JP5358670B2 - ヒートポンプおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ、特に、構成部品の蒸発器と凝縮器とが垂直に配置されたヒートポンプおよびその製造方法に関する。

特許文献１には、作動液体としての水を蒸発させて、作動蒸気を生産するための蒸発器を有するヒートポンプが開示されている。このヒートポンプは、さらに、蒸発器に連結した圧縮機を含み、作動蒸気を圧縮する。ここで、圧縮機は、流動機械（ｆｌｏｗ ｍａｃｈｉｎｅ）として形成される。流動機械は、未だ圧縮されていない作動蒸気を、流動機械の前側で受け入れ、その作動蒸気を、対応して形成された刃によって、流動機械の側面で排出するラジアルホイールを含む。吸気によって、作動蒸気は圧縮され、圧縮された作動蒸気は、ラジアルホイールの側面で排出される。この圧縮された作動蒸気は、凝縮器に供給される。凝縮器の中で、圧縮された作動蒸気（その温度レベルは圧縮を通して上昇している）は、液化作動流体との接触がもたらされる。その結果、圧縮された作動蒸気は、再び液化して、凝縮器の中の液化作動流体に、エネルギーを与える。この液化作動流体は、循環ポンプによって、暖房システムにポンプ搬送される。特に、より暖かい加熱水を床暖房などの加熱サイクルに出力する熱流動が、このために配設される。次に、冷却された加熱水は、加熱流帰還導管によって凝縮器に再び搬送され、新たに凝縮された作動蒸気によって再び加熱される。

この周知のヒートポンプは、開サイクルまたは閉サイクルとして操作される。作動媒体は、水または蒸気である。特に、蒸発器内の圧力条件は、１２℃の温度を有している水が蒸発するものである。このために、蒸発器内の圧力は、約１２ヘクトパスカル（ミリバール）である。圧縮機を通ると、蒸気圧は、例えば、１００ミリバールまで上昇する。これは、４５℃の蒸発温度に相当し、凝縮器の中に、特に、液化作動流体の最上層の中に行き渡っている。この温度は、床暖房への供給には十分である。

仮に、より高い加熱温度が必要であるならば、より多くの圧縮が調整される。しかしながら、仮に、より低い加熱温度が必要であるならば、より少ない圧縮が調整される。

さらに、ヒートポンプは、多段圧縮に基づいている。最初段の流動機械（圧縮機）は、蒸気を中間圧力まで上昇させるように形成される。この中間圧力における作動蒸気は、プロセス水（ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｔｅｒ）を加熱するための熱交換器に案内され、例えば、少なくとも２台の直列連結の流動機械の最後段の流動機械によって、凝縮器に必要な圧力（１００ミリバールなど）まで上昇する。プロセス水を加熱するための熱交換器は、前段の流動機械によって加熱された（そして、圧縮された）作動蒸気を冷却するように形成される。ここで、オーバーヒート（過加熱）エンタルピーが、圧縮過程全体の効率を増加させるために賢明に利用される。次に、冷却された作動蒸気は、１つ以上後段の圧縮機でさらに圧縮され、または、直接に、凝縮器に供給される。熱は、圧縮された作動蒸気から取られ、プロセス水を、例えば、４０℃より高い温度に加熱する。しかしながら、これは、ヒートポンプの全体的効率を減少させないで、それを増加さえさせる。なぜなら、２つの連続して接続された流動機械（ガス冷却で両者間を接続している）は、蒸気冷却のない１つの流動機械が提供されている場合と比較して、減少した熱応力によるより長い寿命およびより少ないエネルギーで、凝縮器の中の要求された蒸気圧力を達成するからである。

暖房システムでは、自身のプロセス水槽が配置される。プロセス水槽は、所定の初期設定の温水温度まで加熱される所定量のプロセス水を保持する。 このプロセス水槽は、通常、温水が、所定時間（例えば、浴槽を満たす間）、初期設定温度で供給されるような寸法とされる。この理由のため、どんな燃焼プロセスも、プロセス水加熱に用いられるべきでないとき、単なる流動型加熱原理は、プロセス水加熱において、しばしば用いられない。しかし、所定のプロセス水量は、指定された温度で維持される。

国際公開２００７／１１８４８２号

このプロセス水槽は、一方で、熱慣性が大きくなり過ぎないように、それほど大きくすべきではない。他方で、このプロセス水槽は、最小の量の温水が、温水温度が大きく低下する（それは、加熱の利便性を損なう）ことなく、直ぐに利用できるように、それほど小さくすべきではない。

同時に、プロセス水槽を介した熱損失は特に不利であるので、プロセス水槽は十分に断熱されるべきである。従って、この熱損失は、十分多量の暖かいプロセス水が常時利用可能であることを保証するために、補われなければならない。これは、現在は要求がなくても、プロセス水槽の内容物が、不良断熱のために冷やされたときは、加熱が作動しなければならないことを意味する。

これは、プロセス水槽が、特によく断熱されるべきであること、を意味する。これは、また、断熱材のためのスペースおよび断熱材のコストの両方を伴う。

さらに、暖房システムが市場に受け入れられるためには、暖房システムは、かさばり過ぎないようにすべきであり、作業者および設置所有者による取り扱いが容易で、地下貯蔵室や暖房部屋などの通常の位置に容易に搬送して組立できることが確実な形で提供されるべきである。プロセス水槽のための特別な断熱が、実際に、通常の位置で組み込まれ、その結果、通常の位置での輸送および組立のために、暖房システム全体の容積が小さく保たれるべきである。他方で、暖房システムの後からの組立工程は、作業者のコストと同時に追加過失賠償責任に繋がる。さらに、プロセス水槽を断熱するために必要な断熱材は、仮に良好な断熱効果が達成されても、高価である。しかしながら、断熱効果は、より小さい建物内で使用されるべきヒートポンプに対して、特に重要である。そのようなヒートポンプは、多数使用されるので、最大のエネルギー効率が全体として達成されるように、高効率（すなわち、消費エネルギー対出力エネルギーの比率）に最適化されるべきである。

ヒートポンプ原理の実用化では、蒸発器と凝縮器が、相互関係でどのように配置されるか、を決断することが必要である。ヒートポンプが市場の受け入れを達成するためには、小型の構成と効率の良いエネルギー機能との両方を有するべきである。

それゆえに、本発明の主たる目的は、小型で効率の良いヒートポンプおよびその製造方法を提供することである。

この目的は、請求項１に記載されたヒートポンプまたは請求項１６に記載されたヒートポンプの製造方法により達成される。

本発明では、凝縮器は、ヒートポンプの組立作業方向に関して、蒸発器の上に配置されている。より大きな重さを有する構成物（すなわち、液化作動流体が存在する凝縮器）は、より小さな重さを有する構成物（なぜなら、小さな重さを有する蒸発作動流体だけが蒸発器の中に存在するからである）の上に配置されるけれども、この配置は多くの局面で有利である。

１つの利点は、蒸発作動流体の底部から上方への輸送が、効率の良いエネルギー方法で実行できるということである。なぜなら、作動流体は、蒸発した形式でより小さな重さを有しているからである。その結果、エネルギーは、このより小さな重さのために、蒸発器出力から凝縮器入力までの高さの相違を克服することに必要ない。

他方、開サイクルの場合における凝縮器から環境への還流、または、少なくとも部分的な閉サイクルの場合における凝縮器から蒸発器への還流も、好ましい。なぜなら、大きな重さを有する構成物（すなわち、液化作動流体）が、重力だけで、上部から下方へ流れるからである。

さらに、蒸発作動流体の底部から上方への輸送が、何も変更しないで、すなわち、追加の構成物なしで、圧縮機の圧縮機能によって、ある程度本質的に生じる。なぜなら、圧縮機は、蒸発作動流体の高さの相違を克服することが、圧縮機自身によって容易に引き起こされ、従って、別の結果を引き起こさないほど強力に設計されなければならないからである。圧縮機は、通常、例えば、２：１〜１０：１の顕著な圧縮比率を提供する。

さらに、蒸発器の上の凝縮器の配置は、小さい「足跡」、すなわち、組立のために必要な小さいスペースを有する小型のヒートポンプを許す。通常、利用可能な床面積は、ヒートポンプが組み立てられる場所、すなわち、例えば、加熱地下貯蔵室または浴室において、比較的小さい。しかしながら、装置の高さは、通常、重要ではない。また、ヒートポンプが改造されるとき、同じことが、浴室または加熱地下貯蔵室での行き易さに対して適用される。ここで、背の高く、従って、幅の狭い装置は、常に、低くて幅の広い装置より容易に、加熱部屋に運んで持ち込むことができる。それは、蒸発器の次に凝縮器を取り付けるときに必要である。そのような取り付けは、ヒートポンプの重い部品、すなわち、満たされた凝縮器を、できるだけ遠くに配置するために可能である。しかしながら、本発明によれば、正確な目的は、これから出発して、より軽い構成物（すなわち、蒸発作動流体）を上方に輸送しなければならない一方、重い構成物（すなわち、液化作動流体）は、重力の助けで下方に流れることができるヒートポンプを得ることである。

