EP3676544A2 - Heat pump comprising a cooling device for cooling a guide space or a suction mouth - Google Patents

Heat pump comprising a cooling device for cooling a guide space or a suction mouth

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EP3676544A2
EP3676544A2 EP18759919.6A EP18759919A EP3676544A2 EP 3676544 A2 EP3676544 A2 EP 3676544A2 EP 18759919 A EP18759919 A EP 18759919A EP 3676544 A2 EP3676544 A2 EP 3676544A2
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EP
European Patent Office
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condenser
liquid
heat pump
cooling
motor
Prior art date
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EP18759919.6A
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EP3676544B1 (en
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Oliver Kniffler
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Vertiv SRL
Original Assignee
Efficient Energy GmbH
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Publication date
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    • F25B30/00Heat pumps
    • F25B30/02Heat pumps of the compression type
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B31/00Compressor arrangements
    • F25B31/006Cooling of compressor or motor
    • F25B31/008Cooling of compressor or motor by injecting a liquid
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    • F25B31/02Compressor arrangements of motor-compressor units
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    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/07Details of compressors or related parts
    • F25B2400/071Compressor mounted in a housing in which a condenser is integrated
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00Problems to be solved
    • F25B2500/09Improving heat transfers

Definitions

  • FIG. 8A and 8B illustrate a heat pump as described in European patent EP 2016349 B1.
  • the heat pump initially comprises an evaporator 10 for evaporating water as the working fluid in order to produce a steam in a working steam line 12 on the output side.
  • the evaporator includes an evaporation space (not shown in FIG. 8A) and is configured to generate an evaporation pressure of less than 20 hPa in the evaporation space so that the water evaporates at temperatures below 15 ° C. in the evaporation space.
  • the water is e.g. Groundwater, in the ground free or in collector pipes circulating brine, so water with a certain salinity, river water, seawater or seawater.
  • the water vapor is supplied through the suction line 12 to a compressor / condenser system 14, which has a turbomachine, such as a centrifugal compressor, for example in the form of a turbocompressor, which is designated 16 in FIG. 8A.
  • the turbomachine is designed to compress the working steam to a vapor pressure at least greater than 25 hPa.
  • 25 hPa corresponds to a liquefaction temperature of about 22 ° C, which can already be a sufficient heating flow temperature of a floor heating system, at least on relatively warm days.
  • pressures greater than 30 hPa can be generated with the turbomachine 16, wherein a pressure of 30 hPa has a liquefaction temperature of 24 ° C, a pressure of 60 hPa has a liquefaction temperature of 36 ° C, and a pressure of 00 hPa corresponds to a liquefaction temperature of 45 ° C.
  • Underfloor heating systems are designed to heat adequately with a flow temperature of 45 ° C, even on very cold days.
  • the turbomachine is coupled to a condenser 18, which is designed to liquefy the compressed working steam. By liquefying, the energy contained in the working steam is supplied to the condenser 18, in order then to be supplied to a heating system via the flow 20a. The working fluid flows back into the condenser via the return line 20b.
  • the heat (energy) which is absorbed by the heating water so that it heats up.
  • the steam is so much energy withdrawn that this is liquefied and also participates in the heating circuit.
  • FIG. 8B shows a table for illustrating various pressures and the evaporation temperatures associated with these pressures, with the result that, in particular for water as the working medium, rather low pressures are to be selected in the evaporator.
  • DE 4431887 A1 discloses a heat pump system with a lightweight, large volume high performance centrifugal compressor.
  • a vapor exiting a second stage compressor has a saturation temperature which exceeds the ambient temperature or that of available cooling water, thereby allowing for heat removal.
  • the compressed vapor is transferred from the second stage compressor to the condenser unit, which consists of a packed bed provided inside a cooling water sprayer at an upper side supplied by a water circulation pump.
  • the compressed water vapor rises in the condenser through the packed bed where it passes in direct countercurrent contact with the downwardly flowing cooling water.
  • the vapor condenses and the latent heat of condensation absorbed by the cooling water is expelled to the atmosphere via the condensate and the cooling water, which are removed together from the system.
  • the condenser is continuously purged with non-condensable gases by means of a vacuum pump via a pipeline.
  • WO 2014072239 A1 discloses a condenser with a condensation zone for condensing vapor to be condensed in a working fluid.
  • the condensation zone is formed as a volume zone and has a lateral boundary between the upper end of the condensation zone and the lower end.
  • the Condenser a steam inlet zone which extends along the lateral end of the condensation zone and is adapted to feed the condensing vapor laterally across the lateral boundary in the condensation zone.
  • the actual condensation is made into a volume condensation, because the steam to be liquefied is introduced not only head-on from one side into a condensation volume or into the condensation zone, but laterally and preferably from all sides , This not only ensures that the condensation volume provided is increased at the same external dimensions compared to a direct countercurrent condensation, but that at the same time the efficiency of the capacitor is improved because the vapor to be liquefied in the condensation zone, a current direction transverse to the flow direction having the condensation liquid.
  • Overheated working medium vapor must in principle first reduce its overheating in order to be able to condense particularly well and efficiently.
  • efficient condensation is particularly important in order to achieve a heat pump which, on the one hand, provides high performance values for heating or cooling, depending on the use of the heat pump.
  • a heat pump should occupy the smallest possible space, which brings limitations for the dimensioning of the condenser with it. The smaller the size of the condenser, the smaller the "footprint" or overall volume or space occupied by the heat pump will be. meaning to achieve a highly efficient condensation in the condenser of a heat pump. Only then can a heat pump with good efficiency on the one hand and with not too large volume or footprint on the other hand be created.
  • the object of the present invention is to provide a more efficient heat pump.
  • the present invention is based on the finding that in order to avoid a reduced condenser efficiency due to overheated working medium vapor, a cooling of the guide space and / or the suction mouth is used with a liquid.
  • the temperature of the Leitraums and / or the suction mouth is brought as close as possible to the saturated steam temperature of the pressure prevailing in the condenser and held.
  • energy / heat from the steam flow via the material or the wall of the suction or Leitraums coupled.
  • the water introduced to the suction or conduction space when water is used as the working liquid which is the case in preferred embodiments, then begins to boil and thus releases the energy again.
  • the Leitraum and / or the suction mouth are thereby kept very close to the saturated steam temperature of the vapor pressure, which is first sucked through the radial impeller via the suction port, and is fed from there into the Leitraum.
  • the working steam is then compressed to its intended condenser or condenser.
  • the working medium vapor is too hot overheated.
  • the working medium vapor when it enters the condenser, no longer has to reduce the overheating in order to condense easily. Instead, the working medium vapor can condense immediately without further losses of time or volume or running distance in the condenser.
  • an efficient condenser can be achieved even if the condenser volume is made smaller, compared to an embodiment in which no corresponding Leitraum / suction mouth cooling would have been used.
  • the Leitraum is formed of a thermally highly conductive material.
  • the guide space extracts energy from the steam flowing past it and supplies it directly to the cooling system. from water, which flows around the Leitraum or the suction mouth.
  • the Leitraum is kept even better at the saturated steam temperature of the vapor pressure.
  • liquefaction in the Leitraum is avoided because of the remaining thermal resistance of the material of the Leitraums, since the overheating is not completely reduced, but only to a large extent.
  • this residual overheating ensures that condensation does not already take place in the conduction space, but only in the condenser, where it then takes place particularly efficiently.
  • the cooling liquid for the Leitraum is previously passed through a motor ball bearing and / or by a further preferably used open engine cooling. Due to the open engine cooling, the cooling liquid cools by partial evaporation back to saturated steam temperature. In the cascade of ball bearing cooling and engine cooling, the cooling liquid in the engine cooling system already releases the energy absorbed by the ball bearing cooling. Thus, an optimally tempered liquid agent for the open cooling chamber is available.
  • the cooling liquid is further directed from the upper Leitraumksselung, ie from the cooling of the upper side of the Leitraums, in an additional lower Leitraum- and / or Saugmundkühlung ..
  • the working fluid cools
  • the remaining working fluid also flows over and flows readily into the condenser volume in order to be further processed there, as an alternative, however, the working fluid can also be used as a working fluid This is not the working fluid of the heat pump, especially since, depending on the implementation, the working fluid does not necessarily come into contact with the compressed working steam.
  • the present invention is further advantageous in that, by the Leitraumkü- hung and / or the suction mouth cooling, which typically occupy relatively large surfaces in a heat pump, which are arranged close to the compressor, thermal component loads are further reduced. Due to the liquid cooling used, which preferably takes place at the pressure level prevailing in the condenser, a highly efficient evaporative cooling is achieved. By means of this evaporative cooling, the entire compressor can be kept close to the saturated steam temperature. About the evaporation engine losses, storage losses and overheating in the compression in preferred embodiments are substantially reduced, thereby not only a highly efficient heat pump, but also to achieve a safe and stable in operation heat pump.
  • the heat pump includes a special convective wave cooling.
  • This heat pump has a condenser with a condenser housing, a compressor motor mounted on the condenser housing and having a rotor and a stator, the rotor having a motor shaft to which is attached a radial wheel extending into an evaporator zone and a throat space configured to receive vapor compressed by the radial wheel and to conduct it into the condenser.
  • this heat pump has a motor housing which surrounds the compressor motor and is preferably designed to maintain a pressure at least equal to the pressure in the condenser. But already enough pressure, which is greater than the pressure behind the radial wheel.
  • this pressure will be set to a pressure midway between the condenser pressure and the evaporator pressure.
  • a steam supply is provided in the motor housing to supply steam in the motor housing to a motor gap between the stator and the motor shaft.
  • the motor is designed so that a further gap extends from the motor gap between the stator and the motor shaft along the radial wheel up to the Leitraum.
  • a relatively high pressure which is higher than the average pressure from the condenser and the evaporator and preferably equal to or higher than the condenser pressure, prevails in the motor housing, while in the further gap, which extends along the radial wheel to the condenser Leitraum extends, a lower pressure is located.
  • This pressure which is equal to the average pressure from the condenser and the evaporator, exists due to the fact that, as the vapor from the evaporator is compressed, the radial wheel provides a high pressure area in front of the radial wheel and a low pressure or vacuum area generated behind the radial wheel.
  • This pressure drop which is "coupled” to the motor gap, causes working vapor to be drawn from the motor housing via the steam supply along the motor gap and the other gap into the condenser, which is at the temperature level of the condenser working fluid or above.
  • this is of particular advantage because it avoids all condensation problems within the engine and, in particular, within the motor shaft which would corrode, etc.
  • the coldest working fluid namely that which is present in the evaporator, is not used for convective wave cooling. It also does not use the cold steam in the evaporator. Instead, for convective wave cooling, the steam is applied to the condenser or condenser temperature that exists in the heat pump. Thus, sufficient wave cooling is still achieved because of the convective nature, i. that the motor shaft is surrounded by a significant and in particular adjustable amount of steam due to the Dampfzuure- tion, the engine gap and the other gap. At the same time, due to the fact that this steam is relatively warm compared to the vapor in the evaporator, it is ensured that no condensation takes place along the motor shaft in the motor gap or the other gap. Instead, it always creates a temperature that is higher than the coldest temperature. Condensation always occurs at the coldest temperature in a volume and thus not within the motor gap and the other gap, since they are so washed by the warm steam.
  • the heat pump includes a condenser having a condenser housing, a compressor motor attached to the condenser housing and having a rotor and a stator.
  • the rotor includes a motor shaft to which a compressor wheel for compressing working fluid vapor is attached.
  • the compressor motor has a motor wall.
  • the heat pump includes a motor housing surrounding the compressor motor and preferably configured to maintain a pressure at least equal to the pressure in the condenser and having a working fluid inlet to direct liquid working fluid from the condenser to the engine cooling system for engine cooling ,
  • the pressure in the motor housing can also be lower here, since the heat dissipation takes place from the motor housing by boiling or evaporation.
  • the heat energy at the engine wall is thus carried away mainly by the steam from the engine wall, this heated steam is then discharged, such as in the condenser.
  • the steam from the engine cooling can also be brought into the evaporator or to the outside. However, preference is given to the line of heated steam in the condenser.
  • the cooling takes place in this aspect of the invention by evaporation, so that the wegbekransport Schlierende heat energy is brought away by the provided steam discharge.
  • One advantage is that less liquid is needed for cooling and the steam can be easily routed away, e.g. B. automatically in the condenser, in which the steam then condenses again and thus gives off the heat output of the engine to the Kondensierer crampkeit.
  • the motor housing is therefore designed to form a vapor space in the operation of the heat pump, in which there is the working medium due to the bubbling or evaporation.
  • the motor housing is further configured to dissipate the vapor from the vapor space in the motor housing by a vapor discharge. This discharge preferably takes place in the condenser, so that the vapor removal is achieved by a gas-permeable connection between the condenser and the motor housing.
  • the motor housing is preferably further configured to maintain a maximum level of liquid working fluid in the motor housing during operation of the heat pump, and further to form a vapor space above the maximum of the level.
  • the motor housing is further configured to direct working fluid above the maximum level into the condenser. This version allows cooling by steam generation very sturdy, since the level of working fluid always ensures that there is enough working fluid for bubble boiling on the engine wall.
  • working fluid instead of the level of working fluid, which is always held, also working fluid can be sprayed onto the engine wall. The sprayed liquid is then metered so that it vaporizes on contact with the engine wall, thereby achieving the cooling capacity for the engine.
  • the engine is thus effectively cooled on its engine wall with liquid working fluid.
  • this liquid working fluid is not the cold working fluid from the evaporator, but the warm working fluid from the condenser.
  • the use of the warm working fluid from the condenser still provides sufficient engine cooling.
  • the motor is not cooled too much and, in particular, is not cooled down so that it is the coldest part in the condenser or on the condenser housing. This would mean that e.g. At standstill of the engine but also during operation a condensation of working medium vapor would take place outside of the motor housing, which would lead to corrosion and other problems.
  • it is ensured that the engine is well cooled, but at the same time always the warmest part of the heat pump, to the extent that condensation, which always takes place at the coldest "end", just on the compressor motor does not take place.
  • the fluid working fluid in the motor housing is maintained at almost the same pressure as the condenser.
  • the working fluid that cools the engine is close to its boiling limit, since this working fluid is a condensing agent and is at a similar temperature as in the condenser. If now the engine wall is heated due to friction due to engine operation, the thermal energy passes into the liquid working fluid. Due to the fact that the liquid working fluid is near the boiling point, now in the motor housing in the liquid working fluid, which fills the motor housing to the maximum level, a bubble boiling starts.
  • This bubbling allows extremely efficient cooling due to the very strong mixing of the volume of liquid working fluid in the motor housing.
  • This cooling assisted by boiling can also be significantly assisted by a preferably provided convection element, so that at the end of a very efficient engine cooling with a relatively small volume or no stepless existing volume of liquid working fluid, which also does not need to be controlled further because it is self-steering, is achieved. Efficient engine cooling is thus achieved with little technical effort, which in turn significantly contributes to operational reliability of the heat pump.
  • Fig. 1 shows a heat pump with an entangled arrangement
  • Fig. 2 shows a preferred embodiment of the heat pump with a cooling device for cooling the Leitraums or the suction mouth.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a heat pump with convective wave cooling on the one hand and engine cooling on the other hand;
  • 4a shows a plan view of a Leitraum with recessed area.
  • 4b is a bottom view of the suction mouth and the Leitraums with the cooling channel and the coolant overflow;
  • FIG. 5 is a sectional view of a heat pump with an evaporator bottom and a condenser bottom according to the embodiment of FIG. 1;
  • Fig. 6 is a perspective view of a condenser, as shown in the
  • FIG. 7 shows an illustration of the liquid distributor plate on the one hand and the steam inlet zone with steam inlet chip on the other hand from WO 2014072239 A1;
  • Fig. 8a is a schematic representation of a known heat pump for evaporating water
  • Fig. 8b is a table illustrating pressures and vaporization temperatures of water as the working liquid
  • 9 shows a schematic representation of a heat pump with engine cooling according to the second aspect
  • 10 is a heat pump according to an embodiment with a convective wave cooling according to the first aspect and an engine cooling according to the second aspect, with particular importance placed on the engine cooling
  • Fig. 1 1 shows a preferred embodiment of the present invention with combined ball bearing cooling, engine cooling, duct cooling and suction mouth cooling
  • FIG. 1 shows a heat pump 100 with an evaporator for evaporating working fluid in an evaporator space 102.
  • the heat pump furthermore comprises a condenser for liquefying evaporated working fluid in a condenser space 104 bounded by a condenser bottom 106.
  • the evaporator space 102 is at least partially surrounded by the condenser space 104.
  • the evaporator chamber 102 is separated from the condenser space 104 by the condenser bottom 106.
  • the condenser bottom is connected to an evaporator bottom 108 to define the evaporator space 102.
  • a compressor 1 10 is provided above the evaporator chamber 102 or elsewhere, which is not detailed in Fig. 1, but which is in principle designed to compress vaporized working fluid and as compressed steam 1 12 in the condenser space 104 to conduct.
  • the condenser space is also limited to the outside by a capacitor wall 1 14.
  • the capacitor wall 1 14 is also attached to the evaporator bottom 108 as the capacitor bottom 106.
  • the dimensioning of the capacitor base 106 in the area forming the interface to the evaporator base 108 is such that the capacitor base in the embodiment shown in FIG. 1 is completely surrounded by the capacitor space wall 14. This means that the condenser space, as shown in FIG.
  • the dimensioning can be selected according to the required performance class of the heat pump, but preferably takes place in the dimensions mentioned.
  • a very compact design is achieved, which is also easy and inexpensive to produce, because the number of interfaces, especially for the almost vacuum evaporator space can be easily reduced if the evaporator bottom is carried out in accordance with preferred embodiments of the present invention, that it includes all fluid supply and discharge lines and thus no liquid supply and discharge lines from the side or from above are necessary.
  • the operating direction of the heat pump is as shown in FIG. This means that the evaporator bottom defines in operation the lower portion of the heat pump, but apart from connecting lines with other heat pumps or to corresponding pump units.
  • the steam generated in the evaporator chamber rises and is deflected by the motor and is fed from top to bottom in the condenser space, and that the condenser liquid is guided from bottom to top, and then fed from above into the condenser space and then flows in the condenser space from top to bottom, such as by individual droplets or by small liquid streams, to react with the preferably cross-fed compressed steam for purposes of condensation.
  • the interlocking arrangement is thus optimal in that each functional space there is given the large volume, where this functional space also requires the large volume.
  • the evaporator compartment has the large volume below while the condenser compartment has the large volume at the top.
  • the corresponding small volume which remains there for the respective functional space where the other functional space has the large volume, also contributes to an increase in efficiency compared with a heat pump in which the two functional elements are arranged one above the other, as is shown in FIG WO 2014072239 A1 is the case.
  • the compressor is arranged at the top of the condenser space such that the compressed steam is deflected by the compressor on the one hand and at the same time fed into an edge gap of the condenser space.
  • a condensation is achieved with a particularly high efficiency, because a cross-flow direction of the steam is achieved to a downflowing condensation liquid.
  • This cross-flow condensation is particularly effective in the upper area where the evaporator space is large, and does not require a particularly large area in the lower area where the condenser space is small in favor of the evaporator space, yet still allows condensation of vapor particles penetrated up to this area allow.
  • An evaporator bottom which is connected to the condenser bottom, is preferably designed such that it controls the condenser inlet and outlet and the evaporator inlet and outlet. run in addition, although in addition still certain bushings for sensors in the evaporator or in the condenser may be present. This ensures that no feedthroughs of lines for the condenser inlet and outlet are required by the near-vacuum evaporator. This will make the entire heat pump less prone to failure because any passage through the evaporator would be a potential leak.
  • the condenser bottom is at the points where the condenser feeds and outlets are provided with a respective recess, going to the extent that in the evaporator space, which is defined by the condenser bottom, no capacitor to / discharges.
  • the condenser space is limited by a condenser wall, which is also attachable to the evaporator bottom.
  • the evaporator bottom thus has an interface for both the condenser wall and the condenser bottom and additionally has all liquid feeds for both the evaporator and the condenser.
  • the evaporator bottom is configured to have spigots for the individual feeders that have a cross section that is different from a cross section of the opening on the other side of the evaporator bottom.
  • the shape of the individual connecting pieces is then designed so that the shape or cross-sectional shape changes over the length of the connecting piece, but the pipe diameter, which plays a role for the flow velocity, is almost equal within a tolerance of ⁇ 10%. This prevents water flowing through the connection pipe from cavitating. This ensures due to the good obtained by the formation of the connecting pieces flow conditions that the corresponding pipes / lines can be made as short as possible, which in turn contributes to a compact design of the entire heat pump.
  • the evaporator bottom of the condenser feed is almost divided in the form of a "glasses" in a two- or multi-part flow.
  • a strong and at the same time particularly uniform condenser flow is achieved from top to bottom, which makes it possible that a highly efficient condensation of the steam also introduced from above into the condenser is achieved.
  • Another smaller dimensioned feed in the evaporator bottom for condenser water may also be provided to connect a hose which supplies cooling fluid to the compressor motor of the heat pump, not the cold, the liquid supplied to the evaporator is used for cooling, but the warmer, the condenser supplied Liquid, which is still cool enough in typical operating situations to cool the heat pump motor.
  • the evaporator bottom is characterized by the fact that it has a combination functionality. On the one hand, it ensures that no capacitor feed lines have to be passed through the evaporator, which is under very low pressure. On the other hand, it represents an interface to the outside, which preferably has a circular shape, as in a circular shape as much evaporator surface remains. All inlets and outlets pass through one evaporator base and from there into either the evaporator space or the condenser space.
  • a production of the evaporator floor of plastic injection molding is particularly advantageous because the advantageous relatively complicated shapes of the inlet / outlet nozzles in plastic injection molding can be carried out easily and inexpensively.
  • it is due to the execution of the evaporator bottom as easily accessible workpiece readily possible to produce the evaporator bottom with sufficient structural stability, so that he can withstand the low evaporator pressure in particular without further ado.
  • Fig. 2 shows a heat pump according to the present invention, which is either implemented as preferred in connection with the entangled arrangement described with reference to Fig. 1, but which alternatively can be implemented in a configuration other than the entangled arrangement, as schematically is shown in Fig. 2.
  • the heat pump comprises an evaporator 90 for evaporating working fluid.
  • the heat pump comprises a condenser or condenser 1 14 for condensing vaporized and compressed working fluid.
  • the heat pump further includes a radial impeller type compressor 110, 304 coupled to a suction mouth 92 for conveying working vapor vaporized in the evaporator 90 through the suction mouth.
  • the heat pump includes a Conduction space 302, which is arranged to guide a working steam conveyed by the radial wheel in the condenser 1 14.
  • the working vapor evaporated in the evaporator 90 is schematically indicated at 314, and the working steam 1 12 conveyed in the lead space, which arrives compressed in the condenser 1 14, is shown schematically at 1 12.
  • the heat pump comprises a cooling device 420 which is designed to cool the guide space 302 or the suction mouth 92 or the guide space 302 and the suction mouth 92 with a liquid.
  • the cooling device 420 comprises a liquid line 421 to the suction mouth 92 and / or a liquid line 422 to the Leitraum 302.
  • only a single liquid line may be present to the Leitraum and the suction mouth z. B. sequentially to provide sequentially with cooling liquid.
  • the cooling device is further configured to direct the liquid onto an outer side of the conduction space 302 or the suction mouth 92, preferably via lines 421, 422 or sequentially via a line, the outer side being not in contact with the working vapor 314, 11. while the inside of the Leitraums 302 or the suction mouth 92 is in contact with this working steam 314 and 1 12.
  • water is used as working fluid, and in particular condenser water, ie working fluid which is equal to the working fluid of the heat pump.
  • the vapor of the liquid is thus the same vapor as the working medium vapor 314, 12, so that an open concept is obtained.
  • a closed concept with cooling liquid can be used, to the effect that the cooling liquid is treated separately from the working liquid.
  • the cooling device 420 would be formed to also have a return of the cooling liquid, wherein furthermore the back-heated heated cooling liquid is to be cooled separately, and then to supply a cooled cooling liquid back to the Leitraum or the suction mouth.
  • FIG. 3 shows a heat pump with a condenser with a condenser housing 1 14, which comprises a condenser space 104.
  • the compressor motor is mounted, which is schematically represented by the stator 308 in FIG. 4.
  • This compressor motor is attached to the condenser housing 1 14 in a manner not shown in FIG. 3, and includes the stator and a rotor 306, the rotor 306 having a motor. torwelle on which a radial impeller 304 is mounted, which extends into an evaporator zone.
  • the heat pump comprises a guide space 302, which is designed to receive vapor condensed by the radial wheel and to guide it into the condenser, as shown diagrammatically in FIG.
  • the engine includes a motor housing 300 surrounding the compressor motor and preferably configured to maintain a pressure at least equal to the pressure in the condenser.
  • the motor housing is configured to hold a pressure higher than a mean pressure from the evaporator and the condenser, or higher than the pressure in the other gap 313 between the radial wheel and the guide space 302, or larger is equal to the pressure in the condenser.
  • the motor housing is thus designed so that a pressure drop from the motor housing along the motor shaft takes place in the direction of the Leitraums, is drawn by the working steam through the motor gap and the other gap on the motor shaft to cool the shaft.
  • a steam supply 310 is formed to supply steam in the motor housing 300 to a motor gap 31 1 provided between the stator 308 and the shaft 306.
  • the motor comprises a further gap 313, which extends from the motor gap 31 1 along the radial wheel to the guide space 302.
  • This vapor flow takes working steam from the motor housing past the motor shaft into the condenser.
  • This steam flow ensures the convective wave cooling of the motor shaft through the motor gap 31 1 and the further gap 313, which adjoins the motor gap 31 1.
  • the radial wheel so sucks steam down, past the shaft of the engine.
  • This steam is supplied via the steam feed, which is typically are implemented as special executed holes drilled in the engine gap.
  • convective wave cooling on the one hand and engine cooling on the other hand also be used separately.
  • engine cooling without a special separate convective shaft cooling system already leads to significantly increased operational safety.
  • a convective motor shaft cooling without the additional engine cooling leads to increased reliability of the heat pump.
  • the two aspects can, as it is shown in Fig. 3, are particularly low interconnected to implement with a particularly advantageous construction of the motor housing and the compressor rmotors both the convective wave cooling and the engine cooling, which additionally in a Another preferred embodiment can be supplemented in each case or together by a special ball bearing cooling.
  • FIG. 3 shows an embodiment with combined use of convective wave cooling and engine cooling, wherein in the embodiment shown in FIG. 3, the evaporator zone is shown at 102.
  • the evaporator zone is separated from the condenser zone, ie from the condenser region 104 by the condenser base 106.
  • Work steam shown schematically at 314, is drawn in through the rotating, schematically and sectioned radial impeller 304 and pressed into the passageway 302.
  • the route 302 is formed in the embodiment shown in FIG. 3 so that its cross-section slightly increases outwardly, so that the kinetic energy still present in the working steam can be converted into pressure without the flow separating from the wall and caused by turbulence losses.
  • FIG. 3 further shows the steam supply openings 320, which are embodied in a schematically illustrated motor wall 309 in FIG. 3.
  • this motor wall 309 has bores for the steam supply openings 320 in the upper region, but these bores can be made at any point where steam can penetrate into the motor gap 31 1 and thus into the further motor gap 313 ,
  • the resulting vapor flow 310 results in the desired effect of convective wave cooling.
  • the embodiment shown in FIG. 3 further comprises, for implementing the engine cooling, a working medium inlet 330 which is designed to lead liquid working medium from the condenser to the engine cooling system for engine cooling.
  • the motor housing is designed to hold a maximum fluid level 322 of liquid working fluid in the operation of the heat pump.
  • the motor housing 300 is also configured to form a vapor space 323 above the maximum level.
  • the motor housing has provisions to direct liquid working fluid above the maximum level into the condenser 104.
  • This embodiment is in the embodiment shown in Fig. 3 by a z. Formed flat channel-shaped overflow 324, which forms the vapor discharge and is located somewhere in the upper Kondensierwand and has a length that defines the maximum level 322.
  • the liquid working fluid passes through the overflow 324 into the condenser volume.
  • the overflow also in the passive arrangement shown in Fig. 3, e.g. Alternatively, a tube with a corresponding length may be, a pressure equalization between the motor housing and in particular the vapor space 323 of the motor housing and the condenser interior 104 ago.
  • the pressure in the vapor space 323 of the motor housing is always nearly equal to or at most slightly higher than the pressure in the condenser due to a pressure loss along the overflow.
  • the boiling point of liquid 328 in the motor housing will be similar to the boiling point in the condenser housing.
  • heating of the motor wall 309 due to power loss generated in the motor causes bubble nucleate to take place in the fluid volume 328, which will be explained later.
  • Fig. 3 also shows various seals in schematic form at 326 and at similar locations between the motor housing and the condenser housing on the one hand or between the motor wall 309 and the condenser housing 1 14 on the other hand. These seals are intended to symbolize that here a fluid and pressure-tight connection should be.
  • the motor housing defines a separate space, which, however, represents a nearly equal pressure area like the condenser.
  • this assists bladder boiling in the fluid volume 328, which in turn results in a particularly efficient distribution of the working fluid in the volume 328 and thus particularly good cooling with a small volume of cooling fluid ,
  • the working medium is cooled, which is at the most favorable temperature, namely the warmest temperature in the heat pump. This ensures that all condensation problems that always occur on cold surfaces, both for the motor wall and for the motor shaft and the areas in the motor gap 31 1 and the other gap 313 are excluded. Further, in the embodiment shown in FIG.
  • the working medium vapor 310 used for the convective wave cooling is steam which is otherwise in the vapor space 323 of the motor housing. Also, like the liquid 328, this vapor has the optimum (warm) temperature. Further, the overflow 324 ensures that the pressure in the region 323 does not rise above the condenser pressure due to nucleate induced by the engine cooling or engine wall 309 can. Furthermore, the heat dissipation due to the engine cooling is dissipated by the steam discharge. Thus the convective wave cooling will always work the same. If the pressure were to increase too much, too much working medium vapor could be forced through the motor gap 31 1 and the further gap 313.
