EP3677846A1 - Ausseneinheit für eine wärmepumpe - Google Patents

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EP3677846A1
EP3677846A1 EP19215471.4A EP19215471A EP3677846A1 EP 3677846 A1 EP3677846 A1 EP 3677846A1 EP 19215471 A EP19215471 A EP 19215471A EP 3677846 A1 EP3677846 A1 EP 3677846A1
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air
fan
outdoor unit
nozzle
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EP3677846C0 (de
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Özgür Ceylan
Wolfgang Breckerfeld
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Vaillant GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F1/00—Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/06—Separate outdoor units, e.g. outdoor unit to be linked to a separate room comprising a compressor and a heat exchanger
    • F24F1/40—Vibration or noise prevention at outdoor units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F1/00—Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/06—Separate outdoor units, e.g. outdoor unit to be linked to a separate room comprising a compressor and a heat exchanger
    • F24F1/38—Fan details of outdoor units, e.g. bell-mouth shaped inlets or fan mountings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/08—Air-flow control members, e.g. louvres, grilles, flaps or guide plates
    • F24F13/082—Grilles, registers or guards

Definitions

  • the invention relates to an outdoor unit for an air / water heat pump.
  • the term heat pump is used extensively for devices in which a left-turning Clausius-Rankine cycle is to take place in a closed working fluid circuit, whereby either useful heat or useful cooling or both are generated simultaneously.
  • Such a heat pump can also be designed in a stepped manner in order to heat heat at a low temperature level, e.g. at 28 degrees Celsius for underfloor heating, and process water at a higher temperature level, e.g. at 70 degrees Celsius.
  • the heat pump extracts heat from a colder medium and transforms it to a higher temperature level using electrical energy.
  • cold can also be generated.
  • the cold can also be required at different temperatures, for example at 14 degrees Celsius for air conditioning and 4 degrees Celsius for food cooling or even lower for freezing applications. In some designs, you can switch between heating and air conditioning, in others, both modes can be operated in parallel.
  • Such external heat pumps can be completely in the outside area of a building, or only partially. In the latter case, the working fluid circulation can be in the building.
  • a heat exchanger for a heating circuit or for an air conditioning system, which is operated, for example, with a brine solution, can also advantageously be used within one Building. In tight spaces, however, such system parts are also arranged in the outdoor unit and form a structural unit.
  • ambient air must either be supplied to the evaporator heat exchanger when the heat pump is running in heating mode, or removed from the condenser heat exchanger when the heat pump is running in air conditioning mode. As a rule, both are achieved by air flowing through the respective heat exchanger, which is conveyed by a fan or fan.
  • Such outdoor units have become known in large numbers in the prior art.
  • Usual outdoor units are constructed as cuboid-shaped containers, in which the heat exchanger is arranged on one side and the fan on the opposite side. The fan sucks the air through the heat exchanger and pushes it out of the tank through a protective grille.
  • Multi-bladed axial fans are usually used for this because they are particularly quiet even at higher speeds. Despite this quiet design, the fans are perceived by the residents of the houses in front of which the outdoor units are too loud and annoying, especially at night.
  • the fan noise is caused by air vortices that occur during the conveyance of the airfoils, edges, the protective grille and flow control devices that the air flows past.
  • the air vortices that arise on the airfoils act on the airfoils and cause the engine and engine mounting structure to vibrate and this vibration is transmitted to the entire housing as structure-borne noise.
  • Broadband noise with superimposed tonal components characterize the fan noise.
  • the fan protection grille be provided with protruding struts that break the eddies that are created and thus should improve the fan efficiency.
  • the EP 3 287 707 A1 suggests attaching the fan to the protective grille itself.
  • the object of the invention is therefore to guide the air at the outlet of the housing in such a way that the vibrations which arise cannot be noticed as noise outside the housing or are below the limit which is perceived as disturbing.
  • the seal is a releasable static seal. It is not only technically necessary because of the airtightness, because this could also be achieved if the nozzle and grille were made from one piece, as is also known from the prior art.
  • the seal is primarily used to decouple the vibrations that occur and thus to increase the efficiency of air delivery. In contrast, the leakage class is not important.
  • the grating is designed as a flow straightener.
  • the radial grid spacing is at most half the distance that the air has to flow through the grid. There are no limitations with regard to the tangential distances. This results in channels which have the shape of ring sections, but which are significantly deeper than is customary in the prior art for protective grilles.
