DE102023206411A1

DE102023206411A1 - heat pump with diffuser

Info

Publication number: DE102023206411A1
Application number: DE102023206411.1A
Authority: DE
Inventors: Jan Klosok; Helge Ladisch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2023-07-06
Filing date: 2023-07-06
Publication date: 2025-01-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe (2), die einen Luft-Kältemittel-Wärmetauscher (3), der insbesondere in einem Innenraum eines Gebäudes angeordnet ist, einen Zuluftkanal (4), einen Abluftkanal (5), und einen Diffusor (1) aufweist. Der Diffusor (1) weist einen Diffusorkörper (1a) mit einer Eingangsöffnung (1b), einer Ausgangsöffnung (1c) und einer die Eingangsöffnung (1b) und die Ausgangsöffnung (1c) verbindenden Diffusorwand (1d) auf, wobei die Ausgangsöffnung (1c) größer als die Eingangsöffnung (1b) ist. Der Diffusor (1) ist weiterhin dazu ausgelegt, Luft in einer ersten Hauptströmungsrichtung (S1) von der Eingangsöffnung (1b) zur Ausgangsöffnung (1c) zu führen. Der Diffusorkörper (1a) weist weiterhin mindestens einen Einblaskanal (1e) mit einer Einblasöffnung (1f) in der Diffusorwand (1d) auf, durch den dem Diffusor (1) zusätzliche Luft zuführbar ist. wobei der mindestens eine Einblaskanal (1e) so ausgelegt ist, dass ein Einblaswinkel (φ), der durch eine zweite Hauptströmungsrichtung (S2) der zusätzlichen Luft, die dem Diffusor (1) durch den mindestens einen Einblaskanal (1e) zuführbar ist, und eine Haupterstreckungsrichtung (S3) der Diffusorwand (1d) von der Eingangsöffnung (1b) zur Ausgangsöffnung (1c) eingeschlossen wird, höchstens 30° beträgt. Die Wärmepumpe (2) weist weiterhin Mittel (6) auf, die dazu eingerichtet sind, Luft durch den mindestens einen Einblaskanal (1e) in den Diffusor (1) einzublasen.

The invention relates to a heat pump (2) which has an air-refrigerant heat exchanger (3), which is arranged in particular in an interior of a building, a supply air duct (4), an exhaust air duct (5), and a diffuser (1). The diffuser (1) has a diffuser body (1a) with an inlet opening (1b), an outlet opening (1c), and a diffuser wall (1d) connecting the inlet opening (1b) and the outlet opening (1c), wherein the outlet opening (1c) is larger than the inlet opening (1b). The diffuser (1) is further designed to guide air in a first main flow direction (S1) from the inlet opening (1b) to the outlet opening (1c). The diffuser body (1a) further comprises at least one injection channel (1e) with an injection opening (1f) in the diffuser wall (1d), through which additional air can be supplied to the diffuser (1). The at least one injection channel (1e) is designed such that an injection angle (φ) enclosed by a second main flow direction (S2) of the additional air that can be supplied to the diffuser (1) through the at least one injection channel (1e) and a main extension direction (S3) of the diffuser wall (1d) from the inlet opening (1b) to the outlet opening (1c) is at most 30°. The heat pump (2) further comprises means (6) designed to inject air into the diffuser (1) through the at least one injection channel (1e).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpe mit einem Diffusor.The present invention relates to a heat pump with a diffuser.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Wärmepumpen, bei denen der Verdampfer (Luft-Kältemittel-Wärmetauscher) innerhalb eines Gebäudes angeordnet ist, werden im Allgemeinen über einen Zuluftkanal mit Außenluft versorgt. Die dafür nötigen Öffnungen in der Außenwand des Hauses können dabei einen geringeren Durchmesser als der mit Außenluft durchströmte Verdampfer aufweisen. Zur Aufweitung des Durchmessers können Diffusoren verwendet werden, die eine Aufweitung des Strömungsdurchmessers bei gleichzeitiger Geschwindigkeitsreduzierung und Druckaufbau der Strömung ermöglichen, wobei am Austritt ein möglichst homogenes Geschwindigkeitsfeld erzielt werden soll.Heat pumps in which the evaporator (air-refrigerant heat exchanger) is located inside a building are generally supplied with outside air via an air supply duct. The openings required for this in the outer wall of the house can have a smaller diameter than the evaporator through which the outside air flows. Diffusers can be used to expand the diameter, which allow the flow diameter to be expanded while simultaneously reducing the speed and increasing the pressure of the flow, with the aim of achieving as homogeneous a velocity field as possible at the outlet.

Diffusoren benötigen üblicherweise eine große Länge, um eine gleichmäßige Anströmung zu erreichen. Der dafür notwendige Platz ist in den meisten Installationsräumen nicht verfügbar, bzw. der Platzbedarf wird vom Kunden nicht akzeptiert. Meistens werden daher nur sehr kurze Diffusoren oder sprungartige Querschnittsänderungen verwendet, die zu einer inhomogenen Anströmung des Wärmetauschers führen, da Randbereiche des Wärmetauschers kaum durchströmt werden, wodurch dieser nicht optimal genutzt werden kann.Diffusers usually need to be very long in order to achieve a uniform flow. The space required for this is not available in most installation rooms, or the space requirement is not accepted by the customer. Therefore, only very short diffusers or sudden cross-sectional changes are usually used, which lead to an inhomogeneous flow to the heat exchanger, since the edge areas of the heat exchanger are hardly flowed through, meaning that it cannot be used optimally.

Offenbarung der Erfindungdisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird eine Wärmepumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a heat pump with the features of patent claim 1 is proposed. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims and the following description.

Die Erfindung geht von einer Wärmepumpe aus, die einen Luft-Kältemittel-Wärmetauscher, der insbesondere in einem Innenraum eines Gebäudes angeordnet ist, einen Zuluftkanal und einen Abluftkanal aufweist. Zur Aufweitung des Querschnitts des Zuluftkanals wird ein Diffusor verwendet. Bei Diffusoren kann es in den Grenzschichtregionen, d.h. in den Bereichen in der Nähe der Innenwand des Diffusors, zu Strömungsablösungen kommen, die so weit wie möglich vermieden werden sollen, da diese aerodynamische Verluste stark erhöhen, wodurch die Anströmung des Wärmetauschers verschlechtert wird. Die Ablöseneigung einer Strömung steigt dabei mit dem Öffnungswinkel des Diffusors, wodurch möglichst geringe Öffnungswinkel wünschenswert sind. Geringere Öffnungswinkel führen allerdings für eine gegebene Querschnittserweiterung zu einer größeren Länge des Diffusors, die den Platzbedarf der Wärmepumpe erhöht.The invention is based on a heat pump that has an air-refrigerant heat exchanger, which is arranged in particular in an interior of a building, a supply air duct and an exhaust air duct. A diffuser is used to expand the cross-section of the supply air duct. In diffusers, flow separations can occur in the boundary layer regions, i.e. in the areas near the inner wall of the diffuser, which should be avoided as far as possible since they greatly increase aerodynamic losses, thereby impairing the flow to the heat exchanger. The tendency of a flow to separate increases with the opening angle of the diffuser, which means that the smallest possible opening angle is desirable. However, smaller opening angles lead to a greater length of the diffuser for a given cross-sectional expansion, which increases the space required by the heat pump.

Die Erfindung erlaubt eine Verbesserung der Anströmbedingungen des Wärmetauschers ohne eine Erhöhung der axialen Länge des Diffusors, und daher ohne Erhöhung des Platzbedarfs der Wärmepumpe, durch Einblaskanäle im Diffusorkörper, die an der Innenwand des Diffusors Einblasöffnungen bilden und durch die dem Diffusor zusätzliche Luft im Wesentlichen parallel zu einer Innenwand des Diffusors in die Grenzschichtregionen zugeführt werden kann. Dadurch können Strömungsablösungen verringert und die Anströmbedingungen verbessert werden, wodurch die Effizienz des Wärmetauschers gesteigert werden kann.The invention allows an improvement of the inflow conditions of the heat exchanger without increasing the axial length of the diffuser, and therefore without increasing the space required by the heat pump, by means of injection channels in the diffuser body, which form injection openings on the inner wall of the diffuser and through which additional air can be supplied to the diffuser in the boundary layer regions essentially parallel to an inner wall of the diffuser. This can reduce flow separation and improve the inflow conditions, thereby increasing the efficiency of the heat exchanger.