  • the holes 320 for the steam supply will typically be formed in an array, which may be arranged regularly or irregularly. The individual holes are not larger than 5 mm in diameter and may be about a minimum size of 1 mm.
  • FIG. 3 further shows the liquid lines 421 and 422, respectively, to the guide space 302 and to the suction mouth 92, via which the radial wheel 304 sucks in steam from the evaporator 102 and discharges it into the guide space 302.
  • the schematic lines 421, 422 are configured to direct the liquid directly to the surface of the respective elements. Still referring to FIG. 10 and FIG. 11, respectively, these lines may also be implemented in a single line such that a sequential liquid phase is present. keitsmakers the top, the suction port and the bottom of the Leitraums 302 takes place.
  • conduits 422 may be implemented as channels that are solid or flexible conduits such as tubing.
  • FIG. 4a shows a plan view of the guide space 302 of FIG. 3 or the guide space 302 of FIG. 10 or FIG. 1.
  • the guide space 302 comprises a top view of an opening 374 for receiving the motor axis, wherein through this opening 374, the axle extends from the engine into the guide space, in order to carry there the radial wheel 304, which is likewise set in rotation by rotation of the motor axle.
  • the Leitraum includes a recessed area 372, which is designed for a fluid accumulation and is shown in Fig. 1 1 in cross section.
  • the upper end of the guide space 302 as shown, for example, in FIG. 3, is provided with an upstanding edge, so that in the recessed area which extends over the entire guide space, Liquid can thus accumulate and thus to some extent "stand” liquid, which has been supplied, for example, via a liquid supply line 422, which in FIG. 11 is designed, for example, as the passage opening 372 from the engine compartment and which then continues over a flow region 376 through which the liquid then passes into the recessed area 372.
  • the recessed area has a drain line 373 and a junction area 373, respectively, to which is then connected a hose-like drain line 378, which is also shown in FIG.
  • FIG. 4b shows a bottom view of the combination element of the suction mouth 92 and the guide space 302.
  • the suction mouth opening is shown in the center of FIG. 4b.
  • the bottom 380 of a cooling channel 379 (shown in FIG. 11) is fed into the cooling liquid via the discharge line 378, which is shown in FIG. 11. Due to the difference in height of the reservoir in the recessed area 372, the cooling liquid in the cooling channel flows past the outside of the suction mouth 92 and also on the lower outside of the guide space 302.
  • the end of the lower guide space 381 is shown dotted in Fig. 4b. This is to clarify that this line is not visible in the view from below, because it is covered by the lower end 382 of the cooling channel.
  • the overflow board section is formed, which has an open is rich in liquid, which projects directly into the steam channel, and which is covered at the top of the upper outer side of the Leitraums 302.
  • the board 382 At the end of the cooling channel is the board 382, which protrudes so far that forms a certain level. Over this board then excess working fluid just runs down into the condenser or into the condenser volume.
  • Fig. 4a and Fig. 4b are not drawn to scale, but only schematically show a preferred embodiment of the Leitraums 302, in this application with Leitraum depending on the explanation of the Leitraum in the Leitraumgeophuse or the housing of the Leitraums itself , So the housing surrounding the steam channel is meant, as shown in Fig. 4a as the upper Leitraumgeophuse and in Fig. 4b as a lower Leitraumgephinuse.
  • FIG. 6 shows a condenser wherein the condenser in FIG. 6 has a steam introduction zone 102 which extends completely around the condensation zone 100.
  • FIG. 6 shows a part of a condenser which has a condenser bottom 200.
  • a condenser housing section 202 Disposed on the condenser bottom is a condenser housing section 202 which, as shown in Fig. 6, is transparent, but which in nature does not necessarily have to be transparent, but is e.g. can be made of plastic, die-cast aluminum or something similar.
  • the side housing part 202 rests on a sealing rubber 201 in order to achieve a good seal with the bottom 200.
  • the condenser comprises a liquid outlet 203 and a liquid inlet 204 as well as a centrally arranged in the condenser steam supply 205, which tapers from bottom to top in Fig. 6.
  • FIG. 6 represents the actually desired erection direction of a heat pump and a condenser of this heat pump, wherein in this installation direction in FIG. 6 the evaporator of a heat pump is arranged below the condenser.
  • the condensation zone 100 is bounded outwardly by a basket-like boundary object 207, which is drawn as well as the outer housing part 202 transparent and is normally formed like a basket.
  • a grid 209 is arranged, which is designed to carry fillers, which are not shown in Fig. 6, to wear.
  • the basket 207 extends only down to a certain point.
  • the basket 207 is vapor permeable seen to hold packing, such as so-called Pall rings.
  • These fillers are introduced into the condensation zone, but only within the basket 207, but not in the steam inlet zone 102.
  • the filling bodies are filled so high outside the basket 207 that the height of the filling bodies reaches either the lower limit of the basket 207 or slightly beyond.
  • the liquefier of FIG. 6 comprises a working fluid feeder formed by a liquid transport region 210 and a liquid distribution element 212, in particular through the working fluid supply 204, which, as shown in FIG. 6, is wound around the vapor supply in the form of an ascending coil is, which is preferably formed as a perforated plate.
  • the working fluid feeder is thus designed to supply the working fluid into the condensation zone.
  • a steam feeder which, as shown in Fig. 6, is preferably composed of the funnel-shaped tapered feeder section 205 and the upper steam guide section 213.
  • a wheel of a radial compressor is used and the radial compression causes the supply 205 to suck vapor from the bottom to the top and then, due to the radial compression by the wheeled air, to some extent deflect 90 degrees outwards, ie from a flow from bottom to top to a flow from the center outwards in FIG. 6 with respect to the element 213.
  • Fig. 6 not shown, another deflector, which redirects the already deflected outward steam once again by 90 degrees, to then guide him from above into the gap 215, which is to some extent the beginning of the steam introduction zone, which laterally to the Condensation zone extends around.
  • the steam feeder is therefore preferably ring-shaped and provided with an annular gap for supplying the vapor to be condensed, wherein the working fluid feed is formed within the annular gap.
  • FIG. 7 shows a bottom view of the "lid region" of the liquefier of FIG. 6.
  • the perforated plate 212 is shown schematically from below, which acts as a liquid distributor element
  • the vapor inlet gap 215 is schematically drawn, and it can be seen from FIG. 7 that the steam inlet gap is formed only annular, such that in the condensation zone directly from above or directly from below no steam to be condensed is fed in, but only laterally.
  • Through the holes of the distributor plate 212 thus only liquid flows, but no steam.
  • the vapor is first "sucked” laterally into the condensation zone due to the liquid which has passed through the perforated plate 212.
  • the liquid distribution plate may be made of metal, plastic or a similar material and can be embodied with different hole patterns It is preferred, as shown in Fig. 6, to provide a lateral boundary for liquid flowing out of the element 210, this lateral boundary being designated 217. This ensures that liquid emerging from the element 210 due to the curved feed 204 already exits with a twist and distributed from the inside to the outside on the liquid distributor, does not splash over the edge in the steam inlet zone, if the liquid is not already dripped through the holes of the liquid distribution plate and condensed with steam before Fig. 5 shows a complete heat pump in section, the includes both the evaporator base 108 and the capacitor bottom 106. As shown in FIG. 5 or also in FIG.
  • the condenser bottom 106 has a tapering cross-section from an inlet for the working fluid to be evaporated to a suction opening 15 which is coupled to the compressor or engine 110
  • the engine sucks the steam generated in the evaporator chamber 102.
  • Fig. 5 shows a cross section through the entire heat pump.
  • a droplet separator 404 is arranged within the condenser bottom.
  • This eliminator comprises individual vanes 405. These vanes are placed in corresponding grooves 406 shown in FIG. 5 for the demister to remain in place. These grooves are arranged in the condenser bottom in a region directed towards the evaporator bottom in the inside of the evaporator bottom.
  • the condenser bottom further has various guiding features, which may be formed as rods or tongues to hold hoses, which are provided for a condenser water, for example, which are thus plugged onto corresponding sections and couple the feed points of the condenser water supply.
  • this condenser water feed 402 may be configured as shown at reference numerals 102, 207 to 250 in FIGS. 6 and 7.
  • the condenser preferably has a condenser liquid distribution arrangement which has two or more feed points.
  • a first feed-in Therefore, seyak is connected to a first section of a capacitor inlet.
  • a second feed point is connected to a second portion of the condenser inlet. Should there be more feed points for the condenser liquid distribution device, the condenser feed will be divided into further sections.
  • the upper portion of the heat pump of FIG. 5 may be formed the same as the upper portion of FIG. 6, such that the condenser water supply takes place via the perforated plate of FIGS. 6 and 7, so that downwardly trickling condenser water 408 is obtained into which the working steam 1 12 is preferably introduced laterally, so that the cross-flow condensation, which allows a particularly high efficiency, can be obtained.
  • the condensation zone may be provided with only optional filling, in which the edge 207, also denoted by 409, remains free of packing or the like, in that the working vapor is 12 Not only above, but also below can still penetrate laterally into the condensation zone.
  • the imaginary boundary line 410 is intended to illustrate that in FIG. 5. In the embodiment shown in Fig.
  • Fig. 10 shows a preferred embodiment of a heat pump and in particular a heat pump section, which shows the "upper" portion of the heat pump, as shown for example in Fig. 5.
  • the motor M 1 10 of Fig. 5 corresponds to the range 10 is surrounded by a motor wall 309 which, in the cross-sectional view in Fig. 10, is externally formed with cooling fins in the liquid region 328 to increase the surface area of the motor wall 309.
  • the region of the motor housing 300 in Fig. 4 corresponds to the corresponding region 300 in Fig. 10.
  • the radial wheel 304 is further shown in more detail in Fig. 10.
  • the radial wheel 304 is mounted on the motor shaft 306 in a cross-sectional bifurcated mounting region.
  • the rotor 307 comprises permanent magnets schematically illustrated in Fig. 10.
  • the motor gap 311 extends s I between the rotor and the stator and opens into the further gap 313, which extends along the cross-sectional bifurcated mounting portion of the shaft 306 to the Leitraum 302, as shown at 346 also.
  • an emergency bearing 344 is shown in Fig. 10, which does not support the shaft during normal operation. Instead, the shaft is supported by the bearing section shown at 343.
  • the emergency bearing 344 is only present to store in the event of damage to the shaft and thus the radial wheel so that the rapidly rotating radial wheel in the event of damage can do no major damage in the heat pump.
  • Fig. 10 also shows various fasteners such as bolts, nuts, etc., and various seals in the form of various O-rings.
  • FIG. 10 shows an additional convection element 342, which will be discussed later with reference to FIG.
  • Fig. 10 also shows a splash guard 360 in the vapor space above the maximum volume in the engine housing, which is normally filled with liquid working fluid.
  • This splash guard is designed to intercept spewed liquid drops in the bubble boiling in the vapor space.
  • the vapor path 310 is configured to benefit from the splash guard 360, i. that due to the flow in the engine gap and the other gap only working fluid vapor, but not liquid drops are sucked due to the settlement in the motor housing.
  • the convective-wave cooling heat pump preferably has a steam supply formed so that vapor flow through the motor gap and the other gap will not pass through a bearing portion configured to support the motor shaft with respect to the stator.
  • the bearing portion 343, which in the present case comprises two ball bearings is sealed from the motor gap, namely z. B. by O-rings 351.
  • the working steam can only, as shown by the path 310, enter through the steam supply in an area within the motor wall 309, run from there in a free space down and on the rotor 307 through the motor gap 31 1 in the other Gap 313 arrive.
  • the advantage of this is that the ball bearings are not flowed around by steam, so that a bearing lubrication remains in the closed ball bearings and is not pulled through the motor gap. Furthermore, it is also ensured that the ball bearing is not moistened, but always remains in the defined state during installation.
  • the motor housing is mounted in the operating position of the heat pump on top of the condenser housing 1 14, so that the stator is above the radial wheel and the steam flow 310 passes through the motor gap and the other gap from top to bottom.
  • the heat pump includes the bearing portion 343, which is configured to support the motor shaft with respect to the stator. Further, the bearing portion is arranged so that between the bearing portion and the radial wheel 304, the rotor 307 and the stator 308 are arranged. This has the advantage that the bearing section 343 can be arranged in the steam region within the motor housing and the rotor / stator can be arranged below the maximum liquid level 322 (FIG. 3) where the greatest power loss arises.
  • the engine housing further includes the working fluid inlet 330 to direct liquid working fluid from the condenser to the engine cooling to a wall of the compressor motor.
  • FIG. 10 shows a specific implementation of this working fluid inlet 362, which corresponds to the inlet 330 of FIG. 3.
  • This working fluid inlet 362 extends into a closed volume 364, which is a ball bearing cooling. Out of the ball bearing cooling emerges a drain which includes a tube 366 which does not carry the working fluid on top of the volume of the working fluid 328 as shown in FIG. 3, but rather the working fluid at the bottom of the wall of the engine, ie the element 309 , leads.
  • the tube 366 is formed to be located inside the convection element 342 disposed around the motor wall 309 at a certain distance such that inside the convection element 342 and outside of the convection element 342 inside the motor housing 300 Volume of liquid working fluid exists.
  • the boiling bubbles are ruptured from bottom to top by nucleate boiling , This results in a continuous "agitation” in that hot working fluid is brought from the bottom up, and the energy due to the bubbling then passes into the vapor bubble, which then lands in the vapor volume 323 above the fluid volume 328 Pressure is brought directly into the condenser through the overflow 324, the overflow continuation 340 and the drain 342.
  • the condenser which takes place mainly due to the discharge of steam and not due to the discharge of heated liquid.
  • the heat which is actually the waste heat of the engine, preferably passes through the steam discharge exactly where it should go, namely into the condenser water to be heated.
  • the entire engine heat is kept in the system, which is particularly favorable for heating applications of the heat pump.
  • the heat removal from the motor into the condenser is favorable, because the condenser is typically coupled with efficient heat dissipation, for example in the form of a heat exchanger or direct heat dissipation in the area to be heated. So there is no own engine waste heat device to be created, but the heat pump from the heat pump anyway existing heat dissipation from the condenser to the outside is to some extent "co-used" by the engine cooling.
  • the motor housing is further configured to maintain the maximum level of liquid working fluid in operation of the heat pump and to provide the vapor space 323 above the level of liquid working fluid.
  • the steam supply is further configured to communicate with the vapor space so that the vapor in the vapor space is directed for convective wave cooling through the engine gap and the other gap in FIG.
  • the drain is arranged as an overflow in the motor housing to direct liquid working fluid above the level into the condenser and also to provide a vapor path between the vapor space and the condenser.
  • drain 324 is both overflow and steam.
  • these functionalities can be implemented by an alternative embodiment of the overflow on the one hand and a steam room on the other hand also using different elements.
  • the heat pump comprises a special ball bearing cooling, which is formed, in particular, in that the sealed volume 364 with liquid working medium is formed around the bearing section 343.
  • the inlet 362 enters this volume and the volume has a drain 366 from the ball bearing cooling into the working fluid volume for engine cooling.
  • This will create a separate te ball bearing cooling created, but which runs around the outside of the ball bearing and not within the camp, so that although efficiently cooled by this ball bearing cooling, but not the lubrication filling of the bearing is affected.
  • the working fluid inlet 362 particularly includes the conduit portion 366 which extends almost to the bottom of the motor housing 300 and the bottom of the fluid working fluid 328 in the motor housing or at least to a portion below the maximum Level extends, in particular to lead liquid working fluid from the Kugilagerkühlung out and supply the liquid Ar beitsstoff the engine wall.
  • Fig. 10 also shows the convection element spaced from the wall of the compressor motor 309 in the liquid working fluid, which is more permeable to the liquid working fluid in a lower region than in an upper region.
  • the upper portion is not permeable and the lower portion is relatively highly permeable, and the convection element is designed in the form of a "crown" which, conversely, is placed in the liquid
  • the convection zone 367 may be formed as shown in Fig. 10.
  • convection elements 342 may be used which are less permeable in any way at the top than at the bottom, for example, a convection element could be used has holes at the bottom which have a larger passage area in shape or number than holes in the upper area
  • Alternative members for generating the convection flow 367 as shown in Fig. 10 are also usable.
  • the emergency bearing 344 is provided, which is designed to secure the motor shaft 306 between the rotor 370 and the radial wheel 304.
  • the further gap 313 extends through a bearing gap of the emergency bearing or, preferably, through bores deliberately introduced into the emergency bearing.
  • the emergency bearing is provided with a plurality of holes, so that the emergency storage itself is the lowest possible flow resistance for the steam flow 10 for purposes of convective wave cooling.
  • FIG. 12 shows a schematic cross section through a motor shaft 306, as can be used for preferred embodiments.
  • the motor shaft 306 comprises a hatched core, as shown in FIG. 12, which in its upper portion, which supports the bearing section 343, is supported by preferably two ball bearings 398 and 399.
  • the rotor is formed with permanent magnets 307.
  • These permanent magnets are mounted on the motor shaft 306 and are held up and down by stabilizing bandages 397, which are preferably made of carbon.
  • the permanent magnets are held by a stabilizing sleeve 396, which is also preferably formed as a carbon sleeve. This backup or stabilizing sleeve causes the permanent magnets to remain secure on the shaft 306 and not be able to disengage from the shaft due to the high centrifugal forces due to the high speed of the shaft.
  • the shaft is formed of aluminum and has a cross-sectional fork-shaped mounting portion 395, which is a support for the radial wheel 304, when the radial wheel 304 and the motor shaft are not formed in one piece, but with two elements. If the radial gear 304 is integrally formed with the motor shaft 306, the wheel support portion 395 does not exist, but then the radial gear 304 directly adjoins the motor shaft. In the region of the wheel holder 395 is also, as can be seen from Fig. 10, the emergency bearing 344, which is preferably also made of metal and in particular aluminum. Further, the motor housing 300 of Fig. 10, also shown in Fig.
  • the motor housing 300 may be configured to obtain a pressure that is low enough that upon heating of the motor wall 309 by the operation of the motor, nucleate occurs in the liquid working fluid 328 and in the motor housing 300.
  • the bearing section 343 is arranged above the maximum liquid level, so that even if the motor wall 309 leaks, no liquid working fluid can enter the bearing section.
  • the region of the motor which at least partially includes the rotor and the stator, below the maximum level, as typically the bearing area on the one hand, but also between the rotor and stator on the other hand, the largest power loss is obtained, which can be optimally transported away by the convective bubbling , FIG. 10 also shows how supply of working fluid used in engine cooling can take place via the inlet 324 on top of the guide space 302.
  • the passage 377 is provided which is formed in the upper plate of the Kondensierervolumens, and which may comprise a single channel on one side or two channels on both sides or even sector-shaped channels, depending on the implementation, as much as possible overflowing working fluid through the inlet 362 is fed to the ball bearing cooling and added to the engine wall by the ball bearing cooling 366, as shown by arrows 367.
  • the liquid medium then passes out of the engine cooling area and then, when a certain level is reached, via the inlet 324.
  • the outlet 324 may also be contained in the volume of the engine cooling, that is to say in the region in which the convection element 342 is also arranged.
  • Fig. 10 illustrates an implementation in which only the top of the throat space is cooled, in which case the special shaping of the outer area of the throat space to provide the recessed area 362 is not required.
  • Fig. 9 also shows a schematic representation of the heat pump for engine cooling.
  • the working fluid outlet 324 is designed as an alternative to FIG. 4 or FIG.
  • the process does not necessarily have to be a passive process, but may also be an active process, e.g. is controlled by a pump or other element and depending on a level detection of the level 322 sucks some working fluid from the motor housing 300.
  • a reclosable opening could be at the bottom of the motor housing 300 to drain a controlled amount of work fluid from the motor housing into the condenser by briefly opening the reclosable opening.
  • FIG. 9 further shows the area to be heated or a heat exchanger 391, from which a condenser inlet 204 runs into the condenser, and from which a condenser outlet 203 emerges.
  • a pump 392 is provided to drive the circuit of condenser inlet 204 and condenser outlet 203.
  • This pump 392 preferably has a branch to the inlet 362, as shown schematically. This means that no separate pump is required, but the already existing pump for the condensate discharge also drives a small part of the condenser outlet into the feed line 362 and thus into the liquid volume 328.
  • FIG. 9 shows a general illustration of the condenser 1 14, the compressor motor with motor wall 309 and the motor housing 300, as has also been described with reference to FIG. 3.
  • Fig. 9 also shows the overflow 324 as an alternative implementation in which liquid is e.g. B. active and can be fed directly to the Leitraum 302 and the suction mouth 92 and again via lines 421, 422.
  • liquid e.g. B. active
  • the cooling liquid preferably heated liquid from the Kondensiererablauf 203 is used.
  • Fig. 1 shows a preferred embodiment which combines the functionalities of various other illustrated embodiments.
  • Working fluid or cooling fluid which is preferably water, is initially supplied via the inlet 330 or 362, as shown in FIG. 9, to the ball-bearing cooling, which is shown as a closed volume 364. Coolant which has entered the closed volume 364 flows past the ball bearing surrounded by the closed volume and exits the ball bearing.
  • the cooling liquid flows via the connecting pipe or tube 366 into the engine cooling space, which is maintained at a level 322 of working fluid.
  • the level 322 is held by a wall 321 here.
  • the working fluid is preferably supplied via the conduit 366 down into the area within the wall 321, as also shown in Fig. 10.
  • the working fluid also transfers to the wall, as shown at 324.
  • 324 may represent a channel overflow, but may also be a free overflow. Then, the liquid flows down the outside of the wall 321 and then over the lead-out area 377 to the flow area 376. Then, it flows down from this flow area 376 to finally land on the top of the lead space in the recessed area.
  • 1 1 thus shows an embodiment in which with the same liquid flow a ball bearing cooling, an engine cooling, a cooling of the upper side of the Leitraums, a cooling of the suction mouth and a cooling of the underside of the Leitraums and additionally an open cooling of the steam flow through the overflow Board distance between see the end of the element 381 and the element 382 is obtained, this open area preferably extends in a circle.
  • the course of the cooling liquid therefore flows via the feed line 422, 324, 377, 376 to the upper outer side 372 of the guide space 302.
  • the liquid flows via the discharge line 378 from the outside of the guide space 302 to the outside of the suction mouth 92 There, the liquid passes via the cooling channel 379 along the outside of the suction mouth to the lower outside of the Leitraums and along the lower outside of the Leitraums to the overflow 382 and from there down into the condensers.
  • this achieves the result that, after compression, the strong overheating of the water vapor which otherwise occurs in the uncooled guide space is avoided.
  • Part of the pressure build-up takes place in the Leitraum, in which overheating is also reduced by the cooling, which increases the efficiency and the process quality of the compression process.
  • Superheated steam has a higher viscosity and thus a larger flow resistance than saturated steam.
  • Superheated steam must therefore first reduce overheating in order to condense easily.
  • the Leitraum 302 and also the suction mouth 92 is formed of a good heat conducting material, such as metal. Then the heat from the steam flow can be broken down particularly well, although, however, good results are achieved even with poor heat-conducting materials. By reducing the superheated heat from the vapor stream, the flow resistance decreases and the condensing ability of the compressed vapor improves.
  • the Leitraum In order to keep the temperature of the Leitraums as close to the saturated steam temperature of the pressure prevailing in the condenser, the Leitraum is formed of a metal and surrounded by liquid, such as water, which performs a pressure equalization with the condenser. When energy / heat from the steam flow is coupled in, the surrounding water begins to boil and releases the energy. The Leitraum is thereby kept very close to the saturated steam temperature of the vapor pressure. Liquefaction in the headspace is prevented by the residual thermal resistance of the materials and the resulting low overheating.
  • the cooling water for the Leitraum is previously passed through the bearings and also open engine cooling. Due to the open engine cooling, the water cools back to saturated steam temperature due to partial evaporation and is available for open duct cooling.
  • the upper Leitraumteil is filled with water. In the case of a one-sided Room cooling would simply overflow the water, as is the case with the embodiment shown in FIG. However, in one embodiment, shown in FIG. 11, the water from the upper throat cooling is directed into the lower throat and suction mouth cooling. At the end of the Leitraums still comes an open area with overflow. By evaporation, the water constantly cools itself to saturated steam temperature. The remaining water overflows and flows into a catch basin. A compensation between the condenser 1 14 and the evaporator 90, as shown in Fig. 2, take place via a throttle 91. In an open system, however, a throttle is not necessary.
  • the reduced thermal component load is another advantage.
  • the entire compressor can be maintained despite losses near the saturated steam temperature.

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Abstract

The invention relates to a heat pump having the following features: an evaporator (90) for evaporating working liquid; a condenser (114) for condensing compressed working steam; a compressor motor (110) having a suction mouth (92), on which a radial impeller (304) is mounted in order to convey working steam (314) evaporated in the evaporator (90) through the suction mouth (92); a guide space (302) which is arranged to guide a working steam (112) conveyed by the radial impeller (304) into the condenser (114); and a cooling device (420) for cooling the guide space (302) or the suction mouth (92) with a liquid, wherein the cooling device (420) is designed to guide (421, 422) the liquid on an outer side of the guide space (302) or the suction mouth (92), wherein the outer side is not in contact with the working steam (314, 112), and wherein an inner side of the guide space (302) or the suction mouth (92) is in contact with the working steam (314, 112).

Description

Wärmepumpe mit einer Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Leitraums oder eines  Heat pump with a cooling device for cooling a Leitraums or a
Saugmunds  suction port
Beschreibung description
Fig. 8A und Fig. 8B stellen eine Wärmepumpe dar, wie sie in dem europäischen Patent EP 2016349 B1 beschrieben ist. Die Wärmepumpe umfasst zunächst einen Verdampfer 10 zum Verdampfen von Wasser als Arbeitsflüssigkeit, um ausgangsseitig einen Dampf in einer Arbeitsdampfleitung 12 zu erzeugen. Der Verdampfer umfasst einen Verdampfungsraum (in Fig. 8A nicht gezeigt) und ist ausgebildet, um in dem Verdampfungsraum einen Verdampfungsdruck kleiner als 20 hPa zu erzeugen, so dass das Wasser bei Temperaturen unter 15 °C im Verdampfungsraum verdampft. Das Wasser ist z.B. Grundwasser, im Erdreich frei oder in Kollektorrohren zirkulierende Sole, also Wasser mit einem bestimmten Salzgehalt, Flusswasser, Seewasser oder Meerwasser. Es können alle Arten von Wasser, also kalkhaltiges Wasser, kalkfreies Wasser, salzhaltiges Wasser oder salzfreies Wasser verwendet werden. Dies liegt daran, dass alle Arten von Wasser, also alle diese "Wasserstoffe", die günstige Wasser-Eigenschaft haben, nämlich dass Wasser, das auch als "R 718" bekannt ist, ein für den Wärmepumpen-Prozess nutzbares Enthalpie- Differenz-Verhältnis von 6 hat, was dem mehr als 2-fachen des typischen nutzbaren Enthalpie-Differenz-Verhältnisses von z.B. R134a entspricht. Figures 8A and 8B illustrate a heat pump as described in European patent EP 2016349 B1. The heat pump initially comprises an evaporator 10 for evaporating water as the working fluid in order to produce a steam in a working steam line 12 on the output side. The evaporator includes an evaporation space (not shown in FIG. 8A) and is configured to generate an evaporation pressure of less than 20 hPa in the evaporation space so that the water evaporates at temperatures below 15 ° C. in the evaporation space. The water is e.g. Groundwater, in the ground free or in collector pipes circulating brine, so water with a certain salinity, river water, seawater or seawater. It can be used all types of water, ie calcareous water, lime-free water, saline water or salt-free water. This is because all types of water, that is all these "hydrogens", have the favorable water property, namely that water, also known as "R 718", is an enthalpy difference ratio useful for the heat pump process of 6, which is more than 2 times the typical usable enthalpy difference ratio of eg R134a corresponds.
Der Wasserdampf wird durch die Saugleitung 12 einem Verdichter/Verflüssiger-System 14 zugeführt, das eine Strömungsmaschine wie z.B. einen Radialverdichter, beispielsweise in Form eines Turboverdichters aufweist, der in Fig. 8A mit 16 bezeichnet ist. Die Strömungsmaschine ist ausgebildet, um den Arbeitsdampf auf einen Dampfdruck zumindest größer als 25 hPa zu verdichten. 25 hPa korrespondiert mit einer Verflüssigungstemperatur von etwa 22 °C, was zumindest an relativ warmen Tagen bereits eine ausreichen- de Heizungs-Vorlauftemperatur einer Fußbodenheizung sein kann. Um höhere Vorlauftemperaturen zu generieren, können Drücke größer als 30 hPa mit der Strömungsmaschine 16 erzeugt werden, wobei ein Druck von 30 hPa eine Verflüssigungstemperatur von 24 °C hat, ein Druck von 60 hPa eine Verflüssigungstemperatur von 36 °C hat, und ein Druck von 00 hPa einer Verflüssigungstemperatur von 45 °C entspricht. Fußboden- heizungen sind ausgelegt, um mit einer Vorlauftemperatur von 45 °C auch an sehr kalten Tagen ausreichend heizen zu können. Die Strömungsmaschine ist mit einem Verflüssiger 18 gekoppelt, der ausgebildet ist, um den verdichteten Arbeitsdampf zu verflüssigen. Durch das Verflüssigen wird die in dem Arbeitsdampf enthaltene Energie dem Verflüssiger 18 zugeführt, um dann über den Vor- lauf 20a einem Heizsystem zugeführt zu werden. Über den Rücklauf 20b fließt das Ar- beitsfluid wieder in den Verflüssiger zurück. The water vapor is supplied through the suction line 12 to a compressor / condenser system 14, which has a turbomachine, such as a centrifugal compressor, for example in the form of a turbocompressor, which is designated 16 in FIG. 8A. The turbomachine is designed to compress the working steam to a vapor pressure at least greater than 25 hPa. 25 hPa corresponds to a liquefaction temperature of about 22 ° C, which can already be a sufficient heating flow temperature of a floor heating system, at least on relatively warm days. In order to generate higher flow temperatures, pressures greater than 30 hPa can be generated with the turbomachine 16, wherein a pressure of 30 hPa has a liquefaction temperature of 24 ° C, a pressure of 60 hPa has a liquefaction temperature of 36 ° C, and a pressure of 00 hPa corresponds to a liquefaction temperature of 45 ° C. Underfloor heating systems are designed to heat adequately with a flow temperature of 45 ° C, even on very cold days. The turbomachine is coupled to a condenser 18, which is designed to liquefy the compressed working steam. By liquefying, the energy contained in the working steam is supplied to the condenser 18, in order then to be supplied to a heating system via the flow 20a. The working fluid flows back into the condenser via the return line 20b.
