冷却设备，用于制造冷却设备的方法和具有冷却设备的运输设备与流程

1.本发明涉及一种冷却设备并且尤其涉及具有压缩热泵的冷却设备。


背景技术：

2.de 102016203414 b4描述了一种具有外部气体收集腔的热泵、一种用于运行热泵的方法和一种用于制造热泵的方法。热泵包括用于蒸发在蒸发器腔中的工作液的蒸发器。此外，设有用于液化在冷凝器腔中的蒸发的工作液的冷凝器，所述冷凝器腔由冷凝器底部限界并且保持工作液量，所述工作液作为“雨”引入冷凝器腔中，以便实现有效的冷凝。蒸发器腔至少部分地由冷凝器腔包围。此外，蒸发器腔由冷凝器底部与冷凝器腔分离。要冷却的区域经由热交换器连接于蒸发器。此外，要加热的区域同样经由热交换器连接于冷凝器。尤其，热泵安放在罐状的壳体中，在所述壳体中在上部区域中安装用于具有径向叶轮的涡轮压缩机的马达，而在蒸发器底部中的下部区域中设置所有用于在液化器中的工作液和用于在蒸发器中的工作液的入口和出口。
3.尤其对于小的冷却功率，要不然当需要特别紧凑的结构形式时，已知的热泵不是最优匹配的。因此，对于具有较小的冷却功率和少量的位置需求的应用，不能够使用或者仅困难地或以高耗费使用这种热泵。


技术实现要素：

4.本发明的目的是，实现一种冷却设备，其可灵活地使用并且还适合于应对中等的或低的冷却功率的使用。
5.所述目的通过根据权利要求1的冷却设备、根据权利要求16的用于制造冷却设备的方法或根据权利要求17的运输设备实现。
6.本发明基于如下认识，紧凑的结构形式在冷却功率不太高的同时可以有利地通过如下方式实现，即工作液在封闭的系统中在蒸发器中保持在蒸发器底部上，使得压缩机将蒸发的工作液沿安置方向从下向上输送，并且在安置方向上设置在上方的液化器尤其具有上壁，所述上壁构成为，使得在上壁上蒸发的工作液是可冷凝的并且从上向下滴落。滴落的工作液聚集到中间隔板上，所述中间隔板作为节流功能性具有至少一个或优选多个开口，滴落的工作液可以穿过所述开口回到蒸发器底部。在液化器中保持没有用于辅助冷凝的冷凝器液体大量贮存。替代于此，实现在液化器的上壁处的冷凝。
7.由此可以实现严密封闭的系统，所述系统还可在负压下运行。这尤其在水用作为工作液时是有利的，其中水作为工作液是特别有利的，因为其不具有对气候有害的作用并且同时在其对于具有压缩机的热泵的专门的特性方面是特别适合的，所述压缩机是径流式压缩机或涡轮压缩机。这种压缩机由于其运行能够实现直至五倍的压差，以使得在液化器中的压力是在蒸发器中的压力的五倍高。同时，实现有效的结构形式，因为仅在蒸发器底部中或蒸发器底部上必须保持一些工作液，然而在凉的壁处，即冷凝器的上壁处执行冷凝，所
述壁通常与要加热的区域(直接)热接触。由此不执行液化为冷凝器的保持在液化器中的工作液，所述工作液通常与要加热的区域(直接)热接触。
8.这样，没有实现液化为保持在液化器中的工作液，而是在与压缩的工作蒸汽的温度相比更冷的壁处进行液化。由于安置方向，冷凝的工作液直接从上壁流走或滴落并且经由侧壁流回到中间隔板上。在那里，同样也在没有较大的装入件的情况，即通常通过穿过收集底部的一个或多个相对细的孔实现节流功能，使得冷凝的工作液回到蒸发器中，并且从那里由于蒸发器底部与要冷却的区域的热耦联再次蒸发。由此，在不必被填充的系统中实现有效的循环。此外，当系统已被抽真空并且在内部具有小于大气压力的压力时，所述系统本身保持密封，因为通常由于在这两个元件之间的压力小于大气压力引起具有液化器的上部单元和具有蒸发器的下部单元被压到一起。通过在这两个元件之间提供相应的密封甚至不必需要有关附加的密封或保持力的特别大的耗费。