Im Einzelnen betrifft die Erfindung eine Wärmepumpe, die einen Luft-Kältemittel-Wärmetauscher, der in einem Innenraum eines Gebäudes angeordnet ist, einen Zuluftkanal, einen Abluftkanal, und einen Diffusor, der zwischen dem Zuluftkanal und dem Wärmetauscher angeordnet ist, aufweist. Beim Betrieb der Wärmepumpe wird Außenluft von außerhalb des Gebäudes durch den Zuluftkanal und den Diffusor zum Wärmetauscher geführt. Im Luft-Kältemittel-Wärmetauscher wird dem durch diesen fließenden Kältemittel Wärme zu- bzw. abgeführt und von der Luft bzw. an die Luft übertragen. Die Luft, die durch den Luft-Kältemittel-Wärmetauscher geströmt ist, wird anschließend durch den Abluftkanal aus dem Gebäude transportiert.In particular, the invention relates to a heat pump that has an air-refrigerant heat exchanger that is arranged in an interior of a building, a supply air duct, an exhaust air duct, and a diffuser that is arranged between the supply air duct and the heat exchanger. When the heat pump is operating, outside air from outside the building is led through the supply air duct and the diffuser to the heat exchanger. In the air-refrigerant heat exchanger, heat is added to or removed from the refrigerant flowing through it and is transferred from or to the air. The air that has flowed through the air-refrigerant heat exchanger is then transported out of the building through the exhaust air duct.

Der Diffusor weist dazu einen Diffusorkörper mit einer Eingangsöffnung, einer Ausgangsöffnung und einer die Eingangsöffnung und die Ausgangsöffnung verbindenden Diffusorwand auf, wobei die Ausgangsöffnung größer als die Eingangsöffnung ist. Der Diffusor ist dazu ausgelegt, Luft in einer ersten Hauptströmungsrichtung von der Eingangsöffnung zur Ausgangsöffnung zu führen. Der Diffusorkörper weist weiterhin mindestens einen Einblaskanal mit einer Einblasöffnung in der Diffusorwand auf, durch die dem Diffusor zusätzliche Luft zuführbar ist, wobei der mindestens eine Einblaskanal so ausgelegt ist, dass ein Einblaswinkel, der durch eine zweite Hauptströmungsrichtung der zusätzlichen Luft, die dem Diffusor durch den mindestens einen Einblaskanal zuführbar ist, und eine Haupterstreckungsrichtung der Diffusorwand von der Eingangsöffnung zur Ausgangsöffnung eingeschlossen wird, höchstens 30° beträgt.For this purpose, the diffuser has a diffuser body with an inlet opening, an outlet opening and a diffuser wall connecting the inlet opening and the outlet opening, wherein the outlet opening is larger than the inlet opening. The diffuser is designed to guide air in a first main flow direction from the inlet opening to the outlet opening. The diffuser body also has at least one injection channel with an injection opening in the diffuser wall through which additional air can be supplied to the diffuser, wherein the at least one injection channel is designed such that an injection angle enclosed by a second main flow direction of the additional air that can be supplied to the diffuser through the at least one injection channel and a main extension direction of the diffuser wall from the inlet opening to the outlet opening is at most 30°.

Die Wärmepumpe weist weiterhin Mittel auf, die dazu eingerichtet sind, Luft durch den mindestens eine Einblaskanal in den Diffusor einzublasen.The heat pump further comprises means designed to blow air into the diffuser through the at least one injection channel.

Durch die zusätzliche, durch die Einblaskanäle in den Diffusor eingeblasene Luft, die so in den Diffusor eingeblasen wird, dass sie mit der Diffusorwand einen spitzen Winkel einschließt, werden die Grenzschichtregionen in der Nähe der Innenwand des Diffusors mit strömender Luft versorgt. Dadurch werden Strömungsablösungen in den Grenzschichtregionen reduziert und die Anströmbedingungen des Wärmetauschers, und damit die Effizienz des Wärmetauschers, verbessert.The additional air blown into the diffuser through the blowing channels, which is blown into the diffuser in such a way that it is in contact with the diffuser wall forms an acute angle, the boundary layer regions near the inner wall of the diffuser are supplied with flowing air. This reduces flow separation in the boundary layer regions and improves the flow conditions of the heat exchanger, and thus the efficiency of the heat exchanger.

In einer Ausführungsform beträgt der Einblaswinkel höchstens 20° oder höchstens 15° oder höchstens 10°. Je spitzer der Einblaswinkel ist, desto größer ist der Bereich in Strömungsrichtung der Grenzschichtregion, in dem Strömungsablösungen verringert werden können. Daher lassen sich die zuvor genannten Vorteile durch einen besonders spitzen Winkel mit wenigen Einblaskanälen über die gesamte Diffusorlänge in einfacher Weise erzielen.In one embodiment, the injection angle is at most 20° or at most 15° or at most 10°. The more acute the injection angle, the larger the area in the flow direction of the boundary layer region in which flow separation can be reduced. Therefore, the previously mentioned advantages can be easily achieved by a particularly acute angle with few injection channels over the entire diffuser length.

In einer Ausführungsform hat der Diffusorkörper die Form eines Kegelstumpfs, insbesondere eines geraden Kegelstumpfs, mit einer kreisrunden oder elliptischen Grundfläche, oder eines Pyramidenstumpfs, insbesondere eines geraden Pyramidenstumpfs, mit einer rechteckigen, insbesondere quadratischen, oder vieleckigen Grundfläche hat. Die Eingangsöffnung wird dabei durch die Deckfläche des Kegel- oder Pyramidenstumpfs und die Ausgangsöffnung durch die Grundfläche des Kegel- oder Pyramidenstumpfs gebildet.In one embodiment, the diffuser body has the shape of a truncated cone, in particular a straight truncated cone, with a circular or elliptical base, or a truncated pyramid, in particular a straight truncated pyramid, with a rectangular, in particular square, or polygonal base. The inlet opening is formed by the top surface of the truncated cone or pyramid and the outlet opening is formed by the base surface of the truncated cone or pyramid.

Dadurch, dass die Form des Diffusors frei gewählt werden kann, kann der Diffusor in einer Vielzahl von Wärmepumpen verschiedener Bauarten flexibel eingesetzt werden.Because the shape of the diffuser can be freely selected, the diffuser can be used flexibly in a variety of heat pumps of different designs.

In einer Ausführungsform weist der Diffusor in der ersten Hauptströmungsrichtung eine Länge von höchstens 0,7 m oder höchstens 0,5 m oder höchstens 0,2 m auf.In one embodiment, the diffuser has a length of at most 0.7 m or at most 0.5 m or at most 0.2 m in the first main flow direction.

In einer Ausführungsform weist der Diffusor einen Öffnungswinkel auf, der durch die Haupterstreckungsrichtung der Diffusorwand und die erste Hauptströmungsrichtung eingeschlossen wird, der mindestens 20° oder mindestens 35° oder höchstens 60° oder höchstens 45° beträgt.In one embodiment, the diffuser has an opening angle, which is enclosed by the main extension direction of the diffuser wall and the first main flow direction, which is at least 20° or at least 35° or at most 60° or at most 45°.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Diffusoren, die bei Wärmepumpen, die in einem Innenraum aufgestellt sind, eingesetzt werden, können Diffusoren mit Einblaskanälen, durch die den Grenzschichtregionen zusätzliche Luft zugeführt werden kann, eine verringerte Länge und einen höheren Öffnungswinkel aufweisen, ohne dass es zu Strömungsablösungen in der Grenzschichtregion des Diffusors kommt. Damit kann der Diffusor kompakter gestaltet werden und somit eine Wärmepumpe platzsparend in einem Gebäude installiert werden.In contrast to conventional diffusers used in heat pumps installed indoors, diffusers with injection channels through which additional air can be supplied to the boundary layer regions can have a reduced length and a higher opening angle without causing flow separation in the boundary layer region of the diffuser. This allows the diffuser to be made more compact and thus a heat pump can be installed in a space-saving manner in a building.