また、好ましい実施形態において、気化領域が、凝縮器の周囲の蒸発器の出力から凝縮器の入力に延在している。凝縮器はヒートポンプの上部に配置されている。従って、環境に対する凝縮器の固有の断熱が達成される。気化領域内の圧力が低ければ低いほど、断熱はより良くなる。特に、水が、作動流体として用いられ、かつ、凝縮器温度が、建物の中の暖房システムの典型として、例えば、４０℃〜６０℃であるとき、気化領域の圧力は、１００ミリバールより小さく、従って、非常に低い。気化領域の圧力を低くすればするほど、外部に対する凝縮器の断熱も良くなる。その結果、追加の断熱材は、もはや必要なくなる。

さらに、好ましい実施形態において、２段の圧縮機が提供される。第１の圧縮機は最初の圧縮を実行する。最初の圧縮は、通常、蒸気のオーバーヒートをもたらす。従って、中間クーラーが用いられる。中間クーラーは、液化作動流体を蒸発器側に戻すための帰還経路に有効に結合される。液化作動流体は、ノズル開口部を通して気化領域の中に噴射される。この噴射は、凝縮器と気化領域との間の圧力差のみによって行われる。この噴射された作動流体は、第１の圧縮機段によって蒸発させられた作動流体の効率の良い中間冷却を導く。中間クーラーは、凝縮器から気化領域に噴射された液化作動流体を集めて、液化作動流体を蒸発器に誘導するように形成される。蒸発器では、噴射が、別の帰還導管部分を介して行われる。従って、中間冷却によって圧縮蒸気から除去されたエネルギー全体は、サイクルの中に維持される。なぜなら、このエネルギーは、蒸発が改良されるという事実をもたらすからである。凝縮器から蒸発器までの全体の経路において、戻った液体は、重力によって上部から下方に流れ、追加的にポンプ搬送する必要がない。

また、好ましい実施形態において、凝縮器から中間クーラーへのノズル開口部と、中間クーラーから蒸発器へのノズル開口部とは、同じ圧力がノズル開口部の両側に提供されるとき、液体がノズル開口部を通過しないように形成される。ヒートポンプがその瞬間に稼動していないとき、そのような状態が存在する。しかしながら、圧力差、例えば、凝縮器と中間クーラーとの間の圧力差、または、中間クーラーと蒸発器との間の圧力差が、存在するとき、ノズル開口部は活性状態となり、還流を許す。ノズル開口部は、通常、入力流がちょうど凝縮器への蒸気入力によって補償されるような寸法とされる。

また、本発明では、凝縮器の作動流体スペースの中の、プロセス水槽の簡単で同時に効率の良い収容設備が達成される。作動流体スペースとプロセス水槽は、プロセス水槽が作動流体スペースの壁から間隔を置いている壁を有するように、配置される。従って、少なくとも液化作動流体もプロセス水も部分的に有しておらず、蒸気のみで満たされているギャップが、これら２つの壁の間にもたらされる。好ましくは、この蒸気は、圧縮機によって凝縮器に輸送された同じ圧縮された作動蒸気である。この圧縮された作動蒸気は、プロセス水槽と作動流体スペースとの間のギャップを満たす。

従って、プロセス水槽の中のプロセス水は、１つの壁だけによって凝縮器の中の液体から区切られるのではなく、２つの壁とそれらの壁の間の蒸気層、および／または、ガス層によって区切られる。

蒸気および／またはガスは、水および／または液化ガスより非常に高い熱抵抗を有しているので、プロセス水槽は、別の手段を用いることなく、凝縮器の作動流体スペースの内容物から断熱される。

また、好ましい実施形態において、ヒートポンプは水で稼動される。大気圧と比較して、そのようなヒートポンプの中に存在する圧縮された蒸気でさえ、１００ミリバール（１００ヘクトパスカル）のような比較的低い圧力を有する。従って、プロセス水槽と液化作動流体との間の断熱効果は、より高い圧力の蒸気と比較して更に増加する。これは、ガスの圧力が低くなればなるほど、ガス充填ギャップの断熱効果が大きくなるという事実のためである。最も良い断熱効果は、ギャップの中が真空であるときに達成される。

また、本発明の好ましい実施形態において、プロセス水槽は、流体的に断熱された方法で、暖かい凝縮器液体をプロセス水槽に誘導している熱交換器によって加熱される。さらに、プロセス水槽は、直列の圧縮機の中間段の後ろ、または、最後段の後ろに配置されている中間クーラーと共に加熱されるように形成される。ここで、プロセス水槽の中のプロセス水が直接に中間クーラーに誘導されることが好ましい。これで、オーバーヒート蒸気に接触した中間クーラーの表面は、直接にプロセス水によって冷やされ、プロセス水槽の中の温度は、凝縮器の中の加熱の目的のために存在する他の温度より高くなる。中間クーラー液体を直接保持するプロセス水槽によって、追加的な熱交換器を通したどんな損失も不要になる。

さらに、中間クーラー自身の中の液体容積は比較的小さいので、プロセス水のそのような使用法は重要でない。プロセス水は、水を加熱することと対照に、最終的に飲まれてもよく、従って、衛生的である。

さらに、凝縮器温度より実質的に高い温度は、オーバーヒート特性により、中間クーラーの中で達成される。さらに、それは、プロセス水槽の中の衛生的な状態の維持を助ける。

通常、プロセス水槽には、通常の循環ポンプ帰還流と同様に、冷水供給と温水流動とが提供される。

凝縮器の中、特に、凝縮器の作動流体スペースの中のプロセス水槽の配置は、いくつかの利点を伴う。しかしながら、プロセス水槽は、ガスまたは蒸気で満たされたギャップを介して、作動流体スペースと熱的に分離されている。１つの利点は、プロセス水槽がどんな追加スペースも必要とせず、作動流体スペースの容積内に含まれているということである。従って、ヒートポンプは、どんな追加の複雑な形態をも有さないで、小型である。さらに、プロセス水槽は、それ自身の断熱を必要としない。この断熱は、仮に、プロセス水槽が別の場所に取り付けられるならば、必要である。しかしながら、作動流体スペース全体は、特に、ガスおよび／または蒸気で満たされたギャップは、固有の断熱として機能する。さらに、プロセス水槽によって与えられた全部の熱は、加熱源としてしばしば使用される凝縮器自体に達するので、まだ発生している熱損失は重要でない。真の損失は、外部、すなわち、周囲の空気への熱損失のみであり、プロセス水槽の中では発生しない。

プロセス水槽の壁と作動流体スペースの壁との間のギャップを充填するガスを、特に、製造する必要がないことは、さらに有利である。その代わりに、凝縮器の中に存在している作動蒸気自身が、このために有効に使用される。ヒートポンプが、作動流体として、水で稼動しているとき、蒸気および／またはガスは、液化蒸気（すなわち、水）および／または液化ガスより良好な断熱効果を常に有するという事実は別として、プロセス水槽と作動流体スペースとの間の断熱は、特に良好である。なぜなら、凝縮器の圧力は、蒸発器の中の圧力より高いけれども、１００ヘクトパスカル（中くらいの負の圧力に相当する）程度と、比較的低いからである。

さらに、凝縮器の作動流体スペースの中のプロセス水槽の配置は、例えば、非連結の熱交換器に対して、作動流体スペース自身への導管経路が短い、という事実に繋がる。さらに、圧縮機も、通常、凝縮器の近くに組み付けられるので、圧縮機の後段の液体結合ヒーター（中間クーラーなど）への導管経路も短い。

これらのすべての特性は、ヒートポンプ全体が、より小型で、従って、より安価で取り扱い易くなる、という事実に導くだけではなく、ヒートポンプの損失が更に最小になる、という事実にも導く。プロセス水からの全ての熱損失は、実際に、真の損失ではない。なぜなら、熱だけが凝縮器スペースに達し、凝縮器スペースで熱サイクルを加熱するために有益だからである。それにもかかわらず、良好な断熱のため、少なくとも上側領域において、液化作動流体の中に存在している温度よりプロセス水槽の中の温度を高く維持することは、容易に可能である。なぜなら、より高い温度が中間クーラーの中で発生して、その温度は、例えば、プロセス水に直接に（すなわち、両者間の熱交換器なしで）与えられ、プロセス水槽の上側領域（プロセス水槽の最も暖かい層が位置しているところ）に搬送されるからである。