9.优选地，冷却设备长方体形地构成，即具有相对扁平的高度和相对于高度更大的垂直于高度的延伸，使得相对大的区域，例如建筑物屋顶或车辆内部空间，可以由蒸发器底部实现，其中蒸发器底部与要冷却的区域直接接触。由此，由于紧凑的结构形式，液化器的上壁然而例如不过多地例如突出于建筑物屋顶或车辆的内部空间的其他边界。
10.在优选的实施例中，液化器的上壁和/或蒸发器底部片层式地构成。在其他实施例中，这些元件构成为平坦的或平滑的面，并且在平坦的或平滑的元件上可以设置有结构，例如片层式结构或类似结构，所述结构是流体通道。
11.此外，冷却设备的上侧以及冷却设备的下侧可以分别设有风扇，以便实现沿着两个热活性面，即一方面沿着蒸发器底部并且另一方面沿着液化器的上壁的强迫的空气流动或流体流动，以便确保更好的热交换。尤其，在装入例如陆上交通工具、水上交通工具或飞行器的运输设备中时，行驶风已经可以驱动与液化器的上壁相关联的风扇。由于所述风扇和与蒸发器底部相关联的、即例如设置在运输设备的内部空间中的风扇的例如刚性的耦联，所述风扇于是同样可以由于行驶风被驱动，以便实现改进的冷却，然而不花费任何的例如电的耗费。
12.在替选的例如装入建筑物中的实施例中，从屋顶滴落的冷凝物可以借助于收集盘收集，以便使所述冷凝物随后与液化器的上壁热接触，以便通过附加的蒸发冷却或绝热冷却提高根据本发明的冷却设备的效率。
附图说明
13.下面，参照附图详细阐述本发明的优选的实施例。附图示出：
14.图1示出根据本发明的一个实施例的冷却设备；
15.图2示出根据另一实施例的具有套装的流体通道结构的冷却设备的示意立体视图；
16.图3示出贯穿根据一个实施例的具有不平坦的热活性面的横截面；
17.图4示出从图3的冷却设备上方观察的剖面图；
18.图5示出从图3的冷却设备下方观察的立体视图；
19.图6示出具有装入的冷却设备的运输设备；以及
20.图7示出具有装入的冷却设备的建筑物。
具体实施方式
21.图1示出具有用于蒸发工作液110的蒸发器100的冷却设备，其中工作液110保持在蒸发器底部120上。冷却设备还包括用于压缩蒸发的工作液130的压缩机200。压缩机构成为，用于将蒸发的工作液130沿安置方向，如其在图1右侧所示出，从下向上输送。安置方向尤其适用于冷却设备的运行。然而要指出的是，安置方向不一定必须是完全垂直的。也可使用倾斜的安置方向，其中然而应当确保保留有重力的至少一个竖直的方向分量，所述至少一个竖直的方向分量可以作用于冷凝的工作液320，以便所述工作液可以从上向下滴落。尤其，通过液化器300实现冷凝，其中液化器300具有沿安置方向的上壁310，所述上壁构成为，使得由压缩机输送和压缩的蒸发的工作液340可在上壁处冷凝并且由于冷凝从上向下滴落，如其在320处所示出，其中附图标记320应当示意地示出冷凝的工作液的液滴落下。冷却设备还包括中间隔板400，所述中间隔板构成为，用于收集滴落的工作液，如其通过在图1中的微滴所示出，所述微滴在中间隔板400上平放地示出。尤其，中间隔板还包括至少一个开口420，滴落的工作液可以穿过开口到达蒸发器底部120。