Die im nachfolgenden für die Einblasöffnung des mindestens einen Einblaskanals beschriebenen Merkmale gelten, wenn der Diffusor mehrere Einblaskanäle aufweist, zweckmäßigerweise für die Einblasöffnung jedes Einblaskanals, müssen aber nicht für jede Einblasöffnung gleich sein.If the diffuser has several injection channels, the features described below for the injection opening of the at least one injection channel expediently apply to the injection opening of each injection channel, but do not have to be the same for each injection opening.

In einer Ausführungsform hat die Einblasöffnung eine rechteckige Form mit einer Breitenabmessung, die eine Abmessung der Einblasöffnung des mindestens einen Einblaskanals in der Haupterstreckungsrichtung der Diffusorwand ist, und einer Längenabmessung, die eine Abmessung der Einblasöffnung des mindestens einen Einblaskanals senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Diffusorwand ist. Die Breitenabmessung ist insbesondere kleiner als die Längenabmessung.In one embodiment, the injection opening has a rectangular shape with a width dimension that is a dimension of the injection opening of the at least one injection channel in the main extension direction of the diffuser wall, and a length dimension that is a dimension of the injection opening of the at least one injection channel perpendicular to the main extension direction of the diffuser wall. The width dimension is in particular smaller than the length dimension.

Durch die längliche Form der Einblasöffnungen des mindestens einen Einblaskanals und die dargelegte Anordnung, d.h. der langen Seite der Einblasöffnung entlang der Umfangsrichtung des Diffusors, können durch jeden Einblaskanal in einem großen Bereich des Diffusors Strömungsablösungen reduziert werden. Dadurch können die zuvor genannten Vorteile in einfacher und effektiver Weise durch eine geringe Anzahl von Einblaskanälen erreicht werden.Due to the elongated shape of the injection openings of the at least one injection channel and the arrangement described, i.e. the long side of the injection opening along the circumferential direction of the diffuser, flow separation can be reduced in a large area of the diffuser through each injection channel. As a result, the aforementioned advantages can be achieved in a simple and effective manner using a small number of injection channels.

In einer Ausführungsform ist das Verhältnis der Längenabmessung zur Breitenabmessung mindestens 10 oder mindestens 20 oder mindestens 30. Das Verhältnis kann insbesondere auch einen Wert annehmen, der zwischen den angegebenen Werten liegt, und beispielsweise 15 oder 25 betragen.In one embodiment, the ratio of the length dimension to the width dimension is at least 10 or at least 20 or at least 30. In particular, the ratio can also assume a value that lies between the specified values and can be, for example, 15 or 25.

Durch ein hohes Verhältnis der Längenabmessung zur Breitenabmessung können die Strömungsablösungen im Diffusor effektiv verringert werden, ohne die Formfestigkeit des Diffusors zu verringern, da die Größe der Einblaskanäle auf eine minimal nötige Größe beschränkt wird.By using a high ratio of the length to the width, the flow separation in the diffuser can be effectively reduced without reducing the shape stability of the diffuser, since the size of the injection channels is limited to a minimum necessary size.

In einer Ausführungsform hat die Einblasöffnung des mindestens einen Einblaskanals eine Längenabmessung von mindestens 5cm oder mindestens 15cm oder mindestens 30cm. Bei rechteckigen Einblasöffnungen entspricht die Einblasöffnungslänge dabei insbesondere der Länge des Rechtecks. Die Längenabmessung der Einblasöffnung muss, wenn mehrere Einblaskanäle vorhanden sind, insbesondere nicht für jede Einblasöffnung gleich sein. Insbesondere kann die Längenabmessung der Einblasöffnung von der Eingangsöffnung hin zur Ausgangsöffnung zunehmen, da sich der Umfang des Diffusors in dieser Richtung erhöht.In one embodiment, the injection opening of the at least one injection channel has a length of at least 5 cm or at least 15 cm or at least 30 cm. In the case of rectangular injection openings, the injection opening length corresponds in particular to the length of the rectangle. If there are several injection channels, the length of the injection opening does not have to be the same for each injection opening. In particular, the length of the injection opening can increase from the inlet opening to the outlet opening, since the circumference of the diffuser increases in this direction.

Je größer die Längenabmessung der Einblasöffnungen ist, desto größer ist der Bereich der Grenzschichtregion in der Nähe der Innenwand des Diffusorkörpers, der mit zusätzlicher Luft angeströmt werden kann. Dadurch können in einem größeren Bereich Strömungsablösungen reduziert werden, wodurch wiederum die Anströmbedingungen des Wärmetauschers und damit dessen Effizienz weiter verbessert werden können.The larger the length of the injection openings, the larger the area of Boundary layer region near the inner wall of the diffuser body, which can be supplied with additional air. This allows flow separation to be reduced over a larger area, which in turn can further improve the flow conditions of the heat exchanger and thus its efficiency.

Weiterhin beträgt in einer Ausführungsform ein Abstand zwischen einander zugewandten Rändern zweier benachbarter Einblaskanäle entlang einer Umfangsrichtung des Diffusorkörpers in einer Ebene senkrecht zur ersten Hauptströmungsrichtung höchstens 20 cm oder höchstens 10 cm oder höchstens 5 cm.Furthermore, in one embodiment, a distance between mutually facing edges of two adjacent injection channels along a circumferential direction of the diffuser body in a plane perpendicular to the first main flow direction is at most 20 cm or at most 10 cm or at most 5 cm.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Einblasöffnungen elliptisch, mit einer langen Halbachse und einer kurzen Halbachse, wobei sich die lange Halbachse parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Diffusorwand und die kurze Halbachse sich parallel zu einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Diffusorwand erstreckt. Bei einer elliptischen Form der Einblasöffnung hat der Einblaskanal die Form eines elliptischen Zylinders, der unter einem kleinen Winkel die Diffusorwand durchdringt. Die kurze Halbachse hat dabei insbesondere eine Länge von weniger als 5 mm oder weniger als 2,5 mm. Eine solche Form ist sehr einfach durch Bohren herstellbar.In a further embodiment, the injection openings are elliptical, with a long semi-axis and a short semi-axis, with the long semi-axis extending parallel to the main direction of extension of the diffuser wall and the short semi-axis extending parallel to a direction perpendicular to the main direction of extension of the diffuser wall. If the injection opening is elliptical, the injection channel has the shape of an elliptical cylinder that penetrates the diffuser wall at a small angle. The short semi-axis has a length of less than 5 mm or less than 2.5 mm in particular. Such a shape can be produced very easily by drilling.

In einer Ausführungsform beträgt ein Einblaskanalöffnungswinkel des mindestens einen Einblaskanals, der durch eine Einblaskanalinnenwand und die Haupterstreckungsrichtung der Diffusorwand eingeschlossen wird, höchstens 30° oder höchstens 15° oder höchstens 10° oder höchstens 5°. Dadurch, dass die Einblaskanäle nicht in einem rechten Winkel zur Diffusorwand, sondern unter einem Winkel, durch den die den Einblaskanal begrenzende Einblaskanalinnenwand nahezu parallel zur Diffusorwand sind, ausgestaltet sind, kann die Einströmrichtung der zusätzlichen Luft unter einem möglichst spitzen Winkel in einfacher Weise erzielt werden, wodurch die zuvor genannten Vorteile effektiv erreicht werden können.In one embodiment, an injection channel opening angle of the at least one injection channel, which is enclosed by an injection channel inner wall and the main extension direction of the diffuser wall, is at most 30° or at most 15° or at most 10° or at most 5°. Because the injection channels are not designed at a right angle to the diffuser wall, but at an angle through which the injection channel inner wall delimiting the injection channel is almost parallel to the diffuser wall, the inflow direction of the additional air can be achieved in a simple manner at the sharpest possible angle, whereby the aforementioned advantages can be achieved effectively.

