DE102021104611A1

DE102021104611A1 - Vorrichtung zum Durchströmen einer Komponente einer Klimaanlage oder einer Heizanlage und Wärmepumpen-Außeneinheit

Info

Publication number: DE102021104611A1
Application number: DE102021104611.4A
Authority: DE
Inventors: Filipe Macedo; Alister Clay
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-09-01
Also published as: EP4050273A1; EP4050273B1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung (110) zum Durchströmen einer Komponente (100) einer Klimaanlage oder einer Heizanlage, insbesondere einer Wärmepumpen-Außeneinheit, mit einem Luftstrom (2), insbesondere zum freien Ausströmen eines Luftstroms (2) in eine Umgebung (1). Die Vorrichtung (110) umfasst einen Luftkanal (112) mit einer Luftkanalachse (113) und einer Mündung in die Umgebung (1) sowie ein quer zu einer Hauptströmungsrichtung (3) des Luftstroms (2) im Luftkanal (112) angeordnetes Schutzgitter (120) im Bereich der Mündung als luftdurchlässige Abdeckung des Luftkanals (112), insbesondere gegenüber der Umgebung (1). Es wird vorgeschlagen, dass das Schutzgitter (120) einen ersten, insbesondere radial innenliegenden, Schutzgitterabschnitt (120-1) nahe der Luftkanalachse (113) und einen zweiten, insbesondere radial außenliegenden, Schutzgitterabschnitt (120-2) fern der Luftkanalachse (113) aufweist, wobei die Vorrichtung (110) ausgebildet ist, den Luftstrom (2) zu dem zweiten Schutzgitterabschnitt (120-2) zu lenken, wobei der Luftstrom (2), insbesondere vollständig, durch den zweiten Schutzgitterabschnitt (120-2) strömt. Dabei weisen der Luftkanal (112), der erste und/oder der zweite Schutzgitterabschnitt (120-1, 120-2), insbesondere hinsichtlich ihrer Querschnittsflächen, eine geräuschemissionsoptimierte Geometrie auf.

Description

Stand der Technik
Es sind bereits Vorrichtungen zum Durchströmen einer Komponente einer Klimaanlage oder einer Heizanlage, insbesondere einer Wärmepumpen-Außeneinheit, mit einem Luftstrom, insbesondere zum freien Ausströmen eines Luftstroms in eine Umgebung, bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Durchströmen einer Komponente einer Klimaanlage oder einer Heizanlage, insbesondere einer Wärmepumpen-Außeneinheit, mit einem Luftstrom, insbesondere zum freien Ausströmen eines Luftstroms in eine Umgebung. Die Vorrichtung umfasst einen Luftkanal mit einer Luftkanalachse und einer Mündung in die Umgebung sowie ein quer zu einer Hauptströmungsrichtung des Luftstroms im Luftkanal angeordnetes Schutzgitter im Bereich der Mündung als luftdurchlässige Abdeckung des Luftkanals, insbesondere gegenüber der Umgebung.
Es wird vorgeschlagen, dass das Schutzgitter einen ersten, insbesondere radial innenliegenden, Schutzgitterabschnitt nahe der Luftkanalachse und einen zweiten, insbesondere radial außenliegenden, Schutzgitterabschnitt fern der Luftkanalachse aufweist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, den Luftstrom zu dem zweiten Schutzgitterabschnitt zu lenken, wobei der Luftstrom, insbesondere vollständig, durch den zweiten Schutzgitterabschnitt strömt. Dabei weisen der Luftkanal, der erste und/oder der zweite Schutzgitterabschnitt, insbesondere hinsichtlich ihrer Querschnittsflächen, eine geräuschemissionsoptimierte Geometrie auf.
Unter einer Klimaanlage oder einer Heizanlage soll dabei insbesondere eine Anlage zum Erwärmen und/oder Kühlen, allgemein zum Temperieren von Räumen in einer Wohnung oder einem Gebäude beziehungsweise von der Luft in diesen Räumen verstanden werden. Ergänzend oder alternativ kann die Klimaanlage oder einer Heizanlage auch zum Erwärmen von Trinkwasser dienen. Beispielsweise bildet eine Wärmepumpenanlage eine solche Klima- oder Heizanlage. Unter einer Komponente soll hier insbesondere ein Teil, eine Baugruppe oder eine Untereinheit der Klima- oder Heizanlage verstanden werden. Die Komponente wird insbesondere zum Zweck einer Wärmeübertragung und/oder einer Belüftung und/oder einer Entlüftung mit einem Luftstrom durchströmt und kann einen luftdurchströmbaren Wärmeübertrager aufweisen. Beispielsweise bildet eine Wärmepumpen-Wärmeübertragungseinheit eine solche Komponente. Unter einer Wärmepumpen-Wärmeübertragungseinheit soll hier insbesondere eine in einer Aufstellumgebung, beispielsweise eine Außenumgebung oder ein Haustechnikraum eines Gebäudes, aufgestellte, luftdurchströmbare Komponente einer Wärmepumpenanlage verstanden werden. Eine Wärmepumpen-Wärmeübertragungseinheit kann insbesondere eine luftdurchströmte Außeneinheit oder eine Inneneinheit einer Wärmepumpe sein. Mit Hilfe der Komponente kann insbesondere Wärme von einem Luftstrom auf ein Wärmeträgerfluid übertragen werden, und/oder kann Wärme von dem Wärmeträgerfluid auf den Luftstrom übertragen werden. Insbesondere können mittels des Wärmeträgerfluids Räume eines Gebäudes beheizt oder gekühlt und/oder kann Trinkwasser erwärmt werden. Alternativ bildet eine Luftauslassvorrichtung eine solche Komponente. Unter einer Luftauslassvorrichtung soll hier insbesondere eine Vorrichtung zum Ausströmen oder Ausblasen eines Luftstroms einer Klima- oder Heizanlage in eine Aufstellumgebung, beispielsweise eine Außenumgebung oder ein Raum eines Gebäudes, verstanden werden.
