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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpe, insbesondere eine Wärmepumpe, die für die Aufstellung in einem Innenraum ausgebildet ist.
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In jüngerer Vergangenheit verstärkt sich die Suche nach klimafreundlichen Kältemitteln. Nachteilig an vielen klimafreundlichen Kältemitteln ist jedoch deren Brennbarkeit. Ein Einsatz derartiger Kältemittel, beispielsweise in Wärmepumpen, führt daher zu besonderen Anforderungen an die Sicherheit. Um zu gewährleisten, dass es nicht zu einer ungewollten Entzündung von eventuell aus einem Kältekreis austretendem Kältemittel kommt, ist ein Mindestvolumen beziehungsweise ein Mindestraum vorgeschrieben, in dem sich das austretende Kältemittel verteilt, um eine ausreichende Durchmischung zu erreichen.
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Brennbares Kältemittel muss demnach bei möglicher Leckage im Kältekreis sicher aus der Wärmepumpe gefördert werden. Dabei ist es zielführend das Kältemittel so hoch wie möglich in den Aufstellraum zu fördern. Dies senkt die geforderte Mindestfläche die der Raum haben muss um eine ausreichende Durchmischung zu gewährleisten damit die Kältemittelkonzentration in der Luft nicht mehr entflammbar ist. Dazu gibt es laut Norm 60335-2-40 drei Varianten:
- 1. Kältemittel tritt in gewisser Höhe selbstständig (ohne Lüfter) aus der Wärmepumpe aus. Hierbei ist ausschließlich die Kältemittel-Austrittshöhe für die minimale Aufstellraumgröße entscheidend. Die Austrittshöhe ist definiert als die Höhe, ab der die Summe aller Öffnungen im Gerät 5 cm2 überschreiten. Je höher die Austrittshöhe ist, umso kleiner ist die minimale Aufstellraumgröße in Quadratmetern (m2). Diese Lösung ist kostengünstig, erfordert jedoch regelmäßig zu große Aufstellräume, so dass die praktische Umsetzung nicht möglich ist. Sollte der Aufstellraum zu klein sein, wird vorteilhaft die Austrittshöhe mit einer Verlängerung, wie einem Schnorchel, zu erweitern.
- 2. Kältemittel wird durch einen Lüfter in den Raum gefördert: Hierbei ist die Höhe, die das Medium erreicht bevor es wieder absinkt, maßgeblich. Je höher das Kältemittel strömt, umso kleiner ist die minimale Aufstellraumgröße in Quadratmetern (m2). Zusätzlich muss ein gewisser Mindestvolumenstrom von dem Lüfter realisiert werden. Alle anderen Geräteöffnungen dürfen in Summe 5 cm2 nicht überschreiten. Der hierfür eingesetzte Lüfter ist jedoch mit Kosten verbunden, so dass nach Möglichkeit, nämlich falls aufgrund der Aufstellraumgröße nicht notwendig, darauf verzichtet wird.
- 3. Kältemittel wird mit einem Lüfter aus dem Raum nach draußen gefördert. Hierbei ist ausschließlich der Mindestvolumenstrom ausschlaggebend. Die übrigen Geräteöffnungen dürfen auch hier in Summe 5 cm2 nicht überschreiten. Diese Variante senkt die minimale Aufstellraumgröße auf 0 m2, so dass jeder beliebige Aufstellort geeignet ist. Grundsätzlich ist jedoch hiermit ein Wanddurchbruch verbunden, der aufwändig ist.
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Zurzeit werden deshalb brennbare Kältemittel hauptsächlich in außenaufgestellten Wärmepumpen verwendet oder die Kältemittelmenge so stark reduziert, dass eine Leckage keinen signifikanten oder gesundheitlichen Schaden anrichten kann. Bei innenaufgestellten Wärmepumpen gibt die Norm die benannten drei Varianten an, gemäß denen das Kältemittel austreten gelassen wird. Verschiedene Wärmepumpen sind demnach nur für bestimmte Aufstellorte, genauer Größen von Aufstellräumen, einsetzbar.
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Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmepumpe anzugeben, die ein Aufstellen auch in kleineren Aufstellräumen ermöglicht. Ebenfalls war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Sicherheitslösung für innenaufgestellte Wärmepumpen, die brennbares Kältemittel einsetzen, bereitzustellen. Jedenfalls soll eine alternative Wärmepumpe angegeben werden.
