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Die Erfindung betrifft eine Luft-Wasser-Wärmepumpe und findet insbesondere für die Klimatisierung und Heizung von Räumen Anwendung.
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Als Luft-Wasser-Wärmepumpen werden vorrangig Axialventilatoren verwendet, deren Drehachse senkrecht zu einem geraden Wärmetauscher in Form des Verdampfers oder Verflüssigers angeordnet ist. Hierbei befindet sich der Elektromotor des Ventilators entweder direkt am Rotor oder zwischen der Kühl- und Heizfläche und dem Rotor. Die Ventilatoren fördern die Luft je nach Bauweise in die Wärmepumpe drückend hinein oder ziehen diese heraus. Teilweise wird auch mithilfe eines Axialventilators die Luft in eine Druckkammer mit einem runden Wärmetauscher geschoben. Gegenüber dem Ventilator befindet sich üblicherweise ein Blech, welches zu einem Rückstau führt. Somit wird ein Druck aufgebaut, welcher anschließend durch einen runden Verdampfer bzw. Verflüssiger entweichen kann.
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In anderweitigen Ausgestaltungen der Luft-Wasser-Wärmepumpen werden Radialventilatoren eingesetzt. Diese sind jedoch stark konisch und weisen äquivalent einem Axialventilator eine Drehachse senkrecht zu dem Verdampfer/Verflüssiger auf. Die zumeist eingesetzten Axialventilatoren sind geeignet um bei einer sehr hohen Drehzahl große Luftmassen zu fördern. Jedoch sind diese insbesondere bei hohen Drehzahlen sehr laut und können somit unerwünschte Geräusche erzeugen.
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Um die Lautstärke zu reduzieren ist teilweise eine sehr aufwändige Isolation notwendig. Ein hohes gefördertes Volumen ist auch nicht allein für eine gute Durchströmung der Kühl- und Heizrippen entscheidend. Neben dem Volumen wird auch ein hoher Druck benötigt, mittels dessen die großen Luftmassen durch die Rippen geleitet werden. Um einen hohen Druck zu erzeugen sind Radialventilatoren aufgrund ihrer räumlichen Struktur besser geeignet. Diese werden momentan äquivalent wie Axialventilatoren eingesetzt. Dies bedeutet, dass auch hier ein großer Freiraum zwischen Ventilator und Verdampfer beziehungsweise Verflüssiger notwendig ist um einen einigermaßen homogenen Luftstrom auf eine größere Fläche zu generieren. Wird der Verdampfer beziehungsweise der Verflüssiger mithilfe einer Wärmebildkamera betrachtet, fallen Temperaturunterschiede auf.
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Diese entstehen aufgrund einer ungleichmäßigen Durchlüftung und weisen auf eine nicht optimal genutzte Kühl bzw. Heizfläche hin. Um eine gleichmäßigere Verteilung des Luftstroms auf dem Wärmetauscher zu erhalten müsste meist ein noch größerer Abstand zwischen Ventilator und Verdampfer beziehungsweise Verflüssiger gewählt werden. Dieser Abstand ist entscheidend für die Gesamtgröße der Wärmepumpe. Noch hinzu müssen die geraden Luft-Wasser-Wärmetauscher aufgrund ihrer geometrisch kleinen Fläche groß ausgelegt werden, was sich ebenfalls auf die Gesamtgröße der Wärmepumpe negativ auswirkt. Luft-Wasser-Wärmepumpen sind daher häufig sehr groß und besitzen nur eine kleine nutzbare Kühl beziehungsweise Heizfläche. Noch hinzu kommt, dass die meisten Wärmepumpen eine hohe Lautstärke aufweisen.
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Aus der Druckschrift
DE 44 09 127 A1 ist ein Ringwärmetauscher, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage bekannt. Der Ringwärmetauscher weist ringförmig um einen Lüfter angeordnete Rohre auf, die mit in einzelne Segmente aufgeteilte Rippen versehen sind. Den Endbereichen der Rohre ist jeweils ein ringförmiger Wasserkasten zugeordnet. Gemäß der Druckschrift wird die Geräuschbildung der durchströmenden Luft reduziert, indem die Rohre mit nicht kreisförmigem Querschnitt ausgebildet sind. Des Weiteren ist die Anordnung und/oder die Ausrichtung der Rohre an den Strömungsverlauf der ausströmenden Luft des Lüfters derart angepasst, dass der Strömungswiderstand minimiert ist.
