす。したがって、少量の冷却液で、特に、良好な冷却がもたらされる。また、最も好ましい温度、すなわちヒートポンプ内での最高温度にある作動液で冷却が行われることも保証される。これにより、モータ壁とモータシャフト、およびモータギャップ３１１とさらなるギャップ３１３の領域に対して、常に冷たい表面で発生する凝縮の全ての問題が確実に排除される。図３に示す実施形態では、対流シャフト冷却に使用される作動媒体蒸気３１０は、モータハウジングの蒸気空間３２３にある蒸気である。液体３２８と同様に、この蒸気も理想的な（暖かい）温度を有する。さらに、オーバーフロー部３２４により、モータ冷却またはモータ壁３０９によって引き起こされる気泡沸騰を介して、領域３２３の圧力は凝縮器圧力を超えて上昇できないことが保証される。さらに、モータの冷却による熱エネルギは、蒸気放出によって放散される。したがって、対流シャフト冷却は常に同じように機能する。圧力が大きくなりすぎると、過剰な作動媒体蒸気がモータギャップ３１１および他のギャップ３１３を強制通過することになる。
【００６０】
蒸気供給ライン供給用の貫通孔３２０は、通常、規則的または不規則に配置できるアレイに構成される。個々の貫通孔の直径は５ｍｍ以下で、最小サイズは約１ｍｍである。
【００６１】
図３はさらに、案内空間３０２および吸引口９２への液体ライン４２１および４２２をそれぞれ示しており、これらを介して、ラジアルインペラ３０４が蒸発器１０２から蒸気を吸引し、それを案内空間３０２に排出する。符号４２１、４２２で示した模式的なラインは、対応する要素の表面上に液体を直接導くように構成される。図１０および図１１を参照して例示されるように、これらのラインは、案内空間３０２の上側、吸引口および底側の連続的な液体供給が実行されるように単一のラインとして実装されてもよい。
【００６２】
特に、ライン４２２は、固定的に構成されたチャネルとして、またはホース要素などの柔軟なラインとして実装されてもよい。
【００６３】
図４ａは、図３の案内空間３０２または図１０または図１１の案内空間３０２の上面図を示す。特に、案内空間３０２は、上からの平面図において、モータ軸を収容するための開口部３７４を含み、この軸は、この開口部３７４を通ってモータから案内空間に延び、そこでモータ軸の回転により回転するラジアルインペラ３０４を支持する。
【００６４】
さらに、案内空間は、液体を収集するように構成され、図１１の断面図に示されている凹部領域３７２を含む。特に、凹部領域を形成するために、図３に例示するように、案内空間３０２の上端には、液体が案内空間全体に広がる凹部領域に集まるように、上向きに突出した縁部が設けられており、そして、液体はそこに「停滞」している。、いわば、液体は、モータ空間からの通過開口部３７７として図１１に例示的に構成されている液体供給ライン４２２を介して提供されており、このことは流れ領域３７６を介して継続され、液体はそこを通って凹部領域３７２に流れ込む。凹部領域は、排水ライン３７３、またはホース状の排水ライン３７８に接続された接続エリア３７３を備え、これも図１１に示されている。
【００６５】
図４ｂは、吸引口９２と案内空間３０２との組合せ要素の下からの図を示す。特に、吸引口の開口部は図４ｂの中央に示されている。吸引口の開口部の隣には、冷却液が図１１に示されている排水ライン３７８を介して供給される冷却チャネル３７９（図１１に示されている）の底部３８０がある。凹部領域３７２内のリザーバの高さが異なるため、冷却チャネル内の冷却液は、吸引口９２の外側および吸引口９２の下部外側を通過して流れる。下部吸引口の端部３８１は、図４ｂに点線で示されている。これは、このラインが冷却チャネルの下端３８２で覆われているため、下から見た場合、このラインは見えないことを示すためである。特に、オーバーフロー突起部距離は、図４のライン３８１とライン３８２の間に形成され、蒸気チャネル内に直接突出し、案内空間３０２の上部外側からその上面が覆われている液体オープン領域を示す。
【００６６】
突起部３８２は、冷却チャネルの端部に配置され、特定の液面が形成されるのに十分なほど突出している。過剰な作動液は、この突出部を下って凝縮器に流れ込むか、凝縮器容積に入る。