  • Flow straighteners of this type are used in cold store technology indoors, as is described in the "cold climate news, advantages through joint development work, 05/2014". There, however, the flow straighteners are used to deliver a cold air jet as far as possible into the room to be cooled.
  • Flow straighteners are also known in the prior art as inlet grids in the inflow area for fans. Blinds are also known, but they must not be confused with flow straighteners and do not have the same effect.
  • the seal is a soft seal made of solid EPDM material.
  • the Shore hardness should only be 30 ° A.
  • EPDM stands for the material ethylene-propylene-diene rubber.
  • the seal is a soft plastic profile. Such seals are known, for example, for sealing refrigerator doors. The soft seal serves to absorb the vibrations over a wide frequency range.
  • Fig. 1 shows schematically a side section through a housing 1 of an outdoor unit for a heat pump, but the invention is not limited to such simple outdoor units for heat pump systems.
  • the ambient air 2 flows through the rear heat exchanger 3 into the interior of the housing 1.
  • the fan 4 is fastened to the holder 5, through the nozzle 6 and the flow straightener 7.
  • the holder 5 of the fan 4 is attached directly to the nozzle 6.
  • the nozzle 6 is made as a block 8 from foamed EPP, which takes up the entire width of the front of the outdoor unit and has a bell-shaped recess which forms the nozzle 6.
  • the seal 9 is inserted so that it engages in the outer region of the flow straightener 7.
  • Fig. 2 shows the position of the seal 9 in more detail.
  • two rows of channels 10 with a shallower depth are carried out on the outer edge of the flow straightener 7, into which the soft seal 9 is loosely inserted.
  • a narrow groove 11 is provided in the border of the nozzle, in which the opposite side of the seal 9 is inserted.
  • the flow straightener 7 is fastened further outside to the housing 1 or to the block 8 made of foamed EPP via an elastic damping member. In this way it is prevented that vibrations are transmitted and that air flows past the flow straightener 7 can get out of the housing 1 of the outdoor unit.
  • Fig. 3 shows an example of a seal 9 with a lip 12 for insertion into the narrow groove 11, a surface part 13 for surface sealing against the block 8 and an engagement part 14 in the shape of the flow straightener 7.
  • the dimensions are shown exaggerated, it is also not necessary that the seal consists of a single material, the individual parts can also be composed of different materials.

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Abstract

Außeneinheit für eine Wärmepumpe, wobei die Außeneinheit ein Gehäuse mit mindestens einem Wärmetauscher aufweist, der von Luft durchströmt wird, mit mindestens einem Lüfter, der Luft durch den Wärmetauscher zieht und aus einer Gehäuseöffnung ins Freie fördert, wobei jeder luftdurchströmte Wärmetauscher, jeder Lüfter und weitere Einrichtungen in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet sind, welches über entsprechende Öffnungen verfügt, die jeweils mit Schutzvorrichtungen gegen Eindringen von Fremdkörpern gesichert sind, jeder Lüfter an einer luftdurchlässigen Halterung befestigt ist, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, die von jedem Lüfter geförderte Luft in eine jeweilige Düse geführt wird, die innerhalb des Gehäuses angeordnet und an ihm befestigt ist, am Austritt jedes Luftstroms aus dem Gehäuse jeweils ein als Strömungsgleichrichter wirkendes Gitter am Gehäuse befestigt ist, und zwischen jeder Düse und dem jeweiligen Gitter je eine weiche Dichtung vorgesehen wird, die die Schwingungen von Gitter und Düse jeweils voneinander entkoppelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Außeneinheit für eine Luft/Wasser-Wärmepumpe. Der Begriff der Wärmepumpe wird hierbei umfassend für Geräte verwendet, in denen ein linksdrehender Clausius-Rankine-Kreisprozess in einem geschlossenen Arbeitsfluidumlauf ablaufen soll, wobei entweder Nutzwärme oder Nutzkälte oder beides gleichzeitig erzeugt wird. Auch kann eine solche Wärmepumpe gestuft ausgeführt sein, um Heizwärme bei einem niedrigen Temperaturniveau, z.B. bei 28 Grad Celsius für eine Fußbodenheizung, und Brauchwasser bei einem höheren Temperaturniveau, z.B. bei 70 Grad Celsius bereitzustellen. Hierbei entzieht die Wärmepumpe einem kälteren Medium Wärme und transformiert sie mittels elektrischer Energie auf ein höheres Temperaturniveau.
