EP3677846B1 - Ausseneinheit für eine wärmepumpe - Google Patents

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. Die EP 3 306 205 A1 beschreibt eine Außeneinheit einer Klimaanlage und eine gitterförmige Gebläseabdeckung an der Oberseite des Gehäuses der Außeneinheit. Die Gebläseabdeckung ist mit der Gehäusefront über ein Dichtelement verbunden. Die US 2004/0221602 A1 offenbart eine Außeneinheit für eine Klimaanlage, einschließlich: eines Luftklappenrahmens, der fest an einer rechteckigen Rauminnenwand installiert und gegen sie abgedichtet ist, der an einer Außenwand eines Gebäudes ausgebildet ist und in einen Saugbereich und einen Auslassbereich unterteilt ist, einschließlich einer Vielzahl von Lamellenblättern in jedem Bereich und Ansaugen und Ablassen von Luft durch Lücken zwischen den Lamellenblättern. Da die Lufteinlassseite und die Luftausslassseite aneinander anschließen, richten die Lamellenblätter die austretende Strömung von der Einlassseite weg. Eine Düse ist nicht vorgesehen.
• 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 geschlossenes 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 dem 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 (4)

1. Außeneinheit für eine Wärmepumpe, wobei die Außeneinheit ein geschlossenes 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 dem 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, bei dem die radialen Gitterabstände höchstens halb so groß sind wie der Weg, den die Luft durch das Gitter hindurchströmen muss.
3. Außeneinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (9) eine weiche Dichtung aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk-Vollmaterial ist.
4. Außeneinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (9) ein weiches Kunststoffprofil ist.

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