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Erfindungsgemäß wird eine Wärmepumpe vorgeschlagen, insbesondere innenaufgestellte Wärmepumpe, mit einem Kältekreis mit einem brennbaren Kältemittel, insbesondere R454C, und einem Gehäuse, in dem der Kältekreis angeordnet ist, wobei das Gehäuse einen Entlüftungskanal mit einer Austrittsöffnung und einen in dem Entlüftungskanal angeordneten Lüfter aufweist, wobei der Lüfter dazu ausgebildet ist, Luft aus dem Inneren des Gehäuses über den Entlüftungskanal und die Austrittsöffnung derart aus dem Gehäuse abzusaugen, dass ein Unterdruck innerhalb des Gehäuses aufrechterhalten ist.
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Erfindungsgemäß ist der Lüfter dazu ausgebildet, zusätzlich Luft von außerhalb des Gehäuses anzusaugen.
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Die angesaugte Luft wird von dem Lüfter dann wieder über den Entlüftungskanal nach außerhalb des Gehäuses befördert. Damit erzeugt der Lüfter eine Zirkulation in dem Aufstellraum. Durch die Zirkulation in dem Aufstellraum wird die Konzentration eines eventuell ausströmenden Kältemittels in dem Aufstellraum reduziert.
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Die Erfindung ermöglicht daher, auch bei austretendem Kältemittel eine Kältemittelkonzentration im Aufstellraum niedrig zu halten. Dies ist bei brennbaren Kältemitteln vorteilhaft, da dann die Konzentration des Kältemittels in dem Aufstellraum außerhalb, insbesondere unterhalb eines kritischen Bereiches gewährleistet bleibt.
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Beispielsweise liegt die kritische Konzentration für das Kältemittel R454C zwischen 8% Vol. und 12 % Vol., wobei innerhalb dieses Bereiches die Gefahr des Entflammens besteht.
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Vorzugsweise ist der Lüfter als Radiallüfter ausgebildet, wobei eine Ansaugfläche des Radiallüfters in zwei Bereiche aufgeteilt ist, die jeweils ermöglichen, Luft aus dem Inneren des Gehäuses beziehungsweise Luft von außerhalb des Gehäuses anzusaugen.
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Der Lüfter kann beispielsweise horizontal und an einem oberen Ende des Gehäuses eingebaut sein und Luft von unten, also vertikal ansaugen. Der Radiallüfter erzeugt dann eine Luftströmung in horizontaler Richtung, also senkrecht zu der Ansaugrichtung bzw. -fläche.
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Die Ansaugfläche kann dabei groß genug gewählt sein, um hinreichend Platz für ein Ansaugen von Luft sowohl aus dem Inneren des Gehäuses als auch von außerhalb des Gehäuses zu ermöglichen.
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Vorzugsweise weist die Wärmepumpe einen Durchmischungslüftungskanal auf, der zwischen einer Eintrittsöffnung in das Gehäuse und dem Lüfter angeordnet ist.
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Der Durchmischungslüftungskanal kann demnach an dem Lüfter montiert sein, und Luft aus dem Aufstellraum, also von außerhalb des Gehäuses, zu dem Lüfter fördern. Die Eintrittsöffnung ist als Teil des Gehäuses ausgeführt und stellt eine Öffnung zwischen dem Aufstellraum und dem Gehäuseinneren bereit. Vorzugsweise ist die Eintrittsöffnung vollständig von dem Durchmischungslüftungskanal abgedichtet, so dass keine Luft durch die Eintrittsöffnung eintritt, die nicht durch den Durchmischungslüftungskanal gefördert wird.
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Anders ausgedrückt, die Eintrittsöffnung stellt keine Öffnung dar, durch die Luft in das Innere des Gehäuses gelangen kann.
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Vorzugsweise ist die Eintrittsöffnung in einem unteren Bereich des Gehäuses, insbesondere in den unteren 15% der Höhe des Gehäuses, angeordnet.
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Die Austrittsöffnung ist vorzugsweise oben am Gehäuse angeordnet, wie einleitend begründet wurde. Indem die Eintrittsöffnung weit entfernt von der Austrittsöffnung angeordnet ist, wird eine optimierte bzw. besonders effiziente Durchmischung des Aufstellraumes erreicht.
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Vorzugsweise beträgt ein Abstand zwischen Austrittsöffnung und Eintrittsöffnung wenigstens 50%, vorzugsweise wenigstens 80% und besonders bevorzugt wenigstens 90% der Höhe des Gehäuses.
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Vorzugsweise ist der Durchmischungslüftungskanal als Wellschlauch oder Wellrohr ausgebildet.
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Ein Wellschlauch oder ein Wellrohr ist flexibel und damit einfach montierbar. Zudem ist der Durchmischungslüftungskanal kostengünstig und langlebig.
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Vorzugsweise ist der Durchmischungslüftungskanal an den Lüfter und/oder die Eintrittsöffnung einhakbar.
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Damit ist eine besonders einfache Montage möglich. Vorzugsweise ist ein Abschnitt, beispielsweise ein Blechabschnitt, zur Halterung des Lüfters zum Einhaken des Durchmischungslüftungskanals ausgebildet.