また、本実施形態において、代わりに、または、付加的に、凝縮器が、気化領域によって、外界の環境から熱的に断熱される。このために、ヒートポンプの蒸発器から凝縮器に延在している気化領域は、凝縮器が有している凝縮器壁に沿って延在するように形成される。従って、凝縮器は、もはや外界に対して断熱される必要はない。なぜなら、凝縮器の中よりかなり低圧力である気化領域は、非常に良好な断熱特性を有するからである。特に、ヒートポンプが水および作動流体で稼動され、そして、構造物を加熱するために必要な通常の凝縮器温度（３０℃〜６０℃の範囲など）が、凝縮器の中に存在しているとき、非常に低い圧力（例えば、１０００ミリバールである環境に関して、ほとんど真空を表す５０ミリバール程度の圧力）が、ガス領域の中に存在する。この「擬似真空」は、実質的に、特別に用いられる断熱材（有機的または合成的断熱材など）より良好な断熱特性を有する。さらに、気化領域を有するこの断熱は、一方で、コスト削減を、他方で、スペース削減および組立削減を伴う追加断熱材を供給することを削減する。従って、全く必要ない断熱材を、買ったり、組み立てたりする必要はない。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。

プロセス水槽を備えた、蒸発器、圧縮機、および凝縮器を有するヒートポンプの概略図である。 図１に示したプロセス水槽の概略図である。 図１に示したプロセス水槽の配置を示す拡大図である。 図１に示した圧縮機／中間冷却直列の概略図である。 上昇流導管の上端部での第２の圧縮段の配置を示す拡大図である。 上昇流導管の下端部での第１の圧縮段の配置を示す拡大図である。 上昇流導管での圧縮機用モータの配置を示す概略図である。 固定具と追加の冷却フィンを有する上昇流導管の横断面図である。

図１は、凝縮器が有効に用いられたヒートポンプの概略横断面図を示す。ヒートポンプ容器１００を含むヒートポンプは、底部から頂部へのヒートポンプの組立方向において、最初に、蒸発器２００、および、その上の凝縮器５００を備えている。さらに、第１の中間クーラー４２０を提供している第１の圧縮段（第１の圧縮機）４１０は、蒸発器２００と凝縮器５００との間に配置されている。第１の中間クーラー４２０から出力された圧縮気化作動流体５４０は、第２の圧縮段（第２の圧縮機）４３０に入り、そこで圧縮され、第２の中間クーラー４４０に供給される。第２の中間クーラー４４０から、圧縮され一時的に冷却された気化作動流体（蒸気）５４０は、凝縮器５００に供給される。凝縮器５００は凝縮器スペース５１０を有する。凝縮器スペース５１０は、水などの液化作動流体５３０で、充填レベル５２０まで満たされている。凝縮器５００、および／または、凝縮器スペース５１０は、凝縮器壁５０５によって外側に対して制限される。凝縮器壁５０５は、低部境界（すなわち、図１に示した凝縮器５００の底部領域）と同様に、凝縮器５００の側面境界を提供する。前記充填レベル５２０は、液化作動流体（水）５３０と（未だ）液化されない気化作動流体（蒸気）５４０との間の境界を設定する。気化作動流体５４０は、第２の圧縮機４３０によって、第２の中間クーラー４４０に排出される。

プロセス水槽６００は、液化作動流体（作動流体スペース）５３０の中に存在する。プロセス水槽６００は、その内容物が、液体に関して、作動流体スペース５３０の中の液化作動流体から分離されるように形成される。さらに、プロセス水槽６００は、冷たいプロセス水のためのプロセス水流入導管６１０と暖かいプロセス水のためのプロセス水流出導管（またはプロセス水流動）６２０を含む。

本発明によれば、プロセス水槽６００は、液化作動流体（作動流体スペース）５３０の中に、少なくとも一部が配置される。プロセス水槽６００は、作動流体スペース５３０の壁５９０から間隔を置いて配置されたプロセス水槽壁６３０を含む。その結果、ギャップ６４０が、気化作動流体（気化領域）５４０と通じ合うように形成される。さらに、その配置は、稼働中、液化作動流体が、全く、または、少なくとも部分的に、ギャップ６４０の中に含まれないものである。例えば、ギャップ６４０の上側領域が、作動流体蒸気、および／または、作動流体ガスで満たされ、一方、ある理由のため、ギャップ６４０の下側領域が、作動流体で満たされるときでも、プロセス水槽６００の中の水と作動流体スペース５３０の中の液化作動流体（水など）との間の断熱効果が得られる。

特に、プロセス水の液体は、上側領域より下側領域の方が少ないので、実現に依存して、上側領域だけ断熱を確実にすることは、とにかく重要である。なぜなら、下側領域が、凝縮器スペース５１０に対して、全く断熱していない、または、小さい断熱しか有していないことは、一部、好ましい。これは、特に、水導管からの水がさらに冷たい冬に、プロセス水給水が約１２℃、または、より低い温度である、という事実のためである。対照的に、作動流体スペース５３０の下側領域は、たぶん３０℃より高い温度を有し、例えば３７℃にさえなる。したがって、プロセス水槽６００の上側（より暖かい）領域が、凝縮器スペース５１０より暖かいこと、を少なくとも確実にすることに対して、プロセス水槽６００の下側領域が、凝縮器５００から特に厚く隔離されるか否かは、重要でない。従って、より高い温度が層化によって生じるプロセス水槽６００の領域が、作動流体スペース５３０から熱的に隔離される限り、仮に、下側領域が液化作動流体で満たされても、それほど重要ではない。

本発明に係るヒートポンプは、蒸発器２００、凝縮器壁５０５を有する凝縮器５００、および、第１の圧縮機４１０と第２の圧縮機４３０との間に配置された気化領域と同様に、気化領域４１４，４２０，４２２を含む。概して、気化領域は、蒸発器２００と凝縮器５００との間で延在し、蒸発器２００によって蒸発させられた作動流体を、凝縮器５００に誘導する。その結果、液化作動流体は凝縮器５００の中で液化される。液化を通して、構造物を加熱するために使用される熱は、凝縮器５００、および／または、凝縮器５００の中の液化作動流体に与えられる。

図１に示すように、本発明に係るヒートポンプは組立作業方向を有し、凝縮器５００はこの組立作業方向に関して蒸発器２００の上に配置されている。

図１の中に膨張弁２５０として記載されている要素は、実施形態において、液化作動流体を凝縮器５００から蒸発器２００に戻すための特別な帰還経路として形成される。帰還経路２５０は、液化作動流体が、組立作業方向に関して、上部から下方に移動するように形成される。特に、帰還経路２５０は、受動スロットル弁として形成され、どんなポンプも必要としない。

しかしながら、図１に示された本発明の好ましい実施形態において、帰還経路２５０は、２段であるように形成される。帰還経路２５０の第１段は、凝縮器５００の底壁５０５にノズル開口部を含む。その結果、そのようなノズル開口部の近くに位置する液化作動流体は、凝縮器５００の底と中間クーラー４２０との間の圧力差のために、中間クーラー４２０の中に噴射する。中間クーラー４２０の中に噴射されたこの媒体は、ガス経路４２２の中に位置しているガスを中間的に冷やすために効果的に役立つ。なぜなら、噴射された液体の温度は、凝縮器５００の底部において、例えば、約３５℃〜４０℃だからである。対照的に、圧縮機４１０からのガス出力は、オーバーヒートのため約１００℃の温度範囲内である。

そして、噴射された液体媒体は、中間クーラー４２０の突起４２１の中に集められ、そこから帰還経路２５０の第２の部分（図１に図示せず）を通して、蒸発器２００に輸送される。ノズル開口部を通した同様の噴射技術が、ここでも用いられる。なぜなら、ガス経路４２２と蒸発器２００の蒸発スペース２２０との間の圧力差が存在するからである。この圧力差および重力のため、液体作動媒体は、ポンプを必要としないで、自ら、中間クーラー４２０から第２の部分を介して、蒸発スペース２２０に移動する。さらに、蒸発スペース２２０に噴射された作動流体は、中間冷却の蒸気から蒸発器２００に移動したエネルギー全体を導入する。このエネルギーは蒸気発生のために使用される。この加熱された帰還された作動媒体は、蒸発器２００の中の蒸発効果を高めるので、帰還経路２５０はどんなエネルギー損失も導かない。

好ましい実施形態では、凝縮器５００の底部のノズル開口部と、中間クーラー４２０と蒸発器スペース２２０との間のノズル開口部とが、両方形成される。その結果、圧力差がそのようなノズル開口部で存在しないとき、液体はそこを通過しない。従って、ヒートポンプが稼動していないとき、すなわち、蒸発スペース２２０が、ガス経路４２２または凝縮器蒸気スペース４３８と同じ圧力であるとき、凝縮器５００が少しの液体も与えない、ということは確実である。ノズル開口部に存在している圧力が、圧縮機４１０，４３０の稼動を通して作られるときだけ、ノズル開口部は液体を通過させる。