Gemäß dem o.g. Beispiel wird es bevorzugt, dem energiereichen Wasserdampf direkt durch das kältere Heizungswasser die Wärme (-energie) zu entziehen, welche vom Hei- zungswasser aufgenommen wird, so dass dieses sich erwärmt. Dem Dampf wird hierbei so viel Energie entzogen, dass dieser verflüssigt wird und ebenfalls am Heizungskreislauf teilnimmt. According to the o.g. For example, it is preferable to extract from the high-energy steam directly through the colder heating water the heat (energy) which is absorbed by the heating water so that it heats up. The steam is so much energy withdrawn that this is liquefied and also participates in the heating circuit.
Fig. 8B zeigt eine Tabelle zur Illustration verschiedener Drücke und den diesen Drücken zugeordneten Verdampfungstemperaturen, woraus sich ergibt, dass insbesondere für Wasser als Arbeitsmedium recht niedrige Drücke im Verdampfer zu wählen sind. FIG. 8B shows a table for illustrating various pressures and the evaporation temperatures associated with these pressures, with the result that, in particular for water as the working medium, rather low pressures are to be selected in the evaporator.
Die DE 4431887 A1 offenbart eine Wärmepumpenanlage mit einem leichtgewichtigen, großvolumigen Hochleistungs-Zentrifugalkompressor. Ein Dampf, der einen Kompressor einer zweiten Stufe verlässt, besitzt eine Sättigungstemperatur, die die Umgebungstemperatur oder diejenige eines verfügbaren Kühlwassers übersteigt, wodurch eine Wärmeabfuhr ermöglicht wird. Der komprimierte Dampf wird von dem Kompressor der zweiten Stufe in die Kondensatoreinheit überführt, die aus einer Schüttschicht besteht, die innerhalb einer Kühlwassersprüheinrichtung an einer Oberseite, die durch eine Wasserzirkula- tionspumpe versorgt wird, vorgesehen ist. Der komprimierte Wasserdampf steigt in dem Kondensor durch die Schüttschicht an, wo sie in direktem Gegenstromkontakt mit dem nach unten strömenden Kühlwasser gelangt. Der Dampf kondensiert und die latente Wärme der Kondensation, die durch das Kühlwasser absorbiert wird, wird an die Atmosphäre über das Kondensat und das Kühlwasser ausgestoßen, die zusammen aus dem System entfernt werden. Der Kondensor wird kontinuierlich mit nicht kondensierbaren Gasen mittels einer Vakuumpumpe über eine Rohrleitung gespült. DE 4431887 A1 discloses a heat pump system with a lightweight, large volume high performance centrifugal compressor. A vapor exiting a second stage compressor has a saturation temperature which exceeds the ambient temperature or that of available cooling water, thereby allowing for heat removal. The compressed vapor is transferred from the second stage compressor to the condenser unit, which consists of a packed bed provided inside a cooling water sprayer at an upper side supplied by a water circulation pump. The compressed water vapor rises in the condenser through the packed bed where it passes in direct countercurrent contact with the downwardly flowing cooling water. The vapor condenses and the latent heat of condensation absorbed by the cooling water is expelled to the atmosphere via the condensate and the cooling water, which are removed together from the system. The condenser is continuously purged with non-condensable gases by means of a vacuum pump via a pipeline.
Die WO 2014072239 A1 offenbart einen Verflüssiger mit einer Kondensationszone zum Kondensieren von zu kondensierendem Dampf in einer Arbeitsflüssigkeit. Die Kondensa- tionszone ist als Volumenzone ausgebildet und hat eine seitliche Begrenzung zwischen dem oberen Ende der Kondensationszone und dem unteren Ende. Ferner umfasst der Verflüssiger eine Dampfeinleitungszone, die sich entlang des seitlichen Endes der Kondensationszone erstreckt und ausgebildet ist, um zu kondensierenden Dampf seitlich über die seitliche Begrenzung in die Kondensationszone zuzuführen. Damit wird, ohne das Volumen des Verflüssigers zu vergrößern, die tatsächliche Kondensation zu einer Volu- menkondensation gemacht, weil der zu verflüssigende Dampf nicht nur frontal von einer Seite in ein Kondensationsvolumen bzw. in die Kondensationszone eingeleitet wird, sondern seitlich und vorzugsweise von ailen Seiten. Damit wird nicht nur sichergestellt, dass das zur Verfügung gestellte Kondensationsvolumen bei gleichen äußeren Abmessungen im Vergleich zu einer direkten Gegenstromkondensation vergrößert wird, sondern dass gleichzeitig auch die Effizienz des Kondensators verbessert wird, weil der zu verflüssigende Dampf in der Kondensationszone eine Stromrichtung quer zu der Strömungsrichtung der Kondensationsflüssigkeit aufweist. WO 2014072239 A1 discloses a condenser with a condensation zone for condensing vapor to be condensed in a working fluid. The condensation zone is formed as a volume zone and has a lateral boundary between the upper end of the condensation zone and the lower end. Furthermore, the Condenser a steam inlet zone which extends along the lateral end of the condensation zone and is adapted to feed the condensing vapor laterally across the lateral boundary in the condensation zone. Thus, without increasing the volume of the condenser, the actual condensation is made into a volume condensation, because the steam to be liquefied is introduced not only head-on from one side into a condensation volume or into the condensation zone, but laterally and preferably from all sides , This not only ensures that the condensation volume provided is increased at the same external dimensions compared to a direct countercurrent condensation, but that at the same time the efficiency of the capacitor is improved because the vapor to be liquefied in the condensation zone, a current direction transverse to the flow direction having the condensation liquid.
Generell problematisch bei Wärmepumpen ist die Tatsache, dass bewegliche Teile und insbesondere schnell bewegliche Teile zu kühlen sind. Hier sind insbesondere der Verdichtermotor und speziell die Motorwelle problematisch. Speziell für Wärmepumpen, bei denen als Verdichter Radialräder verwendet werden, die zum Erreichen einer kleinen Bauform sehr schnell betrieben werden, beispielsweise in Regionen größer als 50.000 Umdrehungen pro Minute, können Wellentemperaturen Werte erreichen, die problema- tisch sind, da sie zu einer Zerstörung der Bauteile führen können. Generally problematic with heat pumps is the fact that moving parts and in particular fast moving parts are to be cooled. Here, in particular, the compressor motor and especially the motor shaft are problematic. Especially for heat pumps where centrifugal wheels are used as compressors, which are operated very fast to achieve a small design, for example in regions greater than 50,000 revolutions per minute, wave temperatures can reach values which are problematic because they lead to destruction of the Can lead components.
Ein weiterer generell problematischer Nachteil bei Wärmepumpen, die einen Verdichtermotor mit einem Radialrad verwenden, besteht darin, dass durch die Aktivität des Radialrads und des nachgeordneten Leitraums eine starke Überhitzung des Arbeitsmitteldamp- fes stattfindet. Überhitzter Arbeitsmitteldampf und insbesondere überhitzter Wasserdampf, wenn Wasser als Arbeitsmittel eingesetzt wird, hat eine höhere Viskosität und damit einen größeren Strömungswiderstand als Sattdampf. Another generally problematic disadvantage of heat pumps using a compressor motor with a radial wheel is that the activity of the radial wheel and the downstream guide space causes a strong overheating of the working medium vapor. Overheated working medium vapor and in particular superheated steam, when water is used as a working fluid, has a higher viscosity and thus a greater flow resistance than saturated steam.
Überhitzter Arbeitsmitteldampf muss prinzipiell seine Überhitzung erst abbauen, um dann besonders gut und effizient kondensieren zu können. Eine effiziente Kondensierung ist jedoch besonders wichtig, um eine Wärmepumpe zu erreichen, die zum einen hohe Leistungswerte zum Heizen oder Kühlen, je nach Einsatz der Wärmepumpe schafft. Darüber hinaus soll eine Wärmepumpe eine möglichst kleinen Raum einnehmen, was Begrenzungen für die Dimensionierung des Kondensierers mit sich bringt. Je kleiner der Kondensie- rer dimensioniert wird, umso kleiner wird auch der„Fußabdruck" bzw. insgesamt das Volumen bzw. der Raum sein, den die Wärmepumpe einnimmt. Daher ist es von großer Be- deutung, eine hocheffiziente Kondensierung im Kondensierer einer Wärmepumpe zu erreichen. Erst dann kann eine Wärmepumpe mit gutem Wirkungsgrad einerseits und mit nicht zu großem Volumen bzw. Fußabdruck andererseits geschaffen werden. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine effizientere Wärmepumpe zu schaffen. Overheated working medium vapor must in principle first reduce its overheating in order to be able to condense particularly well and efficiently. However, efficient condensation is particularly important in order to achieve a heat pump which, on the one hand, provides high performance values for heating or cooling, depending on the use of the heat pump. In addition, a heat pump should occupy the smallest possible space, which brings limitations for the dimensioning of the condenser with it. The smaller the size of the condenser, the smaller the "footprint" or overall volume or space occupied by the heat pump will be. meaning to achieve a highly efficient condensation in the condenser of a heat pump. Only then can a heat pump with good efficiency on the one hand and with not too large volume or footprint on the other hand be created. The object of the present invention is to provide a more efficient heat pump.
Diese Aufgabe wird durch eine Wärmepumpe nach Patentanspruch 1 oder ein Verfahren zum Pumpen von Wärme nach Patentanspruch 22 oder ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpe nach Patentanspruch 23 gelöst. This object is achieved by a heat pump according to claim 1 or a method for pumping heat according to claim 22 or a method for producing a heat pump according to claim 23.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass zur Vermeidung einer reduzierten Kondensierereffizienz aufgrund von überhitztem Arbeitsmitteldampf eine Kühlung des Leitraums und/oder des Saugmunds mit einer Flüssigkeit eingesetzt wird. Damit wird die Temperatur des Leitraums und/oder des Saugmunds möglichst nahe an die Sattdampf- temperatur des im Verflüssiger herrschenden Drucks gebracht und gehalten. Damit wird Energie/Wärme aus der Dampfströmung über das Material bzw. die Wand des Saugmunds bzw. Leitraums eingekoppelt. Das an den Saugmund bzw. Leitraum herangeführte Wasser, wenn Wasser als Arbeitsflüssigkeit verwendet wird, was bei bevorzugten Ausfüh- rungsbeispielen der Fall ist, fängt dann zu sieden an und gibt damit die Energie wieder ab. Der Leitraum und/oder der Saugmund werden dadurch sehr nahe an der Sattdampftemperatur des Dampfdrucks gehalten, der durch das Radialrad zunächst über den Saugmund angesaugt wird, und von dort in den Leitraum eingespeist wird. Im Leitraum wird der Arbeitsdampf dann auf seinen beabsichtigten Verflüssiger- bzw. Kondensiererdruck verdichtet. Durch die Kühlung des Leitraums und/oder des Saugmunds wird also vermieden, dass der Arbeitsmitteldampf zu stark überhitzt ist. Damit muss der Arbeitsmitteldampf, wenn er in den Verflüssiger eintritt, die Überhitzung nicht mehr abbauen, um leicht kondensieren zu können. Stattdessen kann der Arbeitsmitteldampf unmittelbar ohne weitere Verluste an Zeit- bzw. Volumen oder Laufstrecke im Kondensierer kondensieren. Damit kann ein effizienter Kondensierer erreicht werden, selbst wenn das Kondensierervolumen kleiner gemacht wird, und zwar im Vergleich zu einer Ausführungsform, bei der keine entsprechende Leitraum/Saugmund-Kühlung eingesetzt worden wäre. The present invention is based on the finding that in order to avoid a reduced condenser efficiency due to overheated working medium vapor, a cooling of the guide space and / or the suction mouth is used with a liquid. Thus, the temperature of the Leitraums and / or the suction mouth is brought as close as possible to the saturated steam temperature of the pressure prevailing in the condenser and held. Thus, energy / heat from the steam flow via the material or the wall of the suction or Leitraums coupled. The water introduced to the suction or conduction space when water is used as the working liquid, which is the case in preferred embodiments, then begins to boil and thus releases the energy again. The Leitraum and / or the suction mouth are thereby kept very close to the saturated steam temperature of the vapor pressure, which is first sucked through the radial impeller via the suction port, and is fed from there into the Leitraum. In the Leitraum the working steam is then compressed to its intended condenser or condenser. By cooling the Leitraums and / or the suction mouth is thus avoided that the working medium vapor is too hot overheated. Thus, the working medium vapor, when it enters the condenser, no longer has to reduce the overheating in order to condense easily. Instead, the working medium vapor can condense immediately without further losses of time or volume or running distance in the condenser. Thus, an efficient condenser can be achieved even if the condenser volume is made smaller, compared to an embodiment in which no corresponding Leitraum / suction mouth cooling would have been used.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist der Leitraum aus einem thermisch gut leitenden Material ausgebildet. Damit entzieht der Leitraum aus dem an ihm vorbeiströmenden Dampf Energie und gibt diese unmittelbar an das Kühlungs- wasser ab, das den Leitraum bzw. den Saugmund umströmt. Damit wird der Leitraum noch besser an der Sattdampftemperatur des Dampfdrucks gehalten. Dagegen wird eine Verflüssigung im Leitraum aufgrund des verbleibenden Wärmewiderstands des Materials des Leitraums vermieden, da die Überhitzung nicht vollständig reduziert wird, sondern nur zum großen Teil. Diese restliche Überhitzung stellt jedoch sicher, dass nicht bereits eine Kondensierung im Leitraum stattfindet, sondern erst dann im Verflüssiger, wo sie dann jedoch besonders effizient stattfindet. In preferred embodiments of the present invention, the Leitraum is formed of a thermally highly conductive material. In this way, the guide space extracts energy from the steam flowing past it and supplies it directly to the cooling system. from water, which flows around the Leitraum or the suction mouth. Thus, the Leitraum is kept even better at the saturated steam temperature of the vapor pressure. In contrast, liquefaction in the Leitraum is avoided because of the remaining thermal resistance of the material of the Leitraums, since the overheating is not completely reduced, but only to a large extent. However, this residual overheating ensures that condensation does not already take place in the conduction space, but only in the condenser, where it then takes place particularly efficiently.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die Kühlflüssig- keit für den Leitraum zuvor durch ein Motorkugellager und/oder durch eine ferner vorzugsweise verwendete offene Motorkühlung geleitet. Durch die offene Motorkühlung kühlt die Kühlflüssigkeit durch Teilverdunstung wieder auf Sattdampftemperatur ab. Bei der Kaskade aus Kugellagerkühlung und Motorkühlung gibt die Kühlflüssigkeit in der Motorkühlung bereits die durch die Kugellagerkühlung aufgenommene Energie ab. Damit steht ein optimal temperiertes flüssiges Mittel für die offene Leitraumkühlung zur Verfügung. In preferred embodiments of the present invention, the cooling liquid for the Leitraum is previously passed through a motor ball bearing and / or by a further preferably used open engine cooling. Due to the open engine cooling, the cooling liquid cools by partial evaporation back to saturated steam temperature. In the cascade of ball bearing cooling and engine cooling, the cooling liquid in the engine cooling system already releases the energy absorbed by the ball bearing cooling. Thus, an optimally tempered liquid agent for the open cooling chamber is available.
Bei bevorzugten Implementierungen wird zunächst der obere Teil der Außenseite des Leitraums mit Flüssigkeit gefüllt. Bei einer solchen einseitigen Leitraumkühlung wird die Arbeitsflüssigkeit dann einfach überlaufen, was unproblematisch und sogar gewünscht ist, weil die Arbeitsflüssigkeit dann einfach in den Kondensierer läuft, in den ohnehin bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in Machart einer„Dusche" Arbeitsflüssigkeit eingeführt wird. Bei bevorzugten weiteren Ausführungsbeispielen wird die Kühlflüssigkeit ferner aus der oberen Leitraumkühlung, also aus der Kühlung der Oberseite des Leitraums, in eine zusätzlich untere Leitraum- und/oder Saugmundkühlung geleitet. Am Ende des Leitraums existiert dann ein offener Bereich mit Überlauf. Durch Verdampfung kühlt sich die Arbeitsflüssigkeit ständig selbst auf die Sattdampftemperatur ab. Auch übrige Arbeitsflüssigkeit läuft über und fließt ohne weiteres in das Kondensierervolumen, um dort entsprechend weiterverarbeitet zu werden. Alternativ kann jedoch die Arbeitsflüssigkeit auch eine Arbeitsflüssigkeit sein, die nicht die Arbeitsflüssigkeit der Wärmepumpe ist, zumal die Arbeitsflüssigkeit je nach Implementierung nicht unbedingt in Kontakt mit dem verdichteten Arbeitsdampf kommen muss. In preferred implementations, first the upper part of the outside of the Leitraums is filled with liquid. With such a one-sided head space cooling, the working fluid is then simply overflowed, which is unproblematic and even desirable, because the working fluid then simply runs into the condenser, into which working fluid is introduced, anyway in preferred embodiments of the present invention, in a "shower" manner Further embodiments, the cooling liquid is further directed from the upper Leitraumkühlung, ie from the cooling of the upper side of the Leitraums, in an additional lower Leitraum- and / or Saugmundkühlung .. At the end of the Leitraums then exists an open area with overflow by evaporation, the working fluid cools The remaining working fluid also flows over and flows readily into the condenser volume in order to be further processed there, as an alternative, however, the working fluid can also be used as a working fluid This is not the working fluid of the heat pump, especially since, depending on the implementation, the working fluid does not necessarily come into contact with the compressed working steam.
Die vorliegende Erfindung ist ferner dahin gehend vorteilhaft, dass durch die Leitraumkü- hung und/oder die Saugmundkühlung, welche typischerweise relativ große Oberflächen in einer Wärmepumpe einnehmen, die nahe am Verdichter angeordnet sind, thermische Bauteilbelastungen weiter reduziert werden. Durch die eingesetzte Flüssigkeitskühlung, die vorzugsweise auf dem Druckniveau stattfindet, das im Kondensierer herrscht, wird eine hocheffiziente Verdampfungskühlung erreicht. Durch diese Verdampfungskühlung kann der gesamte Verdichter nahe der Sattdampftemperatur gehalten werden. Über die Verdampfung werden Motorverluste, Lagerverluste und die Überhitzung bei der Verdich- tung bei bevorzugten Ausführungsbeispielen im Wesentlichen abgebaut, um dadurch nicht nur eine hocheffiziente Wärmepumpe, sondern auch eine im Betrieb sichere und stabile Wärmepumpe zu erreichen. The present invention is further advantageous in that, by the Leitraumkü- hung and / or the suction mouth cooling, which typically occupy relatively large surfaces in a heat pump, which are arranged close to the compressor, thermal component loads are further reduced. Due to the liquid cooling used, which preferably takes place at the pressure level prevailing in the condenser, a highly efficient evaporative cooling is achieved. By means of this evaporative cooling, the entire compressor can be kept close to the saturated steam temperature. About the evaporation engine losses, storage losses and overheating in the compression in preferred embodiments are substantially reduced, thereby not only a highly efficient heat pump, but also to achieve a safe and stable in operation heat pump.
Weitere Aspekte und Vorteile bevorzugter Ausführungsbeispiele werden nachfolgend dar- gestellt. Further aspects and advantages of preferred embodiments are shown below.
Die Wärmepumpe gemäß einem weiteren Aspekt umfasst eine spezielle konvektive Wellenkühlung. Diese Wärmepumpe hat einen Kondensierer mit einem Kondensierergehäuse, einen Verdichtermotor, der an dem Kondensierergehäuse angebracht ist und einen Rotor und einen Stator aufweist, wobei der Rotor eine Motorwelle aufweist, an der ein Radialrad angebracht ist, das sich in eine Verdampferzone erstreckt, und einen Leitraum, der ausgebildet ist, um durch das Radialrad verdichteten Dampf aufzunehmen und in den Kondensierer zu leiten. Darüber hinaus hat diese Wärmepumpe ein Motorgehäuse, das den Verdichtermotor umgibt und vorzugsweise ausgebildet ist, um einen Druck zu halten, der wenigstens gleich dem Druck in dem Kondensierer ist. Es reicht aber auch bereits ein Druck aus, der größer als der Druck hinter dem Radialrad ist. Dieser Druck stellt sich bei bestimmten Ausführungen auf einen Druck ein, der in der Mitte zwischen dem Kondensiererdruck und dem Verdampferdruck liegt. Darüber hinaus ist eine Dampfzuführung in dem Motorgehäuse vorgesehen, um Dampf in dem Motorgehäuse zu einem Motorspalt zwi- sehen dem Stator und der Motorwelle zuzuführen. Ferner ist der Motor dahin gehend ausgebildet, dass sich ein weiterer Spalt von dem Motorspalt zwischen dem Stator und der Motorwelle entlang des Radialrads bis hin zu dem Leitraum erstreckt. The heat pump according to another aspect includes a special convective wave cooling. This heat pump has a condenser with a condenser housing, a compressor motor mounted on the condenser housing and having a rotor and a stator, the rotor having a motor shaft to which is attached a radial wheel extending into an evaporator zone and a throat space configured to receive vapor compressed by the radial wheel and to conduct it into the condenser. Moreover, this heat pump has a motor housing which surrounds the compressor motor and is preferably designed to maintain a pressure at least equal to the pressure in the condenser. But already enough pressure, which is greater than the pressure behind the radial wheel. In certain embodiments, this pressure will be set to a pressure midway between the condenser pressure and the evaporator pressure. Moreover, a steam supply is provided in the motor housing to supply steam in the motor housing to a motor gap between the stator and the motor shaft. Further, the motor is designed so that a further gap extends from the motor gap between the stator and the motor shaft along the radial wheel up to the Leitraum.
Dadurch wird erreicht, dass in dem Motorgehäuse ein relativ hoher Druck, der höher als der mittlere Druck aus dem Kondensierer und dem Verdampfer und vorzugsweise gleich oder höher als der Kondensiererdruck ist, herrscht, während in dem weiteren Spalt, der sich entlang des Radialrads zu dem Leitraum erstreckt, ein geringerer Druck befindet. Dieser Druck, der gleich dem mittleren Druck aus dem Kondensierer und dem Verdampfer ist, existiert aufgrund der Tatsache, dass das Radialrad bei der Kompression des Damp- fes aus dem Verdampfer einen Bereich mit hohem Druck vor dem Radialrad und einen Bereich mit kleinem Druck oder Unterdruck hinter dem Radialrad erzeugt. Insbesondere ist der Bereich mit hohem Druck vor dem Radialrad immer noch kleiner als der hohe Druck in dem Kondensator und der kleine Druck gewissermaßen„hinter" dem Radialrad ist noch kleiner als der hohe Druck am Ausgang des Radialrads Erst am Ausgang des Leitraums existiert dann der hohe Kondensatordruck. As a result, a relatively high pressure, which is higher than the average pressure from the condenser and the evaporator and preferably equal to or higher than the condenser pressure, prevails in the motor housing, while in the further gap, which extends along the radial wheel to the condenser Leitraum extends, a lower pressure is located. This pressure, which is equal to the average pressure from the condenser and the evaporator, exists due to the fact that, as the vapor from the evaporator is compressed, the radial wheel provides a high pressure area in front of the radial wheel and a low pressure or vacuum area generated behind the radial wheel. In particular is the area with high pressure in front of the radial wheel still smaller than the high pressure in the condenser and the small pressure so to speak "behind" the radial wheel is still smaller than the high pressure at the outlet of the radial wheel Only at the exit of the Leitraums then the high condenser pressure exists ,
Dieses Druckgefälle, das an den Motorspalt„angekoppelt" ist, sorgt dafür, dass von dem Motorgehäuse über die Dampfzuführung Arbeitsdampf entlang des Motorspalts und des weiteren Spalts in den Kondensierer gezogen wird. Dieser Dampf ist zwar auf dem Temperaturniveau des Kondensierer-Arbeitsmittels oder darüber. Dies ist allerdings gerade von Vorteil, weil damit sämtliche Kondensationsprobleme innerhalb des Motors und insbesondere innerhalb der Motorwelle, die Korrosionen etc. unterstützen würden, vermieden werden. This pressure drop, which is "coupled" to the motor gap, causes working vapor to be drawn from the motor housing via the steam supply along the motor gap and the other gap into the condenser, which is at the temperature level of the condenser working fluid or above. However, this is of particular advantage because it avoids all condensation problems within the engine and, in particular, within the motor shaft which would corrode, etc.
So wird bei diesem Aspekt gerade nicht die kälteste Arbeitsflüssigkeit, die nämlich im Verdampfer vorhanden ist, zur konvektiven Wellenkühlung genutzt. Es wird auch nicht der kalte Dampf im Verdampfer eingesetzt. Stattdessen wird zur konvektiven Wellenkühlung der Dampf auf Kondensierer oder Kondensatortemperatur, den es in der Wärmepumpe gibt, eingesetzt. Damit wird nach wie vor eine ausreichende Wellenkühlung erreicht, und zwar aufgrund der konvektiven Natur, d.h. dass die Motorwelle aufgrund der Dampfzufüh- rung, des Motorspalts und des weiteren Spalts von einer signifikanten und insbesondere einstellbaren Menge an Dampf umspült wird. Gleichzeitig wird aufgrund der Tatsache, dass dieser Dampf im Vergleich zu dem Dampf im Verdampfer relativ warm ist, sichergestellt, dass keine Kondensation entlang der Motorwelle in dem Motorspalt bzw. dem weiteren Spalt stattfindet. Stattdessen wird hier immer eine Temperierung geschaffen, die hö- her ist als die kälteste Temperatur. Kondensation entsteht immer an der kältesten Temperatur in einem Volumen und damit nicht innerhalb des Motorspalts und des weiteren Spalts, da diese ja von dem warmen Dampf umspült werden. Thus, in this aspect, the coldest working fluid, namely that which is present in the evaporator, is not used for convective wave cooling. It also does not use the cold steam in the evaporator. Instead, for convective wave cooling, the steam is applied to the condenser or condenser temperature that exists in the heat pump. Thus, sufficient wave cooling is still achieved because of the convective nature, i. that the motor shaft is surrounded by a significant and in particular adjustable amount of steam due to the Dampfzufüh- tion, the engine gap and the other gap. At the same time, due to the fact that this steam is relatively warm compared to the vapor in the evaporator, it is ensured that no condensation takes place along the motor shaft in the motor gap or the other gap. Instead, it always creates a temperature that is higher than the coldest temperature. Condensation always occurs at the coldest temperature in a volume and thus not within the motor gap and the other gap, since they are so washed by the warm steam.
Damit wird eine ausreichende konvektive Wellenkühlung erreicht. Dies verhindert zu hohe Temperaturen in der Motorwelle und damit einhergehende Verschleißerscheinungen. Darüber hinaus wird effektiv vermieden, dass eine Kondensation in dem Motor, z.B. bei Stillstand der Wärmepumpe, auftritt. Damit werden auch sämtliche Betriebssicherheitsprobleme und Korrosionsprobleme, die mit einer solchen Kondensation einhergehen würden, ebenfalls wirksam eliminiert. Die vorliegende Erfindung führt gemäß dem Aspekt der konvektiven Wellenkühlung zu einer signifikant betriebssicheren Wärmepumpe. Bei einem weiteren Aspekt, der sich auf eine Wärmepumpe mit Motorkühlung bezieht, umfasst die Wärmepumpe einen Kondensierer mit einem Kondensierergehäuse, einen Verdichtermotor, der an dem Kondensierergehäuse angebracht ist und einen Rotor und einen Stator aufweist. Der Rotor umfasst eine Motorwelle, an der ein Verdichterrad zum Verdichten von Arbeitsmitteldampf angebracht ist. Femer hat der Verdichtermotor eine Motorwand. Die Wärmepumpe umfasst ein Motorgehäuse, das den Verdichtermotor umgibt und vorzugsweise ausgebildet ist, um einen Druck zu halten, der wenigstens gleich dem Druck in dem Kondensator ist, und der einen Arbeitsmittelzulauf hat, um flüssiges Arbeitsmittel aus dem Kondensierer zur Motorkühlung an die Motorwand zu führen. Der Druck im Motorgehäuse kann hier jedoch ebenfalls niedriger sein, da die Wärmeabfuhr von dem Motorgehäuse durch Sieden bzw. Verdunsten stattfindet. Die Wärmeenergie an der Motorwand wird also hauptsächlich durch den Dampf von der Motorwand weggebracht, wobei dieser erwärmte Dampf dann abgeführt wird, wie beispielsweise in den Kondensierer. Alternativ kann der Dampf von der Motorkühlung aber auch in den Ver- dampfer oder nach außen gebracht werden. Bevorzugt wird aber die Leitung des erwärmten Dampfes in den Kondensierer. Im Gegensatz zu einer Wasserkühlung, bei der ein Motor durch vorbeiströmendes Wasser gekühlt wird, findet die Kühlung bei diesem Aspekt der Erfindung durch Verdampfen statt, so dass durch die bereitgestellte Dampfabfuhr die abzutransportierende Wärmeenergie weggebracht wird. Ein Vorteil ist, dass zur Kühlung weniger Flüssigkeit gebraucht wird und der Dampf einfach weggeleitet werden kann, z. B. automatisch in den Kondensierer, in dem der Dampf dann wieder kondensiert und die Wärmeleistung des Motor damit an die Kondensiererflüssigkeit abgibt. This achieves sufficient convective wave cooling. This prevents excessive temperatures in the motor shaft and associated wear and tear. In addition, it is effectively avoided that a condensation in the engine, for example when the heat pump is stopped, occurs. This also effectively eliminates any operational safety issues and corrosion problems that would be associated with such condensation. The present invention, according to the aspect of convective wave cooling, leads to a significantly reliable heat pump. In another aspect related to a heat pump with engine cooling, the heat pump includes a condenser having a condenser housing, a compressor motor attached to the condenser housing and having a rotor and a stator. The rotor includes a motor shaft to which a compressor wheel for compressing working fluid vapor is attached. Furthermore, the compressor motor has a motor wall. The heat pump includes a motor housing surrounding the compressor motor and preferably configured to maintain a pressure at least equal to the pressure in the condenser and having a working fluid inlet to direct liquid working fluid from the condenser to the engine cooling system for engine cooling , However, the pressure in the motor housing can also be lower here, since the heat dissipation takes place from the motor housing by boiling or evaporation. The heat energy at the engine wall is thus carried away mainly by the steam from the engine wall, this heated steam is then discharged, such as in the condenser. Alternatively, the steam from the engine cooling can also be brought into the evaporator or to the outside. However, preference is given to the line of heated steam in the condenser. In contrast to a water cooling, in which a motor is cooled by passing water, the cooling takes place in this aspect of the invention by evaporation, so that the wegbekransportierende heat energy is brought away by the provided steam discharge. One advantage is that less liquid is needed for cooling and the steam can be easily routed away, e.g. B. automatically in the condenser, in which the steam then condenses again and thus gives off the heat output of the engine to the Kondensiererflüssigkeit.