In einer Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen der Eingangsöffnung und dem der Eingangsöffnung nächstgelegenen Rand des der Eingangsöffnung nächstgelegenen Einblaskanals, insbesondere in entlang der Haupterstreckungsrichtung der Diffusorwand, höchstens 30 cm oder höchstens 20 cm oder höchstens 15 cm. Wenn der Abstand von der Eingangsöffnung zum der Eingangsöffnung nächstliegenden Einblaskanal zu groß ist, können bereits vor dem Einblaskanal Stromablösungen in der Grenzschichtregion auftreten. Diese können durch die zusätzlich eingeblasene Luft zwar reduziert werden, allerdings können Strömungsablösungen im hinteren Teil des Diffusors besser reduziert werden, wenn im vorderen keine bzw. nur sehr schwache Strömungsablösungen auftreten. Daher können Strömungsablösungen über die gesamte Länge des Diffusors besonders effektiv reduziert werden, wenn sie bereits zu Beginn des Diffusors gar nicht erst auftreten, was durch einen möglichst kleinen Abstand zwischen der Eingangsöffnung und dem der Eingangsöffnung nächstliegenden Einblaskanal erreicht werden kann. Daher lassen sich die zuvor genannten Vorteile besonders effektiv erreichen.In one embodiment, the distance between the inlet opening and the edge of the injection channel closest to the inlet opening, particularly along the main extension direction of the diffuser wall, is at most 30 cm or at most 20 cm or at most 15 cm. If the distance from the inlet opening to the injection channel closest to the inlet opening is too great, flow separations can occur in the boundary layer region even before the injection channel. Although these can be reduced by the additional air blown in, flow separations in the rear part of the diffuser can be better reduced if no or only very weak flow separations occur in the front part. Flow separations can therefore be reduced particularly effectively over the entire length of the diffuser if they do not occur at all at the beginning of the diffuser, which can be achieved by keeping the distance between the inlet opening and the injection channel closest to the inlet opening as small as possible. The advantages mentioned above can therefore be achieved particularly effectively.

In einer Ausführungsform weist der Diffusorkörper mindestens zwei Einblaskanäle auf, durch die dem Diffusor zusätzliche Luft zuführbar ist. Dabei beträgt ein Abstand zwischen den einander zugewandten Rändern zweier benachbarter Einblaskanäle entlang der ersten Hauptströmungsrichtung insbesondere höchstens 40 cm oder höchstens 30 cm oder höchstens 15 cm. Insbesondere im Fall elliptischer Einblasöffnungen beträgt der Abstand höchstens das Sechzehnfache einer Länge der kurzen Halbachse oder höchstens das Achtfache der Länge der kurzen Halbachse und/oder mindestens das Doppelte der Länge der kurzen Halbachse oder mindestens das Vierfache der kurzen Halbachse. Daraus lässt sich direkt die notwendige Anzahl der Einblaskanäle bestimmen, die für einen Diffusor einer vorbestimmten Länge notwendig ist. Da die zusätzliche Luft nicht parallel zur Diffusorwand einblasbar ist, können nach einer gewissen Länge erneut Strömungsablösungen auftreten. Um dies zu verhindern, sollten in Strömungsrichtung in regelmäßigen Abständen weitere Einblaskanäle angeordnet sein.In one embodiment, the diffuser body has at least two injection channels through which additional air can be supplied to the diffuser. The distance between the facing edges of two adjacent injection channels along the first main flow direction is in particular at most 40 cm or at most 30 cm or at most 15 cm. In particular in the case of elliptical injection openings, the distance is at most sixteen times the length of the short semi-axis or at most eight times the length of the short semi-axis and/or at least twice the length of the short semi-axis or at least four times the short semi-axis. This can be used directly to determine the number of injection channels required for a diffuser of a predetermined length. Since the additional air cannot be injected parallel to the diffuser wall, flow separations can occur again after a certain length. To prevent this, additional injection channels should be arranged at regular intervals in the flow direction.

Durch die Verwendung einer Vielzahl von Einblasöffnungen kann zusätzliche Luft an mehreren Stellen in den Diffusor eingeblasen werden, wodurch die Grenzschichtregion in der Nähe der Innenwand des Diffusorkörpers an mehreren Stellen mit Strömungsluft versorgt werden kann. Dadurch können die Anströmbedingungen des Wärmetauschers besonders effektiv verbessert und damit die Effizienz des Wärmetauschers weiter erhöht werden.By using a large number of injection openings, additional air can be blown into the diffuser at several points, which means that the boundary layer region near the inner wall of the diffuser body can be supplied with flow air at several points. This makes it possible to improve the flow conditions of the heat exchanger particularly effectively and thus further increase the efficiency of the heat exchanger.

Die Einblaskanäle sind dabei insbesondere entlang der Umfangsrichtung und/oder der Richtung von der Eingangsöffnung zur Ausgangsöffnung gleichverteilt angeordnet.The injection channels are arranged evenly distributed, in particular along the circumferential direction and/or the direction from the inlet opening to the outlet opening.

Dadurch, dass die Einblaskanäle in Umfangsrichtung und/oder der Richtung von der Eingangsöffnung zur Ausgangsöffnung gleichverteilt angeordnet sind, können Strömungsablösungen im gesamten Diffusor effektiv verringert werden, wodurch die zuvor genannten Vorteile in verbesserte Weise erzielt werden können.By arranging the injection channels evenly distributed in the circumferential direction and/or the direction from the inlet opening to the outlet opening, flow separations in the entire diffuser can be effectively reduced, whereby the aforementioned advantages can be achieved in an improved manner.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Abmessungen des mindestens einen Einblaskanals entlang der zweiten Hauptströmungsrichtung nicht konstant. Insbesondere können sich die Abmessungen eines, mehrerer oder aller Einblaskanäle entlang der zweiten Hauptströmungsrichtung aufweiten. Insbesondere findet diese Aufweitung nicht durchgängig über den ganzen Einblaskanal statt, sondern beginnt erst nach einem Drittel, der Hälfte oder zwei Dritteln des Einblaskanals. Insbesondere kann die Aufweitung in Richtung der Haupterstreckungsrichtung der Diffusorwand erfolgen. Allerdings ist auch denkbar, dass die Aufweitung in und entgegen der Haupterstreckungsrichtung und/oder senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Diffusorwand erfolgt. Die Aufweitung kann dabei sowohl eine Änderung der Längenabmessung und der Breitenabmessung bzw. der Länge der kurzen und der Länge der langen Halbachse oder nur einer der beiden, insbesondere der Breitenabmessung und der Länge der kurzen Halbachse, umfassen. Die Aufweitung kann auch zu einer Änderung der Form führen, beispielsweise zum Umriss einer Kegelform. Solche Einblaskanäle sind beispielsweise als Filmkühlbohrungen im Gasturbinenbereich bekannt (vgl. 1 der EP 0 985 802 A1 ).In a further embodiment, the dimensions of the at least one injection channel are not constant along the second main flow direction. In particular, the dimensions of one, several or all injection channels can expand along the second main flow direction. In particular, this expansion does not take place continuously across the entire injection channel, but only begins after one third, one half or two thirds of the injection channel. In particular, the expansion can take place in the direction of the main extension direction of the diffuser wall. However, it is also conceivable that the expansion takes place in and against the main extension direction and/or perpendicular to the main extension direction of the diffuser wall. The expansion can include both a change in the length dimension and the width dimension or the length of the short and the length of the long semi-axis or only one of the two, in particular the width dimension and the length of the short semi-axis. The expansion can also lead to a change in the shape, for example to the outline of a cone shape. Such injection channels are known, for example, as film cooling bores in the gas turbine sector (cf. 1 the EP 0 985 802 A1 ).