22.尤其，在一个优选的实施例中，蒸发器底部120能够与要冷却的区域直接接触。替选地或附加地，液化器的上壁310也能够与要加热的区域直接接触。
23.在本发明的一个优选的实施例中，如其例如在图3或图4中所示出，压缩机200构成为涡轮压缩机，所述涡流压缩机具有压缩机叶轮210和用于由压缩机叶轮210从下向上输送的蒸汽的传导路径220。此外，涡轮压缩机包括用于压缩机叶轮210的驱动马达230。在一个特殊的实施例中，蒸发器100构成为下部单元150，并且液化器300构成为上部单元160。如其在图3中例如所示出，上部单元160可划分为马达容纳单元或上部子单元160a，所述上部子单元在图3中示出的实施例中同时构成为例如为片层式结构的通道结构中的上壁。通过中间单元160b或下部区域使上部单元160完整，所述下部区域具有中间隔板和径向叶轮210连同传导路径结构220。尤其，压缩机叶轮210设置在中间区域160b中并且马达230延伸到上部单元中。
24.在本发明的一个优选的实施例中，冷却设备，如其在图中所示出，使用水作为致冷剂。尤其在此液化器100构成为，用于在液化器压力低于300mbar时工作，其中尤其优选在10mbar和250mbar之间的压力且尤其优选大约100mbar的压力。此外，蒸发器构成为，用于在蒸发压力小于液化压力时工作，并且尤其在蒸发器压力小于150mbar并且优选处于10mbar和80mbar之间并且在更优选的实施例中在大约20mbar的情况下工作。
25.在本发明的优选的实施例中，如其在图1中所示出，蒸发器底部构成为朝向要冷却的区域500的下部热交换器。此外，液化器的上壁310也构成为上部热交换器。此外，压缩机200和中间隔板构成在中间单元中，例如其在图3中在160b处可见，其中在单元之间的接口处设置有密封装置170a、170b，并且其中冷却设备在内压小于大气压力的一半时运行，使得在图3中在160a处示出的上部子单元和在图3中在150处示出的下部单元分别被压在中间单元和在单元之间存在的密封装置170a、170b之间，使得当冷却设备已被抽真空以准备好运行时，实现自动的密封。
26.如其例如在图4和5中所示出，冷却设备优选长方体形地构成，以便有利地安置在建筑物屋顶中，如其例如在图7中所示出，或安置在车顶中，如其例如在图6中所示出。这种长方体形的实施方式优选具有小于50cm的高度和/或具有小于100cm的长度或宽度。还优选
的是，长度或宽度大于高度，以便得到扁平的设备。图1中示出的实施例示出具有扁平的上壁310或扁平的蒸发器底部的冷却设备，而在图3至5中示出一种冷却设备，其中上壁310构成为片层式壁180a，并且其中下壁或蒸发器底部120构成为片层式壁180b。优选的是，在沿着蒸发器底部的根据规划的安置方向的情况下，即在片层式壁中，形成工作液液位，所述工作液液位基本上是均匀的。在冷却设备中的工作液填充大小确定为，使得工作液的液位，如其在图1中在110处示意地所示，为蒸发器底部的片层高度的10％和70％之间。在优选的实施例中，填充位于片层高度的大约50％。如果在图1的替选方案中蒸发器底部120平坦地构成，那么工作液高度或工作液液位优选小于冷却设备的整个高度的10％。
