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GEBIET DER ERFINDUNG
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Gegenstand der Erfindung ist die Außeneinheitsanordnung von Wärmepumpen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Wärmepumpen, wie zum Beispiel Luftwärmepumpen, werden zum Heizen und Kühlen von Gebäuden eingesetzt. Eine Luftwärmepumpe umfasst eine Außeneinheit, die außerhalb des Gebäudes zu platzieren ist, und eine Inneneinheit, die innerhalb des Gebäudes zu platzieren ist, sowie einen Kältemittelkreislauf zwischen der Außeneinheit und der Inneneinheit, in dem das Kältemittel zirkuliert. An den Kältemittelkreislauf ist ein Kompressor angeschlossen, um den Kältemittelfluss unter Druck zu setzen, und eine Drossel, um den Kältemittelfluss zu drosseln. Die Wärme wird im Kältemittelkreislauf zwischen Außen- und Inneneinheit übertragen.
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Im Heizbetrieb fungiert die Außeneinheit der Luftwärmepumpe als Verdampfer, wobei das Kältemittel in der Außeneinheit verdampft und Wärme aus der Außenluft auf das Kältemittel übertragen wird. Danach wird der Druck des Kältemittels mit dem Kompressor erhöht. Das unter Druck stehende Kältemittel wird zur Inneneinheit geleitet, die als Kondensator fungiert. Im Kondensator kondensiert das Kältemittel, wobei die im Kältemittel enthaltene Wärme an die Inneneinheit und weiter an die Innenluft abgegeben wird. Im Kühlbetrieb arbeitet die Luftwärmepumpe auf umgekehrte Weise, d. h. die Wärme der Innenluft wird auf das Kältemittel in der Inneneinheit übertragen, die als Verdampfer fungiert, und die Wärme wird in der Außeneinheit, die als Kondensator fungiert, an die Außenluft übertragen.
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Die Außeneinheit der Wärmepumpe umfasst eine Saugöffnung für Zuluft und eine Auslassöffnung für Abluft sowie einen dazwischen liegenden Wärmetauscher. Zusätzlich umfasst die Außeneinheit einen Ventilator zum Leiten der Luft von der Saugöffnung durch den Wärmetauscher zur Auslassöffnung. Die Saugöffnung liegt auf der Rückfläche der Außeneinheit, die normalerweise in Richtung auf die Wand des Gebäudes oder eine andere Montagefläche angebracht wird, und die Auslassöffnung auf der Vorderfläche oder Seite der Außeneinheit. Um einen ausreichenden Zuluftstrom zu gewährleisten, darf die Rückfläche der Außeneinheit nicht an der Wand oder auch nur nahe an der Wand platziert werden, sondern der Abstand der Rückfläche von der Wand oder einer anderen Montagefläche muss mindestens 10 cm betragen. Zusätzlich müssen mindestens 50 cm Platz unter der Außeneinheit und mindestens 2 m Platz vor der Auslassöffnung vorhanden sein, damit die Außeneinheit effizient arbeiten kann. Aufgrund des großen Platzbedarfs ist es schwierig, die Außeneinheit beispielsweise auf einem Balkon oder an einer Gebäudewand zu installieren.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der Zweck dieser Erfindung besteht darin, eine neue Art einer Außeneinheitsanordnung von Wärmepumpen bereitzustellen.
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Das erfindungsgemäße Ziel wird durch die Außeneinheitsanordnung gemäß Schutzanspruch 1 erreicht. Die erfindungsgemäße Außeneinheitsanordnung umfasst mehrere Außeneinheiten, die übereinander angeordnet sind. Jede Außeneinheit umfasst ein Gehäuse, das eine Frontplatte, eine in einem Abstand von der Frontplatte angeordnete Rückplatte und zwei Seitenplatten umfasst. Zusätzlich umfasst die Außeneinheit mindestens eine Saugöffnung für Zuluft, einen zwischen der Frontplatte und der Rückplatte angeordneten Wärmetauscher, einen Auslasskanal zwischen dem Wärmetauscher und der Rückplatte, der zur Aufnahme der durch den Wärmetauscher geströmten Zuluft angeordnet ist. Die Außeneinheit umfasst eine Auslassöffnung in Strömungsverbindung zum Auslasskanal zum Abführen der Abluft aus der Außeneinheit, und einen Ventilator zum Leiten der Luft von der Saugöffnung durch den Wärmetauscher in den Auslasskanal und entlang des Auslasskanals zur Auslassöffnung. Die Saugöffnung ist in der Frontplatte und/oder der Seitenplatte angeordnet und die Auslassöffnung ist in der Frontplatte angeordnet. Durch die Gehäuse der Außeneinheiten ist ein gemeinsames Ablaufrohr für das Kondenswasser angeordnet, an welches der Auslassstutzen für das Kondenswasser von jeder Außeneinheit und/oder Inneneinheit angeschlossen ist.