Das Motorgehäuse ist daher ausgebildet, um in dem Betrieb der Wärmepumpe einen Dampfraum zu bilden, in dem sich das aufgrund der Blasensiedung oder Verdunstung befindliche Arbeitsmedium befindet. Das Motorgehäuse ist ferner ausgebildet ist, um den Dampf aus dem Dampfraum in dem Motorgehäuse durch eine Dampfabführung abzuleiten. Diese Ableitung findet vorzugsweise in den Kondensierer statt, so dass die Dampfabführung durch ein gasdurchlässige Verbindung zwischen dem Kondensierer und dem Mo- torgehäuse erreicht wird. The motor housing is therefore designed to form a vapor space in the operation of the heat pump, in which there is the working medium due to the bubbling or evaporation. The motor housing is further configured to dissipate the vapor from the vapor space in the motor housing by a vapor discharge. This discharge preferably takes place in the condenser, so that the vapor removal is achieved by a gas-permeable connection between the condenser and the motor housing.
Das Motorgehäuse ist vorzugsweise ferner ausgebildet, um in einem Betrieb der Wärmepumpe einen maximalen Pegel an flüssigem Arbeitsmittel in dem Motorgehäuse zu halten, und um ferner oberhalb des maximalen des Pegels einen Dampfraum zu bilden. Das Motorgehäuse ist ferner ausgebildet, um Arbeitsmittel oberhalb des maximalen Pegels in den Kondensierer zu leiten. Diese Ausführung erlaubt es, die Kühlung durch Dampfer- zeugung sehr robust zu halten, da der Pegel an Arbeitsflüssigkeit immer sicherstellt, dass an der Motorwand genug Arbeitsflüssigkeit zur Blasensiedung vorhanden ist. Alternativ kann statt des Pegels an Arbeitsflüssigkeit, der immer gehalten wird, auch Arbeitsflüssigkeit auf die Motorwand gesprüht werden. Die gesprühte Flüssigkeit ist dann so dosiert, dass sie beim Kontakt mit der Motorwand verdampft und dadurch die Kühlleistung für den Motor erreicht. The motor housing is preferably further configured to maintain a maximum level of liquid working fluid in the motor housing during operation of the heat pump, and further to form a vapor space above the maximum of the level. The motor housing is further configured to direct working fluid above the maximum level into the condenser. This version allows cooling by steam generation very sturdy, since the level of working fluid always ensures that there is enough working fluid for bubble boiling on the engine wall. Alternatively, instead of the level of working fluid, which is always held, also working fluid can be sprayed onto the engine wall. The sprayed liquid is then metered so that it vaporizes on contact with the engine wall, thereby achieving the cooling capacity for the engine.
Der Motor wird somit an seiner Motorwand mit flüssigem Arbeitsmittel effektiv gekühlt. Dieses flüssige Arbeitsmittel ist jedoch nicht das kalte Arbeitsmittel aus dem Verdampfer, sondern das warme Arbeitsmittel aus dem Kondensierer. Die Verwendung des warmen Arbeitsmittels aus dem Kondensierer schafft dennoch eine ausreichende Motorkühlung. Gleichzeitig wird jedoch sichergestellt, dass der Motor nicht zu stark gekühlt wird und insbesondere nicht dahin gehend abgekühlt wird, dass er der kälteste Teil im Kondensierer bzw. auf dem Kondensierergehäuse ist. Dies würde nämlich dazu führen, dass z.B. bei Stillstand des Motors aber auch im Betrieb eine Kondensation von Arbeitsmitteldampf außen am Motorgehäuse stattfinden würde, die zu Korrosions- und weiteren Problemen führen würde. Stattdessen wird sichergestellt, dass der Motor zwar gut gekühlt ist, jedoch gleichzeitig immer das wärmste Teil der Wärmepumpe ist, dahin gehend, dass eine Kondensation, die ja immer am kältesten„Ende" stattfindet, gerade an dem Verdichtermotor nicht stattfindet. The engine is thus effectively cooled on its engine wall with liquid working fluid. However, this liquid working fluid is not the cold working fluid from the evaporator, but the warm working fluid from the condenser. The use of the warm working fluid from the condenser still provides sufficient engine cooling. At the same time, however, it is ensured that the motor is not cooled too much and, in particular, is not cooled down so that it is the coldest part in the condenser or on the condenser housing. This would mean that e.g. At standstill of the engine but also during operation a condensation of working medium vapor would take place outside of the motor housing, which would lead to corrosion and other problems. Instead, it is ensured that the engine is well cooled, but at the same time always the warmest part of the heat pump, to the extent that condensation, which always takes place at the coldest "end", just on the compressor motor does not take place.
Vorzugsweise wird das flüssige Arbeitsmittel im Motorgehäuse auf nahezu demselben Druck gehalten, auf dem der Kondensierer ist. Dies führt dazu, dass das Arbeitsmittel, das den Motor kühlt, nahe an seiner Siedegrenze ist, da dieses Arbeitsmittel Kondensiererar- beitsmittel ist und auf ähnlicher Temperatur wie im Kondensierer ist. Wird nun die Motorwand aufgrund einer Reibung wegen des Motorbetriebs erwärmt, so geht die thermische Energie in das flüssige Arbeitsmittel über. Aufgrund der Tatsache, dass das flüssige Arbeitsmittel nahe am Siedepunkt ist, startet nun in dem Motorgehäuse in dem flüssigen Arbeitsmittel, das das Motorgehäuse bis zu dem maximalen Pegel auffüllt, eine Blasen- siedung. Preferably, the fluid working fluid in the motor housing is maintained at almost the same pressure as the condenser. As a result, the working fluid that cools the engine is close to its boiling limit, since this working fluid is a condensing agent and is at a similar temperature as in the condenser. If now the engine wall is heated due to friction due to engine operation, the thermal energy passes into the liquid working fluid. Due to the fact that the liquid working fluid is near the boiling point, now in the motor housing in the liquid working fluid, which fills the motor housing to the maximum level, a bubble boiling starts.
Diese Blasensiedung ermöglicht eine außerordentlich effiziente Kühlung aufgrund der sehr starken Durchmischung des Volumens an flüssigem Arbeitsmittel in dem Motorgehäuse. Diese durch Siedung unterstützte Kühlung kann ferner durch ein vorzugsweise vorgesehenes Konvektionselement signifikant unterstützt werden, so dass am Ende eine sehr effiziente Motorkühlung mit einem relativen kleinen Volumen oder gar keinem ste- henden Volumen an flüssigem Arbeitsmittel, die zudem nicht weiter gesteuert werden muss, weil sie selbststeuernd ist, erreicht wird. Damit wird mit einem geringen technischen Aufwand eine effiziente Motorkühlung erreicht, die wiederum zu einer Betriebssicherheit der Wärmepumpe signifikant beiträgt. This bubbling allows extremely efficient cooling due to the very strong mixing of the volume of liquid working fluid in the motor housing. This cooling assisted by boiling can also be significantly assisted by a preferably provided convection element, so that at the end of a very efficient engine cooling with a relatively small volume or no stepless existing volume of liquid working fluid, which also does not need to be controlled further because it is self-steering, is achieved. Efficient engine cooling is thus achieved with little technical effort, which in turn significantly contributes to operational reliability of the heat pump.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen: Preferred embodiments of the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 zeigt eine Wärmepumpe mit verschränkter Anordnung; Fig. 1 shows a heat pump with an entangled arrangement;
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Wärmepumpe mit einer Kühlvorrichtung zum Kühlen des Leitraums oder des Saugmunds; Fig. 2 shows a preferred embodiment of the heat pump with a cooling device for cooling the Leitraums or the suction mouth.
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Wärmepumpe mit konvektiver Wellen- kühung einerseits und Motorkühlung andererseits; 3 shows a schematic representation of a heat pump with convective wave cooling on the one hand and engine cooling on the other hand;
Fig.4a eine Draufsicht auf einen Leitraum mit vertieftem Bereich; 4a shows a plan view of a Leitraum with recessed area.
Fig. 4b eine Ansicht von unten des Saugmunds und des Leitraums mit dem Küh- lungskanal und dem Kühlflüssigkeitsüberlauf; 4b is a bottom view of the suction mouth and the Leitraums with the cooling channel and the coolant overflow;
Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer Wärmepumpe mit einem Verdampferboden und einem Kondensatorboden gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ; Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Verflüssigers, wie er in der 5 is a sectional view of a heat pump with an evaporator bottom and a condenser bottom according to the embodiment of FIG. 1; Fig. 6 is a perspective view of a condenser, as shown in the
WO 2014072239 A1 gezeigt ist;  WO 2014072239 A1 is shown;
Fig. 7 eine Darstellung der Flüssigkeitsverteilerplatte einerseits und der Dampfeinlasszone mit Dampfeinlassspait andererseits aus der WO 2014072239 A1 ; 7 shows an illustration of the liquid distributor plate on the one hand and the steam inlet zone with steam inlet chip on the other hand from WO 2014072239 A1;
Fig. 8a eine schematische Darstellung einer bekannten Wärmepumpe zum Verdampfen von Wasser; Fig. 8b eine Tabelle zur Veranschaulichung von Drücken und Verdampfungstemperaturen von Wasser als Arbeitsflüssigkeit; Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Wärmepumpe mit Motorkühlung gemäß dem zweiten Aspekt; Fig. 10 eine Wärmepumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer konvekti- ven Wellenkühlung gemäß dem ersten Aspekt und einer Motorkühlung gemäß dem zweiten Aspekt, wobei besonderer Wert auf die Motorkühlung gelegt ist; Fig. 1 1 eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit kombinierter Kugellagerkühlung, Motorkühlung, Leitraumkühlung und Saugmundkühlung; und Fig. 8a is a schematic representation of a known heat pump for evaporating water; Fig. 8b is a table illustrating pressures and vaporization temperatures of water as the working liquid; 9 shows a schematic representation of a heat pump with engine cooling according to the second aspect; 10 is a heat pump according to an embodiment with a convective wave cooling according to the first aspect and an engine cooling according to the second aspect, with particular importance placed on the engine cooling; Fig. 1 1 shows a preferred embodiment of the present invention with combined ball bearing cooling, engine cooling, duct cooling and suction mouth cooling; and
Fig. 12 einen Querschnitt durch eine Motorwelle mit einem Lagerabschnitt. 12 shows a cross section through a motor shaft with a bearing section.
Fig. 1 zeigt eine Wärmepumpe 100 mit einem Verdampfer zum Verdampfen von Arbeits- fiüssigkeit in einem Verdampferraum 102. Die Wärmepumpe umfasst ferner einen Kondensator zum Verflüssigen von verdampfter Arbeitsflüssigkeit in einem Kondensatorraum 104, der von einem Kondensatorboden 106 begrenzt ist. Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, die als Schnittdarstellung oder als Seitenansicht angesehen werden kann, ist der Verdampferraum 102 zumindest teilweise von dem Kondensatorraum 104 umgeben. Ferner ist der Verdampferraum 102 durch den Kondensatorboden 106 von dem Kondensatorraum 104 getrennt. Darüber hinaus ist der Kondensatorboden mit einem Verdampferboden 108 verbunden, um den Verdampferraum 102 zu definieren. In einer Implementierung ist oberhalb am Verdampferraum 102 oder an anderer Stelle ein Kompressor 1 10 vorgesehen, der in Fig. 1 nicht näher ausgeführt ist, der jedoch prinzipiell ausgebildet ist, um verdampfte Arbeitsflüssigkeit zu komprimieren und als komprimierten Dampf 1 12 in den Kondensatorraum 104 zu leiten. Der Kondensatorraum ist ferner nach außen hin durch eine Kondensatorwand 1 14 begrenzt. Die Kondensatorwand 1 14 ist ebenfalls wie der Kondensatorboden 106 an dem Verdampferboden 108 befestigt. Insbesondere ist die Dimensionierung des Kondensatorbodens 106 in dem Bereich, der die Schnittstelle zum Verdampferboden 108 bildet, so, dass der Kondensatorboden bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel vollständig von der Kondensatorraumwand 1 14 umgeben ist. Dies bedeutet, dass sich der Kondensatorraum, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, bis zum Ver- dampferboden erstreckt, und dass sich der Verdampferraum gleichzeitig sehr weit nach oben, typischerweise nahezu durch fast den gesamten Kondensatorraum 104 erstreckt. Diese "verschränkte" oder ineinandergreifende Anordnung von Kondensator und Verdampfer, die sich dadurch auszeichnet, dass der Kondensatorboden mit dem Verdampferboden verbunden ist, liefert eine besonders hohe Wärmepumpeneffizienz und erlaubt daher eine besonders kompakte Bauform einer Wärmepumpe. Größenordnungsmäßig ist die Dimensionierung der Wärmepumpe z.B. in einer zylindrischen Form so, dass die Kondensatorwand 1 14 einen Zylinder mit einem Durchmesser zwischen 30 und 90 cm und einer Höhe zwischen 40 und 100 cm darstellt. Die Dimensionierung kann jedoch je nach erforderliche Leistungsklasse der Wärmepumpe gewählt werden, findet je- doch vorzugsweise in den genannten Dimensionen statt. Damit wird eine sehr kompakte Bauform erreicht, die zudem einfach und günstig herstellbar ist, weil die Anzahl der Schnittstellen, insbesondere für den fast unter Vakuum stehenden Verdampferraum ohne weiteres reduziert werden kann, wenn der Verdampferboden gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung dahin gehend ausgeführt wird, dass er sämt- liehe Flüssigkeits-Zu- und Ableitungen umfasst und damit keine Flüssigkeits-Zu- und Ableitungen von der Seite oder von oben nötig sind. FIG. 1 shows a heat pump 100 with an evaporator for evaporating working fluid in an evaporator space 102. The heat pump furthermore comprises a condenser for liquefying evaporated working fluid in a condenser space 104 bounded by a condenser bottom 106. As shown in FIG. 1, which may be viewed as a sectional view or as a side view, the evaporator space 102 is at least partially surrounded by the condenser space 104. Furthermore, the evaporator chamber 102 is separated from the condenser space 104 by the condenser bottom 106. In addition, the condenser bottom is connected to an evaporator bottom 108 to define the evaporator space 102. In one implementation, a compressor 1 10 is provided above the evaporator chamber 102 or elsewhere, which is not detailed in Fig. 1, but which is in principle designed to compress vaporized working fluid and as compressed steam 1 12 in the condenser space 104 to conduct. The condenser space is also limited to the outside by a capacitor wall 1 14. The capacitor wall 1 14 is also attached to the evaporator bottom 108 as the capacitor bottom 106. In particular, the dimensioning of the capacitor base 106 in the area forming the interface to the evaporator base 108 is such that the capacitor base in the embodiment shown in FIG. 1 is completely surrounded by the capacitor space wall 14. This means that the condenser space, as shown in FIG. 1, extends to the evaporator bottom, and that the evaporator space at the same time extends very far upwards, typically almost through almost the entire condenser space 104. This "entangled" or interlocking arrangement of condenser and evaporator, which is characterized in that the condenser bottom is connected to the evaporator bottom, provides a particularly high heat pump efficiency and therefore allows a particularly compact design of a heat pump. The order of magnitude of the dimensioning of the heat pump, for example, in a cylindrical shape so that the condenser wall 1 14 is a cylinder with a diameter between 30 and 90 cm and a height between 40 and 100 cm. However, the dimensioning can be selected according to the required performance class of the heat pump, but preferably takes place in the dimensions mentioned. Thus, a very compact design is achieved, which is also easy and inexpensive to produce, because the number of interfaces, especially for the almost vacuum evaporator space can be easily reduced if the evaporator bottom is carried out in accordance with preferred embodiments of the present invention, that it includes all fluid supply and discharge lines and thus no liquid supply and discharge lines from the side or from above are necessary.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Betriebsrichtung der Wärmepumpe so ist, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Dies bedeutet, dass der Verdampferboden im Betrieb den unteren Abschnitt der Wärmepumpe definiert, jedoch abgesehen von Verbindungsleitungen mit anderen Wärmepumpen oder zu entsprechenden Pumpeneinheiten. Dies bedeutet, dass im Betrieb der im Verdampferraum erzeugte Dampf nach oben steigt und durch den Motor umgelenkt wird und von oben nach unten in den Kondensatorraum eingespeist wird, und dass die Kondensatorflüssigkeit von unten nach oben geführt wird, und dann von oben in den Kondensatorraum zugeführt wird und dann im Kondensatorraum von oben nach unten fließt, wie beispielsweise durch einzelne Tröpfchen oder durch kleine Flüssigkeitsströme, um mit dem vorzugsweise quer zugeführten komprimierten Dampf zu Zwecken einer Kondensation zu reagieren. Diese ineinander "verschränkte" Anordnung, dahin gehend, dass der Verdampfer fast vollständig oder sogar vollständig innerhalb des Kondensators angeordnet ist, ermöglicht eine sehr effiziente Ausführung der Wärmepumpe mit optimaler Platzausnutzung. Nachdem der Kondensatorraum sich bis zum Verdampferboden hin erstreckt, ist der Kondensatorraum innerhalb der gesamten "Höhe" der Wärmepumpe oder zumindest innerhalb eines wesentlichen Abschnitts der Wärmepumpe ausgebildet. Gleichzeitig ist jedoch auch der Verdampferraum so groß als möglich, weil er sich ebenfalls nahezu fast über die ge- samte Höhe der Wärmepumpe erstreckt. Durch die ineinander verschränkte Anordnung im Gegensatz zu einer Anordnung, bei der der Verdampfer unterhalb des Kondensators angeordnet ist, wird der Raum optimal genutzt. Dies ermöglicht zum einen einen besonders effizienten Betrieb der Wärmepumpe und zum anderen einen besonders platzspa- renden und kompakten Aufbau, weil sowohl der Verdampfer als auch der Verflüssiger sich über die gesamte Höhe erstrecken. Damit geht zwar die "Dicke" des Verdampferraums und auch des Verflüssigerraums zurück. Es wurde jedoch herausgefunden, dass die Reduktion der "Dicke" des Verdampferraums, der sich innerhalb des Kondensators verjüngt, unproblematisch ist, weil die Hauptverdampfung im unteren Bereich stattfindet, wo der Verdampferraum nahezu das gesamte Volumen, das zur Verfügung steht, ausfüllt. Andererseits ist die Reduktion der Dicke des Kondensatorraums besonders im unteren Bereich, also dort wo der Verdampferraum nahezu den gesamten zur Verfügung stehenden Bereich ausfüllt, unkritisch, weil die Hauptkondensation oben stattfindet, also dort, wo der Verdampferraum bereits relativ dünn ist und damit ausreichend Platz für den Kondensa- torraum zurücklässt. Die ineinander verschränkte Anordnung ist somit optimal dahin gehend, dass jedem Funktionsraum dort das große Volumen gegeben wird, wo dieser Funktionsraum das große Volumen auch benötigt. Der Verdampferraum hat unten das große Volumen, während der Kondensatorraum oben das große Volumen hat. Dennoch trägt auch das entsprechende kleine Volumen, das für den jeweiligen Funktionsraum dort ver- bleibt, wo der andere Funktionsraum das große Volumen hat, zu einer Effizienzsteigerung bei im Vergleich zu einer Wärmepumpe, bei der die beiden Funktionselemente übereinander angeordnet sind, wie es z.B. in der WO 2014072239 A1 der Fall ist. It should also be noted that the operating direction of the heat pump is as shown in FIG. This means that the evaporator bottom defines in operation the lower portion of the heat pump, but apart from connecting lines with other heat pumps or to corresponding pump units. This means that in operation, the steam generated in the evaporator chamber rises and is deflected by the motor and is fed from top to bottom in the condenser space, and that the condenser liquid is guided from bottom to top, and then fed from above into the condenser space and then flows in the condenser space from top to bottom, such as by individual droplets or by small liquid streams, to react with the preferably cross-fed compressed steam for purposes of condensation. This intertwined arrangement, in that the evaporator is located almost completely or even completely within the condenser, allows for a very efficient heat pump design with optimum space utilization. After the condenser space extends to the evaporator bottom, the condenser space is formed within the entire "height" of the heat pump or at least within a substantial portion of the heat pump. At the same time, however, the evaporation chamber is as large as possible because it is also almost almost velvet height of the heat pump extends. By interlocking arrangement in contrast to an arrangement in which the evaporator is arranged below the condenser, the space is used optimally. This allows for a particularly efficient operation of the heat pump and on the other hand a particularly space-saving and compact design, because both the evaporator and the condenser extend over the entire height. Although this is the "thickness" of the evaporator chamber and the condenser space back. However, it has been found that the reduction of the "thickness" of the evaporator space, which tapers within the condenser, is straightforward, because the main evaporation takes place in the lower area, where the evaporator space fills up almost all of the available volume. On the other hand, the reduction of the thickness of the condenser space, especially in the lower area, ie where the evaporator space fills almost the entire available area, uncritical, because the main condensation takes place above, ie where the evaporator chamber is already relatively thin and thus sufficient space for leaves the condenser space. The interlocking arrangement is thus optimal in that each functional space there is given the large volume, where this functional space also requires the large volume. The evaporator compartment has the large volume below while the condenser compartment has the large volume at the top. Nevertheless, the corresponding small volume, which remains there for the respective functional space where the other functional space has the large volume, also contributes to an increase in efficiency compared with a heat pump in which the two functional elements are arranged one above the other, as is shown in FIG WO 2014072239 A1 is the case.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Kompressor derart an der Oberseite des Kondensatorraums angeordnet, dass der komprimierte Dampf durch den Kompressor einerseits umgelenkt und gleichzeitig in einen Randspalt des Kondensatorraums eingespeist wird. Damit wird eine Kondensation mit besonders hoher Effizienz erreicht, weil eine Querstromrichtung des Dampfes zu einer herabfließenden Kondensationsflüssigkeit erreicht wird. Diese Kondensation mit Querströmung ist besonders im oberen Bereich, wo der Verdampferraum groß ist, wirksam und benötigt im unteren Bereich, wo der Kondensatorraum zugunsten des Verdampferraums klein ist, keinen besonders großen Bereich mehr, um dennoch eine Kondensation von bis zu diesem Bereich vorgedrungenen Dampfpartikeln zu erlauben. Ein Verdampferboden, der mit dem Kondensatorboden verbunden ist, ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er den Kondensator-Zu- und Ablauf und den Verdampfer-Zu- und Ab- lauf in sich aufnimmt, wobei zusätzlich noch bestimmte Durchführungen für Sensoren in den Verdampfer bzw. in den Kondensator vorhanden sein können. Damit wird erreicht, dass keine Durchführungen von Leitungen für den Kondensator-Zu- und Ablauf durch den nahezu unter Vakuum stehenden Verdampfer nötig sind. Dadurch wird die die gesamte Wärmepumpe weniger fehleranfällig, weil jede Durchführung durch den Verdampfer eine Möglichkeit für ein Leck darstellen würde. Dazu ist der Kondensatorboden an den Stellen, an denen die Kondensator-Zu- und Abläufe sind, mit einer jeweiligen Aussparung versehen, dahin gehend, dass in dem Verdampferraum, der durch den Kondensatorboden definiert wird, keine Kondensator-Zu/Abführungen verlaufen. In preferred embodiments, the compressor is arranged at the top of the condenser space such that the compressed steam is deflected by the compressor on the one hand and at the same time fed into an edge gap of the condenser space. Thus, a condensation is achieved with a particularly high efficiency, because a cross-flow direction of the steam is achieved to a downflowing condensation liquid. This cross-flow condensation is particularly effective in the upper area where the evaporator space is large, and does not require a particularly large area in the lower area where the condenser space is small in favor of the evaporator space, yet still allows condensation of vapor particles penetrated up to this area allow. An evaporator bottom, which is connected to the condenser bottom, is preferably designed such that it controls the condenser inlet and outlet and the evaporator inlet and outlet. run in addition, although in addition still certain bushings for sensors in the evaporator or in the condenser may be present. This ensures that no feedthroughs of lines for the condenser inlet and outlet are required by the near-vacuum evaporator. This will make the entire heat pump less prone to failure because any passage through the evaporator would be a potential leak. For this purpose, the condenser bottom is at the points where the condenser feeds and outlets are provided with a respective recess, going to the extent that in the evaporator space, which is defined by the condenser bottom, no capacitor to / discharges.
Der Kondensatorraum wird durch eine Kondensatorwand begrenzt, die ebenfalls an dem Verdampferboden anbringbar ist. Der Verdampferboden hat somit eine Schnittstelle sowohl für die Kondensatorwand als auch den Kondensatorboden und hat zusätzlich sämtliche Flüssigkeits-Zuführungen sowohl für den Verdampfer als auch den Verflüssiger. The condenser space is limited by a condenser wall, which is also attachable to the evaporator bottom. The evaporator bottom thus has an interface for both the condenser wall and the condenser bottom and additionally has all liquid feeds for both the evaporator and the condenser.
Bei bestimmten Ausführungen ist der Verdampferboden ausgebildet, um Anschlussstutzen für die einzelnen Zuführungen zu haben, die einen Querschnitt haben, der sich von einem Querschnitt der Öffnung auf der anderen Seite des Verdampferbodens unterscheidet. Die Form der einzelnen Anschlussstutzen ist dann so ausgebildet, dass sich die Form bzw. Querschnittsform über der Länge des Anschlussstutzens verändert, jedoch der Rohrdurchmesser, der für die Strömungsgeschwindigkeit eine Rolle spielt, in einer Toleranz von ± 10 % nahezu gleich ist. Damit wird verhindert, dass durch den Anschlussstutzen fließendes Wasser zu kavitieren beginnt. Damit wird aufgrund der guten durch die Formung der Anschlussstutzen erhaltenen Strömungsverhältnisse sichergestellt, dass die entsprechenden Rohre/Leitungen so kurz wie möglich gemacht werden können, was wiederum zu einer kompakten Bauform der gesamten Wärmepumpe beiträgt. In certain embodiments, the evaporator bottom is configured to have spigots for the individual feeders that have a cross section that is different from a cross section of the opening on the other side of the evaporator bottom. The shape of the individual connecting pieces is then designed so that the shape or cross-sectional shape changes over the length of the connecting piece, but the pipe diameter, which plays a role for the flow velocity, is almost equal within a tolerance of ± 10%. This prevents water flowing through the connection pipe from cavitating. This ensures due to the good obtained by the formation of the connecting pieces flow conditions that the corresponding pipes / lines can be made as short as possible, which in turn contributes to a compact design of the entire heat pump.
Bei einer speziellen Implementierung des Verdampferbodens wird der Kondensatorzulauf nahezu in Form einer "Brille" in einen zwei- oder mehrteiligen Strom aufgeteilt. Damit ist es möglich, die Kondensatorflüssigkeit im Kondensator an seinem oberen Abschnitt an zwei oder mehreren Punkten gleichzeitig einzuspeisen. Damit wird eine starke und gleichzeitig besonders gleichmäßige Kondensatorströmung von oben nach unten erreicht, die es ermöglicht, dass eine hocheffiziente Kondensation des ebenfalls von oben in den Kondensator eingeführten Dampfes erreicht wird. Eine weitere kleiner dimensionierte Zuführung im Verdampferboden für Kondensatorwasser kann ebenfalls vorgesehen sein, um damit einen Schlauch zu verbinden, der dem Kompressormotor der Wärmepumpe Kühlflüssigkeit zuführt, wobei zur Kühlung nicht die kalte, dem Verdampfer zugeführte Flüssigkeit verwendet wird, sondern die wärmere, dem Kondensator zugeführte Flüssigkeit, die jedoch immer noch bei typischen Betriebssituationen kühl genug ist, um den Motor der Wärmepumpe zu kühlen. In a specific implementation of the evaporator bottom of the condenser feed is almost divided in the form of a "glasses" in a two- or multi-part flow. Thus, it is possible to simultaneously feed the capacitor liquid in the condenser at its upper portion at two or more points. Thus, a strong and at the same time particularly uniform condenser flow is achieved from top to bottom, which makes it possible that a highly efficient condensation of the steam also introduced from above into the condenser is achieved. Another smaller dimensioned feed in the evaporator bottom for condenser water may also be provided to connect a hose which supplies cooling fluid to the compressor motor of the heat pump, not the cold, the liquid supplied to the evaporator is used for cooling, but the warmer, the condenser supplied Liquid, which is still cool enough in typical operating situations to cool the heat pump motor.