【００６７】
図４ａおよび図４ｂは、縮尺通りに描かれておらず、案内空間３０２の好ましい実施形態を概略的に示すにすぎないことに注意すべきであり、ここで、説明に応じて、本出願では案内空間という用語は、案内空間ハウジング内の案内空間または案内空間自体のハウジング、すなわち、図４ａの上部案内空間ハウジングとしておよび図４ｂの下部案内空間ハウジングとして示されているように、蒸気チャネルを取り囲むハウジングを指す。
【００６８】
図６は液化装置を示しており、図６の液化装置は、凝縮ゾーン１００の周りに完全に延びる蒸気導入ゾーン１０２を備える。特に、図６は、液化装置底部２００を備える液化装置の一部を示している。図６の例示のために半透明に描かれた液化ハウジング部分２０２は、その性質上半透明である必要はないが、プラスチック、ダイカストアルミニウムなどから形成されてもよく、液化器底部に配置される。底部２００との良好なシールを実現するために、横方向ハウジング部２０２はシールワッシャ２０１上に載っている。さらに、液化装置は、液体出口ライン２０３および液体入口ライン２０４、ならびに液化装置の中央に配置され、図６の下部から上部に向かって先細になる蒸気供給部２０５を含む。図６は、ヒートポンプとこのヒートポンプの液化装置の実際に望ましい設置方向を示しており、ヒートポンプの蒸発器は図６のこの設置方向で液化装置の下に配置されていることに注意すべきである。凝縮ゾーン１００は、外側ハウジング部２０２と同様に透明に描かれ、通常はバスケットのように構成される、バスケットのような制限物体２０７によって外側に向かって制限される。
【００６９】
さらに、図６には示されていない充填体を支持するように構成されたグリッド２０９が配置されている。図６からわかるように、バスケット２０７は特定の点まで下方に延びている。バスケット２０７は、いわゆるポールリング（Ｐａｌｌ  ｒｉｎｇ）などの充填体を支持するために蒸気透過可能であるように設けられる。これらの充填体は凝縮ゾーンに導入されるが、バスケット２０７内のみに導入され、蒸気導入ゾーン１０２には導入されない。充填体はまた、充填体の高さがバスケット２０７の下部境界またはわずかに上方に延びるような高さでバスケット２０７の外側にも導入される。
【００７０】
図６の液化装置は、特に作動液供給部２０４によって構成される作動液供給装置を含み、作動液供給部２０４は図６に示すように蒸気供給部の周りを上方に向けて取り囲むように配置され、作動液供給装置は作動液供給部２０４、液体輸送領域２１０と好ましくは多孔板で構成される液体分配要素２１２とで構成される。したがって、特に作動液供給器は、作動液を凝縮ゾーンに提供するように構成される。
【００７１】
さらに、図６に示されるように、好ましくは漏斗形状の先細の供給領域２０５および上部蒸気案内領域２１３上に構成される蒸気供給器が提供される。ラジアル圧縮機のインペラは、蒸気ガイド領域２１３に挿入されることが好ましく、ラジアル圧縮により、蒸気が供給部２０５を介して下側から上側に吸引され、その後、ラジアルインペラによるラジアル圧縮により、外側に向かって９０度、いわば、要素２１３に関して、図６の底部から上部への流れから、中心から外側への流れに偏向される。
【００７２】
図６に示されていないのは、既に外側に偏向された蒸気を再び９０度偏向するさらなる偏向器であり、いわば偏向器は、凝縮ゾーンの周りに横方向に延びる蒸気導入ゾーンの開始点であるギャップ２１５に蒸気を上から導く。したがって、蒸気供給器は、好ましくは環状に構成され、凝縮される蒸気を供給するための環状ギャップを備え、作動液供給部は環状ギャップ内に構成される。
【００７３】