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BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in welchen
- 1 eine schematische Darstellung einer Wärmepumpe zeigt, die eine Außeneinheit umfasst, die in einer Außeneinheitsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden kann,
- die 2a und 2b die Außeneinheit von 1 im Schnitt zeigen,
- 3 eine Außeneinheitsanordnung zeigt, die an der Wandfläche eines Gebäudes befestigt ist, und
- 4 ein Gebäude der Erfindung zeigt, an dessen Außenfläche eine Außeneinheitsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angebracht ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Wärmepumpe 1, bei der es sich um eine Luftwärmepumpe handeln kann. Die Wärmepumpe 1 umfasst eine im Freien zu installierende Außeneinheit 2. Falls es sich bei der Wärmepumpe um eine Luftwärmepumpe handelt, umfasst sie eine im Innenbereich zu installierende Inneneinheit 3. Die Außeneinheit 2 und die Inneneinheit 3 sind an einen Kältemittelkreislauf 4 angeschlossen, der ein zum Übertragen der Wärme zwischen der Außeneinheit 2 und der Inneneinheit 3 geeignetes Kältemittel enthält. An den Kältemittelkreislauf 4 ist ein Kompressor 5 angeschlossen, um den Druck des Kältemittels zu erhöhen, und ein Expansionsventil 6, um den Druck des Kältemittels zu senken. Zusätzlich ist an den Kältemittelkreislauf 4 ein Vier-Wege-Ventil (nicht dargestellt) angeschlossen, mit dem die Strömungsrichtung im Kältemittelkreislauf 4 geändert werden kann.
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Die Außeneinheit 2 ist angeordnet, Wärme aus der Außenluft an das Kältemittel im Kältemittelkreislauf 4 zu übertragen, wenn die Wärmepumpe 1 im Heizbetrieb verwendet wird. Entsprechend ist die Außeneinheit 2 im Kühlbetrieb angeordnet, Wärme aus dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 4 an die Außenluft zu übertragen. Im Heizbetrieb ist die Inneneinheit 3 angeordnet, Wärme aus dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 4 in den Innenraum und im Kühlbetrieb aus dem Innenraum in den Kältemittelkreislauf 4 zu übertragen. Die Strömungsrichtung des Kältemittels im Kältemittelkreislauf 4 kann mit einem Vier-Wege-Ventil geändert werden.
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Wie in den 2a und 2b dargestellt, umfasst die Außeneinheit 2 ein Gehäuse 7, das eine Frontplatte 8 und eine in einem Abstand von der Frontplatte 8 angeordnete Rückplatte 9 umfasst. Die Frontplatte 8 begrenzt das Gehäuse 7 von vorne und die Rückplatte 9 begrenzt das Gehäuse 7 von hinten. Zusätzlich umfasst das Gehäuse 7 zwei Seitenplatten 10. Die Frontplatte 8 und die Rückplatte 9 sind durch die Seitenplatten 10 miteinander verbunden. Die Seitenplatten 10 begrenzen das Gehäuse 7 von den Seiten. Zusätzlich kann das Gehäuse 7 eine Oberplatte 13 und/oder einen Boden 14 umfassen. Die Oberplatte 13 begrenzt das Gehäuse 7 von oben und der Boden 14 von unten. Das Gehäuse 7 umfasst mindestens eine Saugöffnung 11 für die Zuleitung der Zuluft zur Außeneinheit 2 und eine Auslassöffnung 12 für die Abführung der Abluft aus der Außeneinheit 2. Die Saugöffnung 11 ist in der Frontplatte 8 und/oder der Seitenplatte 10 des Gehäuses angeordnet, zum Beispiel in der einer oder beiden Seitenplatten 10. Die Auslassöffnung 12 ist an einer anderen Stelle als in der Rückplatte 7 und dem Boden 14 des Gehäuses angeordnet. Die Saugöffnung 11 ist an einer anderen Stelle als in der Rückplatte 7 des Gehäuses angeordnet. Die Rückplatte 9 weist keine Öffnung, typischerweise keine Auslassöffnung und/oder Saugöffnung auf. Die Auslassöffnung 12 ist in der Oberplatte 13 des Gehäuses oder in einer der Seitenplatten 10 oder in der Frontplatte 8, zum Beispiel oberhalb der Saugöffnung 11, angeordnet. Da sich die Saugöffnung 11 und die Auslassöffnung 12 nicht in der Rückplatte 9 des Gehäuses befinden, kann die Rückplatte 9 des Gehäuses an der Montagefläche der Außeneinheit 2, wie zum Beispiel einer Wand, oder in einem Abstand von der Montagefläche, beispielsweise höchstens 5 cm von der Montagefläche entfernt, angeordnet werden.