Der Verdampferboden zeichnet sich dadurch aus, dass er eine Kombinationsfunktionalität hat. Zum einen stellt er sicher, dass keine Kondensatorzuleitungen durch den unter sehr geringem Druck stehenden Verdampfer hindurchgeführt werden müssen. Andererseits stellt er eine Schnittstelle nach außen dar, die vorzugsweise eine kreisrunde Form hat, da bei einer kreisrunden Form möglichst viel Verdampferfläche verbleibt. Alle Zu- und Ableitungen führen durch den einen Verdampferboden und laufen von dort in entweder den Verdampferraum oder den Kondensatorraum. Insbesondere eine Herstellung des Ver- dampferbodens aus Kunststoffspritzguss ist besonders vorteilhaft, weil die vorteilhaften relativ komplizierten Formgebungen der Zu/Ablaufstutzen in Kunststoffspritzguss ohne weiteres und preisgünstig ausgeführt werden können. Andererseits ist es aufgrund der Ausführung des Verdampferbodens als gut zugängliches Werkstück ohne weiteres möglich, den Verdampferboden mit ausreichender struktureller Stabilität herzustellen, damit er insbesondere dem niedrigen Verdampferdruck ohne weiteres standhalten kann. The evaporator bottom is characterized by the fact that it has a combination functionality. On the one hand, it ensures that no capacitor feed lines have to be passed through the evaporator, which is under very low pressure. On the other hand, it represents an interface to the outside, which preferably has a circular shape, as in a circular shape as much evaporator surface remains. All inlets and outlets pass through one evaporator base and from there into either the evaporator space or the condenser space. In particular, a production of the evaporator floor of plastic injection molding is particularly advantageous because the advantageous relatively complicated shapes of the inlet / outlet nozzles in plastic injection molding can be carried out easily and inexpensively. On the other hand, it is due to the execution of the evaporator bottom as easily accessible workpiece readily possible to produce the evaporator bottom with sufficient structural stability, so that he can withstand the low evaporator pressure in particular without further ado.
In der vorliegenden Anmeldung betreffen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente, wobei nicht alle Bezugszeichen in allen Zeichnungen, sofern sie sich wiederholen, erneut dargelegt werden. In the present application, like reference numerals refer to like or equivalent elements, and not all reference numerals are repeated in all drawings as they repeat themselves.
Fig. 2 zeigt eine Wärmepumpe gemäß der vorliegenden Erfindung, die entweder, was bevorzugt wird, in Verbindung mit der bezüglich der Fig. 1 beschriebenen verschränkten Anordnung implementiert wird, die jedoch alternativ in einer anderen als der verschränkten Anordnung implementiert werden kann, wie sie schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Die Wärmepumpe umfasst einen Verdampfer 90 zum Verdampfen von Arbeitsflüssigkeit. Darüber hinaus umfasst die Wärmepumpe einen Kondensierer bzw. Verflüssiger 1 14 zum Kondensieren von verdampfter und komprimierter Arbeitsflüssigkeit. Fig. 2 shows a heat pump according to the present invention, which is either implemented as preferred in connection with the entangled arrangement described with reference to Fig. 1, but which alternatively can be implemented in a configuration other than the entangled arrangement, as schematically is shown in Fig. 2. The heat pump comprises an evaporator 90 for evaporating working fluid. In addition, the heat pump comprises a condenser or condenser 1 14 for condensing vaporized and compressed working fluid.
Die Wärmepumpe umfasst ferner einen Verdichtermotor mit Radialrad 1 10, 304, der mit einem Saugmund 92 gekoppelt ist, um einen in dem Verdampfer 90 verdampften Arbeitsdampf durch den Saugmund zu fördern. Darüber hinaus umfasst die Wärmepumpe einen Leitraum 302, der angeordnet ist, um einen von dem Radialrad geförderten Arbeitsdampf in den Kondensierer 1 14 zu leiten. Der im Verdampfer 90 verdampfte Arbeitsdampf ist bei 314 schematisch angedeutet, und der in den Leitraum geförderte Arbeitsdampf 1 12, der im Kondensierer 1 14 verdichtet ankommt, ist schematisch bei 1 12 dargestellt. The heat pump further includes a radial impeller type compressor 110, 304 coupled to a suction mouth 92 for conveying working vapor vaporized in the evaporator 90 through the suction mouth. In addition, the heat pump includes a Conduction space 302, which is arranged to guide a working steam conveyed by the radial wheel in the condenser 1 14. The working vapor evaporated in the evaporator 90 is schematically indicated at 314, and the working steam 1 12 conveyed in the lead space, which arrives compressed in the condenser 1 14, is shown schematically at 1 12.
Erfindungsgemäß umfasst die Wärmepumpe eine Kühlungsvorrichtung 420, die ausgebildet ist, um den Leitraum 302 oder den Saugmund 92 oder den Leitraum 302 und den Saugmund 92 mit einer Flüssigkeit zu kühlen. Zu diesem Zweck umfasst die Kühlungsvorrichtung 420 eine Flüssigkeitsleitung 421 zum Saugmund 92 und/oder eine Flüssigkeits- leitung 422 zum Leitraum 302. Alternativ kann auch nur eine einzige Flüssigkeitsleitung vorhanden sein, um den Leitraum und den Saugmund z. B. sequenziell nacheinander mit Kühlflüssigkeit zu versorgen. Die Kühlungsvorrichtung ist ferner ausgebildet, um auf eine Außenseite des Leitraums 302 oder des Saugmunds 92 die Flüssigkeit vorzugsweise über Leitungen 421 , 422 oder sequenziell über eine Leitung zu leiten, wobei die Außen- seite nicht mit dem Arbeitsdampf 314, 1 12 in Berührung ist, während die Innenseite des Leitraums 302 oder des Saugmunds 92 in Berührung mit diesem Arbeitsdampf 314 bzw. 1 12 ist. According to the invention, the heat pump comprises a cooling device 420 which is designed to cool the guide space 302 or the suction mouth 92 or the guide space 302 and the suction mouth 92 with a liquid. For this purpose, the cooling device 420 comprises a liquid line 421 to the suction mouth 92 and / or a liquid line 422 to the Leitraum 302. Alternatively, only a single liquid line may be present to the Leitraum and the suction mouth z. B. sequentially to provide sequentially with cooling liquid. The cooling device is further configured to direct the liquid onto an outer side of the conduction space 302 or the suction mouth 92, preferably via lines 421, 422 or sequentially via a line, the outer side being not in contact with the working vapor 314, 11. while the inside of the Leitraums 302 or the suction mouth 92 is in contact with this working steam 314 and 1 12.
Vorzugsweise wird als Arbeitsflüssigkeit Wasser eingesetzt, und insbesondere Konden- siererwasser, also Arbeitsflüssigkeit, die gleich der Arbeitsflüssigkeit der Wärmepumpe ist. Der Dampf der Flüssigkeit ist also derselbe Dampf wie der Arbeitsmitteldampf 314, 1 12, so dass ein offenes Konzept erhalten wird. Alternativ kann jedoch auch ein geschlossenes Konzept mit Kühlflüssigkeit eingesetzt werden, dahin gehend, dass die Kühlflüssigkeit von der Arbeitsflüssigkeit getrennt behandelt wird. Dann würde die Kühlungs- Vorrichtung 420 ausgebildet sein, um ebenfalls einen Rücklauf der Kühlflüssigkeit zu haben, wobei ferner die zurückgelaufene erwärmte Kühlflüssigkeit separat zu kühlen ist, um dann eine gekühlte Kühlflüssigkeit wieder dem Leitraum bzw. dem Saugmund zuzuführen. Es wird allerdings aufgrund der Einfachheit der Konstruktion eine offene Leitraum/Saugmund-Kühlung bevorzugt. Preferably, water is used as working fluid, and in particular condenser water, ie working fluid which is equal to the working fluid of the heat pump. The vapor of the liquid is thus the same vapor as the working medium vapor 314, 12, so that an open concept is obtained. Alternatively, however, a closed concept with cooling liquid can be used, to the effect that the cooling liquid is treated separately from the working liquid. Then, the cooling device 420 would be formed to also have a return of the cooling liquid, wherein furthermore the back-heated heated cooling liquid is to be cooled separately, and then to supply a cooled cooling liquid back to the Leitraum or the suction mouth. However, because of the simplicity of the construction, it is preferred to have open duct / suction mouth cooling.
Fig. 3 zeigt eine Wärmepumpe mit einem Kondensierer mit einem Kondensierergehäuse 1 14, der einen Kondensiererraum 104 umfasst. Ferner ist der Verdichtermotor angebracht, welcher durch den Stator 308 schematisch in Fig. 4 dargestellt ist. Dieser Verdich- termotor ist auf in Fig. 3 nicht gezeigte Art und Weise an dem Kondensierergehäuse 1 14 angebracht und umfasst den Stator und einen Rotor 306, wobei der Rotor 306 eine Mo- torwelle aufweist, an der ein Radialrad 304 angebracht, das sich in eine Verdampferzone hinein erstreckt. Ferner umfasst die Wärmepumpe einen Leitraum 302, der ausgebildet ist, um durch das Radialrad verdichteten Dampf aufzunehmen und in den Kondensierer zu leiten, wie es bei 1 12 schematisch dargestellt ist. FIG. 3 shows a heat pump with a condenser with a condenser housing 1 14, which comprises a condenser space 104. Furthermore, the compressor motor is mounted, which is schematically represented by the stator 308 in FIG. 4. This compressor motor is attached to the condenser housing 1 14 in a manner not shown in FIG. 3, and includes the stator and a rotor 306, the rotor 306 having a motor. torwelle on which a radial impeller 304 is mounted, which extends into an evaporator zone. Furthermore, the heat pump comprises a guide space 302, which is designed to receive vapor condensed by the radial wheel and to guide it into the condenser, as shown diagrammatically in FIG.
Ferner umfasst der Motor ein Motorgehäuse 300, das den Verdichtermotor umgibt und vorzugsweise ausgebildet ist, um einen Druck zu halten, der wenigstens gleich dem Druck in dem Kondensierer ist. Alternativ ist das Motorgehäuse ausgebildet, um einen Druck zu halten, der höher als ein mittlerer Druck aus dem Verdampfer und dem Kondensierer ist, oder der höher als der Druck in dem weiteren Spalt 313 zwischen dem Radialrad und dem Leitraum 302 ist, oder der größer oder gleich dem Druck in dem Kondensierer ist. Das Motorgehäuse ist also derart ausgebildet, damit ein Druckabfall vom Motorgehäuse entlang der Motorwelle in Richtung des Leitraums stattfindet, durch den Arbeitsdampf durch den Motorspalt und den weiteren Spalt an der Motorwelle vorbeigezogen wird, um die Welle zu kühlen. Further, the engine includes a motor housing 300 surrounding the compressor motor and preferably configured to maintain a pressure at least equal to the pressure in the condenser. Alternatively, the motor housing is configured to hold a pressure higher than a mean pressure from the evaporator and the condenser, or higher than the pressure in the other gap 313 between the radial wheel and the guide space 302, or larger is equal to the pressure in the condenser. The motor housing is thus designed so that a pressure drop from the motor housing along the motor shaft takes place in the direction of the Leitraums, is drawn by the working steam through the motor gap and the other gap on the motor shaft to cool the shaft.
Dieses Gebiet in dem Motorgehäuse mit dem nötigen Druck ist in Fig. 3 bei 312 dargestellt. Außerdem ist eine Dampfzuführung 310 ausgebildet, um Dampf in dem Motorgehäuse 300 zu einem Motorspalt 31 1 zuzuführen, der zwischen dem Stator 308 und der Welle 306 vorhanden ist. Ferner umfasst der Motor einen weiteren Spalt 313, der sich von dem Motorspalt 31 1 entlang des Radialrads zu dem Leitraum 302 erstreckt. This area in the motor housing with the necessary pressure is shown at 312 in FIG. In addition, a steam supply 310 is formed to supply steam in the motor housing 300 to a motor gap 31 1 provided between the stator 308 and the shaft 306. Furthermore, the motor comprises a further gap 313, which extends from the motor gap 31 1 along the radial wheel to the guide space 302.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung herrscht im Kondensierer ein relativ großer Druck p3. Dagegen herrscht im Leitweg oder Leitraum 302 ein mittlerer Druck p2. Der kleinste Druck herrscht, abgesehen vom Verdampfer, hinter dem Radialrad, und zwar dort, wo das Radialrad an der Motorwelle befestigt ist, also in dem weiteren Spalt 313. In dem Motorgehäuse 300 existiert ein Druck p4, der entweder gleich dem Druck p3 oder größer als der Druck p3 ist. Dadurch existiert ein Druckgefälle vom Motorgehäuse zu dem Ende des weiteren Spalts. Dieses Druckgefälle führt dazu, dass eine Dampfströmung durch die Dampf- Zuführung hindurch in den Motorspalt und den weiteren Spalt bis in den Leitweg 302 stattfindet. Diese Dampf Strömung nimmt Arbeitsdampf aus dem Motorgehäuse an der Motorwelle vorbei in den Kondensierer. Diese Dampfströmung sorgt für die konvektive Wellenkühlung der Motorwelle durch den Motorspalt 31 1 und den weiteren Spalt 313, der sich an den Motorspalt 31 1 anschließt. Das Radialrad saugt also Dampf nach unten heraus, an der Welle des Motors vorbei. Dieser Dampf wird über die Dampfzuführung, die typischer- weise als spezielle ausgeführte Bohrungen implementiert sind, in den Motorspalt hinein gezogen. In the arrangement according to the invention, there is a relatively large pressure p 3 in the condenser. In contrast, there is an average pressure p 2 in the route or conduction space 302. The lowest pressure prevails, apart from the evaporator, downstream of the radial impeller, namely where the radial impeller is fixed to the motor shaft, that in said further gap 313. In the motor housing 300, a pressure p 4, which is either equal to the pressure p 3 exists or greater than the pressure p 3 . As a result, there is a pressure gradient from the motor housing to the end of the further gap. This pressure gradient causes a vapor flow through the steam supply into the motor gap and the other gap up to the route 302 takes place. This vapor flow takes working steam from the motor housing past the motor shaft into the condenser. This steam flow ensures the convective wave cooling of the motor shaft through the motor gap 31 1 and the further gap 313, which adjoins the motor gap 31 1. The radial wheel so sucks steam down, past the shaft of the engine. This steam is supplied via the steam feed, which is typically are implemented as special executed holes drilled in the engine gap.
Es sei an dieser Stelle generell darauf hingewiesen, dass die beiden Aspekte konvektive Wellenkühlung einerseits und Motorkühlung andererseits auch separat voneinander eingesetzt werden. So führt eine Motorkühlung ohne eine spezielle separate konvektive Wellenkühlung bereits zu einer erheblich erhöhten Betriebssicherheit. Darüber hinaus führt auch eine konvektive Motorwellenkühlung ohne die zusätzliche Motorkühlung zu einer erhöhten Betriebssicherheit der Wärmepumpe. Die beiden Aspekte können jedoch, wie es nachfolgend in Fig. 3 dargestellt ist, besonders günstig miteinander verbunden werden, um mit einer besonders vorteilhaften Konstruktion des Motorgehäuses und des Verdichte rmotors sowohl die konvektive Wellenkühlung als auch die Motorkühlung zu implementieren, welche zusätzlich noch bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel jeweils oder gemeinsam durch eine spezielle Kugellagerkühlung ergänzt werden können. It should be noted at this point in general that the two aspects of convective wave cooling on the one hand and engine cooling on the other hand also be used separately. For example, engine cooling without a special separate convective shaft cooling system already leads to significantly increased operational safety. In addition, a convective motor shaft cooling without the additional engine cooling leads to increased reliability of the heat pump. However, the two aspects can, as it is shown in Fig. 3, are particularly low interconnected to implement with a particularly advantageous construction of the motor housing and the compressor rmotors both the convective wave cooling and the engine cooling, which additionally in a Another preferred embodiment can be supplemented in each case or together by a special ball bearing cooling.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit kombinierter Verwendung von konvektiver Wellenkühlung und Motorkühlung, wobei bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel die Verdampferzone bei 102 gezeigt ist. Die Verdampferzone wird von der Kondensiererzone, also von dem Kondensiererbereich 104 durch den Kondensiererboden 106 getrennt. Ar- beitsdampf, der schematisch bei 314 dargestellt ist, wird durch das sich drehende schematisch und im Schnitt dargestellte Radialrad 304 angesaugt und in den Leitweg 302 hinein„gepressf . Der Leitweg 302 ist bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass sich sein Querschnitt nach außen hin leicht vergrößert, so dass die im Arbeitsdampf noch befindliche kinetische Energie in Druck umgewandelt werden kann, ohne dass sich die Strömung von der Wandung ablöst und durch Verwirbelungen Verluste entstehen. Durch das radiale Strömen nach außen vergrößert sich der Strömungsquerschnitt ständig solange der Radius schneller wächst als das Ober- und Unterteil vorn Leitraum aufeinander zukommen. Damit findet eine weitere Dampfkompression statt. Die erste„Stufe" der Dampfkompression findet bereits durch die Drehung des Radialrads und das„Ansaugen" des Dampfs durch das Radialrad statt. Dann jedoch, wenn das Radialrad den Dampf in den Eingang des Leitwegs einspeist, also dort, wo das Radialrad betrachtet nach oben„aufhört", stößt der bereits vorkomprimierte Dampf gewissermaßen auf einen Dampfstau. Dies führt zu einer weiteren Dampfkompression, so dass schließlich der komprimierte und damit erwärmte Dampf 1 12 in den Kondensierer strömt. Fig. 3 zeigt ferner die Dampfzuführungsöffnungen 320, die in einer schematisch dargestellten Motorwand 309 in Fig. 3 ausgeführt sind. Diese Motorwand 309 hat bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel Bohrungen für die Dampfzuführungsöffnungen 320 im oberen Bereich, wobei diese Bohrungen jedoch an beliebigen Stellen ausgeführt sein können, an denen Dampf in den Motorspalt 31 1 und damit auch in den weiteren Motorspalt 313 eindringen kann. Die dadurch verursachte Dampfströmung 310 führt zu dem gewünschten Effekt der konvektiven Wellenkühlung. FIG. 3 shows an embodiment with combined use of convective wave cooling and engine cooling, wherein in the embodiment shown in FIG. 3, the evaporator zone is shown at 102. The evaporator zone is separated from the condenser zone, ie from the condenser region 104 by the condenser base 106. Work steam, shown schematically at 314, is drawn in through the rotating, schematically and sectioned radial impeller 304 and pressed into the passageway 302. The route 302 is formed in the embodiment shown in FIG. 3 so that its cross-section slightly increases outwardly, so that the kinetic energy still present in the working steam can be converted into pressure without the flow separating from the wall and caused by turbulence losses. Due to the radial outward flow, the flow cross-section constantly increases as long as the radius grows faster than the upper and lower part of Leitraum come towards each other. Thus, a further vapor compression takes place. The first "stage" of vapor compression already takes place through the rotation of the radial wheel and the "suction" of the vapor through the radial wheel. But then, when the radial wheel feeds the steam into the entrance of the route, that is, where the radial wheel is "ceasing", the already precompressed steam effectively encounters a stagnation of steam, leading to further vapor compression, eventually the compressed one and thus heated steam 1 12 flows into the condenser. FIG. 3 further shows the steam supply openings 320, which are embodied in a schematically illustrated motor wall 309 in FIG. 3. In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, this motor wall 309 has bores for the steam supply openings 320 in the upper region, but these bores can be made at any point where steam can penetrate into the motor gap 31 1 and thus into the further motor gap 313 , The resulting vapor flow 310 results in the desired effect of convective wave cooling.
Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst ferner zur Implementierung der Mo- torkühlung einen Arbeitsmittelzulauf 330, der ausgebildet ist, um flüssiges Arbeitsmittel aus dem Kondensierer zur Motorkühlung an die Motorwand zu führen. Ferner ist das Motorgehäuse ausgebildet, um in dem Betrieb der Wärmepumpe einen maximalen Flüssigkeitspegel 322 an flüssigem Arbeitsmittel zu halten. Darüber hinaus ist das Motorgehäuse 300 ebenfalls ausgebildet, um oberhalb des maximalen Pegels einen Dampfraum 323 zu bilden. Ferner hat das Motorgehäuse Vorkehrungen, um flüssiges Arbeitsmittel oberhalb des maximalen Pegels in den Kondensierer 104 zu leiten. Diese Ausführung wird bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen z. B. flach ausgeführten kanalförmi- gen Überlauf 324 ausgebildet, der die Dampfabführung bildet und irgendwo in der oberen Kondensiererwand angeordnet ist und eine Länge hat, die den maximalen Pegel 322 de- finiert. Wird durch die Kondensiererflüssigkeitszuführung 330 zu viel Arbeitsflüssigkeit in das Motorgehäuse, also den Flüssigkeitsbereich 328 eingeführt, so läuft das flüssige Arbeitsmittel durch den Überlauf 324 hindurch in das Kondensierervolumen. Darüber hinaus stellt der Überlauf auch bei der in Fig. 3 gezeigten passiven Anordnung, die z.B. auch alternativ ein Röhrchen mit einer entsprechenden Länge sein kann, einen Druckausgleich zwischen dem Motorgehäuse und insbesondere dem Dampfraum 323 des Motorgehäuses und dem Kondensierer-Innenraum 104 her. Damit ist der Druck im Dampfraum 323 des Motorgehäuses immer nahezu gleich oder höchstens aufgrund eines Druckverlusts entlang des Überlaufs etwas höher als der Druck im Kondensierer. Damit wird der Siedepunkt der Flüssigkeit 328 im Motorgehäuse ähnlich dem Siedepunkt im Kondensiererge- häuse sein. Dadurch führt eine Erwärmung der Motorwand 309 aufgrund einer im Motor erzeugten Verlustleistung dazu, dass eine Blasensiedung in dem Flüssigkeitsvolumen 328 stattfindet, die später noch erläutert wird. The embodiment shown in FIG. 3 further comprises, for implementing the engine cooling, a working medium inlet 330 which is designed to lead liquid working medium from the condenser to the engine cooling system for engine cooling. Furthermore, the motor housing is designed to hold a maximum fluid level 322 of liquid working fluid in the operation of the heat pump. In addition, the motor housing 300 is also configured to form a vapor space 323 above the maximum level. Further, the motor housing has provisions to direct liquid working fluid above the maximum level into the condenser 104. This embodiment is in the embodiment shown in Fig. 3 by a z. Formed flat channel-shaped overflow 324, which forms the vapor discharge and is located somewhere in the upper Kondensierwand and has a length that defines the maximum level 322. If too much working fluid is introduced into the motor housing, that is to say the fluid area 328, by the condensing liquid feed 330, the liquid working fluid passes through the overflow 324 into the condenser volume. In addition, the overflow also in the passive arrangement shown in Fig. 3, e.g. Alternatively, a tube with a corresponding length may be, a pressure equalization between the motor housing and in particular the vapor space 323 of the motor housing and the condenser interior 104 ago. Thus, the pressure in the vapor space 323 of the motor housing is always nearly equal to or at most slightly higher than the pressure in the condenser due to a pressure loss along the overflow. Thus, the boiling point of liquid 328 in the motor housing will be similar to the boiling point in the condenser housing. As a result, heating of the motor wall 309 due to power loss generated in the motor causes bubble nucleate to take place in the fluid volume 328, which will be explained later.
Fig. 3 zeigt ferner diverse Abdichtungen in schematischer Form beim Bezugszeichen 326 und an ähnlichen Stellen zwischen dem Motorgehäuse und dem Kondensierergehäuse einerseits oder aber auch zwischen der Motorwand 309 und dem Kondensierergehäuse 1 14 andererseits. Diese Abdichtungen sollen symbolisieren, dass hier eine flüssigkeits- und druckdichte Verbindung sein soll. Fig. 3 also shows various seals in schematic form at 326 and at similar locations between the motor housing and the condenser housing on the one hand or between the motor wall 309 and the condenser housing 1 14 on the other hand. These seals are intended to symbolize that here a fluid and pressure-tight connection should be.
Durch das Motorgehäuse wird ein separater Raum definiert, der jedoch ein nahezu glei- ches Druckgebiet wie der Kondensator darstellt. Dies unterstützt aufgrund einer Erwärmung des Motors und der damit abgegebenen Energie an der Motorwand 309 eine Bla- sensiedung im Flüssigkeitsvolumen 328, die wiederum eine besonders effiziente Verteilung des Arbeitsmittels im Volumen 328 und damit eine besonders gute Kühlung mit einem kleinen Volumen an Kühlflüssigkeit zur Folge hat. Ferner wird sichergestellt, dass mit dem Arbeitsmittel gekühlt wird, das auf der günstigsten Temperatur, nämlich der wärmsten Temperatur in der Wärmepumpe ist. Dadurch wird sichergestellt, dass sämtliche Kondensationsprobleme, die immer an kalten Oberflächen auftreten, sowohl für die Motorwand als auch für die Motorwelle und die Bereiche im Motorspalt 31 1 und dem weiteren Spalt 313 ausgeschlossen sind. Ferner ist bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbei- spiel der für die konvektive Wellenkühlung verwendete Arbeitsmitteldampf 310 Dampf, der sonst im Dampfraum 323 des Motorgehäuses ist. Dieser Dampf hat ebenfalls wie die Flüssigkeit 328 die optimale (warme) Temperatur, Ferner wird durch den Überlauf 324 sichergestellt, dass der Druck im Bereich 323 aufgrund der Blasensiedung, die durch die Motorkühlung bzw. die Motorwand 309 bewirkt wird, nicht über den Kondensiererdruck steigen kann. Ferner wird durch die Dampfabführung die Wärmeenergie aufgrund der Motorkühlung abgeführt. Damit wird die konvektive Wellenkühlung immer gleich arbeiten. Würde nämlich der Druck zu stark ansteigen, so könnte zu viel Arbeitsmitteldampf durch den Motorspalt 31 1 und den weiteren Spalt 313 gepresst werden. Die Bohrungen 320 für die Dampfzuführung werden typischerweise in einem Array ausgebildet sein, das regelmäßig oder unregelmäßig angeordnet sein kann. Die einzelnen Bohrungen sind vom Durchmesser her nicht größer als 5 mm und können bei etwa einer minimalen Größe von 1 mm liegen. The motor housing defines a separate space, which, however, represents a nearly equal pressure area like the condenser. As a result of heating of the motor and the energy thus emitted on the motor wall 309, this assists bladder boiling in the fluid volume 328, which in turn results in a particularly efficient distribution of the working fluid in the volume 328 and thus particularly good cooling with a small volume of cooling fluid , Furthermore, it is ensured that the working medium is cooled, which is at the most favorable temperature, namely the warmest temperature in the heat pump. This ensures that all condensation problems that always occur on cold surfaces, both for the motor wall and for the motor shaft and the areas in the motor gap 31 1 and the other gap 313 are excluded. Further, in the embodiment shown in FIG. 3, the working medium vapor 310 used for the convective wave cooling is steam which is otherwise in the vapor space 323 of the motor housing. Also, like the liquid 328, this vapor has the optimum (warm) temperature. Further, the overflow 324 ensures that the pressure in the region 323 does not rise above the condenser pressure due to nucleate induced by the engine cooling or engine wall 309 can. Furthermore, the heat dissipation due to the engine cooling is dissipated by the steam discharge. Thus the convective wave cooling will always work the same. If the pressure were to increase too much, too much working medium vapor could be forced through the motor gap 31 1 and the further gap 313. The holes 320 for the steam supply will typically be formed in an array, which may be arranged regularly or irregularly. The individual holes are not larger than 5 mm in diameter and may be about a minimum size of 1 mm.
Fig. 3 zeigt ferner die Flüssigkeitsleitungen 421 bzw. 422 zum Leitraum 302 bzw. zum Saugmund 92, über den das Radialrad 304 Dampf vom Verdampfer 102 ansaugt und in den Leitraum 302 abgibt. Die schematischen Leitungen 421 , 422 sind ausgebildet, um die Flüssigkeit direkt auf die Oberfläche der entsprechenden Elemente zu führen. Wie es noch Bezug nehmend auf Fig. 10 bzw. Fig. 1 1 dargestellt wird, können diese Leitungen auch in einer einzigen Leitung implementiert sein, derart, dass eine sequenzielle Flüssig- keitsversorgung der Oberseite, des Saugmunds und der Unterseite des Leitraums 302 stattfindet. FIG. 3 further shows the liquid lines 421 and 422, respectively, to the guide space 302 and to the suction mouth 92, via which the radial wheel 304 sucks in steam from the evaporator 102 and discharges it into the guide space 302. The schematic lines 421, 422 are configured to direct the liquid directly to the surface of the respective elements. Still referring to FIG. 10 and FIG. 11, respectively, these lines may also be implemented in a single line such that a sequential liquid phase is present. keitsversorgung the top, the suction port and the bottom of the Leitraums 302 takes place.
Insbesondere können die Leitungen 422 als Kanäle, die fest ausgebildet sind oder als flexible Leitungen, wie beispielsweise Schlauchelemente implementiert sein. In particular, the conduits 422 may be implemented as channels that are solid or flexible conduits such as tubing.
Fig. 4a zeigt eine Draufsicht auf den Leitraum 302 von Fig. 3 oder auf den Leitraum 302 von Fig. 10 oder von Fig. 1 1. Insbesondere umfasst der Leitraum 302 in der Draufsicht von oben eine Öffnung 374 zur Aufnahme der Motorachse, wobei sich durch diese öff- nung 374 die Achse vom Motor in den Leitraum hinein erstreckt, um dort das Radialrad 304 zu tragen, das durch Drehung der Motorachse ebenfalls in Drehung versetzt wird. FIG. 4a shows a plan view of the guide space 302 of FIG. 3 or the guide space 302 of FIG. 10 or FIG. 1. In particular, the guide space 302 comprises a top view of an opening 374 for receiving the motor axis, wherein through this opening 374, the axle extends from the engine into the guide space, in order to carry there the radial wheel 304, which is likewise set in rotation by rotation of the motor axle.
