CN103314152A - 用于衣物干燥机的热泵系统以及用于操作衣物干燥机的热泵系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有热泵系统的衣物干燥机，其中，该热泵系统包括用于制冷剂的制冷剂回路（10）和用于气流的封闭的气流回路（12）。制冷剂回路（10）包括压缩机（14）、冷凝器（16）、膨胀装置（18）以及蒸发器（20）。气流回路（12）包括蒸发器（20）、冷凝器（16）、衣物滚筒以及至少一个风扇。该制冷剂回路（10）和气流回路（12）由蒸发器（20）和冷凝器（16）热联接。冷凝器（16）为换热器并且设置用于加热气流及冷却制冷剂。蒸发器（20）为换热器并且设置用于冷却气流及加热制冷剂。制冷剂回路（10）包括具有低压侧（32）和高压侧（34）的至少一个内部换热器（22）。该低压侧（32）和高压侧（34）热联接。低压侧（32）将蒸发器（20）的出口连接至压缩机（14）的入口。高压侧（34）为与冷凝器（16）并联地设置的支路部分（36）的一部分。此外，本发明涉及一种用于操作热泵衣物干燥机的相应方法。

Description

用于衣物干燥机的热泵系统以及用于操作衣物干燥机的热泵系统的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的热泵衣物干燥机。此外，本发明涉及一种根据权利要求11的前序部分所述的用于操作用于滚筒式干燥机的热泵衣物干燥机的方法。

背景技术

热泵技术是节省干燥衣物期间在衣物干燥机中的能量的最有效方式。然而，在用于衣物干燥系统的热泵系统中，存在涉及热泵系统的适当运行状况的某些固有问题。另外，存在涉及热泵系统自身与衣物干燥机中的封闭气流回路之间的相互作用的固有问题。

一个问题涉及衣物干燥机中热泵系统的长的升温时间。当热泵系统启动时，所有部件都处于环境温度。与将加热功率直接供给至气流回路的常规电动衣物干燥机不同，热泵系统中的功率必须通过空气自身的除湿来重新获得。开始时，除湿功率非常低，使得仅从衣物去除了少量水。随后，除湿功率随着热泵循环的进行而增大。因而，整个热泵系统需要时间来进入到其全功率稳态工作阶段。

在已经达到稳态工作阶段之后，另一问题导致了制冷剂回路与气流回路之间的固有失衡。在所述稳态工作阶段中，在气流回路中流动的气流交换了进行加热与进行除湿的相同功率。这与热泵系统的特有特性不完全匹配，在该特有特性中，对气流进行加热的冷凝器的加热功率有必要大于对气流进行除湿的蒸发器的冷却功率。所述热泵系统的特有特性起因于如下关系：即，冷却功率和压缩机功率与冷凝器的功率一致。

热泵系统是不平衡的，因为同一气流在蒸发器中进行冷却并随后在冷凝器中进行加热，其中，在冷凝器的制冷剂侧能够获得更大的热容量。这导致了热泵系统的温度连续增大以及制冷剂压力增大。这种状况在升温阶段期间是有利的，但在稳态工作阶段期间是不利的。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有热泵系统的衣物干燥机，该衣物干燥机克服了上面提到的问题。此外，本发明的目的是提供一种用于操作带有热泵系统的衣物干燥机的方法，该方法克服了由于热泵衣物干燥机的失衡状况所产生的问题。

本发明的目的通过根据权利要求1所述的热泵衣物干燥机实现。

根据本发明，该制冷剂回路包括具有低压侧和高压侧的至少一个内部换热器，该低压侧与高压侧热联接，该低压侧将蒸发器的出口连接至压缩机的入口，以及该高压侧为与冷凝器并联地设置的支路部分的一部分。

本发明包括支路部分和内部换热器。制冷剂的一部分流过冷凝器，而制冷剂的另一部分能够流过设置有内部换热器的高压侧的支路部分。这种布置允许能够去除或大幅减小制冷剂回路与气流回路之间的失衡。