  • Beim Entzug dieser Wärme kann jeweils auch Kälte erzeugt werden. Auch die Kälte kann bei verschiedenen Temperaturen benötigt werden, für die Klimatisierung beispielsweise bei 14 Grad Celsius und für die Lebensmittelkühlung auch 4 Grad Celsius oder für Gefrieranwendungen noch tiefer. In manchen Bauarten kann zwischen Heizbetrieb und Klimatisierung umgeschaltet, in anderen können beide Betriebsarten parallel betrieben werden.
  • Derartige außenstehende Wärmepumpen können komplett im Außenbereich eines Gebäudes stehen, oder nur teilweise. In letzteren Fällen kann sich der Arbeitsfluidumlauf im Gebäude befinden. Auch ein Wärmetauscher zu einem Heizkreislauf oder zu einer Klimaanlage, die beispielsweise mit einer Solelösung betreiben wird, kann vorteilhaft innerhalb eines Gebäudes angeordnet werden. Bei beengten Raumverhältnissen sind solche Anlagenteile aber ebenfalls in der Außeneinheit angeordnet und bilden eine bauliche Einheit.
  • Je nach Betriebsweise muss entweder dem Verdampferwärmetauscher Umgebungsluft zugeführt werden, wenn die Wärmepumpe im Heizbetrieb läuft, oder vom Kondensator-Wärmetauscher abgeführt werden, wenn die Wärmepumpe im Klimatisierungsbetrieb läuft. Beides geschieht in der Regel dadurch, dass der jeweilige Wärmetauscher von Luft durchströmt wird, die von einem Ventilator oder Lüfter gefördert wird.
  • Derartige Außeneinheiten sind im Stand der Technik in großer Zahl bekannt geworden. Übliche Außeneinheiten sind als quaderförmige Behälter aufgebaut, bei denen auf der einen Seite der Wärmetauscher und auf der gegenüberliegenden Seite der Lüfter angeordnet ist. Der Lüfter saugt dabei die Luft durch den Wärmetauscher und drückt sie durch ein Schutzgitter aus dem Behälter ins Freie. Üblicherweise werden hierfür mehrblättrige Axiallüfter eingesetzt, weil diese auch bei höheren Drehzahlen besonders leise sind. Trotz dieser an sich leisen Bauart werden die Lüfter aber von den Bewohnern der Häuser, vor denen die Außeneinheiten aufgestellt sind, als zu laut und störend empfunden, vor allem nachts.
  • Das Lüftergeräusch entsteht durch Luftwirbel, die während der Förderung an den Schaufelblättern, an Kanten, am Schutzgitter und an Strömungsleiteinrichtungen entstehen, an denen die Luft vorbeiströmt. Die Luftwirbel, die an den Schaufelblättern entstehen, wirken auf die Schaufelblätter zurück und bringen die Motor- und Motoraufhängungskonstruktion in Schwingung und diese Schwingung wird auf das ganze Gehäuse als Körperschall übertragen. Breitbandiges Rauschen mit überlagerten tonalen Komponenten charakterisieren das Lüftergeräusch.
  • Zur Verhinderung und zur Dämpfung dieser Schwingungen wurden bereits eine große Zahl an technischen Lösungsansätzen verfolgt. So beschreibt die US 2004/0146395 A1 ein Verfahren zur Unterdrückung der Ausbildung von Karmanschen Wirbelstraßen durch Einbringung von sägezahnartigen Formkörpern in den Strömungsweg der Luft, beispielsweise an das Schutzgitter. In der EP 2 525 103 B1 wird eine geschäumte Lüfterabdeckung aus EPP verwendet, in die eine Lüfterhalterung gesteckt wird, die ebenfalls aus Kunststoff besteht. In der EP 3 296 650 A1 wird eine weitere Außeneinheit mit einer geschäumten Lüfterabdeckung und einer Haltevorrichtung für den Lüfter vorgestellt. In der WO 2017/078513 A1 wird vorgeschlagen, dass Lüfterschutzgitter mit hervorstehenden Streben zu versehen, die die entstandenen Wirbel brechen und damit den Lüfterwirkungsgrad verbessern sollen. Die EP 3 287 707 A1 schlägt vor, den Lüfter am Schutzgitter selbst zu befestigen.