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Die Druckschrift
DE 20 2010 001 244 U1 offenbart eine Luft-Wasser-Wärmepumpe für eine Außenaufstellung mit einem Kältemittelkreislauf, der einen von Außenluft durchströmbaren Verdampfer aufweist, mit einem von einem Lüfterkanal zumindest teilweise umgebenen Lüfter zur Förderung von Außenluft. Zwischen dem Verdampfer und dem Lüfterkanal ist eine Luftführung vorgesehen, die von der Kontur des Verdampfers in die Form des Lüfterkanals übergeht, so dass eine weitgehend geschlossene Luftführung vom Verdampfer zum Lüfter gebildet ist. Nachteilig ist die relativ kleine Heiz- und Kühlfläche im Verhältnis zu den Abmessungen der Luft-Wasser-Wärmepumpe.
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Eine weitere Luft-Wasser-Wärmepumpe zur Innen- und Außenaufstellung ist aus der Druckschrift
DE 33 03 125 A1 bekannt. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe weist einen oberen und einen unteren Montageraum auf, wobei im unteren Montageraum der Verdichter, der Verflüssiger und ein Schaltkasten angeordnet sind. Im oberen Montageraum sind der Verdampfer, der Lüfter und eine Luftzuführung angeordnet. Am oberen Montageraum sind eine Ausblasöffnung und eine Ansaugöffnung ausgebildet. Der Lüfter ist in Form eines Querstromlüfters ausgebildet. Auch bei dieser Ausgestaltung sind die Kühlfläche und Leistung im Verhältnis zu den Abmessungen der Luft-Wasser-Wärmepumpe klein.
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Die Druckschrift
EP 2 226 587 A2 beschreibt eine Luft-Wasser-Wärmepumpe mit einem, in einem Gehäuse angeordneten runden Wärmetauscher. Auch diese Luft-Wasser-Wärmepumpe benötigt einen großen Bauraum.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Luft-Wasser-Wärmepumpe zu entwickeln, welche einen einfachen konstruktiven Aufbau und einen geringen Bauraum beziehungsweise eine erhöhte Kühl- oder Heizleistung bei reduziertem Bauraum aufweist.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung bezieht sich auf die Belüftungstechnik einer Luft-Wasser-Wärmepumpe. Die erfindungsgemäße Luft-Wasser-Wärmepumpe findet für die Klimatisierung und Heizung von Räumen, Hallen, Gebäuden und auch Pools Anwendung, wobei die Luft-Wasser-Wärmepumpe mindestens einen Lüfter mit einer Drehachse und einen Wärmetauscher in Form eines Verdampfers oder eines Verflüssigers mit einer Kühl- oder Heizfläche aufweist. Die Drehachse des Lüfters ist parallel zu einer Längsachse des Wärmetauschers angeordnet und von dem Wärmetauscher zumindest bereichsweise umschlossen derart, dass die durch den Lüfter geförderte Luft senkrecht zu der Drehachse des Lüfters in Richtung der Kühl- oder Heizfläche des Wärmetauschers strömt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung trifft die strömende Luft nahezu senkrecht auf die Kühl- oder Heizfläche des Wärmetauschers.
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Bevorzugt ist der Lüfter in Form eines Radial-Tangential- oder Querstrom-Ventilators ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Lüfter vollständig von dem Wärmetauscher vollständig umschlossen. Mit einer derartigen Konstruktion kann eine Größere Fläche eines Wärmetauschers genutzt werden. Neben der größeren Fläche wird eine gleichmäßigere Durchströmung aufgrund der besonderen Konstruktion erreicht. Somit können deutlich kleinere und leistungsstärkere Wärmepumpen gebaut werden. Alternativ kann bei gleicher Größe mehr Leistung erreicht werden. Der Wärmetauscher kann aus einer Baugruppe oder mehreren miteinander in Reihe zu einer Baugruppe verbundenen Komponenten oder parallel geschalteten Wärmetauschern bestehen.