Unter einer Vorrichtung zum Durchströmen mit einem Luftstrom soll insbesondere eine Vorrichtung zum Einströmen (insbesondere Ansaugen) des Luftstroms an einer Einströmöffnung, zum Führen des Luftstroms in einem Luftkanal, und zum Ausströmen (insbesondere Ausblasen) des Luftstroms an einer Ausströmöffnung verstanden werden. Die Ausströmöffnung wird auch Mündung genannt. Die Vorrichtung ist insbesondere von der Komponente umfasst. Alternativ kann die Vorrichtung getrennt von der Komponente ausgeführt sein. Unter einem freien Ausströmen wird hier insbesondere ein Ausströmen in eine zumindest in einem Nahbereich der Ausströmöffnung unverbaute Umgebung verstanden. Abgesehen von der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung ist der Luftkanal insbesondere mittels einer Kanalwand geschlossen. Unter einer Mündungsebene soll hier insbesondere die Ebene verstanden werden, die von einer um den Rand der Ausströmöffnung umlaufenden Kante aufgespannt wird. Unter einer Luftkanalachse soll hier insbesondere eine Mittelachse oder Längsachse des Luftkanals verstanden werden. Unter einer Hauptströmungsrichtung soll hier insbesondere eine Richtung des Luftstroms verstanden werden, in der der Luftstrom zeitlich gemittelt in Summe strömt. Die Hauptströmungsrichtung kann insbesondere in Richtung der Luftkanalachse verlaufen. Die Hauptströmungsrichtung kann insbesondere mit der Luftkanalachse zusammenfallen.
Unter einem Schutzgitter soll hier insbesondere ein die Mündungsebene der Austrittsöffnung überdeckender Zugriffschutz verstanden werden. Das Schutzgitter verhindert ein Hineingreifen von Händen und Hineinfallen von Gegenständen oder Kleintieren aus der Aufstellumgebung in den Luftkanal. Insbesondere soll das Schutzgitter den durch den Luftkanal und auch durch das Schutzgitter strömenden Luftstrom nicht wesentlich behindern. Das Schutzgitter kann insbesondere im Wesentlichen ein scheibenförmiges Element sein und die Form eines flachen Quaders oder eines flachen Zylinders aufweisen, dessen große Abmessungen (Breite und Länge beziehungsweise Durchmesser) parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Schutzgitters verlaufen. Eine Schutzgitterhauptachse steht quer, insbesondere senkrecht, zur Haupterstreckungsebene des Schutzgitters und verläuft im Wesentlichen durch den geometrischen Schwerpunkt des Schutzgitters. Das Schutzgitter ist so an der Austrittsöffnung angeordnet, dass die Schutzgitterhauptachse im Wesentlichen entlang der Luftkanalachse verläuft. Insbesondere fallen die Schutzgitterhauptachse und die Luftkanalachse im Wesentlichen zusammen.
Das Schutzgitter umfasst zwei oder mehrere den Zugriffschutz ausbildende Lamellen.
Das Schutzgitter weist einen ersten, insbesondere in Bezug auf die Luftkanalachse beziehungsweise Schutzgitterhauptachse radial innenliegenden, Schutzgitterabschnitt nahe der Luftkanalachse beziehungsweise Schutzgitterhauptachse auf. Das Schutzgitter weist auch einen einen zweiten, insbesondere in Bezug auf die Luftkanalachse beziehungsweise Schutzgitterhauptachse radial außenliegenden, Schutzgitterabschnitt fern der Luftkanalachse beziehungsweise Schutzgitterhauptachse auf. Der zweite Schutzgitterabschnitt verläuft außen um den ersten Schutzgitterabschnitt herum.
Der erste Schutzgitterabschnitt ist vorzugsweise als luftundurchlässige, insbesondere blickdichte, beispielsweise runde oder eckige Blende ausgebildet. Der zweite Schutzgitterabschnitt ist luftdurchlässig ausgebildet, beispielsweise gänzlich offen oder vorzugsweise eine gitterähnliche Struktur als Zugriffschutz aufweisend.
Darunter, dass die Vorrichtung ausgebildet ist, den Luftstrom zu dem zweiten Schutzgitterabschnitt zu lenken, soll hier insbesondere verstanden werden, dass die Vorrichtung, insbesondere der Luftkanal und/oder der erste und/oder zweite Schutzgitterabschnitt, über Mittel oder Strukturen zur Lenkung des Luftstroms verfügt. Insbesondere sind der Luftkanal und/oder der erste und/oder zweite Schutzgitterabschnitt geometrisch ausgebildet, den Luftstrom zu dem zweiten Schutzgitterabschnitt zu lenken.
