Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe gemäß dem Oberbegriff 5 des Patentanspruchs 1.

Eine Wärmepumpe der eingangs genannten Art ist aus dem Patentdokument DE 10 2018 115 749 Al bekannt. Diese Wärmepumpe besteht aus einem innerhalb eines Betriebsdrehzahlbereichs ar10 beitenden und dabei mindestens eine Störfrequenz erster Ordnung verursachenden Verdichter zum Verdichten eines Kältemittels und weiteren, auf einem Tragelement angeordneten und ebenfalls vom Kältemittel durchströmten Wärmepumpenkomponenten. 15

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpe der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll eine noch leiser arbeitende Wärmepumpe geschaffen werden.

20

Diese Aufgabe ist mit einer Wärmepumpe der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass eine Einheit aus 25 dem Tragelement und den darauf angeordneten Wärmepumpenkomponenten eine erste Eigenfrequenz aufweist, die größer ist als die vom im Betriebsdrehzahlbereich arbeitenden Verdichter an die starrkörperartig wirkende Einheit übertragene Störfrequenz erster Ordnung. 30 Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung somit dadurch aus, dass die Einheit aus dem Tragelement und den weiteren Wärmepumpenkomponenten eine (besonders) hohe Steifigkeit aufweist, so dass sich diese jedenfalls innerhalb des Betriebsdrehzahlbereichs des Verdichters letztlich (jeden5 falls angenähert) wie ein Starrkörper verhält und somit - weil sie selbst nicht mitschwingt - besonders leise ist bzw. keine Geräusche verursacht.

Bei alledem ist selbstverständlich, dass der Verdichter inner10 halb seines Betriebsdrehzahlbereichs (vorzugsweise zwischen 700 und 7200 Umdrehungen) neben der Störfrequenz erster Ordnung (also zwischen etwa 12 und 120 Hertz) auch noch Schwingungen weiterer Ordnungen (zweiter, dritter usw.) verursacht. Grundsätzlich wäre es dabei auch wünschenswert, dass die Ei15 genfrequenz der erfindungsgemäßen Einheit insbesondere auch noch oberhalb der Störfrequenz zweiter Ordnung liegt; da letztere aber deutlich höher (als die der ersten Ordnung) liegt, wäre dies technisch sehr aufwändig. Begünstigend kommt dabei allerdings hinzu, dass die Amplitude der Störfrequenz mit zu20 nehmender Ordnung immer kleiner wird, d. h. die erfindungsgemäße Maßgabe bringt bereits eine ganz erhebliche Geräuschreduktion.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wär25 mepumpe ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Der Vollständigkeit halber wird noch auf das Patentdokument US 2018/0339716 Al hingewiesen. Bei dieser Lösung weist allerdings nur das Tragelement (dort "base" genannt) und nicht eine 30 Einheit aus Tragelement und den darauf angeordneten Wärmepumpenkomponenten (dort "accumulator" genannt) eine größere Ei- genfrequenz als die vom Verdichter übertragene Störfrequenz auf.

Die erfindungsgemäße Wärmepumpe einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche 5 wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt

10

Figur 1 schematisch die erfindungsgemäße Wärmepumpe mit der wie ein Starrkörper ausgebildeten Einheit aus Tragelement und Wärmepumpenkomponenten;

Figur 2 perspektivisch eine Wärmepumpe mit einem Tragelement für die Wärmepumpenkomponenten; 15

Figur 3 in Seitenansicht den auf einem Lastabtragelement positionierten Verdichter der Wärmepumpe gemäß Figur 2;

Figur 4 in Seitenansicht das auf einem Lastabtragelement positionierte Tragelement mit den Wärmepumpenkompo- 20 nenten der Wärmepumpe gemäß Figur 2;

Figur 5 schematisch eine Wärmepumpe mit einer in alle Richtungen gewundenen Fluidleitung zwischen dem Verdichter und einer Wärmepumpenkomponente;

Figur 6 einen Schnitt durch die Fluidleitung gemäß Figur 5; 25 und

Figur 7 schematisch eine Wärmepumpe mit einem entkoppelten Verdichter.