その結果、エネルギー損失なしで、中間冷却を付加的に引き起こす帰還経路２５０が、追加の複雑な動作制御なしで、提供されることが、達成される。

次に、図１で説明したヒートポンプの個々の部品がさらに詳細に説明される。

蒸発器流入導管２１０では、仮に、開サイクルが行われるならば、地下水、海水、塩水、川の水などの、冷却されるべき液化作動流体が、供給される。対照的に、閉サイクルが行われるならば、蒸発器流入導管２１０を通して提供された液化作動流体（この場合、例えば水）は、閉じた地中導管を通して、地中にポンプ搬送され、再び地上にポンプ搬送される。密封と圧縮機は、水が蒸発器流入導管２１０を通って上昇する温度で蒸発するような圧力が、蒸発スペース２２０の中で形成されるように、設計される。この過程をできるだけ良く実行させるために、蒸発器２００が、膨張器２３０と共に提供される。膨張器２３０は回転対称であり、「逆」プレートのように中央部に提供される。水は、中心から四方に向かって外側に流動し、円環状の収集溝２３５に集められる。収集溝２３５のある点に、蒸発器流出導管２４０が形成される。蒸発によって冷却された水および／または作動流体は、再び、液体の形で、蒸発器流出導管２４０を通って、例えば加熱源に向かってポンプ搬送される。加熱源は、例えば、地下水または土である。

ウォータージェット偏向器２４５は、蒸発器流入導管２１０によって運ばれた水が、上向きに飛び散らないで、均等に四方に向かって流動することを確実にするために配置され、可能な限り効率の良い蒸発を確実にする。膨張弁２５０は、蒸発スペース２２０と作動流体スペース５３０との間に配置される。必要ならば、両者のスペース２５０と５３０との圧力差は、膨張弁２５０によって制御される。圧縮機４１０，４３０や別のポンプと同様に、膨張弁２５０のための制御信号は、電子制御装置２６０によって提供される。電子制御装置２６０は、いずれかの位置に配置される。調整およびメンテナンス目的のための外部からの良好なアクセス性のような問題は、蒸発スペース２２０または凝縮器スペース５１０との熱的結合、および／または、熱的非結合より重要である。

蒸発スペース２２０の中に含まれた作動蒸気５４０は、下部から上方に向かって狭くなる蒸発スペース２２０の形状を通して、できるだけ均一な流動で、第１の圧縮機４１０によって吸入される。このために、第１の圧縮機４１０は、モータ軸４１２を介してラジアルホイール４１３を駆動するモータ４１１を含む（図６参照）。ラジアルホイール４１３は、下部側（入力側）４１３ａを通して作動蒸気５４０を吸入し、上部側（出力側）４１３ｂにおいて、圧縮された形で作動蒸気５４０を出力する。こうして圧縮された作動蒸気５４０は、蒸気経路４１４の最初の部分に達する。作動蒸気５４０は、そこから、第１の中間クーラー４２０に達する。第１の中間クーラー４２０は、圧縮によってオーバヒートされた作動蒸気５４０の流速を遅くするための対応する突起４２１で特徴付けられる。第１の中間クーラー４２０は、図１に示されていないが、実現に依存して、流体経路によって貫通されていてもよい。例えば、これらの流体経路は、水（すなわち、作動流体スペース５３０の中の作動流体水）を加熱することによって流れる。２者択一的に、または、追加的に、これらの流体経路は、プロセス水槽６００の中へ供給されたプロセス水に対する予備加熱を得るために、冷水供給サイクル６１０によって流れる。

別の実施形態では、凝縮器５００の作動流体スペース５３０の冷たい下端周囲の流体経路（第１の中間クーラー）４２０への誘導は、作動流体蒸気５４０が、第１のラジアルホイール４３３からの経由で冷えて、そのオーバーヒートエンタルピーを放出するように働く（図５参照）。作動流体蒸気５４０は、この比較的長い膨張作動流体経路を通って広がる。

作動流体蒸気５４０は、第１の中間クーラー４２０を通って、第２の経路４２２を介して、第２の圧縮段（圧縮機）４３０のラジアルホイール４３３の吸気口４３３ａの中に流れる。さらに、作動流体蒸気５４０は、排出口４３３ｂの側部の第２の中間クーラー４４０の中に搬送される。このために、経路部分４３４が、ラジアルホイール４３３の側部の排出口４３３ｂと第２の中間クーラー４４０への入口との間に、延在しながら提供される。

次に、第２の圧縮段（圧縮機）４３０によって、凝縮器圧力まで凝縮された作動蒸気５４０は、第２の中間クーラー４４０を通り抜けて、冷たい液化作動流体５１１に誘導される。この冷たい液化作動流体５１１は、凝縮器５００の膨張器５１２に運ばれる。膨張器５１２は、蒸発器２００の中の膨張器２３０と同様の形状を有し、中央口を経由して提供されている。凝縮器５００の中央口は、蒸発器２００の中の流入導管２１０と対照に、上昇流導管５８０を経由して提供されている。作動流体スペース５３０の下部領域に配置された冷たい液化作動流体は、矢印５８１によって示されるように、作動流体スペース５３０の下部領域から吸入され、上昇流導管５８０を通って、矢印５８２によって示されるように、上昇流導管５８０の中を運び上げられる。

液化作動流体（水）５３０は、作動流体スペースの底部から運ばれるので、冷たい。この液化作動流体（水）５３０は、凝縮器５００の蒸気スペースの中の熱い圧縮された作動流体蒸気５４０に対して、理想的な「液化パートナー」を表す。これは、上昇流導管５８０によって運ばれる液化作動流体（水）が、途中で、中央口から縁に向かって下向きに流れる蒸気の液化によってますます加熱されるという事実に導く。その結果、加熱された水が、膨張器５１２の縁５１７の液化作動流体で満たされた作動流体スペース５３０に入るとき、加熱された水が作動流体スペース５３０を加熱する。

作動流体スペース５３０の液化作動流体は、加熱流導管５３１によって、床暖房などの暖房システムにポンプ搬送される。暖房システムでは、暖かい加熱水が、床、空気、熱交換媒体に熱を放出する。そして、冷えた加熱水は、再び、加熱流帰還導管５３２によって、作動流体スペース５３０に流れる。作動流体スペース５３０では、冷えた液化作動流体（加熱水）が、再び、上昇流導管５８０の中に発生した流動５８２を介して吸入され、矢印５８１で示されるように、再び、加熱されるために膨張器５１２に運ばれる。

次に、図１〜図３を参照して、プロセス水槽６００が、さらに詳細に説明される。冷水流導管（プロセス水流入導管）６１０および温水流導管（プロセス水流出導管）６２０は別として、プロセス水槽６００は、さらに望ましくは、循環帰還導管６２１を含む。循環帰還導管６２１は、温水流導管６２０と循環ポンプに接続されている。その結果、循環ポンプを作動させることによって、予熱されたプロセス水が、常に、プロセス水蛇口に存在する、ことが確実である。これで、温水が蛇口を出るまで、温水のための蛇口が、初めに非常に長い時間作動する必要はない、ことが確実である。

さらに、図式的に描かれたプロセス水ヒーター６６０（例えば、ヒーターコイル６６１として形成される（図１参照））が、プロセス水槽６００の中に提供される。プロセス水ヒーター６６０は、プロセス水ヒーター流入導管６６２とプロセス水ヒーター流出導管６６３とに接続されている。しかしながら、プロセス水ヒーター６６０の中の液体サイクルは、プロセス水槽６００の中のプロセス水に結合され、特に、図１に示すように、作動流体スペース５３０の中の液化作動流体に結合される。ここで、暖かい液化作動流体が、図示しないポンプによって、最も高い温度が存在する入口の位置５１７の近くのプロセス水ヒーター流入導管６６２を通って、プロセス水ヒーター６６０の中に吸入される。暖かい液化作動流体は、プロセス水ヒーター６６０を通って輸送され、作動流体スペース５３０の中で最も低い温度が存在している底部にて、再び排出される。このために使用されるポンプは、ポンプの余熱を使用するために、プロセス水槽６００自体（しかし、液体に関して結合されていない）の中に配置される。または、凝縮器スペースの中のプロセス水槽６００の外側に提供される。それは、衛生の理由から好まれる。

従って、プロセス水槽６００は上部と下部を有し、熱交換器（プロセス水ヒーター）６６０は、プロセス水槽６００の上部の中より下部の中で多く延在するように、配置される。その結果、ヒーターコイル６６１を有するプロセス水ヒーター６６０は、プロセス水槽６００の温度レベルが、凝縮器水（凝縮器５００内の液化作動流体）５３０の温度と等しい場所、または、より低い場所に延在するだけである。しかしながら、プロセス水槽６００の上部の温度は、凝縮器水の温度より高い。その結果、例えば、活性領域（すなわち、ヒーターコイル）を有する熱交換器６６０は、プロセス水槽６００の上部に配置される必要はない。