根据优选实施方式，支路部分在压缩机与设置在膨胀装置的上游的制冷剂混合部之间延伸。

根据更优选实施方式，支路部分在压缩机与设置在膨胀装置的下游的制冷剂混合部之间延伸。

根据另一更优选实施方式，支路部分包括设置在制冷剂混合部的上游的膨胀装置。

该制冷剂混合部定义为如下部分：在该部分中，制冷剂的来自冷凝器的部分与制冷剂的来自内部换热器的高压侧的部分在经过蒸发器之前混合在一起。

根据本发明的优选实施方式，支路部分包括设置在内部换热器的高压侧的下游的辅助冷凝器。该辅助冷凝器允许制冷剂的进一步或完全的冷凝。

优选地，该辅助冷凝器设置在气流回路的外部。

优选地，该辅助冷凝器为换热器并且设置用于冷却制冷剂。特别地，设置了辅助风扇以朝向辅助冷凝器引导空气。

优选地，分别在开关阀打开时或在热泵系统的稳态工作阶段开始时，能够启用该辅助风扇。

优选地，当辅助冷凝器的出口处的制冷剂的温度在预定阈值之上时，保持启用该辅助风扇，辅助冷凝器的出口处的制冷剂的温度在预定阈值之上与制冷剂完全冷凝相对应。

优选地，用于控制辅助风扇的参数能够是冷凝器的出口和辅助冷凝器的出口处的温度之间的差，并且优选地，将辅助风扇启用或停用以使所述差保持在预定范围内。

此外，支路部分包括用于打开及关闭所述支路部分的控制阀。如果该控制阀关闭支路部分，则制冷剂回路用作常规热泵系统。

例如，该控制阀设置在压缩机与内部换热器的高压侧之间。

在替代性实施方式中，该控制阀能够设置在内部换热器的高压侧的下游。

此外，该控制阀能够设置在辅助冷凝器的下游。

该控制阀可以是开关阀和/或可调节控制阀。

此外，该支路部分可以包括设置在制冷剂混合部的上游的单向阀。该单向阀避免冷凝后的制冷剂流入到辅助冷凝器而非膨胀装置中。

而且，气流回路包括用于驱动气流的至少一个主风扇。

此外，本发明涉及一种带有至少一个热泵系统的衣物干燥机，其中，该衣物干燥机包括上面提到的热泵系统中的至少一个热泵系统。

本发明的目的通过根据权利要求11所述的用于操作带有热泵系统的衣物干燥机的方法而进一步实现。

根据本发明，该方法包括进一步的步骤：

-将来自压缩机的制冷剂的主要部分给送至冷凝器，

-将来自压缩机的制冷剂的次要部分分支至支路部分，

-通过冷凝器冷凝并冷却制冷剂的主要部分，

-通过内部换热器冷却制冷剂的次要部分，其中，对蒸发器的出口与压缩机的入口之间的制冷剂进行加热，

-在将混合的制冷剂给送至蒸发器之前混合制冷剂的主要部分和次要部分。

本发明包括，制冷剂的一部分流过冷凝器，并且制冷剂的另一部分流动具有内部换热器的高压侧的支路部分，其中，流过内部换热器的高压侧的制冷剂完全地或部分地冷凝，而流过内部换热器的低压侧的制冷剂在制冷剂进入压缩机之前蒸发。该方法允许能够去除或大幅减小制冷剂回路与气流回流之间的失衡。