Insbesondere der Luftkanal und/oder der erste und/oder zweite Schutzgitterabschnitt weisen eine geräuschemissionsoptimierte Geometrie auf. Zumindest ein Teil einer Axialkomponente des Luftstroms wird unter Vermeidung beziehungsweise Minimierung von Dissipation der Strömungsenergie kontrolliert in eine Radialkomponente umwandelt. Unter einer axialen Strömungskomponente soll hier insbesondere eine Strömungskomponente (Geschwindigkeitskomponente) in Richtung der Luftkanalachse beziehungsweise in Hauptströmungsrichtung verstanden werden. Unter einer radialen Strömungskomponente soll hier insbesondere eine Strömungskomponente (Geschwindigkeitskomponente) in einer Richtung quer zur Luftkanalachse beziehungsweise quer zur Hauptströmungsrichtung verstanden werden. Bei der Umwandlung reduziert der Luftkanal auch kinetische Energie in einer Weise, die eine stabile Strömung ohne beziehungsweise mit verminderter Turbulenz aufrechterhält. Insbesondere strömt der Luftstrom zumindest nicht gebündelt in rein axialer Richtung aus. Insbesondere vermeidet oder verringert der erste Schutzgitterabschnitt ein rein axiales Ausströmen, indem er einen Bereich um die Luftkanalachse verschließt. Der Luftstrom läuft bereits in der Vorrichtung, insbesondere im Luftkanal und/oder im zweiten Schutzgitterabschnitt und/oder vom ersten Schutzgitterabschnitt gelenkt, in einen sich radial verbreiternden, divergenten Luftstrom auseinander. Dabei ist der Luftkanal so ausgebildet, dass sich Geschwindigkeitsspitzen im Luftstrom stetig abbauen.
Unter „im Wesentlichen“ kann hier insbesondere „bis auf Fertigungstoleranzen“ verstanden werden. Unter „im Wesentlichen“ kann hier weiter insbesondere eine maximale Abweichung von 5 % bis 15 % von der Totalen verstanden werden.
Damit sind die Grundlagen für eine Vorrichtung mit einem besonders leisen Betrieb geschaffen. Insbesondere steht diese Ausgestaltungsweise gleichberechtigt neben, oder sogar über, anderen Ausgestaltungsweisen, nach denen die Vorrichtung beispielsweise hinsichtlich der Antriebsleistung optimiert ist. Mit dieser Erfindung ist eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zum Durchströmen einer Komponente einer Klimaanlage oder einer Heizanlage mit einem Luftstrom geschaffen. Die Vorrichtung ist insbesondere geeignet, den sie durchströmenden und in die Aufstellumgebung austretenden Luftstrom strömungsgünstig zu beeinflussen, insbesondere zu lenken. Auch bei unterschiedlich großen Luftströmen tritt insbesondere kein Strömungsabriss von der Kanalwand und/oder dem Verdrängungskörper und/oder dem Schutzgitter auf. Insbesondere die Strömungsgeräusche sind besonders leise. Dadurch kann die Vorrichtung und somit auch die Komponente mit größeren Luftströmen durchströmt werden beziehungsweise kleiner und kompakter gebaut werden.
Die Vorrichtung kann einen Ventilator aufweisen, insbesondere einen Axialventilator, zum Fördern des Luftstroms, wobei der Ventilator im Luftkanal stromaufwärts des Schutzgitters angeordnet ist. Insbesondere fördert der Ventilator den Luftstrom in Richtung einer Hauptströmungsrichtung. Unter einem stromaufwärtigen Abschnitt des Luftkanals wird insbesondere ein Bereich stromaufwärts der Austrittsöffnung und des Schutzgitters verstanden. Eine Drehachse des Ventilators kann insbesondere entlang der Luftkanalachse verlaufen. Bevorzugt fallen die Drehachse und die Luftkanalachse zusammen.
Vorzugsweise weist eine lichte Strömungsquerschnittsfläche für den Luftstrom im Luftkanal zwischen Ventilator und Schutzgitter, insbesondere einschließlich einer lichten Strömungsquerschnittsfläche des zweiten Schutzgitterabschnitts, einen längs der Hauptströmungsrichtung stetigen, insbesondere konstanten oder geringfügig zunehmenden, Verlauf auf.
Unter einer lichten Strömungsquerschnittsfläche wird hier insbesondere die Größe der quer zum Luftstrom gemessenen freien Querschnittsfläche verstanden, die dem tatsächlichen Luftstrom zur Verfügung steht. Der Verlauf der Strömungsquerschnittsfläche ist so gewählt, dass Geschwindigkeitsspitzen möglichst niedrig bleiben und Strömungsablösungen und/oder Strömungswirbel möglichst vermieden werden.
Unter einem geringfügig zunehmenden Verlauf der lichten Strömungsquerschnittsfläche soll hier insbesondere eine Aufweitung des Luftkanals von maximal 8 Grad verstanden werden. Es hat sich gezeigt, dass dabei die Strömungsenergie minimal dissipiert.
Die Vorrichtung weist vorzugsweise eine luftundurchlässige Kanalwand zur, insbesondere radialen, äußeren Begrenzung des Luftkanals auf sowie einen mittig im Luftkanal angeordneten Verdrängungskörper zur, insbesondere radialen, inneren Begrenzung des Luftkanals. Die Kanalwand und der Verdrängungskörper sind insbesondere so ausgebildet, dass eine lichte Strömungsquerschnittsfläche für den Luftstrom zwischen Kanalwand und Verdrängungskörper einen längs der Hauptströmungsrichtung stetigen, insbesondere konstanten oder geringfügig zunehmenden, Verlauf aufweist.