説明のために、図７を参照する。図７は、図６の液化装置の「カバー領域」を下から見た図である。特に、液体分配要素として機能する多孔板２１２が下から概略的に示されている。蒸気入口ギャップ２１５は概略的に描かれており、図７は、凝縮される蒸気が直接上方または下方から凝縮ゾーンに供給されず、凝縮ゾーンの周りを横方向にのみ供給されるように、蒸気入口ギャップが環状にのみ構成されることを示す。したがって、液体のみが分配プレート２１２の孔を通って流れ、蒸気は流れない。蒸気は、多孔板２１２を通過した液体により、側面の凝縮ゾーンに「吸引される」。液体分配プレートは、金属、プラスチック、または同様の材料で構成されてもよく、異なる孔パターンで実装されてもよい。さらに、図６に示されるように、要素２１０から流出する液体に横方向境界を設けることが好ましく、この横方向の境界は２１７で示される。これにより、カーブした供給部２０４に起因して既に渦を伴って要素２１０から出て、液体分配器の内側から外側に向かって分配される液体は、液体が液体分配プレートの孔からまだ滴下しておらず、事前に蒸気を含んで凝縮している場合、縁部を越えて蒸気導入ゾーンに飛散しないことが保証される。
【００７４】
図５は、蒸発器底部１０８と凝縮器底部１０６の両方を含む完全なヒートポンプを断面図で示している。図５または図１に示すように、凝縮器底部１０６は、気化される作動液の入口から圧縮機またはモータ１１０に結合された吸引開口部１１５までテーパ状の断面を有し、モータの好ましく使用されるラジアルインペラは、蒸発器空間１０２で生成された蒸気を吸い出す。
【００７５】
図５は、ヒートポンプ全体の断面を示す。特に、液滴分離器４０４が凝縮器の底部内に配置されている。この液滴分離器は、個々のブレード４０５を含む。液滴分離器がその位置に留まるために、ブレードは、図５に示される対応する溝４０６に導入される。凝縮器底部において、これらの溝は、蒸発器底部の内側の蒸発器底部に向けられた領域に配置される。さらに、凝縮器底部は、例えば、凝縮水を導くために設けられる、したがって、対応する部分に差し込まれるホースを、また凝縮水供給部の供給点を連結するホースを保持するためのロッドまたはタングとして構成できる様々な案内機能をさらに備える。実施例に応じて、この凝縮水供給部４０２は、図６および図７の参照番号１０２、２０７から２５０に示されるように構成されてもよい。さらに、凝縮器は、２つ以上の供給点から成る凝縮液分配装置を備えるのが好ましい。したがって、第１の供給点は、凝縮器入口ラインの第１の部分に接続される。第２の供給点は、凝縮器入口ラインの第２の部分に接続される。凝縮液分配ユニットにさらに多くの供給点が存在する場合、凝縮器入口ラインはさらなる部分に分割されるであろう。
【００７６】
図５のヒートポンプの上部領域は、図６および図７の多孔板を介して凝縮水供給が行われるように、図６の上部領域と同じ方法で構成することができ、凝縮水４０８が得られ、下向きに滴り、作動蒸気１１２が好ましくは横方向に導入されるため、クロスフロー凝縮が得られ、特に高い効率が可能になる。図６にも示されているように、凝縮ゾーンには（純粋にオプションの）充填体を設けてもよく、この場合、符号４０９でも示される縁部２０７には、作動蒸気１１２が上からだけではなく下および横からも凝縮ゾーンに入ることができるように、充填体または同様の物体がないままである。これは、図５の仮想境界線４１０によって示される。しかしながら、図５に示される実施形態では、凝縮器の全領域は、蒸発器底部の上に配置された別個の凝縮器底部２００で構成される。
【００７７】
図１０は、図５に例示的に示されるように、ヒートポンプ、特にヒートポンプの「上部」領域を示すヒートポンプ部分の好ましい実施形態を示す。特に、図５のモータＭ１１０は、図１０の断面図において、モータ壁３０９の表面積を増やすためにその外側の液体領域３２８に冷却フィンを備えたモータ壁３０９によって囲まれた領域に対応する。さらに、図１０のモータハウジング３００の領域は、図５の対応する領域３００に対応する。図１０は、ラジアルインペラ３０４をより詳細な断面でさらに示している。ラジアルインペラ３０４は、その断面がフォーク状の固定領域でモータシャフト３０６に取り付けられている。モータシャフト３０６は、固定子３０８の反対側に回転子３０７を備える。回転子３０７は、図１０に概略的に示される永久磁石を含む。モータギャップ３１１は、回転子と固定子との間に延び、シャフト３０６の固定領域に沿って延びるさらなるギャップ３１３で終わり、固定領域は、その断面がフォーク状であり、符号３４６でも示されている案内空間３０２まで続く。
【００７８】