In einer Ausführungsform ist die durch die Mittel in die Einblaskanäle des Diffusors eingeblasene Luft Fortluft eines in dem Gebäude installierten zentralen Raumlüftungsgeräts. Innenaufgestellte Wärmepumpen werden hauptsächlich in thermisch gut isolierten Gebäuden installiert, welche zusätzlich mit einer zentralen Raumlüftung ausgestattet sind. Die Fortluft ist dabei wärmer und feuchter als die angesaugte Außenluft. Im Stand der Technik wird die Fortluft der Lüftungsanlage der Ansaugluft der Wärmepumpe zugeführt werden. Durch dir Zuführung der Fortluft über zahlreiche kleine Einblasöffnungen im Diffusor lässt sich eine bessere Durchmischung von Fortluft der zentralen Raumlüftung und angesaugter Außenluft erreichen bei gleichzeitig reduzierten Ablösungen. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Belastung des Wärmetauschers und reduziert beispielsweise lokale Eisbildung durch feuchtere Fortluftsträhnen.In one embodiment, the air blown into the diffuser's blow-in ducts by the means is exhaust air from a central ventilation unit installed in the building. Indoor heat pumps are mainly installed in thermally well-insulated buildings that are also equipped with central ventilation. The exhaust air is warmer and more humid than the outside air that is sucked in. In the current state of the art, the exhaust air from the ventilation system is fed into the heat pump's intake air. By feeding the exhaust air through numerous small blow-in openings in the diffuser, a better mixing of the exhaust air from the central ventilation system and the outside air that is sucked in can be achieved while at the same time reducing separation. This leads to a more even load on the heat exchanger and reduces, for example, local ice formation caused by moister exhaust air strands.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically in the drawing using embodiments and is described below with reference to the drawing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

1a shows schematically a diffuser of an embodiment of a heat pump according to the invention in cross section;
1b shows schematically the diffuser from 1a under supervision;
2 shows a schematic section of the diffuser from 1a in enlarged view in cross-section;
3 shows another embodiment of the diffuser in top view;
4 shows schematically a section of another embodiment of the diffuser from 1a in enlarged view in cross-section;
5 shows the embodiment from 4 under supervision; and
6 shows schematically an embodiment of a heat pump according to the invention, which is installed in a building, in cross-section in plan view, wherein the heat pump has an embodiment of the diffuser according to the invention.

Ausführungsform(en) der Erfindungembodiment(s) of the invention

1a zeigt schematisch einen Diffusor 1 einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe 2 im Querschnitt und 1b zeigt schematisch den Diffusor 1 in Aufsicht. 2 zeigt schematisch einen Ausschnitt des Diffusors 1 in vergrößerter Ansicht im Querschnitt. Diese Figuren werden im Folgenden zusammenhängend beschrieben. 1a shows schematically a diffuser 1 of an embodiment of a heat pump 2 according to the invention in cross section and 1b shows schematically the diffuser 1 in top view. 2 shows a schematic section of the diffuser 1 in an enlarged cross-sectional view. These figures are described together below.

Der Diffusor 1 umfasst dabei einen Diffusorkörper 1a mit einer Eingangsöffnung 1b, einer Ausgangsöffnung 1c und einer Diffusorwand 1d, die die Eingangsöffnung 1b mit der Ausgangsöffnung 1c verbindet. Die Eingangsöffnung 1b ist dabei kleiner als die Ausgangsöffnung 1c.The diffuser 1 comprises a diffuser body 1a with an inlet opening 1b, an outlet opening 1c and a diffuser wall 1d which connects the inlet opening 1b with the outlet opening 1c. The inlet opening 1b is smaller than the outlet opening 1c.

Der Diffusor 1 hat insbesondere die Form eines geraden Kegel- oder Pyramidenstumpfes, wobei die Eingangsöffnung 1b durch die Deckfläche und die Ausgangsöffnung 1c durch die Grundfläche des Stumpfes gebildet wird. Die Grundfläche und die Deckfläche des Stumpfes sind dabei kreisrund oder elliptisch (Kegelstumpf) oder rechteckig oder vieleckig (Pyramidenstumpf). Ein Öffnungswinkel Θ des Diffusors 1, der dem Öffnungswinkel des Stumpfes entspricht, liegt zweckmäßigerweise zwischen 35° und 45°.The diffuser 1 has in particular the shape of a straight truncated cone or pyramid, with the inlet opening 1b being formed by the cover surface and the outlet opening 1c by the base surface of the truncated cone. The base surface and the cover surface of the truncated cone are circular or elliptical (truncated cone) or rectangular or polygonal (truncated pyramid). An opening angle Θ of the diffuser 1, which corresponds to the opening angle of the truncated cone, is expediently between 35° and 45°.

Luft wird durch den Diffusor 1 in einer Hauptströmungsrichtung S1 von der Eingangsöffnung 1b zur Ausgangsöffnung 1c geführt. In dieser Richtung hat der Diffusor 1 insbesondere eine Länge L von 0,5m oder 0,2m oder 0,7m.Air is guided through the diffuser 1 in a main flow direction S1 from the inlet opening 1b to the outlet opening 1c. In this direction In particular, the diffuser 1 has a length L of 0.5m or 0.2m or 0.7m.

Um Strömungsablösungen in den Grenzschichtregionen in der Nähe der Diffusorwand 1d zu reduzieren bzw. zu verhindern, können herkömmliche Diffusoren einen kleinen Öffnungswinkel von kleiner 15° und/oder eine große Länge haben, wodurch die Wärmepumpe 2 mehr Platz im Innenraum verbraucht.In order to reduce or prevent flow separation in the boundary layer regions near the diffuser wall 1d, conventional diffusers can have a small opening angle of less than 15° and/or a large length, whereby the heat pump 2 consumes more space in the interior.

Der Diffusor 1 einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe 2 weist weiterhin mindestens einen Einblaskanal 1e auf, der im Diffusorkörper 1a angeordnet ist und diesen durchdringt, und an der Innenseite der Diffusorwand 1d eine Einblasöffnung 1f bildet. In den 1a und 1 b sind beispielhaft drei Einblaskanäle 1e gezeigt. Die Einblaskanäle 1e sind dabei so ausgelegt, dass eine zweite Hauptströmungsrichtung S2 der durch die Einblaskanäle 1e zusätzlich in den Diffusor 1 einströmenden Luft mit einer Haupterstreckungsrichtung S3 der Diffusorwand 1d von der Eingangsöffnung 1b zur Ausgangsöffnung 1c einen Einblaswinkel φ (siehe 2) einschließt, der möglichst klein ist und höchstens 30° beträgt. Die in der zweiten Hauptströmungsrichtung S2 einströmende zusätzliche Luft erreicht Grenzschichtregionen an der Innenseite der Diffusorwand 1d, wodurch Strömungsablösungen reduziert werden und die Anströmbedingungen des Wärmetauschers 3 (vgl. 3), und damit dessen Effizienz, verbessert werden können. Der Einblaswinkel φ kann dabei insbesondere auch höchstens 20° oder höchstens 15° oder höchstens 10° sein.The diffuser 1 of an embodiment of a heat pump 2 according to the invention further comprises at least one injection channel 1e, which is arranged in the diffuser body 1a and penetrates it, and forms an injection opening 1f on the inside of the diffuser wall 1d. In the 1a and 1 b Three injection channels 1e are shown as examples. The injection channels 1e are designed in such a way that a second main flow direction S2 of the air additionally flowing into the diffuser 1 through the injection channels 1e with a main extension direction S3 of the diffuser wall 1d from the inlet opening 1b to the outlet opening 1c forms an injection angle φ (see 2 ) which is as small as possible and does not exceed 30°. The additional air flowing in in the second main flow direction S2 reaches boundary layer regions on the inside of the diffuser wall 1d, whereby flow separation is reduced and the flow conditions of the heat exchanger 3 (cf. 3 ), and thus its efficiency, can be improved. The injection angle φ can in particular be at most 20° or at most 15° or at most 10°.