Darüber hinaus umfasst der Leitraum einen vertieften Bereich 372, der für eine Flüssigkeitsansammlung ausgebildet ist und in Fig. 1 1 im Querschnitt dargestellt ist. Dabei ist insbesondere, zur Hersteilung des vertieften Bereichs das obere Ende des Leitraums 302, wie er beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist, mit einem nach oben stehenden Rand versehenen, so dass sich in dem vertieften Bereich, der sich über den gesamten Leitraum erstreckt, Flüssigkeit ansammeln kann und damit gewissermaßen Flüssigkeit„steht", die z. B. über eine Flüssigkeitszuleitung 422 zugeführt worden ist, die in Fig. 1 1 beispielswei- se als die Durchgangsöffnung 372 vom Motorraum ausgebildet ist, und die dann über einen Fließbereich 376 fortgesetzt wird, über den dann die Flüssigkeit in den vertieften Bereich 372 läuft. Der vertiefte Bereich hat eine Ableitungsleitung 373 bzw. einen Anschlussbereich 373, an dem dann eine schlauchartige Ableitungsleitung 378 angeschlossen ist, die ebenfalls in Fig. 1 1 gezeigt ist. In addition, the Leitraum includes a recessed area 372, which is designed for a fluid accumulation and is shown in Fig. 1 1 in cross section. In particular, in order to produce the recessed area, the upper end of the guide space 302, as shown, for example, in FIG. 3, is provided with an upstanding edge, so that in the recessed area which extends over the entire guide space, Liquid can thus accumulate and thus to some extent "stand" liquid, which has been supplied, for example, via a liquid supply line 422, which in FIG. 11 is designed, for example, as the passage opening 372 from the engine compartment and which then continues over a flow region 376 through which the liquid then passes into the recessed area 372. The recessed area has a drain line 373 and a junction area 373, respectively, to which is then connected a hose-like drain line 378, which is also shown in FIG.
Fig. 4b zeigt eine Ansicht von unten des Kombinationselements aus Saugmund 92 und Leitraum 302. Insbesondere ist die Saugmundöffnung in der Mitte von Fig. 4b gezeigt. Neben der Saugmundöffnung befindet sich der Boden 380 eines Kühlungskanals 379 (in Fig. 1 1 gezeigt), in den Kühlflüssigkeit über die Ableitungsleitung 378, die in Fig. 1 1 ge- zeigt ist, eingespeist wird. Aufgrund des Höhenunterschieds des Reservoirs im vertieften Bereich 372 fließt die Kühlflüssigkeit in dem Kühlungskanal an der Außenseite des Saugmunds 92 vorbei und ebenfalls an der unteren Außenseite des Leitraums 302. Das Ende des unteren Leitraums 381 ist gepunktet in Fig. 4b gezeigt. Dies soll verdeutlichen, dass diese Linie in der Ansicht von unten nicht zu sehen ist, weil sie durch das untere Ende 382 des Kühlungskanals verdeckt wird. Insbesondere wird zwischen der Linie 381 und der Linie 382 in Fig. 4b die Überlauf-Vorstandstrecke gebildet, die einen offenen Be- reich an Flüssigkeit darstellt, der direkt in den Dampfkanal hineinragt, und der oben von der oberen Außenseite des Leitraums 302 überdeckt wird. FIG. 4b shows a bottom view of the combination element of the suction mouth 92 and the guide space 302. In particular, the suction mouth opening is shown in the center of FIG. 4b. In addition to the suction mouth, the bottom 380 of a cooling channel 379 (shown in FIG. 11) is fed into the cooling liquid via the discharge line 378, which is shown in FIG. 11. Due to the difference in height of the reservoir in the recessed area 372, the cooling liquid in the cooling channel flows past the outside of the suction mouth 92 and also on the lower outside of the guide space 302. The end of the lower guide space 381 is shown dotted in Fig. 4b. This is to clarify that this line is not visible in the view from below, because it is covered by the lower end 382 of the cooling channel. In particular, between the line 381 and the line 382 in FIG. 4b, the overflow board section is formed, which has an open is rich in liquid, which projects directly into the steam channel, and which is covered at the top of the upper outer side of the Leitraums 302.
Am Ende des Kühlungskanals befindet sich der Vorstand 382, der so weit vorsteht, dass sich ein gewisses Niveau bildet. Über diesen Vorstand läuft dann überschüssige Arbeitsflüssigkeit einfach nach unten in den Kondensierer bzw. in das Kondensierervolumen hinein. At the end of the cooling channel is the board 382, which protrudes so far that forms a certain level. Over this board then excess working fluid just runs down into the condenser or into the condenser volume.
Es sei darauf hingewiesen, dass Fig. 4a und Fig. 4b nicht maßstäblich gezeichnet sind, sondern lediglich schematisches eine bevorzugte Ausführungsform des Leitraums 302 zeigen, wobei in dieser Anmeldung mit Leitraum je nach Erklärung der Leitraum in dem Leitraumgehäuse oder aber das Gehäuse des Leitraums selbst, also das den Dampfkanal umgebende Gehäuse gemeint ist, wie es in Fig. 4a als oberes Leitraumgehäuse und in Fig. 4b als unteres Leitraumgehäuse dargestellt ist. It should be noted that Fig. 4a and Fig. 4b are not drawn to scale, but only schematically show a preferred embodiment of the Leitraums 302, in this application with Leitraum depending on the explanation of the Leitraum in the Leitraumgehäuse or the housing of the Leitraums itself , So the housing surrounding the steam channel is meant, as shown in Fig. 4a as the upper Leitraumgehäuse and in Fig. 4b as a lower Leitraumgehäuse.
Fig. 6 zeigt einen Verflüssiger, wobei der Verflüssiger in Fig. 6 eine Dampfeinleitungszone 102 aufweist, die sich vollständig um die Kondensationszone 100 herum erstreckt. Insbesondere ist in Fig. 6 ein Teil eines Verflüssigers dargestellt, der einen Verflüssigerboden 200 aufweist. Auf dem Verflüssigerboden ist ein Verflüssigergehäuseabschnitt 202 ange- ordnet, der aufgrund der Darstellung in Fig. 6 durchsichtig gezeichnet ist, der jedoch in Natur nicht unbedingt durchsichtig sein muss, sondern z.B. aus Kunststoff, Aluminium- druckguss oder etwas Ähnlichem gebildet sein kann. Das seitliche Gehäuseteil 202 liegt auf einem Dichtungsgummi 201 auf, um eine gute Abdichtung mit dem Boden 200 zu erreichen. Ferner umfasst der Verflüssiger einen Flüssigkeitsablauf 203 sowie einen Flüs- sigkeitszulauf 204 sowie eine in dem Verflüssiger zentral angeordnete Dampfzuführung 205, die sich von unten nach oben in Fig. 6 verjüngt. Es sei darauf hingewiesen, dass Fig. 6 die eigentlich gewünschte Aufstellrichtung einer Wärmepumpe und eines Verflüssigers dieser Wärmepumpe darstellt, wobei in dieser Aufstellrichtung in Fig. 6 der Verdampfer einer Wärmepumpe unterhalb des Verflüssigers angeordnet ist. Die Kondensationszone 100 wird nach außen durch einen korbartigen Begrenzungsgegenstand 207 begrenzt, der ebenso wie das äußere Gehäuseteil 202 durchsichtig gezeichnet ist und normalerweise korbartig ausgebildet ist. FIG. 6 shows a condenser wherein the condenser in FIG. 6 has a steam introduction zone 102 which extends completely around the condensation zone 100. In particular, FIG. 6 shows a part of a condenser which has a condenser bottom 200. Disposed on the condenser bottom is a condenser housing section 202 which, as shown in Fig. 6, is transparent, but which in nature does not necessarily have to be transparent, but is e.g. can be made of plastic, die-cast aluminum or something similar. The side housing part 202 rests on a sealing rubber 201 in order to achieve a good seal with the bottom 200. Furthermore, the condenser comprises a liquid outlet 203 and a liquid inlet 204 as well as a centrally arranged in the condenser steam supply 205, which tapers from bottom to top in Fig. 6. It should be noted that FIG. 6 represents the actually desired erection direction of a heat pump and a condenser of this heat pump, wherein in this installation direction in FIG. 6 the evaporator of a heat pump is arranged below the condenser. The condensation zone 100 is bounded outwardly by a basket-like boundary object 207, which is drawn as well as the outer housing part 202 transparent and is normally formed like a basket.
Ferner ist ein Gitter 209 angeordnet, das ausgebildet ist um Füllkörper, die in Fig. 6 nicht gezeigt sind, zu tragen. Wie es aus Fig. 6 ersichtlich aus, erstreckt sich der Korb 207 lediglich bis zu einem gewissen Punkt nach unten. Der Korb 207 ist dampfdurchlässig vor- gesehen, um Füllkörper zu halten, wie beispielsweise sogenannte Pallringe. Diese Füllkörper werden in die Kondensationszone eingebracht, und zwar lediglich innerhalb des Korbs 207, jedoch nicht in der Dampfeinleitungszone 102. Die Füllkörper werden jedoch so hoch auch außerhalb des Korbs 207 eingefüllt, dass sich die Höhe der Füllkörper ent- weder bis zu der unteren Begrenzung des Korbs 207 oder etwas darüber erstreckt. Furthermore, a grid 209 is arranged, which is designed to carry fillers, which are not shown in Fig. 6, to wear. As can be seen from Fig. 6, the basket 207 extends only down to a certain point. The basket 207 is vapor permeable seen to hold packing, such as so-called Pall rings. These fillers are introduced into the condensation zone, but only within the basket 207, but not in the steam inlet zone 102. However, the filling bodies are filled so high outside the basket 207 that the height of the filling bodies reaches either the lower limit of the basket 207 or slightly beyond.
Der Verflüssiger von Fig. 6 umfasst einen Arbeitsflüssigkeitszuführer, der insbesondere durch die Arbeitsflüssigkeitszuführung 204, die, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, gewunden um die Dampfzuführung in Form einer aufsteigenden Windung angeordnet ist, durch einen Flüssigkeitstransportbereich 210 und durch ein Flüssigkeitsverteilerelement 212 gebildet wird, das vorzugsweise als Lochblech ausgebildet ist. Insbesondere ist der Arbeitsflüssigkeitszuführer also ausgebildet, um die Arbeitsflüssigkeit in die Kondensationszone zuzuführen. Darüber hinaus ist auch ein Dampfzuführer vorgesehen, der sich, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, vorzugsweise aus dem trichterförmig sich verjüngenden Zuführungsbereich 205 und dem oberen Dampfführungsbereich 213 zusammensetzt. In dem Dampfleitungsbereich 213 wird vorzugsweise ein Rad eines Radialkompressors eingesetzt und die Radialkompression führt dazu, dass durch die Zuführung 205 Dampf von unten nach oben gesaugt wird und dann aufgrund der Radialkompression durch das Radiairad bereits gewissermaßen 90 Grad nach außen umgelenkt wird, also von einer Strömung von unten nach oben zu einer Strömung von der Mitte nach außen in Fig. 6 bezüglich des Elements 213. The liquefier of FIG. 6 comprises a working fluid feeder formed by a liquid transport region 210 and a liquid distribution element 212, in particular through the working fluid supply 204, which, as shown in FIG. 6, is wound around the vapor supply in the form of an ascending coil is, which is preferably formed as a perforated plate. In particular, the working fluid feeder is thus designed to supply the working fluid into the condensation zone. Moreover, there is also provided a steam feeder which, as shown in Fig. 6, is preferably composed of the funnel-shaped tapered feeder section 205 and the upper steam guide section 213. In the steam line region 213, preferably a wheel of a radial compressor is used and the radial compression causes the supply 205 to suck vapor from the bottom to the top and then, due to the radial compression by the wheeled air, to some extent deflect 90 degrees outwards, ie from a flow from bottom to top to a flow from the center outwards in FIG. 6 with respect to the element 213.
In Fig. 6 nicht gezeigt ist ein weiterer Umlenker, der den bereits nach außen umgelenkten Dampf noch einmal um 90 Grad umlenkt, um ihn dann von oben in den Spalt 215 zu leiten, der gewissermaßen den Beginn der Dampfeinleitungszone darstellt, die sich seitlich um die Kondensationszone herum erstreckt. Der Dampfzuführer ist daher vorzugsweise ringförmig ausgebildet und mit einem ringförmigen Spalt zum Zuführen des zu kondensierenden Dampfes versehen, wobei die Arbeitsflüssigkeitszuführung innerhalb des ringför- migen Spalts ausgebildet ist. In Fig. 6, not shown, another deflector, which redirects the already deflected outward steam once again by 90 degrees, to then guide him from above into the gap 215, which is to some extent the beginning of the steam introduction zone, which laterally to the Condensation zone extends around. The steam feeder is therefore preferably ring-shaped and provided with an annular gap for supplying the vapor to be condensed, wherein the working fluid feed is formed within the annular gap.
Zur Veranschaulichung wird auf Fig. 7 verwiesen. Fig. 7 zeigt eine Ansicht des„Deckelbereichs" des Verflüssigers von Fig. 6 von unten. Insbesondere ist das Lochblech 212 von unten schematisch dargestellt, das als Flüssigkeitsverteilerelement wirkt. Der Dampfein- lassspalt 215 ist schematisch gezeichnet, und es ergibt sich aus Fig. 7, dass der Dampfeinlassspalt lediglich ringförmig ausgebildet ist, derart, dass in die Kondensationszone direkt von oben bzw. direkt von unten kein zu kondensierender Dampf eingespeist wird, sondern nur seitlich herum. Durch die Löcher des Verteilerblechs 212 fließt somit lediglich Flüssigkeit, jedoch kein Dampf. Der Dampf wird erst seitlich in die Kondensationszone „eingesaugt", und zwar aufgrund der Flüssigkeit, die durch das Lochblech 212 hindurch- getreten ist. Die Flüssigkeitsverteilerplatte kann aus Metall, Kunststoff oder einem ähnlichen Material ausgebildet sein und ist mit unterschiedlichen Lochmustern ausführbar. Ferner wird es, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, bevorzugt eine seitliche Begrenzung für aus dem Element 210 fließende Flüssigkeit vorzusehen, wobei diese seitliche Begrenzung mit 217 bezeichnet ist. Damit wird sichergestellt, dass Flüssigkeit, die aus dem Element 210 aufgrund der geschwungenen Zuführung 204 bereits mit einem Drall austritt und sich von innen nach außen auf dem Flüssigkeitsverteiler verteilt, nicht über den Rand in die Dampfeinleitungszone spritzt, sofern die Flüssigkeit nicht bereits vorher durch die Löcher der Flüssigkeitsverteilerplatte getropft und mit Dampf kondensiert ist. Fig. 5 zeigt eine komplette Wärmepumpe in Schnittdarstellung, die sowohl den Verdampferboden 108 als auch den Kondensatorboden 106 umfasst. Wie es in Fig. 5 oder auch in Fig. 1 gezeigt ist, hat der Kondensatorboden 106 einen sich verjüngenden Querschnitt von einem Zulauf für die zu verdampfende Arbeitsflüssigkeit zu einer Absaugöff- nung 1 15, die mit dem Kompressor bzw. Motor 1 10 gekoppelt ist, wo also das vorzugs- weise verwendete Radialrad des Motors den im Verdampferraum 102 erzeugten Dampf absaugt. For the sake of illustration, reference is made to FIG. 7. 6 shows a bottom view of the "lid region" of the liquefier of FIG. 6. In particular, the perforated plate 212 is shown schematically from below, which acts as a liquid distributor element The vapor inlet gap 215 is schematically drawn, and it can be seen from FIG. 7 that the steam inlet gap is formed only annular, such that in the condensation zone directly from above or directly from below no steam to be condensed is fed in, but only laterally. Through the holes of the distributor plate 212 thus only liquid flows, but no steam. The vapor is first "sucked" laterally into the condensation zone due to the liquid which has passed through the perforated plate 212. The liquid distribution plate may be made of metal, plastic or a similar material and can be embodied with different hole patterns It is preferred, as shown in Fig. 6, to provide a lateral boundary for liquid flowing out of the element 210, this lateral boundary being designated 217. This ensures that liquid emerging from the element 210 due to the curved feed 204 already exits with a twist and distributed from the inside to the outside on the liquid distributor, does not splash over the edge in the steam inlet zone, if the liquid is not already dripped through the holes of the liquid distribution plate and condensed with steam before Fig. 5 shows a complete heat pump in section, the includes both the evaporator base 108 and the capacitor bottom 106. As shown in FIG. 5 or also in FIG. 1, the condenser bottom 106 has a tapering cross-section from an inlet for the working fluid to be evaporated to a suction opening 15 which is coupled to the compressor or engine 110 Thus, where the preferably used Radialrad the engine sucks the steam generated in the evaporator chamber 102.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch die gesamte Wärmepumpe. Insbesondere ist innerhalb des Kondensatorbodens ein Tropfenabscheider 404 angeordnet. Dieser Tropfenab- scheider umfasst einzelne Schaufeln 405. Diese Schaufeln sind, damit der Tropfenabscheider an Ort und Stelle bleibt, in entsprechenden Nuten 406 eingebracht, die in Fig. 5 gezeigt sind. Diese Nuten sind in dem Kondensatorboden in einem Bereich, der zu dem Verdampferboden hin gerichtet ist, in der Innenseite des Verdampferbodens angeordnet. Darüber hinaus hat der Kondensatorboden ferner diverse Führungsmerkmale, die als Stäbchen oder Zungen ausgebildet sein können, um Schläuche zu halten, die für eine Kondensatorwasserführung beispielsweise vorgesehen sind, die also auf entsprechende Abschnitte aufgesteckt werden und die Einspeisepunkte der Kondensatorwasserzuführung ankoppeln. Diese Kondensatorwasserzuführung 402 kann je nach Implementierung so ausgebildet sein, wie es in den Fig. 6 und 7 bei den Bezugszeichen 102, 207 bis 250 gezeigt ist. Ferner hat der Kondensator vorzugsweise eine Kondensatorflüssigkeitsvertei- lungsanordnung, die zwei oder auch mehr Einspeisepunkte aufweist. Ein erster Einspei- sepunkt ist daher mit einem ersten Abschnitt eines Kondensatorzulaufs verbunden. Ein zweiter Einspeisepunkt ist mit einem zweiten Abschnitt des Kondensatorzulaufs verbunden. Sollten mehr Einspeisepunkte für die Kondensatorflüssigkeitsverteilungseinrichtung vorhanden sein, so wird der Kondensatorzulauf in weitere Abschnitte aufgeteilt sein. Fig. 5 shows a cross section through the entire heat pump. In particular, a droplet separator 404 is arranged within the condenser bottom. This eliminator comprises individual vanes 405. These vanes are placed in corresponding grooves 406 shown in FIG. 5 for the demister to remain in place. These grooves are arranged in the condenser bottom in a region directed towards the evaporator bottom in the inside of the evaporator bottom. In addition, the condenser bottom further has various guiding features, which may be formed as rods or tongues to hold hoses, which are provided for a condenser water, for example, which are thus plugged onto corresponding sections and couple the feed points of the condenser water supply. Depending on the implementation, this condenser water feed 402 may be configured as shown at reference numerals 102, 207 to 250 in FIGS. 6 and 7. Furthermore, the condenser preferably has a condenser liquid distribution arrangement which has two or more feed points. A first feed-in Therefore, sepunkt is connected to a first section of a capacitor inlet. A second feed point is connected to a second portion of the condenser inlet. Should there be more feed points for the condenser liquid distribution device, the condenser feed will be divided into further sections.
Der obere Bereich der Wärmepumpe von Fig. 5 kann somit genauso wie der obere Bereich in Fig. 6 ausgebildet sein, dahin gehend, dass die Kondensatorwasserzuführung über das Lochblech von Fig. 6 und Fig. 7 stattfindet, so dass abwärts rieselndes Kondensatorwasser 408 erhalten wird, in das der Arbeitsdampf 1 12 vorzugsweise seitlich einge- führt wird, so dass die Querstrom-Kondensation, die eine besonders hohe Effizienz erlaubt, erhalten werden kann. Wie es auch in Fig. 6 dargestellt ist, kann die Kondensationszone mit einer lediglich optionalen Füllung versehen sein, bei der der Rand 207, der auch mit 409 bezeichnet ist, frei bleibt von Füllkörpern oder ähnlichen Dingen, dahin gehend, dass der Arbeitsdampf 1 12 nicht nur oben, sondern auch unten noch seitlich in die Kondensationszone eindringen kann. Die gedachte Begrenzungslinie 410 soll das in Fig. 5 veranschaulichen. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch der gesamte Bereich des Kondensators mit einem eigenen Kondensatorboden 200 ausgebildet, der oberhalb eines Verdampferbodens angeordnet ist. Fig. 10 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Wärmepumpe und insbesondere eines Wärmepumpenabschnitts, der den„oberen" Bereich der Wärmepumpe, wie sie beispielsweise in Fig. 5 dargestellt ist, zeigt. Insbesondere entspricht der Motor M 1 10 von Fig. 5 dem Bereich, der von einer Motorwand 309 umgeben ist, die bei der Querschnittsdarstellung in Fig. 10 in dem Flüssigkeitsbereich 328 außen vorzugsweise mit Kühlrippen ausgebildet ist, um die Oberfläche der Motorwand 309 zu vergrößern. Ferner entspricht der Bereich des Motorgehäuses 300 in Fig. 4 dem entsprechenden Bereich 300 in Fig. 5. In Fig. 10 ist ferner das Radialrad 304 in einem detaillierteren Querschnitt dargestellt. Das Radialrad 304 ist an der Motorwelle 306 in einem im Querschnitt gabelförmigen Befestigungsbereich angebracht. Die Motorwelle 306 hat einen Rotor 307, der dem Stator 308 gegenüberliegt. Der Rotor 307 umfasst schematisch in Fig. 10 dargestellte Permanentmagnete. Der Motorspalt 311 erstreckt sich zwischen dem Rotor und dem Stator und mündet in dem weiteren Spalt 313, der entlang des im Querschnitt gabelförmigen Befestigungsbereichs der Welle 306 bis zum Leitraum 302 verläuft, wie es bei 346 ebenfalls dargestellt ist. Darüber hinaus ist in Fig. 10 ein Notlager 344 dargestellt, das im Normalbetrieb die Welle nicht lagert. Stattdessen wird die Welle durch den Lagerabschnitt, der bei 343 gezeigt ist, gelagert. Das Notlager 344 ist lediglich vorhanden, um im Falle eines Schadens die Welle und damit das Radialrad zu lagern, damit das sich schnell drehende Radialrad im Falle eines Schadens keinen größeren Schaden in der Wärmepumpe anrichten kann. Fig. 10 zeigt ferner verschiedene Befestigungselemente, wie Schrauben, Muttern, etc. und verschiedene Abdichtungen in Form von diversen O-Ringen. Darüber hinaus zeigt Fig. 10 ein zusätzliches Konvektionselement 342, auf das später noch Bezug nehmend auf Fig. 10 eingegangen wird. Thus, the upper portion of the heat pump of FIG. 5 may be formed the same as the upper portion of FIG. 6, such that the condenser water supply takes place via the perforated plate of FIGS. 6 and 7, so that downwardly trickling condenser water 408 is obtained into which the working steam 1 12 is preferably introduced laterally, so that the cross-flow condensation, which allows a particularly high efficiency, can be obtained. As also shown in Fig. 6, the condensation zone may be provided with only optional filling, in which the edge 207, also denoted by 409, remains free of packing or the like, in that the working vapor is 12 Not only above, but also below can still penetrate laterally into the condensation zone. The imaginary boundary line 410 is intended to illustrate that in FIG. 5. In the embodiment shown in Fig. 5, however, the entire region of the capacitor is formed with its own capacitor bottom 200, which is arranged above an evaporator bottom. Fig. 10 shows a preferred embodiment of a heat pump and in particular a heat pump section, which shows the "upper" portion of the heat pump, as shown for example in Fig. 5. In particular, the motor M 1 10 of Fig. 5 corresponds to the range 10 is surrounded by a motor wall 309 which, in the cross-sectional view in Fig. 10, is externally formed with cooling fins in the liquid region 328 to increase the surface area of the motor wall 309. Further, the region of the motor housing 300 in Fig. 4 corresponds to the corresponding region 300 in Fig. 10. The radial wheel 304 is further shown in more detail in Fig. 10. The radial wheel 304 is mounted on the motor shaft 306 in a cross-sectional bifurcated mounting region. The rotor 307 comprises permanent magnets schematically illustrated in Fig. 10. The motor gap 311 extends s I between the rotor and the stator and opens into the further gap 313, which extends along the cross-sectional bifurcated mounting portion of the shaft 306 to the Leitraum 302, as shown at 346 also. In addition, an emergency bearing 344 is shown in Fig. 10, which does not support the shaft during normal operation. Instead, the shaft is supported by the bearing section shown at 343. The emergency bearing 344 is only present to store in the event of damage to the shaft and thus the radial wheel so that the rapidly rotating radial wheel in the event of damage can do no major damage in the heat pump. Fig. 10 also shows various fasteners such as bolts, nuts, etc., and various seals in the form of various O-rings. In addition, FIG. 10 shows an additional convection element 342, which will be discussed later with reference to FIG.
Fig. 10 zeigt ferner einen Spritzschutz 360 im Dampfraum oberhalb des maximalen Volumens im Motorgehäuse, das normal mit flüssigem Arbeitsmittel gefüllt ist. Dieser Spritzschutz ist ausgebildet, um bei der Blasensiedung in den Dampfraum geschleuderte Flüssigkeitstropfen abzufangen. Vorzugsweise ist der Dampfweg 310 so ausgebildet, dass er von dem Spritzschutz 360 profitiert, d.h. dass aufgrund der Strömung in den Motorspalt und den weiteren Spalt lediglich Arbeitsmitteldampf, nicht aber Flüssigkeitstropfen aufgrund der Siedung im Motorgehäuse angesaugt werden. Fig. 10 also shows a splash guard 360 in the vapor space above the maximum volume in the engine housing, which is normally filled with liquid working fluid. This splash guard is designed to intercept spewed liquid drops in the bubble boiling in the vapor space. Preferably, the vapor path 310 is configured to benefit from the splash guard 360, i. that due to the flow in the engine gap and the other gap only working fluid vapor, but not liquid drops are sucked due to the settlement in the motor housing.
Die Wärmepumpe mit konvektiver Wellenkühlung hat vorzugsweise eine Dampfzufüh- rung, die so ausgebildet ist, dass eine Dampf Strömung durch den Motorspalt und den weiteren Spalt einen Lagerabschnitt, der ausgebildet ist, um die Motorwelle bezüglich des Stators zu lagern, nicht durchtritt. Der Lagerabschnitt 343, der im vorliegenden Fall zwei Kugellager umfasst, ist von dem Motorspalt abgedichtet, und zwar z. B. durch O-Ringe 351 . Damit kann der Arbeitsdampf lediglich, wie es durch den Weg 310 dargestellt ist, durch die Dampfzuführung in einen Bereich innerhalb der Motorwand 309 eintreten, von dort in einem freien Raum nach unten laufen und an dem Rotor 307 entlang durch den Motorspalt 31 1 in den weiteren Spalt 313 gelangen. Vorteilhaft daran ist, dass die Kugellager nicht von Dampf umströmt werden, dass also eine Lagerschmierung in den abgeschlossenen Kugellagern verbleibt und nicht durch den Motorspalt hindurchgezogen wird. Ferner wird auch sichergestellt, dass das Kugellager nicht befeuchtet wird, sondern immer in dem definierten Zustand beim Einbau verbleibt. The convective-wave cooling heat pump preferably has a steam supply formed so that vapor flow through the motor gap and the other gap will not pass through a bearing portion configured to support the motor shaft with respect to the stator. The bearing portion 343, which in the present case comprises two ball bearings is sealed from the motor gap, namely z. B. by O-rings 351. Thus, the working steam can only, as shown by the path 310, enter through the steam supply in an area within the motor wall 309, run from there in a free space down and on the rotor 307 through the motor gap 31 1 in the other Gap 313 arrive. The advantage of this is that the ball bearings are not flowed around by steam, so that a bearing lubrication remains in the closed ball bearings and is not pulled through the motor gap. Furthermore, it is also ensured that the ball bearing is not moistened, but always remains in the defined state during installation.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Motorgehäuse in der Betriebsposition der Wärmepumpe oben auf dem Kondensierergehäuse 1 14 angebracht, so dass sich der Stator oberhalb des Radialrads befindet und die Dampfströmung 310 durch den Motorspalt und den weiteren Spalt von oben nach unten verläuft. Ferner umfasst die Wärmepumpe den Lagerabschnitt 343, der ausgebildet ist, um die Motorwelle bezüglich des Stators zu lagern. Ferner ist der Lagerabschnitt so angeordnet, dass zwischen dem Lagerabschnitt und dem Radialrad 304 der Rotor 307 und der Stator 308 angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass der Lagerabschnitt 343 im Dampfbereich innerhalb des Motorgehäuses angeordnet werden kann und der Rotor/Stator, dort wo die größte Verlustleistung entsteht, unterhalb des maximalen Flüssigkeitspegels 322 (Fig. 3) angeordnet werden kann. Damit ist eine optimale Anordnung geschaffen, durch die jeder Bereich in dem Medium ist, das für den Bereich am besten ist, um die Zwecke zu errei- chen, nämlich die Motorkühlung einerseits und die konvektive Wellenkühlung andererseits und gegebenenfalls eine Kugellagerkühlung, auf die noch Bezug nehmend auf Fig. 10 eingegangen wird. In another embodiment, the motor housing is mounted in the operating position of the heat pump on top of the condenser housing 1 14, so that the stator is above the radial wheel and the steam flow 310 passes through the motor gap and the other gap from top to bottom. Further, the heat pump includes the bearing portion 343, which is configured to support the motor shaft with respect to the stator. Further, the bearing portion is arranged so that between the bearing portion and the radial wheel 304, the rotor 307 and the stator 308 are arranged. This has the advantage that the bearing section 343 can be arranged in the steam region within the motor housing and the rotor / stator can be arranged below the maximum liquid level 322 (FIG. 3) where the greatest power loss arises. This provides an optimum arrangement whereby each area in the medium is best for the area to achieve the purposes of engine cooling, on the one hand, and convective wave cooling, on the other hand, and ball bearing cooling, if any, to which reference is now made Referring to Fig. 10 is received.