さらに、図１０は、通常動作中にはシャフトを支持していない非常用ベアリングを示す。シャフトは３４３で示されるベアリング部によって支持される。非常用ベアリング３４４は、損傷の場合にシャフト、したがってラジアルインペラを支持するためだけに存在し、損傷した場合に急速に回転するラジアルインペラがヒートポンプに大きな損傷を引き起こさないようにする。図１０は、ボルト、ナットなどの様々な固定要素、および様々なＯリングの形の様々なシールをさらに示す。さらに、図１０は追加の対流要素３４２を示しており、これは図１０を参照して後で説明する。
【００７９】
図１０はまた、通常、液体作動媒体で満たされているモータハウジングの最大容積より上方の蒸気空間内におけるスプラッシュガード３６０を示す。このスプラッシュガードは、気泡沸騰中、蒸気空間に噴出される液滴を遮断するように構成される。好ましくは、蒸気経路３１０は、スプラッシュガード３６０から利益を得るように、すなわち、流れにより作動媒体蒸気のみがモータギャップおよびさらなるギャップに吸引されるが、モータハウジング内での沸騰に起因する液滴は吸引されないように構成される。
【００８０】
対流シャフト冷却を備えたヒートポンプは、モータギャップおよびさらなるギャップを通る蒸気流が、固定子に対してモータシャフトを支持するように構成されたベアリング部を通過しないように構成された蒸気供給部を有するのが好ましい。この場合、２つのボールベアリングを含むベアリング部３４３は、Ｏリング３５１によってモータギャップから密封される。これにより、経路３１０で示されるように、作動蒸気は蒸気供給部からモータ壁３０９内の領域にのみ入り、そこから底部に向かって自由空間に流れ込み、モータギャップ３１１を通って回転子３０７に沿ってさらなるギャップ３１３内に到達することができる。この利点は、蒸気がボールベアリングの周りを流れないため、ベアリングの潤滑油が密封されたボールベアリング内に残り、モータギャップを通って引き出されないことである。さらに、これにより、ボールベアリングは、湿らないが、設置中は常に規定された状態に維持されることも保証される。
【００８１】
別の実施形態では、モータハウジングは、ヒートポンプの動作位置で凝縮器ハウジング１１４の上部に取り付けられるので、固定子がラジアルインペラの上方に配置され、蒸気流３１０がモータギャップおよびさらなるギャップを通って上部から底部まで延びる。
【００８２】
さらに、ヒートポンプは、固定子に対してモータシャフトを支持するように構成されたベアリング部３４３を含む。加えて、ベアリング部は、回転子３０７および固定子３０８がベアリング部とラジアルインペラ３０４との間に配置されるように配置される。これには、ベアリング部３４３がモータハウジング内の蒸気領域内に配置され、最大の熱損失が発生する回転子／固定子が最高液面３２２の下に配置できるという利点がある（図３）。これにより、各領域が、それぞれの目的、すなわち、一方ではモータ冷却、他方では対流シャフト冷却、そして場合によってはボールベアリング冷却を実現するのに最適な媒体内にあることによって、理想的な配置が提供され、これについては、図１０に関連して説明する。
【００８３】
モータハウジングは、液体作動媒体を凝縮器から圧縮機モータの壁に導いてモータを冷却するために、作動媒体入口３３０をさらに含む。図１０は、この作動媒体入口３６２の特別な実施例を示しており、これは図３の入口３３０に相当する。この作動媒体入口３６２は、ボールベアリング冷却を表す閉鎖容積３６４内に延びる。図３に示されるように、排水管は、作動媒体を上方に作動媒体３２８の容積まで導かないが、下側にある作動媒体をモータ壁、すなわち要素３０９へ導く管３６６を含み、ボールベアリング冷却部から出ている。特に、管３６６は、モータ壁３０９の周りに配置されるが、ある量の液体作動媒体がモータハウジング３００内の対流要素３４２内および対流要素３４２の外側に存在するように一定の距離で配置される、対流要素３６７内に配置されるように構成される。
【００８４】