Die Vorrichtung zum Durchströmen mit einem Luftstrom weist bevorzugt einen koaxial im Luftkanal angeordneten Verdrängungskörper auf. Insbesondere weist das Schutzgitter einen koaxial zur Schutzgitterhauptachse am Schutzgitter angeordneten Verdrängungskörper auf. Der Verdrängungskörper weist die Form eines Kegels oder Kegelstumpfs beziehungsweise einer Pyramide oder eines Pyramidenstumpfs auf. Insbesondere zeigt die Spitze des Verdrängungskörpers stromaufwärts, wobei die Spitze auch eine kleine Grundfläche eines Kegel- oder Pyramidenstumpfs sein kann. Der Verdrängungskörper weitet sich insbesondere in Hauptströmungsrichtung von der Spitze ausgehend auf und berührt mit seiner Grundfläche das Schutzgitter. So begrenzt der Verdrängungskörper den Luftkanal nach innen und verdrängt den Luftstrom in Richtung Kanalwand. Der Luftkanal verläuft insbesondere zwischen dem innen liegenden Verdrängungskörper und der außen liegenden Kanalwand.
Vorzugsweise grenzt der Verdrängungskörper an das Schutzgitter, insbesondere an den ersten Schutzgitterabschnitt, an. Insbesondere entsprechen sich dabei die einander zugewandten Seiten des Verdrängungskörpers und des ersten Schutzgitterabschnitts im Wesentlichen in Bezug auf Orientierung im Raum, Form und Größe.
Die Vorrichtung umfasst bevorzugt eine Kanalwand und/oder einen Verdrängungskörper, die sich in Hauptströmungsrichtung im Wesentlichen konusförmig oder pyramidenförmig aufweiten. Die im Wesentlichen konusförmige oder pyramidenförmige Mantelfläche kann insbesondere konvex ausgebildet sein.
Alternativ oder ergänzend kann die im Wesentlichen konusförmige oder pyramidenförmige Mantelfläche insbesondere konkav ausgebildet sein.
Unter konusförmig soll hier insbesondere verstanden werden in Form eines spitzen Konus beziehungsweise eines spitzen Kegels mit runder Grundfläche oder in Form eines Kegelstumpfs mit einer großen runden und einer kleinen runden Grundfläche.
Unter pyramidenförmig soll hier insbesondere verstanden werden in Form einer spitzen Pyramide mit eckiger Grundfläche oder in Form eines Pyramidenstumpfs mit einer großen eckigen Grundfläche und einer kleinen eckigen Grundfläche.
Unter im Wesentlichen konusförmig oder pyramidenförmig soll hier insbesondere eine konusähnliche oder pyramidenähnliche Form verstanden werden, bei der die Kontur der Mantelfläche (zum Beispiel die Kanalwandkontur oder die Verdrängungskörperkontur) im Axialschnitt eine gerade Linie sein kann oder konkav und/oder konvex geschwungen sein kann.
Insbesondere können die Kanalwandkontur und/oder die Verdrängungskörperkontur zumindest abschnittsweise linear oder elliptisch sein. Beispielsweise können die Kanalwand und/oder der Verdrängungskörper zumindest abschnittsweise ellipsoid, insbesondere ellipsoid-konvex, ausgeformt sein. Die Ausgestaltung der Kanalwandkontur und/oder der Verdrängungskörperkontur erfolgt beispielsweise in Abhängigkeit des zur Verfügung stehenden Bauraums, insbesondere in Abhängigkeit von der axialen Länge des Luftkanals.
Die Auslegung der Kanalwandkontur folgt einer zunächst ausgewählten Verdrängungskörperkontur.
Es wird vorgeschlagen, dass der Verdrängungskörper insbesondere mit einem Oberflächenabschnitt, insbesondere einer runden oder eckigen Grundfläche seiner Konusform oder Pyramidenform, an das Schutzgitter, insbesondere an den ersten Schutzgitterabschnitt, angrenzt.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass der Verdrängungskörper insbesondere mit einem Oberflächenabschnitt, insbesondere einer runden oder eckigen Grundfläche seiner Konusform oder Pyramidenform, an den Ventilator, insbesondere einen Antriebsmotor des Ventilators, angrenzt.
Ein von der Vorrichtung umfasster Ventilator weist beispielsweise ein Laufrad auf. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist ein Durchmesser D-L des Ventilatorlaufrades im Wesentlichen so groß wie ein Durchmesser D-A1 des ersten Schutzgitterabschnitts. Dabei versperrt der erste Schutzgitterabschnitt im Wesentlichen eine Sicht aus der Umgebung in einer Normalrichtung auf das Laufrad des Ventilators. Darunter, dass der Durchmesser D-L im Wesentlichen so groß wie der Durchmesser D-A1 ist, ist hier insbesondere zu verstehen, dass D-L genauso groß ist wie D-A1, oder dass D-L höchstens geringfügig von D-A1 abweicht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist ein Durchmesser D-A1 des ersten Schutzgitterabschnitts in Abhängigkeit eines Durchmessers D-L des Ventilatorlaufrades bestimmt, insbesondere nach der Gleichung D-A1 = P . D-L. Dabei ist ein Wert des Faktors P ausgewählt aus dem Intervall 0,8 ≤ P ≤ 1,2, bevorzugt 0,85 ≤ P ≤ 1,0. Dabei versperrt der erste Schutzgitterabschnitt im Wesentlichen eine Sicht aus der Umgebung in einer Normalrichtung auf das Laufrad des Ventilators.