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Zusätzlich ist im Gehäuse 7 ein Wärmetauscher 15 zum Übertragen der Wärme zwischen der durch die Außeneinheit 2 strömenden Luft und dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 4 angeordnet. Der Wärmetauscher 15 ist zwischen der Frontplatte 8 und der Rückplatte 9 angeordnet. Der Wärmetauscher 15 ist vom Typ eines Gas-Flüssigkeits-Wärmetauschers. Die Zuluft ist angeordnet, durch den Wärmetauscher 15 von dessen Vorderfläche zur Hinterfläche zu strömen. Zusätzlich ist das Kältemittel angeordnet, durch den Wärmetauscher zu strömen. Der Wärmetauscher weist zum Beispiel in der Unterkante des Wärmetauschers einen Einlassstutzen und einen Auslassstutzen für das Kältemittel auf. Die Vorderfläche des Wärmetauschers 15 liegt bei/auf Höhe der Saugöffnung 11. Die Vorderfläche des Wärmetauschers 15 ist an der Frontplatte 8 angeordnet.
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Zusätzlich enthält das Gehäuse 7 einen Auslasskanal 16 zum Aufnehmen und Leiten der durch den Wärmetauscher 15 geströmten Luft zur Auslassöffnung 12. Der Auslasskanal 16 steht mit der Auslassöffnung 12 in Strömungsverbindung, zum Beispiel angeschlossen an die Auslassöffnung. Der Auslasskanal 16 liegt zwischen dem Wärmetauscher 15, zum Beispiel der Rückfläche des Wärmetauschers 15, und der Rückplatte 9 des Gehäuses 7. Die Rückfläche des Wärmetauschers 15 und die Rückplatte 9 begrenzen den Auslasskanal 16 von vorne und von hinten. Zusätzlich begrenzen die Seitenplatten 10 den Auslasskanal 16 von den Seiten. Der Auslasskanal 16 kann sich über die gesamte Höhe der Rückfläche des Wärmetauschers 15 erstrecken. Der Auslasskanal 16 umfasst einen Boden, der einen Auslassstutzen 19 für das Kondenswasser aufweist. Das Gehäuse 7 kann ein Ablaufrohr 20 für das Kondenswasser aufweisen, an das der Auslassstutzen 19 angeschlossen ist.
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Zusätzlich umfasst die Außeneinheit 2 einen Ventilator 17, der angeordnet ist, einen Luftstrom von der Saugöffnung 11 durch den Wärmetauscher 15 zum Auslasskanal 16 und weiter entlang des Auslasskanals 16 zur Auslassöffnung 12 zu bewirken. Der Ventilator 17 ist angeordnet, Luft von der Saugöffnung 11 durch den Wärmetauscher 15 zum Auslasskanal 16 zu saugen und Luft weiter in die Auslassöffnung 12 zu blasen. Der Ventilator 17 kann ein Zentrifugalventilator sein. Der Ventilator 17 ist im Auslasskanal 16 montiert, zum Beispiel oberhalb des Wärmetauschers 15, oder am Ende des Auslasskanals 16.