特に、新作動媒体入口３６６が終わる下部領域でモータ壁３０９と接触する作動媒体が原因となる気泡沸騰により、作動液３２８の容積内に対流ゾーン３６７が存在する。特に、沸騰している泡は、気泡沸騰を通して底部から上部に引き寄せられる。これにより、連続的な「攪拌」が行われ、高温の作動液が底部から上部に運ばれる。次に、気泡沸騰によるエネルギは蒸気の気泡に移動し、気泡は液体容積３２８の上方の蒸気容積３２３に達する。そこで生じる圧力は、オーバーフロー部３２４、オーバーフロー継続部、およびドレン部３４２を介して凝縮器に直ちにもたらされる。これは、モータから凝縮器への恒久的な熱伝達をもたらすが、これは、主に蒸気の伝達によるものであり、加熱液体の伝達によるものではない。
【００８５】
このことは、実際にはモータからの廃熱である熱が、蒸気放出によって、正確に行くべき場所、すなわち、加熱される凝縮水に伝達されることが好ましいことを意味する。このようにして、モータの熱全体がシステム内に保持され、これは、ヒートポンプの加熱用途に特に有利である。しかし、凝縮器は、一般に、例えば、熱交換器または加熱される領域での直接熱放散の形で、効率的な熱放散に結合されていることから、モータから凝縮器への熱伝達は、ヒートポンプの冷却用途にも適している。すなわち、モータの廃熱装置を別途用意する必要はないが、ヒートポンプから既に存在する、凝縮器から外部への熱放散は、モータの冷却によってある程度「使用」される。
【００８６】
モータハウジングはさらに、液体作動媒体の最大液面を維持し、ヒートポンプの作動中に液体作動媒体の液面の上方に蒸気空間３２３を作るように構成される。蒸気供給部はさらに、蒸気空間と連通するように構成されているため、蒸気空間内の蒸気は、対流シャフト冷却のために、図４のモータギャップとさらなるギャップとを通って導かれる。
【００８７】
図１０に示すヒートポンプでは、ドレンは、モータハウジング内でのオーバーフロー部として配置され、液体作動媒体を液面より上で凝縮器に導き、蒸気空間と凝縮器との間に蒸気経路をさらに提供する。ドレン３４２は、両方、すなわち、オーバーフロー部および蒸気経路であることが好ましい。ただし、これらの機能は、異なる要素を使用して、一方ではオーバーフロー部を、もう一方では蒸気空間の代替設計によって実装してもよい。
【００８８】
図１０に示される実施形態では、ヒートポンプは、特別なボールベアリング冷却を備えており、これは、特に液体作動媒体を含む密閉容積３６４がベアリング部３４３の周りに構成されるように構成される。入口３６２はこの容積に入り、この容積は、ボールベアリング冷却からモータ冷却用の作動媒体容積へのドレン３６６を有する。これにより、別個のボールベアリング冷却部が作られるが、これはボールベアリング部の内側ではなく外側の周りに延びているため、このボールベアリング冷却部は効率的な冷却を提供するがベアリング部の潤滑剤充填には影響しない。
【００８９】
図１０にさらに示されるように、作動媒体入口３６２は、特にライン部分３６６を含み、このライン部分は、モータハウジング３００の底部、またはモータハウジング内の液体作動媒体３２８の床部、または少なくとも最高液面の下の領域までほぼ延びており、特に液体作動媒体をボールベアリング冷却部から導き、液体作動媒体をモータ壁に提供する。
【００９０】
図１０は、作動媒体内に配置され、圧縮機モータ３０９の壁から離間した対流要素をさらに示し、それは、上部領域内よりも下部領域内の液体作動媒体に対してより透過可能である。特に、図１０に示す実施形態では、上部領域は透過可能ではなく、下部領域は比較的強く透過可能であり、この実施形態では、対流要素は液体容積に向かって逆向きに配置される「クラウン」形状に構成される。これにより、対流ゾーン３６７を図１０に示すように構成することができる。しかしながら、何らかの形で、透過性が底部よりも上部の方が低い代替の対流要素３４２を使用してもよい。例えば、形状または部材に関して、上部領域にある孔よりも大きな通路断面積の孔を備えた対流要素を使用してもよい。図１０に示すように、対流３６７を生成するための代替要素を使用してもよい。
【００９１】
ベアリングに問題が発生した場合にモータを固定するために、回転子３７０とラジアルインペラ３０４との間にモータシャフト３０６を固定するように構成された非常用ベアリング３４４が提供される。特に、さらなるギャップ３１３は、非常用ベアリングのベアリングギャップを通って、または好ましくは、意図的に非常用ベアリングに導入される貫通孔を通って延びる。一実施例では、非常用ベアリングに多数の貫通孔が設けられているため、非常用ベアリング自体は、対流蒸気冷却の目的で蒸気流１０の可能な限り低い流動抵抗を示す。