  • Alle diese Maßnahmen hatten nicht den gewünschten Erfolg. Die Aufgabe der Erfindung ist daher, die Luft am Austritt des Gehäuses so zu führen, dass sich die entstandenen Schwingungen nicht als Lärm außerhalb des Gehäuses bemerkbar machen können bzw. unterhalb der Grenze liegen, die als störend empfunden wird.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Außeneinheit für eine Wärmepumpe, wobei die Außeneinheit ein Gehäuse mit mindestens einem Wärmetauscher aufweist, der von Luft durchströmt wird, mit mindestens einem Lüfter, der Luft durch den Wärmetauscher zieht und aus einer Gehäuseöffnung ins Freie fördert, wobei
    • jeder luftdurchströmte Wärmetauscher, jeder Lüfter und weitere Einrichtungen in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet sind, welches über entsprechende Öffnungen verfügt, die jeweils mit Schutzvorrichtungen gegen Eindringen von Fremdkörpern gesichert sind,
    • jeder Lüfter an einer luftdurchlässigen Halterung befestigt ist, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist,
    • die von jedem Lüfter geförderte Luft in eine jeweilige Düse geführt wird, die innerhalb des Gehäuses angeordnet und an ihm befestigt ist,
    • am Austritt jedes Luftstroms aus dem Gehäuse jeweils ein Gitter am Gehäuse befestigt ist,
    • und zwischen jeder Düse und dem jeweiligen Gitter je eine Dichtung vorgesehen wird, die die Schwingungen von Gitter und Düse jeweils voneinander entkoppelt.
  • Die Dichtung ist dabei eine lösbare statische Dichtung. Sie ist nicht nur wegen der Luftdichtigkeit technisch erforderlich, denn die könnte man ebenso erreichen, wenn Düse und Gitter aus einem Stück gefertigt würden, wie dies aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt ist. Die Dichtung dient vornehmlich zur Entkopplung der auftretenden Schwingungen und somit zur Effizienzerhöhung der Luftförderung. Die Leckageklasse ist dagegen nicht von Bedeutung.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass das Gitter als Strömungsgleichrichter ausgebildet ist. Hierbei sind die radialen Gitterabstände höchstens halb so groß wie der Weg, den die Luft durch das Gitter hindurch strömen muss. Hinsichtlich der tangentialen Abstände bestehen keine Limitationen. Es ergeben sich hierdurch Kanäle, die die Form Ringabschnitten haben, die aber deutlich tiefer sind, als im Stand der Technik für Schutzgitter üblich.
  • Derartige Strömungsgleichrichter werden in der Kühlhaustechnik im Innenbereich verwendet, wie es in der "Kälte Klima Aktuell, Vorteile durch gemeinsame Entwicklungsarbeit, 05/2014" beschrieben wird. Dort werden die Strömungsgleichrichter aber dafür genutzt, einen Kaltluftstrahl möglichst weit in den zu kühlenden Raum zu fördern. Strömungsgleichrichter sind auch als Vorleitgitter im Zuströmbereich für Lüfter im Stand der Technik bekannt. Ebenfalls bekannt sind Jalousien, diese dürfen jedoch nicht mit Strömungsgleichrichtern verwechselt werden und haben nicht dieselbe Wirkung.
  • Dadurch, dass die Strömung einen Gleichrichter durchläuft, werden die niederfrequenten Wirbel gebrochen, die den Hauptanteil des störenden Lärms verursachen. Allerdings wird dadurch das Gitter selbst zu Schwingungen angeregt, es muss also verhindert werden, dass diese Schwingungen als Körperschwingungen auf das Gehäuse übertragen werden. Dies geschieht mittels der Dichtung, die nicht nur dafür sorgt, dass keine Schleichströmungen am Gitter vorbei strömen, sondern vor allem auch die Schwingungen absorbiert, die vom Gitter auf das Gehäuse übertragen werden.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die Dichtung selbst. Hierbei wird vorgesehen, dass die Dichtung eine weiche Dichtung aus EPDM-Vollmaterial ist. Die Shore-Härte soll dabei nur 30° A betragen. EPDM steht dabei für das Material Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk. Alternativ kann auch vorgesehen werden, dass die Dichtung ein weiches Kunststoffprofil ist. Derartige Dichtungen sind beispielsweise für die Abdichtung von Kühlschranktüren bekannt. Die weiche Dichtung dient dabei der Absorption der Schwingungen über einen weiten Frequenzbereich.
  • Die Erfindung wird anhand von Fig. 1 bis Fig. 3 näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    einen Seitenschnitt durch eine Außeneinheit für eine Wärmepumpe,
    Fig. 2
    die Lage der Dichtung,
    Fig. 3
    eine beispielhafte Dichtung.