Die in den Figuren dargestellte Wärmepumpe besteht in an sich 30 bekannter Weise zunächst einmal aus einem innerhalb eines Betriebsdrehzahlbereichs arbeitenden und dabei mindestens eine Störfrequenz erster Ordnung verursachenden Verdichter 1 zum Verdichten eines Kältemittels und weiteren, auf einem Tragelement 2 angeordneten und ebenfalls vom Kältemittel durchströmten Wärmepumpenkomponenten 3.

5

Etwas genauer betrachtet, ist bevorzugt vorgesehen, dass auf dem Tragelement 2 wahlweise mindestens ein Wärmeübertrager 5, eine Ventileinrichtung 6 (bzw. Ventilumschalteinrichtung ) und/oder eine Expansionseinrichtung 7 angeordnet sind.

10

Wesentlich für die erfindungsgemäße Wärmepumpe ist nun, dass eine Einheit aus dem Tragelement 2 und den darauf angeordneten Wärmepumpenkomponenten 3 eine erste Eigenfrequenz aufweist, die größer ist als die vom im Betriebsdrehzahlbereich arbeitenden Verdichter 1 an die starrkörperartig wirkende Einheit 15 übertragene Störfrequenz erster Ordnung.

Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Verdichter 1 einen Betriebsdrehzahlbereich von 700 bis 7200 Umdrehungen pro Minute, besonders bevorzugt von 800 bis 6900 Umdrehungen 20 pro Minute, ganz besonders bevorzugt von 900 bis 6600 Umdrehungen pro Minute aufweist.

Außerdem ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Einheit aus dem Tragelement 2 und den darauf angeordneten Wärmepumpen25 komponenten 3 eine erste Eigenfrequenz von mehr als 100 Hz, besonders bevorzugt von mehr als 120 Hz, ganz besonders bevorzugt von mehr als 140 Hz aufweist.

Um auf die oben genannte, erfindungsgemäße Bedingung hinzuar30 beiten, ist darüber hinaus besonders bevorzugt vorgesehen, dass (schon!) das Tragelement 2 eine erste Eigenfrequenz auf- weist, die größer ist als die vom im Betriebsdrehzahlbereich arbeitenden Verdichter 1 verursachte Störfrequenz erster Ordnung.

Um noch weiter auf die oben genannte, erfindungsgemäße Bedin5 gung hinzuarbeiten, ist darüber hinaus besonders bevorzugt vorgesehen, dass jede Wärmepumpenkomponente 3 eine erste Eigenfrequenz aufweist, die größer ist als die vom im Betriebs- drehzahlbereich arbeitenden Verdichter 1 verursachte Störfrequenz erster Ordnung. 10

Für den Fall, dass aufgrund einer entsprechenden Materialauswahl der Verrohrung 3.1 der Wärmepumpenkomponenten 3 ebenfalls Handlungsbedarf besteht, ist weiterhin besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Einheit einschließlich der Verrohrung 3.1 15 der Wärmepumpenkomponenten 3 eine erste Eigenfrequenz aufweist, die größer als die vom im Betriebsdrehzahlbereich arbeitenden Verdichter 1 an die starrkörperartig wirkende Einheit übertragene Störfrequenz erster Ordnung ist.

20

Mit anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß also vorgesehen, dass im Grunde auf Basis der lokalen Eigenfrequenzen der einzelnen Komponenten eine gekoppelte Eigenfrequenz der gesamten Einheit bestimmt bzw. so ausgelegt wird, dass diese oberhalb der Störfrequenz erster Ordnung des Verdichters 1 25 liegt.

So ist zum Beispiel zur Erhöhung der lokalen Eigenfrequenz, wie in Figur 1 dargestellt, auch vorgesehen, dass das Tragelement 2 zur Vergrößerung seiner Eigenfrequenz als Platte mit 30 einer Abkantung 2.2 (siehe auch Figur 4) ausgebildet ist. Darüber hinaus kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Tragele- ment 2 dicker als für die eigentliche Belastung erforderlich ausgebildet ist.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass der Verdichter 1 über ein (typischer Weise - wie 5 auch dargestellt - mehrere) Federelement(e) 1.1 an einem Gehäuse 4 der Wärmepumpe befestigt ausgebildet ist. In vergleichbarer Weise ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass das Tragelement 2 über ein (bzw. mehrere) Federelement(e) 2.1 an einem Gehäuse 4 der Wärmepumpe befestigt ausgebildet ist. 10

Dabei ist weiterhin besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Federelement 1.1, 2.1 mindestens teilweise aus einem Elastomer, vorzugsweise aus Polyurethanschaum, gebildet ist.