27.要加热的区域600或要冷却的区域500，如其在图1中所示出，直接设置在蒸发器底部120或液化器的上壁310上。为了在此实现良好的热交换，上壁310的或蒸发器底部的壁厚度小于3mm并且优选小于1mm。在图2中示出的实施例中，所述实施例示出在图1中示出的具有平坦的上壁310和平坦的蒸发器底部120的实施例的实施方案，优选构成用于形成流体通道的结构，例如片层式结构，其中然而与在图4中示出的实施例不同，片层或结构190a的下侧不与工作蒸汽接触，而是设置在负压区域之外。同样内容适用于设置在蒸发器底部上然而不安装在负压区域之内的结构190b。
28.优选地，在图2中示出的实施例中，设置有液化器侧的风扇700，所述风扇使相对暖的空气或暖的液体沿着液化器300的上壁310引导穿过结构190，使得暖流体被加热并且作为热流体排出。相应地，风扇710设置为，用于将相对凉的空气或凉的液体或通常而言凉的流体输送到结构190b中，其中凉的流体通过与蒸发器底部的相互作用进一步被冷却并且作为冷流体从结构190b中再次排出。两个风扇700、710的转动轴优选耦联，使得当冷却设备设置在车辆的顶部中，如其在图6中所示出，在上部结构例如承受行驶风时发生的风扇700的强迫转动也产生风扇710的强迫运动。由此，在没有由于行驶风而引起的能量耗费的情况下，也产生在车辆内部空间中穿过结构190b的通风，以便改善冷却功能性或改善在结构190b中的要冷却的介质和蒸发器底部120之间的热交换。根据实施方案也设有马达720，以便在例如当不存在行驶风时的情况下，同样产生通风。替选地或附加地，当车辆例如过慢行驶或需要不能通过压缩机的运行实现的更高的冷却功率时，也可以通过马达实现风扇的驱动。根据实施方案，马达720可以与控制装置740耦联，所述控制装置传输风扇700或两个风扇700、710的转速，并且在转速过高时使马达720制动，要不然激活发电机功能，用于产生电流并且发送给系统，以便使轴730制动。所述电流可以输入到电网中，例如车辆的车载电网中，或直接被用于驱动压缩机。然而如果转速过慢，那么除行驶风外马达也可以驱动风扇700进而也驱动风扇710，以便达到期望的转速。
29.虽然在图1中示出的实施例中仅绘出一个开口420，但是优选设有多个开口，例如四个开口，而且设置在中间隔板的每个角处，其中这样的角位置在图3中在430a和430b处标明。由此实现，工作液不仅在角处或在一侧上从中间隔板400的上侧到达蒸发器100中，而且这在多个部位处是可能的，这直接能够实现冷却设备关于如在图1中所示出的最优的安置方向的倾斜，其中于是功能性总是保持不变。
30.此外，图3示出中间隔板400作为向上渐缩的椭圆的优选的结构化。所述形状是有利的，由此可以在冷却设备的整个延伸内利用蒸发器腔，即蒸发器底部的许多面积有效地促进蒸发工作液，所述工作液随后由优选在中间设置的径向叶轮210从下向上输送。为了实
现在涡轮压缩机意义上的压缩，将由径向叶轮210输送的工作蒸汽引入具有开放的横截面的传导路径220中，其中由于传导路径的横截面和设计方案和设置方式，与图1中示出的实施例不同地还发生工作蒸汽的转向，以便将工作蒸汽基本上水平地馈入液化器中，以便工作蒸汽有利地分布到整个上壁310上，使得得到尽可能大的冷凝面。然而，替选的压缩机和替选的转向，如其在图1中所示出，同样是可能的，其中在图1中蒸汽仅从下向上在没有进一步转向的情况下被输送并且随后自己“寻找”其至上壁310的路径，以便在那进行冷凝并且作为水滴落到中间隔板上。
