DE202005015142U1

DE202005015142U1 - Wärmepumpe mit einem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher

Info

Publication number: DE202005015142U1
Application number: DE200520015142
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2015-09-27

Abstract

Wärmepumpe mit einem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher (2), mit einem als Axialverdichter wirksamen Ventilator (3) und mit einem nach außen hin geschlossenen Ansaugraum zwischen dem Wärmetauscher (2) und Ventilator (3), der an der Ansaugöffnung des Ventilators (3) endet, dadurch gekennzeichnet,
dass der Durchmesser (d1) der Ansaugöffnung kleiner ist als der Außendurchmesser der Flügel des Ventilators (3) und
dass der Ansaugraum mittels Trennwänden (61, 62; 63, 64, 65, 66, 62') in mehrere Strömungsbereiche untergliedert ist, die sich, verjüngend vom Wärmetauscher (2) zur Ansaugöffnung des Ventilators (3) erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe mit einem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher, mit einem als Axialverdichter wirksamen Propeller und mit Luftführungselementen im Ansaugraum zwischen dem Wärmetauscher und dem äußeren Durchmesserbereich des Propellers zur Begrenzung des Ansaugbereiches des Propellers.
Bei Wärmepumpen der genannten Art wird durch einen Ventilator- in Form eines Propellers-Umgebungsluft angesaugt und über einen als Verdampfer bezeichneten Luft-Wasser-Wärmetauscher geleitet. Der Umgebungsluft wird dabei Wärme entzogen, die als sog. Verdampfungswärme auf ein sog. "Kältemittel" übertragen wird. Mittels Verdichter wird dann die aufgenommene Wärme auf ein höheres Temperaturniveau angehoben.
Die EP 0 104 306 A1 zeigt eine Wärmepumpe dieser Art. Der Ansaugraum zwischen dem Wärmetauscher und dem Ventilator ist durch Wände von der Umgebungsluft abgetrennt. In der dem Wärmetauscher gegenüberliegenden Wand ist der Ventilator zentral eingefügt. Der Abstand zwischen den einzelnen Bereichen des Wärmetauschers zu dem Ansaugbereich des Ventilators ist sehr unterschiedlich.
Das bedeutet, dass die Durchtrittsgeschwindigkeit der Luft durch den Wärmetauscher sehr unterschiedlich ist. Die Folge ist ein sehr unterschiedlicher Wirkungsgrad des Wärmeentzugs aus der Luft. Der Wirkungsgrad der Wärmepumpe ist unbefriedigend.
An der auf der Basis der o.a. Patentanmeldung ausgelieferten Wärmepumpe des Types LA 7M und LA 8M ist der Wärmetauscher in einem rechteckigen perforier ten Gehäuse der Wärmetauscher an zwei einander benachbarten Seitenwänden in senkrechter Lage angeordnet. Der Ventilator befindet sich jenseits und quer zur Diagonalen, die die beiden Seitenwände miteinander verbindet. Der Saugraum ist seitlich durch Wandabschnitte zur Umluft hin abgegrenzt. Die den beiden Seitenwänden im Bereich des Wärmetauschers gegenüberliegenden Seitenwände des Gehäuses sind außerhalb der Ebene des Ventilators ebenfalls perforiert. Durch diese soll die kalte Luft entweichen. Auch diese Bauform hat die in Bezug auf die EP 104 306 A1 angegebenen Mängel.
Diese Bauweise führt dazu, dass die Durchtrittsgeschwindigkeit der Luft durch den Wärmetauscher insbesondere in den Randbereichen sehr gering ist. Bei niedrigen Temperaturen gefriert dort das Kondenswasser und kann auch nicht durch eine zyklisch aktivierte Abtauphase ( EP 108 906 A2 ) wieder verflüssigt und abgeleitet werden. Der Wärmetauscher setzt sich zu. Der Wirkungsgrad der Wärmepumpe reduziert sich in der Jahreszeit des höchsten Wärmebadarfes zusätzlich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Wärmepumpe vorzuschlagen, bei der die Durchtrittsgeschwindigheit der Luft in allen Bereichen der Fläche des Wärmetauschers ausreichend groß ist, so dass ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gestaltung der Wärmepumpe nach Anspruch 1 gelöst.
Die kleinere Ansaugöffnung verhindert rückläufige Randströmungen und Stauerscheinungen im Bereich des Wärmetauschers. Die getrennten Strömungsbereiche sorgen für eine angenähert gleiche Strömungsgeschwindigkeit in allen Bereichen des Wärmetauschers und damit für einen hohen Wirkungsgrad desselben.
Die tropfenförmige Gestaltung der Querschnitte der Trennwände nach Anspruch 2 un die Anordnung und Ausrichtung dieser Trennwände nach den Ansprüchen 3 bis 5 reduzieren die Geschwindigkeitsdifferenzen am Wärmetauscher weiter.