15

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Verdichter 1 und die Einheit abgesehen von einer erforderlichen Fluidleitung 1.2 zwischen dem Verdichter 1 und der Einheit unabhängig voneinander schwingfähig ausgebildet sind.

20

Schließlich ist, um für eine gleichmäßige Belastung des (bzw. der) Federelement(e) 2.1 zu sorgen, besonders bevorzugt vorgesehen, dass ein Schwerpunkt der Einheit - durch geeignete Anordnung der Wärmepumpenkomponenten 3 - so gewählt ist, dass sich eine senkrechte Gewichtskrafteinleitung ins (bzw. in die) 25 Federelement(e) 2.1 ergibt.

Ferner ist weiterhin bevorzugt vorgesehen:

Die in den Figuren 2 bis 4 dargestellte Wärmepumpe besteht aus 30 dem Gehäuse 4, mindestens einem an einer Unterseite 4.1 des Gehäuses 4 angeordneten Lastabtragelement 8, dem im Gehäuse 4 senkrecht oberhalb des Lastabtragelements 8 angeordneten Verdichter 1 und weiteren, ebenfalls im Gehäuse 4 angeordneten Wärmepumpenkomponenten 3, wobei zwischen dem Verdichter 1 und dem Lastabtragelement 8 ein elastisches Isolierelement (Federelement 1.1) angeordnet ist. 5

Bei dieser Wärmepumpe ist bevorzugt, dass mehrere Wärmepumpenkomponenten 3 auf dem gemeinsamen, senkrecht oberhalb eines Lastabtragelements 8 angeordneten Tragelement 2 positioniert sind, wobei zwischen dem Tragelement 2 und dem Lastabtragele10 ment 8 ein weiteres elastisches Isolierelement (Federelement 2.1) angeordnet ist.

Es ist dabei bevorzugt, dass die Unterseite 4.1 des Gehäuses 4 aus einem zwischen dem Lastabtragelement 8 und dem elastischen 15 Isolierelement (bzw. den elastischen Isolierelementen) angeordneten Blech gebildet ist, siehe Figuren 3 und 4. Des Weiteren ist bevorzugt, dass das elastische Isolierelement mindestens teilweise aus einem Elastomer, vorzugsweise aus Polyurethanschaum, gebildet ist. Außerdem ist bevorzugt, dass der 20 Verdichter 1 über mindestens drei (vorzugsweise auf den Ecken eines gedachten Dreiecks angeordnete) elastische Isolierelemente mit dem Lastabtragelement 8 verbunden ausgebildet ist.

25

Weiterhin ist bevorzugt, dass an der Unterseite 4.1 des Gehäuses 4 zwei Lastabtragelemente 8, vorzugsweise parallel zueinander, angeordnet sind. Ebenso ist das Lastabtragelement 8 vorzugsweise mindestens dreimal, vorzugsweise sechsmal, besonders bevorzugt achtmal, länger als breit bzw. hoch ausgebildet 30 und/oder ist das Lastabtragelement 8 vorzugsweise als aus Blech gebildete Profilschiene ausgebildet. Zusätzlich ist be- vorzugt, dass der Verdichter 1 und das Tragelement 2 dem gleichen Lastabtragelement 8 zugeordnet sind, siehe Figur 2.

Zudem ist bevorzugt, dass auf dem Tragelement 2 wahlweise ein Wärmeübertrager 5, vorzugsweise ein Plattenwärmeübertrager, 5 eine Expansionseinrichtung 7, eine Ventileinrichtung 6 und/ oder ein Kältemittelsammler 9 angeordnet sind bzw. ist, siehe Figur 4. Ebenso ist bevorzugt, dass das Tragelement 2 plattenförmig, vorzugsweise aus Blech, ausgebildet ist. Dabei ist das plattenförmige Tragelement 2 randseitig mit Abkantungen 2.2 10 versehen ausgebildet. Dies dient der Versteifung des Tragelements 2 und fördert das Starrkörper-Schwingungsverhalten der Wärmepumpe. Weiterhin ist bevorzugt, dass die Wärmepumpenkomponenten 3 am Tragelement 2 befestigt angeordnet sind. Ferner ist das Tragelement 2 vorzugsweise und abgesehen vom Kontakt 15 über die sich aus der Anordnung oberhalb des Lastabtragelements 8 ergebenden Standflächen im übrigen fixierungsfrei mit dem Lastabtragelement 8 verbunden ausgebildet. Dieser passive Block steht also letztlich einfach auf dem Lastabtragelement 8, wobei insbesondere allein durch die Verrohrung zum Verdich20 ter 1 eine seitliche Verschiebung ausgeschlossen ist.