従って、プロセス水ヒーター６６０によっては、プロセス水槽６００の中に存在するプロセス水は、凝縮器５００の中の最も暖かい位置（すなわち、加熱された作動流体が、膨張器５１２から凝縮器５００の中の液化作動流体に入る位置５１７の周囲）に存在する温度より高い温度に加熱できない。

より高い温度が、圧縮された蒸気の中間冷却を達成するために、プロセス水を使用することによって到達される。このために、プロセス水槽６００は、第２の中間クーラー４４０を通過したプロセス水を収容するために、上側領域との接続を含む。第２の中間クーラー４４０は、位置５１７での温度よりかなり高い温度である。従って、中間クーラー出力流導管６７１は、プロセス水槽６００の最上領域を、充填レベル５２０近くの液化作動流体５３０の温度より高い温度にもたらすために役立つ。冷やされたプロセス水、および／または、供給された冷たいプロセス水は、中間クーラー入力流導管６７２を介して、プロセス水槽６００の底部の位置で排出され、第２の中間クーラー４４０に供給される。実施例によれば、図１には示されていないが、プロセス水は、第２の中間クーラー４４０によって加熱されるだけでなく、第１の中間クーラー４２０／突起４２１によっても加熱される。

ヒートポンプの通常の設計では、中間冷却は、十分な量の温水を発生させることに十分な単独の中間冷却サイクルに対して、強い加熱力を提供しないと想定される。この理由のため、プロセス水槽６００は、所定の容積を持つように設計される。その結果、プロセス水槽６００は、常に、ヒートポンプの通常操作における凝縮器温度より高い温度まで加熱される。従って、予め決められたバッファが、浴槽や、同時にまたは素早く連続して使用されるいくつかのシャワーのように、より多くの水量が取り出されるときのために存在する。ここで、自動プロセス水の好ましい効果も起こる。仮に、非常に多量の温水が取り出されるならば、第２の中間クーラー４４０は、どんどん冷たくなって、ますます多くの熱を蒸気から奪う。それは、蒸気が凝縮器水に排出することがまだできるエネルギーを減少させることに導く。しかしながら、好ましい温水分配のこの効果は、加熱サイクルが、通常、そんなに急速に反応しないので、望ましい。そして、瞬間的にプロセス水を暖かいプロセス水にしたいと思うことは、加熱サイクルが短期間にわずかに弱々しく働くか否かの問題より重要である。

しかしながら、仮に、プロセス水槽６００が十分に加熱されるならば、プロセス水ヒーター６６０は、電子制御装置２６０によって循環ポンプを停止することによって、非活性化してもよい。さらに、中間冷却サイクルは、プロセス水槽６００は、最高温度にあるので、導管６７１，６７２および対応する中間冷却ポンプを介して停止してもよい。しかしながら、これは絶対に必要なことではない。なぜなら、プロセス水槽６００が、十分に加熱されるとき、エネルギーが、ある程度まで、プロセス水ヒーター６６０の中に、逆に供給されるからである。プロセス水ヒーター６６０は、オーバーヒートエンタルピーを有利に利用して、凝縮器の作動流体スペース５３０の下側、むしろ冷たい位置を加熱するために、プロセス水冷却器として働く。

凝縮器スペース５１０の中のプロセス水槽６００の本発明の配置と、凝縮器容積からのプロセス水ヒーター６６０による、および／または、中間クーラー４４０へのサイクルによるプロセス水槽６００の加熱とは、特に厳格に制御される必要はなく、制御なしで働きさえする。なぜなら、好ましい温水プロセスが自動的に行われ、温水プロセスが、夜の長い期間のように、必要でないとき、プロセス水槽６００は、さらに凝縮器５００を追加的に加熱するのに役立つからである。この加熱の目的は、構造物を加熱することなく、加熱流導管５３１と加熱流帰還導管５３２とを介して実行される圧縮機の電力消費量が減少し、名目値より下がることである。

図３は、凝縮器スペース５１０の中のプロセス水槽６００の収容設備に関する略図を示す。特に、プロセス水槽６００の全体が、液化作動流体の充填レベル５２０より下に配置されることが好ましい。仮に、ヒートポンプが、液化作動流体の充填レベル５２０が変化するように設計されるならば、ギャップ蒸気搬送導管６４１は、作動流体スペース５３０の中の液化作動流体のために、最大の充填レベル５２０より上に配置されることが好ましい。これで、最大の充填レベル５２０の場合でさえ、液化作動流体が、ギャップ蒸気搬送導管６４１を通してギャップ６４０に入らないことが保証される。その結果、蒸気はギャップ６４０の全体に存在する。すなわち、蒸気は、凝縮器５００の蒸気で満たされた領域またはガス領域５４０の中に存在する。従って、プロセス水槽６００は、凝縮器５００の中に、魔法瓶の類推で、すなわち、「水面」より下に配置される。

魔法瓶の類推で、暖かく保たれるべき液体が満たされた内側の領域は、空にしている領域によって、外側の周囲の空気から断熱される。プロセス水槽６００は、ギャップ６４０の中に固体断熱材料を満たすことなく、蒸気充填またはガス充填によって、作動流体スペース５３０の中の液化作動流体（加熱水）から断熱される。たとえ、ギャップ６４０の中が、高真空でなくても、かなり負の圧力（例えば、１００ミリバール）が、特に、液化作動流体としての水と共に操作される、すなわち、比較的低い圧力で操作されるヒートポンプのために、ギャップ６４０の中に提供される。

ギャップ６４０のサイズ、すなわち、作動流体スペース壁５９０とプロセス水槽壁６３０との間の最短距離は、寸法に関して重要ではなく、０．５ｃｍより大きくあるべきである。ギャップ６４０の最大サイズは、任意である。しかし、あるポイントでのギャップの増加は、小型でないことによる損失をもたらし、断熱に関してより大きい利点を提供しないという事実によって制限される。従って、作動流体スペース壁５９０とプロセス水槽壁６３０との間の最大ギャップは、５ｃｍより小さくすることが好ましい。

さらに、液化作動流体５３０の量が１００〜５００リットルの範囲になるように凝縮器５００を設計することが好ましい。液化作動流体５３０は、同時に、加熱水の貯蔵を表す。プロセス水槽６００の容積は、通常小さく、作動流体スペース５３０の容積の５％から５０％の範囲である。

さらに、所定の自明な結合導管は別として、図１の横断面図は、回転対称であることを指摘している。これは、蒸発器２００の膨張器２３０または膨張器５１２が、平面図において、ちょうど逆プレートとして形成されることを意味する。

さらに、蒸気経路（ガス領域）４１４，４２２は、液化作動流体のための、ほとんど全体が筒状のスペース（作動流体スペース）５３０の周りに円形に延在している。それは、平面図で円形である。

さらに、プロセス水槽６００も、平面図で円形である。プロセス水槽６００は、図１に示された実施形態において、作動流体スペース５３０の右半分の中に配置されている。しかしながら、実施によっては、プロセス水槽６００は、回転対称の形に配置できる。その結果、プロセス水槽６００は、上昇流導管５８０の周囲に、ちょうどリングのように延在する。しかしながら、プロセス水槽６００のそのような大規模な設計は、しばしば必要ではない。その結果、平面図で円形である作動流体スペース５３０の区域の中のプロセス水槽６００の設計は、好ましくは、１８０度より小さいこの区域で、十分である。

次に、図４に基づいて、配置された中間クーラー４２０，４４０を有する圧縮サイクルが、さらに詳細に示される。特に、図１に基づいて示したように、１０℃かつ１０ミリバールなどの低温かつ低圧の蒸発した水蒸気は、好ましくは、蒸発器２００を通して、関係したラジアルホイール４１３を有したモータ４１１によって実行された第１の圧縮段（圧縮機）４１０に達する。本発明に従ってラジアルホイール４１３を駆動するためのモータ４１１が、さらに詳細に示されるが、図６の中で既に説明したように、上昇流導管５８０の中に配置されることに注目するべきである。図４の中で符号Ｋ１と称される第１の圧縮機４１０の出力にて、蒸気が蒸気経路４１４の中に搬送される。この蒸気は、約３０ミリバールの圧力を有し、通常、オーバーヒートエンタルピーのため約４０℃の温度を有している。約４０℃のこの温度は、圧力に重大な影響を与えることなしに、第１の中間クーラー４２０を介して、蒸気から除去される。