Das Motorgehäuse umfasst ferner den Arbeitsmittelzulauf 330, um flüssiges Arbeitsmittel aus dem Kondensierer zur Motorkühlung an eine Wand des Verdichtermotors zu führen. Fig. 10 zeigt eine spezielle Implementierung dieses Arbeitsmittelzulaufs 362, der dem Zulauf 330 von Fig. 3 entspricht. Dieser Arbeitsmittelzulauf 362 verläuft in ein geschlossenes Volumen 364, das eine Kugellagerkühlung darstellt. Aus der Kugellagerkühlung tritt eine Ableitung heraus, die ein Röhrchen 366 umfasst, das das Arbeitsmittel nicht oben auf das Volumen des Arbeitsmittels 328, wie in Fig. 3 gezeigt, führt, sondern das das Arbeitsmittel unten an die Wand des Motors, also das Element 309, führt. Insbesondere ist das Röhrchen 366 ausgebildet, um innerhalb des Konvektionselements 342 angeordnet zu sein, das um die Motorwand 309 herum angeordnet ist, und zwar in einem gewissen Abstand, so dass innerhalb des Konvektionselements 342 und außerhalb des Konvekti- onselements 342 innerhalb des Motorgehäuses 300 ein Volumen an flüssigem Arbeitsflu- id existiert. The engine housing further includes the working fluid inlet 330 to direct liquid working fluid from the condenser to the engine cooling to a wall of the compressor motor. FIG. 10 shows a specific implementation of this working fluid inlet 362, which corresponds to the inlet 330 of FIG. 3. This working fluid inlet 362 extends into a closed volume 364, which is a ball bearing cooling. Out of the ball bearing cooling emerges a drain which includes a tube 366 which does not carry the working fluid on top of the volume of the working fluid 328 as shown in FIG. 3, but rather the working fluid at the bottom of the wall of the engine, ie the element 309 , leads. Specifically, the tube 366 is formed to be located inside the convection element 342 disposed around the motor wall 309 at a certain distance such that inside the convection element 342 and outside of the convection element 342 inside the motor housing 300 Volume of liquid working fluid exists.
Durch eine Blasensiedung aufgrund des Arbeitsmittels, das in Kontakt mit der Motorwand 309 insbesondere im unteren Bereich ist, wo der frische Arbeitsmittelzulauf 366 endet, entsteht eine Konvektionszone 367 innerhalb des Volumens an Arbeitsflüssigkeit 328. Insbesondere werden die Siedeblasen durch das Blasensieden von unten nach oben gerissen. Dies führt zu einem laufenden„Umrühren", dahin gehend, dass heiße Arbeitsflüssigkeit von unten nach oben gebracht wird. Die Energie aufgrund des Blasensiedens geht dann in die Dampfblase über, die dann im Dampfvolumen 323 oberhalb des Flüssigkeits- volumens 328 landet. Der dort entstehende Druck wird unmittelbar durch den Überlauf 324, die Überlauffortsetzung 340 und den Ablauf 342 in den Kondensierer gebracht. Da- mit findet ein dauernder Wärmeabtrag vom Motor in den Kondensierer statt, der hauptsächlich aufgrund der Ableitung von Dampf und nicht aufgrund der Ableitung von erwärmter Flüssigkeit stattfindet. Dies bedeutet, dass die Wärme, die ja eigentlich die Abwärme des Motors ist, durch die Dampfabführung vorzugsweise genau dort hingelangt, wo sie hin soll, nämlich in das zu wärmende Kondensiererwasser. Damit wird die komplette Motorwärme im System gehalten, was insbesondere für Heizanwendungen der Wärmepumpe besonders günstig ist. Aber auch für Kühlungsanwendungen der Wärmepumpe ist die Wärmeabführung vom Motor in den Kondensierer günstig, weil der Kondensierer typischerweise mit einer effizienten Wärmeabführung, z.B. in Form eines Wärmetauschers oder einer direkten Wärmeabführung im zu wärmenden Gebiet gekoppelt ist. Es muss also keine eigene Motorabwärmevorrichtung geschaffen werden, sondern die von der Wärmepumpe ohnehin existierende Wärmeableitung vom Kondensierer nach außen wird durch die Motorkühlung gewissermaßen„mit benutzt". Bubble boiling due to the working fluid in contact with the engine wall 309, particularly at the bottom where the fresh working fluid inlet 366 terminates, creates a convection zone 367 within the volume of working fluid 328. In particular, the boiling bubbles are ruptured from bottom to top by nucleate boiling , This results in a continuous "agitation" in that hot working fluid is brought from the bottom up, and the energy due to the bubbling then passes into the vapor bubble, which then lands in the vapor volume 323 above the fluid volume 328 Pressure is brought directly into the condenser through the overflow 324, the overflow continuation 340 and the drain 342. with a continuous heat removal from the engine takes place in the condenser, which takes place mainly due to the discharge of steam and not due to the discharge of heated liquid. This means that the heat, which is actually the waste heat of the engine, preferably passes through the steam discharge exactly where it should go, namely into the condenser water to be heated. Thus, the entire engine heat is kept in the system, which is particularly favorable for heating applications of the heat pump. But also for cooling applications of the heat pump, the heat removal from the motor into the condenser is favorable, because the condenser is typically coupled with efficient heat dissipation, for example in the form of a heat exchanger or direct heat dissipation in the area to be heated. So there is no own engine waste heat device to be created, but the heat pump from the heat pump anyway existing heat dissipation from the condenser to the outside is to some extent "co-used" by the engine cooling.
Das Motorgehäuse ist ferner ausgebildet, um in einem Betrieb der Wärmepumpe den Maximalpegel an flüssigem Arbeitsmittel zu halten und um oberhalb des Pegels an flüssigem Arbeitsmittel den Dampfraum 323 zu schaffen. Die Dampfzuführung ist ferner derart aus- gebildet, dass sie mit dem Dampfraum kommuniziert, so dass der Dampf im Dampfraum zur konvektiven Wellenkühlung durch den Motorspalt und den weiteren Spalt in Fig. 4 geleitet wird. The motor housing is further configured to maintain the maximum level of liquid working fluid in operation of the heat pump and to provide the vapor space 323 above the level of liquid working fluid. The steam supply is further configured to communicate with the vapor space so that the vapor in the vapor space is directed for convective wave cooling through the engine gap and the other gap in FIG.
Bei der in Fig. 10 gezeigten Wärmepumpe ist der Ablauf als Überlauf im Motorgehäuse angeordnet, um flüssiges Arbeitsmittel oberhalb des Pegels in den Kondensierer zu leiten und um ferner einen Dampfweg zwischen dem Dampfraum und dem Kondensierer zu schaffen. Vorzugsweise ist der Ablauf 324 beides, nämlich sowohl Überlauf als auch Dampfweg. Diese Funktionalitäten können jedoch durch eine alternative Ausführung des Überlaufs einerseits und eines Dampfraums andererseits auch unter Verwendung ver- schiedener Elemente implementiert werden. In the heat pump shown in Figure 10, the drain is arranged as an overflow in the motor housing to direct liquid working fluid above the level into the condenser and also to provide a vapor path between the vapor space and the condenser. Preferably, drain 324 is both overflow and steam. However, these functionalities can be implemented by an alternative embodiment of the overflow on the one hand and a steam room on the other hand also using different elements.
Die Wärmepumpe umfasst bei dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel eine besondere Kugellagerkühlung, die insbesondere dadurch ausgebildet ist, dass um den Lagerabschnitt 343 das abgedichtete Volumen 364 mit flüssigem Arbeitsmittel ausgebildet ist. Der Zulauf 362 tritt in dieses Volumen ein und das Volumen hat einen Ablauf 366 von der Kugellagerkühlung in das Arbeitsmittelvolumen zur Motorkühlung. Damit wird eine separa- te Kugellagerkühlung geschaffen, die jedoch außen um das Kugellager herum verläuft und nicht innerhalb des Lagers, so dass durch diese Kugellagerkühlung zwar effizient gekühlt wird, jedoch nicht die Schmierfüllung des Lagers beeinträchtigt wird. Wie es femer in Fig. 10 gezeigt ist, umfasst der Arbeitsmittelzulauf 362 insbesondere den Leitungsabschnitt 366, der sich nahezu bis zum Boden des Motorgehäuses 300 bzw. bis zum Grund des flüssigen Arbeitsmittels 328 im Motorgehäuse erstreckt oder aber wenigstens bis zu einem Bereich unterhalb des maximalen Pegels erstreckt, um insbesondere flüssiges Arbeitsmittel aus der Kugeilagerkühlung heraus zu führen und das flüssige Ar- beitsmittel der Motorwand zuzuführen. In the exemplary embodiment shown in FIG. 10, the heat pump comprises a special ball bearing cooling, which is formed, in particular, in that the sealed volume 364 with liquid working medium is formed around the bearing section 343. The inlet 362 enters this volume and the volume has a drain 366 from the ball bearing cooling into the working fluid volume for engine cooling. This will create a separate te ball bearing cooling created, but which runs around the outside of the ball bearing and not within the camp, so that although efficiently cooled by this ball bearing cooling, but not the lubrication filling of the bearing is affected. As further shown in Fig. 10, the working fluid inlet 362 particularly includes the conduit portion 366 which extends almost to the bottom of the motor housing 300 and the bottom of the fluid working fluid 328 in the motor housing or at least to a portion below the maximum Level extends, in particular to lead liquid working fluid from the Kugilagerkühlung out and supply the liquid Ar beitsmittel the engine wall.
Fig. 10 zeigen ferner das Konvektionselement, das von der Wand des Verdichtermotors 309 beabstandet in dem flüssigen Arbeitsmittel angeordnet ist, und das in einem unteren Bereich durchlässiger für das flüssige Arbeitsmittel als in einem oberen Bereich ist. Insbe- sondere ist bei dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel der obere Bereich nicht durchlässig und der untere Bereich relativ stark durchlässig, und das Konvektionselement ist bei der Ausführung in Form einer„Krone" ausgebildet, die umgekehrt in das Flüssig- keitsvo!umen gesetzt ist. Damit kann die Konvektionszone 367 ausgebildet werden, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist. Es können jedoch alternative Konvektionselemente 342 ver- wendet werden, die in irgendeiner Weise oben weniger durchlässig als unten sind. So könnte beispielsweise ein Konvektionselement genommen werden, das unten Löcher hat, die in Form oder Anzahl einen größeren Durchlassquerschnitt aufweisen als Löcher im oberen Bereich. Alternative Elemente zur Erzeugung der Konvektionsströmung 367, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist, sind ebenfalls verwendbar. Fig. 10 also shows the convection element spaced from the wall of the compressor motor 309 in the liquid working fluid, which is more permeable to the liquid working fluid in a lower region than in an upper region. In particular, in the embodiment shown in Fig. 10, the upper portion is not permeable and the lower portion is relatively highly permeable, and the convection element is designed in the form of a "crown" which, conversely, is placed in the liquid Thus, the convection zone 367 may be formed as shown in Fig. 10. However, alternative convection elements 342 may be used which are less permeable in any way at the top than at the bottom, for example, a convection element could be used has holes at the bottom which have a larger passage area in shape or number than holes in the upper area Alternative members for generating the convection flow 367 as shown in Fig. 10 are also usable.
Zur Motorsicherung im Falle eines Lagerproblems ist das Notlager 344 vorgesehen, das ausgebildet ist, um die Motorwelle 306 zwischen dem Rotor 370 und dem Radialrad 304 abzusichern. Insbesondere erstreckt sich der weitere Spalt 313 durch einen Lagerspalt des Notlagers oder vorzugsweise durch absichtlich in dem Notlager eingebrachte Boh- rungen. Bei einer Implementierung ist das Notlager mit einer Vielzahl von Bohrungen versehen, so dass das Notlager selbst einen möglichst geringen Strömungswiderstand für die Dampfströmung 10 zu Zwecken der konvektiven Wellenkühlung darstellt. For motor protection in case of a bearing problem, the emergency bearing 344 is provided, which is designed to secure the motor shaft 306 between the rotor 370 and the radial wheel 304. In particular, the further gap 313 extends through a bearing gap of the emergency bearing or, preferably, through bores deliberately introduced into the emergency bearing. In one implementation, the emergency bearing is provided with a plurality of holes, so that the emergency storage itself is the lowest possible flow resistance for the steam flow 10 for purposes of convective wave cooling.
Fig. 12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Motorwelle 306, wie sie für be- vorzugte Ausführungsformen einsetzbar ist. Die Motorwelle 306 umfasst einen schraffierten Kern, wie er in Fig. 12 dargestellt ist, der in seinem oberen Abschnitt, der den Lager- abschnitt 343 darstellt, von vorzugsweise zwei Kugellagern 398 und 399 gelagert ist. Weiter unten an der Welle 306 ist der Rotor mit Permanentmagneten 307 ausgebildet. Diese Permanentmagnete sind auf der Motorweile 306 aufgesetzt und werden oben und unten durch Stabilisierungsbandagen 397 gehalten, die vorzugsweise aus Karbon sind. Ferner werden die Permanentmagnete durch eine Stabilisierungshülse 396 gehalten, die ebenfalls als Karbonhülse vorzugsweise ausgebildet ist. Diese Sicherungs- oder Stabilisierungshülse führt dazu, dass die Permanentmagnete sicher auf der Welle 306 bleiben und sich nicht aufgrund der sehr starken Fliehkräfte aufgrund der hohen Drehzahl der Welle von der Welle lösen können. FIG. 12 shows a schematic cross section through a motor shaft 306, as can be used for preferred embodiments. The motor shaft 306 comprises a hatched core, as shown in FIG. 12, which in its upper portion, which supports the bearing section 343, is supported by preferably two ball bearings 398 and 399. Further down the shaft 306, the rotor is formed with permanent magnets 307. These permanent magnets are mounted on the motor shaft 306 and are held up and down by stabilizing bandages 397, which are preferably made of carbon. Further, the permanent magnets are held by a stabilizing sleeve 396, which is also preferably formed as a carbon sleeve. This backup or stabilizing sleeve causes the permanent magnets to remain secure on the shaft 306 and not be able to disengage from the shaft due to the high centrifugal forces due to the high speed of the shaft.
Vorzugsweise ist die Welle aus Aluminium ausgebildet und hat einen im Querschnitt gabelförmigen Befestigungsabschnitt 395, der eine Halterung für das Radialrad 304 darstellt, wenn das Radialrad 304 und die Motorwelle nicht einstückig, sondern mit zwei Elementen ausgebildet sind. Ist das Radialrad 304 mit der Motorwelle 306 einstückig ausgebildet, so ist der Radhalterungsabschnitt 395 nicht vorhanden, sondern dann schließt das Radialrad 304 unmittelbar an die Motorwelle an. In dem Bereich der Radhalterung 395 befindet sich auch, wie es aus Fig. 10 ersichtlich ist, das Notlager 344, das vorzugsweise ebenfalls aus Metall und insbesondere Aluminium ausgebildet ist. Ferner ist das Motorgehäuse 300 aus Fig. 10, das auch in Fig. 3 dargestellt ist, ausgebildet, um einen Druck zu erhalten, der höchstens um 20 % größer als der Druck im Kondensierergehäuse in einem Betrieb der Wärmepumpe ist. Ferner kann das Motorgehäuse 300 ausgebildet sein, um einen Druck zu erhalten, der so niedrig ist, dass bei einer Erwärmung der Motorwand 309 durch den Betrieb des Motors eine Blasensiedung in dem flüssigen Arbeitsmittel 328 und in dem Motorgehäuse 300 stattfindet. Preferably, the shaft is formed of aluminum and has a cross-sectional fork-shaped mounting portion 395, which is a support for the radial wheel 304, when the radial wheel 304 and the motor shaft are not formed in one piece, but with two elements. If the radial gear 304 is integrally formed with the motor shaft 306, the wheel support portion 395 does not exist, but then the radial gear 304 directly adjoins the motor shaft. In the region of the wheel holder 395 is also, as can be seen from Fig. 10, the emergency bearing 344, which is preferably also made of metal and in particular aluminum. Further, the motor housing 300 of Fig. 10, also shown in Fig. 3, is formed to obtain a pressure which is at most 20% greater than the pressure in the condenser housing in operation of the heat pump. Further, the motor housing 300 may be configured to obtain a pressure that is low enough that upon heating of the motor wall 309 by the operation of the motor, nucleate occurs in the liquid working fluid 328 and in the motor housing 300.
Vorzugsweise ist ferner der Lagerabschnitt 343 oberhalb des maximalen Flüssigkeitspegels angeordnet, so dass selbst bei einer Undichtigkeit der Motorwand 309 kein flüssiges Arbeitsmittel in den Lagerabschnitt kommen kann. Dagegen ist der Bereich des Motors, der zumindest teilweise den Rotor und den Stator umfasst, unterhalb des maximalen Pegels, da typischerweise im Lagerbereich einerseits, aber auch zwischen Rotor und Stator andererseits die größte Verlustleistung anfällt, die durch die konvektive Blasensiedung optimal weg transportiert werden kann. In Fig. 10 ist ferner dargestellt, wie eine Zuführung von bei der Motorkühlung verwendete Arbeitsflüssigkeit über den Zulauf 324 oben auf den Leitraum 302 stattfinden kann. Hierzu ist der Durchgang 377 vorgesehen, der in der oberen Platte des Kondensierervolumens ausgebildet ist, und der je nach Implementierung einen einzigen Kanal auf einer Seite oder zwei Kanäle auf beiden Seiten oder sogar sektorförmige Kanäle umfassen kann, um möglichst viel überlaufende Arbeitsflüssigkeit, die über den Zulauf 362 der Kugellagerküh- lung zugeführt wird und von der Kugellagerkühlung 366 an die Motorwand hinzugeführt wird, überlaufen zu lassen, wie es durch die Pfeile 367 dargestellt ist. Das flüssige Medium läuft dann in den Bereich aus der Motorkühlung heraus und dann, wenn ein bestimmtes Level erreicht ist, über den Zulauf 324 ab. Alternativ kann der Ablauf 324 jedoch auch im Volumen der Motorkühlung enthalten sein, also in dem Bereich, in dem auch das Kon- vektionselement 342 angeordnet ist. Es wird jedoch bevorzugt, den gesamten Bereich innerhalb und außerhalb des Konvektionselements mit Flüssigkeit zu füllen, um dann über den Überlauf 324 die überlaufende Flüssigkeit abzuführen, durch die Durchführung 377 hindurchzuführen und von dort auf den Leitraum bzw. die Oberseite des Leitraums zu führen, wonach dann die Flüssigkeit herabläuft. Damit stellt Fig. 10 eine Implementierung dar, bei der lediglich die Oberseite des Leitraums gekühlt wird, wobei dann die spezielle Formung des äußeren Bereichs des Leitraums, um den vertieften Bereich 362 zu schaffen, nicht erforderlich ist. Preferably, furthermore, the bearing section 343 is arranged above the maximum liquid level, so that even if the motor wall 309 leaks, no liquid working fluid can enter the bearing section. In contrast, the region of the motor, which at least partially includes the rotor and the stator, below the maximum level, as typically the bearing area on the one hand, but also between the rotor and stator on the other hand, the largest power loss is obtained, which can be optimally transported away by the convective bubbling , FIG. 10 also shows how supply of working fluid used in engine cooling can take place via the inlet 324 on top of the guide space 302. For this the passage 377 is provided which is formed in the upper plate of the Kondensierervolumens, and which may comprise a single channel on one side or two channels on both sides or even sector-shaped channels, depending on the implementation, as much as possible overflowing working fluid through the inlet 362 is fed to the ball bearing cooling and added to the engine wall by the ball bearing cooling 366, as shown by arrows 367. The liquid medium then passes out of the engine cooling area and then, when a certain level is reached, via the inlet 324. Alternatively, however, the outlet 324 may also be contained in the volume of the engine cooling, that is to say in the region in which the convection element 342 is also arranged. However, it is preferred to fill the entire area inside and outside the convection element with liquid, and then to discharge the overflow liquid through the overflow 324, pass through the passage 377 and from there to the Leitraum or the top of the Leitraums, after which then the liquid runs down. Thus, Fig. 10 illustrates an implementation in which only the top of the throat space is cooled, in which case the special shaping of the outer area of the throat space to provide the recessed area 362 is not required.
Fig. 9 zeigt ferner eine schematische Darstellung der Wärmepumpe zur Motorkühlung. Insbesondere ist der Arbeitsmittelablauf 324 alternativ zu Fig. 4 oder Fig. 20 ausgebildet. Der Ablauf muss nicht unbedingt ein passiver Ablauf sein, sondern kann auch ein aktiver Ablauf sein, der z.B. durch eine Pumpe oder ein anderes Element gesteuert wird und abhängig von einer Pegelerfassung des Pegels 322 etwas Arbeitsmittel aus dem Motorgehäuse 300 absaugt. Alternativ könnte auch statt des röhrenförmigen Ablaufs 324 eine wiederverschließbare Öffnung am Boden des Motorgehäuses 300 sein, um durch kurzes öffnen der wiederverschließbaren Öffnung eine gesteuerte Menge an Arbeitsmittel von dem Motorgehäuse in den Kondensierer ablaufen zu lassen. Fig. 9 also shows a schematic representation of the heat pump for engine cooling. In particular, the working fluid outlet 324 is designed as an alternative to FIG. 4 or FIG. The process does not necessarily have to be a passive process, but may also be an active process, e.g. is controlled by a pump or other element and depending on a level detection of the level 322 sucks some working fluid from the motor housing 300. Alternatively, instead of the tubular drain 324, a reclosable opening could be at the bottom of the motor housing 300 to drain a controlled amount of work fluid from the motor housing into the condenser by briefly opening the reclosable opening.
Fig. 9 zeigt ferner das zu erwärmende Gebiet bzw. einen Wärmetauscher 391 , von dem ein Kondensiererzulauf 204 in den Kondensierer verläuft, und aus dem ein Kondensiererablauf 203 austritt. Ferner ist eine Pumpe 392 vorgesehen, um den Kreislauf aus Kondensierer-Zulauf 204 und Kondensierer-Ablauf 203 zu treiben. Diese Pumpe 392 hat vorzugsweise eine Abzweigung zu dem Zulauf 362, wie es schematisch dargestellt ist. Damit wird keine eigene Pumpe benötigt, sondern die ohnehin vorhandene Pumpe für den Kon- densiererablauf treibt auch einen kleinen Teil des Kondensiererablaufs in die Zulaufleitung 362 und damit in das Flüssigkeitsvolumen 328. Darüber hinaus zeigt Fig. 9 eine allgemeine Darstellung des Kondensierers 1 14, des Verdichtermotors mit Motorwand 309 und des Motorgehäuses 300, wie sie auch anhand von Fig. 3 beschrieben worden ist. FIG. 9 further shows the area to be heated or a heat exchanger 391, from which a condenser inlet 204 runs into the condenser, and from which a condenser outlet 203 emerges. Further, a pump 392 is provided to drive the circuit of condenser inlet 204 and condenser outlet 203. This pump 392 preferably has a branch to the inlet 362, as shown schematically. This means that no separate pump is required, but the already existing pump for the condensate discharge also drives a small part of the condenser outlet into the feed line 362 and thus into the liquid volume 328. In addition, FIG. 9 shows a general illustration of the condenser 1 14, the compressor motor with motor wall 309 and the motor housing 300, as has also been described with reference to FIG. 3.
Fig. 9 zeigt ferner den Überlauf 324 als alternative Implementierung, bei dem Flüssigkeit z. B. aktiv abgesaugt werden kann und direkt dem Leitraum 302 bzw. dem Saugmund 92 zugeführt werden kann und zwar wieder über Leitungen 421 , 422. Darüber hinaus ist, wie bereits dargestellt in Fig. 9 gezeigt, dass als Kühlflüssigkeit bevorzugt erwärmte Flüssig- keit aus dem Kondensiererablauf 203 eingesetzt wird. Fig. 9 also shows the overflow 324 as an alternative implementation in which liquid is e.g. B. active and can be fed directly to the Leitraum 302 and the suction mouth 92 and again via lines 421, 422. In addition, as already shown in Fig. 9, that as the cooling liquid preferably heated liquid from the Kondensiererablauf 203 is used.
Fig. 1 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform, die die Funktionalitäten verschiedener anderer dargestellter Ausführungsbeispiele vereint. Arbeitsflüssigkeit bzw. Kühlflüssigkeit, die vorzugsweise Wasser ist, wird über den Zulauf 330 bzw. 362, wie er in Fig. 9 darge- stellt ist, zunächst der Kugellagerkühlung, die als geschlossenes Volumen 364 gezeigt ist, zugeführt. In das geschlossene Volumen 364 eingetretene Kühlflüssigkeit fließt an dem Kugellager, das durch das geschlossene Volumen umgeben wird, vorbei und tritt aus dem Kugellager aus. Die Kühlflüssigkeit fließt über die Verbindungsleitung bzw. das Röhrchen 366 in den Motorkühlungsraum, der auf einem Pegel 322 an Arbeitsflüssigkeit gehalten wird. Der Pegel 322 wird hier durch eine Wand 321 gehalten. Insbesondere wird die Arbeitsflüssigkeit über die Leitung 366 vorzugsweise unten in den Bereich innerhalb der Wand 321 zugeführt, wie es auch in Fig. 10 dargestellt ist. Damit wird eine gute Konvekti- onszone erhalten, wobei insbesondere an der erwärmten Motorwand eine Blasensiedung stattfindet. Die Arbeitsflüssigkeit läuft ferner an der Wand über, wie es bei 324 gezeigt ist. 324 kann einen kanalförmigen Überlauf darstellen, kann jedoch auch ein freier Überlauf sein. Dann läuft die Flüssigkeit außen an der Wand 321 herunter und dann über den Durchführungsbereich bzw. die Durchführungsöffnung 377 auf den Flussbereich 376. Dann fließt sie von diesem Flussbereich 376 herunter, um schließlich auf der Oberseite des Leitraums im vertieften Bereich zu landen. Fig. 1 shows a preferred embodiment which combines the functionalities of various other illustrated embodiments. Working fluid or cooling fluid, which is preferably water, is initially supplied via the inlet 330 or 362, as shown in FIG. 9, to the ball-bearing cooling, which is shown as a closed volume 364. Coolant which has entered the closed volume 364 flows past the ball bearing surrounded by the closed volume and exits the ball bearing. The cooling liquid flows via the connecting pipe or tube 366 into the engine cooling space, which is maintained at a level 322 of working fluid. The level 322 is held by a wall 321 here. In particular, the working fluid is preferably supplied via the conduit 366 down into the area within the wall 321, as also shown in Fig. 10. This results in a good convection zone, with bubble boiling taking place in particular on the heated engine wall. The working fluid also transfers to the wall, as shown at 324. 324 may represent a channel overflow, but may also be a free overflow. Then, the liquid flows down the outside of the wall 321 and then over the lead-out area 377 to the flow area 376. Then, it flows down from this flow area 376 to finally land on the top of the lead space in the recessed area.
Fig. 1 1 zeigt somit eine Ausführungsform, bei der mit derselben Flüssigkeitsströmung eine Kugellagerkühlung, eine Motorkühlung, eine Kühlung der Oberseite des Leitraums, eine Kühlung des Saugmunds und eine Kühlung der Unterseite des Leitraums sowie zusätzlich noch eine offene Kühlung des Dampfstroms durch die Überlauf-Vorstand-Strecke zwi- sehen dem Ende des Elements 381 und dem Element 382 erhalten wird, wobei sich dieser offene Bereich vorzugsweise kreisförmig erstreckt. Der Verlauf der Kühlflüssigkeit geht also über die Einspeiseleitung 422, 324, 377, 376 auf die obere Außenseite 372 des Leitraums 302. Von dort läuft die Flüssigkeit über die Ableitungsleitung 378 von der Außenseite des Leitraums 302 an die Außenseite des Saug- munds 92. Von dort läuft die Flüssigkeit über den Kühlungskanal 379 entlang der Außenseite des Saugmunds zu der unteren Außenseite des Leitraums und entlang der unteren Außenseite des Leitraums zum Überlauf 382 und von dort nach unten in den Kondensiere. Erfindungsgemäß wird dadurch erreicht, dass nach dem Verdichten die sonst im unge- kühlten Leitraum entstehende starke Überhitzung des Wasserdampfs vermieden wird. Ein Teil des Druckaufbaues findet im Leitraum statt, in dem ebenfalls durch die Kühlung Überhitzung abgebaut wird, was den Wirkungsgrad und die Prozessgüte des Verdichtungsprozesses steigert. Überhitzter Wasserdampf hat eine höhere Viskosität und damit einen größeren Strömungswiderstand als Sattdampf. Überhitzter Wasserdampf muss daher erst Überhitzung abbauen, um leicht kondensieren zu können. Vorzugsweise ist der Leitraum 302 und ist auch der Saugmund 92 aus einem gut wärmeleitenden Material, wie beispielsweise Metall gebildet. Dann kann die Wärme aus der Dampf Strömung besonders gut abgebaut werden, obgleich jedoch auch mit schlechter wärmeleitenden Materialien gute Erfolge erzielt werden. Durch Abbau der Überhitzungswärme aus dem Dampfstrom sinkt der Strömungswiderstand und die Kondensierungsfähigkeit des komprimierten Dampfes verbessert sich. 1 1 thus shows an embodiment in which with the same liquid flow a ball bearing cooling, an engine cooling, a cooling of the upper side of the Leitraums, a cooling of the suction mouth and a cooling of the underside of the Leitraums and additionally an open cooling of the steam flow through the overflow Board distance between see the end of the element 381 and the element 382 is obtained, this open area preferably extends in a circle. The course of the cooling liquid therefore flows via the feed line 422, 324, 377, 376 to the upper outer side 372 of the guide space 302. From there, the liquid flows via the discharge line 378 from the outside of the guide space 302 to the outside of the suction mouth 92 There, the liquid passes via the cooling channel 379 along the outside of the suction mouth to the lower outside of the Leitraums and along the lower outside of the Leitraums to the overflow 382 and from there down into the condensers. According to the invention, this achieves the result that, after compression, the strong overheating of the water vapor which otherwise occurs in the uncooled guide space is avoided. Part of the pressure build-up takes place in the Leitraum, in which overheating is also reduced by the cooling, which increases the efficiency and the process quality of the compression process. Superheated steam has a higher viscosity and thus a larger flow resistance than saturated steam. Superheated steam must therefore first reduce overheating in order to condense easily. Preferably, the Leitraum 302 and also the suction mouth 92 is formed of a good heat conducting material, such as metal. Then the heat from the steam flow can be broken down particularly well, although, however, good results are achieved even with poor heat-conducting materials. By reducing the superheated heat from the vapor stream, the flow resistance decreases and the condensing ability of the compressed vapor improves.