Die Ausrichtung des Wärmetauschers nach Anspruch 6, die Ausrichtung der Wärmepumpe auf die aktuelle Windrichtung nach Anspruch 7 und die trichterförmigen Leitelemente nach Anspruch 8 nutzen die Windverhältnisse um die Wärmepumpe herum zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades der selben.
Die Erfindung soll nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen,
1 eine schematische Ansicht der Wärmepumpe in Strömungsrichtung,
2 eine Schnittdarstellung der Wärmepumpe entlang der Linie II-II in 1,
3 eine zweite Variante der Wärmepumpe in einer Darstellung gemäß 1,
4 eine vereinfachte Schnittdarstellung entlang der Linie IV-IV in 3,
5 eine schematische Darstellung von Umbauten einer Wärmepumpe in einer Seitenansicht und
6 eine Schnittdarstellung entlang der Linie VI-VI in 5.
Die Wärmepumpe 1 nach den 1 und 2 ist in einem Leitgehäuse 7 mit einem Fangtrichter 71 angeordnet.
Die Wärmepumpe 1 ist dabei diagonal zur Strömungsrichtung ausgerichtet, so dass der Wärmetauscher 2 und die diesen abschirmenden Gitter 12, 12' auf der Saugseite keilförmig gegen die Strömungsrichtung gerichtet sind. Der im hinteren Teil der Wärmepumpe 1 angeordnete und vom Motor 31 angetriebene Ventilator 3 aktiviert die Luftströmung im Wärmetauscher 2 und fördert die angekühlte Luft nach hinten und außen durch die Gitter 13, 13' auf der Druckseite.
In dem Bereich zwischen dem Wärmetauscher 2 und dem Ventilator 3 ist eine Ringwand 61 und ein Strömungskörper 62 angeordnet. Die Ringwand 61 und der Strömungskörper 62 unterteilt den gesamten Strömungsraum derart, dass der Ventilator 3 aus allen Teilbereichen etwa übereinstimmende Luftmengen pro Zeiteinheit saugt. Die Anwendung mehrerer, zueinander koaxialer Ringwände ist möglich. Eine optimale Strömung wird erreicht, wenn die mittlere Entfernung der jeweiligen Austrittsöffnungen von der Nabe des Ventilators 3 etwa gleich ist.
Diese gleichmäßige Lustströmung wird jedoch nur dann erreicht, wenn die Ansaugöffnung mit ihrem Durchmesser d1 des Ventilators 3 deutlich kleiner ist als der Durchmesser der Flügel des Ventilators 3. Noch günstiger ist es, wenn der Durchmesser D der Austrittsöffnung des Ventilators 3 deutlich größer ist als der Durchmesser der Flügel des Ventilators 3. Der Wirkungsgrad des Ventilators 3 wird deutlich erhöht. Gleichzeitig wird verhindert, dass der Ventilator 3 kalte Luft zurück in den Saugraum fördert und dort einen Stau verursacht. Bei sehr niedrigen Aussentemperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit können diese Stau's zur Ausbildung von Eispanzern führen, die den Wirkungsgrad des Wärmetauschers deutlich reduzieren.
In den 3 und 4 ist eine weitere Variante der Luftführung zwischen dem Wärmetauscher 2 und dem Ventilator 3 dargestellt. Hier sind die Trennwände 63, 64, 65, 66 radial angeordnet und an dem auf der verlängerten Achse des Ventilators 3 an dem Strömungskörper 62' befestigt. Die Trennwände 61, 63, 64, 65, 66 und der zentrale Strömungskörper 62, 62' sind vorzugsweise tropfenförmig ausgestaltet. Auch bei der Variante nach den 3 und 4 ist es wichtig dass der Durchmesser d1 der Ansaugöffnung des Ventilators 3 kleiner ist als der Durchmesser des Flügelbereiches des Ventilators 3.
In den 5 und 6 sind periphäre Bauelemente für die Wärmepumpe 1 dargestellt. Der Trichter 71 führt zu einer höheren Anströmgeschwindigkeit der Umgebungsluft im Bereich des Wärmetauschers 1. Das führt zu einem höheren Wirkungsgrad der Wärmepumpe 1. Die Seitenwände des Trichters 71 sind zum Zwecke der allseitigen Zugängigkeit zum Wärmetauscher für Wartungs- und Reparaturzwecke als Klappen 711 und 712 oder als Tür 713 ausgebildet.
An Aufstellungsorten, an denen starke Schneefälle im Winter an der Tagesordnung sind, empfiehlt es sich ein abnehmbares Schneegitter 74 vorzusehen. Es unterstützt das Vermeiden der Vereisungen am Wärmetauscher 2. Eine Dachanordnung über dem Leitgehäuse 7 und der Wärmepumpe 1 schützt den Wärmetauscher 2 vor Regen und Schnee, die in der Regel eine niedrigere Temperatur haben als die Umgebungsluft.
Die Gesamtanordnung der Wärmepumpe 1 und des Leitgehäuses 7 kann auch um eine senkrechte Achse drehbar oder schwenkbar angeordnet sein. Das bietet den Vorteil dass man sie automatisch auf die optimale Windrichtung oder manuell auf die zeitweilig überwiegende Windrichtung einstellen kann.