根据优选实施方式，制冷剂的主要部分与次要部分的混合在将该混合的制冷剂给送至膨胀装置之前发生。

根据更优选实施方式，制冷剂的主要部分与次要部分的混合在使制冷剂的主要部分和次要部分膨胀之后发生。

优选地，制冷剂的次要部分的经由支路部分的给送在热泵系统的稳态工作阶段期间发生。

根据本发明的优选实施方式，制冷剂的次要部分由支路部分中的辅助冷凝器冷却并冷凝。

优选地，该方法包括通过辅助风扇冷却辅助冷凝器的步骤，在热泵系统的稳态工作阶段开始时，能够启用该辅助风扇。

优选地，该方法包括通过辅助风扇冷却辅助冷凝器的步骤，当辅助冷凝器的出口处的制冷剂的温度在预定阈值之上时，该辅助风扇保持启用。

在另一实施方式中，用于控制辅助风扇的参数可以是冷凝器的出口与辅助冷凝器的出口处的温度之间的差。在这种情况下，将辅助风扇30启用或停用以将所述差保持在预定范围内。

优选地，该辅助冷凝器设置在气流回路的外部。

此外，该支路部分可以通过开关阀或通过可调节控制阀控制。

例如，该支路部分通过设置在膨胀装置的入口的上游的单向阀来控制。

最后，该方法可以通过带有如上面提到的热泵系统的衣物干燥机来执行。

要指出的是，本发明适于热泵回路，在该热泵回路中，制冷剂的压力在热泵回路的高压侧处的临界压力之上。例如，在CO₂跨临界系统中，二氧化碳制冷剂在压缩机出口与膨胀装置入口之间（即，热泵回路的高压侧）总是处于气相（当热泵系统处于稳定工作状况时一定如此）。因此，在跨临界系统中，仅用作气体冷却器的热泵冷凝器中不存在制冷剂冷凝。

因此，在本发明中，在跨临界系统的情况下，热泵冷凝器应理解为热泵气体冷却器。

被认为是本发明的特性的新颖及创造性的特征在所附权利要求中进行陈述。

附图说明

将参照附图更详细地描述本发明，在附图中，

图1示出了根据本发明的优选实施方式的用于滚筒式干燥机的热泵系统的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的优选实施方式的用于衣物干燥机的热泵系统的示意图，所述干燥机优选为具有可旋转滚筒的滚筒式干燥机。该热泵系统包括制冷剂回路10以及优选为闭合的气流回路12。在图1中完全地示出了制冷剂回路10。然而，在图1中仅仅示出了气流回路12的某些部件。

制冷剂回路10包括压缩机14、冷凝器16、膨胀装置18、蒸发器20以及内部换热器22。该内部换热器22包括低压侧32和高压侧34。压缩机14、冷凝器16、膨胀装置18、蒸发器20以及内部换热器22的低压侧32串联接通并且形成制冷剂回路10的主环路。

此外，制冷剂回路10包括开关阀24，并且优选地包括辅助冷凝器26，以及优选地包括单向阀28。辅助风扇30与辅助冷凝器26对应以用于冷却该辅助冷凝器26。开关阀24、内部换热器22的高压侧34串联接通并且形成制冷剂回路10内的支路部分36。该支路部分36能够包括辅助冷凝器26和/或单向阀28。所述支路部分36从压缩机14的出口延伸至膨胀装置18的入口，如图1中所示。制冷剂混合部设置在膨胀装置18的上游，在该制冷剂混合部中，制冷剂中来自冷凝器的部分与制冷剂中来自内部换热器的高压侧的部分混合在一起。

替代性地，如图2中所示，支路部分36从压缩机14的出口延伸至蒸发器20的入口。制冷剂混合部设置在膨胀装置18的下游，并且优选地，支路部分36额外地包括膨胀装置38，在该制冷剂混合部中，制冷剂中来自冷凝器的部分与制冷剂中来自内部换热器的高压侧的部分混合在一起。

支路部分36与冷凝器16并联地接通。

制冷剂回路10的主环路再分成高压部分和低压部分。高压部分从压缩机14经由冷凝器16延伸至膨胀装置18。低压部分从膨胀装置18经由蒸发器20和内部换热器22的低压侧32延伸至压缩机14。在图1中示出的实施方式中，支路部分36设置在制冷剂回路10的高压部分内，而在图2中示出的实施方式中，由于支路部分36包括额外的膨胀装置38，因此支路部分36部分地设置在制冷剂回路10的高压部分内。

内部换热器22设置在制冷剂回路10的高压部分与低压部分之间。内部换热器22的高压侧34为支路部分36的一部分。内部换热器22的低压侧32为制冷剂回路10的主环路的一部分、即位于所述主环路的低压部分处。

冷凝器16、蒸发器20为换热器并且形成制冷剂回路10与气流回路12之间的热互连。气流回路12包括如图1中所示的蒸发器20和冷凝器16。此外，气流回路12包括未在图1中示出的衣物滚筒和主风扇。