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Die Außeneinheit 2 umfasst auch eine kältetechnische Einheit 18, die kältetechnische Komponenten der Wärmepumpe, wie zum Beispiel einen Kompressor, ein Expansionsventil und/oder ein Vier-Wege-Ventil, aufweist. Zusätzlich weist die kältetechnische Einheit 18 ein Teil der Kältemittelrohre, die die Komponenten des Kältemittelkreislaufs 4 verbinden, auf. Die kältetechnische Einheit 18 ist unter dem Auslasskanal 16 und/oder dem Wärmetauscher 15 angeordnet. Die kältetechnische Einheit 18 umfasst ein Gehäuse, in dem die kältetechnischen Komponenten und die Kältemittelrohre angeordnet sind. Die kältetechnische Einheit 18 ist im Gehäuse 7 der Außeneinheit 2 angeordnet. Alternativ kann sich die kältetechnische Einheit 18 unter dem Gehäuse 7 der Außeneinheit befinden. Die kältetechnische Einheit 18 ist zum Beispiel durch Rohre mit den Einlass- und Auslassstutzen für das Kältemittel des Wärmetauschers 15 verbunden. Zusätzlich ist die kältetechnische Einheit 18 durch Rohre mit der Inneneinheit 3 verbunden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Außeneinheit 2 eine Schutzplatte 21, die vor der Frontplatte 8 bei/ auf der Höhe der Saugöffnung 11 in einem Abstand von der Frontplatte 8 angeordnet ist. Der Abstand zwischen der Frontplatte 8 und der Schutzplatte 21 beträgt typischerweise 5-10 cm. Die Schutzplatte 21 an der Saugöffnung 11 weist Sauglöcher auf, durch die Luft in die Saugöffnung 11 strömt. Der Raum zwischen der Frontplatte 8 und der Schutzplatte 21 ist von den Seiten her offen. Dabei strömt Luft zumindest durch die offenen Seiten zur Saugöffnung 11, wenn zum Beispiel Schnee die Saugöffnungen verstopft hat.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Außeneinheiten 2 übereinander zu einer Außeneinheitsanordnung angeordnet, die an der Montagefläche einer Konstruktion, zum Beispiel an der Außenfläche eines Gebäudes, befestigt ist, wie in 4. Die Außeneinheiten 2 sind mit ihren Rückplatten 9 an der Montagefläche befestigt. Die Rückplatten 9 liegen an der Montagefläche bzw. zur Montagefläche hin in einem Abstand von höchstens 5 cm von der Montagefläche an. Die Auslassöffnung 12 jeder Außeneinheit 2 ist in der Frontplatte 8 des Gehäuses 7 angeordnet, zum Beispiel oberhalb der Saugöffnung 11. Die Schutzplatte 21 weist Abluftlöcher bei/auf der Höhe der Auslassöffnung 12 auf, durch die die Abluft angeordnet ist, von der Außeneinheit 2 wegzuströmen. Alternativ kann sich die Auslassöffnung 12 auch an der Seite des Gehäuses 7 befinden. Durch die übereinander angeordneten Gehäuse 7 ist ein gemeinsames Ablaufrohr 20 für das Kondenswasser angeordnet, an welches der Auslassstutzen 19 für das Kondenswasser jeder Außeneinheit 2 angeschlossen ist. So kann das Kondenswasser der Außeneinheiten 2 zentral an eine gewünschte Stelle geleitet werden, zum Beispiel zum Regenwasserbrunnen des Gebäudes. Alternativ oder zusätzlich können die Auslassstutzen des Kondenswassers der Inneneinheiten der Wärmepumpen an das Ablaufrohr 20 für das Kondenswasser angeschlossen werden. So kann auch das Kondenswasser der Inneneinheiten zentral an eine gewünschte Stelle geleitet werden, zum Beispiel einen Regenwasserbrunnen. Das Ablaufrohr 20 für das Kondenswasser kann mit einem Abtaukabel versehen werden. Der verbleibende Raum zwischen den übereinander angeordneten Außeneinheiten 2 ist mit einer Abdeckplatte oder einem Abdeckgehäuse abgedeckt.
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Eine Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf eine Konstruktion, wie ein Gebäude, zum Beispiel ein Etagenhaus (3 und 4), das eine Wärmepumpe 1 umfasst, die eine oben beschriebene Außeneinheit 2 oder eine Außeneinheitsanordnung umfasst, die an der Montagefläche der Konstruktion, zum Beispiel an der Außenwand, von der Rückplatte 9 oder den Rückplatten 9 her befestigt ist.