1.: Wärmepumpe
11: Gehäuse
12, 12': Gitter (Saugseite)
13, 13': Gitter (Druckseite)
14: Wandabschnitt
2, 2': Wärmetauscher
3: Ventilator
31: Motor
6: Trennwände (allgemein)
61: Ringwand
62: Strömungskörper
63, 64, 65, 66: Trennwände (radial)
7: Leitgehäuse
71: Fangtrichter
711: Klappe
712: Klappwand
713: Tür
74: Schneegitter
d1: Durchmesser der Ansaugöffung
D: Durchmesser der Austrittsöffnung

Claims

Wärmepumpe mit einem Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher (2), mit einem als Axialverdichter wirksamen Ventilator (3) und mit einem nach außen hin geschlossenen Ansaugraum zwischen dem Wärmetauscher (2) und Ventilator (3), der an der Ansaugöffnung des Ventilators (3) endet, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d1) der Ansaugöffnung kleiner ist als der Außendurchmesser der Flügel des Ventilators (3) und dass der Ansaugraum mittels Trennwänden (61, 62; 63, 64, 65, 66, 62') in mehrere Strömungsbereiche untergliedert ist, die sich, verjüngend vom Wärmetauscher (2) zur Ansaugöffnung des Ventilators (3) erstrecken.
Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (61, 62; 63, 64, 65, 66, 62') einen tropfenförmigen Querschnitt aufweisen.
Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbereiche koaxial zueinander angeordnet sind und die ringförmigen Trennwände (61) zum Ventilator (3) hin gegen die Achse des Ventilators (3) geneigt sind.
Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbereiche um die Achse des Ventilators (3) verteilt angeordnet und durch radial ausgerichtete Trennwände (63, 64, 65, 66) voneinander getrennt sind.
Wärmepumpe nach Anspruch 1 oder nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wärmetauscher (2) und dem Ventilator (3) entlang der Achse ein Strömungskörper angeordnet ist, dessen Querschnitt sich zum Ventilator hin erweitert.
Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (2) keilförmig – mit seiner Spitze gegen die überwiegende Strömungsrichtung ausgerichtet – ausgebildet ist und dass die Achse des Ventilators (3) etwa auf der Symmetrieachse des Wärmetauschers (2) angeordnet ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit Wärmetauscher (2) – Ventilator (3) mit ihrem Träger oder Gehäuse (1, 7) um eine senkrechte Achse schwenkbar gelagert ist und dass Mittel zum Schwenken der Einheit mit dem Ziel der Ausrichtung der Achse des Ventilators (3) auf die aktuelle oder überwiegende Windrichtung vorgesehen sind.
Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wärmetauscher (2) außen trichterförmige Leitelemente (Trichter 71; 711, 712, 713) zur Erhöhung der Geschwindigkeit der äußeren Luftströmung zugeordnet sind.