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Damit kann der Durchmischungslüftungskanal, vorzugsweise der Wellschlauch, unmittelbar an der Ansaugfläche des Lüfters enden und zeitgleich einen Teil der Ansaugfläche zum Ansaugen von Luft aus dem Inneren des Gehäuses bereithalten.
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Vorzugsweise ist der Lüfter dazu ausgebildet, mit einer Dauerleistung im Bereich von 0,5 W bis 10 W, insbesondere zwischen 1 W und 2 W, betrieben zu werden.
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Damit kann der Unterdruck im Gehäuseinneren aufrechterhalten bleiben, eine hinreichende Durchmischung der Luft im Aufstellort zu jeder Zeit gewährleistet bleiben und gleichzeitig der Energieverbrauch auf ein Mindestmaß begrenzt bleiben.
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Vorzugsweise weist die Wärmepumpe ferner eine Unterdruckbestimmungseinheit auf, beispielsweise eine Druckdose, die dazu ausgebildet ist, einen Unterdruck in dem Gehäuse zu bestimmen.
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Vorzugsweise ist die Unterdruckbestimmungseinheit dazu ausgebildet, in dem Fall, in dem der Unterdruck einen gewissen Schwellwert unterschreitet, ein Fehlersignal zu erzeugen.
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Das Fehlersignal kann insbesondere zu einem Abschalten der Wärmepumpe führen. Das Fehlersignal zum Abschalten der Wärmepumpe kann alternativ auch durch eine Funktionsüberwachung des Lüfters erzeugt werden und beispielsweise bei einem Erkennen einer Fehlfunktion des Lüfters erzeugt werden.
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Vorzugsweise ist das Gehäuse mit Ausnahme der Austrittsöffnung und der Eintrittsöffnung dicht. Somit sind keine weiteren Öffnungen in dem Gehäuse vorgesehen, wobei als weitere Öffnungen insbesondere die normgemäß geforderten Öffnungen mit mehr als 5 cm2 zu verstehen sind.
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Jedenfalls ist es in dem Gehäuse auch bei der geringen Lüfterleistung von wenigen Watt möglich, einen Unterdruck von beispielsweise 40 Pa zu erreichen. Wenn dieser Wert deutlich unterschritten wird, beispielsweise der Unterdruck lediglich 20 Pa beträgt, wird das Fehlersignal ausgelöst. Diese Druckwerte sind lediglich beispielhaft zu verstehen.
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Vorzugsweise weist ein Ende des Entlüftungskanals Kopplungsmittel zum Anschluss eines externen Luftkanals aufweist.
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Damit kann der Luftaustritt weiter nach oben in dem Raum verlegt werden, wodurch die Durchmischung des Aufstellortes weiter verbessert wird.
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Vorzugsweise weist der Entlüftungskanal eine Schalldämmung in seinem Inneren auf.
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Vorzugsweise ist die Wärmepumpe als innenaufgestellte Sole-Wärmepumpe ausgebildet.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen werden nachfolgend mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigen:
- 1 schematisch und exemplarisch eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe im Querschnitt,
- 2 schematisch und exemplarisch eine Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Wärmepumpe im Querschnitt,
- 3 schematisch und exemplarisch eine Kupplung im Detail,
- 4 schematisch und exemplarisch eine perspektivische Ansicht eines Deckels der Wärmepumpe von oben,
- 5 schematisch und exemplarisch eine Draufsicht auf die Ansicht der 4 von oben,
- 6 schematisch und exemplarisch die Ansicht der 4 mit Lüfter und
- 7 schematisch und exemplarisch die Ansicht der 6 mit Abdeckung.
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1 zeigt schematisch und exemplarisch eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe 1. Die Wärmepumpe 1 weist ein Gehäuse 10 mit einer Vorderseite 12, einer Rückseite 14, einer Oberseite 16 und einer Unterseite 18 auf. Ein Deckel 20 lässt sich üblicherweise zum Warten und Konfigurieren der Wärmepumpe 1 öffnen und ermöglicht einen Zugriff auf die innenliegenden Komponenten.
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Das beispielhaft gezeigte Gehäuse 10 ist zweigeteilt mit einem oberen Gehäuseabschnitt 102 und einem unteren Gehäuseabschnitt 104 gezeigt, die von einer Trennschicht 106 getrennt sind.