Die in den Figuren 2 bis 4 dargestellte Wärmepumpe weist somit in ihren oben beschriebenen Ausführungsformen ein Starrkörperverhalten auf, welches zu einer guten Dämmung der durch die 25 Wärmepumpenkomponenten 3 und insbesondere den Verdichter 1 erzeugten tieffrequenten Schwingungen führt. Hierdurch wird die Lärmbelastung durch die Wärmepumpe wesentlich reduziert.

30

Die in Figur 5 schematisch dargestellte Wärmepumpe besteht aus einem Verdichter 1, der über zwei kältemittelführende Fluid- leitungen 1.2 mit der kältemitteldurchströmten Wärmepumpenkomponente 3 verbunden ausgebildet ist, wobei jede Fluidleitung 1.2 eine Längsachse 1.2.1 aufweist (siehe hierzu Figur 6), wobei ein gedachter, mit der Längsachse 1.2.1 zusammenfallender Richtungsvektor 10.1 im Verlauf zwischen dem Verdichter 1 und 5 der Wärmepumpenkomponente 3 mindestens einmal in eine andere Richtung als ein gedachter, am Verdichter 1 beginnender und dort ebenfalls mit der Längsachse 1.2.1 zusammenfallender Anfangsrichtungsvektor 10.0 weist, wobei die Längsachse 1.2.1 in einem Raum mit drei gedachten, senkrecht zueinander stehenden 10 Ebenen XY, XZ, YZ verlaufend ausgebildet ist.

Um eine Schwingungsübertragung vom Verdichter 1, der vorzugsweise einen Elektromotor umfasst, auf die mindestens eine Wärmepumpenkomponente 3 so gut es geht zu unterdrücken, ist nun 15 bevorzugt vorgesehen, dass die Fluidleitung 1.2 so geformt ist, dass der Richtungsvektor 10.1 im Verlauf zwischen dem Verdichter 1 und der Wärmepumpenkomponente 3 und in Bezug auf alle drei Ebenen XY, XZ, YZ mindestens einmal um einen Winkel von 180° gedreht zum Anfangsrichtungsvektor 10.0 verlaufend 20 ausgebildet ist.

Diese Maßgabe führt insgesamt betrachtet zu einer Vergrößerung der Elastizität bzw. Verringerung der Steifigkeit der Fluidleitung zwischen dem Verdichter und der Wärmepumpenkomponente 25 und damit zu einer reduzierten Schwingungsübertragung.

Weiterhin ist die Fluidleitung 1.2 vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Gegebenenfalls kommt vorzugsweise auch noch Kunststoff in Betracht. Je elastischer das 30 tatsächlich verwendete Material der Fluidleitung aber an sich ist, desto weniger bedarf es logischer Weise des in den Figuren 5 und 6 gezeigten Ansatzes.

Zur Realisierung einer möglichst ungestörten Strömung des Kältemittels durch die Fluidleitung 1.2 ist ferner bevorzugt vor5 gesehen, dass diese an allen ihren gekrümmten Bereichen stetig gekrümmt ausgebildet ist. Der Begriff "stetig" ist hierbei mathematisch gemeint. Anders ausgedrückt, soll also vorgesehen sein, dass die Fluidleitung 1.2 keine scharfkantigen Knicke aufweist. In Figur 5 sind die Richtungsänderungen der Fluid10 leitung 1.2 entsprechend abgerundet dargestellt.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Fluidleitung 1,2 im Verlauf zwischen dem Verdichter 1 und der Wärmepumpenkomponente 3 mindestens teilweise wahlweise um den Verdichter 1 15 und/oder die Wärmepumpenkomponente 3 herumgeführt ausgebildet ist. Diese Maßgabe, die weiter zur Reduktion einer Schwingungsübertragung beiträgt, gilt für die (wie die entsprechenden Pfeile verdeutlichen) von der Wärmepumpenkomponente 3 zum Verdichter 1 führende Fluidleitung 1.2. 20