【００９２】
図１２は、好ましい実施形態に使用できるモータシャフト３０６の概略断面図を示す。モータシャフト３０６は、図１２に示すように、ハッチングされたコアを含み、コアは、ベアリング部３４３を表すコア上部で、好ましくは２つのボールベアリング３９８および３９９によって支持される。シャフト３０６のさらに下で、回転子は永久磁石３０７で構成される。これらの永久磁石は、モータシャフト３０６上に配置され、好ましくはカーボン製の安定化バンド３９７によって上部および底部で支持される。さらに、永久磁石は、安定化スリーブ３９６によって保持されており、安定化スリーブ３９６は、カーボンスリーブとしても構成されることが好ましい。この固定／安定化スリーブにより、永久磁石は、シャフト３０６上に安全に留まり、かつシャフトの高速度によって生ずる非常に強い遠心力によっても、シャフトから外れないという事実をもたらす。
【００９３】
ラジアルインペラ３０４とモータシャフトが一体に構成されておらず、２つの要素を使用している場合、シャフトは、アルミニウム製でその断面がフォーク状であり、ラジアルインペラ３０４用のホルダに相当する固定部３９５を有することが好ましい。ラジアルインペラ３０４がモータシャフト３０６と一体で構成される場合、インペラ保持部３９５は存在せず、ラジアルインペラ３０４はモータシャフトに直接接続される。図１０に見られるように、やはり金属製、特にアルミニウム製が好ましい非常用ベアリング３４４は、ベアリングホルダ３９５の領域に配置される。
【００９４】
さらに、図３にも示されている図１０のモータハウジング３００は、ヒートポンプの動作中に、凝縮器ハウジング内の圧力より最大で２０％高い圧力を得るように構成される。さらに、モータハウジング３００は、モータの動作中にモータ壁３０９が加熱されると、液体作動媒体３２８およびモータハウジング３００内で気泡沸騰が生じるほど十分に低い圧力を得るように構成してもよい。
【００９５】
ベアリング部３４３は、さらに、モータ壁３０９が密閉されていなくても液体作動媒体がベアリング部に到達しないように、最高液面より上に配置されるのが好ましい。一方、対流気泡沸騰によって理想的な方法で輸送される可能性のある最大熱損失は、ベアリング領域だけでなく、回転子と固定子の間でも発生するため、少なくとも回転子と固定子の一部を含むモータ領域は最高液面を下回る。
【００９６】
図１０は、モータ冷却中に使用される作動液が、案内空間３０２の上側の入口３２４を介してどのように供給され得るかを示す。このために、通路３７７が設けられており、これは凝縮器容積の上部プレート内に構成され、実施例に応じて、片側に単一のチャネル、両側に２つのチャネル、または扇形のチャネルさえ含んでもよく、矢印３６７で示されるように、可能な限り多くのオーバーフローする作動液をオーバーフローさせることができ、作動液は、入口３６２を介してボールベアリング冷却部に供給され、ボールベアリング冷却部３６６からモータ壁に導かれる。次いで、液体媒体は、モータ冷却部から流れ出てその領域に入り、特定の液面に達した場合、入口３２４を介して排出される。代替的に、出口ライン３２４は、モータ冷却部の容積内、すなわち対流要素３４２が同様に配置される領域内に収容することもできる。しかし、対流要素の内側と外側の領域全体を液体で満たし、オーバーフロー部３２４を介してオーバーフローした液体を取り除き、通路３７７に通し、そこから案内空間に導く、または案内空間の上部に導いた後、液体が流れ落ちる。結果として、図１０は案内空間の上側のみが冷却される実施例を示しており、凹部領域３６２を提供するための案内空間の外側領域の特別な形状は必要とされない。
【００９７】