  • Fig. 1 zeigt schematisch einen Seitenschnitt durch ein Gehäuse 1 einer Außeneinheit für eine Wärmepumpe, wobei sich die Erfindung aber nicht auf solch einfache Außeneinheiten für Wärmepumpensysteme beschränkt. Die Umgebungsluft 2 strömt durch den rückseitigen Wärmetauscher 3 in das Innere des Gehäuses 1. Dort wird es vom Lüfter 4, der an der Halterung 5 befestigt ist, durch die Düse 6 und den Strömungsgleichrichter 7 ins Freie gefördert. Die Halterung 5 des Lüfters 4 ist an der Düse 6 direkt befestigt. Die Düse 6 ist als Block 8 aus geschäumtem EPP gefertigt, der die ganze Breite der Vorderfront der Außeneinheit einnimmt und eine glockenförmige Ausnehmung aufweist, die die Düse 6 bildet. In diesen geschäumten Block 8 wird die Dichtung 9 so eingeführt, dass sie in den Außenbereich des Strömungsgleichrichters 7 eingreift.
  • Fig. 2 zeigt die Lage der Dichtung 9 detaillierter. Hierbei werden am Außenrand des Strömungsgleichrichters 7 zwei Kanalreihen 10 mit geringerer Tiefe ausgeführt, in die die weiche Dichtung 9 lose eingelegt wird. Auf der Gegenseite wird eine schmale Nut 11 in die Einfassung der Düse vorgesehen, in der die gegenüberliegende Seite der Dichtung 9 eingeführt wird. Der Strömungsgleichrichter 7 wird weiter außen am Gehäuse 1 oder am Block 8 aus geschäumtem EPP über ein elastisches Dämpfungsglied befestigt. Auf diese Weise wird verhindert, dass Schwingungen übertragen werden und dass Luftströmungen am Strömungsgleichrichter 7 vorbei aus dem Gehäuse 1 der Außeneinheit gelangen können.
  • Fig. 3 zeigt beispielhaft eine Dichtung 9 mit einer Lippe 12 zur Einführung in die schmale Nut 11, einen Flächenteil 13 zur flächigen Abdichtung gegenüber des Blocks 8 und einen Eingriffsteil 14 in die Form des Strömungsgleichrichters 7. Die Dimensionen sind dabei überzeichnet dargestellt, auch ist es nicht erforderlich, dass die Dichtung aus einem einzigen Material besteht, die einzelnen Anteile können auch aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gehäuse
    2
    Umgebungsluft
    3
    Wärmetauscher
    4
    Lüfter
    5
    Halterung
    6
    Düse
    7
    Strömungsgleichrichter
    8
    Block
    9
    Dichtung
    10
    Kanalreihen
    11
    Nut
    12
    Lippe
    13
    Flächenteil
    14
    Eingriffsteil

Claims (3)

  1. Außeneinheit für eine Wärmepumpe, wobei die Außeneinheit ein Gehäuse (1) mit mindestens einem Wärmetauscher (3) aufweist, der von Luft durchströmt wird, mit mindestens einem Lüfter (4), der Luft durch den Wärmetauscher (3) zieht und aus einer Gehäuseöffnung ins Freie fördert, wobei
    - jeder luftdurchströmte Wärmetauscher (3), jeder Lüfter (4) und weitere Einrichtungen in einem geschlossenen Gehäuse (1) angeordnet sind, welches über entsprechende Öffnungen verfügt, die jeweils mit Schutzvorrichtungen gegen Eindringen von Fremdkörpern gesichert sind,
    - jeder Lüfter (4) an einer luftdurchlässigen Halterung (5) befestigt ist, die innerhalb des Gehäuses (1) angeordnet ist,
    - die von jedem Lüfter (4) geförderte Luft in eine jeweilige Düse (6) geführt wird, die innerhalb des Gehäuses (1) angeordnet und an ihm befestigt ist,
    - am Austritt jedes Luftstroms aus dem Gehäuse (1) jeweils ein Gitter am Gehäuse (1) befestigt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - zwischen jeder Düse und dem jeweiligen Gitter je eine Dichtung (9) vorgesehen wird, die die Schwingungen von Gitter und Düse (6) jeweils voneinander entkoppelt.
  2. Außeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter als Strömungsgleichrichter (7) ausgebildet ist.
  3. Außeneinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (9) eine weiche Dichtung ist.
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