在气流回路12中，蒸发器20在气流已经经过衣物滚筒之后对气流进行冷却和除湿。然后，冷凝器16在气流重新加入到衣物滚筒中之前加热气流。气流由主风扇驱动。

在制冷剂回路10的主环路中，制冷剂由压缩机14压缩、在冷凝器16中冷凝、在膨胀装置18中分层（laminate）、在蒸发器20中蒸发并且在内部换热器22的低压侧32中蒸发。

制冷剂回路的支路部分36通过开关阀24打开及关闭。该开关阀24用作控制阀。支路部分36优选地在热泵系统的升温阶段期间关闭以加速达到热泵系统的稳态工作阶段。

支路部分36优选地在热泵系统的稳态工作阶段期间打开。

在热泵系统的升温阶段中，当开关阀24和支路部分36关闭时，热泵系统作为带有一个闭合回路的常规热泵系统。打开的支路部分36允许冷凝器16与蒸发器20中的制冷剂的不同流率。

在支路部分36中，来自压缩机14并经过开关阀24的压缩后的制冷剂在内部换热器22的高压侧中完全地或部分地冷凝。设想，在辅助冷凝器26中，制冷剂完全冷凝并且经过单向阀28。来自冷凝器16的制冷剂与来自单向阀28（以及在设想的情况下来自辅助冷凝器16）的所述制冷剂由膨胀装置18混合并分层，如能够在图1中描述的实施方式中观察到的。随后，制冷剂经过蒸发器20以及内部换热器22的低压侧32。

替代性地，如图2的实施方式中所示，在支路部分36中，来自压缩机14并经过开关阀24的压缩后的制冷剂在内部换热器22的高压侧34处完全地或部分地冷凝。设想，在辅助冷凝器26中，制冷剂完全冷凝并且经过额外的膨胀装置38。来自膨胀装置18的制冷剂与来自额外的膨胀装置38的所述制冷剂在蒸发器20的入口的上游处混合。随后，制冷剂经过蒸发器20以及内部换热器22的低压侧32。

当开关阀24和支路部分36打开时，蒸发器20能够在热泵系统的稳态工作阶段期间保持充满，即，在蒸发器的出口处存在液体/蒸汽双相混合物，从而增大了蒸发器的冷却能力。在进入压缩机14之前，制冷剂的蒸发在内部换热器22的低压侧32中完成，其中，同样使制冷剂过热。

流过冷凝器16的制冷剂的量小于流过蒸发器20的制冷剂的量，以此方式，气流通过冷凝器16接收合适量的热量，并且热泵系统保持平衡。

来自压缩机14的制冷剂的其余部分在内部换热器22的高压侧34中完全地或部分地冷凝，其中，热量经由内部换热器22的低压侧32释放到来自蒸发器20的制冷剂。

由于内部换热器22设置在支路部分36与制冷剂回路10的主环路的低压部分之间，因此在开关阀24和支路部分36关闭的情况下，内部换热器22不起作用。

当开关阀24和支路部分36打开时，来自压缩机14并进入支路部分36的制冷剂在内部换热器22的高压侧34中冷凝。辅助冷凝器26能够完成制冷剂的冷凝。在图1的实施方式中，来自冷凝器16的冷凝剂和来自辅助冷凝器26的冷凝剂在经过膨胀装置18和蒸发器20之前进行混合，而在图2的实施方式中，来自膨胀装置18的冷凝剂和来自额外的膨胀装置38的制冷剂在经过蒸发器20之前进行混合。以此方式，去除了制冷剂回路10与气流回路12之间的失衡。

本发明的另一重要优点在于，蒸发器20能够保持充满，从而将过热相从所述蒸发器20转移至内部换热器22的低压侧32。过热度定义为蒸发器出口处的流体温度与对应于蒸发压力的饱和温度之间的差。如果过热度为零，则蒸发器20的出口处的温度恰好就是饱和温度。如果过热度大于零，则蒸发器20的出口处的温度就大于用于制冷剂的饱和温度。

因为压缩机14不能由液体填充得过满，故而制冷剂的一定的过热有利于热泵系统的使用寿命。此外，因为制冷剂的一定的过热加速了升温阶段，故而制冷剂的一定的过热在干燥循环开始时是有用的。然而，由于低的蒸汽热容量，因此过热不利于蒸发器20的冷却能力以及效率。保持蒸发器20充满改善了热泵系统的性能。