第１の中間クーラー４２０は、蒸気からエネルギーを除去するために、図１に示されていないが、例えば、突起４２１の表面に熱的結合され、かつ、蒸気経路（ガス領域）４１４の領域の中に配置された導管を含む。このエネルギーは、凝縮器５００の作動流体スペース５３０を加熱するために、または、仮に、プロセス水槽６００が層状貯水槽として設計されるならば、プロセス水槽６００の下層部などの一部を加熱するために使用される。この場合、第１の中間クーラー４２０から発生する別の流入導管は、プロセス水槽６００の頂部には配置されないが、プロセス水槽６００の略中央部に配置される。しかしながら、好ましいことであるが、作動流体スペース５３０の壁が、非断熱になるように形成されるとき、２者択一的に、作動流体スペース５３０の中に行き渡っている温度または近傍温度への蒸気の冷却が、作動流体スペース５３０に沿って蒸気経路（ガス領域）４１４，４２２を案内することによって行われる。

次に、３０ミリバールの中圧力である、今再び冷却される蒸気は、第２の圧縮段４３０に達する。第２の圧縮段階４３０で、蒸気は約１００ミリバールに圧縮され、蒸気出力導管４３４の中に高温で出力される。この温度は１００〜２００℃である。蒸気は第２の中間クーラー４４０によって冷却される。第２の中間クーラー４４０は、大きく減圧することなく、図示されるように、導管６７１，６７２を介してプロセス水槽６００を加熱する。オーバーヒートエンタルピーが減少した圧縮蒸気は、凝縮器５００に供給され、加熱水５３０を加熱する。ここで、第２の中間クーラー４４０の出力と凝縮器５００の膨張器５１２との間の「経路」が、符号４３８で示される。

次に、図５に基づいて、第２の圧縮機４３０のより詳細な構造、ならびに、第２の中間クーラー４４０との相互作用が、例証される。第２の圧縮機４３０のラジアルホイール４３３は、経路４２２を介して供給されたガス、または、ヒートポンプが水で操作されるときの経路４２２を介して供給された蒸気を、高温および高圧に圧縮する。そして、第２の圧縮機４３０のラジアルホイール４３３は、蒸気出力導管４３４の中に、加熱されて圧縮された蒸気を出力する。次に、蒸気は第２の中間クーラー４４０に入る。第２の中間クーラー４４０は、蒸気が、この中間クーラー４４０の周囲に、矢印４４５，４４６によって示されたジグザグの経路のように、比較的長い経路を取らなければならないように形成される。第２の中間クーラー４４０の中の蒸気の経路のためのこの成形は、プラスチック射出成型によって容易に達成される。

第２の中間クーラー４４０は、図５に図示されない配管によって貫通された中央部分４４７を有する。あるいはまた、中央部分４４７は、完全に空洞であり、可能な最大の加熱効果を達成するために、平板導管の機能で加熱されるべきプロセス水が流れる。プロセス水のための対応する導管は、中間クーラー部分の外壁に提供される。その結果、第２の中間クーラー４４０において、中間クーラー４４０を通って流れる蒸気に対して、できるだけ冷たい表面が存在する。その結果、できるだけ多くの熱エネルギーが循環プロセス水に与えられ、プロセス水槽６００は、凝縮器５００の温度よりかなり高い温度に達する。

また、第２の中間クーラー４４０は２者択一的に形成される、ということを指摘するべきである。事実、いくつかのジグザグ経路は、蒸気が第２の中間クーラー出力導管４３８に入って、最終的に凝縮されるように、提供される。さらに、どんな熱交換器概念も、プロセス水が流れる好ましい部品と共に、第２の中間クーラー４４０のために使われる。

次に、図７を参照して、上昇流導管５８０の中の圧縮機用モータの配置が例証される。図７は、モータ軸４１２を駆動するモータ４１１を示す。モータ軸４１２は、圧縮機として示される要素４１３に順に接続される。例えば、圧縮機４１３として示される要素は、ラジアルホイールである。しかしながら、入力側で低圧力の蒸気を吸入して、出力側で高圧力の蒸気を排出する、別の回転可能な要素が、圧縮要素として使用されてもよい。図７で示された配置において、圧縮機４１３、すなわち、回転可能な圧縮部材だけが、蒸発スペース２２０から蒸気経路４１４に延在している蒸気流の中に配置されている。しかしながら、モータ４１１とモータ軸４１２の重要な部分とは、蒸気媒体の中に配置されるのではなく、凝縮器水などの液化作動流体のための作動流体スペース５３０の中に配置される。凝縮器水の中のモータ４１１の配置を経由して、非常に低損失なモータの中で進展するモータ余熱は、好ましくは、役に立たない方法で周囲に与えられるのではなく、加熱されるべき液化作動流体５３０に与えられる。この液化作動流体５３０自体は、別の面から見ると、モータ４１１のための良好な冷却を提供する。その結果、モータ４１１は、オーバーヒートせず、損害を受けない。

また、凝縮器５００の中の、特に、凝縮器５００の上昇流導管５８０の中のモータ４１１の配置は、別の有利な効果がある。これは音発生を導くので、特に、固有の遮音は、周囲の液化作動流体５３０に接するモータ４１１によって及ばされる振動が、振動の中に置かれている液化作動流体全体に生じない、ということを達成する。この音発生は、追加的な徹底した防音手段を伴い、追加的な費用および追加的な努力を伴う。しかし、仮に、モータ４１１が、上昇流導管５８０の中に、または、概して円筒状導管（必ずしも上昇流導管５８０である必要はない）の中に配置されるならば、モータ４１１の振動で発生した液化作動流体５３０の振動は、凝縮器５００の外側での騒音発生を、全く導かない。または、非常に減少した騒音しか導かない。

この理由は、液化作動流体５３０は、モータ４１１の装着、および、潜在的に追加的に存在するモータ４１１の冷却フィンのために、上昇流導管５８０内で、および／または、円筒状物内で振動させられるけれども、この振動は、円筒状導管（上昇流導管５８０など）の壁のために、円筒状導管の周囲の液化作動流体５３０に伝達されないからである。代わりに、液化作動流体５３０全体の騒音発生をさせている振動は、円筒状導管内に含まれたままで残る。なぜなら、円筒状導管自体が、円筒形状のため前後方向に回転するが、この前後方向の回転によって円筒状導管の周囲の凝縮器水５３０の中の重要な振動を発生しないからである。この効果のより詳細な例証が、以下に、図７の破線Ａ−Ａ´に沿った断面図を示す図８を参照してなされる。

図８は、一実施形態の上昇流導管５８０である導管を示す。モータ４１１は、円形の横断面を有するように例示され、導管５８０の中に配置される。モータ４１１は、導管５８０の中に固定具４１７によって保持される。実施形態によれば、図８に示されるように、２つだけ、または、３つ、４つの固定具４１７も、またはそれ以上の固定具４１７が用いられる。また、固定具４１７に加えて、冷却フィン４１８が用いられる。冷却フィン４１８は、固定具４１７によって形成された区域に取り付けられ、特に、最適かつ十分に分配された冷却効果を達成するために、中心に置かれ、および／または、そこに一様に配置される。

また、固定具４１７は、冷却フィンとしても作用してよいこと、また、すべての冷却フィン４１８は、同時に、固定具として形成されてもよいことが、指摘される。この場合、固定具４１７の材料は、金属または金属粒子で充填されたプラスチックのような良好な熱伝導材が好ましい。

また、上昇流導管５８０自体は、導管５８０を介して安全に支持されるモータ４１１に導かれるサスペンションによって、凝縮器５００内に取り付けられている。

モータ４１１の振動は、モータ軸４１２の周りのモータ４１１の振動４１９をもたらす。これは、強振動が、上昇流導管５８０内の液化作動流体５３０に働く、という事実をもたらす。なぜなら、冷却フィン４１８および固定具４１７は、言わば「オール」として作用するからである。しかしながら、液化作動流体５３０のこの振動は、上昇流導管５８０内の領域に制限され、上昇流導管５８０の外側の凝縮器水５３０の対応する励振は、達成されない。これは、上昇流導管５８０が、固定具４１７および冷却フィン４１８のために、内部に「オール」を有するけれども、上昇流導管５８０が、好ましくは、丸い外側に滑らかな表面を有している、という事実のためである。従って、導管５８０は、振動４１９による外側の凝縮器水５３０の上を、外側の凝縮器水５３０の中に騒音を引き起こすことなく、従って、不穏な音を発生させることなく、滑走する。そのような騒音は、上昇流導管５８０の横断面内だけに存在し、そこからの妨害波として、周囲の凝縮器水５３０に達しない。

内部に固定具フィン４１７、および／または、冷却フィン４１８を有している対応する上昇流導管５８０の中のモータ４１１の配置は、音の封じ込めをもたらすけれども、同時に、上昇流導管としての導管５８０を使用することは、省スペースで効率の良い多機能性を達成するために、さらに好ましい。上昇流導管５８０は、冷却された凝縮器水５３０を、凝縮されるべき蒸気が達する領域の中に輸送するために役立ち、蒸気のエネルギーを、凝縮器水５３０にできるだけ多く与える。このために、冷たい液化作動流体５３０が、凝縮器スペース５１０の中の底部から上へ輸送される。この輸送は、上昇流導管５８０を通してされ、図１の膨張器５１２へ供給される。上昇流導管５８０は、好ましくは、中心に、すなわち、凝縮器スペース５１０の中央部に配置されている。しかしながら、上昇流導管５８０は、凝縮器水５３０によって、できるだけ大きな区域において、好ましくは完全に囲まれる限り、分散形式で配置されてもよい。