図９は、モータ冷却用のヒートポンプの概略図をさらに示す。特に、作動媒体出口３２４は、図３の代替として構成される。出口は受動的出口である必要はないが、例えば、ポンプまたはその他の要素によって制御され、液面３２２の液面検出に応じて、モータハウジング３００から作動媒体を吸引する能動的出口であってもよい。代替的に、管形状の出口３２４の代わりに、再閉止可能な開口部をモータハウジング３００の底部に配置して、再閉止可能な開口部を迅速に開放することによって、制御可能な量の作動液をモータハウジングから凝縮器へ流すことができる。
【００９８】
図９は、さらに、加熱対象領域、または凝縮器入口ライン２０４が凝縮器に入り、凝縮器から凝縮器出口ライン２０３が出ている熱交換器３９１を示す。さらに、凝縮器入口ライン２０４および凝縮器出口ライン２０３から成る回路を駆動するために、ポンプ３９２が設けられている。概略的に示されるように、ポンプ３９２は、入口ライン３６２への分岐を備えるのが好ましい。したがって、別個のポンプは必要ではないが、凝縮器出口ラインで利用可能なポンプはまた、凝縮器排出量の極一部を、入口ライン３６２へ、したがって液体容積３２８へ送る。
【００９９】
加えて、図９は、図３に基づいて説明したように、凝縮器１１４、モータ壁３０９を有する圧縮機モータ、およびモータハウジング３００の一般的な図を示す。
【０１００】
図９は、代替実施例としてオーバーフロー部３２４をさらに示し、液体は能動的に吸い出され、再びライン４２１、４２２を介して案内空間３０２または吸引口９２に直接供給されてもよい。さらに、既に図９に示されているように、凝縮器出口ライン２０３から出る加熱された液体は、冷却液として使用されることが好ましい。
【０１０１】
図１１は、例示の異なる実施形態の機能を統合する好ましい実施形態を示す。水が好ましい作動液または冷却液は、図１１示されるように、入口３３０または３６２を介して供給され、最初、閉鎖容積３６４として示されるボールベアリング冷却用に供給される。閉鎖容積３６４に入る冷却液は、閉鎖容積によって取り囲まれたボールベアリング部を通過して流れ、このボールベアリング部から出る。冷却液は、接続ラインまたは管３６６を介して、作動液の液面３２２に維持されるモータ冷却空間に流れ込む。液面３２２は、壁３２１を介して維持される。特に、作動液は、図１０にも示されるように、低い側のライン３６６を介して壁３２１内の領域に供給されるのが好ましい。これにより、良好な対流ゾーンが得られ、気泡沸騰は、特に、加熱されたモータ壁で発生する。符号３２４で示されるように、作動液は壁でさらにオーバーフローする。符号３２４は、チャネル形状のオーバーフローを表しているが、任意の自由なオーバーフローであってもよい。次いで、液体は、壁３２１の外側を流れ落ち、次いで、通路領域または通路開口部３７７を介して、フロー領域３７６上に流れる。次に、それは、このフロー領域３７６から流れ落ちて、最終的に、凹部領域内の案内空間の上に達する。
【０１０２】
したがって、図１１は、ボールベアリング冷却、モータ冷却、案内空間の上側の冷却、吸引口の冷却、案内空間の下側の冷却、さらに、要素３８１の端部と要素３８２の間のオーバーフロー突起部距離を通る蒸気流のオープン冷却が得られる実施形態を示しており、ここで、このオープン領域は、角度を付けて延びるのが好ましい。
【０１０３】
したがって、冷却液の進行方向は、供給ライン４２２、３２４、３７７、３７６を介して案内空間３０２の上部外側３７２上に延びる。そこから、液体は出口ライン３７８を介して案内空間３０２の外側から吸引口９２の外側に流れる。そこから、液体は、冷却チャネル３７９を介して吸引口の外側に沿って案内空間の下部外側に流れ、案内空間の下部外側に沿ってオーバーフロー部３８２に流れ、そこから凝縮器に流れる。
【０１０４】
本発明によれば、このことにより、圧縮後、そうでなければ非冷却案内空間で発生する強い水蒸気過熱の回避が実現する。圧力上昇の一部は案内空間で発生するが、冷却によって過熱も低減し、圧縮プロセスの効率とプロセス品質が向上する。過熱水蒸気は高い粘度を有するため、飽和蒸気より高い流動抵抗を有する。したがって、過熱水蒸気は、最初に過熱を抑えて凝縮しやすくする必要がある。案内空間３０２および吸引口９２は、金属などの良好な熱伝導性を有する材料で形成されるのが好ましい。その場合、蒸気流からの熱は、特に良好に低減され得るが、より低い熱伝導性材料でも良好な結果が達成され得る。蒸気流の過熱を減らすことにより、流動抵抗が減少し、圧縮蒸気の凝縮性が改善される。