Darunter, dass der erste Schutzgitterabschnitt im Wesentlichen eine Sicht auf das Laufrad versperrt, ist hier insbesondere zu verstehen, dass das Laufrad, insbesondere eine Laufradbewegung, von außen nicht mehr zu sehen ist oder nicht mehr wahrgenommen wird. Eine sichtbare Bewegung des Laufrads wird von Beobachtern oft als Ursache für störende Geräusche, die mit dem Betrieb der Vorrichtung beziehungsweise der Komponente verbunden sind, vermutet. Die optische Wahrnehmung sensibilisiert auch die akustische Wahrnehmung. Wird nun die Bewegung des Laufrads, des vermeintlichen Geräuschverursachers, der Wahrnehmung entzogen, so bewirkt das, dass ein Beoachter auch die Geräusche rein subjektiv deutlich weniger wahrnimmt, die Geräusche als deutlich weniger störend wahrgenommen werden.
Vorzugsweise weist der zweite, luftdurchlässige Schutzgitterabschnitt eine gitterähnliche Struktur als Zugriffschutz, beispielsweise in Form von Luftleitelementen, auf, die, insbesondere aufgrund ihrer Geometrie, eine Sicht aus der Umgebung in den Luftkanal, insbesondere auf das Laufrad des Ventilators, im Wesentlichen versperren. Unter einer gitterähnlichen Struktur ist hier insbesondere eine Gitterstruktur, eine siebähnliche Struktur oder eine Lamellenstruktur zu verstehen. Der zweite Schutzgitterabschnitt behindert den Luftstrom nur unwesentlich. Der zweite Schutzgitterabschnitt, insbesondere die gitterähnliche Struktur, unterstützt die verringerte optische und akustische Wahrnehmung des Betriebs der Vorrichtung beziehungsweise der Komponente.
Ein von der Vorrichtung umfasster Ventilator weist beispielsweise ein Ventilatorgehäuse auf. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist das Ventilatorgehäuse einstückig mit einem die Kanalwand ausbildenden Wandelement ausgebildet. Dies vereinfacht den baulichen Aufwand und begünstigt die Umsetzung eines stetigen Verlaufs der lichten Strömungsquerschnittsfläche für den Luftstrom längs der Hauptströmungsrichtung.
Ein von der Vorrichtung umfasster Ventilator weist im Betrieb beispielsweise eine Saugseite und eine dem Schutzgitter zugewandte Druckseite auf. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung umgreift ein die Kanalwand ausbildendes Wandelement das Ventilatorgehäuse auf der Druckseite. Dies vereinfacht den baulichen Aufwand und stellt eine strömungsgünstige Kanalwandkontur für den Luftstrom dar.
Die Erfindung betrifft auch eine Wärmepumpen-Außeneinheit als Komponente einer Klimaanlage oder einer Heizanlage, zur Wärmeübertragung zwischen einem Luftstrom und einem Kältemittel. Die Wärmepumpen-Außeneinheit zeichnet sich aus durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchströmen der Wärmepumpen-Außeneinheit mit dem Luftstrom.
Figurenliste
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:

1 perspektivische Ansichten von zwei Komponenten einer Klimaanlage oder einer Heizanlage,
2 eine perspektivische Ansicht eines Schutzgitters mit Verdrängungskörper,
3 einen Längsschnitt durch eine erste Komponente einer Klimaanlage oder einer Heizanlage,
4 einen Längsschnitt durch eine zweite Komponente einer Klimaanlage oder einer Heizanlage,
5 einen Längsschnitt durch eine dritte Komponente einer Klimaanlage oder einer Heizanlage.

1 zeigt perspektivische Ansichten von zwei alternativen Komponenten 100 einer Klimaanlage oder einer Heizanlage in einer Aufstellumgebung 1. Beispielsweise handelt es sich dabei um Wärmepumpen-Wärmeübertragungseinheiten, insbesondere Wärmepumpen-Außeneinheiten, aufstellbar in einer Aufstellumgebung, insbesondere Außenumgebung, eines Gebäudes. Die Komponente 100 weist eine Vorrichtung zum Durchströmen der Klimaanlagen- oder Heizanlagenkomponente mit einem Luftkanal (beides hier nicht sichtbar) auf, die im Betrieb von einem Luftstrom durchströmt wird. Zu sehen ist an der Vorderseite der Komponente ein Schutzgitter 120, das eine dahinterliegende Mündung des Luftkanals gegenüber der Aufstellumgebung 1 luftdurchlässig abdeckt.