凝縮器水５３０を、上昇流導管５８０を通して、底部から上方に流すために、例えば、図７に示される循環ポンプ５８８が上昇流導管５８０の中に備えられる。循環ポンプ５８８は、図７に示されていないが、上昇流導管５８０に固定具４１７と共に、同様にして配置されている。しかし、循環ポンプ５８８の設計は、高い圧縮力、および／または、高い回転速度を提供する必要がないので、重要でない。しかしながら、低い回転速度での循環ポンプ５８８の簡単な操作は、凝縮器水５３０を、底部から上方に、すなわち、流動方向５８２に沿って流すことをもたらす。この流動は、モータ４１１内で発生した熱を除去すること、すなわち、常に、モータ４１１ができるだけ冷たい凝縮器水５３０で冷却されること、をもたらす。これは、下側のモータ（第１の圧縮機）４１０に対してだけでなく、上側のモータ（第２の圧縮機）４３０に対しても適用される。

図６で示された実施形態において、モータ軸４１２は、凝縮器スペース５１０の底部を貫き、凝縮器スペース５１０の底部（すなわち、図６に模式的に示されたラジアルホイール４１３）の下に配置された圧縮機４１０を駆動する。このために、壁４１２ａを貫通したモータ軸４１２の通路は、凝縮器水５３０が上からラジアルホイール４１３に入らないように、密封された通路として形成される。この密封のための要件は、ラジアルホイール４１３が、圧縮された流体（蒸気）を、上方向ではなく、横方向に排出するという事実によって、緩められる。その結果、ラジアルホイール４１３の上側の「ふた」は、とにかく密封される。そして、経路４１４と凝縮器スペース５１０との間には、効果的な密封を発生させるためのスペースが十分ある。図５に示された別のケースも同様である。そこのラジアルホイール４３３は、蒸気経路の中に置かれ、モータ４１１は、液化作動流体（例えば水）５３０で満たされた凝縮器５００の領域の中である。

特に、循環ポンプ５８８の機能性は、ラジアルホイール４１３の底部境界部に衝突している、上昇流導管５８０を通して運ばれる水に通じる。この「衝突」を通して、水はまるで上側の膨張器５１２を横切って四方に向かって流れる。しかし、膨張器５１２に位置している水流からの水は、もちろん、蒸気経路４３４には入らない。この理由で、上側のモータ４３１の軸４３２が再び密封され、多くのスペースが密封のために残る。ちょうど、下側のモータ４１１の場合のように、これは、ラジアルホイール４３３の底部境界部が、とにかく再び密封される、すなわち、液化流体および気化流体の両方において不浸透性である、という事実のためである。圧縮された気化流体は、図５に関して、横方向にかつ下方向でなく排出される。従って、モータ軸４３２の密封要件は、利用可能な大きな区域のため再び緩和される。

本発明に係るヒートポンプは、気化領域と同様に、蒸発器２００、凝縮器壁５０５を有する凝縮器５００を含む。気化領域は、第１の圧縮機４１０と第２の圧縮機４３０との間の蒸気（ガス）経路４１４，４２２と同様に、蒸発器２００の内部（蒸発スペース）２２０を含む。さらに、気化領域は、凝縮器５００の上に存在している第２の圧縮機４３０の後段の蒸気領域５４０を含む。この気化領域は、蒸発器２００から凝縮器５００に延在する。気化領域は、蒸発器２００の中で蒸発させた作動流体を保持するように形成される。蒸発させた作動流体は、凝縮器５００に入って液化される。熱は、凝縮器５００、および／または、稼働中は凝縮器５００の中に配置される液化作動流体に与えられる。図１に示すように、気化領域は凝縮器壁５０５に沿って延在している。凝縮器壁５０５は底部と側部とを有し、気化領域は底部および側部の両方に沿って延在している。気化領域は、さらに、凝縮器５００の内部の液化作動流体５３０に接触して、凝縮器５００の部分を完全に囲んでいるけれども、凝縮器壁５０５全体の少なくとも７０％が反対側の蒸発作動流体に接触しているとき、断熱材を節約する重要な効果が達成される。凝縮器壁５０５は、液化作動流体の正常な操作レベルで作動流体に接触している。特に、水が作動流体として使用されるとき、気化領域の圧力は、圧力に関して、気化領域がほとんど真空であるほど低く、魔法瓶との類推で非常に重要な断熱効果を有する。

図１はヒートポンプの垂直断面図を示す。仮に、ヒートポンプが、例えば、凝縮器５００の高さの半分で水平断面されるならば、凝縮器５００は、全体がガス経路４１４，４２２、および／または、気化領域を表すリングによって囲まれた円形断面を有する。実施形態では、凝縮器５００が円筒状であるので、水平断面は円環状断面である。しかしながら、楕円の断面を有する円筒状以外の形も有効である。さらに、２つの圧縮機、すなわち、圧縮機４３０と同様に圧縮機４１０が有効に使われている。そして、凝縮器５００の周囲に延在している気化領域が、第１の圧縮機４１０と第２の圧縮機４３０との間に配置されている。その結果、凝縮器５００は、中間クーラーとして機能し、従って、損失を導入すること無く、第１の圧縮機４１０による蒸気のオーバーヒートを減少させる。

本発明に係るヒートポンプは、効率の良い構成のため、種々の利点を結合する。先ず、凝縮器５００が蒸発器２００の上に配置されるという事実のため、蒸気は第１の圧縮段（圧縮機）４１０の方向において、蒸発器２００から上方向に移動する。蒸気が、とにかく上昇する傾向があるという事実のため、蒸気は、追加駆動なしで、圧縮によるこの動きを実行する。

蒸気が、第１の圧縮機４１０の後、凝縮器５００に沿った長い経路を誘導されることは、更なる利点である。特に、蒸気は、凝縮器５００全体の周りを誘導され、いくつかの利点を伴う。一方で、第１の蒸発器２００を出た蒸気のオーバーヒートエンタルピーは、好意的に、直接に凝縮器５００の底壁に与えられる。凝縮器５００の底部には、最も冷たい液化作動流体５３０が位置している。次に、蒸気は、凝縮器５００の中の層状に対して、ちょうど底部から上向きに、第２の圧縮機４３０へ流れる。これで、中間冷却は、実際に自動的に達成される。中間冷却は、追加の中間クーラーによって高められる。追加の中間クーラーは、十分なスペースが外側の壁に残っているので、構成的に好ましい方法で配置される。

さらに、蒸気経路４２２、および／または、蒸気経路４１４は、液化作動流体５３０を有する凝縮器スペース５１０全体を取り巻き、外部との追加断熱として機能する。結局、液化作動流体５３０は、加熱水ため池である。蒸気経路４２２、および／または、蒸気経路４１４は、２つの機能、すなわち、一方では、凝縮器５００に向けての冷却、および、他方で、ヒートポンプの外部との断熱を充足する。魔法瓶の原理によると、凝縮器スペース５１０全体は、蒸気経路４２２、および／または、蒸気経路４１４によって形成されたギャップによって囲まれている。より高い蒸気圧が存在しているギャップ６４０と対照的に、蒸気経路４２２、および／または、蒸気経路４１４の中の蒸気圧力は低くさえあり、例えば、水が熱媒体として使用されるならば、その蒸気圧力は３０ヘクトパスカルまたは３０ミリバールの範囲である。従って、中間の圧力範囲内で操作している蒸気経路によって囲まれた凝縮器５００によって、特に良好な断熱が、追加の断熱努力なしで、本来達成される。蒸気経路４２２，４１４の外壁は、外部と断熱される。しかしながら、この断熱は、凝縮器５００が外部と直接に断熱されなければならない場合と比較して、実質的により安価に作られる。

さらに、蒸気経路４２２，４１４は、望ましくは、作動流体全体の周囲に延在しているという事実のために、大きい横断面と小さい流動抵抗とを有する蒸気経路が得られる。その結果、ヒートポンプの非常に小型のデザインの場合において、十分大きい有効な断面を有する蒸気経路が創造される。その蒸気経路は、摩擦損失が進展しない、または、非常に小さい摩擦損失しか進展しないという事実をもたらす。