Die Anzahl der Einblaskanäle 1e ist insbesondere nicht auf drei beschränkt, wie in den 1a und 1b gezeigt ist. Vielmehr ergibt sich die Anzahl aus der Länge L und dem Umfang des Diffusors 1. Je länger der Diffusor 1 ist, desto mehr Einblaskanäle 1e können in der ersten Hauptströmungsrichtung S1 am Diffusorkörper 1a angeordnet sein, um zu gewährleisten, dass Strömungsablösungen über die gesamte Länge L des Diffusors 1 reduziert werden können. Weiterhin ist es bei einem größeren Umfang zweckmäßig, mehr oder längere Einblaskanäle 1e in Umfangsrichtung des Diffusors 1 anzuordnen, um zu ermöglichen, dass Strömungsablösungen im gesamten Umfangsbereich des Diffusors 1 reduziert werden. Die Anzahl der Einblaskanäle 1e soll dabei insbesondere so gewählt werden, dass ein Abstand zwischen den einander zugewandten Rändern zweier benachbarter Einblaskanäle 1e entlang der ersten Hauptströmungsrichtung S1 höchstens 40 cm oder höchstens 30 cm oder höchstens 15 cm beträgt, und ein Abstand zwischen einander zugewandten Rändern zweier benachbarter Einblaskanäle 1e entlang einer Umfangsrichtung des Diffusorkörpers 1a in einer Ebene senkrecht zur ersten Hauptströmungsrichtung S1 höchstens 20cm oder höchstens 10cm oder höchstens 5cm beträgt.In particular, the number of injection channels 1e is not limited to three, as in the 1a and 1b is shown. Rather, the number results from the length L and the circumference of the diffuser 1. The longer the diffuser 1, the more injection channels 1e can be arranged in the first main flow direction S1 on the diffuser body 1a to ensure that flow separations can be reduced over the entire length L of the diffuser 1. Furthermore, with a larger circumference, it is expedient to arrange more or longer injection channels 1e in the circumferential direction of the diffuser 1 to enable flow separations to be reduced in the entire circumferential area of the diffuser 1. The number of injection channels 1e should in particular be selected such that a distance between the mutually facing edges of two adjacent injection channels 1e along the first main flow direction S1 is at most 40 cm or at most 30 cm or at most 15 cm, and a distance between mutually facing edges of two adjacent injection channels 1e along a circumferential direction of the diffuser body 1a in a plane perpendicular to the first main flow direction S1 is at most 20 cm or at most 10 cm or at most 5 cm.

1b zeigt dabei beispielhaft drei Einblaskanäle 1e, die in der ersten Hauptströmungsrichtung S1 von der Eingangsöffnung 1b zur Ausgangsöffnung 1c hintereinander angeordnet sind. In Umfangsrichtung ist dabei jeweils nur ein Einblaskanal 1e pro Ebene senkrecht zur ersten Hauptströmungsrichtung S1 gezeigt. Es ist dabei aber klar, dass der Umfang im Bereich der Ausgangsöffnung 1c größer ist als im Bereich der Eingangsöffnung 1b. Daher ist es denkbar, dass an der Eingangsöffnung 1b zwei Einblaskanäle 1e angeordnet sind (der gezeigte und ein dem gezeigten gegenüberliegender), während im Bereich der Ausgangsöffnung 1c vier Einblaskanäle 1e angeordnet sind (einer gegenüber dem gezeigten und zwei weitere seitlich). Die Einblaskanäle 1e sind dabei insbesondere in der ersten Hauptströmungsrichtung S1 und der Umfangsrichtung gleichverteilt, d.h. der Abstand zwischen den einzelnen Einblasöffnungen 1e ist in diesen Richtungen gleich. 1b shows, by way of example, three injection channels 1e which are arranged one behind the other in the first main flow direction S1 from the inlet opening 1b to the outlet opening 1c. In the circumferential direction, only one injection channel 1e is shown per plane perpendicular to the first main flow direction S1. However, it is clear that the circumference in the area of the outlet opening 1c is larger than in the area of the inlet opening 1b. It is therefore conceivable that two injection channels 1e are arranged at the inlet opening 1b (the one shown and one opposite the one shown), while four injection channels 1e are arranged in the area of the outlet opening 1c (one opposite the one shown and two others to the side). The injection channels 1e are evenly distributed in particular in the first main flow direction S1 and the circumferential direction, i.e. the distance between the individual injection openings 1e is the same in these directions.

Die Einblasöffnungen 1f haben insbesondere eine rechteckige Form, wie in 1b gezeigt, wobei eine Längenabmessung LA, die eine Abmessung der Einblasöffnung 1f des mindestens einen Einblaskanals 1e in der Haupterstreckungsrichtung S3 ist, kleiner ist als eine Breitenabmessung BA), die eine Abmessung der Einblasöffnung 1f des mindestens einen Einblaskanals 1e senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung S3 ist. Insbesondere die Längenabmessung LA kann entlang der Haupterstreckungsrichtung S3 auch variieren, insbesondere hin zur Ausgangsöffnung 1c zunehmen, um in einem größeren Bereich in Umfangsrichtung Strömungsablösungen zu reduzieren. Das Verhältnis von Längenabmessung LA zu Breitenabmessung BA der Einblasöffnungen 1f liegt insbesondere zwischen 10 und 30, d.h. die Einblasöffnungen 1f sind insbesondere 10 bis 30-mal länger als breit.The injection openings 1f have in particular a rectangular shape, as in 1b shown, wherein a length dimension LA, which is a dimension of the injection opening 1f of the at least one injection channel 1e in the main extension direction S3, is smaller than a width dimension BA), which is a dimension of the injection opening 1f of the at least one injection channel 1e perpendicular to the main extension direction S3. In particular, the length dimension LA can also vary along the main extension direction S3, in particular increase towards the outlet opening 1c in order to reduce flow separation in a larger area in the circumferential direction. The ratio of length dimension LA to width dimension BA of the injection openings 1f is in particular between 10 and 30, ie the injection openings 1f are in particular 10 to 30 times longer than they are wide.

Die zweite Hauptströmungsrichtung S2 der durch die Einblaskanäle 1e zusätzlich zugeführten Luft schließt dabei mit der Haupterstreckungsrichtung S3 der Diffusorwand 1d den Einblaswinkel φ ein. Diese zweite Hauptströmungsrichtung S2 wird insbesondere dadurch erreicht, dass eine die Einblaskanäle 1e begrenzende Einblaskanalinnenwand 1g mit der Haupterstreckungsrichtung S3 der Diffusorwand 1d den Einblasöffnungswinkel α einschließt, der insbesondere höchstens 20° oder höchstens 15° oder höchstens 10° beträgt. Um die Strömungsablösungen über einen möglichst großen Bereich in der ersten Hauptströmungsrichtung S1 zu reduzieren, sollte der Einblasöffnungswinkel α möglichst klein gewählt werden.The second main flow direction S2 of the air additionally supplied through the injection channels 1e includes the injection angle φ with the main extension direction S3 of the diffuser wall 1d. This second main flow direction S2 is achieved in particular by an injection channel inner wall 1g delimiting the injection channels 1e including the injection opening angle α with the main extension direction S3 of the diffuser wall 1d, which is in particular at most 20° or at most 15° or at most 10°. In order to reduce the flow separation over as large an area as possible in the first main flow direction S1, the injection opening angle α should be selected to be as small as possible.

3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Diffusors 1 in Aufsicht. Im Unterschied zu 1b weist der Diffusor 1 Einblaskanäle 1e mit elliptischen EinblasÖffnungen 1f auf. Die elliptischen Einblasöffnungen 1f haben eine lange Halbachse LHA und eine kurze Halbachse KHA, wobei die lange Halbachse LHA sich parallel zur Haupterstreckungsrichtung S3 der Diffusorwand 1d erstreckt, während die kurze Halbachse KHA sich entlang einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung S3 der Diffusorwand 1d und entlang der Umfangsrichtung des Diffusors 1 erstreckt. 3 shows another embodiment of the diffuser 1 in plan view. In contrast to 1b the diffuser 1 has injection channels 1e with elliptical injection openings 1f. The elliptical injection openings 1f have a long semi-axis LHA and a short semi-axis KHA, wherein the long semi-axis LHA extends parallel to the main extension direction S3 of the diffuser wall 1d, while the short semi-axis KHA extends along a direction perpendicular to the main extension direction S3 of the diffuser wall 1d and along the circumferential direction of the diffuser 1.