Um die Temperatur des Leitraums möglichst nahe an der Sattdampftemperatur des im Verflüssiger herrschenden Drucks zu halten, ist der Leitraum aus einem Metall ausgebildet und umgeben von Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, das mit dem Verflüssiger einen Druckausgleich vollzieht. Wird Energie/Wärme aus der Dampfströmung eingekoppelt, fängt das umgebende Wasser an zu kochen und gibt die Energie wieder ab. Der Leitraum wird dadurch sehr nahe an der Sattdampftemperatur des Dampfdrucks gehalten. Eine Verflüssigung im Leitraum wird durch den verbleibenden Wärmewiderstand der Materialien und die darauf resultierende geringe Überhitzung verhindert. In order to keep the temperature of the Leitraums as close to the saturated steam temperature of the pressure prevailing in the condenser, the Leitraum is formed of a metal and surrounded by liquid, such as water, which performs a pressure equalization with the condenser. When energy / heat from the steam flow is coupled in, the surrounding water begins to boil and releases the energy. The Leitraum is thereby kept very close to the saturated steam temperature of the vapor pressure. Liquefaction in the headspace is prevented by the residual thermal resistance of the materials and the resulting low overheating.
Das Kühlwasser für den Leitraum wird zuvor durch die Lager und ebenfalls offene Motorkühlung geleitet. Durch die offene Motorkühlung kühlt das Wasser durch Teilverdunstung wieder auf Sattdampftemperatur ab und steht für die offene Leitraumkühlung zur Verfügung. Zunächst wird der obere Leitraumteil mit Wasser gefüllt. Bei einer einseitigen Leit- raumkühlung würde das Wasser einfach überlaufen, wie es bei dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Das Wasser aus der oberen Leitraumkühlung wird jedoch bei einem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 11 gezeigt ist, in die untere Leitraum- und Saugmundkühlung geleitet. Am Ende des Leitraums kommt noch ein offener Bereich mit Überlauf. Durch Verdampfung kühlt sich das Wasser ständig selbst auf Sattdampftemperatur. Das übrige Wasser läuft über und fließt in ein Auffangbecken. Ein Ausgleich zwischen dem Kondensierer 1 14 und dem Verdampfer 90 kann, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, über eine Drossel 91 erfolgen. Bei einem offenen System ist jedoch auch eine Drossel nicht nötig. The cooling water for the Leitraum is previously passed through the bearings and also open engine cooling. Due to the open engine cooling, the water cools back to saturated steam temperature due to partial evaporation and is available for open duct cooling. First, the upper Leitraumteil is filled with water. In the case of a one-sided Room cooling would simply overflow the water, as is the case with the embodiment shown in FIG. However, in one embodiment, shown in FIG. 11, the water from the upper throat cooling is directed into the lower throat and suction mouth cooling. At the end of the Leitraums still comes an open area with overflow. By evaporation, the water constantly cools itself to saturated steam temperature. The remaining water overflows and flows into a catch basin. A compensation between the condenser 1 14 and the evaporator 90, as shown in Fig. 2, take place via a throttle 91. In an open system, however, a throttle is not necessary.
Neben den genannten Vorteilen ist auch die reduzierte thermische Bauteilbelastung ein weiterer Vorteil. Durch die Verdampfungskühlung kann der gesamte Verdichter trotz Verlusten nahe der Sattdampftemperatur gehalten werden. Über die Verdampfung werden Motorverluste, Lagerverluste bei der Verdichtung abgebaut. In addition to the advantages mentioned, the reduced thermal component load is another advantage. By evaporative cooling, the entire compressor can be maintained despite losses near the saturated steam temperature. About the evaporation engine losses, storage losses are reduced during compression.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Verdampfer 10 evaporators
12 Saugrohr  12 intake manifold
14 Verdichter/Verflüssiger-System 14 Compressor / condenser system
16 Strömungsmaschine 16 turbomachine
18 Verflüssiger  18 liquefier
20a Vorlauf  20a forerun
20b Rücklauf  20b return
22 Ablauf  22 expiry
90 Verdampfer  90 evaporator
91 Drossel  91 throttle
92 Saugmund  92 suction mouth
100 Wärmepumpe  100 heat pump
102 Verdampferraum  102 evaporator room
106 Kondensatorboden  106 capacitor bottom
108 Verdampferboden  108 evaporator bottom
1 10 Motor  1 10 engine
1 12 komprimierter Arbeitsdampf 1 12 compressed working steam
1 14 Kondensierergehäuse 1 14 Condenser housing
1 15 Absaugöffnung bzw. Ansaugmund 1 15 suction opening or intake mouth
200 Verflüssigerboden 200 condenser bottom
201 Dichtungsgummi  201 sealing rubber
202 Verflüssigergehäuseabschnitt 202 Condenser housing section
203 Flüssigkeitsablauf 203 liquid drain
204 Flüssigkeitszulauf  204 fluid inlet
205 Dampfzuführung  205 steam supply
207 schematische Begrenzung 207 schematic limit
210 Flüssigkeitstransportbereich210 liquid transport area
212 Flüssigkeitsverteilerelement212 liquid distribution element
213 Dampfführungsbereich 213 steam guide area
215 Dampfeinlassspalt  215 steam inlet gap
217 seitliche Begrenzung  217 lateral boundary
220 Dampfflussrichtungen  220 steam flow directions
300 Motorgehäuse  300 motor housing
302 Leitraum 304 Radialrad 302 Leitraum 304 radial wheel
306, 307 Rotor  306, 307 rotor
308 Stator  308 stator
309 Motorwand  309 engine wall
310 Dampfzuführung  310 steam supply
31 1 Motorspalt  31 1 motor gap
312 Druckgebiet  312 printing area
313 weiterer Spalt  313 more gap
314 Arbeitsdampf  314 working steam
315 Kühlrippen  315 cooling fins
317, 320 Dampfzuführung  317, 320 steam supply
322 Pegel  322 levels
323 Dampfraum  323 steam room
324 Arbeitsmittelablaufdichtung 324 Working fluid drain seal
328 Flüssigkeitsvolumen 328 fluid volumes
330 Arbeitsmittelzulauf  330 working fluid intake
342 Ablauf  342 expiration
343 Lagerabschnitt  343 bearing section
344 Notlager  344 emergency camp
346 Verlauf des weiteren Spalts 346 Course of the further gap
351 O-Ringe 351 O-rings
360 Spritzschutz  360 splash guard
362 Zulauf  362 inlet
364 Abgedichtetes Volumen 364 Sealed volume
366 Leitungsabschnitt 366 line section
367 Konvektionszone  367 convection zone
370 Rotor  370 rotor
391 Wärmetauscher  391 heat exchangers
372 vertiefter Bereich  372 recessed area
373 Bereich für die Ableitungsleitung 373 Range for the discharge line
374 Ableitungsleitung 374 discharge line
376 Fließbereich  376 flow area
377 Motorgehäusedurchtritt 377 Motor housing passage
379 Kühlungskanal 379 cooling duct
380 Boden des Kühlungskanals 380 bottom of the cooling duct
381 Unteres Leitraumende 382 Vorstand 381 Lower end of the Leitraum 382 board
392 Pumpe  392 pump
395 Befestigungsabschnitt 395 attachment section
396 Sicherungshülse 396 securing sleeve
397 Stabilisierungsbandagen 397 stabilizing bandages
398 Kugellager 398 ball bearings
399 Kugellager  399 ball bearings
402 Kondensatorwasserzuführung 402 condenser water supply
404 Tropfenabscheider 404 droplet separator
405 Schaufeln  405 shovels
406 Nuten  406 grooves
408 Kondensatorwasser  408 condenser water
409 Rand  409 edge
410 schematische Begrenzung 410 schematic limit
420 Kühlungsvorrichtung 420 cooling device
421 Saugmund-Flüssigkeitsleitung 421 Suction-mouth liquid line
422 Leitraum-Flüssigkeitsleitung 422 Leitraum liquid line

Claims

Patentansprüche claims
Wärmepumpe mit folgenden Merkmalen: einem Verdampfer (90) zum Verdampfen von Arbeitsflüssigkeit; einem Verflüssiger (1 14) zum Kondensieren von komprimiertem Arbeitsdampf; einem Verdichtermotor (1 10) mit einem Saugmund (92), an dem ein Radialrad (304) angebracht ist, um einen in dem Verdampfer (90) verdampften Arbeitsdampf (314) durch den Saugmund (92) zu fördern; einem Leitraum (302), der angeordnet ist, um einen von dem Radialrad (304) geförderten Arbeitsdampf (1 12) in den Kondensierer (1 14) zu leiten; und einer Kühlungsvorrichtung (420) zum Kühlen des Leitraums (302) oder des Saugmunds (92) mit einer Flüssigkeit, wobei die Kühlungsvorrichtung (420) ausgebildet ist, um auf eine Außenseite des Leitraums (302) oder des Saugmunds (92) die Flüssigkeit zu leiten (421 , 422), wobei die Außenseite nicht mit dem Arbeitsdampf (314, 1 12) in Berührung ist, und wobei eine Innenseite des Leitraums (302) oder des Saugmunds (92) in Berührung mit dem Arbeitsdampf (314, 2) ist. Heat pump, comprising: an evaporator (90) for evaporating working fluid; a condenser (1 14) for condensing compressed working steam; a compressor motor (110) having a suction port (92) to which a radial impeller (304) is mounted to convey a working vapor (314) vaporized in the evaporator (90) through the suction port (92); a passage space (302) arranged to guide a working steam (1 12) conveyed by the radial wheel (304) into the condenser (1 14); and a cooling device (420) for cooling the conduction space (302) or the suction mouth (92) with a liquid, the cooling device (420) being designed to supply the liquid to an outside of the conduction space (302) or the suction mouth (92) conducting (421, 422), wherein the outside is not in contact with the working steam (314, 1 12), and wherein an inside of the Leitraums (302) or the suction mouth (92) in contact with the working steam (314, 2) ,
Wärmepumpe nach Anspruch 1 , bei der der Leitraum (302) eine untere Außenseite und eine obere Außenseite aufweist, und bei der die Kühlungsvorrichtung (420) ausgebildet ist, um die Flüssigkeit auf die obere Außenseite, die untere Außenseite oder die obere Außenseite und die untere Außenseite des Leitraums 302 zu leiten. A heat pump according to claim 1, wherein the guide space (302) has a lower outer side and an upper outer side, and wherein the cooling device (420) is adapted to apply the liquid to the upper outside, the lower outside or the upper outside and the lower side Outside of the Leitraums 302 to conduct.
Wärmepumpe nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Außenseite des Saugmunds (92) und eine untere Oberfläche des Leitraums miteinander dampfdicht miteinander verbunden sind, wobei die Kühlungsvorrichtung (420) ausgebildet ist, um die Flüssigkeit in einer Strömung sequenziell an der Außenseite des Saugmunds (92) und dann an der unteren Außenseite des Leitraums (302) vorbeizuführen oder um die Flüssigkeit in einer Strömung sequenziell an der unteren Außenseite des Leitraums und dann an der Außenseite des Saugmunds vorbeizuführen. Heat pump according to claim 1 or 2, wherein the outside of the suction mouth (92) and a lower surface of the Leitraums are vapor-tightly interconnected, wherein the cooling device (420) is adapted to the liquid in a flow sequentially on the outside of the suction mouth ( 92) and then on the lower outside of the Leitraums (302) or past to sequentially pass the liquid in a flow past the lower outside of the Leitraum and then on the outside of the suction mouth.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Flüssigkeit zum Kühlen die Arbeitsflüssigkeit der Wärmepumpe ist. Heat pump according to one of the preceding claims, wherein the liquid for cooling is the working fluid of the heat pump.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Druck in dem Kondensierer (1 14) im Betrieb der Wärmepumpe im Wesentlichen gleich einem Druck ist, der an der Außenseite des Leitraums (302) oder des Saugmunds (92) vorliegt. Heat pump according to one of the preceding claims, wherein a pressure in the condenser (1 14) during operation of the heat pump is substantially equal to a pressure which is present on the outside of the Leitraums (302) or the suction mouth (92).
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kühlungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Einspeiseleitung (422, 324, 377, 376) zum Einspeisen der Flüssigkeit auf eine obere Außenseite (372) des Leitraums (302); eine Ableitungsleitung (378) zum Ableiten der Flüssigkeit von der Außenseite des Leitraums (302) an eine Außenseite des Saugmunds (92); einem Kühlungskanal (379) zum Leiten der Flüssigkeit, die von der Ableitungsleitung (378) ausgegeben wird, entlang der Außenseite des Saugmunds zu einer unteren Außenseite des Leitraums und entlang der unteren Außenseite des Leitraums; und einen Überlauf (382) zum Leiten der Flüssigkeit von der unteren Außenseite des Leitraums (1 14). A heat pump according to any one of the preceding claims, wherein the cooling means comprises: a feed line (422, 324, 377, 376) for feeding the liquid to an upper outside (372) of the throat space (302); a drain line (378) for draining the liquid from the outside of the throat space (302) to an outside of the suction mouth (92); a cooling passage (379) for conducting the liquid discharged from the discharge pipe (378) along the outside of the suction mouth to a lower outside of the guide space and along the lower outside of the guide space; and an overflow (382) for conducting the liquid from the lower outside of the Leitraums (1 14).
Wärmepumpe nach Anspruch 6, bei der der Überlauf (382) ausgebildet ist, um über ein Ende (381 ) der unteren Außenseite des Leitraums (302) einer Strecke vorzustehen, die größer als 1 cm ist und einen Vorstand hat, um in der Strecke, um die der Überlauf (382) vorsteht, einen Pegel an Flüssigkeit zu halten, der größer als 2 mm ist. A heat pump according to claim 6, wherein the overflow (382) is adapted to protrude beyond an end (381) of the lower outside of the throat space (302) for a distance greater than 1 cm and has a batten to guide the route, around which the overflow (382) protrudes, to maintain a level of fluid greater than 2 mm.
8. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 7, bei der die obere Außenseite des Leitraums (302) eine Vertiefung (372) hat, die ausgebildet ist, um von der Einspeiseleitung (324, 377, 376) zugeführte Arbeitsflüssigkeit zu halten, wobei die Ableitungsleitung (378) an einem Bereich (373) in der Vertiefung angebracht ist, der in Betrieb der Wärmepumpe unter einem vorhandenen Flüssigkeitspegel in der Vertiefung (372) ist. A heat pump according to any one of claims 6 to 7, wherein the upper outside of the throat space (302) has a recess (372) adapted to hold working fluid supplied from the feed line (324, 377, 376), the Drain line (378) is attached to a portion (373) in the recess that is in operation of the heat pump below an existing liquid level in the recess (372).
9. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der ein Niveau (324, 377, 376) höher ist als ein Niveau des Überlaufs (382), so dass im Betrieb der Wärmepumpe eine Flüssigkeitsströmung durch die Einspeiseleitung (422, 324, 377, 376), die Ableitungsleitung (378) und den Kühlungskanal (379) aufgrund der Schwerkraft stattfindet. 9. Heat pump according to one of claims 6 to 8, wherein a level (324, 377, 376) is higher than a level of the overflow (382), so that during operation of the heat pump, a liquid flow through the feed line (422, 324, 377 , 376), the discharge line (378) and the cooling duct (379) take place by gravity.
10. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ausgebildet ist, um eine Dampfströmung durch den Saugmund (92) in einer bezüglich des Betriebs der Wärmepumpe senkrechten Richtung nach oben zu fördern, und bei der der Leitraum (302) ausgebildet ist, um eine Dampfströmung von einer waagerechten Strömung am Ende des Radialrads in eine nach unten gerichtete Dampfströmung in den Verflüssiger (1 14) umzuleiten. A heat pump as claimed in any one of the preceding claims, adapted to promote vapor flow through the suction mouth (92) upwardly in a direction normal to the operation of the heat pump and in which the throat space (302) is adapted for vapor flow from a horizontal flow at the end of the Radialrads in a downward vapor flow in the condenser (1 14) divert.
1 1. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Leitraum (302) in der Draufsicht eine Kreisform aufweist und an seiner Außenkante eine kreisrunde Vertiefung (372) aufweist, und wobei die Kühlungsvorrichtung (420) ausgebildet ist, um die Vertiefung (372) mit der Flüssigkeit zu füllen. 1 1. A heat pump according to any one of the preceding claims, wherein the Leitraum (302) in the plan view has a circular shape and at its outer edge has a circular recess (372), and wherein the cooling device (420) is formed around the recess (372 ) to fill with the liquid.
12. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Leitraum (302) und der Saugmund (92) in einer Ansicht von unten kreisringförmig sind, wobei der Saugmund (92) in den Leitraum (302) übergeht, wobei die Kühlungsvorrichtung einen Kühlungskanal (379) aufweist, der durch eine von der Unterseite des Saugmunds (92) und des Leitraums beabstandete Küh- lungskanalwand gebildet wird, die ebenfalls kreisringförmig ausgebildet ist und so angeordnet, dass durch die Kühlungsvorrichtung in den Kühlkanal eingespeiste Flüssigkeit von der Kühlungskanalwand gehalten wird und in Berührung mit der Unterseite des Saugmunds (92) und des Leitraums (302) ist. 12. Heat pump according to one of the preceding claims, wherein the Leitraum (302) and the suction mouth (92) in a view from below are annular, wherein the suction port (92) merges into the Leitraum (302), wherein the cooling device is a cooling channel ( 379) separated by a cooling chamber spaced from the underside of the suction mouth (92) and the Leitraums lungskanalwand is formed, which is also annular and arranged so that is fed by the cooling device into the cooling channel fed liquid from the cooling channel wall and in contact with the underside of the suction mouth (92) and the Leitraums (302).
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kondensierer (1 14) ein Kondensierergehäuse aufweist, wobei der Verdichtermotor (1 10) an dem Kondensierergehäuse (1 14) angebracht ist und ein Rotor und einen Stator (308) aufweist, wobei der Rotor eine Motorwelle (306) aufweist, an der das Radialrad (304) zum Verdichten des Arbeitsmitteldampfs angebracht ist, wobei der Verdichtermotor eine Motorwand (309) aufweist, wobei ein Motorgehäuse (300) ausgebildet ist, das den Verdichtermotor umgibt und einen Arbeitsmittelzulauf (362, 330) aufweist, um die Flüssigkeit zur Motorkühlung an die Motorwand (309) zu führen, und wobei das Motorgehäuse (300) ferner ausgebildet ist, um in dem Betrieb der Wärmepumpe die Flüssigkeit zur Motorkühlung über einen Durchgang (377) von dem Motorgehäuse zu der Außenseite des Leitraums (302) abzuleiten. A heat pump according to any one of the preceding claims, wherein the condenser (1 14) comprises a condenser housing, the compressor motor (110) being mounted to the condenser housing (1 14) and having a rotor and a stator (308), the rotor having a Motor shaft (306) to which the radial impeller (304) is mounted for compressing the working medium vapor, the compressor motor having a motor wall (309), wherein a motor housing (300) is formed surrounding the compressor motor and a working medium inlet (362, 330 ) to guide the engine cooling fluid to the engine wall (309), and wherein the engine housing (300) is further configured to, in the operation of the heat pump, cool the engine cooling fluid via a passage (377) from the engine housing to the exterior der Leitraums (302) derive.
Wärmepumpe nach Anspruch 13, bei der der Verdichtermotor ferner einen Lagerabschnitt (343) aufweist, durch den der Rotor (307) bezüglich des Stators (308) gelagert ist, wobei der Verdichtermotor so in dem Motorgehäuse angeordnet ist, dass der Lagerabschnitt (343) oberhalb des maximalen Pegels (322) an flüssigem Arbeitsmittel ist, oder wobei der Verdichtermotor so in dem Motorgehäuse (300) angebracht ist, dass ein Bereich des Motors, der zumindest teilweise den Rotor (307) und den Stator (308) umfasst, unterhalb des maximalen Pegels (322) des flüssigen Arbeitsmittels (328) angeordnet ist. The heat pump of claim 13, wherein the compressor motor further comprises a bearing portion (343) through which the rotor (307) is supported relative to the stator (308), the compressor motor being disposed in the motor housing such that the bearing portion (343) is above of the maximum level (322) of liquid working fluid, or wherein the compressor motor is mounted in the motor housing (300) such that a portion of the motor that at least partially includes the rotor (307) and the stator (308) is below the maximum Level (322) of the liquid working fluid (328) is arranged.
Wärmepumpe nach Anspruch 13 oder 14, der einen Überlauf (324) aufweist, der in das Motorgehäuse (300) vorsteht und einen maximalen Pegel (322) an Arbeitsflüssigkeit definiert, wobei der Überlauf (324) sich von dem Motorgehäuse über den Durchlauf (377) in den Kondensierer (1 14) erstreckt, und wobei der Überlauf ferner einen Dampfdurchgang für Dampf aus dem Dampfraum (323) in den Kondensierer (1 14) darstellt, so dass der Druck in dem Motorgehäuse und in dem Kondensierergehäuse im Wesentlichen gleich ist. Heat pump according to claim 13 or 14, having an overflow (324) projecting into the motor housing (300) and defining a maximum level (322) of working fluid, the overflow (324) extending from the motor housing via the passage (377) into the condenser (1 14) and wherein the overflow further constitutes a vapor passage for vapor from the vapor space (323) into the condenser (1 14) such that the pressure in the motor housing and in the condenser housing is substantially equal.
Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei der der Überlauf ausgebildet ist, um in dem Motorgehäuse flüssiges Arbeitsmittel oberhalb des Pegels (322) in den Kondensierer (1 14) zu leiten und um gleichzeitig einen Dampfweg zwischen dem Dampfraum (323) und den Kondensierer (1 14) zu schaffen. A heat pump according to any one of claims 13 to 15, wherein the overflow is adapted to direct liquid working fluid in the motor housing above the level (322) into the condenser (1 14) and simultaneously to provide a vapor path between the vapor space (323) and the Condenser (1 14) to create.
Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der der Verdichtermotor ein Kugellager aufweist, bei der ferner ein abgedichtetes Volumen (364) um das Kugellager herum vorhanden ist, bei der die Kühlungsvorrichtung (420) ausgebildet ist, um die Flüssigkeit in das abgedichtete Volumen (364) hinein und wieder herauszuführen und von dort dem Leitraum (302) oder dem Saugmund (92) zuzuführen, wobei die Zuführung entweder direkt oder über eine Motorkühlung erfolgt. A heat pump according to any one of claims 1 to 16, wherein the compressor motor comprises a ball bearing, further comprising a sealed volume (364) around the ball bearing, wherein the cooling device (420) is adapted to introduce the liquid into the sealed volume (364) in and out again and feed from there the Leitraum (302) or the suction port (92), wherein the supply takes place either directly or via an engine cooling.
Wärmepumpe nach Anspruch 17, bei der die Kühlungsvorrichtung (420) ausgebildet ist, um flüssiges Arbeitsmittel aus einem abgedichteten Volumen (364) um ein Kugellager des Motors herum herauszuleiten und anzuführen, wobei das flüssige Arbeitsmittel einem Boden des Motorgehäuses zugeführt wird. A heat pump according to claim 17, wherein the cooling device (420) is adapted to discharge and supply liquid working fluid from a sealed volume (364) around a ball bearing of the engine, the liquid working fluid being supplied to a bottom of the motor housing.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Motorwelle folgende Merkmale aufweist, einen Wellenkern (306'); einen Magnetbereich mit Permanentmagneten (307), die auf dem Wellenkern (306') befestigt sind; einer um den Magnetbereich (307) herum angeordneten Sicherungshülse (396) zum Sichern der Permanentmagnete, wobei der Verdichtermotor so in einem Motorgehäuse (300) angebracht ist, dass der Magnetbereich unterhalb des maximalen Pegels an flüssigem Arbeitsmittel positioniert ist. Heat pump according to one of the preceding claims, wherein the motor shaft has the following features, a shaft core (306 '); a magnetic region having permanent magnets (307) mounted on the shaft core (306 '); a retaining sleeve (396) around the magnet region (307) for securing the permanent magnets, the compressor motor being mounted in a motor housing (300) such that the magnet region is positioned below the maximum level of liquid working fluid.
20. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Verdichtermotor ein Kugellager und eine Kugellagerkühlungsvorrichtung und eine Motorkühlungsvorrichtung aufweist, wobei die Kugellagerkühlungsvorrichtung ausgebildet ist, um die Flüssigkeit in ein geschlossenes Volumen, das sich an dem Kugellager befindet, einzuspeisen, wobei die Motorkühlungsvorrichtung ausgebildet ist, um aus dem geschlossenen Volumen abgeleitete Flüssigkeit an eine Motorwand (309) zu führen, wobei die Motorkühlungsvorrichtung ausgebildet ist, um einen Flüssigkeitsüberlauf zu haben, über den die Flüssigkeit überläuft, und wobei die Kühlungsvorrichtung für den Leitraum oder den Saugmund ausgebildet ist, um von der Motorkühlungsvorrichtung übergelaufene Flüssigkeit aufzufangen und zur Kühlung des Leitraums oder des Saugmunds zu verwenden. 20. A heat pump according to any one of the preceding claims, wherein the compressor motor comprises a ball bearing and a ball bearing cooling device and an engine cooling device, wherein the ball bearing cooling device is adapted to feed the liquid in a closed volume, which is located on the ball bearing, wherein the engine cooling device is formed in order to guide liquid discharged from the closed volume to a motor wall (309), the motor cooling device being designed to have a liquid overflow over which the liquid overflows, and wherein the cooling device is designed for the conduction space or the suction mouth collected by the engine cooling device overflowed liquid and used to cool the Leitraums or the suction mouth.
21 . Wärmepumpe nach Anspruch 20, wobei die Motorkühlungsvorrichtung und die Kühlungsvorrichtung ausgebildet sind, um auf demselben Druck zu arbeiten, der in dem Kondensierer (1 14) der Wärmepumpe vorhanden ist. 21. Heat pump according to claim 20, wherein the engine cooling device and the cooling device are configured to operate at the same pressure that is present in the condenser (1 14) of the heat pump.
Verfahren zum Pumpen von Wärme mit einem Verdampfer (90) zum Verdampfen von Arbeitsflüssigkeit; einem Verflüssiger (1 14) zum Kondensieren von komprimiertem Arbeitsdampf; einem Verdichtermotor ( 10) mit einem Saugmund (92), an dem ein Radialrad (304) angebracht ist, um einen in dem Verdampfer (90) verdampften Arbeitsdampf (314) durch den Saugmund (92) zu fördern; und einem Leitraum (302), der angeordnet ist, um einen von dem Radialrad (304) geförderten Arbeitsdampf (1 12) in den Kondensierer (1 14) zu leiten, mit folgenden Schritten: A method of pumping heat with an evaporator (90) for evaporating working fluid; a condenser (1 14) for condensing compressed working steam; a compressor motor (10) having a suction port (92) to which a radial impeller (304) is mounted to convey a working vapor (314) vaporized in the evaporator (90) through the suction port (92); and a pilot space (302) arranged to direct a working steam (1 12) conveyed by the radial wheel (304) into the condenser (1 14), comprising the steps of:
Kühlen des Leitraums (302) oder des Saugmunds (92) mit einer Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit auf eine Außenseite des Leitraums (302) oder des Saugmunds (92) geleitet wird (421 , 422), wobei die Außenseite nicht mit dem Arbeitsdampf (314,Cooling the conduction space (302) or the suction mouth (92) with a liquid, wherein the liquid is conducted to an outside of the Leitraums (302) or the suction mouth (92) (421, 422), wherein the outside is not mixed with the working steam (314 .
1 12) in Berührung ist, und wobei eine Innenseite des Leitraums (302) oder des Saugmunds (92) in Berührung mit dem Arbeitsdampf (314, 1 12) ist. 1 12) is in contact, and wherein an inside of the Leitraums (302) or the suction mouth (92) in contact with the working steam (314, 1 12).
Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpe mit einem Verdampfer (90) zum Verdampfen von Arbeitsflüssigkeit; einem Verflüssiger (1 14) zum Kondensieren von komprimiertem Arbeitsdampf; einem Verdichtermotor (1 10) mit einem Saugmund (92), an dem ein Radialrad (304) angebracht ist, um einen in dem Verdampfer (90) verdampften Arbeitsdampf (31 ) durch den Saugmund (92) zu fördern; und einem Leitraum (302), der angeordnet ist, um einen von dem Radiairad (304) geförderten Arbeitsdampf (1 12) in den Kondensierer (1 14) zu leiten, mit folgenden Schritten: A method of manufacturing a heat pump with an evaporator (90) for vaporizing working fluid; a condenser (1 14) for condensing compressed working steam; a compressor motor (110) having a suction port (92) to which a radial impeller (304) is mounted to convey a working vapor (31) vaporized in the evaporator (90) through the suction port (92); and a pilot space (302) arranged to direct a working steam (1 12) conveyed by the radiairad (304) into the condenser (1 14), comprising the steps of:
Anbringen einer Kühlungsvorrichtung (420) zum Kühlen des Leitraums (302) oder des Saugmunds (92) mit einer Flüssigkeit, wobei die Kühlungsvorrichtung (420) angeordnet ist, um auf eine Außenseite des Leitraums (302) oder des Saugmunds (92) die Flüssigkeit zu leiten (421 , 422), wobei die Außenseite nicht mit dem Arbeitsdampf (314, 1 12) in Berührung ist, und wobei eine Innenseite des Leitraums (302) oder des Saugmunds (92) in Berührung mit dem Arbeitsdampf (314, 1 12) ist. Attaching a cooling device (420) for cooling the Leitraums (302) or the suction mouth (92) with a liquid, wherein the cooling device (420) is arranged to on an outside of the Leitraums (302) or the suction port (92) to the liquid wherein the outside is not in contact with the working steam (314,112) and an inside of the draft space (302) or the suction mouth (92) is in contact with the working steam (314,112). is.
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