さらに、２つの蒸発器ステージ（好ましくは、凝縮器５００の下と、凝縮器５００の上にそれぞれ配置されている）の使用は、両方の蒸発器用モータが液化作動流体５３０の中に設置されるという事実を導く。その結果、良好なモータ冷却が達成される。冷却余熱は、同時に、加熱水を加熱するために役立つ。さらに、凝縮器５００の上の第２の蒸発器を配置することによって、凝縮へのできるだけ短い経路がそこから達成されることは確実である。できるだけ大きいこの経路の一部が、オーバーヒートエンタルピーを除去するために、第２の中間クーラーによって利用される。これは、蒸気が第２の圧縮機を出た後に行き渡る蒸気経路全体は、中間クーラーの一部であるという事実に通じる。蒸気が中間クーラーを出るとき、凝縮が、蒸気のための別の潜在的損失性経路を取ることなく、すぐに起こる。

蒸発器２００と凝縮器５００とのための両方の円形の横断面を有する設計が、良好で小型の構成を達成する一方、蒸発器２００のための最大サイズの膨張器２３０と同時に凝縮器５００のための最大サイズの膨張器５１２の使用を許す。これで、蒸発器２００と凝縮器５００が、軸に沿って配置されることが可能となる。凝縮器は、望ましくは、説明したように、蒸発器２００の上に配置される。しかしながら、逆の配置が、大きい膨張器の利点をまだ残した状態で、実施により使用されてもよい。

作動流体として水を有するヒートポンプを操作することが好ましいけれども、多くの説明された実施形態が、蒸発圧力、従って、凝縮器圧力が共に高いということで、水と異なる別の作動液体で達成される。

ヒートポンプは、加熱流５３１と加熱流帰還５３２とが、例えば、床暖房システム、すなわち、加熱されるべき物を直接に加熱するように説明されるが、平板熱交換器などの熱交換器を代わりに提供してもよい。その結果、加熱サイクルが、液体に関して、凝縮器スペース５１０の中の液化作動流体から分離される。

実施形態によっては、ヒートポンプ、および、そのかなりの要素が、プラスチック射出成形技術で作り出すことが、特にコストの理由から好ましい。ここで、凝縮器５００の壁の上昇流導管５８０の任意の形状の固定具４１７、または、凝縮器５００のプロセス水槽６００、または、プロセス水槽６００の中の熱交換器６６０の壁、または、第２の中間クーラー４４０の特別な形状の壁が、特に達成される。また、特に、ラジアルホイール４１３，４３３のモータ４１１，４３１の取り付けが、１つの操作過程において行われる。その結果、モータハウジングが、このための多くの追加取り付けステップを必要としないで、上昇流導管５８０と共に、さらに、完全に成型された凝縮器５００の中に「挿入されている」ラジアルホイール４１３，４３３と共に、特に、静止モータ部材４１１，４３１と共に、一緒に射出成型される。

Claims (16)

1. 蒸発器（２００）と、
   凝縮器（５００）と、
   前記蒸発器（２００）と前記凝縮器（５００）との間に延在し、蒸発作動流体を前記蒸発器（２００）から前記凝縮器（５００）に誘導し、その結果、前記蒸発作動流体が前記凝縮器（５００）の中で液化されるように形成された気化領域（４１４，４２２）と、を備え、
   組立作業方向を有し、前記組立作業方向に関して、前記凝縮器（５００）が前記蒸発器（２００）の上に配置されており、さらに、
   前記凝縮器（５００）の下かつ前記蒸発器（２００）の上の第１の圧縮機（４１０）と前記凝縮器（５００）の上の第２の圧縮機（４３０）とは、前記気化領域の中に配置され、前記気化領域（４１４，４２２）は、前記第１の圧縮機（４１０）と前記第２の圧縮機（４３０）との間で、かつ、前記凝縮器（５００）の周囲に延在していること、
   を特徴とする、ヒートポンプ。
2. 前記蒸発器（２００）と前記凝縮器（５００）との間に、垂直方向に配置された前記第１の圧縮機（４１０）をさらに備え、
   前記第１の圧縮機（４１０）は、蒸発作動流体を圧縮し、かつ、圧縮した蒸発作動流体を、ヒートポンプの稼動中において前記蒸発器（２００）より高い圧力を有する前記気化領域の一部分（４１４）に搬送するように形成されていること、
   を特徴とする、請求項１に記載のヒートポンプ。
3. 液化作動流体を前記蒸発器（２００）に戻すための帰還経路（２５０）を更に備え、
   前記帰還経路（２５０）は、前記組立作業方向に関して、液化作動流体が上から下に移動するように形成されていること、
   を特徴とする、請求項１に記載のヒートポンプ。
4. 前記帰路経路（２５０）は、スロットル弁を含み、ポンプを有さないように形成されていること、を特徴とする、請求項３に記載のヒートポンプ。
5. 液化作動流体を前記蒸発器（２００）に戻すための帰還経路（２５０）を更に備え、
   前記帰還経路（２５０）の第１段は、前記凝縮器（５００）から気化領域（４２０）までの１つ以上のノズル開口部を含み、前記ノズル開口部は凝縮器壁（５０５）に提供され、その結果、液化作動流体が前記気化領域（４２０）に運ばれること、
   を特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のヒートポンプ。
6. 前記気化領域（４１４，４２２）は液体収集部分（４２１）を含み、前記帰還経路（２５０）の第２の段が、前記液体収集部分（４２１）から前記蒸発器（２００）に通り、前記気化領域（４１４，４２２）に集められた液体を前記蒸発器（２００）に与えること、を特徴とする、請求項５に記載のヒートポンプ。
7. 前記第１の段および第２の段の前記ノズル開口部が、所定の液体量が予め決められた圧力差で通り抜けることができるように形成された開口部を含み、前記液体量は、前記凝縮器（５００）のレベルがヒートポンプの稼動中の目標範囲内に維持されるほど多いこと、を特徴とする、請求項５または請求項６に記載のヒートポンプ。
8. 循環ポンプ（５８８）を前記凝縮器（５００）の中に形成し、前記凝縮器（５００）内に、底部から上向きの液体流動を発生させ、その結果、底部から上向きに流れる液化作動流体は、圧縮された蒸発作動流体と接触すること、を特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれかに記載のヒートポンプ。
9. 前記液化作動流体が水で、前記蒸発作動流体が水蒸気であり、
   ヒートポンプの稼動中の前記蒸発器（２００）内の圧力は、５０ｈＰａより低く、かつ、ヒートポンプの稼動中の前記気化領域（４１４，４２２）内の圧力は、２００ｈＰａより低いこと、
   を特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれかに記載のヒートポンプ。
10. 前記気化領域（４１４，４２２）は、ヒートポンプの稼動中の前記液化作動流体と接触する前記凝縮器（５００）全体の壁を囲むように形成されていること、を特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれかに記載のヒートポンプ。
11. 前記凝縮器（５００）は、２００リットルより多い液体量がヒートポンプの稼働中の前記凝縮器（５００）の中に溜められるような寸法であること、を特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載のヒートポンプ。
12. 前記凝縮器（５００）の壁（５０５）、前記気化領域（４１４，４２２）の壁、および蒸発器（２００）の壁は、プラスチックで形成されていること、を特徴とする、請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のヒートポンプ。
13. 気化領域（６４０）を介して前記凝縮器（５００）と分離されたプロセス水槽（６００）が、前記凝縮器（５００）の中に配置されていること、を特徴とする、請求項１〜請求項１２のいずれかに記載のヒートポンプ。
14. 前記蒸発器（２００）、前記凝縮器（５００）、前記第１および前記第２の圧縮機（４１０，４３０）、および前記気化領域（４１４，４２２）が収容される円筒状ハウジングを含むこと、を特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載のヒートポンプ。
15. 蒸発器流入導管（２１０）、蒸発器流出導管（２４０）、加熱流導管（５３１）、加熱流帰還導管（５３２）、プロセス水流出導管（６２０）、プロセス水流入導管（６１０）、および循環帰還導管（６２１）を含むこと、を特徴とする、請求項１４に記載のヒートポンプ。
16. 蒸発器（２００）と、凝縮器（５００）と、前記蒸発器（２００）と前記凝縮器（５００）との間に延在し、蒸発作動流体を前記蒸発器（２００）から前記凝縮器（５００）に誘導し、その結果、前記蒸発作動流体が前記凝縮器（５００）の中で液化されるように形成された気化領域（４１４，４２２）と、を備えたヒートポンプの製造方法であって、
    ヒートポンプの組立作業方向において、前記凝縮器（５００）を前記蒸発器（２００）の上に配置する工程と、
    前記凝縮器（５００）の下かつ前記蒸発器（２００）の上の第１の圧縮機（４１０）と前記凝縮器（５００）の上の第２の圧縮機（４３０）とを前記気化領域の中に配置する工程であって、前記気化領域（４１４，４２２）は、前記第１の圧縮機（４１０）と前記第２の圧縮機（４３０）との間で、かつ、前記凝縮器（５００）の周囲に延在している、前記気化領域の中に配置する工程と、
    を含むこと、
    を特徴とする、ヒートポンプの製造方法。

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