【０１０５】
案内空間の温度を凝縮器内圧力での飽和蒸気温度にできるだけ近く保持するために、案内空間は金属製で、水などの液体で囲まれており、液化装置で圧力補正する。蒸気流からのエネルギ／熱が結合すると、周囲の水が沸騰し始め、エネルギを再び放出する。これにより、案内空間が蒸気圧の飽和蒸気温度に非常に近くなる。案内空間での液化は、材料の残りの熱抵抗と、結果として生じる低過熱によって防止される。
【０１０６】
案内空間用の冷却水は、ベアリング部を通過し、オープンモータ冷却も事前に行われる。オープンモータ冷却により、水は部分蒸発により飽和水温度まで再び冷却され、オープン案内空間冷却に使用できる。最初は、案内空間の上部が水で満たされている。片側案内空間冷却では、図１０に示す実施形態の場合のように、水は単純にオーバーフローする。図１１に示される実施形態では、上部案内空間冷却部からの水は、下部案内空間／吸引口冷却部に導かれる。案内空間の端部には、オーバーフローのあるオープン領域がある。蒸発により、水は飽和蒸気温度まで継続的に冷却される。残りの水はオーバーフローし、集水器に流れ込む。図２に示されるように、凝縮器１１４と蒸発器９０との間のバランスは、スロットル９１を介して実行され得る。ただし、オープンシステムではスロットルは必要ない。
【０１０７】
上記の利点に加えて、熱部品の応力の低減も別の利点である。蒸発冷却により、損失にもかかわらず、圧縮機全体を飽和蒸気温度近くに保つことができる。蒸発により、モータ損失、ベアリング損失、圧縮損失が減少する。
【符号の説明】
【０１０８】
１０  蒸発器
１２  吸入管
１４  圧縮機液化システム
１６  ターボ機械
１８  液化装置
２０ａ  順方向フローライン
２０ｂ  戻りフローライン
２２  流出ライン
９０  蒸発器
９１  スロットル
９２  吸引口
１００  ヒートポンプ
１０２  蒸発器空間
１０６  凝縮器底部
１０８  蒸発器底部
１１０  モータ
１１２  圧縮作動蒸気
１１４  凝縮器ハウジング
１１５  吸引開口部／吸引口
２００  液化装置底部
２０１  シーリングワッシャー
２０２  液化装置ハウジング部分
２０３  液体出口ライン
２０４  液体入口ライン
２０５  蒸気供給部
２０７  図式的境界
２１０  液体輸送領域
２１２  液体分配要素
２１３  蒸気案内領域
２１５  蒸気入口ギャップ
２１７  横方向の境界
２２０  蒸気流の方向
３００  モータハウジング
３０２  案内空間
３０４  ラジアルインペラ
３０６、３０７  回転子
３０８  固定子
３０９  モータ壁
３１０  蒸気供給部
３１１  モータギャップ
３１２  圧力領域
３１３  さらなるギャップ
３１４  作動蒸気
３１５  冷却フィン
３１７、３２０  蒸気供給部
３２２  液面
３２３  蒸気空間
３２４  作動媒体出口シール
３２８  液体容積
３３０  作動媒体入口
３４２  ドレン
３４３  ベアリング部
３４４  非常用ベアリング
３４６  さらなるギャップの方向
３５１  Ｏリング
３６０  スプラッシュガード
３６２  入口
３６４  密閉容積
３６６  案内部
３６７  対流ゾーン
３７０  回転子
３９１  熱交換器
３７２  凹部領域
３７３  排水ライン用領域
３７４  排水ライン
３７６  フロー領域
３７７  モータハウジング通路
３７９  冷却チャネル
３８０  冷却チャネル底部
３８１  下部案内空間端部
３８２  突起部
３９２  ポンプ
３９５  固定部
３９６  固定スリーブ
３９７  安定化バンド
３９８  ボールベアリング
３９９  ボールベアリング
４０２  凝縮水供給部
４０４  液滴分離器
４０５  ブレード
４０６  溝
４０８  凝縮水
４０９  縁部
４１０  図式的境界
４２０  冷却装置
４２１  吸引口液体ライン
４２２  案内空間液体ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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