Durch den Luftkanal, die Mündung und das Schutzgitter 120 strömt der Luftstrom 2 in die Aufstellumgebung 1. In einem ersten, radial innenliegenden Schutzgitterabschnitt 120-1 des Schutzgitters 120 ist eine geschlossene, deckelartige Blende 124 angeordnet. In einem zweiten, radial außenliegenden Schutzgitterabschnitt 120-2 des Schutzgitters 120 ist eine gitterähnliche Struktur als Zugriffschutz in Form mehrerer ringförmig umlaufender Lamellen 122 angeordnet. Zwischen den Lamellen 122 bildet sich ein freier Durchströmquerschnitt für den Luftstrom 2 aus. 1a zeigt ein in der Draufsicht rundes (tatsächlich flach zylindrisches) Schutzgitter 120 mit radial beabstandeten, umlaufenden, runden Lamellenringen 122, die in der Mündungsebene des Luftkanals angeordnet sind. 1b zeigt ein in der Draufsicht quadratisches (tatsächlich flach quaderförmiges) Schutzgitter 120 mit beabstandeten, umlaufenden eckigen Lamellenringen 122, die in der Mündungsebene des Luftkanals angeordnet sind.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schutzgitters mit Verdrängungskörper 130. Das Schutzgitter 120 ist insbesondere zur luftdurchlässigen Abdeckung eines Luftkanals 112 für eine Vorrichtung 110 zum Durchströmen mit einem Luftstrom 2 ausgebildet. Das Schutzgitter 120 ist ausgebildet, im Bereich einer Mündung des Luftkanals 112 in eine Umgebung 1 angeordnet zu werden. Das Schutzgitter 120 weist im ersten, radial innenliegenden Schutzgitterabschnitt 120-1 eine im Wesentlichen koaxial zu der Schutzgitterhauptachse 126 angeordnete luftundurchlässige Blende 124 auf (hier von dem Verdrängungskörper 130 verdeckt). Das Schutzgitter 120 weist vorliegend im zweiten, radial außenliegenden Schutzgitterabschnitt 120-2 vier im Wesentlichen koaxial und in unterschiedlichen radialen Abständen R von der Schutzgitterhauptachse 126 angeordnete, im Wesentlichen ringförmige Lamellen 122 als Zugriffschutz auf. Verbindungsstege 128 verbinden die Lamellen 122 zu der gitterähnlichen Struktur.
Dargestellt ist ein dem Schutzgitter 120 benachbarter, koaxial zur Schutzgitterhauptachse 126 angeordneter, im Wesentlichen konischer Verdrängungskörper 130 mit der Form eines Kegelstrumpfs. Der Verdrängungskörper 130 grenzt mit seiner größeren Grundfläche an den ersten Schutzgitterabschnitt 120-1 an. Auf der in 2 abgewandten Vorderseite im Zentrum des Schutzgitters 120, der größeren Grundfläche des Verdrängungskörpers 130 benachbart, findet sich die Blende 124. Ein dem Schutzgitter 120 abgewandter Abschnitt des Verdrängungskörpers 130, hier die dem Betrachter zugewandte kleinere Grundfläche des Verdrängungskörpers 130, ist bevorzugt ausgebildet, einem Antriebsmotor 115 des Ventilators 116 benachbart angeordnet zu werden. Der vom Ventilator 116 geförderte Luftstrom 2 strömt außen an der Mantelfläche des Verdrängungskörpers 130 entlang und wird von diesem in einen konischen Hohlstrahl aufgeweitet, wodurch axiale Strömungskomponenten des Luftstroms 2 in radiale Strömungskomponenten umgelenkt werden.
Die 3, 4 und 5 zeigen jeweils einen Längsschnitt (Axialschnitt) durch eine Komponente 100 einer Klimaanlage oder einer Heizanlage, beispielsweise durch eine Wärmepumpen-Außeneinheit. Die Komponente 100 umfasst ein Gehäuse 102, eine Vorrichtung 110 zum Durchströmen der Komponente 100 mit einem Luftstrom 2 mit einem Luftkanal 112 und einem Schutzgitter 120, einen luftdurchströmbaren Wärmeübertrager 104 zum Übertragen von Wärme zwischen dem Luftstrom 2 und einem Wärmeträgerfluid, sowie ein Wandelement 106 zum Ausbilden der den Luftkanal 112 begrenzenden Kanalwand 114. Ein Ventilator 116 saugt mittels seines Laufrads 117 den Luftstrom 2 aus der Aufstellumgebung 1 an. Der Luftstrom 2 durchströmt mit einer Hauptströmungsrichtung 3 den Wärmeübertrager 104, einen ersten Abschnitt 112-1 des Luftkanals 112, den Ventilator 116, einen zweiten Abschnitt 112-2 des Luftkanals 112, und das Schutzgitter 120. Der Luftkanal 112 weitet sich in der Hauptströmungsrichtung 3 des Luftstroms 2 konusförmig oder pyramidenförmig auf und mündet in die Aufstellumgebung 1. Das Schutzgitter 120 ist an der Mündungsebene 118 des Luftkanals 112 angeordnet und deckt diesen luftdurchlässig ab. Der Luftstrom 2 strömt zwischen den Lamellen 122 der gitterähnlichen Struktur des Schutzgitters 120 frei in die Aufstellumgebung 1.
Das Schutzgitter 120 weist einen ersten, insbesondere radial innenliegenden, Schutzgitterabschnitt 120-1 nahe der Luftkanalachse 113 und einen zweiten, insbesondere radial außenliegenden, Schutzgitterabschnitt 120-2 fern der Luftkanalachse 113 auf. Die Vorrichtung 110 ist ausgebildet, den Luftstrom 2 zu dem zweiten Schutzgitterabschnitt 120-2 zu lenken, wobei der Luftstrom 2, insbesondere vollständig, durch den zweiten Schutzgitterabschnitt 120-2 strömt. Der Luftkanal 112, der erste und/oder der zweite Schutzgitterabschnitt 120-1, 120-2 weisen, insbesondere hinsichtlich ihrer Querschnittsflächen, eine geräuschemissionsoptimierte Geometrie auf. Der erste Schutzgitterabschnitt 120-1 ist hier als luftundurchlässige, insbesondere blickdichte, Blende 124 ausgebildet. Die Blende 124 ist luftundurchlässig, insbesondere blickdicht, ausgebildet und versperrt mit ihrer beispielsweise runden oder eckigen Form die Sicht auf das Ventilatorlaufrad 117.