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Die Luft-Wasser-Wärmepumpe weist eine Längsachse auf, die der Drehachse des Lüfters entspricht, wobei die strömende Luft koaxial zu der Längsachse von einer ersten Stirnseite an einem ersten Ende des Wärmetauschers und von einer zweiten Stirnseite an einem zweiten Ende des Wärmetauschers in den Wärmetauscher förderbar ist. Mit dieser Ausgestaltung ist von zwei Seiten Luft mittels des Lüfters in Richtung des Wärmetauschers förderbar. Je nach Anordnung des Wärmetauschers kann dieser von oben und von unten Luft ansaugen und fördern.
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Der Wärmetauscher ist vorteilhafter Weise kreisförmig ausgebildet, kann jedoch auch eine vieleckige oder elliptische Form aufweisen. Der Lüfter ist derart in dem Wärmetauscher angeordnet, dass zwischen dem Wärmetauscher und dem innenliegenden Lüfter ein Zwischenraum gebildet wird.
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Der Lüfter kann mehrteilig ausgebildet sein, wobei der Lüfter mit einem ersten Lüfterrad und einem zweiten Lüfterrad ausgebildet ist. In einer derartigen Ausgestaltung ist das erste Lüfterrad koaxial zum zweiten Lüfterrad angeordnet. Bevorzugt ist die Drehgeschwindigkeit der Lüfterräder einzeln ansteuerbar und regulierbar. Die Lüftungsräder des Lüfters können dabei kleiner, gleich oder größer als der Wärmetauscher ausgebildet sein.
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Der mindestens eine Lüfter besteht gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung aus einzelnen Flügeln oder Lüfterradpaketen. Die Flügel des Lüfters weisen bevorzugt Geometrien für den Aufbau eines gerichteten oder entgegengerichteten Luftstrom auf. So kann in Abhängigkeit der Geometrie der Luftstrom gesteuert und optimal genutzt werden.
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Ein Vorteil des verwendeten Aufbaus des Lüfters besteht darin, dass aufgrund der dreidimensional angeordneten Rotorblätter die Luft-Wasser-Wärmepumpe eine deutlich niedrigere Lautstärke hat. Die Lautstärke könnte durch eine niedrige notwendige Drehzahl aufgrund der größeren Kühl- beziehungsweise Heizfläche weiter gesenkt werden.
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Die Luft-Wasser-Wärmepumpe weist an dem ersten und zweiten Ende eine erste und zweite Windleiste und ein erstes und zweites Gehäuseteil auf, wobei der Zwischenraum zwischen dem Lüfter und dem Wärmetauscher mittels der Windleisten und Gehäuseteile abdichtbar ist derart, dass durch den Lüfter aufgebauter Druck nicht entweichen kann.
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Bevorzugt weisen die Windleisten neben den abdichtenden Eigenschaften auch schall- und/oder wärmeisolierende Eigenschaften auf.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Luft-Wasser-Wärmepumpe weitere Komponenten in Form eines Kompressors oder Expansionsventils innerhalb des Wärmetauschers, in einem gemeinsamen Gehäuse oder in dem Außengehäuse auf. Die Komponenten können jedoch auch extern angeordnet sein.
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Ein langgezogener Lüfter, insbesondere in Form eines Radial-Tangential- oder Querstrom-Ventilators dessen Rotationsachse parallel zu einem runden Wärmetauscher in Form eines Verdampfers beziehungsweise Verflüssigers oder Vergasers liegt, erfordert keinen großen Abstand der Bauteile und bringt eine deutliche Platzersparnis mit sich. Des Weiteren ist es möglich, von zwei Seiten die Luft anzuziehen um somit den Volumenstrom deutlich zu erhöhen. Es ist möglich auf demselben Bauraum der Luft-Wasser-Wärmepumpe eine über dreimal so große Kühl- beziehungsweise Heizfläche zu erhalten. Somit können kleinere und leisere Wärmepumpen für die Pool- und Gebäudetechnik entwickelt werden.