在本示例中，制冷剂的一部分在内部换热器22的高压侧34中冷凝，而来自蒸发器20的制冷剂的蒸发在内部换热器22的低压侧32处完成，在内部换热器22的低压侧32处优选地发生制冷剂的过热。

开关阀24设置用于向支路部分36供给预定百分比的流率。替代开关阀24或额外地，可以设置可调节控制阀以改进对热泵系统的控制。当开关阀24关闭时，来自压缩机14的所有制冷剂被迫流入冷凝器16中。

位于辅助冷凝器26的下游处的单向阀28避免了冷凝后的制冷剂流入到所述辅助冷凝器26而非膨胀装置18中。

当已经达到气流和制冷剂的所需温度时，将开关阀24打开并且热泵系统开始与支路部分36一起工作。

开关阀24在升温阶段期间保持关闭并且将在已经达到稳态工作阶段时打开。在衣物干燥循环结束之前，开关阀24保持打开。

当检测到气流的温度、以及/或者制冷剂的温度和/或压力具有预定值时，稳态工作阶段开始。优选地，在衣物滚筒中检测气流的温度。可以在冷凝器16的出口处预先检测制冷剂的温度和/或压力。

本发明的一方面是以一定百分比流率的制冷剂供给支路部分36。以冷凝器16向气流释放与蒸发器20从气流吸收的能量相同的能量的方式，制冷剂的流率在通向冷凝器16的主环路与支路部分36之间分开。以此方式，实现了热泵系统的平衡。

在制冷剂在内部换热器22的高压侧34未完全冷凝的情况下，特别需要辅助冷凝器26。因而，是否需要辅助冷凝器26取决于热泵系统和内部换热器22的尺寸。

如果热泵系统包括辅助冷凝器26，则分别能够在开关阀24打开时、或在热泵系统的稳态工作阶段开始时启用辅助风扇30。辅助风扇30可以在干燥循环期间不出现任何中断的情况下启用。

替代性地，当辅助冷凝器26的出口处的制冷剂的温度在预定阈值之上时，辅助风扇30可以保持启用，辅助冷凝器26的出口处的制冷剂的温度在预定阈值之上与制冷剂完全冷凝相对应。

在另一实施方式中，用于控制辅助风扇30的参数可以是冷凝器16的出口与辅助冷凝器26的出口处的温度之间的差。在这种情况下，将辅助风扇30启用或停用以使所述差保持在预定范围内。

此外，辅助风扇30可以具有可变速度。所述可变速度可以与冷凝器16的出口和辅助冷凝器26的出口处的温度之间的差成比例。

尽管文中已经参照附图描述了本发明的说明性实施方式，但应当理解的是，本发明不限于该精确实施方式，以及在不背离本发明的范围或精神的情况下，各种其他变型和改型可能会由本领域普通技术人员采用。所有这种变型和改型都意于包括在如由所附权利要求限定的本发明的范围内。

附图标记列表

10  制冷剂回路

12  气流回路

14  压缩机

16  冷凝器

18  膨胀装置

20  蒸发器

22  内部换热器

24  开关阀

26  辅助冷凝器

28  单向阀

30  辅助风扇

32  低压侧

34  高压侧

36  支路部分

38  额外的膨胀装置

Claims (15)