Eine lichte Strömungsquerschnittsfläche für den Luftstrom 2 im Luftkanal 112 zwischen Ventilator 116 und Schutzgitter 120, insbesondere einschließlich einer lichten Strömungsquerschnittsfläche des zweiten Schutzgitterabschnitts 120-2, weist einen längs der Hauptströmungsrichtung 3 stetigen, insbesondere konstanten oder geringfügig zunehmenden, Verlauf auf. Als Strömungsquerschnittsfläche wird hier eine Fläche senkrecht zur Strömungsrichtung des Luftstroms 2 im Luftkanal 112 betrachtet.
Die Kanalwand 114 und der Verdrängungskörper 130 sind so ausgebildet, dass eine lichte Strömungsquerschnittsfläche für den Luftstrom 2 zwischen Kanalwand 114 und Verdrängungskörper 130 einen längs der Hauptströmungsrichtung 3 stetigen, insbesondere konstanten oder geringfügig zunehmenden, Verlauf aufweist.
Ein dem Schutzgitter 120 abgewandter Abschnitt des Verdrängungskörpers 130, insbesondere die kleinere Grundfläche des Verdrängungskörpers 130, ist dem Antriebsmotor 115 des Ventilators 116 benachbart angeordnet. Der vom Ventilator 116 geförderte Luftstrom 2 strömt außen an der Mantelfläche des Verdrängungskörpers 130 entlang und wird von diesem in einen konischen Hohlstrahl aufgeweitet, wodurch axiale Strömungskomponenten des Luftstroms 2 in radiale Strömungskomponenten umgelenkt werden und der Luftstrom sich allgemein verlangsamt.
Die Kanalwand 114 und/oder der Verdrängungskörper 130 weiten sich in Hauptströmungsrichtung 3 im Wesentlichen konusförmig oder pyramidenförmig, insbesondere mit konvexer Mantelfläche, auf. Zwischen Kanalwand 114 und Verdrängungskörper 130 bildet sich ein im Wesentlichen konusförmiger oder pyramidenförmiger Luftkanal 112. Dadurch wird der Luftstrom 2 aus seiner axialen Hauptströmungsrichtung 3 zumindest teilweise radial abgelenkt und in einen sich aufweitenden Hohlstrahl aufgeteilt. So kann der Luftstrom 2 verzögert und Geschwindigkeitsspitzen abgebaut werden. Strömungsgeräusche entstehen dadurch nur deutlich vermindert.
Insbesondere können die Kanalwandkontur und/oder die Verdrängungskörperkontur zumindest abschnittsweise linear oder gewölbt, insbesondere elliptisch, sein.
3 zeigt einen Verdrängungskörper 130 mit im Wesentlichen konischem Verdrängungskörper mit im Wesentlichen linearer Verdrängungskörperkontur mit einem kurzen konkaven Einlauf. Der Auslauf geht stetig in die Kontur der Blende 124 über. Die Kontur der Kanalwand 114 weist zwei lineare Abschnitte auf, die mittels eines kurzen konvexen Bogens zu einer Gesamtkontur verbunden sind.
4 zeigt einen Verdrängungskörper 130 mit linearer Verdrängungskörperkontur (zum Beispiel ein längerer konischer Verdrängungskörper). Eine solche Verdrängungskörperkontur eignet sich insbesondere für längere Distanzen zwischen Ventilator und Schutzgitter (längere Luftkanalabschnitte 112-2). Die Kontur der Kanalwand 114 weist in Strömungsrichtung einen linearen Abschnitt und einen daran anschließenden konvexen Bogen auf, die sich zu einer Gesamtkontur verbinden.
5 zeigt einen Verdrängungskörper 130 mit im Wesentlichen konvexer beziehungsweise elliptischer Verdrängungskörperkontur. Der Auslauf der Verdrängungskörperkontur geht stetig in die Kontur der Blende 124 über. Eine solche Verdrängungskörperkontur eignet sich insbesondere für kurze Distanzen zwischen Ventilator und Schutzgitter (kurze Luftkanalabschnitte 112-2). Der im Wesentlichen rotationssymmetrische Verdrängungskörper ist zumindest abschnittsweise ellipsoid, insbesondere ellipsoid-konvex, ausgeformt. Die Kontur der Kanalwand 114 weist einen konkaven Bogen auf.
Die Ausgestaltung der Kanalwandkontur und/oder der Verdrängungskörperkontur erfolgt beispielsweise in Abhängigkeit des zur Verfügung stehenden Bauraums, insbesondere in Abhängigkeit von der axialen Länge des Luftkanals.