31.图6示出在例如为机动车的运输设备中的本发明的一个优选的实施方案。其他运输设备，例如水上交通工具、飞行器或其他交通工具，其中需要内部空间810的冷却，同样可以相应地设有冷却设备。冷却设备优选装入内部空间的顶部中，而且使得具有片层式结构180a的上壁，要不然在上壁之外的用190a表示的片层式结构，延伸超出车顶，以便行驶风可以掠过结构，例如片层式结构，以便必要时驱动风扇(v)。相反，具有片层式结构180b的蒸发器底部或从外部安装在蒸发器底部上的片层式结构190b在应当被冷却的车辆内部空间810中延伸，以便冷却位于那里的空气并且实现对于驾驶员而言舒适的气候。根据实施方案，在图6中的冷却设备设有或不设有耦联的风扇。即使仅存在行驶风并且在车辆内部没有实现通过自己的风扇引起通风，也仍然发生内部空间810的舒适冷却。
32.在图7中示出的实施例中，示意地示出如下建筑物，其中在建筑物屋顶中示出冷却设备，其中上壁的片层式结构180a和从外部安装在上壁上的结构190a又在上方从建筑物中突出，而具有片层式结构180a的蒸发器底部或设置在蒸发器底部上的结构190b突出到建筑物的要冷却的内部空间中。尤其在潮湿的环境下引起冷凝物从结构180a或190b滴落。所述冷凝物优选由收集盘750收集并且经由管道与结构180a或190a热接触。为此，在管道中可以使用泵p。通过将所述冷凝液施加到上壁上或与液化器的上壁热接触实现用于通过绝热冷却进行散热的附加冷却，即蒸发冷却。由此，将用于要冷凝的工作蒸汽的上壁在液化器之内冷却并且加速冷凝从而加速整个热泵过程。
33.本发明的特征在于设有紧凑的结构形式。尤其，直接蒸发器100和直接液化器300可实现至空气的良好的热交换。涡轮增压器200置于单元中间并且根据外部温度产生需要的压力比例。涡轮增压器优选用电流控制，然而也可以根据实施方案直接机械地由行驶设备的马达驱动。冷却设备用水作为致冷剂在粗真空下工作，其中优选10mbar至80mbar的蒸发器压力和10mbar至250mbar的液化器压力。因此，冷却设备总是一定程度上处于真空下。由此，热交换器在上方和在下方由空气压力密封地被压到设施上。所述设施可以集成到建筑物的夹层天花板中或集成在车顶上，例如列车、公共汽车、货车或其他运输设备的顶部上。通过涡轮增压器，在冷侧(下侧)和热侧(上侧)之间的直至5以内的压差是可行的。针对2kw至15kw的小的制冷功率的情况，冷却设备可非常紧凑地构成。用于实现片层的薄壁波纹板在此在两侧上产生用于热交换的需要的表面。由此能实现空调设施，所述空调设施根据制冷功率具有大于0.5m2至小于2m2的用于装入夹层天花板的面积需求。由于重力，在下部热交换器中的水被均匀地分布。然而在优选的实施例中，片层应当最高一半用水填充。为了将其实现，片层与相应的平衡元件180c连接，所述平衡元件根据实施方案构成为管道，如其尤其在图5中在从冷却设备的下方观察的视图中可见。上部片层用于使水蒸气液化。重力使冷凝物滴落并且聚集在中间隔板400上，所述中间隔板同时将两个压力区彼此分开。最深的点
在所有四个角中从而是压力分离部位。在此，总是存在具有大于1mm至最大6mm的直径的细孔420作为节流件。
34.为了改善与空气的热交换，如其尤其参照图2所示出，可以强迫空气沿着片层流动。通过将两个风扇710、700装入在蒸发器侧上或在液化器侧上实现强迫的空气流动。此外，风扇的两个转动轴彼此连接，如其由730所表明，使得马达720可以驱动两个风扇。如果冷却设备集成在车辆中，那么在没有马达的情况下行驶风也可以流向上部风扇进而由刚性的轴730驱动下部风扇710。如果除了马达外设有控制装置740，那么控制装置740可以监控马达720的转速并且在循环太少的情况下马达可以驱动，而在转速过高的情况下马达作为发电机提取功率进而限制转速。