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Wie in 3 dargestellt, kann die Konstruktion zumindest einen teilweise geschlossenen Montageraum, wie einen Balkon oder einen verglasten Balkon, umfassen, auf dem die Außeneinheit 2 installiert ist. Die Außeneinheit 2 ist auf der Innenseite des Balkongeländers installiert. Die Außeneinheit 2 umfasst einen Fortsetzungskanal zum Leiten der Abluft der Außeneinheit 2 auf die Außenseite des Montageraums. Der Fortsetzungskanal ist an die Auslassöffnung angeschlossen bzw. steht damit in Strömungsverbindung derart, dass eine Vermischung der Abluft mit der Zuluft im Montageraum verhindert wird. Die Saugöffnung 11 der Außeneinheit steht in Strömungsverbindung mit dem Montageraum, wobei Zuluft aus dem Montageraum durch die Saugöffnung zur Außeneinheit 2 angesaugt wird. Die Abluft wird durch die Auslassöffnung 12 aus der Außeneinheit 2 und durch den Fortsetzungskanal auf die Außenseite des Montageraums abgeführt. Dadurch kann die Belüftung des Montageraums intensiviert werden. Die Auslassöffnung 12 ist in der Oberplatte, Seitenplatte oder Frontplatte 8 des Gehäuses 7 angeordnet. Das Gehäuse 7 wird von der Rückplatte 9 aus an der Montagefläche, wie der Wand eines Gebäudes, befestigt. Die Rückplatte 9 wird an die Montagefläche oder in einem Abstand von höchstens 5 cm von der Montagefläche angelegt.
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Die Wärmepumpe 1 funktioniert wie folgt. Im Kühlbetrieb, also wenn Wärme von der Inneneinheit 3 zur Außeneinheit 2 übertragen wird, wird Wärme aus der Luft des Innenraums des Gebäudes an das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 4 in der Inneneinheit 3 übertragen. Danach strömt das erwärmte Kältemittel zum Kompressor und weiter zur Außeneinheit 2. In der Außeneinheit 2 wird die Wärme weiter an die Luft übertragen, die durch den Wärmetauscher der Außeneinheit 2 geleitet wird. Luft wird aus dem Montageraum der Außeneinheit 2 zur Außeneinheit 2 geleitet. Die in der Außeneinheit 2 erwärmte Luft wird durch die Auslassöffnung 12 aus der Außeneinheit 2 abgeführt, zum Beispiel entlang des Fortsetzungskanals, auf die Außenseite des Montageraums der Außeneinheit 2, wobei die Abluft die Luft im Montageraum nicht erwärmt. Das Kältemittel kühlt ab und kondensiert in der Außeneinheit 2, wonach das Kältemittel zum Expansionsventil geleitet wird, wo Druck und Temperatur des Kältemittels sinken. Vom Expansionsventil fließt das Kältemittel zur Inneneinheit 3 und der Vorgang wiederholt sich.
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Im Heizbetrieb, also wenn Wärme von der Außeneinheit 2 zur Inneneinheit 3 übertragen wird, ist der Vorgang umgekehrt. Es wird Wärme aus der Luft, die durch den Wärmetauscher der Außeneinheit 2 strömt, an das Kältemittel in der Außeneinheit 2 übertragen. Die gekühlte Luft wird durch die Auslassöffnung 12 aus der Außeneinheit 2 abgeführt, zum Beispiel entlang des Fortsetzungskanals auf die Außenseite des Montageraums der Außeneinheit 2, wobei die Abluft die Luft im Montageraum nicht kühlt. Danach strömt das erwärmte Kältemittel zum Kompressor und weiter zur Inneneinheit 3. In der Inneneinheit 2 wird Wärme an die Luft im Inneren des Gebäudes oder an die Flüssigkeit des Heizungssystems des Gebäudes (Luft-Wasser-Wärmepumpe) übertragen. Das Kältemittel kühlt ab und kondensiert in der Inneneinheit 3, wonach das Kältemittel zum Expansionsventil geleitet wird, wo Druck und Temperatur des Kältemittels sinken. Vom Expansionsventil fließt das Kältemittel zur Außeneinheit 2 und der Vorgang wiederholt sich.
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Die Außeneinheit 2 eignet sich auch für Luft-Wasser-Wärmepumpen, die nach dem gleichen Prinzip wie eine Luftwärmepumpe arbeiten, wo jedoch die Inneneinheit durch einen Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher ersetzt ist, der Wärme zwischen dem Kältemittel des Wärmeübertragungskreislaufs 4 und der Flüssigkeit, zum Beispiel dem Brauch- oder Heizungswasser des Gebäudes, überträgt.