1.一种带有热泵系统的衣物干燥机，其中：

-所述热泵系统包括用于制冷剂的制冷剂回路（10）和用于气流的气流回路（12），

-所述制冷剂回路（10）包括压缩机（14）、冷凝器（16）、膨胀装置（18、38）以及蒸发器（20），

-所述气流回路（12）包括所述蒸发器（20）、所述冷凝器（16）、衣物室以及至少一个风扇，

-所述制冷剂回路（10）和所述气流回路（12）由所述蒸发器（20）和所述冷凝器（16）热联接，

-所述冷凝器（16）为换热器并且被设置用于加热所述气流以及冷却所述制冷剂，以及

-所述蒸发器（20）为换热器并且被设置用于冷却所述气流以及加热所述制冷剂，

其特征在于，

-所述制冷剂回路（12）包括具有低压侧（32）和高压侧（34）的至少一个内部换热器（22），

-所述低压侧（32）和所述高压侧（34）被热联接，

-所述低压侧（32）将所述蒸发器（20）的出口连接至所述压缩机（14）的入口，以及

-所述高压侧（34）为与所述冷凝器（16）并联设置的支路部分（36）的一部分。

2.根据权利要求1所述的衣物干燥机，

其特征在于，

所述支路部分（36）包括用于打开及关闭所述支路部分（36）的控制阀。

3.根据权利要求2所述的衣物干燥机，

其特征在于，

所述控制阀（24）设置在所述压缩机（14）与所述内部换热器（22）的所述高压侧（34）之间，或者，所述控制阀（24）设置在所述内部换热器（22）的所述高压侧（34）的下游。

4.根据权利要求2或3所述的衣物干燥机，

其特征在于，

所述控制阀为开关阀（24）和/或可调节控制阀。

5.根据前述权利要求中任一项所述的衣物干燥机，

其特征在于，

所述支路部分（36）在所述压缩机（14）与设置在所述膨胀装置（18）的上游的制冷剂混合部之间延伸。

6.根据前述权利要求中任一项所述的衣物干燥机，

其特征在于，

所述支路部分（36）在所述压缩机（14）与设置在所述膨胀装置（18）的下游的制冷剂混合部之间延伸。

7.根据前述权利要求中任一项所述的衣物干燥机，

其特征在于，

所述支路部分（36）包括设置在制冷剂混合部的上游的额外的膨胀装置（38）。

8.根据前述权利要求中任一项所述的衣物干燥机，

其特征在于，

所述支路部分（36）包括设置在所述内部换热器（22）的所述高压侧（34）的下游的辅助冷凝器（26）。

9.根据权利要求8所述的衣物干燥机，

其特征在于，

设置有辅助风扇（30）用以冷却所述辅助冷凝器（26），优选地，分别在所述开关阀（24）打开时或在所述热泵系统的所述稳态工作阶段开始时，能够启用所述辅助风扇（30）。

10.根据前述权利要求中任一项所述的衣物干燥机，

其特征在于，

所述支路部分（36）包括设置在制冷剂混合部的上游的单向阀（28）。

11.一种用于操作带有热泵系统的衣物干燥机的方法，所述方法包括以下步骤：

-通过压缩机（14）压缩并加热在闭合的制冷剂回路（10）中的制冷剂，

-通过冷凝器（16）冷却所述制冷剂，其中，通过所述冷凝器（16）加热气流回路（12）中的气流，

-通过膨胀装置（18）使所述制冷剂膨胀并冷却所述制冷剂，

-通过蒸发器（20）加热所述制冷剂，其中，通过所述蒸发器（20）冷却所述气流回路（12）中的所述气流，以及

-通过所述压缩机（14）再次压缩并加热所述制冷剂，

其特征在于，

所述方法包括进一步的步骤：

-将来自所述压缩机（14）的所述制冷剂的主要部分给送至所述冷凝器（16），

-将来自所述压缩机（14）的所述制冷剂的次要部分分支至支路部分（36），

-通过所述冷凝器（16）冷凝并冷却所述制冷剂的所述主要部分，

-通过内部换热器（22）冷却所述制冷剂的所述次要部分，其中，所述蒸发器（20）的出口与所述压缩机（14）的入口之间的所述制冷剂被加热，

-在将所述混合的制冷剂给送至所述蒸发器之前，混合所述制冷剂的所述主要部分和所述次要部分。

12.根据权利要求11所述的方法，

其特征在于，

所述制冷剂的所述次要部分经由所述支路部分（36）的所述给送在所述热泵系统的稳态工作阶段发生。

13.根据权利要求11或12所述的方法，

其特征在于，

所述制冷剂的所述主要部分与所述次要部分的所述混合在将所述混合的制冷剂给送至所述膨胀装置之前发生。

14.根据权利要求11或12所述的方法，

其特征在于，

所述制冷剂的所述主要部分与所述次要部分的所述混合在使所述制冷剂的所述主要部分和所述次要部分膨胀之后发生。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述制冷剂的所述次要部分由所述支路部分（36）中的辅助冷凝器（26）冷却并冷凝。

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