Die lange Halbachse LHA ist länger als die kurze Halbachse KHA, wobei das Verhältnis der langen Halbachse LHA zur kurzen Halbachse KHA der Einblasöffnungen 1f liegt insbesondere zwischen 10 und 30, d.h. die Einblasöffnungen 1f haben insbesondere eine 10- bis 30-mal länger lange Halbachse LHA als kurze Halbachse KHA. Die Länge der kurzen Halbachse KHA beträgt insbesondere mindestens 2,5 mm oder mindestens 5 mm.The long semi-axis LHA is longer than the short semi-axis KHA, whereby the ratio of the long semi-axis LHA to the short semi-axis KHA of the injection openings 1f is in particular between 10 and 30, i.e. the injection openings 1f in particular have a long semi-axis LHA that is 10 to 30 times longer than the short semi-axis KHA. The length of the short semi-axis KHA is in particular at least 2.5 mm or at least 5 mm.

Der Abstand der einander nächstliegenden Ränder der Einblaskanäle 1e beträgt insbesondere höchstens das Sechzehnfache oder höchstens das Achtfache der Länge der kurzen Halbachse KHA und/oder mindestens das Doppelte oder mindestens das Vierfache der Länge der kurzen Halbachse KHA.In particular, the distance between the closest edges of the injection channels 1e is at most sixteen times or at most eight times the length of the short semi-axis KHA and/or at least twice or at least four times the length of the short semi-axis KHA.

Während in den 1b und 3 jeweils alle Einblaskanäle 1e Einblasöffnungen 1f mit der gleichen Form, d.h. entweder rechteckige oder elliptische Einblasöffnungen 1f zeigen, ist nicht ausgeschlossen, dass die Form der Einblasöffnungen 1f in einem Diffusor 1 gemischt werden. So können in den gezeigten Figuren die der Eingangsöffnung 1b nächstgelegenen Einblasöffnungen 1f eine rechteckige Form haben, während die weiter entfernt gelegenen Einblasöffnungen 1f eine elliptische Form haben. Denkbar ist auch, dass die einzelnen Reihen entlang einer Umfangsrichtung des Diffusors 1 abwechselnd Einblasöffnungen 1f mit rechteckiger und elliptischer Form haben. Die Form der Einblasöffnungen 1f kann insbesondere beliebig gemischt werden.While in the 1b and 3 All injection channels 1e each show injection openings 1f with the same shape, ie either rectangular or elliptical injection openings 1f, it is not impossible that the shape of the injection openings 1f in a diffuser 1 is mixed. In the figures shown, the injection openings 1f closest to the inlet opening 1b can have a rectangular shape, while the injection openings 1f further away have an elliptical shape. It is also conceivable that the individual rows along a circumferential direction of the diffuser 1 alternately have injection openings 1f with a rectangular and elliptical shape. The shape of the injection openings 1f can in particular be mixed as desired.

4 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform des Diffusors 1 in vergrößerter Ansicht im Querschnitt, ähnlich dem der 2. Im Gegensatz zum in 2 gezeigten Einblaskanal 1e weist der in 4 gezeigte Einblaskanal 1e eine Aufweitung auf. Die Aufweitung kann eine Längsabmessung LA und/oder eine Breitenabmessung BA betreffen; im gezeigten Beispiel betrifft sie beide, was auch dazu führt, dass die elliptische Form an der Außenseite der Diffusorwand 1d in eine Kegelform bzw. deren Umriss an der Innenseite der Diffusorwand 1d übergeht, wie in 5 erkennbar ist. 4 shows schematically a section of another embodiment of the diffuser 1 in an enlarged view in cross section, similar to that of the 2 In contrast to 2 The injection channel 1e shown in 4 shown injection channel 1e has a widening. The widening can affect a longitudinal dimension LA and/or a width dimension BA; in the example shown it affects both, which also leads to the elliptical shape on the outside of the diffuser wall 1d changing into a conical shape or its outline on the inside of the diffuser wall 1d, as in 5 is recognizable.

Die in 4 erkennbare Breitenabmessung BA, welche entlang S3 verläuft, ist an der Außenseite der Diffusorwand 1d kürzer als an der Innenseite der Diffusorwand 1d. In 4 ist der Verlauf des Einblaskanals 1e ohne Aufweitung mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Mit Aufweitung beträgt die Breite an der Innenseite den Wert BA'. An der Außenseite entspricht BA der doppelten langen Halbachse, an der Innenseite entspricht BA' der Höhe des Kegels.The in 4 recognizable width dimension BA, which runs along S3, is shorter on the outside of the diffuser wall 1d than on the inside of the diffuser wall 1d. In 4 the course of the injection channel 1e without expansion is shown with a dashed line. With expansion, the width on the inside is the value BA'. On the outside, BA corresponds to twice the long semi-axis, on the inside, BA' corresponds to the height of the cone.

Die in 5 erkennbare Längenabmessung LA, welche quer zu S3 verläuft, ist an der Außenseite der Diffusorwand 1d kürzer als an der Innenseite der Diffusorwand 1d. Mit anderen Worten vergrößert sich die Längenabmessung LA für jede entlang der Hauptströmungsrichtung S2 mittig durch dem Einblaskanal 1e verlaufende Achse von der Außenseite hin zur Innenseite der Diffusorwand 1d. In 5 ist die Aufweitung mit einer gestrichelten Linie dargestellt. An der Außenseite entspricht LA der doppelten kurzen Halbachse, an der Innenseite entspricht LA der Breite des Kegels in der Mitte.The in 5 The recognizable length dimension LA, which runs transversely to S3, is shorter on the outside of the diffuser wall 1d than on the inside of the diffuser wall 1d. In other words, the length dimension LA increases for each axis running along the main flow direction S2 through the center of the injection channel 1e from the outside to the inside of the diffuser wall 1d. In 5 the expansion is shown with a dashed line. On the outside, LA corresponds to twice the short semi-axis, on the inside, LA corresponds to the width of the cone in the middle.

Diese Aufweitung ist in 5 nur exemplarisch für einen Einblaskanal 1e gezeigt, kann jedoch jeden Einblaskanal betreffen. Sie kann unabhängig von der Form der Einblasöffnung 1f, d.h. sowohl für rechteckige als auch für elliptische Einblasöffnungen 1f erfolgen.This expansion is in 5 only shown as an example for an injection channel 1e, but can affect any injection channel. It can be carried out independently of the shape of the injection opening 1f, ie both for rectangular and elliptical injection openings 1f.

6 zeigt schematischen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe 2 im Querschnitt, wobei die Wärmepumpe 2 in einem Gebäude aufgestellt ist. Die Wärmepumpe 2 weist einen Diffusor 1, einen Luft-Kältemittel-Wärmetauscher 3 stromab des Diffusors, einen Zuluftkanal 4, durch den Außenluft von außerhalb des Gebäudes zum Diffusor und zum Wärmetauscher 3 transportiert wird, und einen Abluftkanal 5, durch den die durch den Wärmetauscher 3 geleitete Luft abgeführt wird, auf. Der Übersicht halber wurden die Bezugszeichen für die einzelnen Teile des Diffusors 1 nicht in 6 eingefügt. 6 shows schematically an embodiment of a heat pump 2 according to the invention in cross section, wherein the heat pump 2 is installed in a building. The heat pump 2 has a diffuser 1, an air-refrigerant heat exchanger 3 downstream of the diffuser, a supply air duct 4 through which outside air from outside the building is transported to the diffuser and to the heat exchanger 3, and an exhaust air duct 5 through which the air passed through the heat exchanger 3 is discharged. For the sake of clarity, the reference numerals for the individual parts of the diffuser 1 have not been shown in 6 inserted.