Wie eingangs erwähnt, ist schließlich besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Umlenkung der Fluidleitung 1.2 nicht nur um mindestens 180°, sondern vorzugsweise um mindesten 270° erfolgt. Ganz besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Flu25 idleitung 1.2 so geformt ist, dass der Richtungsvektor 10.1 im Verlauf zwischen dem Verdichter 1 und der Wärmepumpenkomponente 3 und in Bezug auf eine der drei Ebenen XY, XZ, YZ eine vollständige 360°-Wendung im Vergleich zum Anfangsrichtungsvektor 10.0 vollziehend ausgebildet ist. In Figur 5 erfüllen 30 beide dargestellten Fluidleitungen 1.2 genau diese Maßgabe. Die in Figur 7 dargestellte Wärmepumpe besteht bevorzugt aus dem Verdichter 1 zum Verdichten eines Kältemittels und den, vom Kältemittel durchströmten Wärmepumpenkomponenten 3, wobei der Verdichter 1 zur Führung des Kältemittels über Fluidlei5 tungen 1.2 mit einer der weiteren Wärmepumpenkomponenten 3 verbunden ausgebildet ist und wobei der Verdichter 1 und die weitere Wärmepumpenkomponente 3 zur Reduktion einer Übertragung von Körperschall über Federelemente mit einem Gehäuse 4 der Wärmepumpe verbunden ausgebildet sind. 10

Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die in Figur 7 nur schematisch dargestellten Federelemente (tatsächlich) mindestens teilweise aus einem Elastomer, insbesondere Polyurethanschaum, also als elastische Isolierelemente (Federelemente 1.1, 2.1) 15 gebildet sind.

Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass eine erste Fluidleitung 1.2 als Kältemittelzufuhrleitung zum Verdichter 1 und eine zweite Fluidleitung 1.2 als Kältemittelabfuhrleitung vom Ver20 dichter 1 ausgebildet ist.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Fluidleitungen 1.2 wahlweise aus einem Material mit einer Steifigkeit wie ein metallisches Material und/oder aus einem metallischen Material 25 gebildet sind.

Weiterhin ist bevorzugt, dass der Verdichter 1 und die weitere Wärmepumpenkomponente 3 miteinander ausschließlich einerseits über die sie verbindenden Fluidleitungen 1.2 und andererseits 30 über die mit dem Gehäuse 4 der Wärmepumpe verbundenen elastischen Isolierelemente fest verbunden ausgebildet sind. Diese Maßgabe führt zu einer besonders guten Entkopplung des Verdichters von den anderen Wärmepumpenkomponenten und damit zu einer sehr geräuscharmen Wärmepumpe.

Noch etwas genauer betrachtet, ist besonders bevorzugt vorge5 sehen, dass die weitere Wärmepumpenkomponente 3 als Ventileinrichtung 6, insbesondere als Mehrwegeventil, ausgebildet ist.

Weiterhin ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die weitere Wärmepumpenkomponente 3 auf einem Tragelement 2 positioniert 10 ist. Dabei ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass das Tragelement 2 über die Federelemente 2.1 mit dem Gehäuse 4 der Wärmepumpe verbunden ausgebildet ist. Ferner ist noch bevorzugt vorgesehen, dass noch weitere Wärmepumpenkomponenten der Wärmepumpe, wie ein Wärmeübertrager 5, eine Expansionseinrich15 tung 7 und/oder ein Kältemittelsammler 9, auf dem Tragelement 2 positioniert sind. Diese weiteren, passiven (weil nicht selbst Schwingungen produzierenden) Wärmepumpenkomponenten 3 bilden dabei vorteilhaft, wie ersichtlich, auf dem Tragelement 2 eine integrierte Baugruppe, die letztlich nur über die Flu20 idleitungen 1.2 zum Schwingen angeregt wird.

Bezugszeichenliste

1 Verdichter

1.1 Federelement

1.2 Fluidleitung

1.2.1 Längsachse

2 Tragelement

2.1 Federelement 2.2 Abkantung

3 Wärmepumpenkomponente

3.1 Verrohrung

4 Gehäuse

4.1 Unterseite

5 Wärmeübertrager

6 Ventileinrichtung 7 Expansionseinrichtung

8 Lastabtragelement

9 Kältemittelsammler

10.0 Anfangsrichtungsvektor

10.1 Richtungsvektor