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In dem oberen Gehäuseabschnitt 102 des zweigeteilten Gehäuse 10 ist ein in 1 nicht weiter dargestellter Kältekreis 70 (vgl. 2) angeordnet. Dieser enthält ein brennbares Kältemittel, beispielsweise R454C. Für innenaufgestellte Wärmepumpen ist demnach zu gewährleisten, dass auch bei einem austretenden Kältemittel jederzeit keine Gefahr eines Brandes besteht. Vorzugsweise ist der obere Gehäuseabschnitt 102 gegenüber dem unteren Gehäuseabschnitt 104 abgedichtet.
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In dem unteren Gehäuseabschnitt 104 ist ein Speicher 50, beispielsweise ein Warmwasserspeicher, als Wärmespeicher der von dem Kältekreis geförderten Energie vorgesehen. Sämtliche Verbindungen des Kältekreises und des Speichers 5sind fachmännisch bekannt und zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen.
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Die vorliegende Erfindung stützt sich auf die Luftführung aus dem Inneren des Gehäuses 10 durch einen Entlüftungskanal 30 zu einer Austrittsöffnung 17, die mittels eines in dem Entlüftungskanal 30 angeordneten Lüfter 40 erfolgt.
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Der Lüfter 40 wird vorzugsweise permanent betrieben, um einen Unterdruck in dem Gehäuse 10 aufrechtzuerhalten. Wird der Unterdruck nicht aufrechterhalten, beispielsweise durch eine Leckage in dem Gehäuse 10, so kann dies zum Abschalten der Wärmepumpe 1 herangezogen werden. Hierzu kann beispielsweise ein nicht gezeigter Drucksensor wie eine Druckdose herangezogen werden.
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Der Lüfter 40 ist als Radiallüfter ausgestaltet, der Luft an einer Ansaugfläche 42 an seiner Unterseite ansaugt und radial in Richtung des Entlüftungskanals 30 fördert.
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Die Ansaugfläche 42 ist zweigeteilt und ermöglicht einerseits ein Ansaugen von Luft aus dem Gehäuse 10, andererseits aber auch über einen Durchmischungslüftungskanal 60 Luft von außerhalb des Gehäuses 10, d.h. aus dem Aufstellraum der Wärmepumpe 1, anzusaugen, das über eine Eintrittsöffnung 19 in den Durchmischungslüftungskanal 60 eintritt.
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Indem der Lüfter 40 zusätzlich zu dem Erzeugen des Unterdrucks in dem Gehäuse 10 Luft über die Eintrittsöffnung 19 ansaugt und die Luft zusammen über die Austrittsöffnung 17 wieder in den Aufstellraum bzw. nach außerhalb des Gehäuses 10 fördert, wird eine Durchmischung der Luft außerhalb der Wärmepumpe 1, das heißt im Aufstellraum, erreicht. Dadurch kann auch bei einem ausströmenden Kältemittel sichergestellt sein, dass eine Konzentration von Kältemittel in der Umgebungsluft hinreichend gering bleibt.
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2 zeigt schematisch und exemplarisch eine weitere Querschnittsansicht einer Wärmepumpe 1. Der Durchmischungslüftungskanal 60 ist in diesem Beispiel dreigeteilt und umfasst einen flexiblen Schlauchabschnitt 62, insbesondere einen Wellschlauch, der nicht eingeschäumt ist, einen Kupplungsabschnitt 64 und einen festen Schlauchabschnitt 66, insbesondere einen eingeschäumten Wellschlauch.
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3 zeigt den Kupplungsabschnitt 64 im Detail. Der Kupplungsabschnitt 64 ist als Doppel-Kupplung mit einem Tannenbaumprofil ausgebildet und vorzugsweise in der Trennschicht 106 fixierbar. Der feste Schlauchabschnitt 66 wird an der Trennschicht 106 montiert, bevor der untere Gehäuseabschnitt 104 zur Wärmedämmung beispielsweise ausgeschäumt wird.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Deckels 20, mit geöffnetem Entlüftungskanal 30. Es kann gesehen werden, dass der Entlüftungskanal 30 Labyrinth-artig verläuft. Damit ist der Luftführungsweg maximiert und der Schall wird aus dem Inneren des Gehäuse bis zum Austritt reduziert.
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In 5, die eine Draufsicht auf den in 4 gezeigten Deckel 20 zeigt, ist die Luftführungsrichtung in dem Entlüftungskanal 30 durch Pfeile 32 gezeichnet.
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Der Lüftungskanal 30 endet an einem Ort 36, der an die Austrittsöffnung 17 angrenzt. Eine Montagevorrichtung 34 zum Anschluss des Durchmischungslüftungskanals 60 ist in diesem Beispiel in einem Aufnahmeblech des Lüfters 40 ausgebildet.
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6 zeigt die Ansicht der 4 mit montiertem Lüfter 40.
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7 zeigt die Ansicht der 6 zusätzlich mit einer Abdeckung 22 des Deckels 20, die den Entlüftungskanal 30 abdeckt.