Um zusätzliche Luft durch die Einblaskanäle 1e des Diffusors 1 einzublasen, weist die Wärmepumpe 2 weiterhin Mittel 6 auf, die dazu eingerichtet sind, Luft durch die Einblaskanäle 1e in den Diffusor 1 einzublasen. In der gezeigten Ausführungsform sind die Mittel 6 als Verteilkanal ausgeführt, durch den Fortluft einer in dem Gebäude installierten zentralen Raumlüftung in die Einblaskanäle 1e eingeblasen wird. Die Fortluft liegt dabei in herkömmlichen Raumlüftungen mit einem Überdruck vor, sodass meist auf zusätzliche Ventilatoren zur Einblasung verzichtet werden kann. Dadurch lässt sich eine Durchmischung von Fortluft der zentralen Raumlüftung und angesaugter Außenluft erreichen. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Belastung des Wärmetauschers 3 und reduziert beispielsweise lokale Eisbildung durch feuchtere Fortluftsträhnen. Alternativ sind auch andere Mittel 6 zur Einblasung in die Einblaskanäle 1e denkbar. So kann die Wärmepumpe 2 beispielsweise einen Ventilator aufweisen, der Raumluft in Richtung der Einblaskanäle 1e und in den Diffusor 1 leitet.In order to blow additional air through the blow-in channels 1e of the diffuser 1, the heat pump 2 further comprises means 6 which are designed to blow air through the blow-in channels 1e into the diffuser 1. In the embodiment shown, the means 6 are designed as a distribution channel through which exhaust air from a central room ventilation system installed in the building is blown into the blow-in channels 1e. In conventional room ventilation systems, the exhaust air is present at an overpressure, so that additional fans for blowing in can usually be dispensed with. This enables a mixing of exhaust air from the central room ventilation system and the outside air drawn in. This leads to a more even load on the heat exchanger 3 and reduces, for example, local Ice formation due to moister exhaust air strands. Alternatively, other means 6 for blowing air into the blowing channels 1e are also conceivable. For example, the heat pump 2 can have a fan that directs room air in the direction of the blowing channels 1e and into the diffuser 1.

Durch die Einblasung von zusätzlicher Luft durch die Einblaskanäle 1e werden Strömungsablösungen in den Grenzschichtregionen des Diffusors 1 reduziert, wodurch der Wärmetauscher 3 im gesamten Querschnitt mit Luft angeströmt wird. Dadurch kann die Effizienz des Wärmetauschers 3 gesteigert werden.By injecting additional air through the injection channels 1e, flow separation in the boundary layer regions of the diffuser 1 is reduced, whereby the heat exchanger 3 is supplied with air across its entire cross-section. This can increase the efficiency of the heat exchanger 3.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0 985 802 A1 [0032]

Claims

Heat pump (2) comprising an air-refrigerant heat exchanger (3), which is arranged in particular in an interior of a building, a supply air duct (4), an exhaust air duct (5), and a diffuser (1), wherein the diffuser (1) has a diffuser body (1a) with an inlet opening (1b), an outlet opening (1c) and a diffuser wall (1d) connecting the inlet opening (1b) and the outlet opening (1c), wherein the outlet opening (1c) is larger than the inlet opening (1b), wherein the diffuser (1) is designed to guide air in a first main flow direction (S1) from the inlet opening (1b) to the outlet opening (1c), wherein the diffuser body (1a) further comprises at least one injection duct (1e) with an injection opening (1f) in the diffuser wall, through which additional air can be supplied to the diffuser (1). can be supplied, wherein the at least one injection channel (1e) is designed such that an injection angle (φ) enclosed by a second main flow direction (S2) of the additional air that can be supplied to the diffuser (1) through the at least one injection channel (1e) and a main extension direction (S3) of the diffuser wall (1d) from the inlet opening (1b) to the outlet opening (1c) is at most 30°, wherein the heat pump (2) further comprises means (6) that are designed to inject air into the diffuser (1) through the at least one injection channel (1e).

Heat pump (2) after claim 1 , where the injection angle (φ) is not more than 20° or not more than 15° or not more than 10°.

Heat pump (2) according to one of the preceding claims, wherein the diffuser body (1a) has the shape of a truncated cone, in particular a straight truncated cone with a circular or elliptical base area, or a truncated pyramid, in particular a straight truncated pyramid with a rectangular, in particular square, or polygonal base area, wherein the inlet opening (1b) is formed by the cover surface and the outlet opening (1c) is formed by the base surface.

Heat pump (2) according to one of the preceding claims, wherein the diffuser (1) has a length (L) of 0.7 m or 0.5 m or 0.2 m in the first main flow direction (S1).

Heat pump (2) according to one of the preceding claims, wherein an opening angle (Θ) of the diffuser (1), which is enclosed by the main extension direction (S3) of the diffuser wall (1d) and the first main flow direction (S1), is between 20° and 60° or between 35° and 45°.

Heat pump (2) according to one of the preceding claims, wherein the injection opening (1f) has a rectangular shape with a width dimension (BA) which is a dimension of the injection opening (1f) of the at least one injection channel (1e) in the main extension direction (S3) of the diffuser wall (1d) and a length dimension (LA) which is a dimension of the injection opening (1f) of the at least one injection channel (1e) perpendicular to the main extension direction (S3) of the diffuser wall (1d), wherein the width dimension (BA) is in particular smaller than the length dimension (LA).

Heat pump (2) according to one of the Claims 1 until 5 , wherein the injection opening (1f) has an elliptical shape with a long semi-axis (LHA) which extends parallel to the main extension direction (S3) and a short semi-axis (KHA) which extends perpendicular to the main extension direction (S3) of the diffuser wall (1d).

Heat pump (2) after claim 6 or 7 , where the ratio of the length dimension (LA) to the width dimension (BA) or the ratio of the long semi-axis (LHA) to the short semi-axis (KHA) is at least 10 or at least 20 or at least 30.

Heat pump (2) according to one of the Claims 6 until 8 , wherein the injection opening (1f) of the at least one injection channel (1e) has a length dimension (LA) of at least 5 cm or at least 15 cm or at least 30 cm or a length of the short semi-axis is at least 2.5 mm or at least 5 mm.

Heat pump (2) according to one of the preceding claims, wherein an injection channel opening angle (α) of the injection channel (1e), which is enclosed by an injection channel inner wall (1g) and the main extension direction (S3) of the diffuser wall (1d), is at most 30° or at most 20° or at most 15° or at most 10°.

Heat pump (2) according to one of the preceding claims, wherein a distance between the inlet opening (1b) and the edge of the injection channel (1e) closest to the inlet opening (1b) is at most 30 cm or at most 20 cm or at most 15 cm.

Heat pump (2) according to one of the preceding claims, wherein the diffuser body (1a) has at least two injection channels (1e), through which additional air can be supplied to the diffuser (1).

Heat pump (2) after claim 12 , wherein a distance between the mutually facing edges of two adjacent injection channels (1e) along the first main flow direction (S1) is at most 40 cm or at most 30 cm or at most 15 cm.

Heat pump (2) after claim 12 or 13 , wherein a distance between mutually facing edges of two adjacent injection channels (1e) along a circumferential direction of the diffuser body (1a) in a plane perpendicular to the first main flow direction (S1) is at most 20 cm or at most 10 cm or at most 5 cm, in particular in the case of elliptical injection openings (1f) at most sixteen times the length of the short semi-axis (KHA) or at most eight times the length of the short semi-axis (KHA) and/or at least twice the length of the short semi-axis (KHA) or at least four times the short semi-axis (KHA).

Heat pump (2) according to one of the Claims 11 until 13 , wherein the at least two injection channels (1e) are arranged evenly distributed along the circumferential direction and/or the direction from the inlet opening (1b) to the outlet opening (1c).

Heat pump (2) according to one of the preceding claims, wherein the additional air blown into the at least one injection channel (1e) of the diffuser (1) by the means (6) is exhaust air from a central room ventilation system installed in a building.