35.尤其，在冷侧上在空气湿度非常高的情况下形成冷凝物，如其参照图7所示出。为了使冷凝物不从顶部滴落，设有收集槽750，所述收集槽同时优选用作为穿过片层的流引导装置。冷凝物于是聚集在槽中，并且在槽中的最深点处冷凝物可以通过泵(p)在液化器侧上的风扇前方泵吸，或者在不存在用于抽吸冷凝物的泵的情况下，由于风扇产生的加速流动的压差就已经足够了，所述压差将冷凝物从管路中“抽出”。冷凝物改善在液化器侧上通过绝热冷却的热交换。
36.在用于制造冷却设备的方法中，将蒸发器沿冷却设备的运行方向设置在液化器之上，并且还在蒸发器和液化器之间设置中间隔板，以便收集滴落的工作液。此外，在中间隔板中设有开口，滴落的工作液可以穿过开口到达蒸发器底部。
37.由此，根据实施例，代替片层式的底部也可以使用平坦的蒸发器底部。冷却液，例如水，随后作为平坦的“水洼”位于蒸发器底部上。液化器的上壁同样可以附加地或替选地平坦地且非片层式地构成。
38.优选地，随后在蒸发器底部下方，要不然也在液化器覆盖件下方，安装相应的所描述的片层式结构，代替空气例如也可以使盐水或其他液态冷却介质引导穿过所述片层式结构。
39.此外，为了实现凝结晶核/蒸发晶核可以相应地构成表面结构。
40.冷却设备的可以倒圆地或有角地构成的“夹层结构”的优点也在于，其适合于从外部安置，因为水可能冻结，并且因此不产生损坏，主要因为水不在管或类似部件中引导。冷却设备在其“夹层结构”实施方案中是没有与环境的接口的严密封闭的系统。
41.附图标记列表
42.100
ꢀꢀꢀꢀ
蒸发器
43.110
ꢀꢀꢀꢀ
工作液
44.120
ꢀꢀꢀꢀ
蒸发器底部
45.130
ꢀꢀꢀꢀ
蒸发的工作液
46.150
ꢀꢀꢀꢀ
下部单元
47.160
ꢀꢀꢀꢀ
上部单元
48.160a
ꢀꢀꢀ
上部子单元
49.160b
ꢀꢀꢀ
中间单元
50.170a
ꢀꢀꢀ
上部密封装置
51.170b
ꢀꢀꢀ
下部密封装置
52.180a
ꢀꢀꢀ
上部片层式结构
53.180b
ꢀꢀꢀ
下部片层式结构
54.180c
ꢀꢀꢀ
平衡管路
55.190a
ꢀꢀꢀ
上部结构
56.190b
ꢀꢀꢀ
下部结构
57.200
ꢀꢀꢀꢀ
压缩机
58.210
ꢀꢀꢀꢀ
压缩机叶轮
59.220
ꢀꢀꢀꢀ
传导路径
60.230
ꢀꢀꢀꢀ
压缩机马达
61.300
ꢀꢀꢀꢀ
液化器
62.310
ꢀꢀꢀꢀ
液化器的上壁
63.320
ꢀꢀꢀꢀ
滴落的工作液
64.340
ꢀꢀꢀꢀ
蒸发的和压缩的工作液
65.400
ꢀꢀꢀꢀ
中间隔板
66.420
ꢀꢀꢀꢀ
在中间隔板中的开口
67.430a
ꢀꢀꢀ
最大深度的部位
68.430b
ꢀꢀꢀ
最大深度的部位
69.500
ꢀꢀꢀꢀ
要冷却的区域
70.600
ꢀꢀꢀꢀ
要加热的区域
71.700
ꢀꢀꢀꢀ
液化器侧的风扇
72.710
ꢀꢀꢀꢀ
蒸发器侧的风扇
73.720
ꢀꢀꢀꢀ
马达
74.730
ꢀꢀꢀꢀ
连接轴
75.740
ꢀꢀꢀꢀ
控制装置
76.750
ꢀꢀꢀꢀ
收集盘
77.760
ꢀꢀꢀꢀ
冷凝物管路
78.800
ꢀꢀꢀꢀ
运输设备
79.810
ꢀꢀꢀꢀ
内部空间