Claims

Vorrichtung (110) zum Durchströmen einer Komponente (100) einer Klimaanlage oder einer Heizanlage, insbesondere einer Wärmepumpen-Wärmeübertragungseinheit, mit einem Luftstrom (2), insbesondere zum freien Ausströmen eines Luftstroms (2) in eine Umgebung (1), umfassend • einen Luftkanal (112) mit einer Luftkanalachse (113) und einer Mündung in die Umgebung (1), und • ein quer zu einer Hauptströmungsrichtung (3) des Luftstroms (2) im Luftkanal (112) angeordnetes Schutzgitter (120) im Bereich der Mündung als luftdurchlässige Abdeckung des Luftkanals (112), insbesondere gegenüber der Umgebung (1), dadurch gekennzeichnet, dass • das Schutzgitter (120) einen ersten, insbesondere radial innenliegenden, Schutzgitterabschnitt (120-1) nahe der Luftkanalachse (113) und einen zweiten, insbesondere radial außenliegenden, Schutzgitterabschnitt (120-2) fern der Luftkanalachse (113) aufweist, • wobei die Vorrichtung (110) ausgebildet ist, den Luftstrom (2) zu dem zweiten Schutzgitterabschnitt (120-2) zu lenken, wobei der Luftstrom (2), insbesondere vollständig, durch den zweiten Schutzgitterabschnitt (120-2) strömt, • wobei der Luftkanal (112), der erste Schutzgitterabschnitt (120-1) und/oder der zweite Schutzgitterabschnitt (120-2), insbesondere hinsichtlich ihrer Querschnittsflächen, eine geräuschemissionsoptimierte Geometrie aufweisen.
Vorrichtung (110) nach Anspruch 1, aufweisend einen Ventilator (116), insbesondere einen Axialventilator, zum Fördern des Luftstroms (2), wobei der Ventilator (116) im Luftkanal (112) stromaufwärts des Schutzgitters (120) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine lichte Strömungsquerschnittsfläche für den Luftstrom (2) im Luftkanal (112) zwischen Ventilator (116) und Schutzgitter (120), insbesondere einschließlich einer lichten Strömungsquerschnittsfläche des zweiten Schutzgitterabschnitts (120-2), einen längs der Hauptströmungsrichtung (3) stetigen, insbesondere konstanten oder geringfügig zunehmenden, Verlauf aufweist.
Vorrichtung (110) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (110) eine luftundurchlässige Kanalwand (114) zur, insbesondere radialen, äußeren Begrenzung des Luftkanals (112) sowie einen mittig im Luftkanal (112) angeordneten Verdrängungskörper (130) zur, insbesondere radialen, inneren Begrenzung des Luftkanals (112) aufweist, wobei die Kanalwand (114) und der Verdrängungskörper (130) so ausgebildet sind, dass eine lichte Strömungsquerschnittsfläche für den Luftstrom (2) zwischen Kanalwand (114) und Verdrängungskörper (130) einen längs der Hauptströmungsrichtung (3) stetigen, insbesondere konstanten oder geringfügig zunehmenden, Verlauf aufweist.
Vorrichtung (110) nach Anspruch 3, wobei sich die Kanalwand (114) und/oder der Verdrängungskörper (130) in Hauptströmungsrichtung (3) im Wesentlichen konusförmig oder pyramidenförmig, insbesondere mit konvexer Mantelfläche, aufweiten.
Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Ventilator (116), insbesondere einen Axialventilator, zum Fördern des Luftstroms (2), wobei der Ventilator (116) im Luftkanal (112) stromaufwärts des Schutzgitters (120) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser D-L eines Laufrades (117) des Ventilators (116) im Wesentlichen so groß ist wie ein Durchmesser D-A1 des ersten Schutzgitterabschnitts (120-1), wobei der erste Schutzgitterabschnitt (120-1) eine Sicht aus der Umgebung (1) in einer Normalrichtung auf das Laufrad (117) des Ventilators (116) im Wesentlichen versperrt.
Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Ventilator (116), insbesondere einen Axialventilator, zum Fördern des Luftstroms (2), wobei der Ventilator (116) im Luftkanal (112) stromaufwärts des Schutzgitters (120) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser D-A1 des ersten Schutzgitterabschnitts (120-1) in Abhängigkeit eines Durchmessers D-L eines Laufrades (117) des Ventilators (116) bestimmt ist nach der Gleichung $D - A 1 = P \cdot D - L$
wobei P ausgewählt ist aus dem Intervall 0,8 ≤ P ≤ 1,2, bevorzugt 0,85 ≤ P ≤ 1,0, wobei der erste Schutzgitterabschnitt (120-1) eine Sicht aus der Umgebung (1) in einer Normalrichtung auf das Laufrad (117) des Ventilators (116) im Wesentlichen versperrt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite, luftdurchlässig ausgebildete Schutzgitterabschnitt (120-2) eine gitterähnliche Struktur aufweist, die, insbesondere aufgrund ihrer Geometrie, eine Sicht aus der Umgebung (1) in den Luftkanal (112), insbesondere auf das Laufrad (117) des Ventilators (116), im Wesentlichen versperrt.
Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilatorgehäuse des Ventilators (116) einstückig mit einem die Kanalwand (114) ausbildenden Wandelement (106) ausgebildet ist.
Vorrichtung (116) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilator (116) eine Saugseite und eine dem Schutzgitter (120) zugewandte Druckseite aufweist, wobei ein die Kanalwand (114) ausbildendes Wandelement (106) ein Ventilatorgehäuse des Ventilators (116) auf der Druckseite umgreift.
Wärmepumpen-Wärmeübertragungseinheit zur Wärmeübertragung zwischen einem Luftstrom (2) und einem Kältemittel, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (110) zum Durchströmen der Wärmepumpen-Wärmeübertragungseinheit mit dem Luftstrom (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.