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Die erfindungsgemäße Luft-Wasser-Wärmepumpe kann in Säulenform ausgebildet sein und dadurch in die Gebäudearchitektur integriert werden, beispielsweise um eine Balkonstütze.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert, ohne auf diese beschränkt zu sein.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Luft-Wasser-Wärmepumpe in einer Schnittdarstellung,
- 2 eine Ansicht des Wärmetauschers mit dem im Inneren liegenden Lüfter.
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Die 1 zeigt eine Luft-Wasser-Wärmepumpe mit einer Schnittdarstellung im vorderen Bereich der Wärmepumpe. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe 1 weist einen Lüfter 2 in Form eines Radial-Tangential- oder Querstrom-Ventilators auf, der von einem Wärmetauscher 3 in Form eines Verflüssigers oder Verdampfers umschlossen ist. Der Lüfter 2 ist mit einem Elektromotor 4 verbunden oder weist diesen integriert auf. Der Lüfter 2 weist eine Drehachse auf, die parallel und vorzugsweise koaxial zu einer Längsachse A des Wärmetauschers angeordnet ist, wobei der Lüfter 2 zumindest bereichsweise umschlossen wird derart, dass die durch den Lüfter 2 geförderte Luft in Strömungsrichtung nahezu senkrecht auf eine Kühl- oder Heizfläche des Wärmetauschers 3 trifft. Die Luft wird von einer ersten Stirnseite S1 an einem ersten Ende der Luft-Wasser-Wärmepumpe 1 und von einer zweiten Stirnseite S2 an einem zweiten Ende der Luft-Wasser-Wärmepumpe 1 förderbar.
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Zwischen dem Wärmetauscher 3 und dem innenliegenden Lüfter 2 wird mit einer derartigen Ausgestaltung ein Zwischenraum 5 gebildet. Der Zwischenraum 5 zwischen dem Lüfter 2 und dem Wärmetauscher 3 in Form des Verflüssigers oder Verdampfers wird von zwei Windleisten 6, 7 und zwei Gehäuseteilen 8, 9 abgedichtet. Somit kann der aufgebaute Druck in dem Zwischenraum 5 nicht entweichen. Der Strömungsverlauf der Luft ist durch Pfeile in der 1 dargestellt. Die Luft wird durch den Lüfter 2 gefördert und strömt in Strömungsrichtung zumindest nahezu senkrecht auf eine Kühl- oder Heizfläche des Wärmetauschers 3.
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Der Wärmetauscher 3 weist Öffnungen 10 für die Fluidkanäle mit dem darin befindlichen Kältemittel auf. Die zugehörigen Zuläufe 11 sind in 2 dargestellt. Gemäß 2 ist der Lüfter 2 vollständig von dem Wärmetauscher 3 umschlossen.
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Die neue Luft-Wasser-Wärmepumpe mit den zugehörigen Komponenten zeichnet sich durch eine geringere Lautstärke sowie durch eine kompaktere Bauweise und eine höhere Leistungsfähigkeit aus. Es ist möglich von zwei Seiten die Luft anzuziehen um somit den Volumenstrom deutlich zu erhöhen. Somit können kleinere und leisere Wärmepumpen für die Pool- und Gebäudetechnik bereitgestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luft-Wasser-Wärmepumpe
- 2
- Lüfter
- 3
- Wärmetauscher/Verflüssiger/ Verdampfer
- 4
- Elektromotor
- 5
- Zwischenraum
- 6
- Erste Windleiste
- 7
- Zweite Windleiste
- 8
- Erstes Gehäuseteil
- 9
- Zweites Gehäuseteil
- 10
- Öffnungen
- 11
- Zulauf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4409127 A1 [0006]
- DE 202010001244 U1 [0007]
- DE 3303125 A1 [0008]
- EP 2226587 A2 [0009]
